葡萄梗（莖）中的生物活性物質研究現狀

李雙石，李 浡，馬 越，苑 函，李曉燕

（北京電子科技職業學院，北京 100029）

葡萄是世界上產量最大的水果之一，其栽培面積和產量居世界水果第二位。中國屬于葡萄生產大國，據中國農學會葡萄分會消息，2012年我國葡萄栽培面積達55.2萬hm2，總產量達843萬t，葡萄面積年均增加2萬hm2，以現有的發展勢頭，再過7～10年，中國葡萄面積將達到66.67萬hm2，產量將突破1000萬t，有望成為全球最大的葡萄生產國[1]。我國每年生產的葡萄大約有80%用于釀酒、13%用于鮮食、剩余的7%用于加工成果汁或是其他葡萄產品[2]。隨著我國葡萄產量的增長和葡萄加工業的快速發展，葡萄加工產生的廢棄物（葡萄皮、籽和果梗）量也迅速增長，葡萄加工廢棄物約占果重的25%。每生產100L白葡萄酒可產31.2kg廢棄物（含17kg果皮、10kg果籽和4kg葡萄梗），每生產100L紅葡萄酒可產25kg廢棄物（含13kg果皮、8kg果籽和4 kg葡萄梗）[3]。國內外研究發現，葡萄加工廢棄物中蘊含著大量的生物活性成分，開發利用此生物資源具有巨大的經濟效益。因此，從葡萄加工廢棄物中提取附加值高的有效活性成分，是目前國內外研究的熱門課題。

近年來，國內外對葡萄產業廢棄物的利用研究大多集中在葡萄籽、葡萄皮方面[4]，而關于葡萄梗、葡萄藤莖的利用報道還相對很少。葡萄莖的藥用價值早在古籍《本草綱目》、《維吾爾醫常用藥材》就有記載，葡萄莖燒灰服用具有驅尿道結石、消炎、治偏頭痛、除痔等功效[5]。本文就近年來國內外學者對葡萄梗、葡萄藤莖中多種天然活性成分分析和提取的最新研究進展進行總結，旨在為今后葡萄梗（莖）的開發利用提供有價值的參考。

1 葡萄梗（莖）中的化學組成

目前國外關于葡萄梗（莖）化學組成的研究報道還較少，國內未見相關報道。Prozil等分析了葡萄牙產區紅葡萄梗中的化學成分組成[3]，Llobera等分析了西班牙馬略卡島本土紅葡萄釀酒品種Manto Negro的果梗和皮渣（主要由皮和籽組成）中的化學成分組成[6]，?etin等分析了土耳其十個鮮食葡萄品種葡萄莖中蛋白質、糖和多酚的化學組成[7]，分析結果如表1所示。結果表明釀酒葡萄梗中膳食纖維含量最高，膳食纖維主要由纖維素、半纖維素和木質素組成；其次為單寧、蛋白質和灰分。Llobera等人的研究同時發現釀酒葡萄梗中總膳食纖維量和灰分的含量與皮渣中這些成分的含量相當，其它組分均顯著低于葡萄皮渣[6]。由表1研究結果同時可看出鮮食葡萄與釀酒葡萄莖中蛋白質和糖的含量差異很大。

表1 葡萄加工副產物的化學組成（%干重）Table 1 Chemical composition of grape (Vitis vinifera)by-products (% dry matter)

2 葡萄梗（莖）中的生物活性物質

2.1 多酚

多酚活性物質是一類具有生物活性的天然化合物，是葡萄生長發育中重要的次生代謝產物。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、抗突變、防癌抗癌、防治心血管疾病等方面也具有良好功效。近年來，葡多酚物質的生物活性及對人體的保健防病作用日益受到廣泛關注[2]。目前國內對葡多酚的研究主要集中在葡萄皮、籽、果汁及葡萄酒中，葡萄梗或藤莖中多酚的開發利用研究卻較少。

孫玉霞等對葡萄藤莖中酚類物質進行了分析，結果表明葡萄梗中總酚含量高達13.89 ～23.30mg/g，其中單寧是含量最高的組分（7.97 ～12.69mg/g），總黃酮含量為153.93 ～263.00μg/g，白藜蘆醇含量15.27 ～91.63μg/g，沒食子酸13.80 ～26.19μg/g，各品種間多酚類物質的含量存在顯著性差異[8]。史玉梅對釀酒葡萄品種蛇龍珠一年生葡萄藤莖中多酚活性物質進行提取，多酚含量可達14.43mg/g[9]。Llobera等分析西班牙本土紅葡萄釀酒品種（Manto Negr）的總酚含量，葡萄梗中的總酚含量高達11.6gGAE/100g dm，顯著高于釀酒后葡萄酒渣（皮和籽）混合物中總酚的含量（2.63g GAE/100g dm）[6]。Cetin等分析了土耳其10個葡萄品種藤莖中的多酚物質組成，檢測得到葡萄藤莖中總酚含量為25.36 ～36.56mgGAE/g、黃烷醇含量為8.82 ～9.37mgCE/g和黃酮醇含量為1.39 ～3.26mgRE/g，采用HPLC技術檢測葡萄藤莖中多酚的組成，主要酚類物質有咖啡酸、沒食子酸、香豆酸、兒茶素、表兒茶素、毛地黃黃酮和反式白黎蘆醇，研究發現不同葡萄品種之間多酚物質的組成差異顯著[7]。

2.2 白黎蘆醇和葡萄素

白藜蘆醇（Resveratrol，Res）又稱芪三酚，化學名稱為3,4’,5-三羥基-1,2-二苯乙烯（3,4’,5-trihydrolystilbene），它的功能主要有抗腫瘤、抗炎、抗菌、抗氧化、抗自由基、肝臟保護、神經保護、心血管保護、免疫調節等[10]。葡萄素（Viniferin）是葡萄中白藜蘆醇聚合后的一類天然多酚，近年來研究發現，葡萄素和白藜蘆醇一樣具有抗菌、抗炎、抗癌等多種生物活性，并且其活性和穩定性都高于白藜蘆醇，因而倍受關注[11]。

在葡萄的植物組織中葡萄穗軸中含白藜蘆醇最多，但不同地區、不同品種的葡萄之間差別較大，含量最高的達到81.37mg/g[12]。Karacabey等指出葡萄藤莖富含白藜蘆醇（4.25 mg/g dw）和反式葡萄素（2.03 mg/g）[13]。Raynea等檢測萄藤莖中含有生物活性成分反式白藜蘆醇（3.45±0.04mg/g）和反式葡萄素（1.30±0.07mg/g）[14]。Anastasiadi等分析了6個希臘本土葡萄品種（3紅3白）梗中的多酚含量和分布，結果表明葡萄梗富含類黃醇和芪類物質，尤其以反式白黎蘆醇和葡萄素含量最高，反式白黎蘆醇在紅葡萄品種中的平均含量為149mg/kg，在白葡萄品種中的平均含量為113mg/kg；葡萄素在紅葡萄品種中的平均含量為314mg/kg，在白葡萄品種中的平均含量為288mg/kg[15]。

2.3 膳食纖維

膳食纖維（dietary fibre, DF）是指不能在人體小腸內消化吸收，而在人體大腸內能部分或全部發酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相類似物質的總和，它包括木質素、多糖 寡糖等。膳食纖維被譽為“第七營養素”，有降低能量值、改善口味、增強質感等多種功效，對“富貴病”（糖尿病、肥胖、腸道癌、便秘等）有良好的防治功效，是現代生活不可或缺的食品添加輔料與營養素[16]。膳食纖維的開發與利用成為近年來食品研究的熱點。

生產膳食纖維的原料大多來源于食品生產中的廢棄物和下腳料。Llobera等以葡萄酒加工業兩大廢棄物葡萄皮渣和果梗為試驗材料，檢測各化學組分的含量，研究結果表明，兩種廢棄物中膳食纖維的含量最高，占到酒渣干重的75%[6]。孫艷以釀酒葡萄赤霞珠的一年生枝條和葡萄皮渣為材料，分別采用酸法、堿法、酶法提取葡萄枝條和釀酒葡萄皮渣中的可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber, SDF），并檢測其含量，研究結果表明，不同提取工藝和葡萄品種均對SDF含量影響顯著[17]。

2.4 單寧

單寧又名丹寧酸、單寧酸，在藥典上又稱鞣酸、鞣質，是不同聚合度的黃烷-3-醇聚合物的混合物，主要是一些引起澀味的多酚類物質。單寧具有很強的生物和藥理活性，如止血、抑菌、抗過敏、抗突變、抗癌、抗腫瘤、抗衰老、降血糖、降壓、降脂作用等，它在醫藥、食品、化妝品、制革、冶金、印染、選礦等工業上均有廣泛的應用[18]。單寧物質在葡萄各個組成結構中分布的種類和含量各不相同，它在葡萄梗和葡萄籽中的含量較高。

3 葡萄梗（莖）中活性物質提取工藝研究

3.1 有機溶劑提取法

近年來，國內外對葡萄梗（莖）中活性物質提取工藝研究大多集中在有機溶液提取法，其中溫浸醇提法是最常用的提取方法，工藝優化的研究結果詳見表2所示。

表2 葡萄梗（莖）中活性物質溶劑提取工藝優化研究Table 2 Research results on optimization of the solid-liquid extraction conditions for bioactive compounds from Grape Stalks

種黑比諾的莖葡萄素多酚84℃ 2.03mg/g 9.28 mg/g取溫度＞固液比阿魏酸 35%乙醇溶液，16℃ 1.05 mg/g釀酒葡萄品種蛇龍珠的一年生葡萄藤莖多酚50%乙醇溶液， 60℃，料液比1:15，提取時間1h 14.43mg/g乙醇濃度＞固液比＞提取溫度＞提取時間 [8]釀酒葡萄蛇龍珠的一年生葡萄枝條多酚 50%乙醇溶液，70℃，料液比1:16.5 14.126mg/g乙醇濃度＞提取溫度＞料液比[19]天津王朝葡萄酒廠釀酒后廢渣葡萄梗白藜蘆醇原花色素60%乙醇溶液，80℃，料液比為1:20，提取時間2h 0.083%0.516%提取溫度>乙醇體積分數>提取時間>料液比[20]天津葡萄酒廠釀酒后廢棄物葡萄梗 白藜蘆醇50%乙醇溶液，70℃，料液比1:15，提取時間4h，原料目數為60 ～100目0.34%提取溫度＞乙醇體積分數＞提取時間＞料液比[21]新天葡萄酒廠釀酒后廢棄物赤霞珠葡萄梗單寧50%丙酮水溶液，75℃，料液比1: 40，提取時間1.5h 9.73%料液比> 提取時間> 提取溫度 [22]

由表2可知，目前關于活性物質的提取率與提取工藝條件密切相關，影響較為顯著的多為提取劑的選擇和浸提溫度，其他因素如浸提時間、料液比、原料粉碎度、提取次數等也都影響著生物活性物質的提取率，所以提取時必須加以綜合考慮。

有機溶劑提取法具有成本低、操作簡便、設備要求低等優勢，因此是應用最早也是最廣泛的方法；但缺點是容易造成試劑浪費，耗時，雜質含量高，產品和操作存在安全隱患等[12]。

3.2 超聲波輔助提取法

超聲波輔助提取是利用超聲波輻射產生的空化、振動、乳化、擴散、擊碎和攪拌作用等多級效應，增大物質分子的運動頻率和速度，增加溶劑穿透力，從而加速目標成分進入溶劑，促進提取的進行。超聲波技術目前已經普遍應用于天然產物提取的研究中。

張建等以新疆新天葡萄酒廠提供的赤霞珠葡萄梗為材料，采用超聲波輔助法提取葡萄梗中的單寧，通過正交試驗方法得到最佳工藝條件為超聲溫度60℃，超聲功率60W，超聲時間20min，超聲頻率40kHz，此研究證明超聲波提取單寧具有耗時短、效率高等優勢[23]。康彥芳等以天津葡萄酒廠釀酒后廢棄物葡萄梗為原料，采用超聲波輔助法提取葡萄梗中的白藜蘆醇，考察了提取時間、溫度、占空比、固液比等條件對白藜蘆醇提取率的影響，通過正交實驗確定了最佳提取條件為提取劑60%乙醇主、超聲時間6 min、占空比1:2、提取溫度70℃、固液比1:13，白藜蘆醇提取率可達0.33%[10]。高園等利用超聲輔助技術從釀酒葡萄枝條中提取多酚類物質，優化提取工藝條件并比較8個葡萄品種中多酚類物質含量的差異[24]。

3.3 生物酶法

酶反應條件溫和，選擇性強，近年來許多水解酶已被應用于葡萄酒渣中生物活性物質的提取研究中。目前，用于提取方面研究較多的是纖維素酶，植物的功能性成分往往包裹在以纖維素為主構成的細胞壁內，纖維素酶能夠水解纖維，破壞植物細胞壁，進而充分釋放細胞內含物，因此有利于對植物生物活性物質的提取，進而提高物料的利用率。李夢青等將纖維素酶用于葡萄梗中原花色素和白藜蘆醇的提取工藝中，即在乙醇提取前，先用纖維素酶處理葡萄梗粗粉，與傳統直接醇提法相比，原花色素的提取率提高了近4倍，白藜蘆醇的提取率也有所提高[25]。

3.4 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取技術（supercritical fluid extraction，SFE）是利用超臨界流體作為溶劑進行物料萃取的技術，超臨界流體就是處于臨界溫度和臨界壓力以上、介于氣體和液體之間的流體，它具有很強的溶解能力、良好的流動及傳遞性能等特點，通過控制溫度和壓力變化可對物料進行選擇性萃取和分離的技術。目前最常用的萃取劑是CO2。超臨界流體萃取技術具有許多優勢，如萃取效率高、溫度低、溶劑消耗少、無殘留、安全性好、對環境無污染等優點，特別適用于對熱敏感、易氧化分解成分的提取。因此，利用超臨界流體萃取技術從果品加工的副產品中提取功能有效成分日益受到人們關注，成為當今研究的熱點[26]。

張建等以新疆新天葡萄酒廠提供的赤霞珠葡萄梗為材料，研究從葡萄梗中超臨界CO2萃取單寧的工藝，得出優選的超臨界CO2萃取條件為萃取壓力25MPa、萃取時間90min、萃取溫度37℃、CO2流速12.5mL/min，單寧得率為88.4%，其中萃取壓力對葡萄梗中單寧的萃取率影響最大[27]。

由此可見，普通的有機溶劑提取法因其設備要求低、操作簡便，而被廣泛應用，但此法耗時長，提取物成分復雜；相比之下，超聲波輔助法和生物酶法的提取率較高，且縮短了提取時間，因此也是實驗室較常用的活性物質提取技術。此外，超臨界流體的特殊性質決定了其在萃取天然成分等非極性物質方面具有獨特的優越性，即速度快、產率高、安全性好，因此也是現代工業比較偏好的技術，是近幾年生物活性成分萃取的發展新趨勢，它在葡萄梗（莖）活性物質提取方面有待得到更廣泛和更深入的研究。

4 葡萄梗（莖）中生物活性物質純化工藝研究

目前，國內對葡萄梗中活性成分的純化研究僅集中在多酚物質和單寧，且均采用大孔吸附樹脂法[28,29]。大孔吸附樹脂是一種不溶于酸、堿和有機溶劑的有機高分子聚合物，是一種新型的非離子型分子吸附劑。大孔樹脂純化法具有簡單易行、穩定性高、選擇性好、比表面積大、吸附容量大、吸附速度快、解吸條件溫和、再生處理方便、使用周期長、成本低等優點[2]。

張靜等采用大孔吸附樹脂分離純化葡萄枝條中多酚類物質，通過以葡萄多酚類物質吸附率、吸附量和解吸率為指標，確定最佳樹脂型號和主要參數，結果表明，ME-1型樹脂具有最佳的吸附洗脫參數，且操作簡單、安全[28]。張建等研究了赤霞珠葡萄梗中單寧的純化工藝，探討了樹脂對粗提葡萄梗單寧的吸附和解吸附能力，篩選最佳樹脂，確定其最佳的吸附與解吸附工藝參數，并指出采用吸附樹脂精制葡萄梗中單寧具有工藝簡單、成本低、產率、不存在有機溶劑毒性殘留等優勢[29]。

5 展望

我國是一個葡萄栽培和加工業大國，葡萄加工廢棄物的綜合利用與開發問題顯得尤為突出，它將影響食品工業、畜牧業等相關產業的健康發展。過去，這些廢棄物大多被用作肥料、飼料或是直接作為垃圾丟棄，利用率非常低。現在人們逐漸認識到這些廢棄物含有大量生物活性物質，如膳食纖維、白藜蘆醇、單寧等，研究從葡萄梗（莖）中提取高附加值的生物活性物質，不僅保護了環境，實現了對天然植物資源深度利用，還對發展保健食品、化妝品和生物制藥工業均有著深遠的意義。

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