葡萄渣在食品中的开发利用研究进展

简小艳，宋江峰，王虹娟，李元继，刘春泉

（1.江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏南京 210014；2.江苏怡亨酒庄有限公司，江苏淮安 223000；3.南京农业大学食品科技学院,江苏南京 210095）

葡萄（Vitisspp.）是世界上最古老的水果之一，具有很高的营养和经济价值，可鲜食或用于加工葡萄酒、果酱、果汁、果醋、果冻、葡萄干和葡萄籽油。我国葡萄产量居世界第一，2021 年产量达到1 443.9 万t[1]。江苏是优质鲜食葡萄的主要产区之一，作为优势特色高效农业中主导产业之一，葡萄产业发展迅猛，规模化、标准化水平不断提升，2020 年江苏省葡萄生产总面积为3.384 万hm2，总产量61.1 万t，在我国南方十多个省市中位居前列[1-2]。约80%的葡萄以鲜食为主，酿酒、制干、制汁或制醋的葡萄用量持续增长，其中酿酒葡萄占10%以上[3]。葡萄种植面积的不断扩大及加工产业快速发展，使得葡萄渣的产量逐年增加。

葡萄渣等加工废弃物在压榨和发酵过程中产生，占葡萄质量的20%～30%，主要包含40%～50%葡萄籽和50%～60%的葡萄皮两部分[4-5]，两者均含有酚类物质、膳食纤维、不饱和脂肪酸等多种生物活性物质，具有抗炎、抗癌、改善肠道菌群、预防血栓等多重功效[6]。但多年来，葡萄渣的综合利用效率一直较低，约3%的葡萄渣被用作动物饲料，其他用于废物堆肥等。此外，葡萄渣中酚类物质可降低果渣pH 值、增加对生物降解的抵抗力，单宁等可导致土壤及地下水的氧气消耗，进而造成环境污染[7-8]。

随着消费者对天然成分的需求不断增长，以及对可持续农业实践的日益关注，高值开发和综合利用葡萄渣具有十分重要的经济社会效益。因此，本文综述了近年来葡萄渣中主要活性成分与其提取技术研究，及在食品加工、功能性食品开发中的应用现状，为更好地开发利用葡萄渣提供理论参考。

1 葡萄渣中主要的生物活性成分

葡萄渣包括残余的果肉、果皮、果梗等无籽葡萄渣和葡萄籽两部分，其主要成分分别为纤维素和油脂，同时都含有丰富的酚类物质（图1），果皮中花青素含量最为丰富，而籽中以黄酮醇为主，约占葡萄渣中总黄酮醇的56%～65%[9]。葡萄籽的主要价值在于其油脂的营养特性，其富含油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸和酚类化合物[10]，脱脂葡萄籽的残留物主要由水分（6.5%）、灰分（5.7%）、蛋白质（11%）和木质素（46%）组成[11]。

图1 葡萄渣废弃物中主要活性成分Fig.1 Main active ingredients in grape pomace waste

1.1 酚类物质

酚类化合物是植物界中数量最多、分布最广的一类天然产物，具有抗过敏、抗炎、抗菌、抗氧化、抗血栓形成、保护心脏和舒张血管等广泛的生理活性[12]。酿造过程中，60%～70%的酚类化合物被保留在葡萄渣中，已鉴定出花青素、羟基苯甲酸、羟基肉桂酸、黄烷-3-醇、二苯乙烯和黄酮醇[13-14]。残余果皮中发现的花青素主要有：锦葵苷、矮牵牛碱、花青素、芍药苷和翠雀花苷，含量因品种、成熟度和气候等因素会有所不同[15]。羟基苯甲酸包括对羟基苯甲酸、原儿茶酸、丁香酸和香草酸，而羟基肉桂酸包括没食子酸、咖啡酸、阿魏酸、对香豆酸、绿原酸和芥子酸，以及具有三个碳侧链的芳香族化合物。黄烷-3-醇类物质影响葡萄酒的感官特性，大量残留于酿酒残渣，但葡萄籽和皮部位由不同的黄烷-3-醇组成，在残余葡萄皮中主要为儿茶素、没食子茶素和原花青素，而残余葡萄籽中仅含儿茶素和原花青素[16]。葡萄籽提取物中的原花青素一般是多羟基黄烷-3-醇的低聚物和聚合物，如(+)-儿茶素和(-)-表儿茶素，以没食子酸酯或糖苷的形式存在[17]。在葡萄、葡萄酒和酿酒残渣中发现的主要二苯乙烯是白藜芦醇，其含量因成熟阶段和葡萄品种而异。山柰酚、槲皮素、杨梅素和异鼠李素是主要的黄酮醇，源于葡萄花青素和缩合单宁相同的生物合成途径，与色素沉着有关[18]。

1.2 膳食纤维

膳食纤维是指植物细胞壁的不可消化组分，包括半纤维素、纤维素、果胶、木质素等，在保持消化系统健康、预防心血管疾病、癌症、糖尿病等疾病上扮演重要角色。Arnous 等[19]提出葡萄渣细胞壁的组成包括30%的中性多糖，20%的酸性果胶物质及15%的不溶性原花青素、木质素、结构蛋白和酚类物质。葡萄渣中单糖分布广泛，一般由鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、半乳糖、葡萄糖和半乳糖醛酸组成[20]。葡萄残余果皮含有大量的同型半乳糖醛酸和少量的果胶多糖（鼠李糖半乳糖醛酸聚糖I 和鼠李糖半乳糖醛酸聚糖II）。果胶多糖的分子量和酯化程度影响其作为胶凝剂和增稠剂的商业用途，低甲酯化果胶是葡萄渣中主要的细胞壁聚合物类型[21]。

1.3 葡萄籽油

葡萄籽油具有抗炎、保护心脏、抑菌和抗癌等特性。葡萄籽的含油量一般为11.6%～19.6%[22]，取决于葡萄的品种和成熟度。葡萄籽油中主要脂肪酸分别为亚油酸（66.8%～73.6%）、油酸（17.8%～26.5%）、棕榈酸（6.4%～7.9%）和硬脂酸（3.6%～5.3%）。研究发现‘赤霞珠’和‘皇家胭脂’果渣油的多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUSFA）范围为60.9%～64.4%，PUSFA/SFA 比值为2.80～3.11 和n6/n3 比值为20.8～36.9，总不饱和脂肪酸占葡萄籽油的86%以上，都是必需脂肪酸[23]。

2 葡萄渣中主要活性成分的提取

2.1 酚类物质的提取

葡萄中可提取的总酚类物质在果肉中不到10%，在籽中占60%～70%，在表皮中占28%～35%，籽中酚类物质含量在5%～8%左右[24]。以水和有机溶剂的混合物进行常规溶剂萃取，可获得高产率[25]。通过对‘玛斯克汀’葡萄籽粉适宜的提取溶剂研究表明，乙醇、甲醇或丙酮的水溶液比单一溶剂系统提取的总酚多。Spigno 等[26]优选醇类的水性混合物提取酚类物质，并考察了提取时间和温度对酚类物质得率的影响，发现在60 ℃时的得率高于45 ℃，并且超过20 h 酚类成分明显发生热降解。

由于酚类物质可与食物基质细胞壁中的复杂多糖共价结合，传统的提取方法无法有效提取部分酚类化合物。不可萃取酚类物质的回收已在蔓越莓果渣和花椰菜废物的碱解中进行过研究[27]。近年来一些新型高效绿色提取技术的应用研究逐渐增多，加速溶剂萃取也称加压流体萃取，利用了传统溶剂在高温和高压下的特殊性质，采用加速溶剂萃取红葡萄渣中原花青素，50%乙醇提取的总原花青素含量比其他比例乙醇/水组合高，是丙酮基常规溶剂提取的1.15 倍，表儿茶素、儿茶素和二聚体含量分别提高205%、221%和113%，并且在80～140 ℃之间可更好地提取低聚原花青素[28]。超临界萃取具有CO2临界点适中，无毒、不易燃、无污染、价格便宜，萃取物无溶剂残留等优点。Michielin 等[29]研究了乙醇质量浓度（10%、15%、20%）和流速（0.01～9.99 mL/min）对葡萄渣提取物抗氧化能力的影响，并评价了酚类提取物的产率及亲脂性组成特征。也有文献报道采用超声波、微波等辅助提取葡萄皮渣中的酚类物质，可在短时间内实现高产[30-31]。El Darra 等[32]研究脉冲欧姆加热对细胞膜损伤和红葡萄渣多酚提取强化的影响，结果表明，脉冲欧姆加热处理导致细胞膜变性，加速了葡萄渣中总多酚的提取动力学，在400 V/cm 下获得的多酚提取率提高了36%，该法有望未来用于从果渣中提取多酚的工业化应用。

2.2 膳食纤维的提取

从植物原料中提取膳食纤维主要采用常规溶剂提取、微波或超声波辅助提取及酶辅助提取法。葡萄渣中膳食纤维含量达干物质的75%以上，其中可溶性膳食纤维以果胶类物质含量最为丰富[33]。Sun 等[34]对葡萄渣中可溶性膳食纤维的酸法提取工艺进行优化，获得最佳提取条件为提取溶剂0.39 mol/L 盐酸，提取温度75 ℃，料液比1∶20，提取时间90 min，可溶性膳食纤维得率达47%。微波辅助提取和超声辅助提取可提供快速的样品制备，减少溶剂用量。Spinei 等[35]研究优化微波辅助提取葡萄渣果胶的最佳工艺条件为微波功率560 W，pH 值1.8，提取时间120 s，所提果胶保持了与传统提取相似的质量。Minjares-Fuentes 等[36]研究以柠檬酸为提取剂的葡萄渣中果胶的超声辅助提取工艺，当在75 ℃下用pH 2.0的柠檬酸溶液提取60 min 时，可获得最高的果胶得率32.3%。酶法可通过将糖苷键从多糖链断裂成单糖和寡糖，以破坏细胞壁超微结构，促进果胶的降解并改变果胶的物理化学特性。研究发现[11]，采用酶法提取8 种不同葡萄品种果渣的可溶性纤维，‘黑佳美’中可溶性膳食纤维产量最高，为421.0 mg/g，其次是‘霞多丽’（401.8 mg/g），最少是‘西拉’（242.8 mg/g），与盐酸法提取得率差异不显著。所提可溶性果胶指纹区存在不同的官能团，具有不同的分枝程度，同时显示更好的黏弹性。

2.3 葡萄籽油的提取

植物油一般采用己烷为溶剂的固液提取法，得率在95%以上，但由于己烷的毒性，需进一步精炼。而机械压榨油的品质虽优于溶剂萃取法，但得率较低，其限制因素为葡萄籽中的油含量和高木质素含量。Vasilachi 等[37]使用压榨机榨取葡萄籽油，考察了不同的预热温度（90～120 ℃）、螺杆转速（40～70 r/min）和模具直径（10～15 mm）的影响，油得率从48.9%到73.0%不等。冷压提取是一种获得优质葡萄籽油的替代方法，尽管产量较低，但解决了温度过高的问题，同时与酶预处理结合可进一步改善压榨过程，因为酶会水解葡萄籽细胞壁，释放结合的化合物并提高油的产量[38-39]。

近年来，越来越多的绿色技术引入食用油加工，以减少或不使用有机溶剂。超临界流体萃取对萃取（癸酸、月桂酸、棕榈酸和亚油酸等）脂肪酸等非极性化合物、植醇、二萜醇和亚油酸乙酯有良好的效果。Yang 等[40]、Duba等[41]采用超临界流体萃取法提取葡萄籽油，获得的产量高于压榨法，但总酚含量降低50%以上。亚临界水提取是一种颇具前景的绿色技术，具有增强油的抗氧化能力的优点，然而油中维生素和生育酚的水热降解也会损害油的氧化稳定性[42]。超声辅助萃取旨在通过强化萃取提高含油原料出油率，超声辅助萃取的葡萄籽油产量随超声波功率的增加而增加，与索氏提取相比，溶剂消耗量较低且提取时间较短[43]。

3 葡萄渣的主要成分在食品中的应用

3.1 酚类物质在食品中的应用

在食品生产中，富含多酚的葡萄渣提取物可作为功能补充剂以强化饮料、乳酪、冰淇淋等。Costa 等[44]研究了一种富含多酚的生物活性葡萄渣提取物（grape pomace extract，GPE）封装于海藻酸盐（GPE-Alg）或壳聚糖（GPE-CS）微粒中，随后掺入椰子水中。与未强化的椰子水相比，添加GPE-Alg 和GPE-CS 降低了病原体的生长速度，同时促进了不同双歧杆菌和乳酸杆菌菌株的生长。GPE-Alg 和GPE-CS 强化饮料在4 ℃贮藏时，减少了总酚类物质和花青素的降解率，饮料中酚酸和花青素的半衰期延长。Marchiani 等[45]分别用0.8%和1.6%的葡萄渣强化半硬质和硬质奶酪，可提高其抗氧化活性和总酚含量。Vital 等[46]研制一种冰淇淋，掺入质量浓度分别为2.5%、5%和10%的葡萄渣，尽管多酚化合物在冷冻温度下更容易降解，但所有强化样品的抗氧化活性和总酚含量均显著提高，香气和色泽等感官特性得分也随强化程度增加而增加。

葡萄渣的酚类提取物因其具有良好的抗氧化活性和抑菌性，也可用作合成抗氧化剂的替代品。Zaky 等[47]研究了添加4%和6%葡萄渣的饼干的保质期。在60 d 的贮藏期内，饼干的硬度在强化样品中更高，且脂质氧化也受到抑制。Dordevic 等[48]将葡萄渣提取物掺入壳聚糖可食用薄膜中，可提供抗氧化特性，并有望延长食品保质期。Garrido 等[49]评估了添加红葡萄渣提取物的猪肉汉堡脂质氧化、颜色稳定性和产品整体可接受性，并认为其可用作肉制品中的防腐剂。Chikwanha 等[50]研究葡萄籽提取物对羊肉保质期的影响，以维生素E 作为对照，观察到葡萄籽提取物和维生素E 在贮藏第7 天后均能有效减少脂质氧化。研究表明，葡萄渣提取物也可防止鱼制品中的脂质氧化，并具有针对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌、蜡状芽孢杆菌和单核细胞增生李斯特菌）和革兰氏阴性菌（大肠杆菌O157：H7，沙门氏菌和弯曲杆菌）不同的抗菌活性[51]。葡萄渣粉表现出高抗氧化能力和延迟脂质氧化，而无核葡萄渣还显示出对总需氧嗜温细菌、乳酸和肠杆菌科细菌的杀菌作用[52]。此外，也有研究报道葡萄籽多酚提取物有助于减少马铃薯制品美拉德反应过程中丙烯酰胺的形成，其效果优于商业抗氧化剂[53]。

3.2 膳食纤维在食品中的应用

近年来，许多研究评估了葡萄渣和籽粉在面包、饼干、冰激凌、乳酪等不同产品中的用途，获得了富含膳食纤维且具有抗氧化潜力和消费者良好接受度的产品。Walker 等[54]研究酿酒葡萄渣（wine grape pomace，WGP）作为抗氧化膳食纤维的来源，用于强化面包、松饼和布朗尼蛋糕等烘焙食品，发现含有15%‘黑比诺’WGP 的面包和松饼及含有25%‘黑比诺’WGP 的布朗尼蛋糕的抗氧化膳食纤维含量最高，分别为6.3、12.3、7.7 g/份。Gaita等[55]用‘黑比诺’和‘雷司令’葡萄酿酒的葡萄渣皮代替小麦粉用于意大利面制作，发现加入6%的葡萄渣皮有助于获得具有改善的感官和功能特性的产品。Nascimento等[56]研制掺有葡萄渣粉的葡萄冰淇淋，发现葡萄冰淇淋中添加2%的葡萄渣粉，可增加蛋白质、脂质、灰分、膳食纤维、总能量值、还原糖、总酚、类黄酮、黄酮醇和花青素含量，是一种可行且健康的技术，产品具有良好的感官和营养特性、更高水平的膳食纤维、生物活性化合物和抗氧化潜力。Tseng 等[57]将葡萄渣分别以1%、2%和3%的浓度添加到凝固牛奶中，总膳食纤维含量随葡萄渣浓度的增加而增加。在处理过的酸奶中观察到黏度降低，而在贮藏的四周内酸奶凝缩是稳定的；此外，还报道能抑制脂质氧化。

来自葡萄渣的膳食纤维也应用于肉制品、鱼类和海鲜等产品，能减少冷冻贮藏过程中风味变化、色泽、质地和脂质氧化。‘波尔多’和‘特雷比亚诺’葡萄粉富含膳食纤维，其含量分别为44.2%和55.6%，表现出很高的抗氧化活性。与对照相比，添加葡萄粉可将肉丸的脂质氧化减少近50%。小组成员发现了一些肉丸的外观和风味差异，但不影响消费者接受度[58]。此外，Sáyago-Ayerdi 等[59]研究在鸡胸肉汉堡和鱼肌肉中添加了葡萄抗氧化膳食纤维，结果表明产品的氧化稳定性和自由基清除活性有所改善。添加白葡萄渣抗氧化膳食纤维显著延缓了冷冻贮藏期间马鲛鱼肉糜中的脂质氧化[60]。

也有研究表明，在红葡萄酒生产中添加葡萄纤维素能够去除高达38%的单宁。Gil 等[61]用‘赤霞珠’果渣纤维素作为红葡萄酒的澄清剂。据报道，使用白葡萄和红葡萄渣纤维素开发可生物降解产品是一种可行的工艺[62]，葡萄皮中的大量可溶性糖使其能够形成具有良好柔韧性的新型生物可降解包装材料。

3.3 葡萄籽油在食品中的应用

葡萄籽油富含多不饱和脂肪酸，可通过降低热量和胆固醇含量来改善肉制品营养品质，而不会对产品的适口性产生不利影响。Kim 等[63]研究了葡萄籽油与明胶、海藻酸盐联合使用对肉糜理化特性的影响，结果表明含预乳化葡萄籽油的肉糜弹性多于黏性，表观状态在四组产品中最高。Choi 等[64]考察用葡萄籽油（5%、10%和15%）和2%米糠纤维的混合物部分替代猪肉脂肪的效果。发现含葡萄籽油和米糠纤维的减脂肉面糊的水分和灰分含量，未煮过和煮过样品的pH 值、黄度值、黏性、咀嚼性和肌浆蛋白溶解度均高于对照组。含高比例葡萄籽油的减脂样品具有较低的蒸煮损失、乳液稳定性和表观黏度。说明葡萄籽油和米糠纤维的加入有效降低了终产品脂肪含量，且改善了其他品质特性。Lee 等[65]发现用葡萄籽油与橄榄油、菜籽油等其他植物油混合替代猪肉脂肪，对乳化型猪肉香肠没有负面影响，并且由于其减少了饱和脂肪酸，该产品具有消费者所期望的健康肉制品的品质特性。此外，葡萄籽油具有保肝、保护神经和降低肝脏胆固醇的有益作用[66]，还可应用于膳食补充剂或功能性食品领域。

4 展望

葡萄的酿酒过程会产生葡萄渣等大量废弃物，如不加以合理有效的利用，会引起严重的环境污染问题。葡萄渣中因含有酚类物质、不饱和油脂及膳食纤维等丰富的生物活性成分，对许多疾病的预防具有重要的作用，具有巨大的开发利用潜力。目前，葡萄渣已成功应用于植物食品、肉类和鱼类产品以及乳制品等不同种类的食品中。通过添加葡萄渣、籽或果皮，增加膳食纤维、酚类化合物和矿物质的含量，可以改善烘焙、糕点和面食产品的营养和功能特性，提高了强化食品，尤其是肉和鱼制品的氧化稳定性，并延长保质期。未来，应进一步聚焦研究含葡萄副产物的食品对人体健康的影响，葡萄副产物与食品基质成分的分子相互作用，以及延长产品保质期的可能机理。同时，利用超临界萃取、微波萃取、超声波提取及欧姆加热辅助提取等绿色高效提取技术，从葡萄渣中回收增值生物活性因子，以大大减少提取时间、能源消耗和溶剂用量，对提取后的生物活性物质进行微囊化，以增强其生物利用度和稳定性，这有助于进一步强化其在膳食补充剂或功能食品领域的应用，具有广阔的开发利用前景。