葡萄酒泥是葡萄酒在酿造过程和陈酿期间产生的沉淀物,据统计每生产100 t的葡萄酒,可形成2.5～4 t的葡萄酒泥[1]。葡萄酒泥主要以酵母菌残体为主,含有果胶、蛋白质、多酚等物质[2]。然而,在实际生产中,大多数企业将酒泥酵母直接丢弃,不仅浪费了宝贵的生物资源,而且造成了环境污染[3]。近年来,酒泥越来越被认为是循环经济中的宝贵资源,可用于生产生物活性化合物、生物燃料、化妆品和有机肥料等[4]。因此,综合开发利用葡萄酒泥,不仅可以获得经济利益,延伸葡萄酒产业链条,还可以减轻环境压力[5]。本文一方面综述了其应用现状,另一方面对葡萄酒泥多酚类物质、酵母多糖、酒石酸等功能成分的提取进行了分析,为葡萄酒泥未来的开发与利用提供可行思路。
1 葡萄酒泥的应用
葡萄酒泥在食品成分替代、食品添加剂、动物饲料、化妆品、创新材料、培养基质、肥料等诸多领域有着广泛应用,具备极高的资源化利用价值,具体应用情况如表1所示。
1.1 食品成分替代品
酒泥因富含膳食纤维、多酚、蛋白质等功能性成分,来源广泛可循环利用,可成为替代传统食品原料、优化产品配方的理想资源,提升产品的营养品质与功能特性。BIANCHI等[6]研究发现,阿玛罗尼酒泥作为一种可持续且有效的成分,可用于部分替代松饼配方中的脂肪,建议含量为25%～50%,在不影响工艺特性和感官品质的前提下,可降低产品热量与提升膳食纤维含量。CAPONIO等[7]研究指出,酒泥被用来开发含有多酚和膳食纤维的强化饼干,用10% (F10)和20% (F20)的酒泥粉(wine less flour,WLF)替代小麦粉改善了饼干的营养成分,强化饼干组(F10和F20)的纤维、蛋白质、酚类化合物、抗氧化活性和氧化稳定性明显高于对照组(F0),F10和F20中被检测出含有多种黄酮类化合物和花青素,其中鞣花酸和苦杏仁素-3-乙酰葡萄糖苷超过200 mg/kg;F20组膳食纤维和多酚的增加能使血糖生成指数(glycaemic index,pGI)和淀粉水解率(starch hydrolysis,HI)显著降低(分别为81.26±3.09和75.73±5.62),并且表现出轻微的益生元效应。BORGES等[8]研究发现,将葡萄酒发酵过程产生的残渣(酒泥)应用于谷物棒的制作,可增加谷物棒蛋白质含量,含自溶葡萄酒酵母生物质质量分数5%的谷物棒显示出最高的蛋白质含量(73.4 g/kg),并且质量分数为2.5%和5%的谷物棒接受度令人满意。RIVAS等[9]研究发现,将酒泥中的膳食纤维掺入番茄酱中作为单糖的替代品,会影响番茄酱的理化特性和营养成分,包括pH值和还原糖的降低,总酸度、可溶性固体、酚类化合物和抗氧化活性的增加,其中质量分数25%的减糖配方的感官接受度与全糖对照组相当,可改善膳食纤维膨胀能力(SR25最高为17.17 mL水/g纤维)、持水性(SR100最高,达到18.85 g/g纤维)和吸脂性等技术特性。
1.2 食品添加剂
葡萄酒酒泥具有天然的乳化、发泡和防腐特性,可作为一种新型食品添加剂提升食品的品质与安全性。酒泥还可增强食品的抗氧化性能,保留的活性成分可抑制微生物生长,作为营养补充剂,用于生产天然化合物,或与多糖交联构建功能性水凝胶体系,促进食品的健康特性。DE ISEPPI等[10]研究表明,红葡萄酒和白葡萄酒酒泥都可以成为新型有效的乳化剂和发泡剂,是生物反应器中生产酵母生物质的有效替代品,可被用于食品工业。GÜMÜ
等[11]研究发现,添加21 g/kg酒泥的果冻软糖功能含量明显优于对照组,贮存过程中表现出良好的颜色稳定性保留了更高水平的酚类和花青素成分,分别为(57.80±6.12) mg没食子酸当量/kg、(17.58±0.36) mg锦葵素-3-葡糖苷当量/kg,酒泥的添加使果冻具有更优的弹性和柔软的质地,可用作果冻生产中天然着色剂和替代调味剂。ALARC
N等[12]研究发现,添加质量分数为2.5%和5%的酒泥代替抗坏血酸钠会导致pH值降低并改变颜色参数(增加L*和减少a*),防止鹿汉堡在储存期间变色,提供更高的抗氧化能力和酚类含量,在气调包装储存期间抑制精神营养需氧菌和肠杆菌,是作为肉制品中天然防腐剂的良好替代品。BALMASEDA等[13]研究发现,白葡萄酒泥被用作促进葡萄酒乳酸菌生长的刺激剂,并促进由酒类酒球菌排出的葡萄酒苹果酸-乳酸的发酵。PRIETO-SANTIAGO等[14]研究发现,在新鲜桃子和葡萄汁中加入质量分数为2%酒泥,冷藏条件下储存(5 ℃),可显著抑制单核细胞增生李斯特氏菌的生长,同时能够将总可溶性固形物、总多酚及总抗氧化活性的含量分别提高约10%、75%和86%,保持了稳定的物理化学变量,如pH值和可滴定酸度。PÉREZ-BIBBINS等[15]报道,酒泥和/或酵母提取物可作为营养补充剂,在生物技术产业中具有潜在应用价值,可用于生产木糖醇、有机酸和生物表面活性剂等天然化合物。KAMER等[16]发现,通过交联红酒中的酒泥提取物和黄原胶(xanthan gum,XG)成功生成了新型水凝胶体系,最佳配方为0.81% XG与0.67%酒泥提取物均为质量分数,交联温度为47 ℃,提高了水凝胶的酚类物质含量和抗氧化活性,在食品配方中可能具有促进健康的特性。SANCHO-GAL
N等[17]研究发现,酒泥中存在显著浓度的脂肪酸,具有高乳化活性,可被初步认为是新食品配方中的新成分。HWANG等[18]研究证实,葡萄酒泥的添加可增加冰淇淋的融化速度、脂肪的不稳定度,并降低冰淇淋的可冻水含量,提高冰淇淋的抗氧化活性,并且葡萄酒泥中的抗氧化成分在冰淇淋制作过程中表现出高度稳定性,有作为增值原料应用于冰淇淋产业的潜力。
1.3 动物饲料
酒泥富含蛋白质、矿物质等多种营养成分,且含有酵母等有益微生物,可用作有价值的动物饲料原料,部分取代传统饲料原料,提高饲料蛋白质含量和消化率,降低氧化应激、改善动物生长性能、增强饲料诱食性及抗菌特性等作用。SATO等[19]研究发现,在育肥条件下酒泥可作为反刍动物饲料替代育肥日粮中质量分数为20%的干物质,对表观消化率、瘤胃发酵和氮平衡无不良影响,降低了体内血浆中的氧化应激标志物。韦公远[20]报道,在猪的基础日粮中用葡萄酒泥替代质量分数10%～15%的混合料,喂养期内日增重比对照组高5%～7%,每头猪可节约27.5～40.0 kg粮食。C
MARA等[21]研究发现,葡萄酒工业挥发性成分副产品(例如葡萄渣、葡萄茎、酒泥)作为添加剂在感官特征(香气和风味)和健康益处方面提高鱼饲料质量,感官上可作为饲料引诱剂发挥重要作用,健康上为鱼饲料提供抗菌特性和营养补充剂。高学峰等[22]指出,葡萄发酵后,沉淀于桶底的酒泥富含酵母,经离心分离、压滤、烘干后,蛋白质含量可达85%以上,质量高且利于特畜消化吸收,可用来生产酵母蛋白饲料,是较好的精饲料。朱翠霞等[23]报道,葡萄发酵后沉淀于桶底的酵母由于混有大量的杂质沉淀物其蛋白质含量在20%左右,磷含量在0.5%左右,钙含量也较高,可作为饲料调合使用,是一种营养丰富、价值很高的蛋白饲料添充料。JIN等[24]研究报道,真菌米曲霉DAR 3699、米曲霉RIB 40和里氏木霉Rut C30可在低成本的单培养或共培养固态发酵(solid state fermentation,SSF)工艺中利用葡萄渣和酒泥作为碳源和营养源,将葡萄渣生物转化为富含蛋白质的动物饲料,真菌的单培养白葡萄渣的蛋白质含量显著提高130%,红葡萄渣的蛋白质含量提高270%,共培养SSF使葡萄渣的蛋白质含量提高26%,消化率提高50%以上,成为富含蛋白质的动物饲料。
1.4 化妆品
葡萄酒酒泥具有独特的功能特性,可添加到乳液的配方中,其提取物可成为化妆品原料开发的潜力资源。KAYNARCA等[25]研究发现,在鱼明胶(fish gelatin,FG)乳液中添加酒泥可提高氧化稳定性、乳液稳定性和生物活性化合物的含量,质量分数0.5% FG与质量分数0.58%的酒泥可用作鸡蛋蛋白的替代品,以开发可持续、低成本的可涂抹乳液。MATOS等[26]研究指出,红酒泥提取物可保护人体皮肤细胞免受氧化应激,可用于生产具有抗氧化、美白和抗衰老作用的药妆产品中。
1.5 创新材料
葡萄酒泥其功能性成分还可用作功能材料,如食品包装材料,或转化为碳量子点和功能生物炭,应用于环境污染治理。ATHANASIOU等[27]研究指出,酒泥干提取物添加到壳聚糖膜中,增强了膜的性能,具有较高的抗氧化活性,可用作高效的酶抑制剂,具有药用和保健价值,并且其高抗氧化潜力也可在食品工业中开发新型食品包装膜。GUMUS等[28]研究发现,酒泥和角叉菜胶(carrageenan,CAR)可用于由FG制成的新型可食用薄膜,当配方中酒泥添加量为1.926%(质量分数)、CAR添加量为3%(质量分数)时,形成具有低拉伸强度和高断裂伸长率的柔软而坚硬的薄膜,酒泥的掺入显著改善薄膜的功能特性,具有强大的抗氧化活性和高酚类含量。VARISCO等[29]发现,碳量子点(carbon quantum dots,CQDs)作为最具发展潜力的未来多功能材料之一,可从碳化酒泥中直接提取即可获得利用的CQDs,酒泥本身已含有开发CQDs所需的全部成分。ZHU等[30]研究发现,酒糟衍生的生物炭具有较大的比表面积和总孔容,600 ℃下制备的生物炭的吸附量最高为79.12 mg/g,对铅离子具有较强的吸附能力,可用于处理被铅污染废水,达到以废治废的目的。XU等[31]发现,多金属污染的土壤中添加酒糟衍生的生物炭,有利于植物生长,减少重金属的流动性,土壤中细菌群落的丰富度降低,较高的生物炭施用量有利于提高土壤肥力,促进植物对多数微量元素的富集(Cr、Zn和Hg除外),添加质量分数为1%的酒糟生物炭修复该土壤-植物系统方面优于0%、0.5%及2%的添加水平。
1.6 培养基质
葡萄酒酒泥含有微生物生长所需的营养成分,可作为高效的微生物培养基质,实现自身降解与其他产物生成,如工业酶、高蛋白生物质的生产及废水生物处理等,为资源化利用提供了可持续的技术路径。BAKRATSAS等[32]研究发现,平菇进行深层发酵处理酒泥后,产生了高价值的生物质和高水平的漆酶(一种重要的工业酶),pH值为6.0,酒泥添加量为质量分数20%,葡萄糖质量浓度30 g/L,酵母提取物质量浓度20 g/L,生物质和漆酶产量分别达到21 g/L和74 000单位/L,废料的脱色率和脱酚率均超过90%,酒泥可成为真菌培养的理想基质,以更环保的方式生产漆酶和高蛋白质含量的生物质。SCARPONI等[33]研究发现,小球藻可以在体积比1∶10和1∶5稀释度的酒泥中生长,观察到自发的酵母-微藻联合体(生物量产量为2 g/L),并检测到较高的脂质和蛋白质储存量[分别为(34.56±13.70)%和(39.73±4.49)%],sCOD和多酚去除率[分别为(99.95±0.01)%和(92.31±0.02)%],利用酒泥作为微生物培养的基质,提高了微藻培养在酒泥中的应用潜力及其植物修复效果。
1.7 肥料
酒泥是一种具有良好应用前景的绿色肥料,可用于生产有机复混肥,有效改良土壤、促进作物吸收并提高产量。韩树民等[34]研究发现,利用葡萄酿酒后废渣作原料,生产出较高生物活性和多肥效的有机复混肥,有机质含量高,N、P、K养分全面均衡,可活化土壤P、K,促进养分分解和吸收,肥效长,增强地力等特点,田间试验结果表明与等养分和等价格化肥相比,施用该有机复混肥可增产10%～30%。MOLDES等[35]研究发现,生物降解后的葡萄渣可作为肥料,尤其适用于黑麦草作物,葡萄渣在微需氧条件下60 d内中温生物降解,生物降解的带茎葡萄渣有机质性质最佳(C/N比为14,氮含量为37 g/kg),对黑麦草种子的生长具有较好的发芽指数(155%)。
1.8 临床诊疗
葡萄酒泥所含的功能性成分具有改善脂质代谢、增强机体抗氧化机制、减少炎症因子分泌、降血压、抑制肝癌细胞的生长等多种药理作用。
1.8.1 抗氧化
LANDEKA等[36]研究指出,Blatina酒沉淀后残留的酒泥富含多酚和抗氧化生物活性化合物,在饮食诱导的高胆固醇血症中具有低血脂和抗氧化特性。MAVROMMATIS等[37]研究发现,在肉鸡饲料中补充葡萄茎和酒泥提取物,能够改善肉鸡的抗氧化机制和肌肉氧化稳定性,而不会对免疫调节产生负面影响。SNCHEZ-BRAVO等[38]研究报道,葡萄茎、葡萄渣和酒泥中的(多)酚类物质作为人类体内宝贵的膳食抗氧化剂,减少炎症标志物(硝酸盐/亚硝酸盐、IL-6、IL-8、TNF-α)的分泌高达66.8%、20.1%、95.4%和78.3%,抑制活性氧的升高,显著保护细胞对抗氧化酶(谷胱甘肽、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶)的分子机制。
1.8.2 降血压
DE PAULA DIAS MOREIRA等[39]研究发现,通过混合发酵获得的酒泥比酿酒酵母发酵获得的酒泥含有更丰富的生物活性肽,主要具有抗高血压作用。L
PEZ-FERNNDEZ-SOBRINO等[40]研究表明,赤霞珠酒泥的抗高血压活性与其所含花青素和黄烷醇的最高含量相关,红葡萄来源的酒泥具有显著的血管紧张素转换酶抑制活性,而来自赤霞珠葡萄品种的酒泥展现出显著的降压效果,且该效果对高血压状态具有特异性。
1.8.3 抗癌症
FERNNDEZ-BEDMAR等[41]研究指出,低浓度红白酒泥和高浓度白酒泥可显著改善二乙基亚硝胺诱导的肝细胞癌大鼠模型肝细胞结构并降低有丝分裂指数;与二乙基亚硝胺诱导组相比,低剂量(质量分数0.1%)红酒泥增加体重和肝脏质量,抑制结节生长并改善肝细胞结构,但抑制作用较小;相比之下低剂量(质量分数0.1%)和高剂量(质量分数0.4%)白酒泥通过去甲基化途径显著减少肝结节生长、增加体重并诱导肝细胞结构和DNA低甲基化的改善,可用作抗癌剂的最佳候选者。
1.9 其他
HIJOSA-VALSERO等[42]研究发现,酒泥代替酵母提取物,红酒泥比白葡萄酒泥更适合作为氮源促进甘露醇生产,添加锰和红酒泥的红、白葡萄汁在144 h内以中间乳杆菌NRRL B-3693为发酵菌株分别产生(59.4±0.13) g/L和(65.6±0.06) g/L甘露醇。CARO等[43]研究发现,红酒泥多酚提取物减少胚胎的脂肪储备高达40%,改变脂质代谢相关基因的表达,调节脂肪酸和磷脂组分,降低反式脂肪酸含量,可进一步开发应用于食品产业创新。
表1 葡萄酒泥的应用领域
Table 1 Application areas of wine lees
应用具体应用功能效果与特性参考文献食品成分替代品替代松饼中的脂肪、替代小麦粉制作强化饼干、谷物棒配方、替代番茄酱中的单糖提升膳食纤维、蛋白质、多酚含量和抗氧化活性;降低热量、pH值、血糖生成指数;改善技术特性,不影响感官品质[6-9]食品添加剂作为天然乳化剂和发泡剂、天然着色剂和调味剂、肉制品天然防腐剂、营养补充剂,促进乳酸菌发酵改善食品质地,提高抗氧化、抗菌能力、酚类含量、颜色稳定性,防止变色;刺激菌体生长,促进发酵[10-13]动物饲料替代反刍动物日粮、作为鱼饲料添加剂、生产高蛋白酵母饲料替代部分干物质,降低氧化应激;提高日增重,节约粮食;提高饲料引诱性、抗菌特性;蛋白质含量高,利于消化吸收[19-24]化妆品作为乳液成分和药妆品原料提高氧化稳定性和乳液稳定性;抗氧化、皮肤美白和抗衰老作用[25-26]创新材料制备食品包装膜、碳量子点、功能生物炭增强膜的性能和抗氧化活性;多功能材料;用于吸附重金属,修复污染土壤[27-31]培养基质用于真菌培养生产漆酶和微藻培养生产高价值酶、高蛋白生物质、脂质和蛋白质,并去除污染物[32-33]肥料生产有机复混肥改良土壤、促进吸收、提高产量[34]临床诊疗抗氧化、降血压、抗癌症降低血脂和氧化应激,减少炎症因子;抑制血管紧张素转换酶、抑制肝癌细胞生长[35-40]其他作为生产甘露醇的氮源,调节脂质代谢高效生产甘露醇;减少脂肪储备,改变基因表达[41-42]
2 葡萄酒泥中功能成分的提取
葡萄酒泥中富含多种功能成分,而不同提取方式因其作用原理与工艺特性不同,在得率上存在显著差异,其具体提取方法、得率差异原因及优缺点对比分析如表2所示。
2.1 多酚类物质
多酚是酒泥抗氧化活性的重要来源之一,包括原花青素、白藜芦醇、槲皮素等。葡萄酒酒泥提取酚类化合物的方法有很多种,不同技术在提取效率、适用场景上差异显著,其中超声波辅助提取表现较优[44]。张林等[45]采用超微粉碎辅助超声波法从赤霞珠葡萄酒泥提取多酚的最佳工艺参数为:超声波功率300 W、提取温度48 ℃、提取时间52 min、料液比1∶25(g∶mL)、乙醇体积分数57%,多酚得率为0.92%。TAO等[46]发现超声波辅助比常规浸渍提取的总酚类物质含量更高,提取酒泥酚类物质的工艺条件为:频率40 kHz、功率48 W/L、提取时间25 min、温度60 ℃、酒泥和乙醇料液比1∶60 (g∶mL)、乙醇体积分数43.9%,每克干酒泥提取总酚58.76 mg,常规浸渍获得的总酚类物质比超声波辅助提取低19.8%。令博等[47]采用超声波辅助法提取葡萄皮渣多酚,最佳提取工艺条件为:超声波功率100 W、乙醇体积分数40%、液料比16∶1 (mL∶g)、提取时间57 min、温度50 ℃,多酚提取量为(42.51±1.21) mg/5 g。LAFKA等[48]采用醇溶法提取Agiorgitiko葡萄酒渣的多酚物质,最佳提取工艺条件为:50%的乙醇水、浸提时间180 min、液料比9∶1(g∶mL)、pH 1.5,总酚提取量体积分数为(2.89±0.27)%。REIG-VALOR等[49]使用超滤和纳滤膜顺序过滤的序贯膜技术从酒泥中提取多酚,在20 ℃、超滤和纳滤分别为2 bar和9.5 bar的操作条件下,超滤和纳滤的总多酚去除率分别为54%和90%。
2.1.1 原花青素
杜鑫[50]采用醇提法提取葡萄酒泥原花青素的工艺条件为:料液比1∶5(g∶mL)、乙醇体积分数40%、提取温度55 ℃、提取时间30 min,原花青素得率为3.44%。赵俭波等[51]采用联产工艺中乙醇萃取法从慕萨莱思酒泥中提取原花色素浸膏,较优条件为:体积分数为80%的乙醇溶液40 mL、pH 5、温度60 ℃、超声波30 min,原花色素浸膏得率达(18.62±0.57)%。许禔森等[52]提取葡萄酒泥原花青素选用了乙醇浸提法和微波辅助浸提法,微波辅助浸提法的最佳浸提条件为:料液比1∶15(g∶mL)、微波处理30 s、50%体积分数的乙醇溶液,原花青素提取率3.42%;乙醇浸提法的最佳浸提条件为:1∶8(g∶mL)的料液比、60%体积分数的乙醇、提取温度50 ℃,原花青素提取率2.47%。
2.1.2 白藜芦醇
史秋兰等[53]采用酶解法提取葡萄酒泥中的白藜芦醇,酶解工艺条件为:pH 4.0、酶含量为1.5 mg/g、40 ℃酶解75 min,白藜芦醇提取量为(80.2±0.33) μg/g。缪文玉等[54]采用超声波辅助提取法从葡萄皮渣中提取白藜芦醇,最优工艺条件:超声波时间6 min、占空比1∶2、乙醇浓度60%、料液比1∶35、功率400 W,提取率0.277%。
2.2 酵母多糖
酒泥中因含有大量酵母残体,可作为提取酵母多糖的廉价原料[55]。石豪磊等[56]通过单因素试验和正交试验对碱法破壁-酶法提取细胞壁多糖工艺进行优化,最佳工艺条件为细胞破壁碱处理温度60 ℃、碱质量浓度为70 g/L、处理时间1.5 h、80 kHz超声波辅助;酶法提取多糖最佳工艺为酶作用温度50 ℃、酶解时间1.5 h、中性蛋白酶添加量0.3%、初始pH 7.0,酵母多糖提取率为21.08%。
2.2.1 β-葡聚糖
酵母β-葡聚糖属于细胞壁结构,位于酵母细胞壁最内层,是目前生物活性较强的一类免疫多糖,具有诸多生物活性作用[57]。杨婷等[58]采用碱法提取葡萄酒泥酵母细胞壁中β-葡聚糖,最佳工艺参数为料液比1∶40(g∶mL)、质量分数3%NaOH溶液、提取温度80 ℃、提取时间1.5 h,β-葡聚糖的平均得率达到19.38%。杨学山等[59]采用蛋白酶水解法,通过响应面分析法确定制备水溶性β-D-葡聚糖的最佳工艺条件为:浸提温度60 ℃、加酶量247 U/mL、pH 7.5、浸提时间1.5 h,得率为80.91%。程超等[57]采用高压均质法和冻融法协同破碎酵母细胞壁,辅以复合蛋白酶和脂肪酶酶解技术,设定均质压力70 MPa、酵母质量分数13%、均质时间34 min、冻融加水量25%,酒泥β-葡聚糖提取率为13.23%,纯度为91.69%。
2.2.2 甘露聚糖
黄倩等[60]使用碱法浸提从葡萄酒泥的酵母细胞壁中提取甘露聚糖,其最优提取工艺参数为:料液比1∶12.5(g∶mL)、NaOH质量分数3%、浸提时间1 h、浸提温度100 ℃,提取率达到最大值为21.97%。李颍等[61]采用热水浸提法提取葡萄酒泥酵母甘露聚糖的工艺条件为:料液比1∶23(g∶mL)、浸提温度124 ℃、浸提时间5 h、浸提3次,甘露聚糖得率为14.27%。杨学山等[62]通过单因素试验及正交试验优化酵母甘露聚糖提取工艺参数,结果表明:料液比1∶17.5(g∶mL)、KOH质量分数3%、浸提时间1.5 h、浸提温度100 ℃为最优条件,甘露聚糖提取率为18.37%。
2.3 酒石酸
酒石酸是一种用途广泛的多羟基有机酸,酒泥中酒石酸含量约为100～150 kg/t,数量十分可观,因此可以将富含酒石酸氢钾的酒泥作为原料提取酒石酸[22]。杜鑫[50]发现,酸提碱沉法提取葡萄酒泥酒石酸的最佳提取工艺条件为:料液比1∶4(g∶mL)、盐酸质量分数为20%、提取温度60 ℃、提取时间30 min,酒石酸得率为3.28%。屈慧鸽等[63]运用超声波辅助硫酸加热提取干红酒泥酒石酸,其最佳工艺为:料液比1∶3(g∶mL)、H2SO4溶液浓度0.06 mol/L、超声波功率500 W、超声波时间6 min、浸提温度75～80 ℃、浸提时间15～20 min,酒石酸浸提量可以达到74 g/kg以上,得率约59.2%。赵俭波等[64]采用响应面分析法对穆萨莱思酒泥中酒石酸的提取工艺进行优化,最佳提取工艺为:浸提温度89 ℃、盐酸体积7.7 mL、浸提时间1.8 h,酒石酸提取率为4.26%。米思等[65]对提取毛葡萄酒泥L(+)-酒石酸工艺的酸浸和沉降2个技术参数进行优化,酸浸的最佳工艺参数为:温度82 ℃、时间7 min、质量分数37%盐酸8 mL(以100 mL毛葡萄酒泥计);沉降的最优工艺参数为:CaCl2质量浓度50 g/L、pH 6.64、反应时间2.4 h,毛葡萄酒泥中L(+)-酒石酸的实际酸浸提量为41.63 g/L,实际提取回收率为87.64%。
2.4 其他功能成分
葡萄酒泥作为葡萄酒主要副产物之一,除富含多酚等常见活性物质外,还含有果胶、谷胱甘肽、超氧化物歧化酶等其他具有应用价值的功能成分。因此,对这些成分的高效提取,既能实现葡萄酒泥的深度资源化利用,又能减少环境负担。
2.4.1 果胶
赵俭波等[66]以慕萨莱思酒泥为原料,采用响应面法对其果胶超声波辅助提取工艺进行优化,最佳提取工艺条件为:料液比1∶20、pH 1.5、浸提温度71 ℃、超声波功率372 W、超声波时间50 min,慕萨莱思酒泥果胶得率为10.424%。杜鑫[50]采用酸提醇沉法对葡萄酒泥中果胶进行提取,提取工艺为:料液比为1∶14(g∶mL)、pH 2.0、提取温度65 ℃、提取时间90 min,果胶得率为6.48%。
2.4.2 谷胱甘肽
谷胱甘肽是废酵母中的主要活性物质之一,提取法因其独特优势被广泛应用,多用于废酵母的深层加工[67]。黄倩等[68]利用乙醇提取法从酿酒酵母提取谷胱甘肽,结果显示:料液比1∶10.15(g∶mL)、乙醇体积分数35.51%、提取58.39 min、提取温度48.90 ℃时谷胱甘肽的提取量达到最大值(8.8213 mg/g)。李双石等[69]以葡萄酒废酵母中的谷胱甘肽进行乙醇提取法工艺优化,最佳提取工艺条件为:料液比1∶10.0、乙醇体积分数35%、浸提时间45 min、温度50 ℃,谷胱甘肽的得率可高达22.1%。
2.4.3 超氧化物歧化酶
超氧化物歧化酶是需氧生物体内唯一的超氧阴离子自由基清除剂,具有较强的抗氧化活性,葡萄酒泥是开发超氧化物歧化酶的较佳原料[70]。祝霞等[71]采用超声波辅助法分离提取了葡萄酒泥酵母超氧化物歧化酶,最佳工艺参数为:料液比1∶2.5(g∶mL)、超声波功率400 W、超声波作用时间16 min、热变性温度45 ℃,分离提取得到的超氧化物歧化酶比活力为169.32 U/mg。杜娜等[72]采用甲苯破壁法分离纯化超氧化物歧化酶,最优条件为甲苯用量0.8 mL/g、作用时间25 min、温度50 ℃、磷酸缓冲液pH 8.0,分离纯化的超氧化物歧化酶平均比活力为178.73 U/mg。
表2 葡萄酒泥功能成分主要提取方法对比
Table 2 Comparison of main extraction methods of functional components from wine lees
提取方法优点缺点得率不同原因参考文献超声波辅助提取法提取效率高、耗时短、操作温度较低、溶剂用量相对少设备成本较高,超声波参数控制要求严格,否则可能降解目标成分超声波产生的空化效应能破坏细胞壁,增加溶剂渗透,从而提高提取效率[45-46]醇提法操作简单、溶剂安全、选择性好、工艺无需复杂设备成本低耗时长、溶剂消耗大、提取效率较低主要依赖分子的自由扩散,传质动力弱,溶剂需要时间渗透进入细胞并溶解成分后再扩散出来,过程缓慢[48,50-51]膜过滤技术条件温和、无需相变、易于连续化操作、环保膜组件投资高、易污染堵塞、需预处理基于分子筛分原理,在常温常压下进行,不涉及加热或相变,能最大限度地保留成分的生物活性[49]微波辅助提取法提取时间极短、加热均匀、溶剂用量少设备费用昂贵、破坏热敏性成分微波能直接作用于物料的极性分子,产生体加热效应,使物料内外同时快速升温,极大缩短提取时间,减少溶剂用量[52]酶解法条件温和、专一性强、对细胞壁破坏效果好酶成本高、反应时间长、可能引入新的杂质酶在温和的温度和pH下,能催化降解细胞壁中结构组分,保留成分活性,但酶本身作为蛋白质,可能残留在提取液中[53]碱法操作简单、试剂成本低、对细胞壁破坏力强可能破坏成分结构、环境污染大强碱能有效地溶解细胞壁中成分,破坏力强,但许多不稳定成分易发生水解、降解或异构化[58]热水浸提法操作简单、成本极低、最安全耗时长、效率低、易破坏热敏成分依赖扩散,是效率最低的方法之一。长时间的高温加热会导致热敏性成分失活,并可能促使多糖水解或杂质溶出增多[61]酸处理技术操作简单、成本低、对特定成分提取高效可能破坏成分、设备腐蚀、环境污染对于某些在酸性条件下稳定或更易溶出的成分(如酒石酸),酸处理能有效溶解和转化目标物,提高得率[50,63,65]
3 小结
综上所述,葡萄酒泥的应用覆盖多个领域,包括食品成分替代品、食品添加剂、动物饲料、化妆品、创新材料、培养基质、肥料、临床诊疗等方面;但其在饲料、肥料等领域的应用还缺乏明确的政策引导与质量监管,影响了市场接受度与产业链延伸。葡萄酒泥中富含多酚、多糖、酒石酸等功能成分,可运用超声波辅助提取法、醇提法、膜过滤技术、微波辅助提取法、酶解法、碱法和热水浸提法、酸处理技术等多种提取工艺。不同来源、品种和处理方式的葡萄酒泥在成分组成与结构上存在差异,现有提取工艺多为通用型,缺乏针对特定酒泥特性的定制化提取策略。尽管葡萄酒泥具有潜在的工业用途和高价值的功能成分,目前研究多集中于单一成分的提取优化,如多酚、多糖或酒石酸等,缺乏对酒泥中多种成分协同提取与分离纯化的系统性研究。葡萄酒泥具有从“废弃物”转向“高值化资源”的潜力,尽管葡萄酒泥的资源化利用在技术上可行,但其产业化发展仍面临多重挑战,为解决葡萄酒生产过程酒泥带来的环境污染问题、高效实现酒泥资源化高值利用、促进中国葡萄酒产业健康发展,还需进一步深化酒泥开发利用的理论研究和生产实践探索。
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