任少科，李 麗，孫桂杰，石金英，范正林，董 濤，姜 濤

(中昊光明化工研究設(shè)計院有限公司，遼寧大連 116031)

青稞是大麥的一種，在植物學(xué)分類上屬于禾本科植物，青稞主要生長在高寒缺氧、雨水缺乏、蒸發(fā)量大、水土流失嚴(yán)重的高原惡劣的環(huán)境中。我國是農(nóng)業(yè)大國，其主要分布在西北、西南地區(qū)，特別是在青海、西藏，青稞是一種主要的農(nóng)作物。由于青稞的生長環(huán)境惡劣，具有耐寒、耐旱，適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，使其具有了很高的食用和藥用價值，隨著人們生活水平的提高，越來越多的人提倡綠色食品，對青稞的研究也越來越重視［1］。

青稞中含有豐富的β-葡聚糖、蛋白質(zhì)、粗纖維、維生素、17種氨基酸及微量元素，對人體有很好的保健和營養(yǎng)價值。維生素具有抗癌、增強(qiáng)免疫力、延緩衰老、增強(qiáng)記憶力、改善腦細(xì)胞功能等功效，而且對人體無毒副作用［2］。β-葡聚糖是一種多糖的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，特別是青稞中的β-葡聚糖具有降血脂、降膽固醇、預(yù)防心血管疾病、提高免疫力、抗腫瘤、調(diào)節(jié)血糖等作用，隨著青稞中有效成分的開發(fā)，其價值越來越高，β-葡聚糖的價格也逐漸抬高，市場潛力巨大。西藏自治區(qū)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)研究所從20世紀(jì)80年代初就開始了對青稞中β-葡聚糖的研究和培育工作，到2001年培育的“藏青-25”品種中β-葡聚糖的含量高達(dá) 8.62%。

從青稞中提取β-葡聚糖主要有熱水法、酸法、堿法［3］。熱水法提取的β-葡聚糖時間長，量少。酸法提取的β-葡聚糖容易破壞青稞中的淀粉，使β-葡聚糖的純度低。采用超臨界二氧化碳方法提取其中的有效成分，可以有效地保護(hù)其中的成分不被破壞，得到的產(chǎn)品無毒、無害、無溶劑殘留等優(yōu)點(diǎn)。

1 超臨界二氧化碳萃取技術(shù)

超臨界二氧化碳技術(shù)主要是利用了二氧化碳在超臨界狀態(tài)下所具有的特殊性質(zhì)，當(dāng)二氧化碳的溫度和壓力達(dá)到超臨界狀態(tài)時，二氧化碳變成均一的體系，不存在相界面，具有液體的密度和較好的溶解能力，同時還具有氣體的高滲透力和較低的粘度，在設(shè)備和管道中阻力小具有很好的流動性，而且萃取后的產(chǎn)品能很高的分離出來，純度高，分離后的二氧化碳還能再次回收利用，因此超臨界二氧化碳技術(shù)被廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥領(lǐng)域。

2 試驗(yàn)部分

2.1 原料

青稞顆粒(產(chǎn)地:青海);二氧化碳(食用級);無水乙醇;真空干燥箱;粉碎機(jī);光明院GM-Ⅰ型超臨界二氧化碳萃取裝置。

2.2 方法

2.2.1 工藝流程(圖1)

圖1 超臨界二氧化碳萃取工藝流程圖Fig.1 Supercritical carbon dioxide extraction process flow diagram

2.2.2 前期處理

將青稞放置于恒溫真空干燥箱中，設(shè)置110℃干燥4 h，稱取一定量干燥的青稞放入粉碎機(jī)粉碎，用50目的篩子將青稞粉末進(jìn)行過篩處理。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.準(zhǔn)確稱取粉碎后的青稞粉末500 g裝入棉布袋中，將裝有青稞的布袋放入反應(yīng)室，關(guān)閉反應(yīng)室。

2.實(shí)驗(yàn)開始前關(guān)閉所有閥門，打開冷劑溫控，設(shè)定冷劑溫度在－20℃，打開制冷機(jī)，將冷劑溫度控制在－20℃。

3.當(dāng)冷劑溫度降至 －20℃時，打開k2、k12，打開二氧化碳鋼瓶閥，向儲罐中充入二氧化碳，觀察液位計，充裝完后關(guān)閉k2、鋼瓶閥。

4.打開 k12、k1、k4、k6、k10，打開充裝泵，向反應(yīng)室充入冷卻后的液體二氧化碳，觀察反應(yīng)室壓力，通過k7控制反應(yīng)室壓力，當(dāng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的壓力值時，緩慢調(diào)節(jié) k7，通過 k7、k13來調(diào)節(jié)二氧化碳流量，反應(yīng)室、分離室的溫度通過加熱箱來調(diào)節(jié)溫度。

5.試驗(yàn)完成后停車，先關(guān)閉充裝泵，關(guān)閉閥門k4緩慢調(diào)節(jié)k7，使反應(yīng)室壓力下降，當(dāng)壓力降到常壓時，關(guān)閉k10，打開分離室排料閥，將萃取后的產(chǎn)品放入試劑瓶，密封待檢測。

2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.3.1 溫度和壓力的影響(表1)

本實(shí)驗(yàn)是青稞全粉在不同萃取壓力、不同萃取溫度、不同分離溫度、不同的萃取時間下進(jìn)行的，根據(jù)加入青稞全粉的量和萃取出來的產(chǎn)品計算青稞的出油率。試驗(yàn)壓力分別為20、25、30 MPa，試驗(yàn)溫度為30、45、60℃，根據(jù)表4數(shù)據(jù)可以看出，溫度越高，壓力越大，時間越長，出油率越高，平均出油率約為1.41%。

表1 溫度和壓力的影響Table 1 The influence of temperature and pressure

2.3.2 水分的影響

同時也做了青稞全粉干燥與未干燥對萃取的影響。本試驗(yàn)在80℃下，在干燥箱內(nèi)干燥4 h，根據(jù)測定青稞失重計算含水率在0.8% ～1.2%。從有關(guān)檢測數(shù)據(jù)，一般含水率青稞含水在4.5% ～4.8%。所以還有一部分水很難干燥除去。我們在110℃干燥2 h后發(fā)現(xiàn)有一部分青稞開始變色，所以不適宜在較高的溫度干燥。從干燥和未干燥的青稞萃取結(jié)果來看，基本沒有區(qū)別。

2.3.3 無水乙醇的影響

在采用水法提取β-葡聚糖時有采用無水乙醇回流滅活酶的，我們也進(jìn)行了試驗(yàn)，首先將青稞全粉放在燒瓶內(nèi)加熱回流1 h，然后冷卻過濾，粉碎，過篩，萃取。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看沒有什么區(qū)別。

2.4 萃取物成分分析

實(shí)驗(yàn)開始前已對青稞成分進(jìn)行了分析(表2)。

表2 青稞全粉分析表Table 2 Highland barley powder analysis table

表3 因素水平表Table 3 The table of factors and levels

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別在不同的實(shí)驗(yàn)條件下取得，通過改變實(shí)驗(yàn)溫度、實(shí)驗(yàn)壓力、氣體流量、萃取時間(見表3)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，將萃取得到的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品送往中科院西北高原生物研究所分析得到青稞中的β-葡聚糖及其他物質(zhì)含量。結(jié)果見表4。

表4 正交實(shí)驗(yàn)表Table 4 Table of orthogonal experiment

由上表可以看出超臨界二氧化碳萃取技術(shù)萃取青稞里的有效成分，通過改變實(shí)驗(yàn)溫度、試驗(yàn)壓力、流量和試驗(yàn)時間，實(shí)驗(yàn)得出的產(chǎn)品是黃色油狀液體，具有油的香味，經(jīng)中科院西北高原生物研究所分析，萃取物中主要是油酸、亞油酸、棕櫚酸、硬脂酸、α-亞麻酸，另外還含有少量的 γ-亞麻酸、11-二十碳-烯酸、二十二碳二烯酸、肉豆蔻酸、棕櫚油酸。亞麻油含量比較高，單不飽和脂肪酸含量居中。而具有很好的保健和營養(yǎng)價值的β-葡聚糖含量在2.5% ～3.3%、油酸在7% ～12%、亞油酸在22% ～35%、棕櫚酸在8% ～14%、硬脂酸在0.5% ～0.8%、α-亞麻酸在1.7% ～3.1%。

3 結(jié)果與討論

1.采用超臨界二氧化碳技術(shù)可以萃取出青稞中的有效成分β-葡聚糖、維生素E及其他維生素和氨基酸，在溫度60℃，壓力25 MPa，流量30 kg/h，萃取5 h，青稞的出油率僅約1.4%，最具有研究價值的β-葡聚糖的含量約3%，經(jīng)濟(jì)價值較低。

2.由于β-葡聚糖的分子量大，分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用超臨界二氧化碳技術(shù)提取可能還有局限性，出油率低于化學(xué)法。

3.利用超臨界二氧化碳技術(shù)可以夾帶一些化學(xué)溶劑來提高萃取效果。

4.與傳統(tǒng)的溶劑萃取法和化學(xué)法相比，超臨界二氧化碳萃取技術(shù)具有工藝簡單，萃取劑無毒、無污染、無化學(xué)物質(zhì)殘留、易于回收等優(yōu)點(diǎn)。

［1］陳麗華，王燕春.青海省青稞地方品種β-葡聚糖含量分析［J］.青海大學(xué)學(xué)報，2012，30(3):34-38.

［2］續(xù)艷麗，董奇，皮里，等.超臨界二氧化碳法和索氏提取法提取青稞胚芽油天然生育酚的比較研究［J］.河南化工，2010，27(11):60-61.

［3］連喜軍，張平平，羅慶豐.西藏青稞β-葡聚糖提取研究［J］.糧食與油脂，2006(1):27-28.