苦碟子多糖口服液制備工藝

付榮榮，張嬌嬌，韋恃怡，張偉, ，徐慧*

1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)理工學(xué)院（滄州 061100）；2. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院（保定 071001）

苦碟子為傳統(tǒng)中藥材，是菊科野苦荬屬植物[1]，具有清熱解毒、涼血止血、止痛消腫的功效[2]，常用于頭痛、痢疾、胃炎、腸炎等疾病的治療[1]。根據(jù)張文治[3]的研究，苦碟子除含有黃酮類、萜類化合物外，多糖、蛋白質(zhì)、纖維等物質(zhì)成分也頗為豐富。多糖作為植物的次級代謝產(chǎn)物，在中藥材中含量較高，為中藥材的主要藥效學(xué)成分[4]。

天然多糖無毒副作用、安全性高、功能作用廣泛[5]，根據(jù)朱嬌嬌等[6]、鐘麗霞[7]、周容等[8]研究表明，多糖具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗炎癥等功能作用，長期堅持食用可降低慢性疾病的發(fā)生率[9]。

木糖醇是一種天然、健康的甜味劑；因紅棗具有獨特香氣，故使用其漿液掩蓋干藥材味道；檸檬酸不僅使口服液味道變好，還有抑菌作用；水浸提過程中苦碟子藥材中的蛋白質(zhì)部分被提取出來，久置可能會出現(xiàn)沉淀，海藻酸鈉的加入，使口服液狀態(tài)更穩(wěn)定，口感更佳柔和。制得的苦碟子多糖口服液，酸甜可口，具有紅棗香氣，可被大眾所接受，對人體保健具有重要意義。

1 材料與儀器

1.1 材料與試劑

苦碟子、紅棗（黃驊農(nóng)貿(mào)市場）；木糖醇、檸檬酸、海藻酸鈉（河南萬邦實業(yè)有限公司）。

NaOH、HCl、無水葡萄糖、濃硫酸、蒽酮等（分析純，河北考力森生物科技有限公司）。

1.2 設(shè)備與儀器

DZKW-4型電子恒溫水浴鍋（北京中興偉業(yè)儀器有限公司）；TG16-W型臺式高速離心機（湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司）；XB-CP型食品級粉碎機（水康市哈瑞電器有限公司）；UV-1200型紫外分光光度計（上海美普達儀器有限公司）；SE602F型分析天平（奧豪儀器有限公司）；JRJ 300-SH型數(shù)顯均質(zhì)機（廣州罡然機電設(shè)備有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 部分操作要點

1.3.2.1 原料預(yù)處理

苦碟子粉末的制備：苦碟子干藥材→粉碎→過篩（120目）→苦碟子干粉。

紅棗漿的制備：紅棗→清洗→蒸制→冷卻→去皮去核→加純凈水（料液比1∶6 g/mL）→打漿→過濾除渣→紅棗漿。

1.3.2.2 浸提

稱取適量苦碟子干粉，按一定液料比值置于燒杯中，調(diào)節(jié)pH，將燒杯放入一定溫度的恒溫水浴鍋，并不斷攪拌。浸泡一定時間后取出，依次分裝至離心管，以10 000 r/min離心20 min，所得上清液即為苦碟子水浸提液。

1.3.2.3 矯味與穩(wěn)定性改良

1.3.2.2 小節(jié)所得水浸提液略帶苦味，具有苦碟子明顯風(fēng)味。為符合消費者需求，以100 g苦碟子多糖水浸提液為基液，向其中添加適量木糖醇、檸檬酸、紅棗漿及海藻酸鈉得到苦碟子多糖口服液。對各因素添加量進行正交優(yōu)化，得到苦碟子多糖口服液最佳配方。

1.3.2.4 灌裝、殺菌

選擇專用棕色口服液瓶對苦碟子多糖口服液進行灌裝，于121 ℃高壓蒸汽滅菌20 min，密封，得成品。

1.3.3 多糖含量測定

參照陳云[10]所用的硫酸-蒽酮法測定多糖含量。

1.3.3.1 葡萄糖標準曲線制作[10]

取7支帶有管塞的比色皿（含空白對照組），分別取0.1 mg/mL葡萄糖標液0.2，0.3，0.4，0.5，0.6和0.7 mL，用蒸餾水補至2 mL。分別在各管加入4 mL硫酸-蒽酮溶液，搖勻后沸水浴10 min，冷卻至室溫。用蒸餾水作為空白對照，于620 nm紫外波長下平行重復(fù)試驗3次，取A620nm平均值。以標準葡萄糖溶液質(zhì)量濃度（mg/mL）為橫坐標，吸光度（A）為縱坐標進行回歸分析，得標準曲線方程Y=9.46X+0.250 5，方程的擬合度R2=0.987 4。

1.3.3.2 多糖提取率

用移液管取水提液1 mL，依1.3.3.1方法測定A620nm，代入1.3.3.1小節(jié)中標準曲線方程得其多糖質(zhì)量濃度，并根據(jù)式（1）計算多糖提取率。

式中：樣液多糖質(zhì)量濃度，mg/mL；水浸提液體積，mL；原料干質(zhì)量，g；總糖含量，經(jīng)測定其數(shù)值為12.5%。

1.3.4 苦碟子多糖水浸提工藝

1.3.4.1 單因素試驗

根據(jù)預(yù)試驗，初步確定試驗水浸提工藝的浸提溫度65 ℃，液料比值25 mL/g，浸提pH 7，浸提時間120 min。以預(yù)試驗為基礎(chǔ)，選取浸提溫度45，55，65，75和85 ℃這5個水平，選取液料比值15，20，25，30和35 mL/g這5個水平，選取浸提pH 5，6，7，8和9這5個水平，選取浸提時間60，90，120，150和180 min 5個水平。以多糖提取率為指標，確定各因素較優(yōu)水平。

1.3.4.2 響應(yīng)面優(yōu)化

以浸提溫度、液料比值、浸提pH、浸提時間為自變量，多糖提取率為因變量，在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，進行Box-Behnken中心組合設(shè)計響應(yīng)面曲面試驗。

1.3.5 苦碟子多糖口服液配方試驗

1.3.5.1 口服液感官評分標準

選取10名專業(yè)感官品評人員，對改良后的口服液進行感官評價。參照田洋等[11]等品評標準（略有修改），對產(chǎn)品的組織狀態(tài)、色澤、滋味與香氣、口感等逐一進行評價，口服液感官品質(zhì)評價標準見表1。

表1 苦碟子口服液感官品質(zhì)評價標準

1.3.5.2 應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)原理建立苦碟子多糖口服液感官評價系統(tǒng)

根據(jù)口服液感官評價標準內(nèi)容，試驗設(shè)定2個評論域[12]：感官質(zhì)量指標集U={組織狀態(tài)（U1），色澤（U2），香氣與滋味（U3），口感（U4）}；感官質(zhì)量評語集V={優(yōu)（V1），良（V2），中（V3），差（V4）}；參考傅麗等[13]，采用用戶調(diào)查法，得到口服液各指標權(quán)重為A={組織狀態(tài)，色澤，滋味與香氣，口感}={0.20，0.10，0.40，0.30}。在計算得分時，V1=100分，V2=80分，V3=60分，V4=40分。各指標權(quán)重集得權(quán)重域矩陣A=（a1,a2, …,an），其中A的因素是U中的一個模糊子集，A與U相互對應(yīng)，模糊評判矩陣即參加模糊綜合評判的各因素根據(jù)相應(yīng)隸屬度所組成的評判結(jié)果矩陣R。在評價集中引入的模糊子集Y可根據(jù)權(quán)重域矩陣A與模糊評判矩陣R模糊變換得到，即感官綜合得分表示為Y=A×R，其中Y為感官綜合評定結(jié)果。

1.3.5.3 口服液配方單因素試驗

經(jīng)預(yù)試驗，通過模糊數(shù)學(xué)法結(jié)合感官評價初步確定木糖醇、檸檬酸、紅棗漿、海藻酸鈉4個單因素的添加量分別為4%，0.16%，12%和0.04%。以預(yù)試驗為基礎(chǔ)，對各單因素進行5水平試驗，木糖醇添加量選取2%，3%，4%，5%和6%這5個水平，檸檬酸添加量選取0.12%，0.14%，0.16%，0.18%和0.20%這5個水平，紅棗漿添加量選取6%，8%，10%，12%和14%這5個水平，海藻酸鈉添加量選取0.12%，0.14%，0.16%，0.18%和0.20%這5個水平，參考表1評分標準，結(jié)合模糊數(shù)學(xué)法對口服液進行感官評價，確定各因素的較優(yōu)添加量。

1.3.5.4 口服液配方正交試驗

以單因素試驗結(jié)果為基準，進行正交試驗設(shè)計，得到苦碟子多糖口服液的最佳制備配方。

2 結(jié)果與分析

2.1 苦碟子多糖水浸提工藝

2.1.1 浸提溫度

由圖1所示，在45～65 ℃，溫度升高使多糖分子向外遷移速率增大，多糖溶出量增大，提取率升高。水浸提多糖過程中，比多糖分子量更大的粗纖維及蛋白質(zhì)等物質(zhì)隨著溫度的進一步升高也可能從原料向溶液中遷移，蛋白質(zhì)分子由于水分結(jié)合及高溫作用，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生腫脹，可能與部分多糖發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，或與多糖分子發(fā)生物理纏繞，在離心過程中最終隨蛋白質(zhì)離心沉降而被去除；部分多糖分子可能也會因粗纖維影響而被離心除去，導(dǎo)致上清液中多糖含量降低。因此，65 ℃時，多糖提取率有最大值。初步確定浸提溫度較優(yōu)的3個水平為55，65和75 ℃。

圖1 浸提溫度對多糖提取率的影響

2.1.2 液料比值

由圖2可知，液料比值為15 mL/g時，物料吸水膨脹，水量減少，由于水溶解能力有限，溶液中多糖接近飽和，進而向溶液遷移速度減慢，多糖提取率較低。隨著液料比值增大，物料與溶液濃度差逐漸增大，傳質(zhì)作用增強，多糖分子向溶液遷移，多糖提取率升高，液料比值為25 mL/g時有最大值。隨著液料比值進一步增大，傳質(zhì)作用趨于平穩(wěn)，但由于浸提過程中蛋白質(zhì)、粗纖維等物質(zhì)也隨水分子向外遷移，導(dǎo)致多糖可能因蛋白質(zhì)和粗纖維的影響離心沉降而被去除，導(dǎo)致溶液中多糖含量減小，多糖提取率降低。因此，初步確定液料比值較優(yōu)3個水平為20，25和30 mL/g。

圖2 液料比值對多糖提取率的影響

2.1.3 浸提pH

多糖具有兩性特征[10]，其等電點偏酸性，溶劑pH較低時，由于接近多糖等電點，多糖向外遷移速率較低；隨著溶液pH增大，溶液偏離等電點程度增大，多糖溶解性增強，多糖提取率隨之增加，如圖3所示，在pH 7有最大值；隨著pH進一步增大，多糖分子自身所帶酸性基團可能與OH-發(fā)生中和，導(dǎo)致多糖帶電基團數(shù)量減少，多糖含量降低，導(dǎo)致多糖提取率降低。因此，初步確定浸提pH的較優(yōu)3個水平為pH 6，7和8。

圖3 浸提pH對多糖提取率的影響

2.1.4 浸提時間

在固定條件下，苦碟子粉與水相接觸時間越長，其多糖分子與水接觸程度越高，隨著固體顆粒吸水膨脹，多糖分子從孔隙向外游離，時間越長，遷移量越多，有利于多糖在溶液中積累，多糖提取率隨之增大。隨著時間延長，持續(xù)遷移導(dǎo)致溶液中多糖濃度增大，苦碟子粉顆粒與水溶液中濃度差減小，傳質(zhì)作用降低，多糖分子遷移速率減弱，溶液中多糖含量上升幅度減緩。但由于浸提過程中蛋白質(zhì)、粗纖維等物質(zhì)的溶出，導(dǎo)致多糖受其影響離心沉降而被去除，導(dǎo)致溶液中多糖含量減小，多糖提取率降低。如圖4所示，提取時間為150 min時，多糖提取率有最大值。因此，初步確定提取時間較優(yōu)3個水平為120，150和180 min。

2.2 水浸提工藝優(yōu)化

根據(jù)水浸提工藝單因素試驗所選取的較優(yōu)水平，利用Design-Expert 8.0.6.1軟件，以浸提溫度（A）、液料比值（B）、浸提pH（C）、浸提時間（D）為自變量，以多糖提取率（Y）為響應(yīng)值，編碼出如表2所示因素水平表，建立29個試驗方案（其中24個析因試驗，5個中心試驗）[14]，試驗結(jié)果見表3。

圖4 浸提時間對多糖提取率的影響

表2 苦碟子多糖水浸提工藝響應(yīng)面設(shè)計因素水平表

表3 苦碟子多糖口服液制備工藝響應(yīng)面試驗結(jié)果

2.2.1 建立回歸方程

使用Design-Expert 8.0.6.1對表2試驗結(jié)果進行數(shù)據(jù)分析[15]，得到如表4所示結(jié)果。

根據(jù)表3所示方差分析結(jié)果得水浸提液中多糖提取率（Y）回歸方程為：Y=32.32-3.93A-0.41B-2.65C-1.95D-1.48AB-0.43AC+0.28AD-2.46BC-10.611BD-1.36CD-11.40A2-8.04B2-7.61C2-6.86D2。

由表4所示響應(yīng)面方差分析結(jié)果可知，p＜0.000 1，說明模型擬合程度好，達到極顯著水平。R2=0.931 2，表明試驗?zāi)Ｐ拖嚓P(guān)性較好；R2adj=0.862 4，表明模型可解釋86.24%響應(yīng)值變化，可用于口服液多糖提取率的計算與分析，此試驗方法可行。通過p值和F值可以判斷出，單因素對多糖提取率的影響順序為：浸提溫度（A）＞浸提pH（C）＞浸提時間（D）＞液料比值（B）[16]。

表4 苦碟子多糖口服液水浸提工藝響應(yīng)面試驗方差分析

2.2.2 各因素交互作用對水浸提液中多糖提取率的影響

為了試驗結(jié)果更可靠，進行響應(yīng)曲面分析。響應(yīng)曲面圖可直觀反映各因素與響應(yīng)值間的關(guān)系以及兩兩因素交互作用是否顯著，與回歸模型的方差分析相吻合[17]。

以影響多糖提取率的任意兩因素為對象，剩余兩因素水平值為零，進行降維分析[18]，得到如圖5所示6個開口均朝下響應(yīng)面圖。曲面圖越陡峭，說明因素值變化對多糖提取率影響越大。分析圖5所有曲面可知，液料比值和提取溫度（圖5e）之間存在交互作用，其他因素交互作用不顯著，與表4方差分析結(jié)果一致。由圖5e可知，隨著液料比值與浸提溫度的逐漸增大，多糖提取率逐漸增大，多糖提取率增大到極值后，隨著各因素值的增大略微呈現(xiàn)減小趨勢，故模型有穩(wěn)定點，此點即為多糖提取率最大值。

2.2.3 制備工藝優(yōu)化與模型驗證

經(jīng)過軟件Design Expert 8.0.6.1分析后得出苦碟子多糖水浸提工藝最佳條件為：浸提溫度63.14 ℃、液料比值26.06 mL/g、浸提pH 6.82、浸提時間141.26 min?？紤]實際工作條件，調(diào)整工藝條件為：浸提溫度63.2 ℃、液料比值26.1 mL/g、浸提pH 6.82、浸提時間142 min。在此條件下測得多糖提取率為36.165%±0.45%，與預(yù)測值相差較小。

2.3 苦碟子多糖口服液配方單因素試驗

參考王瑜等[19]，通過模糊數(shù)學(xué)綜合評價添加不同木糖醇時所得產(chǎn)品得到結(jié)果。

進而得到苦碟子多糖口服液感官綜合評分為Y2%=（0.2, 0.36, 0.34, 0.1）×（100, 80, 60, 40）=73.2，同理得Y3%=73.8，Y4%=87.8，Y5%=81.6，Y6%=76.8。

參照木糖醇添加量評判方法評判檸檬酸添加量、紅棗漿添加量、海藻酸鈉添加量，分別計算出檸檬酸添加量：Y0.12%=74.4，Y0.14%=79.0，Y0.16%=88.8，Y0.18%=75.8，Y0.2%=66.4。紅棗漿添加量：Y4%=81.0，Y6%=82.2，Y8%=88.8，Y10%=87.4，Y12%=85.0。海藻酸鈉添加量：Y0%=80.4，Y0.02%=84.6，Y0.04%=87.4，Y0.06%=89.6，Y0.08%=84.0。

由4個單因素結(jié)果得出趨勢圖。初步確定木糖醇、檸檬酸、紅棗漿和海藻酸鈉的較優(yōu)添加量分別為4%，0.16%，8%和0.06%。

2.4 模糊數(shù)學(xué)法結(jié)合正交試驗設(shè)計及結(jié)果

在各因素較優(yōu)3個水平上進行正交試驗（四因素三水平），因素水平表見表5，與單因素試驗評判方法類似，正交試驗設(shè)計及評價結(jié)果見表6。

運用極差方法處理比對，由表6可以看出，4個因素對苦碟子多糖濃縮口服液混合結(jié)果的影響順序為A＞C＞B＞D。通過感官評分，A2B2C2D3組合效果最佳，即木糖醇添加量4%，檸檬酸添加量0.16%，紅棗漿添加量10%，海藻酸鈉添加量0.06%。由于組合A2B2C2D3未被設(shè)計到試驗組中，經(jīng)驗證后其感官評分為85.5±1.2分，此時所得苦碟子多糖口服液入口酸甜適中，具有紅棗香氣，口感適中，可被大眾所接受。

圖6 單因素感官評分趨勢圖

表5 改良口服液四因素三水平表 %

表6 正交試驗設(shè)計及結(jié)果

3 結(jié)論

經(jīng)研究表明，浸提溫度、液料比值、浸提pH和浸提時間均對苦碟子多糖口服液中多糖提取率有不同程度影響。通過Box-Behnken設(shè)計分析，得到苦碟子多糖口服液最佳水浸提工藝為：浸提溫度63.2 ℃、液料比值26.1 mL/g、浸提pH 6.82、浸提時間142 min。在此條件下測得多糖提取率為36.16%±0.45%。

通過模糊數(shù)學(xué)法結(jié)合正交試驗確定苦碟子多糖口服液最佳配方為：木糖醇添加量4%、檸檬酸添加量0.16%、紅棗漿添加量10%、海藻酸鈉添加量0.06%。此條件下制備的苦碟子多糖口服液酸甜可口，口感適中，具有紅棗香氣，大眾接受程度較高，對人體具有保健意義。