世界葡萄科葡萄資源及開發利用現狀

1葡萄汁產品加工葡萄汁的加工始于1869年，是最傳統的果汁之一。葡萄汁在外國是廣泛受歡迎的果汁品種,但是在我國,葡萄汁,以及葡萄酒等葡萄類加工產品的普及程度和受歡迎程度遠不如國外其他國家,尤其是歐美國家,這與我國的葡萄汁產業發展較晚,以及亞洲人對于食品風味的口感與歐美具有一定差異等原因造成的,同時,我國對于葡萄汁類產品的相關研發較少,也是其中的一個原因,如葡萄汁的二次沉淀問題一直困擾著相關加工企業。2葡萄糖原料結構2.1世界葡萄的用途葡萄在植物分類上屬于葡萄科葡萄屬。葡萄科共有十一個屬約六百種,分布在從北緯52°到南緯43°的廣大地區內。我國葡萄有七屬約一百零六種。葡萄屬是葡萄科中經濟價值最高、栽培最廣泛的一個屬,包括約七十多種,分布在我國的約有三十五種。在全世界所有的水果中,葡萄栽培面積一直居首位,產量僅次于柑橘類水果。2000年世界葡萄栽培面積為7,545,670公頃,相當于我國耕地面積的1/2左右。世界葡萄的年產量為62,425,740公噸,占世界水果產量的1/7左右。商品葡萄依其用途分為五類:鮮食葡萄、釀酒葡萄、制汁葡萄、制干葡萄、制罐葡萄。目前在全世界葡萄總產量中約有80%用于釀酒,13%用于鮮食,其余的用于制成葡萄干和葡萄汁等產品。從中國葡萄年產量圖(圖l)中可以看出從2000到2005年葡萄產量逐年上升。2005年葡萄產量達385.06萬公噸,比2000年增加59.2%,平均年增長10.1%。葡萄產量排在蘋果、柑橘、梨、香蕉、李子、桔子之后,尚屬小類水果。2005年全國水果收獲面積為8998.5千公頃。其中葡萄園296千公頃,種植面積也居第七位。在中國,產量最高的水果為蘋果、柑橘和梨,隨著人們生活水平的提高,人們要求水果更加多樣化,食用方便化。葡萄品種眾多、風味濃郁,加工成的葡萄汁可滿足不同消費群的需求,因而葡萄的種植和加工有廣闊的發展前景。2.2葡萄汁的制備不同用途對于葡萄品種選擇的要求不同,制紅葡萄汁要求含糖量高(17-20%),含酸較少(0.5-0.7%),汁紅而鮮艷,出汁率高,果香濃郁。美國葡萄汁工業是由康可這個品種發展起來的。在美國,絕大部分康可葡萄被榨成汁。葡萄熱榨時,可產生顏色深、風味濃的果汁,用透射光看是深紅色的,用反射光看是紫紅色的,搖動瓶裝果汁時,在瓶頸可以看到明顯的紫紅色的泡沫。其主要風味物質為甲基氨茴酸酯(methylanthranilate),風味獨特。康可葡萄汁的糖、酸、風味物質及澀味成分具有很好的平衡,并且它有很好的熱穩定性及貯藏穩定性,是其它品種葡萄汁所不能及的。康可適宜在氣候涼爽的地方生長且產量穩定,因而一百多年來,用于榨汁的葡萄品種擴展很少。據估計,有96%的紐約州制得的葡萄汁是由康可葡萄制備的。現在Ives及Clinton也用于榨汁,冷榨尼加拉、Ontario、Seneca等用于生產風味極好、乳白色的果汁。國內葡萄汁加工是八十年代才逐漸發展起來的。目前國內用于榨汁的品種主要有巨峰、玫瑰香、玫瑰露等。巨峰主要作為鮮食葡萄,榨汁后的風味不良,且出汁率低。玫瑰香熱加工后,原有的玫瑰香味難以保持。玫瑰露制得的汁色澤穩定性較差。而康可在國內目前栽培較少,因而急需選一種適宜于榨汁的品種。鄭果25號紅葡萄是中國農業科學院鄭州果樹研究所新培育的品種,它屬于歐美雜交的早熟品種,于7月中旬到8月初成熟。由于其顏色為深紫紅色,經常被作為染色品種,是較為適合的榨汁品種。還有一些適合國內栽培、可用于榨汁的品種,如貝達、康拜爾早生、柔丁香、晚紅蜜等。2.3葡萄糖的主要營養成分和生理功能2.3.1葡萄酚類及葡萄汁中糖類及理化性質的變化葡萄中含有許多有機物質和礦物質元素。葡萄的主要成分為糖和酸。葡萄汁中的糖主要是葡萄糖,但有的品種蔗糖可達總糖的1/3。葡萄汁中的酸主要為酒石酸和蘋果酸,還含有少量的檸檬酸、琥珀酸、乳酸及其它酸。酒石酸以游離酒石酸或以鹽(如酒石酸鉀)的形式存在。此外,葡萄中還含有多酚類成分,其含量為每百克鮮重0.10-0.35g。多酚具有殺真菌的作用,能夠使蛋白質變性和酶失活。在葡萄酚類中,對葡萄兒茶酸的成分研究得最多,在種子、表皮中含(-)-沒食子兒茶酸;在葉子和漿果(包括種子和果皮)中含(+)-表兒茶酸沒食子酸鹽。在圓葉葡萄汁中發現鞣花酸,鞣花酸是由沒食子單寧素中成對的沒食子酸部分氧化形成的。該反應是由多酚氧化酶催化的。鞣花酸在果汁中可能以懸浮狀態的小結晶存在,因而它會緩慢沉淀,成為二次沉淀的主要成分。葡萄汁中鞣花酸的存在影響感官品質,但另一方面它又具有抗誘變及抗癌的生理活性。葡萄汁中鞣花酸的主要來源為葡萄的籽和皮,果肉中含量極少,不同品種葡萄汁其鞣花酸含量不同,但這與葡萄種類的顏色無關,對11種葡萄汁的測定結果表明鞣花酸的含量在1.6至23.1μg/ml。不同葡萄品種其酚類種類及含量都不相同,如:在康可葡萄中主要含有咖啡酰、香豆酰及表兒茶素等,而尼加拉白葡萄中主要含兒茶素-沒食子酸酯、(-1,3,6-三-0-沒食子酰-D葡萄糖苷。葡萄糖苷及沒食子兒茶素-沒食子酸酯、(-1,3,6-三-0-沒食子酰-D葡萄糖苷及沒食子兒茶酸-沒食子酸酯等。葡萄中的營養成分與其生理功能是密切相關的。2.3.2白隴萄蘆醇葡萄中含有低聚花青素。它具有很強的抗氧化、清除自由基能力和改善人體微循環的雙重功效。在體內其抗氧化能力是VE的50倍,Vc的20倍。口服20min即可達到最高血液濃度,代謝半衰期達7小時之久。它能通過血腦屏障到達腦部,防治中樞神經系統疾病。它可去除色素沉淀,幫助形成皮膚蛋白,使皮膚富有彈性、細嫩、光潔。它具有通過制造彈性蛋白和膠原纖維加固毛細血管壁的作用。它還有抗菌、消炎的作用。近十年來在北美保健食品業和化妝品業得到廣泛應用,年銷售額超過一億美元。紅葡萄汁中的白藜蘆醇是一種潛在的抗癌物質。白藜蘆醇,是一種植物化學物質,存在于紅葡萄皮及許多其它食品中。紅葡萄皮是白藜蘆醇最豐富的來源。在果汁加工(或葡萄酒加工)中,白藜蘆醇從葡萄皮中滲出進入果汁中。1997年1月,美國芝加哥伊利諾斯大學藥學院的研究小組在美國《科學》雜志上發表了論文,題為《葡萄天然產物———白藜蘆醇的抗癌活性》。論文發表的初步試驗結果及動物試驗研究表明,白藜蘆醇具有抗氧化、抗誘變、抗發炎功能。這項研究表明白藜蘆醇有助于身體對癌癥發生的每一步都起到抑制作用,也就是說白藜蘆醇既可以防止細胞、亞細胞損傷也可以中止或減緩腫瘤的生長。紅葡萄汁是一種健康飲料。研究人員比較了葡萄、桔子和柚子,認為葡萄汁更有利于心臟健康。研究還表明紅葡萄汁可以防止動脈變窄。這可能是由于紅葡萄汁中含有類黃酮,它具有抗氧化和使血管壁變薄的作用。威斯康星大學藥學院的研究者在第一次對紅葡萄汁的臨床試驗中發現紅葡萄汁有助于防止冠狀動脈疾病,保護心臟健康。血管舒張減弱被認為是心臟疾病的早期表現。據研究,用紅葡萄汁治療兩周可以增強血管舒張,減少低密度脂蛋白(LDL)膽固醇的有害氧化。而白葡萄汁和白葡萄酒的益處就不如紅葡萄汁和紅葡萄酒,這是由于它們主要是由葡萄果肉制得,不含有葡萄籽和葡萄皮中的一些功能性成分。研究人員認為紅葡萄汁具有抗血小板作用部分原因是由于紅葡萄汁中的花色素苷。花色素苷是在紅葡萄皮中發現的一類黃酮類植物化學物質,它使葡萄皮和汁具有鮮艷的顏色。威斯康星藥科大學還對橙汁和葡萄柚汁的抗血小板性能進行了研究,結果發現紅葡萄汁具有最高的花色素糖苷含量,它可以有效降低血小板粘性。葡萄汁還可以通過阻止雌激素(它在乳腺癌的形成中起重要作用)的合成來抑制乳腺癌細胞的生長。3葡萄汁的消費1869年,美國新澤西州的一名牙科醫生ThomasB.Welch成功地運用了巴氏殺菌理論,以榨汁、過濾、裝瓶、巴氏殺菌這一簡單工藝開創了葡萄汁加工工業,并迅速發展起來。到1998年世界葡萄汁進出口交易量為1,097,160公噸,貿易額已達7.84億美元。由于人們對食品口味的要求越來越高,人們開始青睞冷藏葡萄汁。冷藏果汁起源于美國,近年來歐洲特別是英、德、丹麥、挪威諸國也日益風行。冷藏汁灌裝前巴氏殺菌強度低,產品質量好。據美國Tropicana公司的調查統計資料,表明整個歐洲的冷藏果汁銷量在1995年達到7.4億美元,其中5.6億美元不是用濃縮果汁還原,而是用鮮汁或冷凍果汁灌裝的。4果汁飲料的生產2003年全國果蔬汁飲料產量為180萬噸,占飲料總產量的23.8%。2004年果蔬汁飲料為190.54萬噸,占飲料總量的24.99%。2005年,果蔬汁飲料為201.03萬噸,占飲料總產量的26.07%。2007年果蔬汁飲料產量為222.03萬噸,占飲料總產量的29.27%,是除碳酸飲料、礦泉水外的第三大飲品。我國果蔬汁的生產整體上來說呈上升趨勢,但占飲料總產量的比例偏低,我國果蔬汁的生產量仍極低,僅占世界果汁類產品總產量4.06%。并且我國的果汁以蘋果汁為主,葡萄汁的產量極低。目前市場上的葡萄汁多為國外進口濃縮汁還原分裝的。因而,葡萄汁作為一種健康飲品,亟待迅速發展。5紅葡萄汁的加工中存在的主要問題5.1濁濁聚合酶pa類物質分離的原因葡萄汁在貯存、銷售過程中很容易出現渾濁和沉淀,產生所謂的二次沉淀。二次沉淀的產生嚴重影響了葡萄汁的感官品質。研究表明,產生這些渾濁和沉淀主要是由于三個方面的原因造成的:其一,蛋白質、果膠引起的霧濁;其二,多酚類物質不穩定引起的渾濁;其三,酒石酸析出或葡萄果肉碎片殘留引起的沉淀。為了解決二次沉淀問題,前人己做了大量的研究工作。所用的澄清方法可分為物理澄清法、化學澄清法和生物化學澄清法。5.1.1超聲波澄清技術物理澄清法是根據葡萄漿汁懸濁液中粒子大小、比重、溶解度等性質的差異對其進行處理使葡萄汁達到澄清的方法。將超聲波用于葡萄汁生產的研究是從1951年開始的。此外還有過濾、離心、冷凍、電流處理、吸附、離子交換樹脂處理、浮選、二氧化碳處理、超濾等物理澄清法。5.1.2葡萄汁的澄清化學澄清法是運用化學反應使葡萄汁得到澄清的方法。例如應用蛋白質和酚類物質的結合使葡萄汁得到澄清;利用鈣鹽與酒石酸鉀鹽的置換反應生成溶解度低的酒石酸鈣析出使葡萄汁得到澄清;以及添加檸檬酸等有機酸進一步降低葡萄汁的酸度,葡萄汁中的蛋白質有效沉淀使葡萄汁得到澄清等。5.1.3葡萄汁的澄清生物學澄清法是運用生化制品使葡萄汁得到澄清的方法。果膠酶是葡萄汁加工業應用最早、最多的一種酶,它可以降解果膠類物質,降低葡萄汁的粘度,利于提高出汁率和葡萄汁的澄清。采用上述這些方法大多能得到暫時澄清的葡萄汁,仍未將二次沉淀問題完全解決。目前市場上銷售的紅葡萄汁二次沉淀問題仍然存在。5.2葡萄汁貯藏過程中非酶褐變的控制在果汁的貯存過程中,尤其是非冷藏過程中,顏色會逐漸變黃、變褐,并伴隨不良風味物質產生,這一變化通常稱為褐變。葡萄產品的褐變也是葡萄加工過程中的一個難題,它一般分為酶促褐變和非酶促褐變兩類。前者是氧與酚類物質在多酚氧化酶催化下發生的一種反應。后者則比較復雜,其反應物種類及反應類型非常多,褐變產物也十分復雜。非酶褐變反應通常可以分為下列四種類型:焦糖化反應、美拉德反應、維生素C的降解反應以及多酚化合物的氧化縮合和降解反應。在葡萄汁貯存過程中發生的褐變通常屬于非酶褐變。其中多酚化合物的氧化縮合和降解反應是葡萄汁貯存過程中品質變劣的主要原因。紅葡萄汁中含有大量花色素,它屬于多酚類物質,其性質很不穩定。高pH、氧、高溫等都會影響花色素的穩定性。目前防止果汁非酶褐變的主要方法有:(1)將果汁貯存在低溫脫氣的非氧化條件下,防止褐變觸發物—脫氫抗壞血酸的生成及其向褐變物質的轉變;(2)添加硫醇類物質(如:谷胱甘肽、L-半胱氨酸、N-乙酰-L-半胱氨酸、SO2等)抑制非酶褐變;(3)添加葡萄糖氧化酶消耗果汁中的氧,防止產品褐變及風味惡化,保證其新鮮度;(4)提高果汁體系的玻璃化轉變溫度或增加果汁體系的粘度,以降低體系組分的遷移速度,降低分子流動性,進而抑制果汁在儲藏過程中發生的