刺葡萄渣的可持續(xù)性綠色加工的研究進(jìn)展

陳 鈺，蘇靜珍， 吳先輝， 周三女

（1.寧德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建福安 355000；2.福安市思味特食品有限公司，福建福安 355000）

0 引言

刺葡萄（Vitis davidii）屬于葡萄科葡萄屬東亞種群的一個(gè)變種，是多年生落葉藤本植物，主要分布在我國(guó)南方地區(qū)，與其他品種的差異是其果實(shí)外皮有一些小的刺，具備果皮薄、果粉厚、酸含量低等特點(diǎn)，果實(shí)中富含白藜蘆醇、原花青素，均高于種群內(nèi)的其他種類[1]。研究表明，葡萄酒因酒精度較白酒低，并含有具有抗氧化活性的酚類物質(zhì)，對(duì)酒精性脂肪肝具有一定的保護(hù)作用；刺葡萄酒中含有的白藜蘆醇能消除乙醇帶來(lái)的不利影響；刺葡萄酒中的酒精和多酚類物質(zhì)對(duì)機(jī)體起到有益作用[2]。由于釀酒需要較多的果實(shí)，產(chǎn)生大量的廢物和副產(chǎn)品（即刺葡萄的固體殘?jiān)?，加劇了環(huán)境和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，易產(chǎn)生大量的廢棄物，包括秸稈、刺葡萄渣、廢水污泥和酵母殘?jiān)瓤赡軙?huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響[3]。Mendes A C G 等人[4]和Garcia C M 等人[5]的研究，每6 L 葡萄酒會(huì)產(chǎn)生大約1 kg 的殘?jiān)?。傳統(tǒng)上，刺葡萄渣被用作土壤和飼料的調(diào)理劑。這些成分包括食用酸（酒石酸、蘋(píng)果酸和檸檬酸）、乙醇、膳食纖維和葡萄籽油[6]。此外，刺葡萄渣也被認(rèn)為是多酚類物質(zhì)的重要來(lái)源，包括類黃酮、花青素、原花青素和酚酸[7-8]。

1 葡萄酒工業(yè)廢物的加工意義

刺葡萄酒工業(yè)的廢物可分為固體廢物和液體廢物[9]。釀酒廠中固體廢物的產(chǎn)生是由于收集和處理刺葡萄產(chǎn)生的，而液體廢物是在釀酒過(guò)程中產(chǎn)生的。Atila F[10]從釀酒廠工業(yè)中獲得的廢物來(lái)源約45%的刺葡萄渣，7.5%的葡萄秸稈，6%的葡萄種子和許多其他廢物。Fleres D R M 等人[11]統(tǒng)計(jì)某釀酒廠每年每公頃產(chǎn)量約5 t，葡萄秸稈是葡萄園的主要副產(chǎn)品，具有農(nóng)業(yè)價(jià)值，含有大量的纖維素、木質(zhì)素、鈉（Na）和鉀（K）。由于有機(jī)質(zhì)含量低（2%～3%），葡萄秸稈被用于堆肥，有利于土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累。Gómez-Brandón M等人[12]在刺葡萄渣中發(fā)現(xiàn)了最豐富的元素，其中含量最高的是碳54.0%，其次是氧37.85%，氫6.08%，氮1.99%。有研究表明，刺葡萄渣中蛋白質(zhì)含量約為14%，纖維含量一般較高，約26%～70%，木質(zhì)素含量為18%～55%。

在葡萄酒生產(chǎn)后，定價(jià)過(guò)程的目標(biāo)是副產(chǎn)品回收的增值產(chǎn)品，重點(diǎn)在于利用農(nóng)業(yè)工業(yè)殘留物作為工業(yè)原料[13]。這將減少工業(yè)殘留物對(duì)環(huán)境造成的有害影響，重點(diǎn)關(guān)注的是從葡萄副產(chǎn)品中提取不同的有用成分，如酚類化合物[14]。有研究表明，在提取葡萄籽油的過(guò)程中，酚類提取物和抗氧化膳食纖維都從刺葡萄渣中回收，從而使整個(gè)過(guò)程更具可持續(xù)性[15]。從刺葡萄渣中提取的多酚具有抗真菌、抗菌、抗炎、抗癌和保護(hù)心臟等功效[16]，還可從刺葡萄渣和富含生物活性成分的提取物中膳食纖維，應(yīng)用到面條、餅干、全麥面包和饅頭中進(jìn)行發(fā)酵。此外，刺葡萄渣可以用于生產(chǎn)能源、動(dòng)物飼料及膳食纖維片劑等。

2 刺葡萄的提取技術(shù)

刺葡萄渣和葡萄籽被用來(lái)提取不同的副產(chǎn)物，如亞油酸和ω-6 多不飽和脂肪酸，酚類物質(zhì)含量約為6%。刺葡萄渣由于富含膳食纖維，被用作動(dòng)物飼料的附加劑。

刺葡萄渣的不同加工方法及附加值產(chǎn)物見(jiàn)圖1。

圖1 刺葡萄渣的不同加工方法及附加值產(chǎn)物

由圖1 可知，傳統(tǒng)的提取方法有索氏提取法，提取時(shí)間較長(zhǎng)，需要大量的溶劑。因此，該方法不適宜用于商業(yè)[17]。除此之外，在這些方法中需要煮沸，導(dǎo)致了多酚等產(chǎn)品的損失[18]。由于某些原因，需要開(kāi)發(fā)新提取方法。這些方法包括超臨界萃取、超聲輔助萃取、加速溶劑萃取、加壓流體萃取和微波輔助萃取等技術(shù)。與傳統(tǒng)方法相比，這些技術(shù)需要100～200 mL 溶劑和500～700 min 的提取時(shí)間[19]。由于傳統(tǒng)的方法更費(fèi)時(shí)，需要大量的溶劑，這些技術(shù)主要集中在縮短提取時(shí)間，減少有機(jī)溶劑的消耗，提高可持續(xù)性，同時(shí)提高有價(jià)值成分的生產(chǎn)。

2.1 超臨界流體萃取

超臨界流體萃取（Supercritical fluid extraction，SFE）是一種非常新穎的高附加值產(chǎn)品的萃取方法[20]，Salazar M A R 等人[21]研究發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)以刺葡萄基質(zhì)中的分析物為目標(biāo)，使得在超臨界相內(nèi)可以進(jìn)行快速傳質(zhì)，提高了刺葡萄基質(zhì)中穿孔的效率，實(shí)現(xiàn)了快速且高效的提取。為了提高萃取效率，可以通過(guò)改變主溶劑和助溶劑的選擇性來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2 加速溶劑萃取

加速溶劑萃?。ˋccelerated solvent extraction，ASE）是最常用的提取技術(shù)之一，用于從各種各樣的植物來(lái)源中提取植物化學(xué)物質(zhì)，如酚酸[22]、類黃酮[23]和花青素[24]。在Bodoira R 等人[25]的早期研究中，報(bào)道了刺葡萄籽中提取原花青素的2 種替代方法，結(jié)果表明，乙醇與水的配比為50∶50，提取溫度為40～140 ℃，壓力為6.8 MPa，最適合提取紅葡聚糖中的原花青素。在這種類型的萃取中，水的溫度從200 ℃增加到350 ℃，介電常數(shù)降低到20～30。

2.3 超聲輔助提取

超聲輔助提?。║ltrasound-assisted extraction，UAE）操作簡(jiǎn)單、靈活，成本低[26]。Vergara-Salinas J R 等人[27]研究?jī)?yōu)化了一種使用加壓熱水從刺葡萄渣中回收抗氧化劑的提取方法，提高了抗氧化活性。結(jié)果表明，隨著提取溫度的升高，抗氧化活性也有所提高，刺葡萄渣中單寧在100 ℃和單寧-花青素混合物在150 ℃時(shí)提取，花青素產(chǎn)量最高。

2.4 微波輔助萃?。∕AE）

微波輔助萃?。∕icrowave-assisted extraction，MAE）是一種從植物及其副產(chǎn)品中繁殖植物化學(xué)物質(zhì)的技術(shù)。Montibeller M J 等人[28]研究通過(guò)使用含有2%檸檬酸的酸性水溶液作為溶劑及在不同時(shí)間間隔內(nèi)使用不同數(shù)值的功率，從刺葡萄渣中提取酚類化合物?；ㄇ嗨睾头宇惢衔锟梢酝ㄟ^(guò)有機(jī)溶劑的常規(guī)提取方法提取。推薦使用UAE 和MAE，提取酚類化合物的技術(shù)減少溶劑的使用，從而降低能源成本和減少環(huán)境影響。

2.5 酶輔助萃取法

酶輔助萃取法（Enzyme assisted extraction，EAE）與傳統(tǒng)溶劑萃取相比，使用的是無(wú)毒的有機(jī)溶劑[29]。Chamorro S 等人[30]研究了單寧酶的影響，由于酶的選擇性，酶的活性機(jī)制在酶輔助提取過(guò)程中起著重要的作用。

3 刺葡萄渣的應(yīng)用

3.1 抗菌效果

由于環(huán)境和健康問(wèn)題，人們?cè)絹?lái)越重視從蔬菜和水果等天然獲得的化合物，而不是使用人工合成的抗微生物化合物。Kabir F 等人[31]研究發(fā)現(xiàn)，由于與微生物酶或重要蛋白質(zhì)的剝奪，酚類物質(zhì)具有抗菌性能。

刺葡萄酒產(chǎn)生廢棄物組成成分及應(yīng)用見(jiàn)圖2。

圖2 刺葡萄酒產(chǎn)生廢棄物組成成分及應(yīng)用

由圖2 可知，刺葡萄渣可應(yīng)用于工業(yè)酵素、抗氧化劑、生物活性物質(zhì)等方面。除了能夠抑制毒性因子外，還能與抗生素產(chǎn)生協(xié)同作用[32]。

3.2 抗氧化性能

抗氧化活性是刺葡萄渣中酚類化合物中最顯著的生物活性之一，其作用取決于特定分子中存在的羥基的數(shù)量，活性可以通過(guò)空間位阻干擾而增強(qiáng)，對(duì)羥基苯甲酸酯的產(chǎn)氫能力造成不利影響。Kafantaris I 等人[33]的研究表明，羥基化肉桂酸鹽比苯甲酸鹽更有益。酚類物質(zhì)的抗氧化能力可作為氫供體、金屬螯合劑與自由基清除劑等。此外，刺葡萄渣作為抗氧化劑防止其形成過(guò)氧化氫或停止反應(yīng)，通常通過(guò)干擾鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)揮作用[34]。

3.3 抗癌效果

刺葡萄渣因富含酚類化合物，通常被用來(lái)增強(qiáng)膳食纖維補(bǔ)充劑。刺葡萄籽提取物在乳腺、膀胱、白血病、前列腺、結(jié)腸和肺部腫瘤中顯示出罕見(jiàn)的抗腫瘤活性[35]。Hamza A A 等人[36]研究表明，在肝癌中，刺葡萄籽提取物通過(guò)刺激抑制細(xì)胞增殖、凋亡和炎癥阻斷，可能具有抗癌屏蔽作用。Dinicola V S等人[37]用刺葡萄酒渣處理后可以通過(guò)衰減結(jié)腸癌細(xì)胞中的氧化DNA 損傷觀察到化學(xué)保護(hù)作用，刺葡萄籽提取物可能具有一定治療癌癥的作用。

3.4 動(dòng)物飼料

在一項(xiàng)研究中，含刺葡萄籽的豬飼料沒(méi)有顯示出影響豬生長(zhǎng)性能的任何變化，但通過(guò)降低豬肝臟中一些炎癥細(xì)胞因子（IL-8、IL-1β、IFN-γ 和TNF-α）的產(chǎn)量來(lái)抑制調(diào)節(jié)分子的蛋白質(zhì)表達(dá)。在豬飼料中添加發(fā)酵后的刺葡萄渣可提高豬肉的顏色和皮下動(dòng)物脂肪中多不飽和脂肪酸，降低脂質(zhì)氧化。Ebrahimzadeh S K 等人[38]在報(bào)告中顯示，肉雞飼料中刺葡萄渣的增加可以提高肉雞的免疫反應(yīng)和抗氧化劑，并降低每千克飼料成本，且對(duì)肉雞的性能沒(méi)有影響。

3.5 膳食纖維片劑

谷物、蔬菜和水果是膳食纖維的主要來(lái)源，有些國(guó)家鼓勵(lì)人們食用富含膳食纖維片劑。膳食纖維中存在的酚類成分對(duì)健康有益處，包括降低慢性疾病的風(fēng)險(xiǎn)和保持腸道健康[39]。刺葡萄皮由半纖維素糖組成，半纖維素糖是一種復(fù)雜的木質(zhì)纖維素材料，可產(chǎn)生含有多種葡萄糖和木糖醇單體的混合物。

4 結(jié)語(yǔ)

在農(nóng)業(yè)和涉農(nóng)工業(yè)的過(guò)程中，廢物的處理或管理是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。從刺葡萄渣中回收具有高價(jià)值的化合物是食品加工業(yè)中一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。目前對(duì)酒廠的廢棄物利用成本的研究和分析非常有限，故未來(lái)可以進(jìn)一步研究和分析。鑒于刺葡萄渣可以通過(guò)綠色加工和生物技術(shù)創(chuàng)新用于生產(chǎn)增值商品。以上提取技術(shù)有效地用于分離生物活性的刺葡萄渣，也是潛在的原料開(kāi)發(fā)可持續(xù)的生產(chǎn)生物燃料、有機(jī)酸、動(dòng)物飼料等，說(shuō)明刺葡萄渣具有較高的商業(yè)價(jià)值，未來(lái)?yè)碛休^為廣闊的研究前景。