D-最優(yōu)混料設計優(yōu)化樹莓平菇解酒片主料配比

張麗姿，高涵，田益玲，陸文靜，何俊萍

（河北農(nóng)業(yè)大學 食品科技學院，河北保定 071000）

我國酒文化底蘊深厚、源遠流長，幾乎對每一位炎黃子孫都有影響[1]。酒是由醇、水、酸、酮以及雜環(huán)化合物等有機化合物組成的，其中水和乙醇（又名酒精）的含量約為98%，并且對人體傷害最大的成分就是乙醇[2]。醫(yī)學證明，適量飲酒可以消除疲勞、促進睡眠、活血通絡，但是過量飲酒則會危害人體健康。通過一些發(fā)達國家的研究表明，很多死亡率和發(fā)病率較高的疾病都在一定程度上和酒精相關疾病有關[3]。醉酒和酒精中毒已成為我國公共衛(wèi)生問題，它在給家庭、社會帶來極大的危害的同時，也對人體的神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)等多系統(tǒng)造成一定的傷害。有資料顯示，大量急性飲酒可引起頭疼、惡心、嘔吐、注意力不集中、記憶力減退、情緒不穩(wěn)定、意識和行為失控導致的交通事故以及急性死亡等嚴重后果[4-6]。如果長期飲酒則會引起酒精性肝病、肝硬化、食管癌以及胃癌等。隨著社會的發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的提高，飲酒的同時又不醉酒成為許多人所追求的目標。因此探討如何迅速降解酒精，保護機體肝臟是一個值得關注的熱門課題[7-10]。

紅樹莓不僅果實中含有鞣花酸、水楊酸、黃酮和多糖等活性成分，而且其枝葉中也含有一些果實中特有的活性成分。但每年樹莓產(chǎn)果后的枝條都會被砍掉，而造成大面積的浪費和環(huán)境污染等問題。食用菌類不僅含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，還具有獨特的藥用保健價值。本試驗用廢棄的樹莓枝條取代普通的木屑添加到平菇菌袋中充當培養(yǎng)基，經(jīng)驗證所培育的平菇中鞣花酸含量為0.219 mg/g（干重），而未使用紅樹莓枝培育的平菇中鞣花酸含量幾乎為0，由于紅樹莓中富含的鞣花酸和其聚合物以及其他化合物具有解酒功能，故結(jié)合傳統(tǒng)藥膳進行平菇解酒片的開發(fā)。

最優(yōu)混料設計是一種將D-最優(yōu)化設計應用于混料試驗中的設計方法[11]，該試驗方法主要研究響應變量與各試驗因素的不同比例之間的關系，只與各因素的總量有關且與各因素單個含量無關。因為此方法具有信息量充分、試驗次數(shù)少、多目標同步優(yōu)化和參數(shù)預測精度高等特點被廣泛應用到化工、農(nóng)藥、農(nóng)林、食品、冶金等行業(yè)[12-14]。本試驗使用軟件Design Expert（V.8.0.6）中的混料設計中的D-Optional方法，以小米粉、苦蕎粉、平菇粉、葛花粉、拐棗粉為主要原料設計解酒片的最佳主料配方，以體外乙醇脫氫酶（alcohol dehydrogenase，ADH）的激活率為評價指標。建立各組分不同比例與ADH激活率之間的回歸模型，考察該配方中各組分的交互作用對響應值的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅樹莓枝條：產(chǎn)于河北邢臺；小米：市售；苦蕎、葛花、拐棗：保定中藥材公司，產(chǎn)地江西；無水乙醇、甲醇、乙酸乙酯、焦磷酸鈉：均為分析純，天津市凱通化學試劑有限公司；氧化型輔酶I（酶活≥500 U/mg）、乙醇脫氫酶（酶活≥500 U/mg）：北京索萊寶科技有限公司；解酒藥HANGOVER：medicura每德公司。

1.2 儀器與設備

HC-800Y1超微粉碎機：臺灣欣鎮(zhèn)有限公司；80目標準檢驗篩PT20：浙江上虞市華豐五金儀器有限公司；BS214D精密分析天平：上海雙旭電子有限公司；HW?SY11電熱恒溫水浴鍋：北京市長風儀器儀表公司；KQ-500DE數(shù)控超聲波清洗機：昆山市超聲儀器有限公司；UV-2008H紫外可見分光光度計：上海UNIC公司；RE-52旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠；TD4-5K離心機：湖南易達京華儀器公司；101-0型電熱鼓風干燥箱：上海錦屏儀器儀表有限公司通州分公司。

1.3 方法

1.3.1 配方的混料設計

將A小米粉、B苦蕎粉、C蘑菇粉、D葛花粉、E拐棗粉按照Design Expert軟件設計的最優(yōu)混料設計（optimal mixture design）試驗組合進行配比，設計方案見表1，各因子的體積總和為1。本試驗對每種材料在配方中所占的比例進行了限制，為了達到良好的外觀、較好的口感和理想的功效，設置蘑菇粉（C）的含量不高于 0.3，葛花粉（D）含量不高于 0.2，拐棗粉（E）含量不高于0.1，故各指標的設定方案見表1所示。

表1 各指標的設定Table 1 Settings of each indicator

1.3.2 體外乙醇脫氫酶激活率的測定

準確稱取各粉末，充分混合均勻后取5 g混合粉末與燒杯中，定容于50 mL的容量瓶中，充分振蕩搖勻，5 000 r/min離心10 min，取上清液即為待測溶液。

乙醇脫氫酶活力測定通常采用瓦勒-霍赫法[15-18]。主要操作方法為：首先在試管中加入1.5 mL pH值為8.8的焦磷酸鈉溶液，再加入濃度為0.027 mol/L的氧化型輔酶I（NAD+）1.0 mL、濃度為11.5%的乙醇水溶液0.5 mL和0.1 mL的上述待測溶液，充分振蕩搖勻后置于25℃水浴鍋中保溫5 min，待保溫結(jié)束后立即向試管中加入0.25 U/mL的乙醇脫氫酶（ADH）0.1 mL，混勻后立即用分光光度計在340 nm波長下測定吸光度A340，每隔10s記錄一次A340，連續(xù)記錄5 min。用0.5 mL蒸餾水代替11.5%的乙醇水溶液做調(diào)零空白對照，用0.1 mL蒸餾水代替樣品溶液做陰性對照，以等體積市售的解酒藥HANGOVER（medicura每德公司）為陽性對照。

計算每分鐘A340的增加值（△A340）值，根據(jù)生成的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 （nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）在340 nm時摩爾消光系數(shù)為6.2，計算ADH的活力單位，ADH的活力以每分鐘生成 NADH 的納摩爾（nmol/min）表示，按公式（1）計算ADH活力，并按公式（2）計算激活率：

式中：R為ADH激活率，%；U1為樣品的ADH活力；U0為陰性對照組的ADH活力。結(jié)果平行測定3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 ADH激活率的試驗結(jié)果

按照軟件設計的試驗組合進行復配，共25組試驗，試驗方案和結(jié)果見表2。應用Design-expert軟件對響應值ADH激活率的試驗值進行二次多項回歸擬合，建立乙醇脫氫酶激活率的回歸模型，回歸模型方程如下：

ADH激活率=+8.42A+10.43B+42.65C+67.77D-118.30E-14.13AB-61.94AC-42.22AD+133.05AE-61.66BC-47.56BD+141.65BE-87.59CD+111.45CE+244.58DE

表2 設計方案和結(jié)果Table 2 Design scheme and results

2.2 最優(yōu)混料設計方差分析

通過對模型進行回歸與方差分析見表3。

表3 二次多項回歸模型方差分析Table 3 Regression model analysis of variance

由表3可知，ADH激活率的線性擬合模型達到極顯著水平（P＜0.01），同時多元相關系數(shù) R2=0.956 4，且失擬項在0.05水平上不顯著，說明該模型與試驗情況擬合較好，其中 AC、BC 達到顯著水平（P＜0.05），AB 達到極顯著水平（P＜0.01），故自變量與響應值之間的線性關系顯著；校正后的判定系數(shù)R2Adj=0.895 2，表明該模型方程很好的擬合了ADH激活率指標與所用主料配方的比例關系。

2.3 組分交互作用對ADH激活率的影響

在混料試驗設計中可以根據(jù)三元等值線圖直觀反映各原料組分的變化對乙醇脫氫酶激活率的影響，固定其中的兩種組分，比較其他3種組分的交互作用對響應值的影響。由軟件得到小米粉、苦蕎粉、蘑菇粉、葛花粉和拐棗粉交互作用的3D曲線圖和三元等值線圖如圖1所示。

從圖1中可以看出，響應面圖均為曲面圖，說明這5種原料粉之間具有一定的交互作用。

2.4 配方優(yōu)化

根據(jù)三角曲面試驗結(jié)果和對各組分的限制條件，使小米粉的添加量盡可能大，因為小米粉可以賦予醒酒咀嚼片獨特的香味和口感。經(jīng)Design Expert軟件優(yōu)化得到的最佳配方為：小米粉31.2%、苦蕎粉21.7%、平菇粉20.5%、葛花粉16.8%、拐棗粉9.8%，在該條件下對ADH的激活率達到最大。軟件進行數(shù)據(jù)分析給出了達到或者接近目標響應值的多個組合，并提供了預測值。對其中的5個組合進行驗證試驗，每組進行5次驗證，去掉一個最大值和一個最小值取剩下的平均值，驗證試驗結(jié)果如表4。

圖1 小米粉、苦蕎粉、蘑菇粉、葛花粉、拐棗粉對ADH激活率交互影響的三維曲面圖和等高線圖Fig.1 Three-dimensional surface map and contour map of the interaction of millet powder，bitter powder，mushroom powder，peony powder and jujube powder on ADH activation rate

表4 驗證試驗Table 4 Verification test

由表4可以看出試驗值和給出的預測值基本吻合，本試驗優(yōu)化得到的最佳最佳主料配比參數(shù)準確可靠，說明該試驗的模型擬合度較高。其中組合1對乙醇脫氫酶的激活率最高達到。

對優(yōu)化得到的最佳配方進行復配，并與市售解酒藥HANGOVER（medicura每德公司）對乙醇脫氫酶的激活率進行驗證比較，結(jié)果如表5所示，說明此方法得到的醒酒咀嚼片有一定的功效。

表5 驗證與比較Table 5 Verification and comparison

3 結(jié)論

本試驗采用D-最優(yōu)混料設計的方法，以乙醇脫氫酶的激活率大小為醒酒咀嚼片的評價指標，對主料配方小米粉、苦蕎粉、蘑菇粉、葛花粉和拐棗粉的混合復配比例進行優(yōu)化。通過建立評價指標的回歸模型，對原料各組分間交互作用進行分析比較，同時通過結(jié)合混料設計軟件的優(yōu)化功能，并通過驗證試驗得到最佳配方：小米粉31.2%、苦蕎粉21.7%、蘑菇粉20.5%、葛花粉16.8%、拐棗粉9.8%，在該條件下對ADH的激活率最大達到15.87%，驗證試驗結(jié)果與預測值相吻合，說明該試驗得到的模型比較可靠，可以快速有效的應用于解酒咀嚼片的設計以及優(yōu)化中，這種方法不僅能有效的減少試驗次數(shù)，還可以獲得較優(yōu)的配方，從而提高解酒片的品質(zhì)功能。