響應(yīng)面法優(yōu)化金銀花茶精制備工藝研究

劉征輝，崔施展，魏 曼，王 騰，劉永進(jìn)，趙云平，賈東升,*

（1.天津市農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所，天津 300381；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，河北 石家莊 050051）

金銀花為忍冬科植物忍冬(Lonicera japonica Thunb.)的干燥花蕾或帶初開的花，具有清熱解毒、疏散風(fēng)熱的功效，臨床用于治療溫病發(fā)熱，熱毒血痢，癰瘍風(fēng)熱感冒，支氣管炎等癥[1-5]。金銀花作為藥食同源的中藥，因其富含多種生物活性成分，被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，目前市售金銀花相關(guān)產(chǎn)品主要包括金銀花飲品、金銀花露、金銀花糖果等[6-7]，固體飲料具有服用劑量大、攜帶服用方便等特點(diǎn)，越來越受到消費(fèi)者的廣泛認(rèn)可[8-9]。本研究以綠原酸得率為考察指標(biāo)，優(yōu)化金銀花綠原酸提取工藝；以口感、溶解性及澄清度為考察指標(biāo)，優(yōu)化金銀花茶精配方及制備工藝，旨在開發(fā)一款金銀花固體飲料，豐富金銀花深加工產(chǎn)品的種類。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

金銀花，購于河北省安國(guó)中藥材專業(yè)市場(chǎng)；綠原酸標(biāo)準(zhǔn)品（批號(hào)110753-202024），中國(guó)食品藥品檢定研究院；100～200目中性氧化鋁（色譜純），上海國(guó)藥集團(tuán)；乙醇（分析純），天津市凱通化學(xué)試劑有限公司；香草醛，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；高氯酸（分析純），天津政成化學(xué)制品有限公司；冰乙酸（分析純），德國(guó)巴斯夫（中國(guó)）有限公司；麥芽糊精，西王藥業(yè)有限公司；甘露醇，河南味銘化工產(chǎn)品有限公司；微粉硅膠，青島裕民源硅膠試劑廠；白砂糖、檸檬酸，河南華森食品配料有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

MS105DU型電子天平，梅特勤-托利多公司；752PC型紫外光可見分光光度計(jì)，上海光譜儀器有限公司；HWS-12恒溫水浴鍋，上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；TN型提取濃縮機(jī)組、GLP型高速離心噴霧干燥機(jī)，無錫市旺盛機(jī)械廠；GL1-25干法制粒機(jī)，張家港市開創(chuàng)機(jī)械制造有限公司。

1.2 方法

以金銀花為原料，以綠原酸得率為考察指標(biāo)，優(yōu)化金銀花中綠原酸提取工藝；以感官評(píng)分為指標(biāo)，篩選金銀花茶精配方；進(jìn)行干法制粒，制備金銀花茶精。

1.2.1 金銀花茶精制備工藝流程

1.2.2 金銀花中綠原酸提取工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.2.1 料液比對(duì)綠原酸得率的影響

以金銀花為原料，以水為溶劑，在提取時(shí)間為2 h，提取次數(shù)為2次的條件下，考察料液比為1∶6、1∶8、1∶10、1∶12（g/mL）時(shí)對(duì)綠原酸得率的影響，平行試驗(yàn)3次，計(jì)算并比較綠原酸得率。

1.2.2.2 提取時(shí)間對(duì)綠原酸得率的影響

固定料液比1∶8（g/mL），提取次數(shù)2次，考察提取時(shí)間分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h時(shí)對(duì)綠原酸得率的影響，平行試驗(yàn)3次，計(jì)算并比較綠原酸得率。

1.2.2.3 提取次數(shù)對(duì)綠原酸得率的影響

固定料液比1∶8（g/mL），提取時(shí)間1.5 h，考察提取次數(shù)分別為1次、2次、3次時(shí)對(duì)綠原酸得率的影響，平行試驗(yàn)3次，計(jì)算并比較綠原酸得率。

1.2.3 金銀花中綠原酸提取工藝響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

結(jié)合單因素試驗(yàn)，利用響應(yīng)面優(yōu)化法，考察料液比、提取時(shí)間、提取次數(shù)對(duì)綠原酸得率的影響（見表1），確定合理可行的綠原酸提取工藝。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)表Table 1 Response surface factor level table

1.2.4 綠原酸得率的測(cè)定方法

精密稱取綠原酸對(duì)照品，用50%甲醇配制成86.4μg/mL綠原酸溶液，備用。分別量取綠原酸對(duì)照品溶液1、2、3、4、5 mL置于25 mL容量瓶中，加濃度為50%的甲醇稀釋至刻度，以濃度為50%的甲醇為空白對(duì)照，用紫外分光光度計(jì)在327 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到下述方程：

式中：Y表示樣品吸光度；X表示樣品濃度。

從標(biāo)準(zhǔn)曲線可知，綠原酸在3.456～17.28μg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

按照上述方法測(cè)定金銀花提取液中綠原酸濃度，計(jì)算綠原酸得率，計(jì)算公式如下：

綠原酸得率（%）=C×V×稀釋倍數(shù)/M×100

式中：C表示提取液綠原酸濃度；V表示提取液體積；M表示金銀花質(zhì)量。

1.2.5 金銀花茶精配方確定

以不同濃度的金銀花提取液干燥粉、乳糖、低聚果糖、白砂糖和檸檬酸為原料配制金銀花茶飲品[10-11]，依照表2分別對(duì)飲品的口感、溶解性及澄清度進(jìn)行評(píng)分[12-15]，得分最高的確定為產(chǎn)品最終配方。

表2 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table2 Sensory evaluation criteria

1.2.6 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS20.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（xˉ±s）表示，差異比較采用LSD-t檢驗(yàn)，以P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 金銀花中綠原酸提取工藝優(yōu)化結(jié)果

2.1.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1.1 溶劑用量

由表3可知，隨著水用量的增大，綠原酸得率有增大的趨勢(shì)，與料液比為1∶6（g/mL）相比，料液比為1∶8、1∶10、1∶12（g/mL）時(shí)，綠原酸得率顯著增高（P＜0.05），料液比大于1∶8（g/mL）時(shí)，綠原酸得率變化不顯著，達(dá)到1∶12（g/mL）時(shí)綠原酸得率不但不增加，反而降低，故料液比選擇為1∶8（g/mL）。

表3 料液比對(duì)綠原酸得率的影響Table3 Effect of material-liquid ratioon extraction yield of chlorogenic acid

2.1.1.2 提取時(shí)間

由表4可知，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，綠原酸得率逐漸增加。與提取時(shí)間為1.5 h相比，提取時(shí)間低于1.5 h時(shí)，綠原酸得率變化顯著（P＜0.05）；提取時(shí)間大于1.5 h時(shí)，綠原酸得率增加不顯著。故提取時(shí)間選擇為1.5 h。

表4 提取時(shí)間對(duì)綠原酸得率的影響Table 4 Effect of extraction time on extraction yield of chlorogenic acid

2.1.1.3 提取次數(shù)

由表5可知，當(dāng)提取次數(shù)為1次時(shí)，綠原酸得率較低；當(dāng)提取次數(shù)為2次時(shí)綠原酸得率顯著增高，達(dá)到6.46%；當(dāng)提取次數(shù)為3次時(shí)綠原酸得率雖然有所增加，但增加不顯著。故提取次數(shù)選擇為2次。

表5 提取次數(shù)對(duì)綠原酸得率的影響Table 5 The effect of extraction times on extraction rate of chlorogenic acid

2.1.2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

結(jié)合單因素試驗(yàn)結(jié)果，以料液比、提取時(shí)間、提取次數(shù)為自變量，以綠原酸得率為響應(yīng)值，利用響應(yīng)面優(yōu)化法，對(duì)金銀花中綠原酸提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表6。

表6 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 6 Response surface experiment design and results

利用Design-Expert 8.06軟件對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得到以綠原酸得率為響應(yīng)值的回歸方程：Y=1.62+0.11A+0.085B+0.024C+0.035AB+0.22AC+0.07BC-0.39A2-0.08B2-0.15C2。為檢驗(yàn)回歸方程的有效性及各因素對(duì)綠原酸得率的影響程度，對(duì)回歸方程進(jìn)行可信度分析和方差分析，結(jié)果見表7和表8。

表7 回歸方程的可信度分析Table 7 Reliability analysis of regression equation

由表7可以看出，方程的R2為0.991 3，表明因變量與所考察自變量之間的線性關(guān)系顯著，說明該方程擬合度較高，可用該模型對(duì)綠原酸得率進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。變異系數(shù)較小，為2.91%，說明試驗(yàn)穩(wěn)定性較高。從表8可以看出，回歸模型P＜0.000 1，回歸模型達(dá)到極顯著水平，說明模型擬合程度良好，試驗(yàn)誤差??；失擬項(xiàng)P=0.265 1＞0.05，不顯著，說明未知因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果干擾小，殘差均由隨機(jī)誤差引起，該模型可用。對(duì)回歸方程各項(xiàng)方差的進(jìn)一步分析可知，料液比和提取時(shí)間的P＜0.01，說明這兩個(gè)因素對(duì)綠原酸得率影響極顯著；3個(gè)因素的二次項(xiàng)對(duì)綠原酸得率的影響均達(dá)到極顯著水平，交互項(xiàng)AC和BC對(duì)綠原酸得率的影響極顯著，交互項(xiàng)AB對(duì)綠原酸提取得率影響不顯著。在所選的各因素水平范圍內(nèi)，對(duì)綠原酸得率的影響排序?yàn)锳＞B＞C，即：料液比＞提取時(shí)間＞提取次數(shù)。各因素對(duì)綠原酸得率影響響應(yīng)面圖見圖1。

表8 回歸模型的方差分析及顯著性檢驗(yàn)Table8 Analysis of variance and significance test of regression model

從圖1中的等高線圖及3D響應(yīng)面圖可直觀地看出3個(gè)影響因素對(duì)響應(yīng)值的影響及變化趨勢(shì)，找出最優(yōu)參數(shù)。此試驗(yàn)在所選范圍內(nèi)回歸模型存在最大值，最佳落點(diǎn)在試驗(yàn)考察的區(qū)域內(nèi)。最佳提取工藝為：料液比1∶8（g/mL），提取時(shí)間1.91 h，提取次數(shù)2.51，此時(shí)綠原酸得率理論最大值為6.68%。

圖1 各因素交互作用對(duì)金銀花中綠原酸得率影響的響應(yīng)面圖Fig.1 Responsesurface map of the influence of interaction of variousfactors on extraction rate of chlorogenic acid from honeysuckle

2.1.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證模型的可靠性，采用修正的最佳提取條件：料液比1∶8（g/mL），提取時(shí)間2 h，提取次數(shù)2次，對(duì)提取工藝進(jìn)行驗(yàn)證，平行試驗(yàn)3次，綠原酸得率平均值為6.62%，與理論預(yù)測(cè)值非常接近，證明該回歸模型具有可靠性。

2.2 金銀花提取物粉的制備

在料液比為1∶8（g/mL），提取時(shí)間為2 h，提取次數(shù)為2次的條件下對(duì)金銀花進(jìn)行提取，然后在60℃條件下對(duì)提取液進(jìn)行濃縮，提取液濃縮至相對(duì)密度1.05～1.07時(shí)，添加飲片投料量30%的麥芽糊精，在干燥溫度為進(jìn)風(fēng)溫度170℃、出風(fēng)溫度85℃，塔內(nèi)壓強(qiáng)為-40～-30 Pa的條件下噴霧干燥，收集干燥粉即得金銀花提取物粉。

2.3 金銀花茶精的調(diào)配及制粒

根據(jù)感官評(píng)分，通過單因素試驗(yàn)，最終確定產(chǎn)品配方為金銀花提取物粉60%、乳糖20%、低聚果糖10%、白砂糖8%、檸檬酸2%。在滾輪壓力1.5 MPa條件下進(jìn)行干法制粒，得到成品金銀花茶精，用該配方制得的金銀花茶精口感好、溶解迅速、溶液澄清，感官評(píng)分為75分。

3 結(jié)論

本研究最終確定金銀花中綠原酸提取工藝為：料液比1∶8（g/mL），提取時(shí)間2 h，提取次數(shù)2次，提取液濃縮至相對(duì)密度1.05～1.07時(shí)添加飲片投料量30%的麥芽糊精，在干燥溫度為進(jìn)風(fēng)溫度170℃、出風(fēng)溫度為85℃，塔內(nèi)壓強(qiáng)-40～-30 Pa的條件下進(jìn)行噴霧干燥，得到金銀花提取物粉。按照金銀花提取物粉60%、乳糖20%、低聚果糖10%、白砂糖8%、檸檬酸2%的比例配料后進(jìn)行干法制粒，即得金銀花茶精。制備的金銀花茶精口感好、溶解迅速、溶液澄清，感官評(píng)分為75分。