高原紅樹莓咀嚼片制備工藝的響應(yīng)面優(yōu)化及感官評(píng)價(jià)

桑丁巴毛，任小莉，許丹，王進(jìn)英，宋洋波

1.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院（西寧 810016）；2.青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院（西寧 810016）

紅樹莓（Rubusi daeusL.）屬于薔薇科植物，主要分布在中國(guó)、日本、北美和俄羅斯北半球的溫帶地區(qū)。據(jù)《本草綱目》記載，紅樹莓可以補(bǔ)肝明目，助陽(yáng)固精[1]。漿果中含有黃酮、鞣花酸、維生素、多糖等具有抗氧化、抗腫瘤和抗衰老等生理功能的成分[2]，但其水分含量高，不耐貯藏，因此適合加工成產(chǎn)品[3]，如果粉、果醬、果凍等[4-5]。果粉吸濕性強(qiáng)，因此它的儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本很高，為此，咀嚼片在世界范圍內(nèi)得到了發(fā)展。片劑的優(yōu)點(diǎn)是降低了運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本、具有良好的口感、消費(fèi)者接受度高[6-7]。咀嚼片輔料中矯味劑可以改善咀嚼片的口感，填充劑改善原料的可壓縮性和流動(dòng)性，潤(rùn)滑劑防止壓片過程中粘連、改善咀嚼片外觀[8]。近年來，咀嚼片的相關(guān)研究也有很多。許牡丹等[9]通過造粒工藝優(yōu)化獼猴桃秋葵咀嚼片。岳鳳麗等[10]采用粉末直接壓片法制備黃瓜咀嚼片。黃華花等[11]以刺梨為原料，采用粉末直接壓片法制備刺梨片。

目前，對(duì)于紅樹莓的獨(dú)特產(chǎn)品很少見，沒有體現(xiàn)出紅樹莓特有的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和感官特性。因此，試驗(yàn)以真空冷凍干燥的紅樹莓粉為主料，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化紅樹莓咀嚼片的制作工藝，采用粉末直接壓片法工藝省去了造濕粒、干燥后壓片等繁雜工藝流程，縮短了生產(chǎn)周期，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

青海紅樹莓原果（青海大通景陽(yáng)公司）；脫脂奶粉（食品級(jí)，四川澳新維爾生國(guó)際貿(mào)易有限公司），麥芽糊精（食品級(jí)，河南千志商貿(mào)有限公司）；微晶纖維素、甘露醇、乳糖（食品級(jí)，河南萬(wàn)邦實(shí)業(yè)有限公司）；硬脂酸鎂（食品級(jí)，浙江一諾生物科技有限公司）；95%乙醇（食品級(jí)，河南鑫河陽(yáng)酒精有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

JA 1003電子天平（上海良平儀器有限公司）；SY-3D片劑四用測(cè)定儀（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；ZP-5小型旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)（長(zhǎng)沙中亞制備有限公司）；JYL-C93T打漿機(jī)（九陽(yáng)股份有限公司）；0.150 mm分級(jí)篩（紹興市上虞寶成儀器設(shè)備有限公司）；CS55-9真空冷凍干燥箱（基因有限公司）；FW-100高速粉碎機(jī)（天津市泰斯特儀器有限公司）；DHG 9070 A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

紅樹莓果實(shí)→微波解凍→磨漿→冷凍→干燥→粉碎→過篩→混合均勻→壓片→干燥→滅菌→成品

挑選優(yōu)質(zhì)青海紅樹莓為原料，經(jīng)磨漿、冷凍干燥處理后粉碎，果漿、果渣粉和片劑輔料均過0.150 mm篩，添加輔料（麥芽糊精、脫脂乳粉、甘露醇、微晶纖維素和乳糖）和潤(rùn)濕劑（95%乙醇），混合均勻后壓片，過0.150 mm篩，最后用壓片機(jī)壓片成形，放入鼓風(fēng)干燥箱干燥1 h后取出咀嚼片，最后在紫外線下殺菌20 min。

1.3.2 關(guān)鍵工藝及試驗(yàn)環(huán)節(jié)

1.3.21 微波解凍

將速凍樹莓平鋪于平皿后置于微波爐中，調(diào)至解凍檔進(jìn)行解凍（800 W），解凍30 s。

1.3.22 磨漿

將樹莓整果放入打漿機(jī)中打漿，用0.250 mm篩網(wǎng)分離果籽與果漿。

1.3.23 干燥

首先將紅樹莓樣品放置于-80 ℃條件下預(yù)冷24 h，選用真空冷凍干燥機(jī)，在-55 ℃干燥48 h。

1.3.24 粉碎

將泡沫狀的凍干果漿和果籽樣品在高速粉碎機(jī)中粉碎，因果籽有堅(jiān)硬的外殼，故粉碎3～4次，粉碎樣品細(xì)度可過0.150 mm篩。

1.3.25 壓片成型

紅樹莓果漿粉和紅樹莓果籽粉（3∶1，W/W）與輔料混合后，在旋轉(zhuǎn)壓片機(jī)上直接壓片成形。

1.3.3 片劑配方的確定

1.3.31 填充劑添加量的確定

固定配方中其他的輔料種類及用量保持不變，麥芽糊精、微晶纖維素、乳糖，分別按1∶1∶1，2∶1∶1，1∶2∶1，1∶1∶2，1∶2∶2，2∶2∶1和2∶1∶2的質(zhì)量比，以粉末休止角作為考察指標(biāo)，對(duì)填充劑的最佳用量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.4 紅樹莓咀嚼片制備工藝單因素試驗(yàn)

進(jìn)行一組單因素試驗(yàn)時(shí)，固定其他條件：潤(rùn)濕劑添加量2 mL/100 g、轉(zhuǎn)速20 r/min、填充劑添加量35%。

1.4.1 潤(rùn)濕劑（95%乙醇）添加量的確定

設(shè)置轉(zhuǎn)速20 r/min、填充劑添加量35%，在此基礎(chǔ)上，研究不同添加量的潤(rùn)濕劑（1，1.5，2，2.5和3 mL/100 g）對(duì)紅樹莓咀嚼片品質(zhì)的影響。

1.4.2 轉(zhuǎn)速的確定

在最優(yōu)潤(rùn)濕劑添加量的基礎(chǔ)上，研究不同的轉(zhuǎn)速（10，15，20，25和30 r/min）對(duì)紅樹莓咀嚼片品質(zhì)的影響。

1.4.3 填充劑（麥芽糊精、微晶纖維素、乳糖）添加量的確定

在最優(yōu)潤(rùn)濕劑（95%乙醇）添加量和轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上，研究不同添加量（25%，30%，35%，40%和45%）的填充劑（麥芽糊精、微晶纖維素、乳糖，1∶2∶2）對(duì)紅樹莓咀嚼片品質(zhì)的影響。

1.5 響應(yīng)面試驗(yàn)確定紅樹莓咀嚼片的最佳工藝

以單因素試驗(yàn)為基礎(chǔ)，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)進(jìn)行響應(yīng)面法分析，優(yōu)化咀嚼片制備工藝。自變量包括轉(zhuǎn)速（A）、潤(rùn)濕劑添加量（B）、填充劑添加量（C），綜合評(píng)分為響應(yīng)值。因素水平具體設(shè)計(jì)表見表1。并由軟件Origin Pro 2022、Design-Expert 12兩個(gè)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素及水平

1.6 綜合評(píng)分計(jì)算方法

綜合評(píng)定值是采用多指標(biāo)綜合評(píng)分的方法優(yōu)化壓片的工藝參數(shù)，取片重差異（ɑ1）、硬度（ɑ2）及脆碎度（ɑ3）的綜合評(píng)定值作為優(yōu)化指標(biāo)，即綜合評(píng)定值為各指標(biāo)評(píng)分值之和（Y=ɑ1+ɑ2+ɑ3）。其中硬度指標(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、脆碎度2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、10倍作為評(píng)定值，綜合評(píng)定值的大小直接反映了產(chǎn)品的成型性，片重不足時(shí)計(jì)為0[12]。

1.7 各指標(biāo)測(cè)定方法

1.7.1 休止角的測(cè)定

休止角是一個(gè)與顆粒間摩擦或顆粒間運(yùn)動(dòng)阻力有關(guān)的特性[13]。采用固定高度的漏斗法測(cè)定，通過測(cè)量粉末落入漏斗所形成的錐體和底部的高度。休止角按式（1）計(jì)算。

式中：α為休止角，°；h為錐體高度，cm；r為錐體直徑，cm。

1.7.2 硬度的測(cè)定

硬度測(cè)試用于測(cè)定片劑在搬運(yùn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中對(duì)機(jī)械沖擊的抵抗力。取20片咀嚼片，分別放入片劑四用測(cè)定儀中測(cè)定徑向硬度，計(jì)算平均值[14]。將咀嚼片置于儀器的兩個(gè)壓板之間，調(diào)整好直徑，然后操作儀器使壓板沿咀嚼片的直徑方向緩緩加壓，當(dāng)咀嚼片剛剛破碎時(shí)，儀器所顯示的壓力即為該咀嚼片的硬度。

1.7.3 片重差異的測(cè)定

根據(jù)文獻(xiàn)[15]，按照《中國(guó)藥典》2015版規(guī)定的片劑重量差異法進(jìn)行重量測(cè)定。

1.7.4 脆碎度的測(cè)定

取20片咀嚼片，精密稱重后放入片劑四用測(cè)定儀中，按100 r/min處理后取出精密稱重，計(jì)算減失質(zhì)量與樣品原質(zhì)量比值[16]。

1.8 感官評(píng)價(jià)產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)

感官評(píng)定方法[17]采用百分制評(píng)分法：選取10名身體狀況良好、沒有任何感官問題的食品科學(xué)與工程類專業(yè)學(xué)生組成評(píng)定小組，對(duì)紅樹莓咀嚼片的外觀、色澤、風(fēng)味、口感、質(zhì)地5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，按百分制進(jìn)行評(píng)分，感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 樹莓咀嚼片感官評(píng)分表

1.9 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)重復(fù)3次后，數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”報(bào)告。采用Origin 2019繪圖軟件作圖，使用Design-Expert 12軟件進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 填充劑的選擇結(jié)果

由表3可知，填充劑對(duì)片劑質(zhì)量的影響明顯。以麥芽糊精、微晶纖維、乳糖為填充劑且為1∶2∶2時(shí)，粉末的休止角最小，流動(dòng)性良好，符合片劑制備要求。

表3 粉體休止角的選擇結(jié)果

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 壓片機(jī)旋轉(zhuǎn)速度對(duì)綜合評(píng)分的影響

根據(jù)圖1可以看出，隨著壓片機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度逐漸加快，綜合評(píng)分呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)速在15～20 r/min時(shí)，綜合評(píng)分增值幅度較大，可能是旋轉(zhuǎn)速度的加快有利于產(chǎn)品的成型。轉(zhuǎn)速在20～25 r/min時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度太快導(dǎo)致壓片時(shí)片劑表面的細(xì)粉被沖頭和沖模黏附，使產(chǎn)品的外觀受損，所以綜合評(píng)分減小。壓片機(jī)的轉(zhuǎn)速過慢也有可能會(huì)導(dǎo)致綜合評(píng)分下降，是因?yàn)槲锪喜荒軌虻玫匠浞值姆e壓和剪切，當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)的速度為20 r/min時(shí)，綜合評(píng)分最佳為26分，這是由于物料在壓片機(jī)中停留時(shí)間適中，物料受到充分的擠壓和剪切力。因此選取壓片機(jī)速度15，20和25 r/min進(jìn)行下一步試驗(yàn)。

圖1 轉(zhuǎn)速對(duì)綜合評(píng)分的影響（n=3）

2.2.2 填充劑添加量對(duì)綜合評(píng)分的影響

由圖2可知，當(dāng)填充劑（麥芽糊精、微晶纖維素、乳糖）添加量不斷增加時(shí)，綜合評(píng)分呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)。填充劑不斷增加會(huì)使紅樹莓咀嚼片的硬度隨之增大，脆碎度會(huì)隨著硬度的增加而脆碎性較好，當(dāng)填充劑添加量為35%時(shí)，硬度、脆碎度適中，綜合評(píng)分為29分。填充劑添加量大于35%時(shí)咀嚼片的硬度過硬，從而使咀嚼片的脆碎度下降。

圖2 填充劑添加量對(duì)綜合評(píng)分的影響（n=3）

2.2.3 潤(rùn)濕劑添加量對(duì)綜合評(píng)分的影響

由圖3可知，潤(rùn)濕劑的添加量從1 mL/100 g增加到1.5 mL/100 g時(shí)，綜合評(píng)分隨著潤(rùn)濕劑添加量的增加而增加，是因?yàn)橛捕葧?huì)隨著潤(rùn)濕劑添加量的增加而增加。當(dāng)潤(rùn)濕劑添加量為2 mL/100 g時(shí)，咀嚼片的硬度、脆碎度適中，綜合評(píng)分最高（30分）。當(dāng)潤(rùn)濕劑添加量大于2 mL/100 g時(shí)，質(zhì)量差異增加，綜合評(píng)分下降。因此選取潤(rùn)濕劑添加量1.5，2和2.5 mL/100 g進(jìn)行下一步試驗(yàn)。

圖3 潤(rùn)濕劑添加量對(duì)綜合評(píng)分的影響（n=3）

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果分析

2.3.1 回歸方程的建立與方差分析

對(duì)回歸模型的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析（表4），建立二次響應(yīng)面回歸模型，得到綜合評(píng)分（Y）的二次多元回歸方程：Y=44.01-1.01A+4.18B+0.59C+3.31AB+0.065AC-0.17BC-16.89A2-8.17B2-3.30C2。

表4 咀嚼片響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

表4以及表5中回歸模型的方差分析結(jié)果顯示，回歸模型P＜0.01，說明方程模型極顯著，失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），決定系數(shù)R2為0.917 5，顯示出該模型擬合性良好，能夠使用該模型對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。潤(rùn)濕劑添加量（B）、平方項(xiàng)（A2、B2）的P值均小于0.05，說明這些因素對(duì)綜合評(píng)分有顯著影響，然而其他因素對(duì)其無顯著影響（P＞0.05）。由F值可以看出，各因素對(duì)綜合評(píng)分的影響大小表現(xiàn)為B＞A＞C，即潤(rùn)濕劑添加量＞旋轉(zhuǎn)速度＞填充劑添加量。

表5 回歸模型方差分析

2.3.2 響應(yīng)面及等高線圖分析

為了更好地可視化不同試驗(yàn)因素變量對(duì)響應(yīng)變量效應(yīng)的相互作用，三維響應(yīng)面和等高線圖顯示了兩個(gè)試驗(yàn)變量對(duì)反應(yīng)的影響。響應(yīng)面坡度的陡峭程度決定了兩個(gè)因素之間的差異是否明顯[18-19]。等高線圖中，等高線形狀呈現(xiàn)橢圓形說明兩因素交互作用明顯，等高線呈現(xiàn)圓形則表示兩因素交互作用不明顯?？梢钥闯?，圖4（b）～圖6（b）的等高線圖表明其交互作用不顯著，這與表5分析結(jié)果一致。圖4（a）顯示了轉(zhuǎn)速和潤(rùn)濕劑添加量對(duì)綜合評(píng)分的影響，可以看出，在20 r/min和2 mL時(shí)綜合評(píng)分最大。圖5（a）顯示了轉(zhuǎn)速和填充劑添加量對(duì)綜合評(píng)分的影響，可以看出，在20 r/min和35%時(shí)綜合評(píng)分最大。圖6（a）顯示了潤(rùn)濕劑添加量和填充劑添加量對(duì)綜合評(píng)分的影響，可以看出，在2 mL和35%時(shí)綜合評(píng)分最大。

圖4 轉(zhuǎn)速和潤(rùn)濕劑添加量對(duì)綜合評(píng)分影響的交互作用

圖6 潤(rùn)濕劑添加量和填充劑添加量對(duì)綜合評(píng)分影響的交互作用

2.3.3 回歸模型驗(yàn)證試驗(yàn)

經(jīng)過Design-Expert 12軟件自動(dòng)分析得到紅樹莓咀嚼片的最佳制備工藝：旋轉(zhuǎn)速度19.98 r/min、潤(rùn)濕劑添加量2.13 mL/100 g、填充劑添加量35.42%。為了便于試驗(yàn)操作，將最佳制備工藝修正為旋轉(zhuǎn)速度20 r/min、潤(rùn)濕劑添加量2 mL/100 g、填充劑添加量35%，對(duì)優(yōu)化后的工藝進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，綜合評(píng)分為45.69分。制備的紅樹莓片劑經(jīng)過質(zhì)量指標(biāo)測(cè)定硬度大于30 N，片重差異在±7.5%范圍內(nèi)，失重率小于0.5%，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 感官評(píng)分結(jié)果分析

如圖7所示，綠色圖形的各頂點(diǎn)上的點(diǎn)表示10名感官評(píng)分者的各項(xiàng)評(píng)分均值，各項(xiàng)指標(biāo)上的點(diǎn)表示（除綠色圖形頂點(diǎn)上的點(diǎn)）每個(gè)感官評(píng)分者對(duì)青海全果片作出的評(píng)分。青海全果紅樹莓咀嚼片的品質(zhì)較好，但在五個(gè)評(píng)分指標(biāo)相比之下，風(fēng)味的分值最高，表明青海全果咀嚼片具有紅樹莓特有的香味，而質(zhì)地和色澤的分值較低，可能是由個(gè)人喜好的偏差或果粉添加量的差異所造成。

圖7 樹莓咀嚼片感官評(píng)分

3 討論

Li等[20]、Shen等[21]、Ray等[22]在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)利用真空冷凍干燥法保留了原料香、色、味、外觀和功能性成分。因此選用真空冷凍干燥法干燥紅樹莓。咀嚼片中原料的用量會(huì)影響片劑中輔料的比例，而輔料的比例會(huì)影響片劑的各項(xiàng)指標(biāo)[23]。所以，應(yīng)將輔料的添加量控制在適宜的范圍內(nèi)。從試驗(yàn)結(jié)果可知，加入大量的填充劑會(huì)導(dǎo)致咀嚼片的硬度偏高；反之，咀嚼片會(huì)出現(xiàn)破裂、松動(dòng)、碎裂和其他現(xiàn)象。在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，添加麥芽糊精不足以使咀嚼片成型，這與張夢(mèng)宇等[24]、馮愛博等[25]、劉維汐等[26]等試驗(yàn)結(jié)果相似。當(dāng)以2 mL/100 g的劑量加入95%的乙醇時(shí)，在這種條件下制得咀嚼片硬度適中，不易掉粉。低于2 mL/100 g時(shí)，易松片，高于2 mL/100 g，咀嚼片黏沖嚴(yán)重。較大的粉體顆粒會(huì)使咀嚼片難以壓縮，從而使制備的咀嚼片硬度低，片劑的耐用性減弱，與沖頭接觸的材料比表面積增加，出現(xiàn)黏合沖擊現(xiàn)象[27-28]，粉末顆粒尺寸太小，休止角太大，流動(dòng)性差，難以形成咀嚼片。在此次試驗(yàn)中，主、輔料通過0.150 mm篩，粉末粒徑適中，更容易壓縮，不易破碎。直接壓片法壓片過程中，模壁壓力隨著壓片速度的增加而增加，是因?yàn)閴簩?shí)時(shí)模壁摩擦的增加往往會(huì)增加壓實(shí)過程中的模壁壓力，容易封蓋或粘附，導(dǎo)致質(zhì)量差異增加，這與Uzondu等[29]的研究結(jié)果一致。此次研究以客觀綜合評(píng)分作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，與桑葚火龍果復(fù)合咀嚼片[30]、金橘咀嚼片[31]和蘆筍獼猴桃超微粉咀嚼片[32]一致。未來研究可以考慮研究相對(duì)濕度如何影響樹莓粉末混合物和片劑。

4 結(jié)論

此研究以響應(yīng)面法優(yōu)化了紅樹莓咀嚼片的制備工藝，得到的最佳工藝條件為旋轉(zhuǎn)速度20 r/min、潤(rùn)濕劑添加量2 mL/100 g、填充劑添加量35%；制備的紅樹莓片劑經(jīng)過質(zhì)量指標(biāo)測(cè)定硬度大于30 N，片重差異在±7.5%范圍內(nèi)，失重率小于0.5%，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。且經(jīng)驗(yàn)證性試驗(yàn)得到紅樹莓咀嚼片最優(yōu)綜合評(píng)分為46.59分。通過此研究，獲得了紅樹莓咀嚼片制備工藝，為發(fā)展青海紅樹莓資源提供了一種新的實(shí)踐理念和理論基礎(chǔ)。