亚临界水萃取葡萄渣多糖：一种提升生物精炼价值的创新策略

本研究针对葡萄渣生物精炼过程中多糖资源未被充分利用的问题，采用亚临界水(SCW)技术，系统探究了温度(120–200°C)及羧酸添加剂(酒石酸、柠檬酸、苹果酸)对多糖提取效率、分子特性及共提取成分的影响。研究发现120°C添加10%酒石酸条件下获得最高提取率(13%)及多糖含量(1300 mg/100 gd.m.)，且显著提升蛋白质与多酚回收率。该技术为葡萄渣高值化利用提供了绿色高效的解决方案，对推动食品工业可持续发展具有重要意义。

　　

在全球推动可持续发展和循环经济的背景下，农业食品副产物的高值化利用已成为科学研究与工业应用的重要方向。葡萄酒产业每年产生约600-800万吨葡萄渣（Grape marc），传统处理方式如填埋和焚烧不仅造成资源浪费，还会导致温室气体排放和环境污染。虽然葡萄渣已被用于动物饲料、堆肥和能源生产，但其潜在价值远未被充分挖掘——其中富含的多糖、蛋白质和多酚等生物活性成分具有巨大的开发潜力。

现有的生物精炼策略往往需要多种技术组合，导致设备投资大、工艺流程复杂。因此，开发一种高效、绿色且能连续提取多种有价值成分的单一技术平台，成为研究人员追求的目标。亚临界水（Subcritical water, SCW）技术因其环保、高效且可通过调节温度压力改变溶剂特性而备受关注，但将其应用于葡萄渣多糖提取及其在整合生物精炼流程中的潜力尚未得到系统评估。

在这项发表于《LWT》的研究中，Andrea Natolino团队以经过脱脂和多酚提取的葡萄渣为对象，创新性地将亚临界水萃取技术作为生物精炼流程的附加步骤，重点探究了不同温度（120°C、160°C、200°C）和羧酸添加剂（酒石酸、柠檬酸、苹果酸，浓度0%-10%）对多糖提取效率、分子特性及共提取成分的影响。

研究采用了多种关键技术方法：通过加速溶剂萃取系统(ASE 350)进行亚临界水提取；使用中心复合设计(CCD)进行实验设计与优化；采用尺寸排阻色谱(SE-HPLC)分析多糖分子量；运用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)进行结构表征；并通过多种比色法对蛋白质、多酚、还原糖和5-HMF等共提取成分进行定量分析。

3.1. 中心复合设计分析

通过响应面法优化发现，温度是影响提取率和多糖含量的最关键因素。在120°C、10%酒石酸条件下获得最佳效果：提取率达13±1%，多糖含量为1300±23 mg/100 g_d.m.，分别是传统方法的3倍。提高温度虽增加提取率，但导致多糖降解，分子量显著降低。

3.2. 多糖表征

分子量分析显示，120°C纯水提取的多糖分子量最高(194 kDa)，随温度升高或羧酸添加而降低，200°C时降至43 kDa。FT-IR光谱证实所有样品均具有典型多糖特征，但高温处理导致酯化羧基峰(1735-1750 cm^-1)消失，表明水解程度增加。

3.3. 上清液化学表征

SCW技术能协同提取多种高值成分：在120°C、10%柠檬酸或酒石酸条件下，蛋白质回收量最高(约1900 mg/100 g_d.m.)；多酚含量随温度升高而增加，200°C时达262 mg_GAE/100 g_d.m.；还原糖和5-HMF含量变化反映了多糖水解和降解的程度。

3.4. SCW与传统提取方法对比

SCW在提取效率、时间和多产品回收方面均显著优于传统方法：提取时间从18小时缩短至30分钟，多糖得率提高3倍，蛋白质和多酚回收量分别提升5倍和13倍。

研究结论强调，亚临界水萃取技术作为葡萄渣生物精炼的附加步骤，不仅能高效回收多糖，还能协同提取蛋白质和多酚等多种高值成分，显著提升了葡萄渣的综合利用价值。温度被确定为最关键工艺参数，而羧酸添加剂的类型和浓度则可精细调控多糖分子量，这为获得特定功能特性的多糖产品提供了技术可能。

讨论部分指出，虽然高温和酸性条件会促进多糖水解和降解，但通过精确控制工艺参数，可以实现提取效率与产物质量的最佳平衡。该技术的绿色特性（水为主溶剂）、高效性（短时高效）和多产品导向，使其在食品、医药和化妆品等领域具有广阔应用前景。

研究还提出了未来发展方向：需从批次处理向连续操作转变，建立动力学模型和过程模拟，并进行全面的技术经济评估。最终用尽的生物质可考虑用于堆肥、生物炭生产或能源转化，真正实现葡萄渣的"零浪费"全利用。

这项工作不仅为葡萄渣的高值化利用提供了创新性技术方案，也为其他农业食品副产物的绿色精炼提供了重要参考，推动了循环生物经济的发展。