青稞麥綠素粉冷凍干燥制備工藝優化

段黎昊，陳元濤,*，張 煒，王曉蘭，蔡林森，范燕青，哈文秀

(1.青海師范大學化學系，青海 西寧 810008；2.青海師范大學互助青稞研究與開發中心，青海 西寧 810008)

青稞麥綠素粉冷凍干燥制備工藝優化

段黎昊1,2，陳元濤1,2,*，張 煒1，王曉蘭1,2，蔡林森1,2，范燕青2，哈文秀1

(1.青海師范大學化學系，青海 西寧 810008；2.青海師范大學互助青稞研究與開發中心，青海 西寧 810008)

以干燥速率、總黃酮保留量和SOD保留量為指標，對真空冷凍干燥青稞麥綠素粉的影響因素進行分析，確定青稞麥綠素粉冷凍干燥的最佳工藝條件：預凍溫度-40℃、預凍時間4h、裝填厚度5mm、工作壓力60Pa、升華溫度40℃、解析溫度50℃。在此最優工藝條件下制備的青稞麥綠素粉中總黃酮保留量69.3%、SOD保留量20.1%，且色澤鮮綠，氣味保留了青草香味。結果表明，冷凍干燥法是制備高品質青稞麥綠素粉的有效方法。

青稞；麥綠素粉；真空冷凍；干燥

麥苗的營養及藥用價值，早在我國明朝就已發現。《本草綱目》記載：“麥苗，辛、寒、無毒。主治消酒毒、暴熱、酒疽、目黃。并搗爛絞汁濾服之，蠱毒。煮汁濾服之，除時疾狂熱, 退胸隔熱，利小腸。作韭食，甚益顏色”[1]。對于麥苗的開發最成功的制品就是麥綠素，麥綠素是以大麥嫩苗為原料，在保持其原生態的基礎上，以一定的工藝條件進行提取、濃縮制成的功能性食品[2]。麥綠素富含植物黃酮、天然植物蛋白、多種維生素、大量的SOD活性酶等營養成分，長期使用可消除疲勞、延緩衰老、降血壓、降血脂，被譽為21世紀國際七大流行食品之一[3-4]。

青稞(highland barley)，俗稱裸大麥，屬禾本科大麥屬，是青藏高原的獨有物種和最具高原特色的農作物。新鮮的青稞苗是富含活性礦物質、維生素、酶及人體必需的賦活激素的營養均衡的食物，具有高纖維、高維生素和低脂肪、低糖的特性，且抗旱耐寒、高產、抗病。麥類葉片汁液均可稱為麥綠素，小麥葉片較小且色澤較淡，大麥葉片較好，青稞(裸大麥)葉片最好[5-6]。由于青稞優于大麥品種的以上特性，對青稞麥綠素產品的研究與開發也顯得尤為重要。本實驗采用的青稞苗均由遠離城市的青海省湟中縣丹麻鄉青稞苗種植基地提供，日照充足，年產7～8季，因此活性物質含量高，土地利用率高。

在青稞麥綠素的產品研究開發過程中，曾用過噴霧干燥法制備麥綠素粉，此方法是將麥綠素霧滴暴露在熱空氣中的干燥過程[7]，但是經這種方法制備的麥綠素產品中，黃酮、VC、SOD活性酶等活性物質易氧化損失；而真空冷凍干燥法能在極低溫下進行，且干燥過程處于高真空狀態可將產品的熱氧化損失降到最低限度，從而可保留新鮮麥綠素的色、香、味及活性成分，是一種制備高品質青稞麥綠素粉保健食品的方法[8-10]。本實驗以真空冷凍干燥法制備青稞麥綠素粉，為青稞麥綠素粉生產提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

肚里黃青稞苗(25cm高度夏季苗) 青海省湟中縣丹麻鄉青稞苗種植基地。

純化水、雙氧水、溫度計、銅絲。

MF-47型萬用表 上海精密儀器儀表有限公司；LGJ-22型實驗用真空冷凍干燥機 北京四環儀器廠；JM-LB65型膠體磨 溫州市七星乳品設備廠。

1.2 方法

1.2.1 預處理

新鮮青稞苗盡快剔除黃葉、雜物，用清水洗凈，然后用4% H2O2溶液浸泡5min，清水淋洗干凈，瀝干水分。按苗質量的2倍量加入蒸餾水，用膠體磨進行打漿。

1.2.2 麥綠素粉冷凍干燥工藝

1.2.2.1 共晶點測定[11-12]

所謂共晶點，是指物料中游離水分完全凍結成冰晶時的溫度。本實驗采用電阻法測量青稞麥綠素共晶點溫度，將青稞苗漿液進行緩慢凍結，在凍結過程中測量其電阻變化，當達到一個溫度區內時， 電阻發生突變，此時麥綠素內的水分全部凍結為冰，實驗取突變溫度區的下限為共晶溫度。

1.2.2.2 預凍

當物料達到共晶點溫度時，即完全凍結為冰晶；試驗以共晶點溫度為參考，設定冷凍干燥機預凍溫度參數。將物料裝盤，置于擱板上，將溫度傳感器浸入物料中，擱板架整個置入物料預凍室，蓋好密封蓋，打開壓縮機，進行預凍。

1.2.2.3 干燥

青稞麥綠素粉的干燥過程分為升華干燥和解析干燥兩個步驟。升華干燥是麥綠素中的自由水直接由冰晶升華為水蒸氣的過程，如果升華溫度過高，麥綠素會融化，影響產品質量，如復水率；而如果升華溫度過低，則耗能大，生產周期長，產品干燥速率低。解析干燥是將麥綠素中分子結合水解析出來的過程，這時由于升華干燥結束，真空度有一定提高，所以應當控制加熱功率，保證有效解析結合水，且麥綠素物料溫度低于最高允許溫度[13]。

預凍完成后，進行真空干燥。

本試驗以工作壓力、升華溫度、解析溫度為影響因素，以青稞麥綠素粉產品的冷凍干燥速率、總黃酮保留量、SOD保留量為指標，做L9(34)正交設計試驗，確定最佳干燥工藝條件。正交試驗因素水平見表1。

表1 青稞麥綠素粉干燥工藝L9(34)正交試驗因素水平Table1 Factors and levels of orthogonal tests for optimizing drying process of highland barley green powder

1.2.3 指標測定方法

黃酮含量測定采用紫外分光光度法，SOD含量測定采用鄰苯三酚自氧化法，水分含量測定采用GB/T 5009.3— 19 85《食品中水分的測定》中的直接干燥法。

1.2.4 冷凍干燥速率計算[14]

式中：F為冷凍干燥速率/(%/h)；m1為麥綠素液體質量/g；m2為麥綠素粉干燥產品質量/g；t為總干燥時間/h。

2 結果與分析

2.1 預凍條件分析

2.1.1 青稞麥綠素共晶點測定

圖1 青稞麥綠素降溫曲線Fig.1 Lowering temperature curve of highland barley green

由圖1可知，隨著游離水分的不斷凍結，可移動離子減少，電阻逐漸增大，麥綠素的電阻值在-31～-34℃間發生突變，為保證麥綠素完全凍結，試驗取突變溫度區的下限，即-34℃為共晶點。

2.1.2 預凍工藝確定

一般預凍溫度應比共晶點低5～8℃[15]。根據試驗測得的共晶點，本實驗選取麥綠素預凍最高溫度為-40℃，即可保證物料完全凍結。裝料厚度對預凍完成時間有很大的影響，裝料過厚，預凍時間長，能源消耗大；裝料過薄，處理樣品量少，產量低。鑒于此，本實驗采取裝料厚度為5mm。

在此預凍條件下，經4h后物料達到-40℃，此時冷阱溫度-81.6℃，預凍完成。

2.2 干燥條件分析及確定

表2 青稞麥綠素粉干燥工藝L9(34)正交試驗結果Table2 Results of orthogonal tests for optimizing drying process of highland barley green powder

由表2可知，干燥室壓力和各段加熱溫度對于平均干燥速率和產品活性物質保留量都有著不同程度的影響，具體分析結果見表3。

表3 工作壓力、升華溫度、解析溫度對干燥速率、總黃酮保留量、S OD保留量影響的分析Table3 Effect of pressure, sublimation temperature and resolution temperature on freeze drying velocity, retention rate of total flavonoids and retention rate of SOD

由表3可知，A因素對于3個指標，都是取A3為最佳水平，即選擇工作壓力為60Pa。B因素對于干燥速率與總黃酮保留量兩個指標，取B1好；但是對于SOD保留量，取B3好。考慮到冷凍干燥速率過低，耗時耗能，且在保證高的干燥速率和總黃酮保留量條件下，產品SOD保留量與B3條件下相差不大，因此選B1為最佳水平，這樣既能達到節能省時的目的，又能保證較高的生物活性物質保留量。即選擇升華溫度為40℃。C因素對于3個指標，都是取C1為最佳水平，即選擇解析溫度為50℃。

2.3 麥綠素的真空冷凍干燥曲線

在較優干燥工藝條件下，青稞麥綠素的真空冷凍干燥曲線，結果見圖2。

圖2 青稞麥綠素凍干曲線Fig.2 Vacuum freeze-drying curve of highland barley green powder

由圖2可知，當干燥室工作壓力維持在60Pa左右時，物料溫度在加熱前期較低，隨著升華干燥的進行，物料溫度不斷升高。當升華干燥進行到700min左右時，物料的溫度突破0℃，此時，升華干燥基本結束。在30min之內，將加熱板溫度升高至50℃進行解析干燥，在解析干燥階段，物料的溫度迅速升高，當解析干燥進行到1000～1200min時，物料溫度已接近加熱板的溫度，再延長一定時間后，干燥過程結束。

2.4 兩種青稞麥綠素粉干燥方法比較

噴霧干燥法制備麥綠素粉的工藝條件為料液比1:2(g/ mL)、進風溫度230℃、出風溫度105℃、霧化器轉速15000r/min。與冷凍干燥法相比，生產周期、產品活性成分和含水量都有所不同，兩種干燥法制備麥綠素粉的特性比較見表4。

表4 兩種干燥法特性比較Table4 Characteristic comparison of both drying methods

由表4可知，兩種干燥方法制備的產品最終含水量差別不大，即都能達到充分干燥的目的。冷凍干燥法與噴霧干燥法相比，最大缺點是生產周期長，耗時耗能。在生物活性物質保留量方面，由于噴霧干燥在極高溫下將霧化顆粒干燥為粉體，其所得產品SOD保留量僅為冷凍干燥法所制備麥綠素粉的21.7%；總黃酮雖保留了一部分，卻也只是凍干法所得產品保留量的74.8%。

3 結 論

試驗測定青稞麥綠素共晶點溫度-34℃；確定預凍溫度-40℃，裝料厚度5mm；L9(34)正交設計實驗確定干燥最佳工藝為干燥室工作壓力60Pa、升華溫度40℃、解析溫度50℃。在以上工藝條件下制備的青稞麥綠素粉的各項指標為冷凍干燥速率4.10%/h，總黃酮保留量92.7%，SOD保留量95.9%；較噴霧干燥法制備的青稞麥綠素粉中總黃酮保留量69.3%、SOD保留量20.1%來說，活性成分得到更大程度的保存，且色澤鮮綠，氣味保留了青草香味。

麥綠素雖作為一種保健品已被市場認可，但青稞麥綠素在保健品領域并沒有得到普及。本實驗采用冷凍干燥法將其制成青稞麥綠素粉，這樣產品既可以達到干燥、易于保存和運輸的目的，又盡可能少的破壞了生物活性物質，使得青稞麥綠素可以商品化生產并普及。但是冷凍干燥法制備青稞麥綠素粉，周期長，成本高，新方法有待進一步研究。

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Optimization of Preparation Process for Vacuum Freeze-drying Highland Barley Green Powder

DUAN Li-hao1,2，CHEN Yuan-tao1,2,*，ZHANG Wei1，WANG Xiao-lan1,2，CAI Lin-sen1,2，FAN Yan-qing2，HA Wen-xiu1
(1. Department of Chemistry, Qinghai Normal University, Xining 810008, China；2. Huzhu Highland Barley Research and Development Center, Qinghai Normal University, Xining 810008, China)

The effect of vacuum freeze-drying on highland barley green powder was investigated using freeze-drying velocity and retention rate of flavonoids and SOD as the indicators. The optimal process conditions were explored to be pre-freezing temperature of -40 ℃, pre-freezing time of 4 h, loading materiel thickness of 5 mm, working pressure of 60 Pa, sublimation temperature of 40 ℃ and resolution temperature of 50 ℃. Under the optimal conditions, the retention rates of flavonoids and SOD were 69.3% and 20.1%, respectively. The sample revealed bright green color and fresh grass smell. These results indicated that vacuum freeze-drying was a useful method to prepare highland barley green powder.

highland barley；barley green powder；vacuum freezing；drying

TS201.1

B

1002-6630(2011)10-0300-04

2010-09-01

青海省重點科技攻關項目(2007-N-120)；科技部科技人員服務企業行動項目(2009GJG20017)；教育部“新世紀優秀人才支持計劃”項目(NCET-07-0476)

段黎昊(1985—)，女，碩士研究生，研究方向為天然產物和無機材料化學。E-mail：duan.lihao@163.com

*通信作者：陳元濤(1973—)，男，教授，博士，研究方向為天然產物和無機材料化學。E-mail：chenyt@qhnu.edu.cn