超臨界二氧化碳技術提取青稞有效成分的研究

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計院有限公司，遼寧大連 116031)

青稞是大麥的一種，在植物學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、蒸發量大、水土流失嚴重的高原惡劣的環境中。我國是農業大國，其主要分布在西北、西南地區，特別是在青海、西藏，青稞是一種主要的農作物。由于青稞的生長環境惡劣，具有耐寒、耐旱，適應性強的特點，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、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價值。維生素具有抗癌、增強免疫力、延緩衰老、增強記憶力、改善腦細胞功能等功效，而且對人體無毒副作用［2］。β-葡聚糖是一種多糖的結構物質，特別是青稞中的β-葡聚糖具有降血脂、降膽固醇、預防心血管疾病、提高免疫力、抗腫瘤、調節血糖等作用，隨著青稞中有效成分的開發，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。西藏自治區農科院農業研究所從20世紀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 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，可以有效地保護其中的成分不被破壞，得到的產品無毒、無害、無溶劑殘留等優點。

1 超臨界二氧化碳萃取技術

超臨界二氧化碳技術主要是利用了二氧化碳在超臨界狀態下所具有的特殊性質，當二氧化碳的溫度和壓力達到超臨界狀態時，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，在設備和管道中阻力小具有很好的流動性，而且萃取后的產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被廣泛應用于食品、化工、醫藥領域。

2 試驗部分

2.1 原料

青稞顆粒(產地:青海);二氧化碳(食用級);無水乙醇;真空干燥箱;粉碎機;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，設置110℃干燥4 h，稱取一定量干燥的青稞放入粉碎機粉碎，用50目的篩子將青稞粉末進行過篩處理。

2.2.3 實驗步驟

1.準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室，關閉反應室。

2.實驗開始前關閉所有閥門，打開冷劑溫控，設定冷劑溫度在－20℃，打開制冷機，將冷劑溫度控制在－20℃。

3.當冷劑溫度降至 －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，充裝完后關閉k2、鋼瓶閥。

4.打開 k12、k1、k4、k6、k10，打開充裝泵，向反應室充入冷卻后的液體二氧化碳，觀察反應室壓力，通過k7控制反應室壓力，當達到實驗要求的壓力值時，緩慢調節 k7，通過 k7、k13來調節二氧化碳流量，反應室、分離室的溫度通過加熱箱來調節溫度。

5.試驗完成后停車，先關閉充裝泵，關閉閥門k4緩慢調節k7，使反應室壓力下降，當壓力降到常壓時，關閉k10，打開分離室排料閥，將萃取后的產品放入試劑瓶，密封待檢測。

2.3 實驗數據

2.3.1 溫度和壓力的影響(表1)

本實驗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行的，根據加入青稞全粉的量和萃取出來的產品計算青稞的出油率。試驗壓力分別為20、25、30 MPa，試驗溫度為30、45、60℃，根據表4數據可以看出，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。本試驗在80℃下，在干燥箱內干燥4 h，根據測定青稞失重計算含水率在0.8% ～1.2%。從有關檢測數據，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后發現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果來看，基本沒有區別。

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，我們也進行了試驗，首先將青稞全粉放在燒瓶內加熱回流1 h，然后冷卻過濾，粉碎，過篩，萃取。從實驗結果看沒有什么區別。

2.4 萃取物成分分析

實驗開始前已對青稞成分進行了分析(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

實驗數據分別在不同的實驗條件下取得，通過改變實驗溫度、實驗壓力、氣體流量、萃取時間(見表3)進行正交實驗，將萃取得到的實驗產品送往中科院西北高原生物研究所分析得到青稞中的β-葡聚糖及其他物質含量。結果見表4。

表4 正交實驗表Table 4 Table of orthogonal experiment

由上表可以看出超臨界二氧化碳萃取技術萃取青稞里的有效成分，通過改變實驗溫度、試驗壓力、流量和試驗時間，實驗得出的產品是黃色油狀液體，具有油的香味，經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 結果與討論

1.采用超臨界二氧化碳技術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%，經濟價值較低。

2.由于β-葡聚糖的分子量大，分子結構復雜，采用超臨界二氧化碳技術提取可能還有局限性，出油率低于化學法。

3.利用超臨界二氧化碳技術可以夾帶一些化學溶劑來提高萃取效果。

4.與傳統的溶劑萃取法和化學法相比，超臨界二氧化碳萃取技術具有工藝簡單，萃取劑無毒、無污染、無化學物質殘留、易于回收等優點。

［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］.青海大學學報，2012，30(3):34-38.

［2］續艷麗，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.