復(fù)方鈣制劑物性及感官評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

李海枝，劉義鳳，潘聰，于有強(qiáng)，崔立柱,2，龐賓，何協(xié)勛，夏凱

（1.中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司，功能主食創(chuàng)制與慢病營養(yǎng)干預(yù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100015）（2.河北工程大學(xué)生命科學(xué)與食品工程學(xué)院，河北邯鄲 056038）（3.錦喬生物科技有限公司，安徽宿州 200233）（4.錦旗生物科技有限公司，中國臺(tái)灣 74442）

鈣在人體生長發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用，人體鈣的短缺會(huì)引發(fā)一系列疾病，例如佝僂病、嬰幼兒手足抽搐，老年人骨質(zhì)疏松，同時(shí)也會(huì)引發(fā)高血壓、冠心病等，因此鈣制劑的研發(fā)越來越受到人們的關(guān)注[1,2]。一般鈣源的選擇有四種，分別為：無機(jī)鈣、有機(jī)酸鈣、氨基酸螯合鈣以及肽鈣復(fù)合物[3]。無機(jī)鈣鈣含量較多，但在其吸收過程中會(huì)消耗大量胃酸；有機(jī)酸鈣含鈣量低但口感較好；而氨基酸螯合鈣和肽鈣復(fù)合物，兩者皆可以整體的形式被小腸吸收，因此成為補(bǔ)鈣產(chǎn)品的優(yōu)選鈣源[4,5]。在補(bǔ)鈣產(chǎn)品的研發(fā)過程中，除鈣源的選擇之外，促鈣吸收原料的選擇也極其重要。研究表明，腸道菌群可使益生元發(fā)酵產(chǎn)生有機(jī)酸，降低腸道pH值，提高礦物質(zhì)溶解度，可被適當(dāng)添加于補(bǔ)鈣產(chǎn)品中以促進(jìn)鈣吸收[6-8]。

產(chǎn)品的原料選擇、口感以及氣味一直是產(chǎn)品研發(fā)的要點(diǎn)。而針對(duì)口感及氣味大多靠專業(yè)人士的感官評(píng)價(jià)去判別，主觀因素較大，重復(fù)性較差。因此，隨著現(xiàn)代儀器的發(fā)展，智能感官仿生儀器逐漸受到關(guān)注[9]。近年來，國內(nèi)已開始利用電子鼻、電子舌對(duì)樣品進(jìn)行感官分析，相比較人體感官評(píng)價(jià)更具有準(zhǔn)確性。電子舌和電子鼻是由化學(xué)傳感器和適宜的模式識(shí)別系統(tǒng)構(gòu)成，能從樣品的響應(yīng)信號(hào)得到樣品的綜合評(píng)價(jià)信息，也就是“指紋數(shù)據(jù)”。它們不僅可以對(duì)不同樣品的香氣和口感信息進(jìn)行簡單的對(duì)比分析，而且可以通過采集標(biāo)樣信息建立數(shù)據(jù)庫,利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)未知樣品進(jìn)行定性和定量分析[10,11]。

因此，本文首先對(duì)復(fù)方鈣制劑進(jìn)行制粒，對(duì)制粒前后的粒徑以及粉體特性進(jìn)行比較；其次以所研發(fā)的復(fù)方鈣制劑以及市場(chǎng)上銷售較好的品牌為研究對(duì)象，建立物理性質(zhì)以及感官評(píng)價(jià)體系，為補(bǔ)鈣產(chǎn)品的研發(fā)提供評(píng)價(jià)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

酪蛋白磷酸肽（Casein Phosphopeptide，CPP；Protein≥80%)，上海麥克林生化科劑有限公司；乳酸鈣，鹽城海嘉諾生物工程有限公司；碳酸鈣、L-天門冬氨酸鈣、維生素D3，上海勵(lì)成營養(yǎng)產(chǎn)品科技有限公司；麥芽糊精，保齡寶生物股份有限公司；水蘇糖，中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院；自制復(fù)方鈣制劑（A），從藥店購買市場(chǎng)銷售量較高的，排名較前的兩款補(bǔ)鈣產(chǎn)品：品牌B，品牌C。

PL203型電子精密天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；多重光散射儀Turbiscan Tower，法國Formulaction公司；S3500激光粒度分析儀，美國麥奇克有限公司；BT-1001型智能粉體特性測(cè)試儀，丹東百特儀器有限公司；WBF-1型多功能流化床實(shí)驗(yàn)機(jī)，重慶英格制藥機(jī)械有限公司；FOX 4000型電子鼻，法國Alpha MOS公司；TS-5000Z Handling Tutorial型電子舌，日本Insent公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 復(fù)方鈣制劑的制備

對(duì)于補(bǔ)鈣而言，鈣源的選擇是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，因此選擇不同階段的鈣源即碳酸鈣、乳酸鈣以及L-天門冬氨酸鈣并以一定比例進(jìn)行混合。普通鈣源進(jìn)入胃部環(huán)境中會(huì)被解離出Ca2+，繼而在腸道堿性環(huán)境中生成沉淀[12,13]，因此需在復(fù)方鈣制劑中添加防止Ca2+沉淀的輔料，有研究表明水蘇糖可加快雙歧桿菌的繁殖，而雙歧桿菌可產(chǎn)生L-乳酸，增加鈣溶解度，促進(jìn)鈣吸收[14,15]；維生素D3經(jīng)過肝腎的羥化作用可轉(zhuǎn)變成 1,25-二羥基維生素 D3(1,25(OH)2D3)對(duì)鈣吸收的跨細(xì)胞途徑有一定促進(jìn)作用[16]；此外還發(fā)現(xiàn)CPP可以有效防止Ca2+沉淀[17,18]，因此在配方中添加CPP、水蘇糖以及維生素D3。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)，且多次的試驗(yàn)篩選，最終確定復(fù)方鈣制劑配方如表1中A所示，與其進(jìn)行對(duì)比的產(chǎn)品配方為B和C。

將表中自制樣品A的各原料混合均勻后，通過流化床制粒干燥后得到成品。高速制粒技術(shù)參數(shù)為：風(fēng)機(jī)設(shè)定頻率為20.00 Hz，反吹次數(shù)為3次，進(jìn)風(fēng)溫度50.00 ℃。

表1 補(bǔ)鈣產(chǎn)品原料Table 1 Calcium supplement product raw materials

1.2.2 復(fù)方鈣制劑顆粒粒徑的測(cè)定

利用激光粒度分析儀測(cè)定復(fù)方鈣制劑的平均粒徑及粒度分布，采用干法分析[19]。

1.2.3 復(fù)方鈣制劑顆粒粉體特性測(cè)定

經(jīng)過智能粉體特性測(cè)定儀的操作步驟，分別安裝不同的配件，依次測(cè)出復(fù)方鈣制劑顆粒的休止角、崩潰角、差角、平板角、振實(shí)密度、松裝密度等參數(shù)。

1.2.4 復(fù)方鈣制劑粉末潤濕性的測(cè)定

試驗(yàn)根據(jù)黃燾[20]的方法進(jìn)行了修改，準(zhǔn)確稱量2 g補(bǔ)鈣產(chǎn)品，用自制的沖調(diào)性測(cè)定裝置將其撒布于溫度為40 ℃的200 mL水中，然后用秒表測(cè)定其在靜置條件下補(bǔ)鈣產(chǎn)品顆粒全部潤濕并沒入水中所需要的時(shí)間。潤濕時(shí)間越短，表明補(bǔ)鈣產(chǎn)品在水中的潤濕性越好。每個(gè)樣品重復(fù)檢測(cè)5次，結(jié)果取平均值，對(duì)比三種補(bǔ)鈣產(chǎn)品的潤濕性。

1.2.5 復(fù)方鈣制劑粉末溶解性的測(cè)定

在樣品池中加入15 mL蒸餾水，再將2 g補(bǔ)鈣產(chǎn)品倒入樣品池，不攪拌。測(cè)量溫度為 25 ℃，粉末倒入的同時(shí)，多重光散射儀（Turbiscan）開始對(duì)樣品進(jìn)行掃描，時(shí)間為1 h。

1.2.6 復(fù)方鈣制劑氣味分析

以B、C兩種產(chǎn)品為對(duì)照，將三種補(bǔ)鈣產(chǎn)品樣品分別以料液為1:8溶于60 ℃溫水后取1.5 mL于頂空瓶中，用電子鼻檢測(cè)，檢測(cè)參數(shù)如下：在5000 r/min的頂空振蕩轉(zhuǎn)速條件下，數(shù)據(jù)采集時(shí)間為120 s時(shí)足夠觀察各傳感器響應(yīng)的最大值；采樣時(shí)間延遲為1080 s時(shí)，傳感響應(yīng)都能回到基線上，即已完成對(duì)傳感器的凈化；在頂空溫度為50 ℃，注射體積4000 μL時(shí)，T/P型傳感器響應(yīng)曲線的最大值基本都在 0.2～0.9之間。因此，所選試驗(yàn)參數(shù)如下：儀器參數(shù)：采集時(shí)間（s）：120；數(shù)據(jù)采集延遲（s）：1080；進(jìn)樣量（μL）：5000；進(jìn)樣速度（μL/s）：1000；孵化期（s）：180；孵化溫度（℃）：70；注射器溫度（℃）：90。

電子舌技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的一種分析、識(shí)別液體“味道”的新型檢測(cè)手段。電信號(hào)經(jīng)過處理，最后反映樣品味道特征的技術(shù)。操作方法為：樣品配制如1.2.6，沖調(diào)后放入電子舌樣品杯，每種樣品兩杯，待測(cè)。每個(gè)樣品循環(huán)測(cè)定4次，舍棄一次數(shù)據(jù)，取其中3次數(shù)據(jù)用于結(jié)果分析，測(cè)定的味覺包括酸味（Sourness）、甜味（Sweetness）、苦味（Bitterness）、咸味（Saltiness）、鮮味（Umami）、澀味（Astringency）、鮮回味（豐富度）（Richness）等。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Origin 8.5軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，顯著性水平為p＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)方鈣制劑物性評(píng)價(jià)

2.1.1 流化床制粒前后的粒徑分布

鄭文成公嘗語，曾赴京見一儒士，云：“汝國《牧隱集》最好，可與黃蘇頡頑?！盵15](徐居正《筆苑雜記》，P302)

通過激光粒度儀測(cè)出制粒前后復(fù)方鈣制劑的粒徑分布。從圖1可知，制粒前的粒徑分布有較明顯的峰，分別在80.00 μm左右，而制粒后的復(fù)方鈣制劑粒徑普遍增大，主要在300.00 μm左右。粒徑的增大可以大大減少包裝與使用過程中粉塵飛揚(yáng)的程度，避免損失，且可以增加鈣制劑的流動(dòng)性。

圖1 復(fù)方鈣制劑制粒前后的粒徑分布Fig.1 Particle size distribution of compound calcium preparation before and after granulation

2.1.2 復(fù)方鈣制劑制粒前后的粉體特性

表2 鈣制劑制粒前后的粉體特性Table 2 Powder properties of calcium preparation before and after granulation

通過智能粉體特性測(cè)定儀和激光粒度儀的聯(lián)合使用，評(píng)價(jià)復(fù)方鈣制劑制粒前后的粉體特性差異。從表2可以看出，未制粒的粉體粒度較小且較分散，制粒后的粉體粒度增大且分布集中。產(chǎn)品的流動(dòng)性指數(shù)由休止角、平板角、均齊度和壓縮度共同決定[21]，制粒后復(fù)方鈣制劑的均齊度比制粒前有所升高，壓縮度從未制粒的27.69%降低至制粒后的2.70%，這主要是由于制粒后粉體顆粒增大，顆粒間的孔隙度增大造成的，壓縮度越小，粉體的流動(dòng)性越好。由于粒徑增大且趨于均勻，其流動(dòng)性指數(shù)從67.00提高至80.00，有利于生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的包裝[22]。

2.1.3 復(fù)方鈣制劑潤濕性比較

圖2 不同品牌補(bǔ)鈣產(chǎn)品潤濕性比較Fig.2 Comparison of wettability of calcium supplements of different brands

不同品牌補(bǔ)鈣產(chǎn)品的潤濕性見圖2，從圖中可以看出，復(fù)方鈣制劑A，潤濕時(shí)間是10.25 s；與A相比，品牌B無顯著性差異，且潤濕時(shí)間為9.80 s；而潤濕時(shí)間＜10 s時(shí)，表明樣品具有良好的潤濕性。反之，品牌C具有顯著性差異（p＜0.05），其潤濕時(shí)間均＞20.00 s。表明，復(fù)方鈣制劑與品牌 B具有良好的潤濕性，而品牌C的潤濕性表現(xiàn)不理想。

2.1.4 復(fù)方鈣制劑溶解性比較

圖3 不同品牌補(bǔ)鈣產(chǎn)品穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)比較Fig.3 Stability dynamics comparison of calcium supplements of different brands

圖4 不同品牌補(bǔ)鈣產(chǎn)品的光掃描圖Fig.4 Optical scanning of calcium supplements of different brands

表3 電子舌測(cè)試味覺指標(biāo)Table 3 Electronic tongue test taste indicator

運(yùn)用 Turbiscan多重光散射儀對(duì)制粒前后以及與其它兩種品牌的溶解性進(jìn)行比較[23]。Turbiscan多重光散射儀可深入研究高濃度分散體系的不穩(wěn)定性機(jī)理，其主要表征指標(biāo)—穩(wěn)定性指數(shù)（Turbiscan Stability Index，TSI）能夠定量顆粒遷移速度及變化程度，TSI值越小，所測(cè)樣品越穩(wěn)定。如圖3，復(fù)方鈣制劑制粒后，TSI小于制粒前，表明制粒后樣品的穩(wěn)定性高于制粒前。但其復(fù)方鈣制劑與其它兩種品牌的穩(wěn)定性相比較略低。圖4為不同補(bǔ)鈣產(chǎn)品背散射光隨時(shí)間變化的光掃描圖，未制粒時(shí)，復(fù)方鈣制劑背散射光較強(qiáng)，粉末溶于水后，沉入底部在較長時(shí)間內(nèi)未溶解；而在制粒后透射光減弱，表明制粒后的復(fù)方鈣制劑溶解性增強(qiáng)；三種補(bǔ)鈣產(chǎn)品相比，品牌B底部背散射光更強(qiáng)，而品牌C整體透射光相比其它兩種更強(qiáng)。在溶解性方面：品牌 C＞制粒后復(fù)方鈣制劑＞未制粒復(fù)方鈣制劑＞品牌B。

2.2 補(bǔ)鈣產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)分析

2.2.1 補(bǔ)鈣產(chǎn)品口味分析

2.2.1.1 各項(xiàng)味覺指標(biāo)的區(qū)分度

以復(fù)方鈣制劑粉和2款對(duì)照品作為研究對(duì)象，對(duì)三次試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果如表3。當(dāng)m2值小于50.00時(shí)，說明這幾種樣品的味覺指標(biāo)有明顯差異。除了豐富度差異不大，其他各項(xiàng)味覺指標(biāo)區(qū)分度較好。

2.2.1.2 整體味覺指標(biāo)主成分（principal component analysis，PCA）分析

圖5為二維主成分得分圖，橫坐標(biāo)代表主成分PC1，縱坐標(biāo)代表主成分 PC2，圖中的一個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)檢測(cè)樣品，主成分的貢獻(xiàn)率代表主成分所包含的原始信息量。圖中PC1的貢獻(xiàn)率為96.40%，PC2的貢獻(xiàn)率為3.35%，總貢獻(xiàn)率為99.75%，此數(shù)據(jù)說明主成分已能較好地反映原來多指標(biāo)的信息，且復(fù)方鈣制劑與其它兩種對(duì)照品的味覺指標(biāo)有一定的差異性。

圖5 味覺指標(biāo)PCA分析Fig.5 PCA analysis of taste indicators

2.2.1.3 復(fù)方鈣制劑與對(duì)照品口味分析結(jié)果

通過對(duì)復(fù)方鈣制劑與市售2款產(chǎn)品的9種味道雷達(dá)圖圖6的分析表明。所有鈣產(chǎn)品的酸味和鮮味分散較開，說明鈣產(chǎn)品在這兩種味道上可以區(qū)分的開，其中復(fù)方鈣制劑的酸味和鮮味居中；而A的咸味與C接近，略低于B；其次，三種產(chǎn)品的甜味、苦味、澀味以及豐富度接近。總體分析可知：補(bǔ)鈣產(chǎn)品A酸味、鮮味適宜，苦味值較低，口感較好。

圖6 三種樣品的電子舌雷達(dá)圖Fig.6 Electronic tongue radar map of the three samples

2.2.1.4 復(fù)方鈣制劑與對(duì)照品具體味覺特征分析

圖7 三種樣品鮮苦甜味道的比較Fig.7 Comparison of fresh sweet and bitter tastes of three samples

圖7為三種鈣產(chǎn)品的鮮味與苦味以及甜味的三維味覺圖。從圖可以看出，電子舌可以有效區(qū)分不同鈣產(chǎn)品的鮮味與苦味以及甜味的味感差異。圖中橫坐標(biāo)代表鮮味，縱坐標(biāo)代表苦味，氣泡的大小代表甜度，數(shù)值越大代表相應(yīng)的味覺值越強(qiáng)。因此圖中表明，復(fù)方鈣制劑的苦味、鮮味以及甜味介于市場(chǎng)上銷售良好的兩種鈣產(chǎn)品之間，口感溫和，甜味適中，易于接受。

2.2.2 復(fù)方鈣制劑氣味分析

2.2.2.1 樣品氣味的主成分分析（PCA）

在利用電子鼻分析樣品氣味時(shí)，主成分分析中的貢獻(xiàn)率越大，主成分則可以更好的反應(yīng)氣味指標(biāo)的信息。圖8為3個(gè)補(bǔ)鈣產(chǎn)品的氣味主成分分析圖，第一主成分和第二主成分的總貢獻(xiàn)率達(dá)到了99.95%。一般情況下兩個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率超過70.00%即可使用，因此電子鼻足可以收集樣品信息。從主成分分析圖中可以看出，復(fù)方鈣制劑A與品牌B氣味接近，而C在主成分PC1左側(cè)，與A、B區(qū)分度較明顯。從三種樣品的雷達(dá)圖圖9可以看出，復(fù)方鈣制劑A與品牌B在所有傳感器上均不能較好的區(qū)分，但兩者與品牌C的區(qū)分度較大，推測(cè)可能是由于復(fù)方鈣制劑未添加香精且原料中有機(jī)物含量少于品牌C的緣故。以上結(jié)果表明，所研制的復(fù)方鈣制劑氣味趨于大眾化，容易被大部分消費(fèi)者接受。

圖8 氣味的PCA分析Fig.8 PCA analysis of odor

圖9 三種樣品的電子鼻雷達(dá)圖Fig.9 Electronic nose radar diagram of three samples

2.2.2.2 樣品氣味的判別因子分析（discriminant factor analysis, DFA）

圖10 判別因子分析Fig.10 DFA analysis of odor analysis

判別因子分析(DFA)是可以使不同鈣類數(shù)據(jù)的差異盡量擴(kuò)大，同類數(shù)據(jù)盡量的差異盡量縮小的一種分類技術(shù)。圖10中時(shí)三種補(bǔ)鈣產(chǎn)品的氣味DFA分析圖，分析得到判別因子1和2的貢獻(xiàn)率分別為99.86%和0.14%，表明這三種補(bǔ)鈣產(chǎn)品的氣味可以實(shí)現(xiàn)有效區(qū)分和判別。

3 結(jié)論

3.1 本文復(fù)方鈣制劑通過高速制粒的生產(chǎn)工藝顯著提高了粉體的流動(dòng)性，流動(dòng)性指數(shù)從 69.00上升到80.00；制粒后的粉體粒徑主要分布在300.00 μm左右，提高了產(chǎn)品的流動(dòng)性，更利于包裝。對(duì)比三種補(bǔ)鈣產(chǎn)品，復(fù)方鈣制劑A與品牌B的潤濕性好皆在10.00 s左右，而品牌C的潤濕性較差；制粒后復(fù)方鈣制劑的穩(wěn)定性與溶解性皆處于品牌A與品牌B之間。最后，利用電子鼻和電子舌對(duì)復(fù)方鈣制劑以及市場(chǎng)上銷售良好的兩款補(bǔ)鈣產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比得出，復(fù)方鈣制劑口感溫和，甜味適中，且氣味趨于大眾化，整體是易于讓消費(fèi)者接受的。

3.2 本文通過對(duì)比不同補(bǔ)鈣產(chǎn)品的粉體特性、溶解性以及潤濕性等物理性質(zhì)，以及對(duì)氣味和口感的感官評(píng)價(jià)，建立了一套較完整的補(bǔ)鈣產(chǎn)品的評(píng)價(jià)體系。通過此評(píng)價(jià)體系，可以確保所研發(fā)的補(bǔ)鈣產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中是否有利于包裝，運(yùn)輸；是否符合消費(fèi)者口感，為補(bǔ)鈣產(chǎn)品的研發(fā)以及加工提供理論依據(jù)。