酿酒葡萄皮渣主要物质提取与利用的研究进展

王犁烨，武运*，杨华峰，殷娜，程方方，刘维兵，武亚婷，宋晶晶，张颖

（1. 新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆乌鲁木齐 830052；2. 新疆仪尔高新农业开发有限公司，新疆焉耆841000；3. 吐鲁番市质量与计量检测所，新疆吐鲁番 838000）

葡萄是世界上产量最高，种植面积最广的果品之一。从国际葡萄与葡萄酒组织（International vine and Wine Organization，OIV）近期颁布的资料来看，近些年，中国葡萄种植面积始终保持增长的态势[1]。2016年我国葡萄栽培面积为83.7万 hm2，是世界总栽培面积的11.16%，相对于2015年葡萄园面积增长了1.7万 hm2，全国葡萄酒产量为11.4亿 L，消费量为17.3亿 L，位居世界第六位，我国葡萄酒产业的迅速崛起让世界惊叹[2]。作为全国葡萄栽培历史最悠久的地区，新疆酿酒葡萄栽培面积4.37万 hm2，是我国栽培面积的25%左右[3]。

酿酒葡萄皮渣是榨取葡萄汁后或葡萄酒发酵后的剩余物，占葡萄浆果的10%左右。随着葡萄产量的增加和葡萄产业的迅猛发展，中国每年生产的葡萄皮渣也在快速增加，能被回收再利用的皮渣量仅占25%，大部分都被用做饲料、肥料甚至丢弃[4]。近年来，通过国内外学者的深入研究发现，皮渣中富含多种益于人体健康的成分，包括原花青素、白藜芦醇、单宁、葡萄籽油等，具有良好的医疗、保健作用；蛋白质、膳食纤维等成分，可用于食品加工中[5]。因此，合理利用皮渣不仅可以避免资源浪费，还可以有效降低环境压力，提高葡萄酒产业的附加值，提高经济效益[6-8]。

1 葡萄皮渣功能性成分的提取

1.1 多酚类物质提取

在葡萄酒研究中，多酚主要分为以花色素和黄酮等为代表的色素和以酚、酸、聚合多酚及单宁等为代表的无色多酚。红葡萄皮中多酚含量为25%～50%，主要由花色素类、白藜芦醇等化合物组成，而葡萄籽中多酚含量为50%～70%，包括儿茶素、原花青素、单宁等化合物组成[9]。在葡萄酒酿造中，尽管多酚物质被浸渍到葡萄酒中，但仍有许多酚类物质保留在剩余的葡萄皮渣中。由于多酚物质易溶于水、甲醇、乙醇、丙酮等，因此溶剂提取法是实验室中常用的提取方法[10-11]。

1.1.1 天然色素的提取

皮渣中含有多种天然花色苷类色素，有甲基花青素、花青素及花翠素等，此类色素安全无毒、可食用，并且在酸性条件下色彩鲜明，对光、热、常见金属离子、碳水化合物均稳定，所以在食品工业、化妆品行业应用十分广泛[4]。国内外研究学者发现葡萄皮渣中的色素能够有效抑制肿瘤的生长，延缓衰老[12-13]。葡萄皮渣的提取工艺仍是学者的研究重点，有机溶剂提取法应用最为广泛，但也存在一定的不足。余昆等[14]利用有机溶剂提取法，在进行单因素试验后，采用Box-Behnken中心组合设计原理与响应面分析法确定了酿酒葡萄皮渣色素的最佳提取条件：乙醇浓度51%，料液比1∶12，提取时间117 min，在此工艺条件下，吸光度为0.682。

1.1.2 无色多酚的提取

葡萄中的无色多酚主要有：原花色素、白藜芦醇、单宁等，此类化合物集中分布在果皮及籽中。无色多酚在延缓衰老，保护心血管以及抑制癌细胞等方面有较为显著的作用[13]。

原花青素的含量为5%～8%，当研究人员发现它具有较强的抗氧化、清除自由基和改善人体微循环的功效后，相继开启了从葡萄籽中提取原花青素的“大门”并对其工艺不断优化[15-17]。原花青素的提取方法包括溶剂萃取法、酶法辅助提取法、超临界CO2萃取法、微波萃取法等。王竹青等[18]以‘赤霞珠’酿酒皮渣为原料，采用单因素试验研究乙醇浸提法和微波辅助浸提法提取原花青素的最佳条件：乙醇浸提法的最佳工艺条件为：乙醇浓度55%，料液比1∶8.5，时间55 min，温度50 ℃，其最高提取率为2.61%；微波辅助提取最佳工艺条件为：乙醇浓度50% ，料液比1∶13，微波功率320 W，处理时间30 s，温度50 ℃，时间30 min，其最高提取率为3.99%，研究还发现酸性环境可以提高原花青素提取率。

果皮中白藜芦醇含量比较丰富并且酿酒后果皮中的白藜芦醇含量明显高于新鲜果皮[11,19]。白藜芦醇是一种特效功能成分，有多种生物学活性及药理作用，能抗肿瘤、降低心血管疾病和糖尿病等[5]。提取白藜芦醇的方法有很多。有机溶剂浸提率低，用时长，微波提取易于传热，降低白藜芦醇的含量，超临界CO2萃取法具有良好的分离效果，但提取成本高，生产应用受到限制[20]。超声辅助提取和加酶法是目前用于提取生物活性成分的研究热点。李婷等[21]采用酶法来提取皮渣中白藜芦醇，确定最佳提取条件为：葡萄皮渣与纤维素酶的配比为1000∶1，首先在60 ℃下加酶水解90 min，然后加入乙酸乙酯，在30 ℃下浸提两次，每次0.5 h，白藜芦醇的提取率为0.93 mg/g。Casas等[22]以5%vol的乙醇为夹带剂，采用超临界CO2萃取法提取酿酒皮渣中的白藜芦醇，确定最佳萃取条件为：压力10～40 Mpa，温度35.55 ℃。

单宁大多富集于果皮和籽中，能够有效防止葡萄酒中的蛋白质沉淀，同时具有延缓衰老的生物活性。除去葡萄籽油后，残渣仍含有10%左右的单宁[23]。在众多单宁的提取方法中，采用水和有机溶剂的混合体系浸提单宁应用最为广泛，选择的有机溶剂包括甲醇、乙醇、乙醚、乙酸乙酯、丙酮等，但丙酮溶液的提取率最高[24]。赵文杰等[25]以‘雷司令’和‘赤霞珠’皮渣为原料，研究丙酮水溶液浸提单宁最佳工艺条件：其中‘雷司令’皮渣最佳提取工艺为：料液比1∶40，水浴温度60℃，时间6 h，丙酮浓度50%，提取率为3.80%，单宁纯度为84.97%；‘赤霞珠’皮渣最佳提取工艺为：料液比1∶30，水浴温度70 ℃，时间7 h，丙酮浓度60%，提取率为3.16%，单宁纯度为78.85%。

1.2 葡萄籽油的提取

酿酒葡萄皮渣综合利用的主要途径就是提取葡萄籽油，这也是目前皮渣综合利用产量最大的产品。葡萄籽中含有14%～17%的葡萄籽油，其主要成分包括亚油酸、油酸、棕榈酸、花生四烯等多种不饱和脂肪酸[26]。它具有扩张血管，预防血栓，心脏病，降低胆固醇和高血压的功能，并广泛用于制药和化妆品行业[27]。目前，提取葡萄籽油的方法主要包括溶剂法、压榨法和超临界萃取法[28]。溶剂法和压榨法是两种传统方法，尽管操作简单，但出油效率低，存在一定的食品安全风险[29]。把超临界CO2萃取与生物酶法结合使用已经成为一种新趋势。Cao等[30]将葡萄籽中的籽油先进行加酶处理，然后采用超临界CO2萃取，使得出油率从先前的11.5%升高到16.5%。目前，葡萄籽油的加工工艺日趋成熟已广泛用于大规模生产中。

1.3 蛋白质的提取

皮渣在提取葡萄籽油后是一种含18种氨基酸的优质蛋白质资源，其中包括人体所必需的8种氨基酸，总含量为7.76%左右[9]。葡萄籽蛋白质经水解后，可获得一些容易被人体消化吸收生物活性多肽，其具有很强的抗氧化和清除自由基功能[31]。葡萄籽中的蛋白质通常通过盐溶液法和碱溶液法提取。叶润等[32]采用碱溶法提取葡萄籽粉中的蛋白质，但在提取前先用复合糖酶处理脱脂葡萄籽粉，确定最佳工艺为：0.15 mol/L的NaOH溶液，按1∶25的料液比，35 ℃条件下浸提30 min，蛋白质提取率为84.6%，试验表明，先用酶法处理葡萄籽，可以大大提高蛋白质的提取率。李凤英等[33]在确定葡萄籽蛋白质等电点后，采用盐溶法和碱溶法提取葡萄籽蛋白质，试验发现：葡萄籽蛋白质的等电点为pI=3.8，同时，采用碱溶法所得的蛋白质提取率明显比盐溶法高。

1.4 膳食纤维的提取

葡萄皮渣中含有丰富的膳食纤维资源，能改善人体肠道环境，防止肠道疾病的发生。同时具有抗氧化、抗癌症和降低胆固醇，预防心血管疾病发生等作用[34]。目前虽然有许多提取膳食纤维的方法，但通常选用酶法和微生物发酵法活化葡萄皮渣中的膳食纤维，因为这两种方法不仅能够使膳食纤维保有较高的纯度和生理活性，还能增加可溶性膳食纤维的含量[35]。酶法通常是在调节pH后，加入适量的纤维素酶对葡萄皮渣进行降解；而发酵法则是利用一些微生物（如：嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌）混合发酵活化葡萄皮渣中的膳食纤维。近年来，国内外学者都专注于优化从葡萄皮渣中提取膳食纤维的过程，例如筛选适合的酶制剂和发酵菌株以及对采用这两种方法提取葡萄皮渣中膳食纤维的工艺进行优化[36-38]。郭红珍等[39]对采用酶法提取葡萄皮渣中的可溶性膳食纤维的工艺进行研究，并确定最佳条件为：纤维素酶量2.0%，温度50 ℃，时间7 h，pH5，此时膳食纤维的提取率为14.32%。

2 葡萄皮渣的发酵再利用

来源于葡萄酒酿造的葡萄皮渣包括两种：一种是在白葡萄酒酿造过程中，榨汁后的葡萄皮渣；另一种是发酵后的红葡萄皮渣。已经发酵过的酿酒皮渣可以进行蒸馏直接获得酒精。对于未发酵的剩余皮渣，可以通过再发酵获得酒精。一些生产企业先将葡萄皮渣调整糖酸及pH值进行发酵，发酵结束后采用“掐头去尾”的方式进行蒸馏，得到的蒸馏酒不仅能添加到葡萄酒中提高酒精度，还能将其直接储存在橡木桶中制得皮渣白兰地。添加一定量的酒石酸和糖浆到红葡萄皮渣中继续发酵，可酿造出桃红葡萄酒[40]。此外，还可通过皮渣的再发酵制得食醋和果醋。敬思群等[41]用酒精提取酿酒皮渣中的多酚类物质，然后通过醋酸菌发酵制得葡萄醋。

3 葡萄皮渣的其他开发利用

3.1 酒石酸的提取

酒石酸是一种广泛用于医药、食品、精细化工等行业的多羟基有机酸。酿酒葡萄皮渣经过一系列的浸提、发酵、蒸出酒精、转化、酸解、脱色、浓缩、结晶等流程即可制得酒石酸。这样不但能降低生产成本，还能生产出实用的右旋型酒石酸，也有一些其他方法提取酒石酸，如离子交换树脂法等[42]。

3.2 在食品加工中的应用

Mildner-Szkudlarz等[43]研究发现，葡萄皮渣可以用于生产饼干，10%比例的葡萄皮渣可以显著提高饼干膳食纤维的含量。同时，饼干具有很高的抗氧化能力。王芳等[44]在饼干中添加一定量的葡萄皮渣和冬虫夏草，使生产的饼干拥有葡萄的风味并且食用方便。田歌等[45]以葡萄籽和鹰嘴豆为原料，加入乳酸菌进行发酵，制得营养价值高，风味佳的乳酸发酵饮品。目前，基于超微粉碎和微胶囊化技术的日益完善，可以将葡萄皮渣加工制成超微粉，葡萄籽压片和胶囊，不但风味俱佳并且食用方便。

3.3 肥料

最初，人们将酿酒后的葡萄皮渣直接当做肥料处理。如今，它通常在提取有效成分后用作肥料，并且可以充分利用发挥其残留的价值。提取葡萄籽油后的残渣，富含氮，磷，钾等微量元素，可作为葡萄园中的良好肥料。采用化学腐熟的方法对葡萄皮渣进行处理，使其进行微生物好氧发酵，再添加适量的氮、磷、钾等制造有机复合肥，其营养成分比同等价格的肥料高10%，还能有效改善土壤结构。

3.4 饲料

通常不单独使用果渣饲料，一般将其作为辅料添加到其他饲料中以增加饲料的蛋白质含量。提取葡萄籽油后的饼粕可直接作为饲料，其含有丰富的蛋白质和脂肪，是一种优质的饲料来源。在葡萄酒发酵停止后，皮渣中富集了数以万计的酵母菌，此时皮渣中的蛋白质，钙和磷含量非常高，干燥后可作为浓缩物加入普通饲料中。李会菊等[46]试验证明，在饲料中添加适当比例的葡萄皮渣，对牛、羊等动物的增重、奶牛的产奶量等有一定的效果。

3.5 沼气原料

作为一种新能源，沼气对解决我国资源短缺问题具有非常重要的意义。可以将葡萄皮渣和裁剪的枝叶以及葡萄酒生产过程中的污水等作为原料混合发酵生产沼气。发酵后，剩余的沼渣能够继续当作肥料使用，而沼液可以喷到叶面上，预防葡萄病虫害的发生[47]。

3.6 活性炭

将酿酒葡萄皮渣用25%～40%的硫酸热解，分离、水洗、烘干后制得的活性炭具有质量高，吸附、脱色能力强，无异味等特点。在一些欧美的葡萄酒生产国，只允许使用葡萄皮渣生产的活性炭对葡萄酒进行脱色处理，用量通常为0.2‰～0.5‰[48]。

4 结论与展望

一般葡萄酒酿造季节都集中在每年的9～11月份，因此这段时间会产生大量的酿酒葡萄皮渣，所以如何提高酿酒皮渣预处理及保存技术使其生物活性物质不被破坏是企业亟待解决的问题。目前，研究人员对酿酒葡萄皮渣综合利用研究日益深入，不断研发新产品，一些产品已投入生产并实现商业化，例如日本吉可曼公司将葡萄籽中的原花色素制成一种名叫“KAP”抗氧化剂；贝尔凯姆公司推出一种原花色素含量高达98%新产品，但大部分产品仍在尝试中。我国对酿酒葡萄皮渣综合利用研究尚浅，技术不够完善。目前还没有形成一套完整的体系，对其加工都只停留在初级阶段，皮渣中的功能性成分没有完全被利用，提取工艺还存在一定的安全隐患，因此，我国在这一方面的研究有待于继续深入。从葡萄皮渣中提取副产物通常都是提取一次后就丢弃，如果能实现重复利用，提取多种生物活性成分，形成一套完整高效的利用系统可以在很大程度上提高副产物的附加值。实现酿酒葡萄皮渣的再利用，将废物变成宝贝，充分利用资源，减少环境压力，创造丰硕的社会经济效益，是目前我国发展葡萄产业不容忽视的环节。