葡萄渣在食品中的開發(fā)利用研究進展

簡小艷，宋江峰，王虹娟，李元繼，劉春泉

（1.江蘇省農業(yè)科學院農產品加工研究所，江蘇南京 210014；2.江蘇怡亨酒莊有限公司，江蘇淮安 223000；3.南京農業(yè)大學食品科技學院,江蘇南京 210095）

葡萄（Vitisspp.）是世界上最古老的水果之一，具有很高的營養(yǎng)和經(jīng)濟價值，可鮮食或用于加工葡萄酒、果醬、果汁、果醋、果凍、葡萄干和葡萄籽油。我國葡萄產量居世界第一，2021 年產量達到1 443.9 萬t[1]。江蘇是優(yōu)質鮮食葡萄的主要產區(qū)之一，作為優(yōu)勢特色高效農業(yè)中主導產業(yè)之一，葡萄產業(yè)發(fā)展迅猛，規(guī)模化、標準化水平不斷提升，2020 年江蘇省葡萄生產總面積為3.384 萬hm2，總產量61.1 萬t，在我國南方十多個省市中位居前列[1-2]。約80%的葡萄以鮮食為主，釀酒、制干、制汁或制醋的葡萄用量持續(xù)增長，其中釀酒葡萄占10%以上[3]。葡萄種植面積的不斷擴大及加工產業(yè)快速發(fā)展，使得葡萄渣的產量逐年增加。

葡萄渣等加工廢棄物在壓榨和發(fā)酵過程中產生，占葡萄質量的20%～30%，主要包含40%～50%葡萄籽和50%～60%的葡萄皮兩部分[4-5]，兩者均含有酚類物質、膳食纖維、不飽和脂肪酸等多種生物活性物質，具有抗炎、抗癌、改善腸道菌群、預防血栓等多重功效[6]。但多年來，葡萄渣的綜合利用效率一直較低，約3%的葡萄渣被用作動物飼料，其他用于廢物堆肥等。此外，葡萄渣中酚類物質可降低果渣pH 值、增加對生物降解的抵抗力，單寧等可導致土壤及地下水的氧氣消耗，進而造成環(huán)境污染[7-8]。

隨著消費者對天然成分的需求不斷增長，以及對可持續(xù)農業(yè)實踐的日益關注，高值開發(fā)和綜合利用葡萄渣具有十分重要的經(jīng)濟社會效益。因此，本文綜述了近年來葡萄渣中主要活性成分與其提取技術研究，及在食品加工、功能性食品開發(fā)中的應用現(xiàn)狀，為更好地開發(fā)利用葡萄渣提供理論參考。

1 葡萄渣中主要的生物活性成分

葡萄渣包括殘余的果肉、果皮、果梗等無籽葡萄渣和葡萄籽兩部分，其主要成分分別為纖維素和油脂，同時都含有豐富的酚類物質（圖1），果皮中花青素含量最為豐富，而籽中以黃酮醇為主，約占葡萄渣中總黃酮醇的56%～65%[9]。葡萄籽的主要價值在于其油脂的營養(yǎng)特性，其富含油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸和酚類化合物[10]，脫脂葡萄籽的殘留物主要由水分（6.5%）、灰分（5.7%）、蛋白質（11%）和木質素（46%）組成[11]。

圖1 葡萄渣廢棄物中主要活性成分Fig.1 Main active ingredients in grape pomace waste

1.1 酚類物質

酚類化合物是植物界中數(shù)量最多、分布最廣的一類天然產物，具有抗過敏、抗炎、抗菌、抗氧化、抗血栓形成、保護心臟和舒張血管等廣泛的生理活性[12]。釀造過程中，60%～70%的酚類化合物被保留在葡萄渣中，已鑒定出花青素、羥基苯甲酸、羥基肉桂酸、黃烷-3-醇、二苯乙烯和黃酮醇[13-14]。殘余果皮中發(fā)現(xiàn)的花青素主要有：錦葵苷、矮牽牛堿、花青素、芍藥苷和翠雀花苷，含量因品種、成熟度和氣候等因素會有所不同[15]。羥基苯甲酸包括對羥基苯甲酸、原兒茶酸、丁香酸和香草酸，而羥基肉桂酸包括沒食子酸、咖啡酸、阿魏酸、對香豆酸、綠原酸和芥子酸，以及具有三個碳側鏈的芳香族化合物。黃烷-3-醇類物質影響葡萄酒的感官特性，大量殘留于釀酒殘渣，但葡萄籽和皮部位由不同的黃烷-3-醇組成，在殘余葡萄皮中主要為兒茶素、沒食子茶素和原花青素，而殘余葡萄籽中僅含兒茶素和原花青素[16]。葡萄籽提取物中的原花青素一般是多羥基黃烷-3-醇的低聚物和聚合物，如(+)-兒茶素和(-)-表兒茶素，以沒食子酸酯或糖苷的形式存在[17]。在葡萄、葡萄酒和釀酒殘渣中發(fā)現(xiàn)的主要二苯乙烯是白藜蘆醇，其含量因成熟階段和葡萄品種而異。山柰酚、槲皮素、楊梅素和異鼠李素是主要的黃酮醇，源于葡萄花青素和縮合單寧相同的生物合成途徑，與色素沉著有關[18]。

1.2 膳食纖維

膳食纖維是指植物細胞壁的不可消化組分，包括半纖維素、纖維素、果膠、木質素等，在保持消化系統(tǒng)健康、預防心血管疾病、癌癥、糖尿病等疾病上扮演重要角色。Arnous 等[19]提出葡萄渣細胞壁的組成包括30%的中性多糖，20%的酸性果膠物質及15%的不溶性原花青素、木質素、結構蛋白和酚類物質。葡萄渣中單糖分布廣泛，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組成[20]。葡萄殘余果皮含有大量的同型半乳糖醛酸和少量的果膠多糖（鼠李糖半乳糖醛酸聚糖I 和鼠李糖半乳糖醛酸聚糖II）。果膠多糖的分子量和酯化程度影響其作為膠凝劑和增稠劑的商業(yè)用途，低甲酯化果膠是葡萄渣中主要的細胞壁聚合物類型[21]。

1.3 葡萄籽油

葡萄籽油具有抗炎、保護心臟、抑菌和抗癌等特性。葡萄籽的含油量一般為11.6%～19.6%[22]，取決于葡萄的品種和成熟度。葡萄籽油中主要脂肪酸分別為亞油酸（66.8%～73.6%）、油酸（17.8%～26.5%）、棕櫚酸（6.4%～7.9%）和硬脂酸（3.6%～5.3%）。研究發(fā)現(xiàn)‘赤霞珠’和‘皇家胭脂’果渣油的多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUSFA）范圍為60.9%～64.4%，PUSFA/SFA 比值為2.80～3.11 和n6/n3 比值為20.8～36.9，總不飽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 酚類物質的提取

葡萄中可提取的總酚類物質在果肉中不到10%，在籽中占60%～70%，在表皮中占28%～35%，籽中酚類物質含量在5%～8%左右[24]。以水和有機溶劑的混合物進行常規(guī)溶劑萃取，可獲得高產率[25]。通過對‘瑪斯克汀’葡萄籽粉適宜的提取溶劑研究表明，乙醇、甲醇或丙酮的水溶液比單一溶劑系統(tǒng)提取的總酚多。Spigno 等[26]優(yōu)選醇類的水性混合物提取酚類物質，并考察了提取時間和溫度對酚類物質得率的影響，發(fā)現(xiàn)在60 ℃時的得率高于45 ℃，并且超過20 h 酚類成分明顯發(fā)生熱降解。

由于酚類物質可與食物基質細胞壁中的復雜多糖共價結合，傳統(tǒng)的提取方法無法有效提取部分酚類化合物。不可萃取酚類物質的回收已在蔓越莓果渣和花椰菜廢物的堿解中進行過研究[27]。近年來一些新型高效綠色提取技術的應用研究逐漸增多，加速溶劑萃取也稱加壓流體萃取，利用了傳統(tǒng)溶劑在高溫和高壓下的特殊性質，采用加速溶劑萃取紅葡萄渣中原花青素，50%乙醇提取的總原花青素含量比其他比例乙醇/水組合高，是丙酮基常規(guī)溶劑提取的1.15 倍，表兒茶素、兒茶素和二聚體含量分別提高205%、221%和113%，并且在80～140 ℃之間可更好地提取低聚原花青素[28]。超臨界萃取具有CO2臨界點適中，無毒、不易燃、無污染、價格便宜，萃取物無溶劑殘留等優(yōu)點。Michielin 等[29]研究了乙醇質量濃度（10%、15%、20%）和流速（0.01～9.99 mL/min）對葡萄渣提取物抗氧化能力的影響，并評價了酚類提取物的產率及親脂性組成特征。也有文獻報道采用超聲波、微波等輔助提取葡萄皮渣中的酚類物質，可在短時間內實現(xiàn)高產[30-31]。El Darra 等[32]研究脈沖歐姆加熱對細胞膜損傷和紅葡萄渣多酚提取強化的影響，結果表明，脈沖歐姆加熱處理導致細胞膜變性，加速了葡萄渣中總多酚的提取動力學，在400 V/cm 下獲得的多酚提取率提高了36%，該法有望未來用于從果渣中提取多酚的工業(yè)化應用。

2.2 膳食纖維的提取

從植物原料中提取膳食纖維主要采用常規(guī)溶劑提取、微波或超聲波輔助提取及酶輔助提取法。葡萄渣中膳食纖維含量達干物質的75%以上，其中可溶性膳食纖維以果膠類物質含量最為豐富[33]。Sun 等[34]對葡萄渣中可溶性膳食纖維的酸法提取工藝進行優(yōu)化，獲得最佳提取條件為提取溶劑0.39 mol/L 鹽酸，提取溫度75 ℃，料液比1∶20，提取時間90 min，可溶性膳食纖維得率達47%。微波輔助提取和超聲輔助提取可提供快速的樣品制備，減少溶劑用量。Spinei 等[35]研究優(yōu)化微波輔助提取葡萄渣果膠的最佳工藝條件為微波功率560 W，pH 值1.8，提取時間120 s，所提果膠保持了與傳統(tǒng)提取相似的質量。Minjares-Fuentes 等[36]研究以檸檬酸為提取劑的葡萄渣中果膠的超聲輔助提取工藝，當在75 ℃下用pH 2.0的檸檬酸溶液提取60 min 時，可獲得最高的果膠得率32.3%。酶法可通過將糖苷鍵從多糖鏈斷裂成單糖和寡糖，以破壞細胞壁超微結構，促進果膠的降解并改變果膠的物理化學特性。研究發(fā)現(xiàn)[11]，采用酶法提取8 種不同葡萄品種果渣的可溶性纖維，‘黑佳美’中可溶性膳食纖維產量最高，為421.0 mg/g，其次是‘霞多麗’（401.8 mg/g），最少是‘西拉’（242.8 mg/g），與鹽酸法提取得率差異不顯著。所提可溶性果膠指紋區(qū)存在不同的官能團，具有不同的分枝程度，同時顯示更好的黏彈性。

2.3 葡萄籽油的提取

植物油一般采用己烷為溶劑的固液提取法，得率在95%以上，但由于己烷的毒性，需進一步精煉。而機械壓榨油的品質雖優(yōu)于溶劑萃取法，但得率較低，其限制因素為葡萄籽中的油含量和高木質素含量。Vasilachi 等[37]使用壓榨機榨取葡萄籽油，考察了不同的預熱溫度（90～120 ℃）、螺桿轉速（40～70 r/min）和模具直徑（10～15 mm）的影響，油得率從48.9%到73.0%不等。冷壓提取是一種獲得優(yōu)質葡萄籽油的替代方法，盡管產量較低，但解決了溫度過高的問題，同時與酶預處理結合可進一步改善壓榨過程，因為酶會水解葡萄籽細胞壁，釋放結合的化合物并提高油的產量[38-39]。

近年來，越來越多的綠色技術引入食用油加工，以減少或不使用有機溶劑。超臨界流體萃取對萃取（癸酸、月桂酸、棕櫚酸和亞油酸等）脂肪酸等非極性化合物、植醇、二萜醇和亞油酸乙酯有良好的效果。Yang 等[40]、Duba等[41]采用超臨界流體萃取法提取葡萄籽油，獲得的產量高于壓榨法，但總酚含量降低50%以上。亞臨界水提取是一種頗具前景的綠色技術，具有增強油的抗氧化能力的優(yōu)點，然而油中維生素和生育酚的水熱降解也會損害油的氧化穩(wěn)定性[42]。超聲輔助萃取旨在通過強化萃取提高含油原料出油率，超聲輔助萃取的葡萄籽油產量隨超聲波功率的增加而增加，與索氏提取相比，溶劑消耗量較低且提取時間較短[43]。

3 葡萄渣的主要成分在食品中的應用

3.1 酚類物質在食品中的應用

在食品生產中，富含多酚的葡萄渣提取物可作為功能補充劑以強化飲料、乳酪、冰淇淋等。Costa 等[44]研究了一種富含多酚的生物活性葡萄渣提取物（grape pomace extract，GPE）封裝于海藻酸鹽（GPE-Alg）或殼聚糖（GPE-CS）微粒中，隨后摻入椰子水中。與未強化的椰子水相比，添加GPE-Alg 和GPE-CS 降低了病原體的生長速度，同時促進了不同雙歧桿菌和乳酸桿菌菌株的生長。GPE-Alg 和GPE-CS 強化飲料在4 ℃貯藏時，減少了總酚類物質和花青素的降解率，飲料中酚酸和花青素的半衰期延長。Marchiani 等[45]分別用0.8%和1.6%的葡萄渣強化半硬質和硬質奶酪，可提高其抗氧化活性和總酚含量。Vital 等[46]研制一種冰淇淋，摻入質量濃度分別為2.5%、5%和10%的葡萄渣，盡管多酚化合物在冷凍溫度下更容易降解，但所有強化樣品的抗氧化活性和總酚含量均顯著提高，香氣和色澤等感官特性得分也隨強化程度增加而增加。

葡萄渣的酚類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劑的替代品。Zaky 等[47]研究了添加4%和6%葡萄渣的餅干的保質期。在60 d 的貯藏期內，餅干的硬度在強化樣品中更高，且脂質氧化也受到抑制。Dordevic 等[48]將葡萄渣提取物摻入殼聚糖可食用薄膜中，可提供抗氧化特性，并有望延長食品保質期。Garrido 等[49]評估了添加紅葡萄渣提取物的豬肉漢堡脂質氧化、顏色穩(wěn)定性和產品整體可接受性，并認為其可用作肉制品中的防腐劑。Chikwanha 等[50]研究葡萄籽提取物對羊肉保質期的影響，以維生素E 作為對照，觀察到葡萄籽提取物和維生素E 在貯藏第7 天后均能有效減少脂質氧化。研究表明，葡萄渣提取物也可防止魚制品中的脂質氧化，并具有針對革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄球菌、蠟狀芽孢桿菌和單核細胞增生李斯特菌）和革蘭氏陰性菌（大腸桿菌O157：H7，沙門氏菌和彎曲桿菌）不同的抗菌活性[51]。葡萄渣粉表現(xiàn)出高抗氧化能力和延遲脂質氧化，而無核葡萄渣還顯示出對總需氧嗜溫細菌、乳酸和腸桿菌科細菌的殺菌作用[52]。此外，也有研究報道葡萄籽多酚提取物有助于減少馬鈴薯制品美拉德反應過程中丙烯酰胺的形成，其效果優(yōu)于商業(yè)抗氧化劑[53]。

3.2 膳食纖維在食品中的應用

近年來，許多研究評估了葡萄渣和籽粉在面包、餅干、冰激凌、乳酪等不同產品中的用途，獲得了富含膳食纖維且具有抗氧化潛力和消費者良好接受度的產品。Walker 等[54]研究釀酒葡萄渣（wine grape pomace，WGP）作為抗氧化膳食纖維的來源，用于強化面包、松餅和布朗尼蛋糕等烘焙食品，發(fā)現(xiàn)含有15%‘黑比諾’WGP 的面包和松餅及含有25%‘黑比諾’WGP 的布朗尼蛋糕的抗氧化膳食纖維含量最高，分別為6.3、12.3、7.7 g/份。Gaita等[55]用‘黑比諾’和‘雷司令’葡萄釀酒的葡萄渣皮代替小麥粉用于意大利面制作，發(fā)現(xiàn)加入6%的葡萄渣皮有助于獲得具有改善的感官和功能特性的產品。Nascimento等[56]研制摻有葡萄渣粉的葡萄冰淇淋，發(fā)現(xiàn)葡萄冰淇淋中添加2%的葡萄渣粉，可增加蛋白質、脂質、灰分、膳食纖維、總能量值、還原糖、總酚、類黃酮、黃酮醇和花青素含量，是一種可行且健康的技術，產品具有良好的感官和營養(yǎng)特性、更高水平的膳食纖維、生物活性化合物和抗氧化潛力。Tseng 等[57]將葡萄渣分別以1%、2%和3%的濃度添加到凝固牛奶中，總膳食纖維含量隨葡萄渣濃度的增加而增加。在處理過的酸奶中觀察到黏度降低，而在貯藏的四周內酸奶凝縮是穩(wěn)定的；此外，還報道能抑制脂質氧化。

來自葡萄渣的膳食纖維也應用于肉制品、魚類和海鮮等產品，能減少冷凍貯藏過程中風味變化、色澤、質地和脂質氧化。‘波爾多’和‘特雷比亞諾’葡萄粉富含膳食纖維，其含量分別為44.2%和55.6%，表現(xiàn)出很高的抗氧化活性。與對照相比，添加葡萄粉可將肉丸的脂質氧化減少近50%。小組成員發(fā)現(xiàn)了一些肉丸的外觀和風味差異，但不影響消費者接受度[58]。此外，Sáyago-Ayerdi 等[59]研究在雞胸肉漢堡和魚肌肉中添加了葡萄抗氧化膳食纖維，結果表明產品的氧化穩(wěn)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纖維顯著延緩了冷凍貯藏期間馬鮫魚肉糜中的脂質氧化[60]。

也有研究表明，在紅葡萄酒生產中添加葡萄纖維素能夠去除高達38%的單寧。Gil 等[61]用‘赤霞珠’果渣纖維素作為紅葡萄酒的澄清劑。據(jù)報道，使用白葡萄和紅葡萄渣纖維素開發(fā)可生物降解產品是一種可行的工藝[62]，葡萄皮中的大量可溶性糖使其能夠形成具有良好柔韌性的新型生物可降解包裝材料。

3.3 葡萄籽油在食品中的應用

葡萄籽油富含多不飽和脂肪酸，可通過降低熱量和膽固醇含量來改善肉制品營養(yǎng)品質，而不會對產品的適口性產生不利影響。Kim 等[63]研究了葡萄籽油與明膠、海藻酸鹽聯(lián)合使用對肉糜理化特性的影響，結果表明含預乳化葡萄籽油的肉糜彈性多于黏性，表觀狀態(tài)在四組產品中最高。Choi 等[64]考察用葡萄籽油（5%、10%和15%）和2%米糠纖維的混合物部分替代豬肉脂肪的效果。發(fā)現(xiàn)含葡萄籽油和米糠纖維的減脂肉面糊的水分和灰分含量，未煮過和煮過樣品的pH 值、黃度值、黏性、咀嚼性和肌漿蛋白溶解度均高于對照組。含高比例葡萄籽油的減脂樣品具有較低的蒸煮損失、乳液穩(wěn)定性和表觀黏度。說明葡萄籽油和米糠纖維的加入有效降低了終產品脂肪含量，且改善了其他品質特性。Lee 等[65]發(fā)現(xiàn)用葡萄籽油與橄欖油、菜籽油等其他植物油混合替代豬肉脂肪，對乳化型豬肉香腸沒有負面影響，并且由于其減少了飽和脂肪酸，該產品具有消費者所期望的健康肉制品的品質特性。此外，葡萄籽油具有保肝、保護神經(jīng)和降低肝臟膽固醇的有益作用[66]，還可應用于膳食補充劑或功能性食品領域。

4 展望

葡萄的釀酒過程會產生葡萄渣等大量廢棄物，如不加以合理有效的利用，會引起嚴重的環(huán)境污染問題。葡萄渣中因含有酚類物質、不飽和油脂及膳食纖維等豐富的生物活性成分，對許多疾病的預防具有重要的作用，具有巨大的開發(fā)利用潛力。目前，葡萄渣已成功應用于植物食品、肉類和魚類產品以及乳制品等不同種類的食品中。通過添加葡萄渣、籽或果皮，增加膳食纖維、酚類化合物和礦物質的含量，可以改善烘焙、糕點和面食產品的營養(yǎng)和功能特性，提高了強化食品，尤其是肉和魚制品的氧化穩(wěn)定性，并延長保質期。未來，應進一步聚焦研究含葡萄副產物的食品對人體健康的影響，葡萄副產物與食品基質成分的分子相互作用，以及延長產品保質期的可能機理。同時，利用超臨界萃取、微波萃取、超聲波提取及歐姆加熱輔助提取等綠色高效提取技術，從葡萄渣中回收增值生物活性因子，以大大減少提取時間、能源消耗和溶劑用量，對提取后的生物活性物質進行微囊化，以增強其生物利用度和穩(wěn)定性，這有助于進一步強化其在膳食補充劑或功能食品領域的應用，具有廣闊的開發(fā)利用前景。