青稞麥綠素粉冷凍干燥制備工藝優(yōu)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(fā)中心，青海 西寧 810008)

青稞麥綠素粉冷凍干燥制備工藝優(yōu)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(fā)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(yōu)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(zhì)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(yǎng)及藥用價值，早在我國明朝就已發(fā)現(xiàn)。《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(fā)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(tài)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(yǎng)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(nóng)作物。新鮮的青稞苗是富含活性礦物質(zhì)、維生素、酶及人體必需的賦活激素的營養(yǎng)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(chǎn)、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(yōu)于大麥品種的以上特性，對青稞麥綠素產(chǎn)品的研究與開發(fā)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(xiāng)青稞苗種植基地提供，日照充足，年產(chǎn)7～8季，因此活性物質(zhì)含量高，土地利用率高。

在青稞麥綠素的產(chǎn)品研究開發(fā)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(jīng)這種方法制備的麥綠素產(chǎn)品中，黃酮、VC、SOD活性酶等活性物質(zhì)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(tài)可將產(chǎn)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(zhì)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(chǎn)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(xiāng)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(huán)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(zhì)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(qū)內(nèi)時， 電阻發(fā)生突變，此時麥綠素內(nèi)的水分全部凍結為冰，實驗取突變溫度區(qū)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(shù)。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(chǎn)品質(zhì)量，如復水率；而如果升華溫度過低，則耗能大，生產(chǎn)周期長，產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)量/g；m2為麥綠素粉干燥產(chǎn)品質(zhì)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(fā)生突變，為保證麥綠素完全凍結，試驗取突變溫度區(qū)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(jù)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(chǎn)量低。鑒于此，本實驗采取裝料厚度為5mm。

在此預凍條件下，經(jīng)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(chǎn)品活性物質(zhì)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?？紤]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(chǎn)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(jié)能省時的目的，又能保證較高的生物活性物質(zhì)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(yōu)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(nèi)，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(zhuǎn)速15000r/min。與冷凍干燥法相比，生產(chǎn)周期、產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)周期長，耗時耗能。在生物活性物質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品既可以達到干燥、易于保存和運輸?shù)哪康?，又盡可能少的破壞了生物活性物質(zhì)，使得青稞麥綠素可以商品化生產(chǎn)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，F(xiàn)AN 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(yè)行動項目(2009GJG20017)；教育部“新世紀優(yōu)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(chǎn)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(chǎn)物和無機材料化學。E-mail：chenyt@qhnu.edu.cn