论文标题: Bioprocessing of Grape Pomace for the Development of a Nutraceutical Formulation: Bridging Winemaking By-Products and Functional Innovation

论文链接: https://www.mdpi.com/2304-8158/14/22/3967

期刊名: Foods

期刊主页链接: https://www.mdpi.com/journal/foods

研究背景

随着消费者对天然、功能性、可持续食品原料需求的快速增长，来源于农食加工副产物的活性成分逐渐受到关注。葡萄渣是酿酒过程中产生的主要副产物，全球产量巨大。传统上，这些残渣（包括葡萄皮、籽和果肉残骸）多被送往蒸馏或作为肥料，高附加值利用十分有限。然而，葡萄渣富含花青素，一类既是天然色素又具有抗氧化、抗炎等多种健康益处的生物活性化合物。

在此背景下，Foods期刊发表的研究《Bioprocessing of Grape Pomace for the Development of a Nutraceutical Formulation: Bridging Winemaking By-Products and Functional Innovation》（葡萄渣的生物加工用于营养保健配方开发：连接酿酒副产物与功能创新），聚焦葡萄渣的高值化利用，通过低影响水提工艺提取纯化花青素，并开发功能性营养制剂，实现酿酒副产物的循环利用与功能创新。

研究主要内容

本研究的主要内容包括：

1.问卷调查：对意大利坎帕尼亚地区84家酒庄进行调研，了解葡萄渣等副产物的产生量及当前处理方式。

2.花青素提取与纯化：通过低影响水提工艺结合凝胶渗透色谱法，从葡萄渣中分离纯化单一花青素。

3.结构表征：通过UV-Vis、ATR-FTIR、HPLC-UV-DAD和UHPLC-HRMS对化合物进行光谱和质谱鉴定。

4.功能软糖制备：以琼脂为凝胶基质，添加果糖和柠檬汁，将纯化花青素包埋其中，制成球形软糖。

5.性能评价：包括颜色测定、活性成分释放曲线、抗氧化能力（DPPH和ABTS）、体外模拟消化（INFOGEST协议）下的生物可及性，以及116名未受训消费者的感官测试。

研究过程和结果

1. 酒庄副产物现状调查

调查结果显示，坎帕尼亚地区87%的葡萄园为小型规模（1–20公顷）。葡萄渣约占副产物总量的40%，其中约63%被送往外部用于蒸馏，而在食品行业的高值化利用极为有限，进而推动了本研究对葡萄渣新用途的探索。

2. 花青素的提取、纯化与结构鉴定

冻干后的葡萄渣（含水量去除79%）经70°C热水萃取（30分钟，料液比1:30），再经XAD-4凝胶色谱分离，依次用水、甲醇和酸化甲醇洗脱，最终获得目标组分Gp-2c，得率为葡萄渣干重的2.6%。

HPLC-UV-DAD分析显示，Gp-2c在525 nm波长下呈现单一主峰，面积占比高达94%。UHPLC-HRMS进一步鉴定该主成分为锦葵色素-3-O-己糖苷（即锦葵色素-3-O-葡萄糖苷），剩余6%为芍药色素-3-O-己糖苷。质谱分析在正离子模式下检测到[M]+为m/z 493.1317（锦葵色素糖苷）和463.1215（芍药色素糖苷），中性丢失162.05 Da（己糖基）后分别得到相应苷元。

图1. (a) 用于获取研究样品Gp-2c的提取与分离流程图，以及其(b)UV-Vis图、(c)ATR-FTIR图，和(d)在525 nm下记录的HPLC-UV-DAD色谱图，以及箭头所指峰对应的UV-DAD光谱图。

3. 功能软糖的制备与表征

将纯化后的Gp-2c（20 mg）溶于20 mL 25%柠檬汁水溶液，另将琼脂（1 g）和果糖（7 g）溶于30 mL水，两液混合后加热至80°C，滴入冷植物油中通过热冲击瞬间凝胶化，形成直径约4 mm、重量约180 mg的球形软糖。

颜色测定（CIELab）：L* = 48.42（中等亮度），a* = 24.26（显著红色），b* = 4.54（轻微黄色倾向），色度C* = 24.68，色调角h° = 10.59°（接近纯红，略带橙调）。

4. 活性成分释放与抗氧化能力

在乙醇-水溶液中测定Gp-2c从软糖中的释放：随时间呈依赖性增加，15分钟时释放量达到0.05 mg/mL。

抗氧化活性评价：

•纯Gp-2c的IC50值分别为17.6 μg/mL（DPPH）和12.3 μg/mL（ABTS）。

•软糖整体对ABTS自由基的清除能力与花青素最高测试剂量相当，表明琼脂基质未干扰其抗氧化功能。

图4. (a) 在乙醇-水溶液中，软糖中Gp-2c的释放情况，分别于2、5、10和15分钟通过UV-Vis光谱法和HPLC-UV-DAD（粉色框内）进行评价；（b）基于Gp-2c的软糖对DPPH和ABTS?自由基的抗氧化能力；（c）Gp-2c溶液在终浓度1、2.5、12.5、25和50 µg/mL下的抗氧化能力。

5. 体外模拟消化与生物可及性

采用INFOGEST静态消化模型评价锦葵色素-3-O-己糖苷在消化道各阶段的释放与稳定性：

•口腔阶段：释放量为0.22 mg/mL，约占初始含量（0.6 mg/mL）的37%。

•胃阶段：释放量达到峰值0.33 mg/mL，占初始含量的55%。强酸性条件破坏了琼脂凝胶网络，促进了花青素的扩散。

•肠阶段：未检测到完整花青素，归因于碱性pH下花青素快速转化为查尔酮或其他降解产物（如苯甲酸衍生物）。

这一结果为后续开发pH响应型递送系统以提高花青素肠道稳定性和生物可及性提供了理论依据。

图5. (a) 在体外模拟消化的三个阶段结束时，消化液在525 nm下记录的 HPLC-UV-DAD色谱图：(i)口腔阶段，(ii)胃阶段，(iii)肠道阶段。(b) 锦葵色素3-O-己糖苷的标准曲线。(c) 锦葵色素3-O-己糖苷的生物可及性。

6. 消费者感官测试

116名未受训消费者对软糖进行了感官评价（4分制李克特量表）。主成分分析结合k均值聚类分析（k=3）将消费者分为三组：

•集群B（高接受度组）：在质地、口腔融化感、咀嚼性、风味和整体满意度方面评分最高。该组44%为26–40岁，定期食用软糖，对软糖型膳食补充剂最为开放。

•集群A（低接受度组）：所有属性评分最低，主要由41–60岁成年人组成，67%从未使用过膳食补充剂。

•集群C（视觉偏好组）：对外观、形状和颜色评分最高，但风味和口感评分较低，主要由年轻女学生组成，多为软糖型补充剂的首次使用者。

总体而言，年轻且对补充剂有经验的消费者对该产品的接受度最高。

图6. 116名未受训消费者对Gp-2c富集软糖的感官评价数据的主成分分析与k均值聚类分析（k=3），以及消费者的人口社会学和行为特征。图中同时展示了各感官属性的中位数评分（4分制李克特量表；1=最低，4=最高），包括外观、颜色、形状、质地、咀嚼性、口腔融化性、风味、余味和整体满意度。

研究结果概述

1. 采用70°C热水萃取结合一步凝胶色谱层析，从红葡萄渣中获得纯度为94%的锦葵色素-3-O-己糖苷。该方法无需有机溶剂、成本低、易于放大，符合食品级法规要求。

2. 将纯化花青素包埋于琼脂凝胶基质中，制备的球形软糖色泽鲜红（a* = 24.26），15分钟内释放花青素0.05 mg/mL，ABTS自由基清除能力与纯化合物高剂量相当。

3. 体外模拟消化揭示，锦葵色素-3-O-己糖苷在胃相释放达到峰值（55%），但在肠相完全降解。该发现为开发靶向肠道递送策略（如pH响应系统、共配稳定剂）提供了直接科学依据。

研究总结

本研究为酿酒副产物的可持续利用提供了一条可行、可规模化的技术路径，同时为花青素类营养制剂的递送策略优化和市场化应用奠定了基础。通过将低影响的水提取法与功能性食品开发相结合，研究成功地将农业废弃物转化为具有健康促进作用的食品成分。

未来研究可聚焦于提高花青素在肠道阶段的稳定性，以充分释放其在食品和健康应用中的潜力。这一创新方法不仅符合循环经济原则，还为农业食品废弃物的可持续利用提供了可行方案。

Foods 期刊介绍

主编：Arun K. Bhunia, Purdue University, USA

Foods (ISSN 2304-8158) 期刊自2012年创刊以来，已发展成为食品科学领域的重要学术平台。Foods被多个知名学术数据库收录，包括Web ofScience的SCIE、PubMed以及Scopus等。目前期刊的影响因子为5.1，CiteScore为8.7，均位列“食品科学与技术”类别Q1区。

期刊涵盖了食品加工与技术、食品物理与生物化学、食品分析、食品微生物学、食品功能与营养等多个研究领域，致力于推动食品科学的创新与发展。