Valorization of wine industry by-products: characterization of phenolic profile and investigation of potential healthy properties

In 2022, the OIV estimated the global wine production at around 260 mhL. From the total amount of vinified grapes, 20 million tons (about 30%) of wine by-products was generated, mainly in the European Union. The most abundant wine by-products are grape pomace or marc, containing grape seeds, stalks, and skin. They originate from the pressing of red and white grapes to produce must or wine. Although grape pomace is partly used to produce alcohol and distillates, the large amounts of by-products generated by the wine industry remains a pressing issue for the negative impact on the environment. In this context, both the European Green Deal and the OIV (strategic plan 2020-2024), promotes the circular economy through the reuse of waste and management of by-products, with guidelines in agreement with the “green” chemistry. The urgency for sustainability within the wine industry has moved research interests to investigate the management of wine by-products from another perspective, for example, by producing enriched or functional foods. Several studies show that grape pomace could be an important source of value-added products such as phenolic compounds, mainly flavonoids, phenolic acids, and stilbenes, whit potential health-promoting effects. On this basis, the aim of the study was a preliminary characterization of the phenolic pattern and the measure of different in vitro biological activities (antioxidant activity, alfa-amylase inhibition, dipeptidyl peptidase IV inhibition) of different winemaking by-products coming from different Vitis vinifera cultivar. Ten samples of winemaking by-products, collected during different stages of winemaking from 2015 to 2018, were from CREA (Asti, Italy) and were from red grape varieties (Barbera, Grignolino and Uvalino). The phenolic profile of samples was evaluated using different spectrophotometric assays: 1) Folin-Ciocalteu’s assay for total polyphenol content (TPC) quantification, expressed as gallic acid equivalents (GAE); 2) the pH differential method to quantify total anthocyanin content (TAC) expressed as cyanidin equivalent (μg CY/g); 3) vanillin assay to assess flavan-3-ols content in the seeds expressed as catechin (C) equivalents (mg C/g). In vitro biological activity was assessed by: 1) DPPH (1,1-diphenyl- 2-picrylhydrazyl) for the evaluation of radical scavenging activity (mg GAE/g); 2) FRAP (Ferric Reducing Antioxidant Power) to evaluate the reduction of ferric-tripyridyltriazine (Fe3-TPTZ) (mmolEFe2+/g); 3) alpha-amylase inhibitory activity, to assess the potential impact on carbohydrate digestion; 4) DPPIV inhibition to evaluate possible effects on glycemia control. The preliminary data on samples included in the study shows that: 1) after winemaking, a TPC average decrease of ~70% was observed in pomaces; 2) winemaking affected in lower manner TPC and antioxidant activity of samples containing only seeds (~17%), suggesting the significant contribution to the biological activity of seed flavan-3-ols; 3) results obtained by the different antioxidant assays showed a similar trend and were well correlated (R2>0.98); 4) samples containing procyanidins were the most promising in inhibiting alpha-amylase activity. The present study shows that winemaking by-products could represent a valuable source of bioactive compounds that could be used for different purposes, such as ingredients of food supplements or food products.

Le stime dell’OIV indicano, nel 2022, una produzione mondiale di vino intorno ai 260 mhL. Dal quantitativo totale di uva impiegata nella produzione mondiale di vino sono stati generati 20 milioni di tonnellate (circa il 30%) di sottoprodotti, principalmente nell'Unione Europea. I sottoprodotti della vinificazione più abbondanti sono le vinacce, contenenti semi, raspi e bucce: vengono generati dalla pressatura di uve rosse e bianche per la produzione di mosto o vino. Sebbene le vinacce siano in parte utilizzate per produrre alcol e distillati, l’entità di sottoprodotti generati dall'industria vitivinicola rimane una problematica di rilievo a causa del negativo impatto ambientale ad essi correlata. In questo contesto, sia il Green Deal europeo che l'OIV (piano strategico 2020-2024), incoraggiano l'economia circolare attraverso il riutilizzo degli scarti e la gestione dei sottoprodotti agroalimentari, emanando linee guida in accordo con la “green chemistry”. La necessità di una maggiore sostenibilità del settore vitivinicolo ha orientato l’interesse della ricerca scientifica verso possibili modalità alternative di gestione dei sottoprodotti della vinificazione, ad esempio impiegandoli per la formulazione di alimenti arricchiti o funzionali. Diversi studi dimostrano che le vinacce d'uva potrebbero essere un'importante fonte di composti a valore aggiunto con potenziali effetti salutistici come i polifenoli, tra cui principalmente i flavonoidi, acidi fenolici e stilbeni. Partendo da questo presupposto, lo scopo dello studio è stata la preliminare caratterizzazione del profilo fenolico e la valutazione di diverse attività biologiche in vitro (attività antiossidante, inibizione dell'alfa-amilasi, inibizione della dipeptidil peptidasi IV) di diversi sottoprodotti della vinificazione provenienti da differenti cultivar di Vitis vinifera. Dieci campioni di sottoprodotti della vinificazione, provenienti da vitigni a bacca rossa (Barbera, Grignolino e Uvalino) e raccolti durante le diverse fasi di vinificazione dal 2015 al 2018, sono stati forniti dal CREA (Asti, Italy). Il profilo fenolico dei campioni è stato valutato utilizzando diversi saggi spettrofotometrici: 1) il saggio di Folin-Ciocalteu per determinare il contenuto totale di polifenoli (TPC), espresso come equivalenti di acido gallico (GAE/g); 2) il metodo del pH differenziale per quantificare il contenuto totale di antociani (TAC) espresso in equivalente cianidina (μg CY/g); 3) il test della vanillina per valutare il contenuto di flavan-3-oli nei semi, espresso come equivalenti di catechina (C) (mg C/g). L'attività biologica in vitro è stata valutata mediante: 1) DPPH (1,1-difenil-2-picrilidrazile) per la valutazione dell'attività scavenger i radicali liberi (mg GAE/g); 2) FRAP (Ferric Reducing Antioxidant Power) per valutare la riduzione della triridiltriazina ferrica (Fe3-TPTZ) (mmolEFe2+/g); 3) test di inibizione dell'alfa-amilasi, al fine di valutare il potenziale impatto sulla digestione dei carboidrati; 4) saggio di inibizione di DPP-IV allo scopo di valutare i possibili effetti sul controllo della glicemia. I dati preliminari ottenuti dai campioni inclusi nello studio mostrano che: 1) dopo la vinificazione, è stata osservata una diminuzione media del TPC di ~ 70% nelle vinacce; 2) la vinificazione ha influenzato in maniera inferiore il TPC e l'attività antiossidante dei campioni contenenti solo semi (~17%), suggerendo il significativo contributo all'attività biologica dei flavan- 3-oli; 3) i risultati ottenuti dai differenti test antiossidanti hanno mostrato un andamento comparabile, risultando tra loro ben correlati (R2>0.98); 4) i campioni contenenti procianidine sono risultati tra i più promettenti nell'inibire l'attività dell'alfa- amilasi. Il presente studio dimostra che i sottoprodotti della vinificazione potrebbero rappresentare una preziosa fonte di composti bioattivi per formulare integratori alimentari o altri prodotti alimentari