葡萄梗（茎）中的生物活性物质研究现状

2014-05-17李双石李晓燕

食品工业科技 2014年7期

李双石，李浡，马越，苑函，李晓燕

（北京电子科技职业学院，北京 100029）

葡萄是世界上产量最大的水果之一，其栽培面积和产量居世界水果第二位。中国属于葡萄生产大国，据中国农学会葡萄分会消息，2012年我国葡萄栽培面积达55.2万hm2，总产量达843万t，葡萄面积年均增加2万hm2，以现有的发展势头，再过7～10年，中国葡萄面积将达到66.67万hm2，产量将突破1000万t，有望成为全球最大的葡萄生产国[1]。我国每年生产的葡萄大约有80%用于酿酒、13%用于鲜食、剩余的7%用于加工成果汁或是其他葡萄产品[2]。随着我国葡萄产量的增长和葡萄加工业的快速发展，葡萄加工产生的废弃物（葡萄皮、籽和果梗）量也迅速增长，葡萄加工废弃物约占果重的25%。每生产100L白葡萄酒可产31.2kg废弃物（含17kg果皮、10kg果籽和4kg葡萄梗），每生产100L红葡萄酒可产25kg废弃物（含13kg果皮、8kg果籽和4 kg葡萄梗）[3]。国内外研究发现，葡萄加工废弃物中蕴含着大量的生物活性成分，开发利用此生物资源具有巨大的经济效益。因此，从葡萄加工废弃物中提取附加值高的有效活性成分，是目前国内外研究的热门课题。

近年来，国内外对葡萄产业废弃物的利用研究大多集中在葡萄籽、葡萄皮方面[4]，而关于葡萄梗、葡萄藤茎的利用报道还相对很少。葡萄茎的药用价值早在古籍《本草纲目》、《维吾尔医常用药材》就有记载，葡萄茎烧灰服用具有驱尿道结石、消炎、治偏头痛、除痔等功效[5]。本文就近年来国内外学者对葡萄梗、葡萄藤茎中多种天然活性成分分析和提取的最新研究进展进行总结，旨在为今后葡萄梗（茎）的开发利用提供有价值的参考。

1 葡萄梗（茎）中的化学组成

目前国外关于葡萄梗（茎）化学组成的研究报道还较少，国内未见相关报道。Prozil等分析了葡萄牙产区红葡萄梗中的化学成分组成[3]，Llobera等分析了西班牙马略卡岛本土红葡萄酿酒品种Manto Negro的果梗和皮渣（主要由皮和籽组成）中的化学成分组成[6]，Çetin等分析了土耳其十个鲜食葡萄品种葡萄茎中蛋白质、糖和多酚的化学组成[7]，分析结果如表1所示。结果表明酿酒葡萄梗中膳食纤维含量最高，膳食纤维主要由纤维素、半纤维素和木质素组成；其次为单宁、蛋白质和灰分。Llobera等人的研究同时发现酿酒葡萄梗中总膳食纤维量和灰分的含量与皮渣中这些成分的含量相当，其它组分均显著低于葡萄皮渣[6]。由表1研究结果同时可看出鲜食葡萄与酿酒葡萄茎中蛋白质和糖的含量差异很大。

表1 葡萄加工副产物的化学组成（%干重）Table 1 Chemical composition of grape (Vitis vinifera)by-products (% dry matter)

2 葡萄梗（茎）中的生物活性物质

2.1 多酚

多酚活性物质是一类具有生物活性的天然化合物，是葡萄生长发育中重要的次生代谢产物。葡多酚具有清除自由基和抗氧化等生物活性作用，另在消炎、抗突变、防癌抗癌、防治心血管疾病等方面也具有良好功效。近年来，葡多酚物质的生物活性及对人体的保健防病作用日益受到广泛关注[2]。目前国内对葡多酚的研究主要集中在葡萄皮、籽、果汁及葡萄酒中，葡萄梗或藤茎中多酚的开发利用研究却较少。

孙玉霞等对葡萄藤茎中酚类物质进行了分析，结果表明葡萄梗中总酚含量高达13.89 ～23.30mg/g，其中单宁是含量最高的组分（7.97 ～12.69mg/g），总黄酮含量为153.93 ～263.00μg/g，白藜芦醇含量15.27 ～91.63μg/g，没食子酸13.80 ～26.19μg/g，各品种间多酚类物质的含量存在显著性差异[8]。史玉梅对酿酒葡萄品种蛇龙珠一年生葡萄藤茎中多酚活性物质进行提取，多酚含量可达14.43mg/g[9]。Llobera等分析西班牙本土红葡萄酿酒品种（Manto Negr）的总酚含量，葡萄梗中的总酚含量高达11.6gGAE/100g dm，显著高于酿酒后葡萄酒渣（皮和籽）混合物中总酚的含量（2.63g GAE/100g dm）[6]。Cetin等分析了土耳其10个葡萄品种藤茎中的多酚物质组成，检测得到葡萄藤茎中总酚含量为25.36 ～36.56mgGAE/g、黄烷醇含量为8.82 ～9.37mgCE/g和黄酮醇含量为1.39 ～3.26mgRE/g，采用HPLC技术检测葡萄藤茎中多酚的组成，主要酚类物质有咖啡酸、没食子酸、香豆酸、儿茶素、表儿茶素、毛地黄黄酮和反式白黎芦醇，研究发现不同葡萄品种之间多酚物质的组成差异显著[7]。

2.2 白黎芦醇和葡萄素

白藜芦醇（Resveratrol，Res）又称芪三酚，化学名称为3,4’,5-三羟基-1,2-二苯乙烯（3,4’,5-trihydrolystilbene），它的功能主要有抗肿瘤、抗炎、抗菌、抗氧化、抗自由基、肝脏保护、神经保护、心血管保护、免疫调节等[10]。葡萄素（Viniferin）是葡萄中白藜芦醇聚合后的一类天然多酚，近年来研究发现，葡萄素和白藜芦醇一样具有抗菌、抗炎、抗癌等多种生物活性，并且其活性和稳定性都高于白藜芦醇，因而倍受关注[11]。

在葡萄的植物组织中葡萄穗轴中含白藜芦醇最多，但不同地区、不同品种的葡萄之间差别较大，含量最高的达到81.37mg/g[12]。Karacabey等指出葡萄藤茎富含白藜芦醇（4.25 mg/g dw）和反式葡萄素（2.03 mg/g）[13]。Raynea等检测萄藤茎中含有生物活性成分反式白藜芦醇（3.45±0.04mg/g）和反式葡萄素（1.30±0.07mg/g）[14]。Anastasiadi等分析了6个希腊本土葡萄品种（3红3白）梗中的多酚含量和分布，结果表明葡萄梗富含类黄醇和芪类物质，尤其以反式白黎芦醇和葡萄素含量最高，反式白黎芦醇在红葡萄品种中的平均含量为149mg/kg，在白葡萄品种中的平均含量为113mg/kg；葡萄素在红葡萄品种中的平均含量为314mg/kg，在白葡萄品种中的平均含量为288mg/kg[15]。

2.3 膳食纤维

膳食纤维（dietary fibre, DF）是指不能在人体小肠内消化吸收，而在人体大肠内能部分或全部发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相类似物质的总和，它包括木质素、多糖寡糖等。膳食纤维被誉为“第七营养素”，有降低能量值、改善口味、增强质感等多种功效，对“富贵病”（糖尿病、肥胖、肠道癌、便秘等）有良好的防治功效，是现代生活不可或缺的食品添加辅料与营养素[16]。膳食纤维的开发与利用成为近年来食品研究的热点。

生产膳食纤维的原料大多来源于食品生产中的废弃物和下脚料。Llobera等以葡萄酒加工业两大废弃物葡萄皮渣和果梗为试验材料，检测各化学组分的含量，研究结果表明，两种废弃物中膳食纤维的含量最高，占到酒渣干重的75%[6]。孙艳以酿酒葡萄赤霞珠的一年生枝条和葡萄皮渣为材料，分别采用酸法、碱法、酶法提取葡萄枝条和酿酒葡萄皮渣中的可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber, SDF），并检测其含量，研究结果表明，不同提取工艺和葡萄品种均对SDF含量影响显著[17]。

2.4 单宁

单宁又名丹宁酸、单宁酸，在药典上又称鞣酸、鞣质，是不同聚合度的黄烷-3-醇聚合物的混合物，主要是一些引起涩味的多酚类物质。单宁具有很强的生物和药理活性，如止血、抑菌、抗过敏、抗突变、抗癌、抗肿瘤、抗衰老、降血糖、降压、降脂作用等，它在医药、食品、化妆品、制革、冶金、印染、选矿等工业上均有广泛的应用[18]。单宁物质在葡萄各个组成结构中分布的种类和含量各不相同，它在葡萄梗和葡萄籽中的含量较高。

3 葡萄梗（茎）中活性物质提取工艺研究

3.1 有机溶剂提取法

近年来，国内外对葡萄梗（茎）中活性物质提取工艺研究大多集中在有机溶液提取法，其中温浸醇提法是最常用的提取方法，工艺优化的研究结果详见表2所示。

表2 葡萄梗（茎）中活性物质溶剂提取工艺优化研究Table 2 Research results on optimization of the solid-liquid extraction conditions for bioactive compounds from Grape Stalks

种黑比诺的茎葡萄素多酚84℃ 2.03mg/g 9.28 mg/g取温度＞固液比阿魏酸 35%乙醇溶液，16℃ 1.05 mg/g酿酒葡萄品种蛇龙珠的一年生葡萄藤茎多酚50%乙醇溶液， 60℃，料液比1:15，提取时间1h 14.43mg/g乙醇浓度＞固液比＞提取温度＞提取时间 [8]酿酒葡萄蛇龙珠的一年生葡萄枝条多酚 50%乙醇溶液，70℃，料液比1:16.5 14.126mg/g乙醇浓度＞提取温度＞料液比[19]天津王朝葡萄酒厂酿酒后废渣葡萄梗白藜芦醇原花色素60%乙醇溶液，80℃，料液比为1:20，提取时间2h 0.083%0.516%提取温度>乙醇体积分数>提取时间>料液比[20]天津葡萄酒厂酿酒后废弃物葡萄梗白藜芦醇50%乙醇溶液，70℃，料液比1:15，提取时间4h，原料目数为60 ～100目0.34%提取温度＞乙醇体积分数＞提取时间＞料液比[21]新天葡萄酒厂酿酒后废弃物赤霞珠葡萄梗单宁50%丙酮水溶液，75℃，料液比1: 40，提取时间1.5h 9.73%料液比> 提取时间> 提取温度 [22]

由表2可知，目前关于活性物质的提取率与提取工艺条件密切相关，影响较为显著的多为提取剂的选择和浸提温度，其他因素如浸提时间、料液比、原料粉碎度、提取次数等也都影响着生物活性物质的提取率，所以提取时必须加以综合考虑。

有机溶剂提取法具有成本低、操作简便、设备要求低等优势，因此是应用最早也是最广泛的方法；但缺点是容易造成试剂浪费，耗时，杂质含量高，产品和操作存在安全隐患等[12]。

3.2 超声波辅助提取法

超声波辅助提取是利用超声波辐射产生的空化、振动、乳化、扩散、击碎和搅拌作用等多级效应，增大物质分子的运动频率和速度，增加溶剂穿透力，从而加速目标成分进入溶剂，促进提取的进行。超声波技术目前已经普遍应用于天然产物提取的研究中。

张建等以新疆新天葡萄酒厂提供的赤霞珠葡萄梗为材料，采用超声波辅助法提取葡萄梗中的单宁，通过正交试验方法得到最佳工艺条件为超声温度60℃，超声功率60W，超声时间20min，超声频率40kHz，此研究证明超声波提取单宁具有耗时短、效率高等优势[23]。康彦芳等以天津葡萄酒厂酿酒后废弃物葡萄梗为原料，采用超声波辅助法提取葡萄梗中的白藜芦醇，考察了提取时间、温度、占空比、固液比等条件对白藜芦醇提取率的影响，通过正交实验确定了最佳提取条件为提取剂60%乙醇主、超声时间6 min、占空比1:2、提取温度70℃、固液比1:13，白藜芦醇提取率可达0.33%[10]。高园等利用超声辅助技术从酿酒葡萄枝条中提取多酚类物质，优化提取工艺条件并比较8个葡萄品种中多酚类物质含量的差异[24]。

3.3 生物酶法

酶反应条件温和，选择性强，近年来许多水解酶已被应用于葡萄酒渣中生物活性物质的提取研究中。目前，用于提取方面研究较多的是纤维素酶，植物的功能性成分往往包裹在以纤维素为主构成的细胞壁内，纤维素酶能够水解纤维，破坏植物细胞壁，进而充分释放细胞内含物，因此有利于对植物生物活性物质的提取，进而提高物料的利用率。李梦青等将纤维素酶用于葡萄梗中原花色素和白藜芦醇的提取工艺中，即在乙醇提取前，先用纤维素酶处理葡萄梗粗粉，与传统直接醇提法相比，原花色素的提取率提高了近4倍，白藜芦醇的提取率也有所提高[25]。

3.4 超临界流体萃取法

超临界流体萃取技术（supercritical fluid extraction，SFE）是利用超临界流体作为溶剂进行物料萃取的技术，超临界流体就是处于临界温度和临界压力以上、介于气体和液体之间的流体，它具有很强的溶解能力、良好的流动及传递性能等特点，通过控制温度和压力变化可对物料进行选择性萃取和分离的技术。目前最常用的萃取剂是CO2。超临界流体萃取技术具有许多优势，如萃取效率高、温度低、溶剂消耗少、无残留、安全性好、对环境无污染等优点，特别适用于对热敏感、易氧化分解成分的提取。因此，利用超临界流体萃取技术从果品加工的副产品中提取功能有效成分日益受到人们关注，成为当今研究的热点[26]。

张建等以新疆新天葡萄酒厂提供的赤霞珠葡萄梗为材料，研究从葡萄梗中超临界CO2萃取单宁的工艺，得出优选的超临界CO2萃取条件为萃取压力25MPa、萃取时间90min、萃取温度37℃、CO2流速12.5mL/min，单宁得率为88.4%，其中萃取压力对葡萄梗中单宁的萃取率影响最大[27]。

由此可见，普通的有机溶剂提取法因其设备要求低、操作简便，而被广泛应用，但此法耗时长，提取物成分复杂；相比之下，超声波辅助法和生物酶法的提取率较高，且缩短了提取时间，因此也是实验室较常用的活性物质提取技术。此外，超临界流体的特殊性质决定了其在萃取天然成分等非极性物质方面具有独特的优越性，即速度快、产率高、安全性好，因此也是现代工业比较偏好的技术，是近几年生物活性成分萃取的发展新趋势，它在葡萄梗（茎）活性物质提取方面有待得到更广泛和更深入的研究。

4 葡萄梗（茎）中生物活性物质纯化工艺研究

目前，国内对葡萄梗中活性成分的纯化研究仅集中在多酚物质和单宁，且均采用大孔吸附树脂法[28,29]。大孔吸附树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的有机高分子聚合物，是一种新型的非离子型分子吸附剂。大孔树脂纯化法具有简单易行、稳定性高、选择性好、比表面积大、吸附容量大、吸附速度快、解吸条件温和、再生处理方便、使用周期长、成本低等优点[2]。

张静等采用大孔吸附树脂分离纯化葡萄枝条中多酚类物质，通过以葡萄多酚类物质吸附率、吸附量和解吸率为指标，确定最佳树脂型号和主要参数，结果表明，ME-1型树脂具有最佳的吸附洗脱参数，且操作简单、安全[28]。张建等研究了赤霞珠葡萄梗中单宁的纯化工艺，探讨了树脂对粗提葡萄梗单宁的吸附和解吸附能力，筛选最佳树脂，确定其最佳的吸附与解吸附工艺参数，并指出采用吸附树脂精制葡萄梗中单宁具有工艺简单、成本低、产率、不存在有机溶剂毒性残留等优势[29]。

5 展望

我国是一个葡萄栽培和加工业大国，葡萄加工废弃物的综合利用与开发问题显得尤为突出，它将影响食品工业、畜牧业等相关产业的健康发展。过去，这些废弃物大多被用作肥料、饲料或是直接作为垃圾丢弃，利用率非常低。现在人们逐渐认识到这些废弃物含有大量生物活性物质，如膳食纤维、白藜芦醇、单宁等，研究从葡萄梗（茎）中提取高附加值的生物活性物质，不仅保护了环境，实现了对天然植物资源深度利用，还对发展保健食品、化妆品和生物制药工业均有着深远的意义。

[1]孙兆军. 中国葡萄栽培面积已达55.2万公顷[J]. 中国果业信息, 2012(1):53.

[2]李双石,李晓燕,苑函,等. 葡萄酒渣提取多酚化合物研究进展[J]. 酿酒科技, 2012(12):17-22.

[3]Prozil SO, Evtuguin DV, Lopes LPC. Chemical composition of grape stalks of Vitis vinifera L.from red grape pomaces[J]. Industrial Crops and Products, 2012,35(1):178-184.

[4]张秀玲,祝义伟,孙佳平.酿酒后的葡萄渣的综合利用[J]. 食品工业科技,2008,29(7):284-285,288.

[5]刘伟新,李九如. 葡萄藤茎的生药学研究[J]. 新疆中医药, 2006(4):58.

[6]Llobera A, Cañ ellas J. Dietary fibre content and antioxidant activity of Manto Negro red grape(Vitis vinifera): pomace and stem[J]. Food Chemistry, 2007,101(2):659-666.

[7]Çetin ES, Altinö z D, Tarç an E, et al. Chemical composition of grape canes[J]. Industrial Crops and Products, 2011,34(1):994-998.

[8]孙玉霞. 葡萄藤茎中多酚物质提取及其抗氧化能力的研究[D]. 泰安：山东大学, 2011.

[9]史红梅,孙玉霞,蒋锡龙,等. 正交实验法优化葡萄藤茎中多酚活性物质提取工艺的研究[J].食品工业科技, 2012,33(2):287-290.

[10]康彦芳,李梦青,侯建功,等. 超声波法从葡萄穗轴废渣中提取白藜芦醇[J]. 化工进展,2006(11):1362-1365.

[11]王琴飞,李景明,黄绵佳. 葡萄素的生物活性研究[J]. 中外葡萄与葡萄酒, 2008(4):46-50.

[12]郭景南,刘崇怀,潘兴,等. 葡萄属植物白藜芦醇研究进展[J]. 果树学报,2002,19(3):199-204.

[13]Karacabey E, Mazza G. Optimization of solid-liquid extraction of resveratrol and other phenolic compounds from milled grape canes (Vitis vinifera)[J]. Journal of agricultural and food chemistry, 2008,56(15):6318-6325.

[14]Rayne S, Karacabey E, Mazza G. Grape cane waste as a source of trans-resveratrol and trans-viniferin: High-value phytochemicals with medicinal and anti-phytopathogenic applications[J]. Industrial Crops and Products, 2008,27(3):335-340.

[15]Anastasiadi M, Pratsinis H, Kletsas D, et al. Grape stem extracts: Polyphenolic content and assessment of their in vitro antioxidant properties[J]. LWT-Food Science and Technology,2012,48(2):316-322.

[16]梁宁,杨磊,李静. 膳食纤维研究进展[J]. 科技传播, 2011,(8):96,100.

[17]孙艳. 葡萄废弃物中可溶性膳食纤维提取工艺的研究[D]. 杨凌：西北农林科技大学,2010.

[18]石闪闪,何国庆. 单宁酸及其应用研究进展[J]. 食品工业科技, 2012,33(4):410-412,416.

[19]孙玉霞,史红梅,蒋锡龙,等. 响应面法优化葡萄枝条中多酚化合物提取条件的研究[J]. 中国农学通报, 2011,27(7):466-471.

[20]张洁,李梦青,聂媛,等. 葡萄穗轴中白藜芦醇、原花色素提取工艺的研究[J]. 河北工业大学学报, 2008,37(1):8-12.

[21]康彦芳,杨永杰,封军来,等. 从葡萄穗轴废渣中提取白藜芦醇的工艺研究[J]. 食品科学,2007,28(11):203-207.

[22]陈国刚,邓志祥,江英,等. 葡萄梗中单宁的提取及含量测定[J]. 石河子大学学报(自然科学版), 2007,25(6):749-752.

[23]张建,李宝坤,毛晓英. 超声波提取葡萄梗中单宁的研究[J]. 安徽农业科学,2008,36(23):9828-9830.

[24]高园,房玉林,张昂,等. 葡萄枝条中多酚类物质的超声波辅助提取[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2009,37(09):77-82.

[25]李梦青,张洁,聂媛,等. 酶法提取葡萄穗轴中原花色素、白藜芦醇的研究[J]. 天然产物研究与开发, 2009,20(2):291-295.

[26]王仁才,欧阳建文,成智涛,等. 超临界流体萃取技术在果实功效成分提取中的应用[J]. 湖南农业大学学报(自然科学版), 2006,32(2):225-228.

[27]张建. 超临界 CO2萃取葡萄梗中单宁的研究[J]. 河南工业大学学报(自然科学版),2010,31(5):51-54.