瑪咖秋葵咀嚼片直接壓片工藝的優(yōu)化

賴譜富 李怡彬 陳君琛 湯葆莎 吳俐 翁敏劼

摘 ?要 ?以黃秋葵超微粉作為壓片輔料，優(yōu)選瑪咖秋葵咀嚼片的最佳工藝參數(shù)。采用粉末直接壓片法加工瑪咖秋葵咀嚼片產(chǎn)品，選取片重差異、崩解時(shí)限、硬度及脆碎度的綜合評(píng)定值為評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用單因素試驗(yàn)研究充填壓力、充填深度、轉(zhuǎn)臺(tái)速度和原料粒度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，并通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化法確定最佳工藝。結(jié)果表明，瑪咖秋葵咀嚼片產(chǎn)品的最佳工藝為充填壓力31 kN、充填深度10 mm、轉(zhuǎn)臺(tái)速度25 r/min和原料粒度300目。本研究為進(jìn)一步綜合利用瑪咖資源提供了科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)了瑪咖產(chǎn)品的研發(fā)。

關(guān)鍵詞 ?瑪咖;直接壓片;黃秋葵;工藝優(yōu)化;咀嚼片

中圖分類號(hào) ?TS255.5 ?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ?A

Abstract ?The process parameters in making maca-okra chewable tablets with ultrafine okra powder as the material were optimized. Judged by quality indexes of tablet weight， disintegration time， hardness and friability， the parameters of filling pressure， thickness for tablet powder， turntable running speed and material particle finenesssing were optimized after single factor experiments and the response surface methodology. The optimum parameters for making maca-okra chewable tablet were filling pressure 31 kN， filling thickness 10 mm， turntable running speed 25 r/min and particle fineness 300 mesh. This work would lay an innovative opportunity for the comprehensive utilization and product development of maca.

Keywords ?maca （Lepidium meyenii Walp）; direct tabletting; okra; process optimization; chewable tablet

DOI ?10.3969/j.issn.1000-2561.2019.07.014

瑪咖（Lepidium meyenii Walp）是聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織推薦的一種十字花科植物，具有較高的食用和藥用價(jià)值[1-3]。研究表明瑪咖不僅富含蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分，且在抗氧化、抗疲勞、增強(qiáng)精力、改善性功能及記憶力等方面具有良好功效，2011年被國(guó)家衛(wèi)生部批準(zhǔn)為新資源食品，深受消費(fèi)者喜愛(ài)[4-7]。隨著人們食品安全及營(yíng)養(yǎng)健康意識(shí)的提高，瑪咖產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)及日本、歐美等國(guó)外市場(chǎng)上迅速流行;但當(dāng)前瑪咖產(chǎn)品單一，只有瑪咖干粉、瑪咖片、瑪咖酒、瑪咖茶等產(chǎn)品[8-11]，且現(xiàn)有瑪咖片產(chǎn)品多為干法/濕法造粒壓片工藝，產(chǎn)品成本或輔料含量較高，所以急需開(kāi)發(fā)成本低且瑪咖含量高的加工工藝[12-13]。黃秋葵是一種具有較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和良好藥用保健功效的草本植物[14-15]，富含蛋白質(zhì)、纖維素、黃酮、果膠、生物堿等營(yíng)養(yǎng)及功能活性成分[16-17]，其中果膠含量達(dá)24.05%[18-19];而黃秋葵果膠具有保護(hù)肝臟、幫助消化、保鮮及治療胃潰瘍等作用[20-22]，也是一種天然食品輔料，可作為粘合劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的壓片輔料[23]。

片劑系指原料與適宜輔料混合均勻后壓制而成的圓形或異形狀的固體制劑，它是現(xiàn)代藥物或功能營(yíng)養(yǎng)食品制劑中應(yīng)用最為廣泛的劑型之一[24]。干法制粒壓片法、濕法制粒壓片法及粉末直接壓片法是片劑壓片主要的3種方法[25-26]，其中粉末直接壓片法無(wú)需制粒，具有節(jié)約能源、節(jié)省時(shí)間、降低成本、工藝簡(jiǎn)潔等優(yōu)勢(shì)，在有些國(guó)家的采用比例已高達(dá)60%[27-28]，而我國(guó)的采用比例尚不足20%，濕法制粒仍然是我國(guó)采用主要方式[29-30]。本研究利用黃秋葵超微粉具有的良好黏性，無(wú)需添加硬脂酸鎂、微晶纖維素等傳統(tǒng)的賦形劑也能良好成型，且使產(chǎn)品含有豐富的果膠。采用全粉末直接壓片工藝，利用響應(yīng)面法優(yōu)化瑪咖壓片產(chǎn)品制備工藝條件，探討充填壓力、充填深度、轉(zhuǎn)臺(tái)速度和原料粒度等工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品片重差異、崩解時(shí)限、硬度及脆碎度的影響，以期獲得低成本、含量高的瑪咖咀嚼片產(chǎn)品，為進(jìn)一步綜合利用瑪咖資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

1.1.1 ?材料 ?新鮮瑪咖、黃秋葵清洗干凈后均于60?℃熱風(fēng)烘干，再經(jīng)高速粉碎機(jī)、超微粉碎機(jī)粉碎，水分含量均控制在9%～11%。

1.1.2 ?儀器與設(shè)備 ?BS2000S型電子分析天平（北京賽多利斯天平有限公司）;GFSJ-8型粉碎機(jī)（江陰市瑰寶制藥機(jī)械廠）;ZNC-300型超微粉碎機(jī)（北京興時(shí)利和科技發(fā)展有限公司）;ZP9A型壓片機(jī)（上海天凡藥機(jī)制造廠）;YPD-300D型硬度儀（上海黃海藥檢儀器有限公司）;CJY-300C型脆碎度測(cè)定儀（上海黃海藥檢儀器有限公司）;ZB-1G型崩解儀（天津海益達(dá)科技有限公司）。

1.2 ?方法

1.2.1 ?制備工藝流程 ?原料→混合→攪拌均勻→壓片→質(zhì)量檢驗(yàn)→包裝→成品。

將92%瑪咖超微粉（350目）、8%黃秋葵超微粉（350目）的原料混合均勻，放入壓片機(jī)中直接壓片（輔于強(qiáng)制加料）制備而成。

1.2.2 ?單因素試驗(yàn) ?（1）充填壓力對(duì)產(chǎn)品綜合評(píng)定值的影響。將原料粉碎至300目，設(shè)置充填深度12?mm、轉(zhuǎn)臺(tái)速度30?r/min，分別將原料在壓力10、15、20、25、30、35、40 kN下壓片成型。研究充填壓力對(duì)產(chǎn)品綜合評(píng)定值的影響。

（2）充填深度對(duì)產(chǎn)品綜合評(píng)定值的影響。將原料粉碎至300目，設(shè)置充填壓力30 kN、轉(zhuǎn)臺(tái)速度30 r/min，分別將原料在充填深度4、6、8、10、12、14 mm下壓片成型。研究充填深度對(duì)產(chǎn)品綜合評(píng)定值的影響。

（3）轉(zhuǎn)臺(tái)速度對(duì)產(chǎn)品綜合評(píng)定值的影響。將原料粉碎至300目，設(shè)置充填壓力30 kN、充填深度12 mm，分別將原料在轉(zhuǎn)臺(tái)速度5、10、15、20、25、30、35?r/min下壓片成型。研究轉(zhuǎn)臺(tái)速度對(duì)產(chǎn)品綜合評(píng)定值的影響。

（4）原料粒度對(duì)產(chǎn)品綜合評(píng)定值的影響。設(shè)置充填壓力30?kN、充填深度12 mm、轉(zhuǎn)臺(tái)速度30 r/min，分別將原料粒度控制在100、150、200、250、300、350目下壓片成型。研究原料粒度對(duì)產(chǎn)品綜合評(píng)定值的影響。

1.2.3 ?響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì) ?在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以充填壓力（X1）、充填深度（X2）、轉(zhuǎn)臺(tái)速度（X3）、原料粒度（X4）4個(gè)因素為自變量，崩解時(shí)限、片重差異、脆碎度及硬度的綜合評(píng)定值為響應(yīng)值，根據(jù)Box-Benhnken中心組合原理設(shè)計(jì)四因素三水平試驗(yàn)。因素水平編碼見(jiàn)表1。

1.2.4 ?測(cè)定方法 ?（1）片重差異的測(cè)定。取樣品20片，分別精密稱定每片重量，求出平均片重，再比較每片重量與平均片重的差異。超出重量差異限度的小于3片，且不能超出限度1倍[29， 31]。

（2）崩解時(shí)限的測(cè)定。取樣品6片，分別置于智能崩解儀中的6個(gè)吊籃玻璃管，再浸入（37±1）℃的水中，記錄每片樣品完全分散的時(shí)間并求出平均值[29， 31]。

（3）硬度的測(cè)定。按文獻(xiàn)[29， 32]的方法進(jìn)行測(cè)定。

（4）脆碎度的測(cè)定。按文獻(xiàn)[29， 32]的方法進(jìn)行測(cè)定。

（5）綜合評(píng)定值。采用多指標(biāo)綜合評(píng)分法對(duì)壓片工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，取片重差異（1）、崩解時(shí)限（2）、硬度（3）及脆碎度（4）的綜合評(píng)定值為優(yōu)化指標(biāo)，即綜合評(píng)定值為各指標(biāo)評(píng)分值之和（Y=1+2+3+4）。硬度指標(biāo)有利于產(chǎn)品的成型，則取其數(shù)值的0.1倍作為評(píng)定值;片重差異、崩解時(shí)限、脆碎度3個(gè)指標(biāo)不利于產(chǎn)品的成型，則分別取其數(shù)值倒數(shù)的10倍、100倍、10倍作為評(píng)定值，綜合評(píng)定值的大小直接反映了成型性，片重不足時(shí)計(jì)為0[33]。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

采用Designer-Expert V8.0.6.1和Microsoft Office Excel 2003軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 ?充填壓力對(duì)瑪咖秋葵咀嚼片綜合評(píng)定值的影響 ?由圖1可知，隨著充填壓力的增大，瑪咖秋葵咀嚼片綜合評(píng)定值呈先升高后下降的趨勢(shì)，當(dāng)充填壓力10～30 kN時(shí)，瑪咖秋葵咀嚼片綜合評(píng)定值增幅較大;當(dāng)充填壓力30～40 kN時(shí)，瑪咖秋葵咀嚼片綜合評(píng)定值降幅較大。充填壓力在25～ 35 kN時(shí)，瑪咖秋葵咀嚼片綜合評(píng)定值較高。

2.1.2 ?充填深度對(duì)瑪咖秋葵咀嚼片綜合評(píng)定值的影響 ?由圖2可知，隨著充填深度的延長(zhǎng)，瑪咖秋葵咀嚼片綜合評(píng)定值呈上升趨勢(shì)，充填深度為4～10?mm時(shí)，增幅趨勢(shì)較大;當(dāng)充填深度超過(guò)10?mm后，延長(zhǎng)充填深度對(duì)提高綜合評(píng)定值基本沒(méi)有促進(jìn)作用。充填深度在10～14?mm時(shí)，瑪咖秋葵咀嚼片綜合評(píng)定值較高。

2.1.3 ?轉(zhuǎn)臺(tái)速度對(duì)瑪咖秋葵咀嚼片綜合評(píng)定值的影響 ?由圖3可知，隨著轉(zhuǎn)臺(tái)速度的加快，瑪咖秋葵咀嚼片綜合評(píng)定值先增大后減小。轉(zhuǎn)臺(tái)速度在5～25?r/min時(shí)，綜合評(píng)定值增幅較大，可能是轉(zhuǎn)臺(tái)速度的增快有利于產(chǎn)品的成型;但當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)速度達(dá)到25?r/min后，轉(zhuǎn)臺(tái)速度太快導(dǎo)致壓片時(shí)片劑表面細(xì)粉被沖頭和沖模黏附，致使產(chǎn)品表面不光、不平有凹痕，所以綜合評(píng)定值減小。轉(zhuǎn)臺(tái)速

2.1.4 ?原料粒度對(duì)瑪咖秋葵咀嚼片綜合評(píng)定值的影響 ?由圖4可知，隨著原料粒度的減小（目數(shù)增大），瑪咖秋葵咀嚼片綜合評(píng)定值呈增大趨勢(shì)，100～250目時(shí)，隨著原料粒度的減小（目數(shù)增大），綜合評(píng)定值上升趨勢(shì)明顯，說(shuō)明一定范圍內(nèi)原料粒度的減小有利于產(chǎn)品成型;當(dāng)原料粒度在250目后，綜合評(píng)定值變化趨勢(shì)不明顯。原料粒度在250～350目時(shí)，瑪咖秋葵咀嚼片綜合評(píng)定值較高。

2.2 ?響應(yīng)面分析方案及回歸模型

響應(yīng)面分析試驗(yàn)方案及結(jié)果如表2所示。經(jīng)多元回歸分析及擬合后，得到各因素與綜合值之間的多元二次回歸方程如下。

Y=21.38+1.69X1-0.45X2-0.90X3+0.80X4-0.47X1X2+1.04X1X3-0.79X1X4+0.16X2X3+0.045X2X4+0.40X3X4-2.62X12-1.90X22-2.03X32+0.11X42

2.2.1 ?響應(yīng)二次模型方差分析 ?方差分析結(jié)果如表3所示。回歸模型的F值為125.8337、P值小于0.0001，說(shuō)明模型極顯著;失擬項(xiàng)P=0.5739> 0.05，說(shuō)明模型擬合程度好，可用此模型對(duì)綜合評(píng)定值進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。一次項(xiàng)X1（充填壓力）、

X3（轉(zhuǎn)臺(tái)速度）、X4（原料粒度）均達(dá)極顯著水平（P<0.01），X2（充填深度）達(dá)顯著水平（P<0.05）;二次項(xiàng)中X12、X22、X32均達(dá)極顯著水平（P<0.01），X42不顯著;交互項(xiàng)中只有X1X3、X1X4達(dá)到極顯著水平（P<0.01），其他交互項(xiàng)均不顯著。4個(gè)因素對(duì)綜合值影響主次順序：X1（充填壓力）>X3（轉(zhuǎn)臺(tái)速度）>X4（原料粒度）>X2（充填深度）。

2.2.2 ?模型交互項(xiàng)分析 ?充填壓力和轉(zhuǎn)臺(tái)速度之間的交互作用響應(yīng)曲面如圖5所示。充填壓力和轉(zhuǎn)臺(tái)速度對(duì)瑪咖秋葵咀嚼片綜合評(píng)定值的交互作用顯著，在一定范圍內(nèi)，隨著壓片過(guò)程充填壓力及轉(zhuǎn)臺(tái)速度的增大，瑪咖秋葵咀嚼片產(chǎn)品的綜合評(píng)定值不斷增大，達(dá)到極值點(diǎn)后又不斷減小;且充填壓力對(duì)綜合評(píng)定值的影響比轉(zhuǎn)臺(tái)速度更為顯著。

充填壓力和原料粒度之間的交互作用響應(yīng)曲面如圖6所示。充填壓力和原料粒度對(duì)瑪咖秋葵咀嚼片綜合評(píng)定值的交互作用顯著，且綜合評(píng)定值隨原料粒度的變化幅度明顯小于充填壓力，表明充填壓力對(duì)綜合評(píng)定值的影響比原料粒度更為顯著，這與上述單因素試驗(yàn)及方差分析的結(jié)果一致。

2.2.3 ?工藝參數(shù)優(yōu)化和模型驗(yàn)證 ?采用Designer-Expert.V8.0.6.1進(jìn)行分析，得到瑪咖秋葵咀嚼片的最佳工藝參數(shù)為充填壓力30.83 kN、充填深度9.74 mm、轉(zhuǎn)臺(tái)速度24.57 r/min和原料粒度300目，在該條件下響應(yīng)面模型綜合指標(biāo)值為22.41?？紤]到實(shí)際操作可行性，將最佳工藝參數(shù)修正為：充填壓力31?kN、充填深度10?mm、轉(zhuǎn)臺(tái)速度25?r/min和原料粒度300目。在優(yōu)化條件下進(jìn)行3次重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)，得到綜合評(píng)定值的均值為22.38，與理論預(yù)測(cè)值偏差0.13%（<5%），差異不顯著（P>0.1），驗(yàn)證了該模型的可靠性。

2.2.4 ?不同賦形劑對(duì)瑪咖秋葵片產(chǎn)品質(zhì)量的影響 ?由表4可知，在充填壓力31 kN、充填深度10 mm、轉(zhuǎn)臺(tái)速度25?r/min、原料粒度300目的工藝參數(shù)下，以黃秋葵作為賦形劑與傳統(tǒng)賦形劑（硬脂酸鎂、微晶纖維素）制備的瑪咖秋葵咀嚼片產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)均在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，綜合評(píng)定值無(wú)顯著性差異;但采用黃秋葵作為賦形劑能使產(chǎn)品良好成型且含有豐富的果膠。

3 ?討論

當(dāng)前已有關(guān)于瑪咖片制備工藝的報(bào)道，王婧等[34]采用響應(yīng)面優(yōu)化出瑪咖咀嚼片的最佳配方：瑪咖粉53.58%、全脂奶粉23.00%、甜菊糖苷0.84%、淀粉20.58%;趙言林[35]采用三七粉、瑪咖粉和葛根粉混合制成復(fù)方瑪咖三七制劑，瑪咖占25%～60%;王菊等[36]采用瑪咖粉、蘋(píng)果粉、硬脂酸鎂、山梨糖醇等配伍制成瑪咖蘋(píng)果含片，瑪咖占20%;朱恩燦等[37]利用瑪咖、預(yù)膠化淀粉、酸味劑等濕法造粒壓片成瑪咖含片，瑪咖占20%～30%;代鵬飛等[38]利用瑪咖、破壁松花粉、破壁油菜花粉、水蘇糖、蔗糖酯制成瑪咖花粉壓片糖果，瑪咖30%～40%;田旭芳等[39]利用蜂王漿、瑪咖、黃精、枸杞、覆盆子、肉桂及硬脂酸鎂、食用淀粉等制成蜂王瑪咖片，瑪咖占15%～20%;這些瑪咖片制備過(guò)程中加入的添加劑和輔料等成分較多，導(dǎo)致瑪咖含量較低。Xu等[13]應(yīng)用正交試驗(yàn)法優(yōu)化出瑪咖含片的最佳配方：瑪咖粉80%、紅景天粉12%、當(dāng)歸粉6%;陳龍飛等[12]采用響應(yīng)面優(yōu)化出瑪咖全粉直接壓片的最佳配方：硬脂酸鎂0.85%、微晶纖維素12.34%，直壓乳糖8.34%、瑪咖粉含量78.47%;Deluca等[40]采用瑪咖及鹿角配伍成能提高睪酮水平的產(chǎn)品;這些研究的配方產(chǎn)品瑪咖含量較高，但其研究只集中在產(chǎn)品的配方上，對(duì)其加工工藝參數(shù)并未涉及。本研究利用黃秋葵超微粉具有的良好黏性，使其無(wú)需添加硬脂酸鎂、微晶纖維素等傳統(tǒng)的賦形劑也能良好成型，且使產(chǎn)品含有豐富的果膠;同時(shí)利用響應(yīng)面法優(yōu)化瑪咖壓片產(chǎn)品全粉末直接壓片制備工藝條件，在配方的應(yīng)用及加工工藝研究上均與已有研究不同。

對(duì)粉末直接壓片技術(shù)應(yīng)用的研究，一般可從原輔料性質(zhì)、配方優(yōu)化及壓片工藝參數(shù)等3個(gè)方面入手[12]。在原輔料性質(zhì)研究方面，陳盛君等[41]評(píng)價(jià)了粉末直接壓片常用輔料的粉體學(xué)性質(zhì)，有助于合理選擇直接壓片輔料，吳季超[42]從輔料創(chuàng)新、制作方法創(chuàng)新、質(zhì)量控制和粉體學(xué)性質(zhì)闡述了直接壓片輔料的研究現(xiàn)狀，李亞正[43]研究了噴霧干燥技術(shù)制備的直接壓片用復(fù)合輔料性質(zhì)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn);在配方優(yōu)化方面相關(guān)研究較多，主要是對(duì)咀嚼片、泡騰片、含片及藥片等的配方進(jìn)行優(yōu)化，湯葆莎等[31]、王婧等[34]、劉想等[44]對(duì)麥麩膳食纖維咀嚼片、瑪咖咀嚼片、薏苡仁多糖咀嚼片的配方進(jìn)行了優(yōu)化，趙肖通等[45]、楊晰等[46]對(duì)姬松茸多糖泡騰片、沙棗多糖泡騰片的配方進(jìn)行了優(yōu)化，嚴(yán)黃彭等[47]、張?jiān)埔愕萚48]對(duì)川明參含片及蜂王漿水果含片的配方進(jìn)行了優(yōu)化，陳仙等[49]對(duì)琥珀酸索利那新片的配方進(jìn)行了優(yōu)化;而在壓片工藝參數(shù)上的研究較少，李然等[50]研究了壓片壓力、潤(rùn)濕劑用量、混合時(shí)間、顆粒水分含量4個(gè)工藝參數(shù)對(duì)片劑質(zhì)量的影響，高志江[51]建立了制粒工藝參數(shù)與片劑質(zhì)量的數(shù)學(xué)量化模型，明確了潤(rùn)濕劑用量、攪拌時(shí)問(wèn)、顆粒水分和壓片壓力等工藝參數(shù)與片劑質(zhì)量的影響關(guān)系。本文主要研究了充填壓力、充填深度、轉(zhuǎn)臺(tái)速度、原料粒度等工藝參數(shù)對(duì)瑪咖咀嚼片質(zhì)量的影響，結(jié)果顯示：充填壓力對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響最大，這與高志江[51]的研究結(jié)果一致，壓片過(guò)程中充填壓力愈大，則物料粒子間的結(jié)合力愈強(qiáng)，壓力超過(guò)物料彈性限度后產(chǎn)生塑性變形，使物料粒子的接觸面積增大，結(jié)合力增大進(jìn)而使物料成型;轉(zhuǎn)臺(tái)速度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響次之，轉(zhuǎn)臺(tái)速度太快會(huì)導(dǎo)致壓片時(shí)片劑表面細(xì)粉被沖頭和沖模黏附，致使產(chǎn)品表面凹凸不平，轉(zhuǎn)臺(tái)速度太小則影響生產(chǎn)效率，生產(chǎn)成本增高;原料粒度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響也較大，粒度太大會(huì)使物料與沖頭接觸的比表面積增大，導(dǎo)致發(fā)生粘沖現(xiàn)象，粒度太小會(huì)使成型物料表面不光滑，外觀差;而充填深度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響較小。

4 ?結(jié)論

瑪咖咀嚼片產(chǎn)品直接壓片的最佳工藝為充填壓力31 kN、充填深度10 mm、轉(zhuǎn)臺(tái)速度25 r/min和原料粒度300目，采用該工藝可得到低成本、含量高的瑪咖壓片產(chǎn)品，為進(jìn)一步綜合利用瑪咖資源提供科學(xué)理論依據(jù)。

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