張立娟，劉元，姚駿，郝惠陽(yáng)，王玥瑋

（天津市食品研究所有限公司，天津301609）

葡萄是葡萄科植物的果實(shí)，為落葉藤本植物。葡萄營(yíng)養(yǎng)豐富，具有抗惡性貧血、殺菌、抗毒等功效[1]，葡萄中含有大量纖維以及礦物質(zhì)和多種維生素[2]，可作為滋補(bǔ)性水果食用。葡萄的食用方法主要以鮮食、榨汁、干制及釀酒加工為主。

葡萄釀酒副產(chǎn)物（主要以葡萄皮、籽、枝條為主）指的是在葡萄酒的釀制過(guò)程中，經(jīng)過(guò)壓榨取汁處理或發(fā)酵后的副產(chǎn)物，大約占原果重的20%左右[3]。葡萄釀酒副產(chǎn)物中存在著多種且大量的營(yíng)養(yǎng)成分，其中包括膳食纖維、多酚類(lèi)物質(zhì)[4]、芳香物質(zhì)、酒石酸及葡萄籽油等成分[5-6]，具有良好的醫(yī)療保健作用。葡萄的種植比較廣泛，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年全球葡萄園面積共750萬(wàn)公頃，其中前十名為西班牙、中國(guó)、法國(guó)、意大利、土耳其、美國(guó)、阿爾及尼亞、伊朗、智利和羅馬尼亞，種植面積分別為 975、847、785、693、480、443、224、223、214、191 千公頃[7]，葡萄年產(chǎn)量近6 000萬(wàn)噸，每年約有超2 500萬(wàn)噸葡萄用于葡萄酒的釀造，因此產(chǎn)生的副產(chǎn)物高達(dá)百萬(wàn)噸[8]。我國(guó)葡萄的栽培區(qū)域不斷擴(kuò)大，到2016年底，全國(guó)葡萄的種植面積超過(guò)100萬(wàn)畝的有2個(gè)省，超50萬(wàn)畝的省有6個(gè)，超10萬(wàn)畝的省有14個(gè)，10萬(wàn)畝以下的省有9個(gè)[9]。據(jù)估算，2019年我國(guó)葡萄酒產(chǎn)量為45.1萬(wàn)千升[10]，可產(chǎn)生葡萄釀酒副產(chǎn)物約1.1×105噸～2×105噸。據(jù)了解，產(chǎn)生的葡萄釀酒副產(chǎn)物一般有專人回收，除少部分回收提取功能性物質(zhì)外，大部分葡萄釀酒副產(chǎn)物主要用作飼料、曬干分離葡萄籽和皮直接施入田中作肥料，剩余的被當(dāng)作垃圾隨處堆放、傾倒，不僅造成葡萄釀酒副產(chǎn)物利用方式單一、利用率低等問(wèn)題，還使環(huán)境受到一定污染[11]。因此合理開(kāi)發(fā)利用葡萄釀酒副產(chǎn)物，不僅可以增加產(chǎn)業(yè)的附加值，使其經(jīng)濟(jì)有效地利用資源，提高葡萄的綜合利用價(jià)值，還對(duì)促進(jìn)葡萄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的發(fā)展意義。

1 膳食纖維概述

1.1 膳食纖維定義及分類(lèi)

1972年Torwels等提出了膳食纖維（dietary fibre，DF）的定義，是指植物性食物中含有的不能被人體消化吸收的多糖類(lèi)碳水化合物與木質(zhì)素[12]，包括菊糖、甲殼質(zhì)、纖維素、木質(zhì)素、果膠和低聚糖等[13]。

膳食纖維以是否溶解于水中可分為兩個(gè)基本類(lèi)型，水溶性纖維與非水溶性纖維。纖維素、部分半纖維素和木質(zhì)素是3種常見(jiàn)的非水溶性纖維，存在于植物細(xì)胞壁中；而果膠和樹(shù)膠等屬于水溶性纖維，則存在于自然界的非纖維性物質(zhì)中。常見(jiàn)的食物中的大麥、豆類(lèi)、胡蘿卜、柑橘、亞麻、燕麥和燕麥糠等食物都含有豐富的水溶性纖維，水溶性纖維可減緩消化速度和最快速排泄膽固醇，有助于調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)功能，促進(jìn)體內(nèi)有毒重金屬的排出，所以可讓血液中的血糖和膽固醇控制在最理想的水準(zhǔn)之上，還可以幫助糖尿病患者改善胰島素水平和三酸甘油脂[14-15]。非水溶性纖維包括纖維素、木質(zhì)素和一些半纖維素以及來(lái)自食物中的小麥糠、玉米糠、芹菜、果皮和根莖蔬菜。非水溶性纖維可降低罹患腸癌的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可經(jīng)由吸收食物中有毒物質(zhì)預(yù)防便秘和憩室炎，并且降低消化道中細(xì)菌排出的毒素[14-15]。

1.2 膳食纖維理化性質(zhì)及生理功效

根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，膳食纖維是由各種單糖分子結(jié)合組成的大分子結(jié)構(gòu)，具有不同于其它大分子能量物質(zhì)（碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等）的理化特性和生理功效。

膳食纖維具有多種理化性質(zhì)[16-22]：（1）高吸水性、保水性和膨脹性；（2）黏性；（3）離子交換作用；（4）網(wǎng)孔吸附作用；（5）機(jī)械隔離作用；（6）增大容積作用；（7）微生物調(diào)節(jié)作用；（8）吸附螯合作用等。膳食纖維具有多種生理功效，可在機(jī)體中起到重要作用：（1）降血糖作用；（2）促進(jìn)代謝作用（預(yù)防便秘和結(jié)腸癌）；（3）預(yù)防心血管疾??；（4）治療肥胖癥（塑造體態(tài)）；（5）消除外源有害物質(zhì)；（6）預(yù)防脂肪肝；（7）對(duì)有機(jī)農(nóng)藥有一定吸附作用；（8）抗氧化活性和清除羥基自由基的作用；（9）有抗突變作用；（10）清除 NO2-能力；（11）促進(jìn)鈣、鐵、鎂吸收的作用。各種不同的膳食纖維其生理功能是不同的，不能認(rèn)為凡是膳食纖維就具備上述所有的生理功能。

2 葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維改性與提取

2.1 改性

葡萄釀酒副產(chǎn)物中不溶性膳食纖維超過(guò)60%，可溶性膳食纖維含量?jī)H占9%左右，如對(duì)葡萄釀酒副產(chǎn)物中的膳食纖維進(jìn)行改性以增加可溶性膳食纖維的含量，進(jìn)而改善葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維的理化特性，使其更好的發(fā)揮生理功能。目前，應(yīng)用較多的膳食纖維改性方法有化學(xué)改性法、物理改性法、生物改性法以及協(xié)同改性法等[23]。

2.1.1 化學(xué)改性

最早膳食纖維改性多是應(yīng)用化學(xué)法，在一定的溫度、pH值等條件下用酸或堿處理膳食纖維，使其大分子的糖苷鍵斷裂、聚合度下降，形成新的還原性末端，也將一些纖維從不溶于水轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苡谒?，從而提高可溶性膳食纖維的含量?；瘜W(xué)法中堿法改性效果相比其他方法效果更佳。孫艷[24]分別采用酸法和堿法提取8種釀酒葡萄品種的皮渣中可溶性膳食纖維，結(jié)果表明采用酸法提取時(shí)HCl的濃度對(duì)可溶性膳食纖維的提取率影響最大，最優(yōu)的提取條件為：HCl濃度1.2%、提取溫度 75℃、提取時(shí)間 75 min、料液比 1∶20（g/mL），此條件下可溶性膳食纖維的含量超過(guò)56 mg/g；采用堿法提取時(shí)提取溫度對(duì)可溶性膳食纖維的提取率影響最大，最優(yōu)的提取條件為：NaOH濃度1.4%、提取溫度85℃、提取時(shí)間 140 min、料液比 1 ∶10（g/mL），此條件下可溶性膳食纖維的含量超過(guò)246.2 mg/g。目前化學(xué)改性法較為成熟、成本低廉、便于工業(yè)化生產(chǎn)，但由于化學(xué)改性效果差、產(chǎn)品得率低、對(duì)設(shè)備要求高、食用安全性差以及會(huì)產(chǎn)生生態(tài)污染等問(wèn)題，因此采用率越來(lái)越低[25]。

2.1.2 物理改性

膳食纖維物理改性常用的方法有：超微粉碎、擠壓蒸煮、高壓膨化、瞬時(shí)高壓法、蒸汽爆破等，經(jīng)過(guò)物理改性纖維發(fā)生破碎、膨化以及氫鍵、離子鍵、疏水鍵等非共價(jià)鍵發(fā)生變化[26-27]。陶姝穎等[28]分別采用超微粉碎和擠壓超微粉碎技術(shù)對(duì)葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維進(jìn)行改性，結(jié)果表明：兩種改性方法均能有效的增加可溶性膳食纖維的含量，經(jīng)過(guò)兩種方法改性后葡萄釀酒副產(chǎn)物的可溶性膳食纖維的含量從12.81%分別提高到了15.56%和16.35%，同時(shí)其理化性質(zhì)也有顯著改變，改性后纖維顆粒急劇減小但主要成分和化學(xué)結(jié)構(gòu)基本無(wú)變化。采用物理方法對(duì)膳食纖維進(jìn)行改性，使用的物料都為天然資源，不引入化學(xué)物質(zhì)，不會(huì)造成環(huán)境污染，產(chǎn)品安全性也較高。因此用物理法改性膳食纖維，是一種重要的清潔生產(chǎn)手段，應(yīng)用前景廣闊。

2.1.3 生物改性

膳食纖維的生物改性一般包括酶法和微生物法兩種方法，其基本原理都是利用酶的生物降解和轉(zhuǎn)化機(jī)理使蛋白質(zhì)、淀粉等物質(zhì)分解，使不溶性纖維類(lèi)大分子發(fā)生降解，增加可溶性膳食纖維的含量[25]。楊慧等[29]采用纖維素酶對(duì)新疆釀酒葡萄皮渣副產(chǎn)物膳食纖維進(jìn)行改性，使可溶性膳食纖維得率達(dá)到了33.68%、得到了大幅提高，且改性后的持水性、膨脹力等功能性質(zhì)均顯著提高。王文華[30]將綠色木霉粗酶液用于處理葡萄釀酒副產(chǎn)物，使料液中的可溶性膳食纖維含量達(dá)到55%，達(dá)到了活化葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維的目的。生物改性反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)迅速、能源消耗低、生產(chǎn)成本不高、環(huán)境污染小，有較好的使用前景。

2.2 提取

在1950年國(guó)外很多國(guó)家開(kāi)始對(duì)膳食纖維進(jìn)行研究。最近二十年膳食纖維的提取和利用研究得到了更多的關(guān)注，主要因?yàn)槿藗儗?duì)膳食纖維生理活性和功能特性認(rèn)識(shí)的不斷深入，使食品科學(xué)工作者對(duì)膳食纖維的研究更為熱切。葡萄釀酒副產(chǎn)物中總膳食纖維含量較高，占副產(chǎn)物干質(zhì)量的70%以上，因此從葡萄釀酒副產(chǎn)物中提取膳食纖維，是合理利用葡萄廢棄物的途徑之一。目前，提取膳食纖維的方法主要有化學(xué)法、酶法以及微生物法。

2.2.1 酸堿法

對(duì)葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維的化學(xué)法提取主要是酸法和堿法。孫艷等[31]分別采用酸法（HCl）及酶法（纖維素酶）提取葡萄釀酒副產(chǎn)物中的可溶性膳食纖維，應(yīng)用正交試驗(yàn)法優(yōu)化工藝條件，確定酸法和酶法提取葡萄釀酒副產(chǎn)物中可溶性膳食纖的最佳工藝條件；同時(shí)采用酸法和酶法獲得的最佳工藝條件，比較8種葡萄釀酒副產(chǎn)物中可溶性膳食纖維的含量。結(jié)果表明，HCl與纖維素酶液提取葡萄釀酒副產(chǎn)物中可溶性膳食纖維是可行的，且HCl提取的可溶性膳食纖維的產(chǎn)量普遍高于纖維素酶液，但差異不顯著。杜彬等[32]應(yīng)用酸法提取葡萄釀酒副產(chǎn)物中的可溶性膳食纖維，采用響應(yīng)面法對(duì)可溶性膳食纖維的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，最佳工藝條件下提取的可溶性膳食纖維得率為47.56 mg/g。秦婷等[33]以山葡萄酒釀酒副產(chǎn)物為原料，采用酸堿法制備山葡萄皮渣纖維素，優(yōu)化了山葡萄皮渣纖維素的制備工藝，最優(yōu)的制備條件為NaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)22%，反應(yīng)時(shí)間120 min，反應(yīng)溫度60℃，料液比1∶16（g/mL），最優(yōu)條件下山葡萄皮渣纖維素的得率為38.89%。酸堿法提取膳食纖維簡(jiǎn)便快捷，在工業(yè)上應(yīng)用較多，但是得到的膳食纖維色澤相對(duì)較差且純度不高，同時(shí)膳食纖維的活性也會(huì)遭到破壞，還會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，應(yīng)用度不高。

2.2.2 酶法

酶法提取膳食纖維是利用纖維素酶、半纖維素酶、糖化酶等水解除去非纖維類(lèi)物質(zhì)，同時(shí)將大分子纖維分解成小分子的可溶性的膳食纖維的一種提取方法。郭紅珍等以葡萄釀酒副產(chǎn)物為原料[34]采用正交試驗(yàn)法優(yōu)化纖維素酶法提取原料中可溶性膳食纖維，最佳提取條件為：纖維素酶量為2.0%，溫度為50℃，提取時(shí)間為7 h，pH 5，此條件下可溶性膳食纖維的提取率為14.32%。樊柳等[35]采用多酶法活化葡萄釀酒副產(chǎn)物中的膳食纖維，可增加葡萄釀酒副產(chǎn)物中可溶性膳食纖維含量，通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化得到最佳反應(yīng)條件為蛋白酶添加量0.3%，糖化酶和纖維素酶（混合酶）的最佳配比1∶4，混合酶添加量1.2%，混合酶酶解溫度60℃，混合酶酶解時(shí)間120 min。酶法提取工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、所得產(chǎn)品純度高，目前應(yīng)用較廣泛。

2.2.3 微生物法

微生物法是采用發(fā)酵的原理，在合適的條件下，從原料中提取膳食纖維的一種方法。令博[36]和劉婭[37]等以葡萄釀酒副產(chǎn)物為原料，采用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌混合菌為發(fā)酵菌種，以微生物發(fā)酵法制取葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維，在最佳工藝條件下提取的膳食纖維的產(chǎn)率分別為（17.25±0.23）%和19.54%。微生物發(fā)酵法制得的葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維素與原料相比膳食纖維的純度和理化性質(zhì)均得到一定提高，微生物發(fā)酵法是一種較好的高品質(zhì)膳食纖維制備方法。但此方法不是很完善、需要的條件環(huán)境較復(fù)雜、工業(yè)化生產(chǎn)相對(duì)困難。

綜合膳食纖維改性和提取方法，葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維可先采用物理和生物協(xié)同改性方法進(jìn)行前處理，然后采用酶法對(duì)可溶性膳食纖維進(jìn)行提取，可提高可溶性膳食纖維的得率，同時(shí)得到的產(chǎn)品綠色健康、提取工藝高效、對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

3 葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維的應(yīng)用

近年來(lái)，越來(lái)越多的研究人員開(kāi)始關(guān)注膳食纖維與人體健康方面的聯(lián)系。人們高度重視膳食纖維的補(bǔ)充，除了注意膳食纖維在食物中的添加量外，還將通過(guò)加工處理的膳食纖維添加到食品中。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)己經(jīng)開(kāi)發(fā)出了豐富的膳食纖維食物和保健品[38]。葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維目前也有不少應(yīng)用。

3.1 在烘焙產(chǎn)品中的應(yīng)用

由于葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維具有較好的持水功能，將其應(yīng)用到焙烤食品中可提高食品的適口性和感官喜好性，對(duì)其添加量、添加方式及添加后對(duì)產(chǎn)品的影響都有學(xué)者進(jìn)行了研究。馬慧明等[39]采用雙螺桿擠壓機(jī)對(duì)葡萄釀酒副產(chǎn)物進(jìn)行擠壓膨化，對(duì)經(jīng)過(guò)膨化改性的物料進(jìn)行酶解純化得到可溶性膳食纖維，將得到的葡萄釀酒副產(chǎn)物纖維添加于面包中，通過(guò)正交試驗(yàn)研究不同比例的可溶性膳食纖維對(duì)面包品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性的影響，結(jié)果表明：以面粉為基料面包配方中可溶性膳食纖維粉的添加量為6%時(shí)面包的感官評(píng)分最高，加工出的面包硬度、彈性、凝聚力、回復(fù)性、咀嚼性、膠著性都可達(dá)到面包的品質(zhì)要求。Mildner-Szkudlarz等[40]將白葡萄釀酒副產(chǎn)物作為膳食纖維的來(lái)源添加到餅干中，試驗(yàn)結(jié)果表明添加葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維的面團(tuán)吸水性、硬度降低，同時(shí)面團(tuán)的亮度、黃度都有所下降，添加10%的葡萄釀酒副產(chǎn)物可以使餅干的總膳食纖維增加大約88%。

3.2 在肉制品中的應(yīng)用

葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維能夠提高肉制品的烹飪質(zhì)量、增加脂肪持水性并改善產(chǎn)品的質(zhì)地，還具有較強(qiáng)的抗氧化性[41]。令博[25]將葡萄釀酒副產(chǎn)物纖維添加到低溫香腸中，結(jié)果表明：纖維對(duì)香腸質(zhì)構(gòu)和色澤均有顯著的影響，尤其是硬度、咀嚼性、亮度值、紅度值隨添加量增加呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)；且在香腸的貯藏過(guò)程，葡萄釀酒副產(chǎn)物纖維體現(xiàn)出顯著的抗氧化和抑菌效果。

3.3 在乳制品及飲料中的應(yīng)用

葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維具有多種保健功能，還可增加飲料及酸奶的穩(wěn)定性、改善口感。李鳳英等[42]以葡萄皮為原料，用酸法提取葡萄皮中的水溶性膳食纖維并將其應(yīng)用在飲料中制得一款富含膳食纖維的具有保健作用的葡萄皮飲料。樊柳[38]將制備的葡萄釀酒副產(chǎn)物水溶性膳食纖維添加到酸奶制品里，通過(guò)對(duì)白砂糖使用量、膳食纖維使用量以及接種量的優(yōu)化，得出白砂糖含量7.5%，膳食纖維含量3%，菌種含量2.5%時(shí)制備的酸奶效果最佳，影響發(fā)酵周期的最主要因素是膳食纖維使用量。

3.4 在主食中的應(yīng)用

主食是指?jìng)鹘y(tǒng)上餐桌上的主要食物，它們是人類(lèi)日常飲食所需蛋白質(zhì)、淀粉、油脂、礦物質(zhì)和維生素等的主要來(lái)源，因此在主食中添加膳食纖維以提高主食的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值顯得尤為重要。張進(jìn)良等[43]將提取的葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維與小麥粉混合制成面條，研究巨峰、紅寶石和紅提葡萄釀酒副產(chǎn)物酸法提取膳食纖維對(duì)面條風(fēng)味的影響，結(jié)果表明：添加3種葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維的面條風(fēng)味不同，紅寶石品種葡萄中可溶性膳食纖維與不溶性膳食纖維的含量適中，口味最佳，可溶性膳食纖維與不溶性膳食纖維的比值直接影響面條的風(fēng)味。

葡萄釀酒副產(chǎn)物存在大量的膳食纖維，其生理功能與小麥麥麩纖維相近，可以應(yīng)用于各種食品中，但小麥麥麩纖維是GB/T 23779-2009《預(yù)包裝食品中的致敏原成分》[44]中規(guī)定的一種食品致敏原，而葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維不是食品致敏原，應(yīng)用范圍更廣，更安全。

4 展望

膳食纖維可以防病治病，對(duì)于預(yù)防糖尿病、心腦血管疾病、結(jié)腸癌等疾病均有一定的功效，葡萄釀酒副產(chǎn)物膳食纖維作為一種具有多種功能性的天然食品配料，從營(yíng)養(yǎng)學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)人類(lèi)健康有著重要的作用，而我國(guó)的膳食纖維產(chǎn)品種類(lèi)較少，從葡萄釀酒副產(chǎn)物中提取膳食纖維并進(jìn)行應(yīng)用，具有積極的意義，制得的富含膳食纖維產(chǎn)品市場(chǎng)潛力較好。如何高效提取葡萄釀酒副產(chǎn)物中的膳食纖維、纖維的應(yīng)用及富含膳食纖維產(chǎn)品的推廣中所存在的問(wèn)題成為目前研究的熱點(diǎn)。根據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究：1）提高葡萄釀酒副產(chǎn)物中可溶性膳食纖維的提取、分離純化方法的創(chuàng)新性，降低生產(chǎn)成本、縮短提取時(shí)間，提高可溶性膳食纖維的得率、純度；2）嘗試更多的改性手段，提高可溶性膳食纖維的含量；3）深入研究葡萄副產(chǎn)物膳食纖維（可溶性及不可溶性纖維）的生物功能，研究葡萄釀酒副產(chǎn)物與其他生物活性成分是否具有協(xié)同作用，提高其生物效能；4）加大力度研制富含膳食纖維的功能性產(chǎn)品，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。