星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化復(fù)方竹茹植物固體飲料的處方

劉雅婷，李會(huì)耘，李明慧，馮露星，唐雨菲，陳衛(wèi)衛(wèi)

（廣西中醫(yī)藥大學(xué)，南寧 530200）

竹茹（Bamboo shavings）又名青竹茹、淡竹茹等，是禾本科植物青稈竹莖稈的干燥中間層，具有清熱化痰、除煩止嘔的功效，是臨床常用中藥之一，也被衛(wèi)生部批準(zhǔn)為可用于保健食品的物品［1，2］。以藥食同源的竹茹、陳皮、茯苓、白茅根、干姜為原料組成的復(fù)方竹茹植物固體涼茶，是在中醫(yī)體質(zhì)學(xué)說(shuō)理論的指導(dǎo)下，遵循“分消濕濁，清泄伏火”的法則［3］配制而成，對(duì)濕熱質(zhì)人群具有濕熱分消、理氣健脾、胃氣調(diào)和的功效［4］。

研究擬在前期試驗(yàn)確定的最佳水提工藝的基礎(chǔ)上，將液體飲料與顆粒形式結(jié)合，開(kāi)發(fā)固體飲料［5］，即復(fù)方竹茹植物固體飲料。以稀釋劑配比（甘露醇∶糊精）、稀釋劑用量（干膏粉∶稀釋劑）為考察因素，以顆粒成型率、水分、休止角等為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)單因素試驗(yàn)和星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面試驗(yàn)確定最佳成型工藝參數(shù)，并采用濕法制粒法制得復(fù)方竹茹植物固體涼茶，以滿(mǎn)足成型需要。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

竹茹、陳皮、茯苓、白茅根、干姜購(gòu)自廣西仙茱中藥科技有限公司、南寧生源中藥飲片有限責(zé)任公司及湖南藥圣堂中藥科技有限公司，經(jīng)廣西中醫(yī)藥大學(xué)寧小清高級(jí)試驗(yàn)師鑒定，分別為禾本科植物青稈竹（Bambusa tuldoidesMunro）莖稈的干燥中間層、蕓香科植物橘（Citrus reticulataBlanco）及其栽培變種的干燥成熟果皮、多孔菌科真菌茯苓［Poria cocos（Schw.）Wolf］的干燥菌核、禾本科植物白茅［Impera?ta cylindrica Beauv.var.major（Nees）C.E.Hubb.］的 干燥根莖、姜科植物姜（Zingiber officinaleRosc.）的干燥根莖。可溶性淀粉，安徽山河藥用稀釋劑股份有限公司；糊精，中糧生化能源（公主嶺）有限公司；微晶纖維素，山東光大科技發(fā)展有限公司；甘露醇，青島明月海藻集團(tuán)有限公司；乳糖，鎮(zhèn)江市康富生物工程有限公司；95%乙醇，成都市科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

BS224S電子天平，北京賽多利斯系統(tǒng)儀器有限公司；HH-S4數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇市醫(yī)療儀器廠；GZX-9420MBE電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；TYPE WBZ-10智能化靜態(tài)微波真空干燥機(jī)，貴陽(yáng)新奇微波工業(yè)有限責(zé)任公司；萬(wàn)能打粉機(jī)，上海菲力博實(shí)業(yè)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 復(fù)方竹茹植物固體飲料制備工藝流程 竹茹、陳皮、茯苓、白茅根、干姜→浸提→過(guò)濾→濃縮成清膏→干燥成干膏→打粉→添加稀釋劑→制軟材→制?！稍铩！善贰?/p>

1.3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)及測(cè)定方法

1）顆粒成型率。按2015年版《中國(guó)藥典》四部通則0982“粒度和粒度分布測(cè)定法”項(xiàng)下“雙篩分法”測(cè)定。能通過(guò)一號(hào)篩但不能通過(guò)五號(hào)篩的顆粒為合格顆粒。

顆粒成型率=（合格顆粒重量/顆?？傊亓浚?00%。

2）含水量。按2015年版《中國(guó)藥典》四部通則0832“水分測(cè)定法”項(xiàng)下“烘干法”進(jìn)行測(cè)定?！妒称钒踩珖?guó)家標(biāo)準(zhǔn) 飲料》（GB7101-2015）［6］規(guī)定，固體飲料的含水量不應(yīng)超過(guò)5%。

含水量=（干燥前重量-干燥后重量）/干燥前重量×100%。

3）休止角。采用固定漏斗法［7］，將3只大小一致的漏斗串聯(lián)并固定于水平放置的坐標(biāo)紙上1 cm高度處，將顆粒沿最上方漏斗壁倒入，直至顆粒在坐標(biāo)紙上形成的圓錐體尖端接觸漏斗口，由坐標(biāo)紙測(cè)得圓錐底部直徑（2R），計(jì)算休止角α，重復(fù)3次，求出平均值。

休止角tgα=H/R

式中，R為圓錐體半徑，cm；H為錐體高度，cm，（本試驗(yàn)H為1 cm）。

4）溶化性。按2015年版《中國(guó)藥典》四部通則0104“顆粒劑”項(xiàng)下“溶化性”方法進(jìn)行測(cè)定。取顆粒10 g，加熱水200 mL，攪拌5 min，立即觀察，顆粒應(yīng)全部溶化或輕微渾濁。

1.3.3 感官評(píng)價(jià) 參考GB/T 29605-2013［8］中的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)復(fù)方竹茹植物固體飲料的口感、氣味、組織狀態(tài)、沖調(diào)性和色澤進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。

1）性狀。顆粒應(yīng)色澤一致，大小均勻，硬度適中，無(wú)異物和焦屑。

2）臨界相對(duì)濕度（CRH）。取干顆粒2 g，精密稱(chēng)定，置已標(biāo)記并恒定質(zhì)量的扁形稱(chēng)量瓶中，將稱(chēng)量瓶（打開(kāi)瓶蓋）分別置于相對(duì)濕度為30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%7種環(huán)境中，于25℃下放置24 h，取出稱(chēng)量瓶，蓋上瓶蓋，迅速精密稱(chēng)定，每種環(huán)境中平行測(cè)定3份，計(jì)算吸濕率。以相對(duì)濕度為橫坐標(biāo)、吸濕率為縱坐標(biāo)作圖，曲線兩端的切線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)即為CRH。

1.3.4 單因素試驗(yàn)

1）稀釋劑種類(lèi)。按干膏粉-稀釋劑（1∶1）的比例稱(chēng)取干膏粉、稀釋劑（可溶性淀粉、糊精、乳糖、微晶纖維素、甘露醇），均勻混合，75%乙醇作潤(rùn)濕劑制軟材，12目篩制粒，65℃干燥，整粒，考察稀釋劑種類(lèi)對(duì)制粒情況、溶化性、顆粒成型率、水分及休止角的影響。

2）稀釋劑用量。采用1）中篩選的最優(yōu)稀釋劑，固定稀釋劑配比1∶1，75%乙醇作潤(rùn)濕劑制軟材，12目篩制粒，65℃干燥，整粒，考察稀釋劑用量（干膏粉∶稀釋劑，2∶1、1.5∶1、1∶1、1∶1.5、1∶2）對(duì)制粒情況、溶化性、顆粒成型率、水分及休止角的影響。

3）稀釋劑配比。采用1）中篩選的最優(yōu)稀釋劑，固定稀釋劑用量（干膏粉∶稀釋劑=1∶1），75%乙醇作潤(rùn)濕劑制軟材，12目篩制粒，65℃干燥，整粒，考察稀釋劑配比（4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4）對(duì)制粒情況、溶化性、顆粒成型率、水分及休止角的影響。

4）潤(rùn)濕劑體積分?jǐn)?shù)。采用1）中篩選的最優(yōu)稀釋劑，固定稀釋劑用量（干膏粉∶稀釋劑=1∶1）、稀釋劑配比 1∶1，分別以體積分?jǐn)?shù)為 55%、65%、75%、85%、95%的乙醇作潤(rùn)濕劑制軟材，12目篩制粒，65℃干燥，整粒，考察潤(rùn)濕劑體積分?jǐn)?shù)對(duì)制粒情況、溶化性、顆粒成型率、水分及休止角的影響。

1.3.5 星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法 參考相關(guān)文獻(xiàn)［9，10］并結(jié)合單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇稀釋劑配比（X1）和稀釋劑用量（X2）作為影響因素，以顆粒成型率、水分、休止角的總評(píng)“歸一值（Overall desirability，OD）”為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)化復(fù)方竹茹植物固體飲料的成型工藝，因素與水平見(jiàn)表1。根據(jù)復(fù)方竹茹植物固體飲料的最佳工藝制備3批中試產(chǎn)品，并進(jìn)行感官評(píng)價(jià)和相關(guān)質(zhì)量檢查。

表1 試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 稀釋劑種類(lèi)的確定 由表2可知，乳糖作為稀釋劑時(shí)，軟材發(fā)黏，顆粒成型率低；微晶纖維素作為稀釋劑時(shí)，軟材松散，顆粒難溶；其他3種稀釋劑制粒情況良好且各項(xiàng)指標(biāo)相差不大，因此將可溶性淀粉、糊精、甘露醇3種稀釋劑兩兩組合作進(jìn)一步考察。

表2 稀釋劑種類(lèi)考察結(jié)果

固定干膏粉-稀釋劑比為1∶1，取可溶性淀粉+甘露醇（1∶1）、可溶性淀粉+糊精（1∶1）、甘露醇+糊精（1∶1）稀釋劑分別與干膏粉均勻混合后制粒，以制粒情況、溶化性、顆粒成型率、水分、休止角為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，篩選最優(yōu)稀釋劑組合，結(jié)果如表3所示?？扇苄缘矸?甘露醇、可溶性淀粉+糊精作為稀釋劑制得的顆粒均難以溶解，故選用甘露醇與糊精作為該保健茶的混合稀釋劑。

表3 稀釋劑組合考察結(jié)果

表4 稀釋劑用量考察結(jié)果

2.1.2 稀釋劑用量的確定 由表4可知，干膏粉與稀釋劑的比例為2∶1時(shí)，軟材發(fā)黏，制粒較困難。隨著稀釋劑用量的增多，顆粒成型率先增大后減小，水分逐漸增大，休止角先減小后增大，溶化性一直在合格范圍內(nèi)。綜合考慮，選擇干膏粉與稀釋劑的比例在2∶1～1∶2作為考察范圍。

2.1.3 稀釋劑配比的確定 如表5所示，隨著糊精比例的增大，顆粒成型率先增大后減小，水分及休止角均先減小后增大，溶化性一直在合格范圍內(nèi)。綜合考慮，選擇甘露醇+糊精配比在4∶1～1∶4作為考察范圍。

2.1.4 潤(rùn)濕劑體積分?jǐn)?shù)的確定 干膏粉易吸濕，吸濕后黏性增加，因此不需要加入黏合劑制粒，乙醇作為潤(rùn)濕劑誘發(fā)黏性即可滿(mǎn)足工藝要求［11］。如表6所示，乙醇體積分?jǐn)?shù)在75%以下及95%以上，軟材均發(fā)黏，制粒困難；與85%乙醇相比，75%乙醇作為潤(rùn)濕劑時(shí)，顆粒成型率更高，休止角更低，顆粒全部溶解，故選擇75%乙醇作為潤(rùn)濕劑。

2.2 星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果 應(yīng)用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行2因素5水平設(shè)計(jì)試驗(yàn)，以顆粒成型率（d1）、水分（d2）、休止角（d3）的OD值為評(píng)價(jià)指標(biāo)，總評(píng)OD值計(jì)算公式為OD＝（d1×d2×d3）1/3。對(duì)取值越小越好的因素和取值越大越好的因素采用Has?san［12］方法分別進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換求“歸一值”dmin和dmax，dmin=（Ymax-Yi）/（Ymax-Ymin），dmax=（Yi-Ymin）/（Ymax-Ymin）。星點(diǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表7。

表5 稀釋劑配比考察結(jié)果

表7 星點(diǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

2.2.2 模擬擬合與方差分析 應(yīng)用Design-Expert 8.0.6進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以O(shè)D值為指標(biāo)對(duì)各因素進(jìn)行多元線性回歸，擬合方程為YOD=0.59+0.079X1+0.21X2（r=0.264 4，P＞0.05），表明OD值與各因素之間線性擬合度不佳，預(yù)測(cè)性較差，表明該模擬不合適，故采用多元二次項(xiàng)擬合分析。多元二次項(xiàng)擬合方程為由表8可知，失擬項(xiàng)P＞0.05，模型擬合檢驗(yàn)P＜0.000 1，說(shuō)明該方程擬合度好，模型具有極顯著性差異，預(yù)測(cè)性高，各因素對(duì)總評(píng)OD值的影響程度依次為X2＞X1，其他因素除X1X2外，也均具有顯著性差異（P＜0.05）。

表8 回歸模型方差分析結(jié)果

2.2.3 效應(yīng)面優(yōu)化與預(yù)測(cè) 運(yùn)用Design Expert 8.0.6軟件，繪制總評(píng)OD值與稀釋劑配比（X1）、稀釋劑用量（X2）各因素交互的三維效應(yīng)曲面和等高線（圖1、圖2）。在X1（4∶1～1∶4）、X2（2∶1～1∶2）范圍內(nèi)，通過(guò)Design Expert 8.0.6軟件得到復(fù)方竹茹植物固體飲料成型工藝：稀釋劑配比為2.26∶1，稀釋劑用量為1.45∶1。綜合考慮試驗(yàn)操作的可行性及實(shí)際生產(chǎn)的合理性，確定最佳成型工藝參數(shù)為稀釋劑配比2.3∶1，稀釋劑用量 1.5∶1，總評(píng)OD值為 0.832［13］。

圖1 稀釋劑配比（X1）和稀釋劑用量（X2）對(duì)OD值的三維效應(yīng)面

圖2 稀釋劑配比（X1）和稀釋劑用量（X2）對(duì)OD值的等高線

2.2.4 驗(yàn)證試驗(yàn) 對(duì)以上獲得的最佳成型工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，重復(fù)3次，分別測(cè)定顆粒成型率、水分及休止角。由表9可知，平均總評(píng)OD值為0.772 6，與預(yù)測(cè)值（0.832）的偏差率為7.14%，表明基于響應(yīng)曲面法所得的優(yōu)化條件準(zhǔn)確可靠。

表9 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

2.3 感官評(píng)價(jià)與質(zhì)量檢查

根據(jù)復(fù)方竹茹植物固體飲料的最佳工藝制備3批中試產(chǎn)品，并進(jìn)行感官評(píng)價(jià)和相關(guān)質(zhì)量檢查。

2.3.1 感官評(píng)價(jià)情況 產(chǎn)品呈黃褐色，色澤均一；質(zhì)地均勻［14］，組織細(xì)膩［15］；沖調(diào)性好，溶液澄清；香氣濃郁，無(wú)異味；口感甘甜、順滑，具有竹茹、陳皮等特有的風(fēng)味。

2.3.2 質(zhì)量檢查結(jié)果 顆粒色澤一致，大小均勻，硬度適中，無(wú)異物和焦屑；最大成型率達(dá)94.34%，不能通過(guò)一號(hào)篩與能通過(guò)五號(hào)篩的總和均未超過(guò)15%；含水量均不超過(guò)5%，符合《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)飲料》（GB 7101-2015）［6］中規(guī)定；休止角均小于30°，流動(dòng)性好；溶化性：顆粒全部溶化，溶液澄明；CRH約為53%，符合GMP車(chē)間實(shí)際生產(chǎn)要求。

3 結(jié)論

中醫(yī)體質(zhì)學(xué)說(shuō)是以中醫(yī)理論為主導(dǎo)，研究人體各種體質(zhì)特征及體質(zhì)類(lèi)型的生理、病理特點(diǎn)，并以此分析疾病的反應(yīng)狀態(tài)、病變的性質(zhì)及發(fā)展趨向，從而指導(dǎo)疾病預(yù)防和治療的一門(mén)學(xué)說(shuō)［16-19］，對(duì)于保健品的研發(fā)具有科學(xué)指導(dǎo)作用［20］。該學(xué)說(shuō)的提出者——國(guó)醫(yī)大師王琦院士根據(jù)中醫(yī)基本理論及臨床體質(zhì)調(diào)查，將人體體質(zhì)分為9種基本中醫(yī)體質(zhì)類(lèi)型，在全國(guó)范圍進(jìn)行了21 948例流行病學(xué)調(diào)查，結(jié)果證實(shí)了人群中確實(shí)存在9種體質(zhì)類(lèi)型，其中濕熱質(zhì)位列偏頗體質(zhì)第二位［21］。

本研究在中醫(yī)體質(zhì)學(xué)說(shuō)的指導(dǎo)下，以竹茹、陳皮、茯苓、白茅根、干姜5味食材為原料，在前期試驗(yàn)確定的最佳水提工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)現(xiàn)代制劑技術(shù)，結(jié)合單因素試驗(yàn)和星點(diǎn)設(shè)計(jì)-效應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化了固體涼茶的處方，獲得了針對(duì)濕熱質(zhì)人群的特色保健茶飲——復(fù)方竹茹植物固體飲料，實(shí)現(xiàn)了液體飲料固體化。優(yōu)化后的復(fù)方竹茹植物固體飲料的處方為稀釋劑配比（甘露醇∶糊精=2.3∶1），稀釋劑用量（干膏粉∶稀釋劑=1.5∶1）。該條件下，顆粒成型率達(dá)94.30%，水分為1.44%，休止角為29.05°，制得的復(fù)方竹茹植物固體飲料色澤一致、口感順滑、芳香甘甜、即沖即飲、安全高效，是濕熱質(zhì)人群日常保健飲用的適宜功能性固體飲料，符合中醫(yī)體質(zhì)學(xué)說(shuō)通過(guò)辨識(shí)體質(zhì)差異給予服務(wù)對(duì)象個(gè)性化調(diào)養(yǎng)的指導(dǎo)理念［22］，為健康維護(hù)和疾病預(yù)防提供了新途徑［17］，也為復(fù)方竹茹植物固體飲料的工業(yè)化生產(chǎn)提供了依據(jù)。