應(yīng)用響應(yīng)面法優(yōu)化瑪咖咀嚼片配方

王婧，高如意，徐振秋，畢宇安

1(江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司，江蘇連云港，222001)2(中藥制藥過(guò)程新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇連云港，222001)

瑪咖(maca)為十字花科獨(dú)行菜屬(Lepidium meyemii Walp)塊根類植物，原產(chǎn)秘魯，2011年我國(guó)原衛(wèi)生部批準(zhǔn)瑪咖粉作為新資源食品，并在云南、西藏等地引種種植成功。瑪咖是一種營(yíng)養(yǎng)豐富的安全食物，富含蛋白質(zhì)、糖類、氨基酸以及獨(dú)有的瑪咖烯、瑪咖酰胺，具有增強(qiáng)體力、消除疲勞、提高生育能力、性功能等保健的作用［1-2］。西洋參具有益氣養(yǎng)陰、扶正固本等功能，現(xiàn)代藥理研究證實(shí)，西洋參具有抗疲勞等功效［3］。

咀嚼片食用方便，其生物利用度高，便于攜帶，其工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低。咀嚼片現(xiàn)已廣泛用于食品及保健品研究領(lǐng)域，如山藥咀嚼片［4］、檸檬酸-蘋果酸鈣咀嚼片［5］?，斂Ь捉榔袁斂С⒎?、西洋參超微粉為主要成分，輔以甜菊糖苷功能性甜味劑，制成具有緩解體力疲勞保健功效的咀嚼片，使瑪咖中的功效成分得到充分利用。瑪咖粉因?yàn)楸旧砭哂写碳ば詺馕?，其食用風(fēng)味不佳。因此，本文旨在優(yōu)化確定咀嚼片產(chǎn)品配方，研制出美味可口的瑪咖咀嚼片。

1 儀器與材料

1.1 儀器

WF-20B型萬(wàn)能粉碎機(jī)，江陰永昌藥化機(jī)械有限公司;WFJ-15型超微粉碎機(jī)，江陰豐華藥化機(jī)械有限公司;GHL-50型濕法制粒機(jī)，常州全品制藥設(shè)備有限公司;WK型搖擺式顆粒機(jī)，上海超億制藥機(jī)械設(shè)備;GZX型鼓風(fēng)干燥箱，上海河承工業(yè)設(shè)備有限公司;ZPW-23型旋轉(zhuǎn)壓片機(jī)，江陰天元藥化機(jī)械有限公司。

1.2 材料

瑪咖超微粉、西洋參超微粉，江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司提供;全脂乳粉、木糖醇、麥芽糖醇、甜橙果汁粉、阿巴斯甜、甜菊糖苷、牛奶香精、微晶纖維素、淀粉、糊精、麥芽糊精，均為食品添加劑;乙醇為食用級(jí)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 瑪咖咀嚼片劑量確定

瑪咖是新資源食品，西洋參為可用于保健食品原料，設(shè)計(jì)每日服用瑪咖超微粉1.5 g，西洋參超微粉0.5 g，添加各種輔料后片重為1.0 g/片，成人每日服用量為3片。

2.2 瑪咖咀嚼片制備工藝流程

將瑪咖超微粉、西洋參超微粉與其他原料及填充劑混合攪拌至完全均勻，緩慢加入適量體積分?jǐn)?shù)95%乙醇，使軟材適合制粒為宜，即手握成團(tuán)，推之即散。將制好的軟材擠壓過(guò)16目篩網(wǎng)，于60℃干燥箱中進(jìn)行干燥，干燥終點(diǎn)以顆粒水分降至3%左右為宜。最后以20目篩網(wǎng)整粒。選擇三角形異形沖，片重1.0 g。

2.3 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

選擇10名人士對(duì)產(chǎn)品的感官指標(biāo)即口感、風(fēng)味、外觀、脆碎度、硬度進(jìn)行綜合評(píng)分(10分制)。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 瑪咖咀嚼片感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The sensory grading of maca chewable tablets

2.4 單因素實(shí)驗(yàn)

2.4.1 口感輔料比例的確定

將瑪咖超微粉、西洋超微粉與其30%總質(zhì)量的全脂奶粉、麥芽糊精分別混合直接壓片(1.00g/片)，以口感為主要指標(biāo)選擇出最佳口感輔料種類。而后考察其添加量為15%、20%、25%、30%、35%時(shí)對(duì)咀嚼片綜合感官指標(biāo)的影響，以口感為主要指標(biāo)選擇出最佳口感輔料添加比例。

2.4.1 矯味劑的選擇

在口感輔料的添加量基礎(chǔ)上，將瑪咖超微粉、西洋參超微粉、全脂奶粉總量0.8%的木糖醇、麥芽糖醇、甜橙果汁粉、阿斯巴甜、甜菊糖苷、牛奶香精分別與其直接混合壓片(1.00g/片)，以風(fēng)味作為主要指標(biāo)選擇出最佳矯味劑種類。同時(shí)考察其添加量為0.2%、0.5%、0.8%、1.1%、1.4%時(shí)對(duì)咀嚼片綜合感官指標(biāo)的影響，以風(fēng)味作為主要指標(biāo)選擇出最佳矯味劑添加比例。

2.4.3 填充劑的選擇

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究，需加入適當(dāng)?shù)妮o料，以克服在制劑過(guò)程中黏沖、片重差異大等問(wèn)題。在填充劑的選擇過(guò)程中，在矯正口感輔料和矯味劑添加量基礎(chǔ)上，根據(jù)中間體的性質(zhì)，將其瑪咖超微粉、西洋參超微粉、全脂奶粉、甜菊糖苷總量20%的淀粉、糊精、麥芽糊精分別與其混合，以95%乙醇制軟材，擠壓過(guò)16目篩網(wǎng)，(60±5)℃干燥，20目篩整粒，壓片(1.00g/片)。以產(chǎn)品的口感、風(fēng)味、外觀、脆碎度、硬度為指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，選擇最佳填充劑種類。同時(shí)考察其添加量為15%、20%、25%、30%、35%時(shí)對(duì)咀嚼片綜合感官指標(biāo)的影響，選擇出最佳填充劑添加比例。

2.4.4 潤(rùn)濕劑的選擇

按配方比例分別稱取各原料，共4份，分別加入20%的淀粉混合均勻，分別用體積分?jǐn)?shù)95%、70%、40%乙醇、水制軟材，擠壓過(guò)16目篩網(wǎng)，60±5℃干燥，20目篩整粒，壓片(1.00g/片)。對(duì)產(chǎn)品的綜合感官指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，選擇出最佳潤(rùn)濕劑添加比例。

2.5 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)確定各因素的取值水平范圍，根據(jù)Box-Benhnken的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，分別選取口感輔料比例(A)、矯味劑(B)、填充劑(C)作為自變量，選取3水平的響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)［6-7］。單因素試驗(yàn)涉及的水平及編碼見(jiàn)表2。按低(-1)、中(0)、高(1)3個(gè)水平進(jìn)行編碼，以瑪咖咀嚼片成品的綜合感官評(píng)分作為響應(yīng)值設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)。

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 2 The experimental factors and levels of response surface methodology

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素實(shí)驗(yàn)分析

3.1.1 全脂奶粉添加量對(duì)咀嚼片口感的影響

相同添加量時(shí)，麥芽糊精無(wú)粗糙感、粘牙，全脂奶粉無(wú)粉粒感、無(wú)粗糙感、不粘牙。同時(shí)考察全脂奶粉添加量為15%、20%、25%、30%、35%時(shí)對(duì)咀嚼片品質(zhì)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。隨著全脂奶粉添加量的增加，咀嚼片粉粒感、粗糙程度逐漸減輕，但至35%添加量時(shí)，片劑稍顯粘牙，因此添加量在25%時(shí)達(dá)到較適宜口感，且綜合評(píng)分最高。

圖1 全脂奶粉添加量對(duì)瑪咖咀嚼片品質(zhì)的影響Fig.1 The comprehensive effect of additive content of milk powder of maca chewable tablets

3.1.2 矯味劑添加量對(duì)咀嚼片品質(zhì)的影響

相同添加量時(shí)，木糖醇、麥芽糖醇、甜橙果汁粉、牛奶香精無(wú)法掩蓋西洋參的后苦味，整體風(fēng)味顯苦，甜菊糖苷的加入使得瑪咖咀嚼片口感正常、特有瑪咖風(fēng)味、稍苦。同時(shí)考察其添加量為0.2%、0.5%、0.8%、1.1%、1.4%時(shí)對(duì)咀嚼片品質(zhì)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 甜菊糖苷添加量對(duì)瑪咖咀嚼片品質(zhì)的影響Fig.2 The comprehensive effect of additive content of proportions of stevioside of maca chewable tablets

隨著添加量的增多，片劑甜味逐漸增加，達(dá)到1.4%時(shí)，甜度稍顯過(guò)甜，因此添加量在0.8%時(shí)達(dá)到較適宜口感，且綜合評(píng)分最高。

3.1.3 填充劑的添加量對(duì)咀嚼片品質(zhì)的影響

結(jié)果表明，淀粉作為填充劑時(shí)片劑外觀光潔最佳，脆碎度為0.3%，硬度為7.0 kg。麥芽糊精與微晶纖維素分別添加后，片劑外觀斷面，脆碎度升高至0.7%，硬度降低至5.2 kg。

同時(shí)考察淀粉添加量10%、15%、20%、25%、30%時(shí)對(duì)咀嚼片品質(zhì)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。隨著淀粉添加量的增加，片劑碎脆度隨之減小，硬度逐漸上升，至20%添加量時(shí)，碎脆度合格，硬度適中，繼續(xù)增加添加量，硬度過(guò)大，不易咀嚼。

圖3 淀粉添加量對(duì)瑪咖咀嚼片品質(zhì)的影響Fig.3 The comprehensive effect of additive content of maca chewable tablets

3.2 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)分析

3.2.1 回歸模型的顯著性檢驗(yàn)和方差分析

各因素經(jīng)過(guò)回歸擬合后，得到綜合評(píng)分對(duì)全脂奶粉、甜菊糖苷、淀粉的二次多項(xiàng)回歸方程為:Y=9.11-0.17A+0.24B+0.11C-0.45AB-0.25AC+0.025BC-0.67 A2-0.89 B2-1.39 C2。由表4可知，該模型極顯著(P＜0.01);失擬項(xiàng)不顯著(P=0.1761＞0.05)，該模型選擇合理，可以用回歸方程對(duì)配方進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。該方程相關(guān)系數(shù)R2和判定系數(shù)分別為0.981 0和0.957 1，說(shuō)明方程可信度較高;變異系數(shù)CV為1.96%，較低，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)操作可信。綜上說(shuō)明該模型方程擬合指標(biāo)與配方比例關(guān)系程度良好。

回歸方程系數(shù)的顯著性分析結(jié)果表明，甜菊糖苷添加量對(duì)咀嚼片品質(zhì)的影響極顯著(P＜0.01)，全脂奶粉添加量對(duì)咀嚼片品質(zhì)的影響顯著(P＜0.05);A和B以及A和C的交互項(xiàng)回歸系數(shù)均顯著(P＜0.01或P＜0.05)，表明全脂奶粉、甜菊糖苷及淀粉的添加有一定的交互作用，而其他項(xiàng)之間的影響不顯著。比較三維響應(yīng)面圖(圖4～圖6)可知，全脂奶粉與甜菊糖苷對(duì)咀嚼片品質(zhì)的影響極顯著，其曲線較陡;全脂奶粉與淀粉的影響相比次之，其曲線較為平滑，這與回歸方程各項(xiàng)方差分析的結(jié)果相一致。

表3 中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)及響應(yīng)值表Table 3 Central composite design and response value

表4 回歸方程方差分析Table 4 Variance analysis of regression equation

圖4 全脂奶粉和甜菊糖苷對(duì)片劑感官的影響Fig.4 The sensory effect of milk powder and starch stevioside of maca chewable tablets

圖5 全脂奶粉和淀粉對(duì)片劑感官的影響Fig.5 The sensory effect of milk powder and starch of maca chewable tablets

圖6 甜菊糖苷和淀粉對(duì)片劑感官的影響Fig.6 The sensory effect of stevioside and starch of maca chewable tablets

3.2.2 最佳配方與模型驗(yàn)證

根據(jù)三維響應(yīng)面圖可以看出，擬合面存在真實(shí)的最大值，因此對(duì)回歸方程取一階偏導(dǎo)，可得如下3個(gè)方程:0.17+0.45B+0.25C+1.34A=0;0.24-0.45A+0.025C-1.78B=0;0.11-0.25A+0.025B-2.78C=0。通過(guò)對(duì)二次多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型的解逆矩陣，求出最佳配方為:全脂奶粉23.00%，甜菊糖苷0.84%，淀粉20.58%。根據(jù)得出的最佳配方，驗(yàn)證回歸模型的有效性，通過(guò)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)測(cè)綜合感官評(píng)分為9.12，回歸模型預(yù)測(cè)綜合感官評(píng)分可達(dá)9.15，實(shí)際測(cè)定值比理論預(yù)測(cè)值低0.03，兩值較接近，說(shuō)明該模型是合理有效，此回歸方程能較好地預(yù)測(cè)理論綜合感官評(píng)分，具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

經(jīng)多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定最佳配方為全脂奶粉23.00%，甜菊糖苷0.84%，淀粉20.58%，所得瑪咖咀嚼片表面完整光滑、色澤均勻，口感好，硬度適當(dāng)。瑪咖具有特殊風(fēng)味，具有顯著地保健功效，將其制成保健食品，對(duì)于瑪咖的市場(chǎng)推廣具有重要意義。

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