葡萄皮渣中营养成分提取分离纯化的研究进展

邹琴艳，张 岩，吴 帅，赵遵乐，谭 伟

（枣庄学院食品科学与制药工程学院，山东枣庄 277160）

0 引言

随着经济的不断增长，人们对生活的要求越来越高，据统计，2017年我国葡萄酒产量达100万t[1]。在酿酒过程中会产生约占原料20%的皮渣[2]，2017年我国在酿酒的同时就产生约20万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，大部分都被用来作为饲料、肥料甚至垃圾处理[3]，但葡萄皮渣中富含白藜芦醇、原花青素、葡萄籽油等成分对人的身体健康是有益的，其中含有的蛋白质、膳食纤维等都可用作食品加工[4]。若葡萄皮渣得到很好的利用，可在避免资源浪费的同时减少环境污染，获得良好的社会效益，而且还可以延长葡萄产业链，提高经济效益。因此，通过综述了葡萄皮渣中主要营养物质的种类、功能及其提取、分离纯化方法，研究葡萄皮渣中营养物质成分的提取、分离纯化，为葡萄皮渣的综合利用提供技术支撑。

1 葡萄皮渣中营养物质种类及提取分离方法

1.1 多酚物质

葡萄皮和籽中含有丰富的多酚类化合物，在红葡萄皮中占25%～50%，而在籽中的含量为50%～70%[5]，具有抗氧化剂，消除自由基，抑制细菌、癌细胞生长作用[6]。目前，在葡萄皮中已鉴定出十几种多酚物质，其中大部分可用作食品添加剂，如黄酮醇、原花青素、花色苷、白藜芦醇等，同时也可用作食品、医学、化妆品等行业[7]，具有很大发展空间。现就葡萄皮渣中的白藜芦醇、原花青素和花色素的功能及其提取分离方法进行总结。

1.1.1 白藜芦醇

白黎芦醇属于非黄酮类多酚化合物，含芪类结构，在葡萄特别是葡萄皮中含量最高。研究表明，白黎芦醇具有抗癌、抗氧化[8]、抗自由基[9]、预防心脏病[10]等药理作用，并具有多种活性保健作用，同时具有无毒、多功能等特点。2001年，研究发现白藜芦醇具有抗艾滋病的作用[11]。目前在化妆品、医药、保健品和食品添加剂等领域已广泛应用。

目前，关于白藜芦醇的提取方法包括有机溶剂振荡法、超声波辅助法、微波辅助法、酶解辅助法等方法，各有优缺点。有机溶剂振荡法提取操作步骤简单，使用的成本相对较低，但是所提取的效率低、时间长、提取出来的成分复杂且易被氧化；超声波辅助相比于有机溶剂振荡法提取时间明显缩短，有效减少了有机溶剂的消耗，因溶剂的温度在提取过程中变化小，所以提取的有效成分不易被破坏，提取率为0.227%[12]；微波辅助提取率能达到0.284%[13]，在提取过程中时间缩短且操作步骤简单，具有选择性高的萃取性和广泛使用性，但其溶剂在提取时温度升得快，从而使提取液挥发造成白藜芦醇的破坏，且会使溶剂容易燃烧，所以操作的规范度高。酶解辅助提取率比前3种都要高很多，但是酶的提取时间很难控制，时间过长反而会降低提取效率。李婷等人[13]用纤维素酶提取葡萄皮渣中白藜芦醇的工艺为酶解时间90 min，温度为60℃，30℃下乙酸乙酯浸提0.5 h，浸提2次，其中酶与皮渣配比为1∶1 000，最终白藜芦醇得率为0.93 mg/g。王虹玲等人[14]通过响应面分析法优化了白藜芦醇提取工艺优化，利用纤维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，提取白藜芦醇得率为144.13 μg/g。所以在选择提取白藜芦醇方法时要选择合适的提取方法，或者进行方法联合。马密霞等人[15]用微波和超声联用从葡萄籽中提取白藜芦醇，得到的工艺为40%乙醇为溶剂，在65℃下提取3 min。

1.1.2 原花青素

原花青素是一类多酚化合物的总称，在葡萄皮渣中的含量为5%～8%[3]，在葡萄籽中含量最高，完全溶于甲醇、乙醇、水，具有较强的清除自由基、抗氧化[16]、抗肿瘤[17]、增强心血管活性等功效[18]，广泛应用于食品、药制品、化妆品及保健品等行业。原花色素的提取方法有水浸提法[18]、溶剂萃取法[19]、超声波辅助法[20]、微波辅助法[21]、酶法辅助提取法[22]等。水浸提法、溶剂萃取法提取温度高、时间长，对原花青素成分可能会造成严重的影响。张晓娟等人[20]利用超声波辅助法提取，在温度55℃，乙醇体积分数52%，料液比1∶28（g∶mL），超声时间20 min的条件下提取2次得到的原花青素提取率为8.015%。陈月英等人[21]优化了微波辅助法，在最佳工艺（体积分数为60%的乙醇，料液比1∶20，微波时间90 s，功率800 W） 条件下得到原花青素的平均提取率为9.12±0.87 mg/g。陈月英等人[22]用酶法提取葡萄皮渣原花青素，在最佳条件（添加量为0.4%，0.8%的纤维素酶、果胶酶，于70℃下酶解90 min）下，平均提取率为11.08±0.85 mg/g。研究发现原花青素在酸性条件下提取率会有所提高[23-24]。

梁敏等人[25]采用不同极性的大孔树脂分离提纯葡萄中的原花青素，发现HPD400更适合原花青素的提取，其吸附量为92.1，乙醇的总洗脱率为92%，体积分数为30%，50%的乙醇洗脱样品中原花青素含量分别为85.0%，73.9%。

现在原花青素已应用到食品领域中，如蛋糕、奶酪等。现在原花青素不仅可以作为营养强化剂，还可以代替合成防腐剂，因此原花青素在未来具有很大的发展领域。

1.1.3 花色素

葡萄皮渣中含有的花色素属于水溶性天然色素，一般以花色苷的形式存在，安全无毒，可作为食用色素。这些花色素能预防治疗心血管、预防癌症、抑制肿瘤，具有抗炎症、抗眼科疾患等药理功能，此外，还具有抗氧化、抗辐射、提高视力等生理功能[26-27]，在食品工业、保健品、化妆品行业应用广泛。

目前可以利用有溶剂浸提法、超声波萃取法、微波辅助提取法、超声辅助法提取色素。其中，溶剂浸提法操作步骤简便，提取出来的成分质量及提取率较高，但所需要的成本相对较高且污染环境；超声波萃取浸取法使用范围广、操作过程中易操作且所用时间相对较少，所使用的成本相对较低；微波辅助提取法提取时的速度快且安全、不污染环境，所使用的成本较低，得到的提取率高，有较大的发展前景。高昌勇[27]利用正交设计得到葡萄皮渣色素提取最佳工艺为采用70%乙醇提取，pH值3，料液比1∶20，在60℃的温度下浸提50 min，所得到的产率约为6.2%。余昆等人[28]利用单因素试验与响应面分析确定在51%乙醇中，料液比1∶12，提取117 min，最后得到的色素提取率为3.4%。包永华等人[29]用微波辅助进行优化得到最佳工艺（610 W下微波124 s，料液比1∶21） 的条件下得到的提取率较高。郭燕等人[30]用超声辅助法用单因素通过响应面得到最佳工艺（60%乙醇，60.46℃下提取7.14 min，料液比1∶19.3） 条件下提取率达18.84%。

1.2 酒石酸

酒石酸是有机酸，同时含有很多羟基[31]。葡萄皮渣中含有一种无色透明或白色的结晶细粉的酒石酸系D-酒石酸，口感呈酸味[32]，在葡萄中占0.43%～0.74%。酒石酸可用作酸味剂和膨胀剂，酒的增味剂，印染的防染剂、感光药剂，作为医用的绷带硬化剂[33]，具有抗氧化性、促消化，也可作为药物。酒石酸现已广泛应用于食品添加剂、制药原料行业。

李力[33]采用溶剂法提取酒石酸，最佳提取条件是料液比1∶12，在85℃下提取4.0 h，pH值4.0，平均提取率为1.079%，该法操作简便、安全环保、成本低。李艳丽[34]针对酒石酸的主要影响因素进行了分析，发现最佳时间5.0 h，温度75℃，料液比为 1∶3。

1.3 葡萄籽油

葡萄籽油中的亚油酸为主要成分，占80%以上的含量，含油量为14%～19%，同时含有氨基酸18种以上，多数为不饱和脂肪酸[35]，且含有K，Na，Ca，Fe，Zn，Mn等矿物质元素，其含量都较高。葡萄籽油具有抑制肿瘤[36]，防治高血压[37]、心脏病、动脉硬化等作用，现在已广泛应用于制药和化妆品领域。现在人们对外表越来越重视，比如抗辐射、抗衰老、雀斑、护发、护肤都成了女性关注点，所以葡萄籽油在市场上还是有很大的发展前景。

葡萄籽油的提取方法有溶剂法、压榨法[38]、超临界CO2萃取法[39]、超声辅助萃取法[40]、酸热法[41]、乙醇水提法[42]。虽然溶剂法出油率高、被破坏的营养成分少，但残留的溶剂容易破坏葡萄籽油，所得到的产品质量与安全易受影响；压榨法对油脂中的有效物质不会造成破坏，活性的保留程度能得到最大，且操作简便、环保及成本低，但机器损伤大、提取率低；超临界CO2法萃取操作简便、提取率高。邓少颖等人[38]在优化的萃取条件（萃取压力30 MPa，40℃下萃取2 h，葡萄籽的粉碎度40目） 下得到萃取率为16.94%，同时还利用锐孔法制备了葡萄籽油微胶囊。超声辅助萃取法操作简便、成本低及提取率高。王丽娟等人[39]在单因素试验的基础上利用响应面优化条件，在料液比1∶15，29℃下超声提取25 min，提取效率为21.94%。吕慧威等人[40]用酸热法提取并进行优化得到最佳工艺，在料液比1∶6，4.09 mol/L的盐酸，75.85℃下酸热59.37 min、浸提温度为1.99℃的条件下，提取率为26.005%。杜宇等人[41]用乙醇水提法在直接粉碎优化条件（水溶液为45%的乙醇，pH值9下提取1 h） 下得到的提取率为86.57%。

1.4 蛋白质

提取葡萄籽油后，在皮渣中剩下的是品质良好的蛋白质资源，蛋白质中含有18种氨基酸，人体所需的必需氨基酸也包含在其中，具有价值较高的营养和生物活性，总含量大约占7.76%，具有较强的抗氧化性和清除自由基能力。对葡萄籽油中的蛋白质进行深入的研究，特别是它的活性及蛋白质中的多肽，将会产生积极的意义，同时将分离出来的抗氧化肽、表面活性肽等成分做成产品，在市场上将会有广阔的前景。

目前提取葡萄籽中蛋白质的方法有碱溶酸沉法[42]、水酶法[43]。吴芳等人[42]通过响应面得到碱沉法提取蛋白质的最佳条件，温度45℃，料液比1∶25，同时在0.001 g/mL NaOH中浸提40 min，得到的蛋白质量为9.75 mg/g。水酶法不污染环境、节能，其中含有优质的营养资源。尹佳等人[43]利用木瓜蛋白酶从脱脂葡萄籽提取蛋白质，在最佳条件下，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质提取率为67.85%。李丹丹等人[44]采用多酶法提取蛋白质，在所得的工艺（纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶、胰蛋白酶质量比为2∶1∶2∶1，pH值6.5，料液比1∶9，酶解时间9 h） 条件下，蛋白质提取率为57.58%。

1.5 膳食纤维

膳食纤维分为可溶性和不溶性，现已成为第七大营养素，具有抗氧化[45]、降脂、降糖及解毒等功效，能防治糖尿病、中风、高血压等疾病，所以膳食纤维在市场上越来越受欢迎，而总膳食纤维在葡萄皮渣中占60%以上。目前，膳食纤维在食品保鲜与功能食品研发等领域已广泛应用。据了解，大部分老人使用方法是直接粉碎泡水喝，这样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纤维具有重大的意义。

关于膳食纤维的提取有碱法、多酶法、超声波辅助酶法、超声协同复合酶法等，传统的碱制备法操作困难且不环保，所以不建议使用。孙艳等人[46]通过单因素正交试验分别得到了HCl法和酶法提取葡萄皮渣中可溶性膳食纤维的最佳工艺，使用HCl法所得到的产量较高，但差异不显著。樊柳等人[47]用多酶法提取可溶性膳食纤维进行优化后所得到的最佳条件为1.2%混合酶（糖化酶∶纤维素酶=1∶4），0.3%蛋白酶、60℃酶解120 min。巫永华等人[48]提取黑豆皮水溶性膳食纤维使用超声波辅助酶法，得到最佳工艺（料液比1∶25，酶添加量20 g/mL，60℃下提取23 min） 时，提取率可达到19.12%±0.23%。超声协同复合酶法简单高效，薛山等人[49]在最佳工艺（超声波28.40 min，纤维素酶为0.42 mL/g，料液比41.50，α-淀粉酶作用30.18 min） 条件下得到可溶性膳食纤维的抗氧化性最为显著。

2 葡萄皮渣的发展趋势

综合合理利用葡萄皮渣，既节约资源又减少对环境的污染，有效提高葡萄皮渣的利用价值，创造出更好的经济效益和社会效益。针对葡萄皮渣中多种营养物质，功能性成分提取依旧是葡萄皮渣综合利用的重点，为了更好地利用葡萄皮渣中的成分，张丽芝等人[50]利用葡萄皮渣生产单细胞蛋白饲料，从而更好地提高葡萄皮渣的营养价值。如何合理安排提取葡萄皮渣中成分的先后顺序，从中更高效充分地提取出各种多酚、葡萄籽油、膳食纤维、蛋白质等，以及其他含量虽低但功能性强的营养物质，是今后研究的热点和重点。