青稞麦绿素粉冷冻干燥制备工艺优化

段黎昊，陈元涛,*，张 炜，王晓兰，蔡林森，范燕青，哈文秀

(1.青海师范大学化学系，青海 西宁 810008；2.青海师范大学互助青稞研究与开发中心，青海 西宁 810008)

青稞麦绿素粉冷冻干燥制备工艺优化

段黎昊1,2，陈元涛1,2,*，张 炜1，王晓兰1,2，蔡林森1,2，范燕青2，哈文秀1

(1.青海师范大学化学系，青海 西宁 810008；2.青海师范大学互助青稞研究与开发中心，青海 西宁 810008)

以干燥速率、总黄酮保留量和SOD保留量为指标，对真空冷冻干燥青稞麦绿素粉的影响因素进行分析，确定青稞麦绿素粉冷冻干燥的最佳工艺条件：预冻温度-40℃、预冻时间4h、装填厚度5mm、工作压力60Pa、升华温度40℃、解析温度50℃。在此最优工艺条件下制备的青稞麦绿素粉中总黄酮保留量69.3%、SOD保留量20.1%，且色泽鲜绿，气味保留了青草香味。结果表明，冷冻干燥法是制备高品质青稞麦绿素粉的有效方法。

青稞；麦绿素粉；真空冷冻；干燥

麦苗的营养及药用价值，早在我国明朝就已发现。《本草纲目》记载：“麦苗，辛、寒、无毒。主治消酒毒、暴热、酒疽、目黄。并捣烂绞汁滤服之，蛊毒。煮汁滤服之，除时疾狂热, 退胸隔热，利小肠。作韭食，甚益颜色”[1]。对于麦苗的开发最成功的制品就是麦绿素，麦绿素是以大麦嫩苗为原料，在保持其原生态的基础上，以一定的工艺条件进行提取、浓缩制成的功能性食品[2]。麦绿素富含植物黄酮、天然植物蛋白、多种维生素、大量的SOD活性酶等营养成分，长期使用可消除疲劳、延缓衰老、降血压、降血脂，被誉为21世纪国际七大流行食品之一[3-4]。

青稞(highland barley)，俗称裸大麦，属禾本科大麦属，是青藏高原的独有物种和最具高原特色的农作物。新鲜的青稞苗是富含活性矿物质、维生素、酶及人体必需的赋活激素的营养均衡的食物，具有高纤维、高维生素和低脂肪、低糖的特性，且抗旱耐寒、高产、抗病。麦类叶片汁液均可称为麦绿素，小麦叶片较小且色泽较淡，大麦叶片较好，青稞(裸大麦)叶片最好[5-6]。由于青稞优于大麦品种的以上特性，对青稞麦绿素产品的研究与开发也显得尤为重要。本实验采用的青稞苗均由远离城市的青海省湟中县丹麻乡青稞苗种植基地提供，日照充足，年产7～8季，因此活性物质含量高，土地利用率高。

在青稞麦绿素的产品研究开发过程中，曾用过喷雾干燥法制备麦绿素粉，此方法是将麦绿素雾滴暴露在热空气中的干燥过程[7]，但是经这种方法制备的麦绿素产品中，黄酮、VC、SOD活性酶等活性物质易氧化损失；而真空冷冻干燥法能在极低温下进行，且干燥过程处于高真空状态可将产品的热氧化损失降到最低限度，从而可保留新鲜麦绿素的色、香、味及活性成分，是一种制备高品质青稞麦绿素粉保健食品的方法[8-10]。本实验以真空冷冻干燥法制备青稞麦绿素粉，为青稞麦绿素粉生产提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

肚里黄青稞苗(25cm高度夏季苗) 青海省湟中县丹麻乡青稞苗种植基地。

纯化水、双氧水、温度计、铜丝。

MF-47型万用表 上海精密仪器仪表有限公司；LGJ-22型实验用真空冷冻干燥机 北京四环仪器厂；JM-LB65型胶体磨 温州市七星乳品设备厂。

1.2 方法

1.2.1 预处理

新鲜青稞苗尽快剔除黄叶、杂物，用清水洗净，然后用4% H2O2溶液浸泡5min，清水淋洗干净，沥干水分。按苗质量的2倍量加入蒸馏水，用胶体磨进行打浆。

1.2.2 麦绿素粉冷冻干燥工艺

1.2.2.1 共晶点测定[11-12]

所谓共晶点，是指物料中游离水分完全冻结成冰晶时的温度。本实验采用电阻法测量青稞麦绿素共晶点温度，将青稞苗浆液进行缓慢冻结，在冻结过程中测量其电阻变化，当达到一个温度区内时， 电阻发生突变，此时麦绿素内的水分全部冻结为冰，实验取突变温度区的下限为共晶温度。

1.2.2.2 预冻

当物料达到共晶点温度时，即完全冻结为冰晶；试验以共晶点温度为参考，设定冷冻干燥机预冻温度参数。将物料装盘，置于搁板上，将温度传感器浸入物料中，搁板架整个置入物料预冻室，盖好密封盖，打开压缩机，进行预冻。

1.2.2.3 干燥

青稞麦绿素粉的干燥过程分为升华干燥和解析干燥两个步骤。升华干燥是麦绿素中的自由水直接由冰晶升华为水蒸气的过程，如果升华温度过高，麦绿素会融化，影响产品质量，如复水率；而如果升华温度过低，则耗能大，生产周期长，产品干燥速率低。解析干燥是将麦绿素中分子结合水解析出来的过程，这时由于升华干燥结束，真空度有一定提高，所以应当控制加热功率，保证有效解析结合水，且麦绿素物料温度低于最高允许温度[13]。

预冻完成后，进行真空干燥。

本试验以工作压力、升华温度、解析温度为影响因素，以青稞麦绿素粉产品的冷冻干燥速率、总黄酮保留量、SOD保留量为指标，做L9(34)正交设计试验，确定最佳干燥工艺条件。正交试验因素水平见表1。

表1 青稞麦绿素粉干燥工艺L9(34)正交试验因素水平Table1 Factors and levels of orthogonal tests for optimizing drying process of highland barley green powder

1.2.3 指标测定方法

黄酮含量测定采用紫外分光光度法，SOD含量测定采用邻苯三酚自氧化法，水分含量测定采用GB/T 5009.3— 19 85《食品中水分的测定》中的直接干燥法。

1.2.4 冷冻干燥速率计算[14]

式中：F为冷冻干燥速率/(%/h)；m1为麦绿素液体质量/g；m2为麦绿素粉干燥产品质量/g；t为总干燥时间/h。

2 结果与分析

2.1 预冻条件分析

2.1.1 青稞麦绿素共晶点测定

图1 青稞麦绿素降温曲线Fig.1 Lowering temperature curve of highland barley green

由图1可知，随着游离水分的不断冻结，可移动离子减少，电阻逐渐增大，麦绿素的电阻值在-31～-34℃间发生突变，为保证麦绿素完全冻结，试验取突变温度区的下限，即-34℃为共晶点。

2.1.2 预冻工艺确定

一般预冻温度应比共晶点低5～8℃[15]。根据试验测得的共晶点，本实验选取麦绿素预冻最高温度为-40℃，即可保证物料完全冻结。装料厚度对预冻完成时间有很大的影响，装料过厚，预冻时间长，能源消耗大；装料过薄，处理样品量少，产量低。鉴于此，本实验采取装料厚度为5mm。

在此预冻条件下，经4h后物料达到-40℃，此时冷阱温度-81.6℃，预冻完成。

2.2 干燥条件分析及确定

表2 青稞麦绿素粉干燥工艺L9(34)正交试验结果Table2 Results of orthogonal tests for optimizing drying process of highland barley green powder

由表2可知，干燥室压力和各段加热温度对于平均干燥速率和产品活性物质保留量都有着不同程度的影响，具体分析结果见表3。

表3 工作压力、升华温度、解析温度对干燥速率、总黄酮保留量、S OD保留量影响的分析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因素对于3个指标，都是取A3为最佳水平，即选择工作压力为60Pa。B因素对于干燥速率与总黄酮保留量两个指标，取B1好；但是对于SOD保留量，取B3好。考虑到冷冻干燥速率过低，耗时耗能，且在保证高的干燥速率和总黄酮保留量条件下，产品SOD保留量与B3条件下相差不大，因此选B1为最佳水平，这样既能达到节能省时的目的，又能保证较高的生物活性物质保留量。即选择升华温度为40℃。C因素对于3个指标，都是取C1为最佳水平，即选择解析温度为50℃。

2.3 麦绿素的真空冷冻干燥曲线

在较优干燥工艺条件下，青稞麦绿素的真空冷冻干燥曲线，结果见图2。

图2 青稞麦绿素冻干曲线Fig.2 Vacuum freeze-drying curve of highland barley green powder

由图2可知，当干燥室工作压力维持在60Pa左右时，物料温度在加热前期较低，随着升华干燥的进行，物料温度不断升高。当升华干燥进行到700min左右时，物料的温度突破0℃，此时，升华干燥基本结束。在30min之内，将加热板温度升高至50℃进行解析干燥，在解析干燥阶段，物料的温度迅速升高，当解析干燥进行到1000～1200min时，物料温度已接近加热板的温度，再延长一定时间后，干燥过程结束。

2.4 两种青稞麦绿素粉干燥方法比较

喷雾干燥法制备麦绿素粉的工艺条件为料液比1:2(g/ mL)、进风温度230℃、出风温度105℃、雾化器转速15000r/min。与冷冻干燥法相比，生产周期、产品活性成分和含水量都有所不同，两种干燥法制备麦绿素粉的特性比较见表4。

表4 两种干燥法特性比较Table4 Characteristic comparison of both drying methods

由表4可知，两种干燥方法制备的产品最终含水量差别不大，即都能达到充分干燥的目的。冷冻干燥法与喷雾干燥法相比，最大缺点是生产周期长，耗时耗能。在生物活性物质保留量方面，由于喷雾干燥在极高温下将雾化颗粒干燥为粉体，其所得产品SOD保留量仅为冷冻干燥法所制备麦绿素粉的21.7%；总黄酮虽保留了一部分，却也只是冻干法所得产品保留量的74.8%。

3 结 论

试验测定青稞麦绿素共晶点温度-34℃；确定预冻温度-40℃，装料厚度5mm；L9(34)正交设计实验确定干燥最佳工艺为干燥室工作压力60Pa、升华温度40℃、解析温度50℃。在以上工艺条件下制备的青稞麦绿素粉的各项指标为冷冻干燥速率4.10%/h，总黄酮保留量92.7%，SOD保留量95.9%；较喷雾干燥法制备的青稞麦绿素粉中总黄酮保留量69.3%、SOD保留量20.1%来说，活性成分得到更大程度的保存，且色泽鲜绿，气味保留了青草香味。

麦绿素虽作为一种保健品已被市场认可，但青稞麦绿素在保健品领域并没有得到普及。本实验采用冷冻干燥法将其制成青稞麦绿素粉，这样产品既可以达到干燥、易于保存和运输的目的，又尽可能少的破坏了生物活性物质，使得青稞麦绿素可以商品化生产并普及。但是冷冻干燥法制备青稞麦绿素粉，周期长，成本高，新方法有待进一步研究。

[1]黄碧光, 刘思衡. 麦苗的营养保健价值及其开发利用[J]. 食品研究与开发, 2001(10): 40-42.

[2]乔文静. 麦苗的营养及制品研究[J]. 中国食品与营养, 2009(7): 59-61.

[3]武红霞, 邬飞波, 俞国琴, 等. 麦绿素专用大麦品种的筛选初报[J].麦类作物学报, 2002, 22(3): 67-70.

[4]王仁杯, 夏建峰, 沈光钊. 不同大麦品种的麦绿素专用价值初步研究[J]. 浙江农业科技, 2003(5): 255-258.

[5]吴昆仑. 青稞功能元素与食品加工利用简述[J]. 作物杂志, 2008(12): 15-17.

[6]臧靖巍, 阚建全, 陈宗道. 青稞的成分研究及应用状况[J]. 中国食品添加剂, 2004(4): 43-46.

[7]黄立新, 周瑞, MUJUMDAR A S. 喷雾干燥的研究进展[J]. 干燥技术与设备, 2009, 7(5): 195-198.

[8]徐成海, 张世伟, 彭润玲, 等. 真空冷冻干燥的现状与展望[J]. 真空, 2008(3): 1-11.

[9]王白鸥, 催春红. 真空冷冻干燥技术在果蔬加工中的应用[J]. 果蔬加工, 2009(3): 52-53.

[10]张彩虹, 黄立新, 刘伟, 等. 不同干燥方式制备白果粉的性能比较[J].生物质化学工程, 2009, 43(6): 27-30.

[11]程远霞, 陈素芝, 谢秀英. 食品共晶点和共熔点试验研究[J]. 食品工业, 2004(4): 49-50.

[12]夏业鲍, 陆宁, 王宏娟, 等. 冻干蔬菜的共晶点、共熔点电阻法测定研究[J]. 食品研究与开发, 2010(1): 36-38.

[13]邹同华, 陈见兴, 易小红, 等. 真空冷冻干燥技术及其在火龙果冻干中的应用[J]. 食品研究与开发, 2009(5): 159-162.

[14]杜卫华, 孙金才, 吴根苗, 等. 真空冷冻干燥大蒜粉的工艺[J]. 无锡轻工大学学报, 2003(5): 18-20.

[15]程远霞, 陈素芝, 朱文学, 等. 土豆冷冻干燥工艺的试验研究[J]. 食品科学, 2005, 26(3): 113-116.

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

青海省重点科技攻关项目(2007-N-120)；科技部科技人员服务企业行动项目(2009GJG20017)；教育部“新世纪优秀人才支持计划”项目(NCET-07-0476)

段黎昊(1985—)，女，硕士研究生，研究方向为天然产物和无机材料化学。E-mail：duan.lihao@163.com

*通信作者：陈元涛(1973—)，男，教授，博士，研究方向为天然产物和无机材料化学。E-mail：chenyt@qhnu.edu.cn