葡萄皮渣中營養(yǎng)成分提取分離純化的研究進展

鄒琴艷，張 巖，吳 帥，趙遵樂，譚 偉

（棗莊學(xué)院食品科學(xué)與制藥工程學(xué)院，山東棗莊 277160）

0 引言

隨著經(jīng)濟的不斷增長，人們對生活的要求越來越高，據(jù)統(tǒng)計，2017年我國葡萄酒產(chǎn)量達100萬t[1]。在釀酒過程中會產(chǎn)生約占原料20%的皮渣[2]，2017年我國在釀酒的同時就產(chǎn)生約20萬t的葡萄皮渣。其中，有很大一部分的皮渣都得不到有效的利用，大部分都被用來作為飼料、肥料甚至垃圾處理[3]，但葡萄皮渣中富含白藜蘆醇、原花青素、葡萄籽油等成分對人的身體健康是有益的，其中含有的蛋白質(zhì)、膳食纖維等都可用作食品加工[4]。若葡萄皮渣得到很好的利用，可在避免資源浪費的同時減少環(huán)境污染，獲得良好的社會效益，而且還可以延長葡萄產(chǎn)業(yè)鏈，提高經(jīng)濟效益。因此，通過綜述了葡萄皮渣中主要營養(yǎng)物質(zhì)的種類、功能及其提取、分離純化方法，研究葡萄皮渣中營養(yǎng)物質(zhì)成分的提取、分離純化，為葡萄皮渣的綜合利用提供技術(shù)支撐。

1 葡萄皮渣中營養(yǎng)物質(zhì)種類及提取分離方法

1.1 多酚物質(zhì)

葡萄皮和籽中含有豐富的多酚類化合物，在紅葡萄皮中占25%～50%，而在籽中的含量為50%～70%[5]，具有抗氧化劑，消除自由基，抑制細菌、癌細胞生長作用[6]。目前，在葡萄皮中已鑒定出十幾種多酚物質(zhì)，其中大部分可用作食品添加劑，如黃酮醇、原花青素、花色苷、白藜蘆醇等，同時也可用作食品、醫(yī)學(xué)、化妝品等行業(yè)[7]，具有很大發(fā)展空間?，F(xiàn)就葡萄皮渣中的白藜蘆醇、原花青素和花色素的功能及其提取分離方法進行總結(jié)。

1.1.1 白藜蘆醇

白黎蘆醇屬于非黃酮類多酚化合物，含芪類結(jié)構(gòu)，在葡萄特別是葡萄皮中含量最高。研究表明，白黎蘆醇具有抗癌、抗氧化[8]、抗自由基[9]、預(yù)防心臟病[10]等藥理作用，并具有多種活性保健作用，同時具有無毒、多功能等特點。2001年，研究發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇具有抗艾滋病的作用[11]。目前在化妝品、醫(yī)藥、保健品和食品添加劑等領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用。

目前，關(guān)于白藜蘆醇的提取方法包括有機溶劑振蕩法、超聲波輔助法、微波輔助法、酶解輔助法等方法，各有優(yōu)缺點。有機溶劑振蕩法提取操作步驟簡單，使用的成本相對較低，但是所提取的效率低、時間長、提取出來的成分復(fù)雜且易被氧化；超聲波輔助相比于有機溶劑振蕩法提取時間明顯縮短，有效減少了有機溶劑的消耗，因溶劑的溫度在提取過程中變化小，所以提取的有效成分不易被破壞，提取率為0.227%[12]；微波輔助提取率能達到0.284%[13]，在提取過程中時間縮短且操作步驟簡單，具有選擇性高的萃取性和廣泛使用性，但其溶劑在提取時溫度升得快，從而使提取液揮發(fā)造成白藜蘆醇的破壞，且會使溶劑容易燃燒，所以操作的規(guī)范度高。酶解輔助提取率比前3種都要高很多，但是酶的提取時間很難控制，時間過長反而會降低提取效率。李婷等人[13]用纖維素酶提取葡萄皮渣中白藜蘆醇的工藝為酶解時間90 min，溫度為60℃，30℃下乙酸乙酯浸提0.5 h，浸提2次，其中酶與皮渣配比為1∶1 000，最終白藜蘆醇得率為0.93 mg/g。王虹玲等人[14]通過響應(yīng)面分析法優(yōu)化了白藜蘆醇提取工藝優(yōu)化，利用纖維素酶水解和乙酸乙酯萃取，酶添加量70 U/μL，40 ℃下酶解 150 min，加入 1∶20（g∶mL）95% 乙醇浸提，乙酸乙酯萃取，提取白藜蘆醇得率為144.13 μg/g。所以在選擇提取白藜蘆醇方法時要選擇合適的提取方法，或者進行方法聯(lián)合。馬密霞等人[15]用微波和超聲聯(lián)用從葡萄籽中提取白藜蘆醇，得到的工藝為40%乙醇為溶劑，在65℃下提取3 min。

1.1.2 原花青素

原花青素是一類多酚化合物的總稱，在葡萄皮渣中的含量為5%～8%[3]，在葡萄籽中含量最高，完全溶于甲醇、乙醇、水，具有較強的清除自由基、抗氧化[16]、抗腫瘤[17]、增強心血管活性等功效[18]，廣泛應(yīng)用于食品、藥制品、化妝品及保健品等行業(yè)。原花色素的提取方法有水浸提法[18]、溶劑萃取法[19]、超聲波輔助法[20]、微波輔助法[21]、酶法輔助提取法[22]等。水浸提法、溶劑萃取法提取溫度高、時間長，對原花青素成分可能會造成嚴重的影響。張曉娟等人[20]利用超聲波輔助法提取，在溫度55℃，乙醇體積分數(shù)52%，料液比1∶28（g∶mL），超聲時間20 min的條件下提取2次得到的原花青素提取率為8.015%。陳月英等人[21]優(yōu)化了微波輔助法，在最佳工藝（體積分數(shù)為60%的乙醇，料液比1∶20，微波時間90 s，功率800 W） 條件下得到原花青素的平均提取率為9.12±0.87 mg/g。陳月英等人[22]用酶法提取葡萄皮渣原花青素，在最佳條件（添加量為0.4%，0.8%的纖維素酶、果膠酶，于70℃下酶解90 min）下，平均提取率為11.08±0.85 mg/g。研究發(fā)現(xiàn)原花青素在酸性條件下提取率會有所提高[23-24]。

梁敏等人[25]采用不同極性的大孔樹脂分離提純葡萄中的原花青素，發(fā)現(xiàn)HPD400更適合原花青素的提取，其吸附量為92.1，乙醇的總洗脫率為92%，體積分數(shù)為30%，50%的乙醇洗脫樣品中原花青素含量分別為85.0%，73.9%。

現(xiàn)在原花青素已應(yīng)用到食品領(lǐng)域中，如蛋糕、奶酪等?，F(xiàn)在原花青素不僅可以作為營養(yǎng)強化劑，還可以代替合成防腐劑，因此原花青素在未來具有很大的發(fā)展領(lǐng)域。

1.1.3 花色素

葡萄皮渣中含有的花色素屬于水溶性天然色素，一般以花色苷的形式存在，安全無毒，可作為食用色素。這些花色素能預(yù)防治療心血管、預(yù)防癌癥、抑制腫瘤，具有抗炎癥、抗眼科疾患等藥理功能，此外，還具有抗氧化、抗輻射、提高視力等生理功能[26-27]，在食品工業(yè)、保健品、化妝品行業(yè)應(yīng)用廣泛。

目前可以利用有溶劑浸提法、超聲波萃取法、微波輔助提取法、超聲輔助法提取色素。其中，溶劑浸提法操作步驟簡便，提取出來的成分質(zhì)量及提取率較高，但所需要的成本相對較高且污染環(huán)境；超聲波萃取浸取法使用范圍廣、操作過程中易操作且所用時間相對較少，所使用的成本相對較低；微波輔助提取法提取時的速度快且安全、不污染環(huán)境，所使用的成本較低，得到的提取率高，有較大的發(fā)展前景。高昌勇[27]利用正交設(shè)計得到葡萄皮渣色素提取最佳工藝為采用70%乙醇提取，pH值3，料液比1∶20，在60℃的溫度下浸提50 min，所得到的產(chǎn)率約為6.2%。余昆等人[28]利用單因素試驗與響應(yīng)面分析確定在51%乙醇中，料液比1∶12，提取117 min，最后得到的色素提取率為3.4%。包永華等人[29]用微波輔助進行優(yōu)化得到最佳工藝（610 W下微波124 s，料液比1∶21） 的條件下得到的提取率較高。郭燕等人[30]用超聲輔助法用單因素通過響應(yīng)面得到最佳工藝（60%乙醇，60.46℃下提取7.14 min，料液比1∶19.3） 條件下提取率達18.84%。

1.2 酒石酸

酒石酸是有機酸，同時含有很多羥基[31]。葡萄皮渣中含有一種無色透明或白色的結(jié)晶細粉的酒石酸系D-酒石酸，口感呈酸味[32]，在葡萄中占0.43%～0.74%。酒石酸可用作酸味劑和膨脹劑，酒的增味劑，印染的防染劑、感光藥劑，作為醫(yī)用的繃帶硬化劑[33]，具有抗氧化性、促消化，也可作為藥物。酒石酸現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于食品添加劑、制藥原料行業(yè)。

李力[33]采用溶劑法提取酒石酸，最佳提取條件是料液比1∶12，在85℃下提取4.0 h，pH值4.0，平均提取率為1.079%，該法操作簡便、安全環(huán)保、成本低。李艷麗[34]針對酒石酸的主要影響因素進行了分析，發(fā)現(xiàn)最佳時間5.0 h，溫度75℃，料液比為 1∶3。

1.3 葡萄籽油

葡萄籽油中的亞油酸為主要成分，占80%以上的含量，含油量為14%～19%，同時含有氨基酸18種以上，多數(shù)為不飽和脂肪酸[35]，且含有K，Na，Ca，F(xiàn)e，Zn，Mn等礦物質(zhì)元素，其含量都較高。葡萄籽油具有抑制腫瘤[36]，防治高血壓[37]、心臟病、動脈硬化等作用，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于制藥和化妝品領(lǐng)域?，F(xiàn)在人們對外表越來越重視，比如抗輻射、抗衰老、雀斑、護發(fā)、護膚都成了女性關(guān)注點，所以葡萄籽油在市場上還是有很大的發(fā)展前景。

葡萄籽油的提取方法有溶劑法、壓榨法[38]、超臨界CO2萃取法[39]、超聲輔助萃取法[40]、酸熱法[41]、乙醇水提法[42]。雖然溶劑法出油率高、被破壞的營養(yǎng)成分少，但殘留的溶劑容易破壞葡萄籽油，所得到的產(chǎn)品質(zhì)量與安全易受影響；壓榨法對油脂中的有效物質(zhì)不會造成破壞，活性的保留程度能得到最大，且操作簡便、環(huán)保及成本低，但機器損傷大、提取率低；超臨界CO2法萃取操作簡便、提取率高。鄧少穎等人[38]在優(yōu)化的萃取條件（萃取壓力30 MPa，40℃下萃取2 h，葡萄籽的粉碎度40目） 下得到萃取率為16.94%，同時還利用銳孔法制備了葡萄籽油微膠囊。超聲輔助萃取法操作簡便、成本低及提取率高。王麗娟等人[39]在單因素試驗的基礎(chǔ)上利用響應(yīng)面優(yōu)化條件，在料液比1∶15，29℃下超聲提取25 min，提取效率為21.94%。呂慧威等人[40]用酸熱法提取并進行優(yōu)化得到最佳工藝，在料液比1∶6，4.09 mol/L的鹽酸，75.85℃下酸熱59.37 min、浸提溫度為1.99℃的條件下，提取率為26.005%。杜宇等人[41]用乙醇水提法在直接粉碎優(yōu)化條件（水溶液為45%的乙醇，pH值9下提取1 h） 下得到的提取率為86.57%。

1.4 蛋白質(zhì)

提取葡萄籽油后，在皮渣中剩下的是品質(zhì)良好的蛋白質(zhì)資源，蛋白質(zhì)中含有18種氨基酸，人體所需的必需氨基酸也包含在其中，具有價值較高的營養(yǎng)和生物活性，總含量大約占7.76%，具有較強的抗氧化性和清除自由基能力。對葡萄籽油中的蛋白質(zhì)進行深入的研究，特別是它的活性及蛋白質(zhì)中的多肽，將會產(chǎn)生積極的意義，同時將分離出來的抗氧化肽、表面活性肽等成分做成產(chǎn)品，在市場上將會有廣闊的前景。

目前提取葡萄籽中蛋白質(zhì)的方法有堿溶酸沉法[42]、水酶法[43]。吳芳等人[42]通過響應(yīng)面得到堿沉法提取蛋白質(zhì)的最佳條件，溫度45℃，料液比1∶25，同時在0.001 g/mL NaOH中浸提40 min，得到的蛋白質(zhì)量為9.75 mg/g。水酶法不污染環(huán)境、節(jié)能，其中含有優(yōu)質(zhì)的營養(yǎng)資源。尹佳等人[43]利用木瓜蛋白酶從脫脂葡萄籽提取蛋白質(zhì)，在最佳條件下，料液比1∶25（g∶mL），添加4%酶，40℃下酶解45 min，所得到的葡萄籽蛋白質(zhì)提取率為67.85%。李丹丹等人[44]采用多酶法提取蛋白質(zhì)，在所得的工藝（纖維素酶、果膠酶、木聚糖酶、胰蛋白酶質(zhì)量比為2∶1∶2∶1，pH值6.5，料液比1∶9，酶解時間9 h） 條件下，蛋白質(zhì)提取率為57.58%。

1.5 膳食纖維

膳食纖維分為可溶性和不溶性，現(xiàn)已成為第七大營養(yǎng)素，具有抗氧化[45]、降脂、降糖及解毒等功效，能防治糖尿病、中風(fēng)、高血壓等疾病，所以膳食纖維在市場上越來越受歡迎，而總膳食纖維在葡萄皮渣中占60%以上。目前，膳食纖維在食品保鮮與功能食品研發(fā)等領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用。據(jù)了解，大部分老人使用方法是直接粉碎泡水喝，這樣籽中的成分并不能有效利用，所以有效提取出葡萄籽中的膳食纖維具有重大的意義。

關(guān)于膳食纖維的提取有堿法、多酶法、超聲波輔助酶法、超聲協(xié)同復(fù)合酶法等，傳統(tǒng)的堿制備法操作困難且不環(huán)保，所以不建議使用。孫艷等人[46]通過單因素正交試驗分別得到了HCl法和酶法提取葡萄皮渣中可溶性膳食纖維的最佳工藝，使用HCl法所得到的產(chǎn)量較高，但差異不顯著。樊柳等人[47]用多酶法提取可溶性膳食纖維進行優(yōu)化后所得到的最佳條件為1.2%混合酶（糖化酶∶纖維素酶=1∶4），0.3%蛋白酶、60℃酶解120 min。巫永華等人[48]提取黑豆皮水溶性膳食纖維使用超聲波輔助酶法，得到最佳工藝（料液比1∶25，酶添加量20 g/mL，60℃下提取23 min） 時，提取率可達到19.12%±0.23%。超聲協(xié)同復(fù)合酶法簡單高效，薛山等人[49]在最佳工藝（超聲波28.40 min，纖維素酶為0.42 mL/g，料液比41.50，α-淀粉酶作用30.18 min） 條件下得到可溶性膳食纖維的抗氧化性最為顯著。

2 葡萄皮渣的發(fā)展趨勢

綜合合理利用葡萄皮渣，既節(jié)約資源又減少對環(huán)境的污染，有效提高葡萄皮渣的利用價值，創(chuàng)造出更好的經(jīng)濟效益和社會效益。針對葡萄皮渣中多種營養(yǎng)物質(zhì)，功能性成分提取依舊是葡萄皮渣綜合利用的重點，為了更好地利用葡萄皮渣中的成分，張麗芝等人[50]利用葡萄皮渣生產(chǎn)單細胞蛋白飼料，從而更好地提高葡萄皮渣的營養(yǎng)價值。如何合理安排提取葡萄皮渣中成分的先后順序，從中更高效充分地提取出各種多酚、葡萄籽油、膳食纖維、蛋白質(zhì)等，以及其他含量雖低但功能性強的營養(yǎng)物質(zhì)，是今后研究的熱點和重點。