葡萄酒加工廢棄物的資源化利用研究進展

張云偉,白天華,王禮,宋琳娜,張瑞,李其其,馬雯,4,5*

1(寧夏大學 農學院,寧夏 銀川,750021)2(寧夏農墾玉泉國際葡萄酒莊有限公司,寧夏 銀川,750021) 3(寧夏大學 食品與葡萄酒學院,寧夏 銀川,750021)4(葡萄與葡萄酒教育部工程研究中心,寧夏 銀川,750021) 5(寧夏葡萄與葡萄酒工程研究中心,寧夏 銀川,750021)

近年來,隨著我國葡萄酒產業的飛速發展,葡萄酒產量和銷量逐漸增加。據國際葡萄與葡萄酒組織(International Organisation of Vine and Wine, OIV)2021年發布的數據顯示:全球葡萄酒產量為261億L,其中我國達到了5.9億L[1]。世界上約80%的葡萄用于葡萄酒釀造及其相關飲料加工,隨之產生了大量的加工廢棄物,我國每年產生約50萬t葡萄酒皮渣[2-3]。但現階段葡萄酒加工廢棄物利用率較低,大多被丟棄或低附加值處理,這種不合理的處理方式不僅對自然環境造成污染,而且導致生物資源的浪費。據研究稱,0.3%的年度溫室氣體排放量來自于葡萄酒加工廢棄物掩埋及露天燃燒[4]。近些年國內外對葡萄酒加工廢棄物中生物質及生物能的利用進行了密集的研究,如將葡萄酒皮渣用于生產生物乙醇、甲烷等可持續清潔能源,以減少CO2的排放量[5]。這些生物活性化合物如何高效提取且合理梯度開發已上升到國家產業發展的戰略層面,為實現“碳達峰、碳中和”產生積極的意義。因此,葡萄酒加工廢棄物的合理資源化有利于葡萄酒產業發展的可持續性,有助于延長產業鏈,推動綠色低碳發展。本文主要從葡萄酒產業廢棄物的來源、廢棄物的物質組成、廢棄物的產業化應用和綜合分級統籌利用4個方面進行概述,以期為葡萄酒產業廢棄物的資源優化和產業化應用提供參考,對推動葡萄酒產業的綠色低碳可持續經濟發展具有積極意義。

1 葡萄酒產業廢棄物的來源

隨著葡萄酒產業的蓬勃發展,葡萄種植面積和葡萄酒產量持續增加,大量的廢棄物也隨之產生。主要產生于葡萄園管理過程產生的農業廢棄物及葡萄酒釀造廢棄物,比如葡萄園冬季和夏季修剪產生的枝條、葡萄酒加工產生的青果爛果和葉、除梗產生的果梗、葡萄酒分離壓榨產生的皮渣、澄清過程產生的酒泥等(圖1)。

圖1 葡萄酒生產鏈廢棄物來源Fig.1 Sources of waste in the wine production chain

1.1 冬夏季修剪枝條、新梢

冬季修剪枝條的目的是保持枝條營養生長與果實生產之間的平衡。適當修剪可增加來年通風透光、營養供給,免受病蟲害侵害,使樹體生長平衡、果實品質優良等,在寧夏產區還為了埋土方便[6]。SUN等[7]對國內外釀酒葡萄的冬季修剪枝條量進行了調查統計,全球每年冬季修剪枝條量4 231萬t,而我國達到了604萬t,平均每株葡萄產生2.35 kg的冬剪枝條。目前大多數冬剪枝條沒有成為增值產品,一般通過掩埋、露天堆放或焚燒處理。研究表明,枝條掩埋會引起病蟲害的傳播,增加真菌疾病的風險;焚燒可造成環境污染,葡萄園露天燃燒1萬t修剪枝條可排放513.1 t的CO和51.3 t總懸浮顆粒。此外,葡萄在營養生長過程中,隨著新梢生長,其上不斷分生出卷須。數量大、生長勢強的卷須,會消耗較多養分,另外葉片的老化導致光合效率降低。因此,為了保證葡萄質量與產量,在夏季需要對新梢進行修剪。而修剪所產生的一年生枝、葉片、卷須就成了葡萄酒產業廢棄物來源之一。

1.2 皮渣

每年在葡萄酒釀造過程中會產生大量的皮渣,據統計,每生產6 L葡萄酒就會產生約1 kg葡萄酒皮渣[8]。其主要為紅葡萄酒酒精發酵后的皮渣和白葡萄酒酒精發酵前分離的皮渣。葡萄酒皮渣主要由葡萄皮、葡萄梗、葡萄籽和少量果肉組成。其中葡萄皮約占皮渣濕重的50%～82%,葡萄籽約占皮渣濕重的24%～26%,它們均含有豐富的有機質,比如葡萄皮含有多酚(12%～32%)和膳食纖維(80%)等,葡萄籽含有油和脂肪酸(13%～20%)、多酚(4%～6%)和礦物質等,具有一定的潛在營養價值[9]。

1.3 酒泥

葡萄酒泥(簡稱“酒泥”)是葡萄酒發酵結束穩定澄清后、過濾、離心或橡木桶陳釀倒桶后從容器底部收集的沉淀物及殘渣,占葡萄酒總產量的2%～6%[10]。根據釀造階段,酒泥可分為三類:在酒精發酵、蘋果酸乳酸發酵以及陳釀階段形成的酒泥[11]。根據酒泥顆粒大小又可分為:粗酒泥(0.1～2 mm,24 h內沉淀)和細酒泥(1～24 μm,攪拌后至少懸浮24 h)。酒泥的主要特征是酸性(pH 3～6),富含酒石酸鹽、乙醇、色素、單寧、蛋白質、多糖、多酚等物質,化學需氧量(chemical oxygen demand, COD)超過30 000 mg/L,鉀含量約為2 500 mg/L,酚類化合物含量高達1 000 mg/L,具有較高的生物降解性,直接排放會污染環境,且浪費生物資源[12]。據OIV統計,近年來我國葡萄酒產業產生廢棄酒泥約1.7～2.6萬t[13]。

1.4 蒸餾酒殘液及廢水

蒸餾酒是以葡萄為原料,經發酵、蒸餾、勾兌而成的高酒精含量的飲料。蒸餾酒殘液是蒸餾后產生的,含有少量葡萄籽、葡萄皮和死酵母。其與酒精生產直接相關,其帶有濃郁的酒香味,富含氨基酸、維生素、乙醇,并具有低pH值、高電導率(全鹽率)、高氨氮、高總氮、高總磷、高生化需氧量和COD等特點。但是,這些殘液大多數作為廢水排放,對環境造成了一定的污染。若用于農業灌溉,必須進行處理達到農業灌溉水標準(GB 5084—2021《農田灌溉水質標準》)。有研究表明可用蒸餾酒殘液生產多種副產品,比如生產酒石酸、飲料及料酒等產品[14]。此外,在葡萄酒釀造的除梗破碎、發酵、倒罐等過程中都需要用水對相關大型儀器設備進行清潔,以確保釀酒區域、發酵罐、儲罐和裝瓶線干凈無污染,從而會產生大量的廢水。據統計,每生產1 L葡萄酒就會產生0.2～4 L廢水,其具有高鹽、高有機物(糖、有機酸、酯類、多酚、蛋白質等)、高COD、高總懸浮物、低pH的特點,若不加以處理直接排放會對生態環境造成影響[15]。通常將廢水進行生物、物理化學或高級氧化處理[16]。此外,歐洲釀酒廠將未經處理的廢水用來提取乙醇、酒石酸鈣、生產肥料等[17]。

2 葡萄酒產業廢棄物的物質組成

葡萄酒產業廢棄物的物質組成包括木質素、膳食纖維、多酚、蛋白、油脂、酒石酸、天然色素等物質[18]。本文對不同葡萄酒產業廢棄物的物質組成含量進行匯總(表1)。葡萄修剪枝條中有較高含量的木質素,含量高達27%,僅次于纖維素[25]。它是由3種苯丙烷單元通過碳碳雙鍵和醚鍵相互連接形成的具有三維網狀結構的高分子生物聚合物,具有豐富的芳環結構、芳香族羥基、醚鍵和含氧官能團,可廣泛地應用于水凝膠、催化材料、吸附材料、藥物載體、酚醛樹脂等領域[26]。如何高效利用葡萄酒產業廢棄物中的木質素,并增加其工業附加值,已經成為當今研究的熱點。

葡萄酒加工廢棄物中的多酚類物質因其種類繁多且含量高而備受關注。根據其化學結構分為兩類:類黃酮(flavonoids)與非類黃酮(non-flavonoids)。類黃酮又進一步分為黃烷醇(flavanols)、黃酮醇(flavonols)、花色素(anthocyanis)等,而非類黃酮分為木質素(lignans)、酚酸(phenolic acids)、二苯乙烯(stilbenes)[27]。其中酚酸主要包括羥基肉桂酸(hydroxycinnamic acids)與羥基苯甲酸(hydroxybenzoic acids)(圖2)。有研究表明,多酚具有諸多生理功能和藥理作用,如具有抗衰老、降血脂、降血壓、抗炎、抗病毒、抗腫瘤、預防心臟病等作用[28]。在食品、醫藥、日化等領域具有廣闊的應用前景。葡萄是多酚的主要來源之一,其主要存在于葡萄皮、葡萄籽及葡萄梗中,所以葡萄酒皮渣可成為提取多酚的原料。此外,酒泥中也含有大量的酚類化合物,其中含量最高的酚類化合物是黃酮醇和花色素(紅葡萄酒泥)[29]。但是,由于多酚存在于植物細胞的液泡和脂蛋白雙層等結構中,溶劑無法接觸這些結構[28]。因此,多酚類化合物的提取工藝較為繁瑣,通常采用固-液溶劑萃取法、微波輔助萃取、超臨界流體萃取及酶輔助提取等技術[29]。

表1 不同葡萄酒產業廢棄物的物質組成及含量 單位:%

圖2 葡萄酒產業廢棄物酚類物質種類及分類Fig.2 Category and classification of phenolic substances in the wine industry

葡萄酒加工廢棄物中蛋白質含量占干物質的6.2%～13.8%[30]。在功能食品和保健藥品等領域有較大的發展潛能。蛋白質常用提取方法有鹽溶液法和堿溶液法,這2種提取方法簡單,但提取率較低。近年來,采用水酶法和超聲波技術提取葡萄籽蛋白,具有成本低、安全、質量高、綠色和提取率高等優點[31]。葡萄籽中含有豐富的油脂,占葡萄籽的14%～17%,其主要成分是亞油酸(70%)、亞麻酸等多種不飽和脂肪酸[19]。不飽和脂肪酸含量遠超過常用植物油,具有高溫加熱無煙等多種優點,使其已經成為高級烹飪油。并且亞油酸具有抗腫瘤、抗氧化、降低人體膽固醇以及甘油三酯、抗動脈粥樣硬化、提高免疫力、增加骨骼密度、防治糖尿病等多種重要生理功能,因而備受國內外關注[20]。葡萄籽油的提取方法眾多,包括壓榨法、溶劑法、微波輔助法、超聲波輔助法、膨化浸出法、生物酶法、超臨界CO2萃取法等[32]。這些方法各有利弊,應結合實際情況選擇。

葡萄酒產業廢棄物中含有大量的膳食纖維,主要包括纖維素、少量果膠和半纖維素。其中葡萄皮的膳食纖維含量最高(80%),其次是修剪枝條(68%)。紅、白葡萄酒皮渣之間的總膳食纖維(total dietary fiber, TDF)含量接近,但是紅、白葡萄酒皮渣中水溶性膳食纖維(soluble dietary fiber, SDF)和非水溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber, IDF)含量不同,IDF分別占紅、白葡萄酒皮渣TDF的73.5%和61.26%,而SDF分別占紅、白葡萄酒皮渣TDF的3.77%和10.33%[33]。并且它們的性質與對人體的作用也有所差異,SDF能夠調節血糖和血漿膽固醇,IDF則可以防止和改善便秘[9]。此外,葡萄梗中的膳食纖維占干物質的70%以上[34]。通常采用熱水、有機溶劑、酶和物理法提取膳食纖維,但是耗時耗能且易改變結構。近年使用新興技術提取不僅耗時短、產量高,而且綠色環保,如超聲波、微波和高壓輔助提取[35]。

3 葡萄酒廢棄物的產業化應用

隨著葡萄與葡萄酒產業的不斷發展,每年都會產生大量的廢棄物。早期這些廢棄物利用存在填埋、堆積和焚燒的現象,如夏季與冬季修剪的葡萄新梢(枝葉)、秋冬的落葉和皮渣等被棄置于垃圾堆、就地焚燒或作為燃料使用。不但造成生物資源浪費,而且引起地表和地下水污染、散發惡臭氣味、消耗土壤及地下水中的O2、占據大量空間等環境問題。因此,利用科學技術,通過精加工、深加工來提高廢棄物的利用率和經濟價值,根據葡萄酒加工廢棄物的不同特點與產品生產成本及價值進行農業、工業、能源、食品等領域的產業化應用,可高效優化葡萄酒廢棄物的生物資源。

3.1 農業

3.1.1 飼料

葡萄酒加工廢棄物富含蛋白質、脂肪、氨基酸、維生素、礦物質等營養物質?？杉庸こ善咸丫破ぴ暳?、核渣飼料和酵母蛋白飼料。TARANU等[36]發現葡萄籽飼料可通過抑制調節NF-κB和Nrf2蛋白分子的表達,從而減少豬肝臟炎癥細胞因子(IL-1β、IL-8、TNF-α、IFN-γ)的產生。此外,給豬喂養葡萄酒皮渣可增加皮下脂肪中的總多不飽和脂肪酸含量,減少脂質過氧化,提高肉的顏色穩定性。給肉雞飼料中添加葡萄酒皮渣可提高雞的免疫力和肉質,并且降低了飼料的成本[37]。由于皮渣中單寧與纖維素含量較高,若直接作為反芻動物的飼料會降低其消化率,并對營養成分產生不良影響。因此,針對反芻動物可通過微生物發酵技術或與其他飼料混合使用以改善其飼用價值。將葡萄園廢棄的枝條進行精細加工后作為飼料,可一定程度上緩解飼料短缺,減少養殖成本。另外,酒泥富含蛋白質,經壓濾烘干后可制成酵母蛋白,易于動物消化吸收,是一種優質的精飼料。

3.1.2 肥料

人們通常將葡萄酒廢棄物直接當作肥料處理,隨著我國農業可持續發展,葡萄酒加工廢棄物在提取生物活性成分后進行堆肥化處理,可充分利用并且發揮其殘余價值。比如葡萄酒皮渣提取多酚后的殘渣,富含氮、磷、鉀等微量元素,經過堆肥化處理可成為一種優渥的肥料。同時,葡萄枝條堆肥化處理后,也可轉化為營養豐富的有機質肥料,并且能消除葡萄枝條上的病菌,以防病菌傳播。該處理方式不僅可以提高土壤有機質、養分及微生物含量,而且廢棄物處理成本低。但是,堆肥過程較長,需投入研究以加快堆肥過程。有研究表明,葡萄酒皮渣中加入10%～20%的酒糟有利于加快堆肥過程[38]。SNCHEZ-GMEZ等[39]將烘烤與未烘烤葡萄枝條的水提取物分別在葡萄果實開始著色成熟期進行葉面施肥,這2種水提取物均可改善果實的pH、總酸、揮發酸及顏色,并且提高了葡萄產量,降低了葡萄酒的酒精度,對葡萄酒的酚類和揮發性成分產生了積極影響。

3.2 工業

3.2.1 釀酒輔料

由于葡萄種植條件、成熟狀況、釀酒工藝等因素的影響,往往會使酒品中的天然單寧含量不足或不穩定,極易造成酒品口感乏味淡薄、顏色穩定性差、耐貯性不強等缺陷。因此,為了確保葡萄酒中單寧的品質和含量,釀酒師們會在釀造過程中人為適當地補充商業釀酒單寧。因此,純天然、高品質、葡萄源和專業性強的商業釀酒單寧是全世界釀酒師們鐘愛且被多國允許使用的產品。商業釀酒單寧的主要作用體現在“犧牲效應”、抗氧化作用、護色、澄清及增加口感等。由于葡萄皮和籽中單寧含量極高,釀酒后的葡萄酒皮渣中仍含有大量的單寧,如何綠色、高效、低成本提取單寧的技術國內還鮮有報道。法國、西班牙和意大利等都是釀酒單寧的主要生產國。SO2是葡萄酒釀造重要的輔料之一,但是其過度使用會引起人蕁麻疹、皮炎及支氣管收縮等過敏反應;并且會使葡萄酒變渾濁和產生臭雞蛋味等令人不悅的氣味[40]。因此,近年來通過研究葡萄酒產業廢棄物來代替SO2,如葡萄梗和葡萄枝條等提取物(酚酸、類黃酮及二苯乙烯類化合物),作為葡萄酒的天然抗氧化劑和穩定劑[41]。RAPOSO等[42]使用從葡萄枝條中提取的商業二苯乙烯提取物代替SO2釀酒,感官分數很高,增加了葡萄酒顏色的強度和穩定,并且改善了葡萄酒的香氣及保存了揮發性化合物,散發出更多成熟水果的味道。此外,研究表明用葡萄梗提取物代替SO2處理葡萄酒并沒有差異,而且會增加葡萄酒的果味和花香味[43]。

3.2.2 化妝品

葡萄中的多酚類物質具有抗衰老、抗氧化、抗紫外線等功能,被用于草藥化妝品配方。其中類黃酮和類胡蘿卜素有抗氧化和紫外線的能力,通過減少氧化應激、炎癥和免疫抑制,對皮膚有較好的保護作用,從而成為防曬以及曬后皮膚護理化妝品配方的重要組成成分[44]。1990年,法國MASQUELIE’S?已經就原花色素制劑在抗炎、抗輻射等方面進行了研究。法國已開發出用原花色素低聚體制成的脂質體微囊晚霜、發乳和漱口水等。由于葡萄廢棄物中所含有的原花色素、白藜蘆醇等成分對人體皮膚具有抗衰老、抗氧化、美白保濕等功能[45],法國CAUDALE通過提取葡萄籽低聚體、葡萄藤白藜蘆醇以及葡萄枝條白藜蘆醇二聚體,開發天然植物肌膚護理型產品。其已得到消費者的廣泛認可,成長為法國一線護膚品牌,并出口多國。原花色素被日本公司研制成油性化妝品,被意大利公司相繼研制成消炎護膚化妝品。

3.3 能源

3.3.1 沼氣

隨著全球氣候變化和化石能源的匱乏,沼氣的利用日益受到人們的關注。沼氣的主要成分是甲烷、CO2及少量其他氣體(H2S、NH3、O2、CO、N2)。葡萄酒產業廢棄物比如冬夏剪枝葉、葡萄酒皮渣、酒泥及廢水等均可投入沼氣池中,在厭氧條件下,經過微生物的發酵作用均可產生沼氣。本文將不同葡萄酒廢棄物置于沼氣池中的甲烷產量進行了匯總(表2)。廢棄的酒泥在沼氣池中甲烷產量高達0.416 m3/kg,并且紅、白葡萄酒皮渣,葡萄梗,葡萄枝條等都有可觀的甲烷產量[46-47]。若將固體廢棄物粉碎可有效提高甲烷生產效率,而液體廢棄物(蒸餾酒殘液、廢水)可使用共基質增加水力停留時間來提高甲烷生產效率[48]。有研究表明,將16 t葡萄酒皮渣通過厭氧反應每年產生的沼氣相當于電能3 720～3 802 kW·h,每年可減少CO2排放量為2 887～2 951 kg[46]。

表2 不同葡萄酒產業廢棄物的甲烷產量Table 2 Methane production from different wine industry wastes

3.3.2 生物乙醇、柴油

近年由于石油基燃料引起的環境和能源問題,生物能作為石油基燃料的替代品引起人們的關注。根據葡萄酒廢棄物的不同來源提取的生物燃料分為第一代生物燃料(食品原料)和第二代生物燃料(非食品原料)。生物乙醇被認為是石油燃料的替代品,可將葡萄酒廢棄物中的殘糖作為第二代生物乙醇(從非食品原料中提取的生物乙醇)的生產原料[49]。與第一代生物乙醇相比,第二代生物乙醇不會引起糧食需求增加。有研究表明,將白葡萄酒皮渣中分離出來的1 t白葡萄皮與釀酒酵母聯合發酵可生產310 L生物乙醇[49]。此外,RAMOS等[50]將葡萄籽從葡萄酒皮渣中分離后粉碎生產生物柴油,可直接用于內燃機。

3.4 食品

3.4.1 保健品

葡萄籽提取物是從釀酒葡萄籽中提取的一種多酚物質混合物,主要生物活性成分是具有黃酮類結構的葡萄籽原花色素,其具有抗氧化、降血脂、抗炎和免疫調節等多種功能,是一種極強的體內活性功能因子。研究表明,葡萄籽提取物對肺癌、結腸癌、乳腺癌、前列腺癌及白血病有顯著的抗腫瘤活性,已被我國衛生部批準為保健品原料[51]。葡萄多酚(grape polyphenols)具有抗氧化、清除自由基、預防癌癥、降低患糖尿病和心血管等疾病的功效[52],其抗氧化能力強于維生素C、維生素E,具有較高的藥用價值。原花色素是葡萄籽中主要的酚類物質,低聚原花色素有強抗氧化作用,易溶于水,人體吸收度高,可以清除體內自由基。有抗氧化、預防直腸癌、緩解抑郁癥、抗腫瘤及增強心血管活性等功效,因此廣泛用于保健品行業[29]。白藜蘆醇(resveratrol)是一類由1,2-二苯乙烯基本骨架構成的非黃酮類多酚物質,在葡萄皮中的含量最高,其具有抗癌、抗氧化、抗自由基及預防心臟病等藥理作用,并具有多種活性保健作用[30]。

3.4.2 飲料

為了增加飲料的顏色、口感和保健等功能,通常在飲料加工過程中加入色素、葡萄多酚等。隨著人們追求綠色、健康的消費理念,西方發達國家使用天然色素的比例很高,未來很有可能取代合成色素。有的國家已經開始禁止使用所有合成色素,比如挪威。植物色素是天然色素應用最普遍的一類,其具有特殊的香味,很多植物色素具有生理活性。葡萄皮渣中天然色素含量豐富,在果酒和酸性飲料中廣泛使用,比合成色素著色力強、色澤艷麗,有抗氧化和清除自由基的作用,具有一定的藥用與保健價值,并且成本低。花色素被用于果汁和碳酸飲料中進行調色,也是一種安全、無毒副作用的天然色素和抗氧化劑[45]。在葡萄皮籽的多酚提取液中加入適當比例的糖和香精,可調配成一種風味獨特的功能性飲料[53]。李建慧等[54]以葡萄多酚、山楂等為主要原料研制出具有減肥降脂功能的復合固體飲料,市場潛力巨大。

3.4.3 葡萄皮渣果醋

葡萄皮渣果醋的生產利用葡萄酒皮渣中殘留的糖,在酵母的作用下,將糖分轉化為乙醇,再被醋酸菌氧化形成醋酸,使之揮發酸增加并具有醋味。酒精發酵在葡萄皮渣果醋的生產中起著至關重要的作用,葡萄酒皮渣中的糖分含量將決定酒精發酵階段所產生的乙醇含量,而白葡萄酒皮渣的含糖量(67.3 g/kg干重)遠高于紅葡萄酒皮渣(12.6 g/kg干重)[53]。因此,白葡萄酒皮渣更適合作為生產葡萄皮渣果醋的原料。由于葡萄酒皮渣含有單寧、花色素、白藜蘆醇等多酚生物活性成分,使葡萄皮渣果醋具有抗疲勞、降血脂、降膽固醇、提高免疫力、抗衰老、美容護膚等保健作用,所以歐美發達國家已經大規模商業化生產[55]。此外,葡萄皮渣果醋不僅具有營養價值,而且具備葡萄酒的風味和特色,深受消費者的青睞,銷量逐年增長[56]。葡萄皮渣果醋發酵工藝以液態發酵法為例,釀制過程主要有酒精發酵和醋酸發酵2個階段。工藝流程為:

葡萄酒皮渣預處理→裝罐→加水定容→添加蔗糖→添加酵母菌→酒精發酵→皮渣分離→添加醋酸菌→醋酸發酵→過濾→滅菌→密封裝瓶

3.4.4 葡萄皮渣白蘭地

葡萄皮渣白蘭地亦稱葡萄皮渣蒸餾酒,由于白葡萄酒皮渣中含有大量可溶性和不溶性糖,可溶性糖可用于酒精發酵。因此,主要以白葡萄酒皮渣發酵蒸餾制作葡萄皮渣白蘭地。其在不同的國家有不同的名稱,如Marc(法國)、Grappa(意大利)、Tsipouro(希臘)、Aguardiente(西班牙)及Aguardente(葡萄牙)等[57]。其風味和葡萄酒很相似,為了口感甘甜、柔軟,許多釀酒廠會加入水果糖進行調配。近年我國每年可消耗2萬t白蘭地,市場需求量大[58]。因此葡萄酒皮渣可用于生產白蘭地,且現階段國外已有成熟的技術可供參考,通過葡萄皮渣接種酵母進行發酵蒸餾,即可得葡萄皮渣白蘭地。工藝流程如下:

收集一定量的葡萄皮渣→加水攪拌均勻→在一定條件下再發酵→澄清過濾→蒸餾→葡萄皮渣白蘭地

4 葡萄酒產業廢棄物的分級利用

將葡萄酒產業廢棄物進行分級利用可更好地管理、分配,提高葡萄酒產業廢棄物的利用率,以生產出更高價值的產品,從而達到延長葡萄與葡萄酒的產業鏈,降低生產成本,減少環境污染等目的。根據使用目的的不同,制備所需的產品純度。從葡萄皮籽提取物、葡萄籽提取物、葡萄多酚、原花色素到白藜蘆醇,產量逐漸變低,提純難度逐漸變大,純化和萃取成本也逐漸增大。以飲料添加劑為例,葡萄皮籽提取物不需要很高的純度,就能進行飲料的調配,這樣不僅制備成本低,還能提升經濟效益。鑒于葡萄酒產業廢棄物中含有豐富的有益物質,采用綠色、無污染、高效、低成本的提取技術對其進行梯度開發。使無用變有用,一用變多用。例如冬季修剪枝條,選擇無病蟲危害的枝條作為插材,篩選后剩余冬剪枝條可用來提取高純度白藜蘆醇,殘渣再依次進行單寧、膳食纖維的提取;酒泥可進行乙醇的提取,殘渣再依次進行花色素、單寧、酒石酸的提取;葡萄酒皮渣中的葡萄皮可進行酒石酸、多酚的提取(根據所需純度依次從高到低提取),部分葡萄皮再發酵生產果醋或蒸餾制備葡萄皮渣白蘭地,殘渣用來提取膳食纖維;葡萄籽壓榨生產葡萄籽油,壓榨后的葡萄籽餅粕依次進行原花青素、單寧的提取,殘渣再提取蛋白等;提取生物活性后的所有殘渣再作為生物炭、沼氣、肥料、植物栽培基質等的原料[59](圖3)。分級利用可實現葡萄酒產業廢棄物的最大價值化和環境可持續性的目標。

a-冬季修剪枝條分別利用;b-夏季修剪新梢分別利用;c-酒泥分級利用;d-蒸餾酒殘液、廢水分級利用;e-葡萄酒皮渣分級利用圖3 葡萄酒加工廢棄物分級利用Fig.3 Graded utilization of wine processing waste

5 結論與展望

葡萄酒加工廢棄物含有諸多有益的生物活性物質,近些年國內已經有企業生產白藜蘆醇、原花青素、葡萄果醋、化妝品等產品,但大多是以葡萄果實作為生產原料,并且葡萄酒加工廢棄物資源化利用體系不夠成熟,提取技術單一,未能在企業大批量生產。這樣不僅使產品生產成本增加,而且也是一種資源的浪費。若能將葡萄酒加工廢棄物作為生產原料進行再利用,并合理安排梯度提取有益成分的先后順序,從中更高效更充分地提取出多酚、膳食纖維、木質素、蛋白質、葡萄籽油、酒石酸、天然色素等物質,使其資源最大化。這樣可顯著降低產品生產成本、減少環境污染、以及相關原料的消耗,有助于葡萄與葡萄酒產業的可持續發展。其次,企業可根據自身的能力進行葡萄酒加工業廢棄物的一產農業、二產工業及三產服務業的分類產業化應用。通過文獻綜述,結合當前葡萄酒加工廢棄物的資源化利用現狀提出以下幾點建議:1)提高葡萄酒廢棄物預處理及分類分組儲存技術,使其生物活性成分得到最大保存;2)加大研發力度,開發能規模生產且梯度提取不同生物活性成分的提取技術和設備,并結合現有的提取方法,揚長避短,達到降低生產成本、提高提取率和純度的目的;3)積極研制富含這些生物活性成分的功能性產品,拓寬其應用領域。