超临界二氧化碳技术提取青稞有效成分的研究

任少科，李 丽，孙桂杰，石金英，范正林，董 涛，姜 涛

(中昊光明化工研究设计院有限公司，辽宁大连 116031)

青稞是大麦的一种，在植物学分类上属于禾本科植物，青稞主要生长在高寒缺氧、雨水缺乏、蒸发量大、水土流失严重的高原恶劣的环境中。我国是农业大国，其主要分布在西北、西南地区，特别是在青海、西藏，青稞是一种主要的农作物。由于青稞的生长环境恶劣，具有耐寒、耐旱，适应性强的特点，使其具有了很高的食用和药用价值，随着人们生活水平的提高，越来越多的人提倡绿色食品，对青稞的研究也越来越重视［1］。

青稞中含有丰富的β-葡聚糖、蛋白质、粗纤维、维生素、17种氨基酸及微量元素，对人体有很好的保健和营养价值。维生素具有抗癌、增强免疫力、延缓衰老、增强记忆力、改善脑细胞功能等功效，而且对人体无毒副作用［2］。β-葡聚糖是一种多糖的结构物质，特别是青稞中的β-葡聚糖具有降血脂、降胆固醇、预防心血管疾病、提高免疫力、抗肿瘤、调节血糖等作用，随着青稞中有效成分的开发，其价值越来越高，β-葡聚糖的价格也逐渐抬高，市场潜力巨大。西藏自治区农科院农业研究所从20世纪80年代初就开始了对青稞中β-葡聚糖的研究和培育工作，到2001年培育的“藏青-25”品种中β-葡聚糖的含量高达 8.62%。

从青稞中提取β-葡聚糖主要有热水法、酸法、碱法［3］。热水法提取的β-葡聚糖时间长，量少。酸法提取的β-葡聚糖容易破坏青稞中的淀粉，使β-葡聚糖的纯度低。采用超临界二氧化碳方法提取其中的有效成分，可以有效地保护其中的成分不被破坏，得到的产品无毒、无害、无溶剂残留等优点。

1 超临界二氧化碳萃取技术

超临界二氧化碳技术主要是利用了二氧化碳在超临界状态下所具有的特殊性质，当二氧化碳的温度和压力达到超临界状态时，二氧化碳变成均一的体系，不存在相界面，具有液体的密度和较好的溶解能力，同时还具有气体的高渗透力和较低的粘度，在设备和管道中阻力小具有很好的流动性，而且萃取后的产品能很高的分离出来，纯度高，分离后的二氧化碳还能再次回收利用，因此超临界二氧化碳技术被广泛应用于食品、化工、医药领域。

2 试验部分

2.1 原料

青稞颗粒(产地:青海);二氧化碳(食用级);无水乙醇;真空干燥箱;粉碎机;光明院GM-Ⅰ型超临界二氧化碳萃取装置。

2.2 方法

2.2.1 工艺流程(图1)

图1 超临界二氧化碳萃取工艺流程图Fig.1 Supercritical carbon dioxide extraction process flow diagram

2.2.2 前期处理

将青稞放置于恒温真空干燥箱中，设置110℃干燥4 h，称取一定量干燥的青稞放入粉碎机粉碎，用50目的筛子将青稞粉末进行过筛处理。

2.2.3 实验步骤

1.准确称取粉碎后的青稞粉末500 g装入棉布袋中，将装有青稞的布袋放入反应室，关闭反应室。

2.实验开始前关闭所有阀门，打开冷剂温控，设定冷剂温度在－20℃，打开制冷机，将冷剂温度控制在－20℃。

3.当冷剂温度降至 －20℃时，打开k2、k12，打开二氧化碳钢瓶阀，向储罐中充入二氧化碳，观察液位计，充装完后关闭k2、钢瓶阀。

4.打开 k12、k1、k4、k6、k10，打开充装泵，向反应室充入冷却后的液体二氧化碳，观察反应室压力，通过k7控制反应室压力，当达到实验要求的压力值时，缓慢调节 k7，通过 k7、k13来调节二氧化碳流量，反应室、分离室的温度通过加热箱来调节温度。

5.试验完成后停车，先关闭充装泵，关闭阀门k4缓慢调节k7，使反应室压力下降，当压力降到常压时，关闭k10，打开分离室排料阀，将萃取后的产品放入试剂瓶，密封待检测。

2.3 实验数据

2.3.1 温度和压力的影响(表1)

本实验是青稞全粉在不同萃取压力、不同萃取温度、不同分离温度、不同的萃取时间下进行的，根据加入青稞全粉的量和萃取出来的产品计算青稞的出油率。试验压力分别为20、25、30 MPa，试验温度为30、45、60℃，根据表4数据可以看出，温度越高，压力越大，时间越长，出油率越高，平均出油率约为1.41%。

表1 温度和压力的影响Table 1 The influence of temperature and pressure

2.3.2 水分的影响

同时也做了青稞全粉干燥与未干燥对萃取的影响。本试验在80℃下，在干燥箱内干燥4 h，根据测定青稞失重计算含水率在0.8% ～1.2%。从有关检测数据，一般含水率青稞含水在4.5% ～4.8%。所以还有一部分水很难干燥除去。我们在110℃干燥2 h后发现有一部分青稞开始变色，所以不适宜在较高的温度干燥。从干燥和未干燥的青稞萃取结果来看，基本没有区别。

2.3.3 无水乙醇的影响

在采用水法提取β-葡聚糖时有采用无水乙醇回流灭活酶的，我们也进行了试验，首先将青稞全粉放在烧瓶内加热回流1 h，然后冷却过滤，粉碎，过筛，萃取。从实验结果看没有什么区别。

2.4 萃取物成分分析

实验开始前已对青稞成分进行了分析(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

实验数据分别在不同的实验条件下取得，通过改变实验温度、实验压力、气体流量、萃取时间(见表3)进行正交实验，将萃取得到的实验产品送往中科院西北高原生物研究所分析得到青稞中的β-葡聚糖及其他物质含量。结果见表4。

表4 正交实验表Table 4 Table of orthogonal experiment

由上表可以看出超临界二氧化碳萃取技术萃取青稞里的有效成分，通过改变实验温度、试验压力、流量和试验时间，实验得出的产品是黄色油状液体，具有油的香味，经中科院西北高原生物研究所分析，萃取物中主要是油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸、α-亚麻酸，另外还含有少量的 γ-亚麻酸、11-二十碳-烯酸、二十二碳二烯酸、肉豆蔻酸、棕榈油酸。亚麻油含量比较高，单不饱和脂肪酸含量居中。而具有很好的保健和营养价值的β-葡聚糖含量在2.5% ～3.3%、油酸在7% ～12%、亚油酸在22% ～35%、棕榈酸在8% ～14%、硬脂酸在0.5% ～0.8%、α-亚麻酸在1.7% ～3.1%。

3 结果与讨论

1.采用超临界二氧化碳技术可以萃取出青稞中的有效成分β-葡聚糖、维生素E及其他维生素和氨基酸，在温度60℃，压力25 MPa，流量30 kg/h，萃取5 h，青稞的出油率仅约1.4%，最具有研究价值的β-葡聚糖的含量约3%，经济价值较低。

2.由于β-葡聚糖的分子量大，分子结构复杂，采用超临界二氧化碳技术提取可能还有局限性，出油率低于化学法。

3.利用超临界二氧化碳技术可以夹带一些化学溶剂来提高萃取效果。

4.与传统的溶剂萃取法和化学法相比，超临界二氧化碳萃取技术具有工艺简单，萃取剂无毒、无污染、无化学物质残留、易于回收等优点。

［1］陈丽华，王燕春.青海省青稞地方品种β-葡聚糖含量分析［J］.青海大学学报，2012，30(3):34-38.

［2］续艳丽，董奇，皮里，等.超临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较研究［J］.河南化工，2010，27(11):60-61.

［3］连喜军，张平平，罗庆丰.西藏青稞β-葡聚糖提取研究［J］.粮食与油脂，2006(1):27-28.