沙棘粉咀嚼片的配方優(yōu)化及其品質分析

劉 儉，蔡永國，周湯琳，馬 靜，連雅麗，楊永興，楊海燕,3,

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學食品科學與藥學學院，新疆烏魯木齊 830052；2.新疆慧華沙棘生物科技有限公司，新疆阿勒泰 836200；3.新疆沙棘產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，新疆阿勒泰 836200）

沙棘（Hippophe rhamnoidsL.）為胡頹子科沙棘屬灌木，又名醋柳、黑刺等，廣泛分布于歐亞的溫帶地區(qū)[1]。我國沙棘資源豐富，總面積達3000萬畝，占世界沙棘總面積的95%[2]，且以肋果沙棘和中國沙棘亞種分布居多[3]。沙棘果實富含多糖、蛋白質、維生素、黃酮類化合物、不飽和脂肪酸及微量元素等[4]，極具營養(yǎng)保健價值，是人類補充營養(yǎng)的首選水果之一[5]。用真空冷凍干燥技術制備的沙棘果粉極大限度地保留了沙棘果實的活性成分[6]，以其作為原料開發(fā)的沙棘產(chǎn)品附加值高，發(fā)展前景十分廣闊。

咀嚼片作為片劑的一種，具有工藝簡單、節(jié)能省時和攜帶方便等優(yōu)點，含有活性成分的咀嚼片尤其受到大眾的歡迎[7]。近些年來，各類片劑產(chǎn)品被相繼報道，它們不僅營養(yǎng)豐富而且具有一定的保健功能。如：楊海燕等[8]以杏皮渣膳食纖維、木糖醇和微晶纖維素等研制的杏皮渣膳食纖維片，是一種高纖維、低熱量的膳食產(chǎn)品。許牡丹等[9]制作的獼猴桃營養(yǎng)咀嚼片，具有一定的保健功能，老少皆宜且其附加值高。周劍忠等[10]采用混料試驗設計的一款葛根全粉咀嚼片，具有低糖、低熱量的特點，市場開發(fā)前景良好。但是目前關于添加沙棘粉的咀嚼片在文獻中鮮被報道。為了充分開發(fā)利用沙棘資源，本研究以沙棘果粉、紅棗粉為原料，添加壓片輔料研制沙棘粉咀嚼片，通過D-最優(yōu)混料設計、單因素實驗和Box-Behnken響應面試驗結合多指標評分法優(yōu)化沙棘粉咀嚼片的配方，并對其感官指標、營養(yǎng)成分和總抗氧化能力進行分析，以期為沙棘粉咀嚼片的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

沙棘（凍干）果粉（純度100%） 新疆慧華沙棘生物科技有限公司；紅棗粉（宅福藝） 亳州寶豐生物科技有限公司；硬脂酸鎂、微晶纖維素、乳糖、木糖醇 均為市售食品級；T-AOC試劑盒（生產(chǎn)批號20181025） 南京建成生物工程研究所；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

AL204電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；JY5002電子天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司；DHG-9140A電熱鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司；SX2-4-10箱式電阻爐 上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司；KDN-04A定氮儀、KDN-20C消化爐 上海晞瑞儀器儀表有限公司；SZF-06A脂肪測定儀 浙江托普儀器有限公司；UV-1200紫外可見分光光度計 上海美譜達儀器有限公司；DHKW-S-4電熱恒溫水浴鍋、FW-100高速萬能粉粹機 北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；MTV-100多管漩渦混合儀 杭州奧盛儀器有限公司；KQ-250DE數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；DP-25單沖壓片機 上海天凡藥機制造廠；TA.XT plus質構儀 英國SMS公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 沙棘粉咀嚼片的制備 根據(jù)大量的預實驗及相關文獻[11]，設定配方的主要原料：沙棘果粉、紅棗粉、木糖醇、硬脂酸鎂、微晶纖維素、乳糖。準確稱取一定量原輔料，進行粉碎混勻過80目篩，立即壓片成型。壓力和物料的厚度固定，壓片模具采用直徑為10 mm的圓形模具。

1.2.2 D-最優(yōu)混料設計優(yōu)化沙棘果粉復配比例 使用Design-Expert 10.0.3軟件中Optimal （custom）設計即D-最優(yōu)混料設計對沙棘果粉復配比例進行優(yōu)化[12]，考察沙棘果粉、紅棗粉和木糖醇的添加量對沙棘復配果粉風味感官評分Y的影響。D-混料設計試驗因素與水平見表1。

表1 D-最優(yōu)混料設計試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of experimental D-optimal mixture design

1.2.3 沙棘復配果粉的感官評定 從香氣、滋味兩個方面對沙棘復配果粉進行感官評定，評分參考標準見表2[13]。

表2 沙棘復配果粉感官評分標準Table 2 Sensory evaluation criteria of mixed seabuckthorn fruit powder

1.2.4 壓片輔料配方的優(yōu)化

1.2.4.1 單因素實驗 以沙棘粉咀嚼片的片重差異、硬度和脆性為片劑的質量評價指標，通過單因素實驗分別探究硬脂酸鎂添加量（0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%）、微晶纖維素添加量（10%、15%、20%、25%、30%）和乳糖添加量（10%、15%、20%、25%、30%）對沙棘粉咀嚼片片重差異、硬度和脆性的影響。（考察單因素時，其他指標以中間值為固定的參數(shù)條件）。

1.2.4.2 響應面優(yōu)化試驗 選取硬脂酸鎂、微晶纖維素和乳糖的添加量一共3個因素，在單因素實驗的基礎上，按照Box-Behnken試驗設計原理進行響應面試驗，得到沙棘粉咀嚼片優(yōu)化的壓片輔料配方參數(shù)。響應面試驗的因素與水平見表3。

表3 響應面試驗的因素與水平Table 3 Factors and levels of response surface experiments

1.2.5 片重差異的測定 挑選完好的樣品20片，稱重求平均值，再分別稱每片質量，將其與平均質量相比較。其中，樣品平均片重0.3 g以下重量差異限度為±7.5%，樣品平均片重0.3 g及0.3 g以上重量差異限度為±5.0%[14]。注意超出質量差異限度的不得多于2片，并不得有1片超出限度1倍。

1.2.6 硬度和脆性的測定 在室溫下，用質構儀測定沙棘粉咀嚼片的硬度和脆性，設置測試參數(shù)如下，選擇壓縮模式；測試探頭P/5；測前速度1.00 mm/s；測中速度0.50 mm/s；測后速度10.00 mm/s；應變90%；觸發(fā)力5.0 g，參數(shù)指標包括：硬度（Hardness）和脆性（Brittleness）[15]。每組樣品平行測定7次，去最小值和最大值后取平均值。

1.2.7 多指標綜合評分法 以片重差異（a）、硬度（b）和脆性（c）3個指標的綜合評分（Q）為響應面試驗優(yōu)化指標。其中沙棘粉咀嚼片若為片重大于0.3 g的大片，脆性應小于2%，a和c越小越好；為了便于咀嚼和口感更好，硬度應控制在70～120 N間，且b越大越好[16]。根據(jù)指標控制要求及其對成型性的貢獻進行無量綱化綜合評分，多指標綜合評分法具體內容見表4[17]。綜合評分為各指標值之和，即Q=a+b+c。

表4 多指標綜合評分法Table 4 Multi-index evaluation method

1.2.8 品質分析方法

1.2.8.1 感官評定 挑選10人（男女比例1:1）組成感官評定小組，評定人員嚴格遵守感官評價規(guī)范，按照評定標準評定完一個樣品后，用純凈水漱口，每隔5 min評定一個樣品。感官評定標準見表5。

表5 沙棘粉咀嚼片感官評定標準Table 5 Sensory evaluation criteria of seabuckthorn powder chewable tablets

1.2.8.2 營養(yǎng)成分的測定 水分的測定：GB 5009.3-2016直接干燥法[18]；灰分的測定：GB 5009.4-2016食品中總灰分的測定[19]；蛋白質的測定：GB 5009.5-2016凱氏定氮法[20]；脂肪的測定：GB 5009.6-2016索氏抽提法[21]；抗環(huán)血酸的測定：GB 5009.86-2016 2,6-二氯靛酚滴定法[22]；黃酮的測定：參照DB13/T385-1998《食品中總黃酮（蘆?。┑臏y定》[23]和SHARIF[24]的方法進行測定。

1.2.8.3 總抗氧化能力的測定 將樣品研磨粉粹后，準確稱取2.00 g粉末，用料液比（m/v）=1:16的蒸餾水浸泡30 min，然后超聲波室溫提取2次，每次提取30 min，在4000 r/min下離心5 min，合并兩次的上清液轉入100 mL棕色容量瓶中，用蒸餾水定容[25]。隨即稀釋配制質量濃度分別為4、8、12、16、20 mg/mL的樣品溶液。采用T-AOC試劑盒（貨號A015）對其進行總抗氧化能力測定，具體操作方法參照使用說明書，測定結果以U/mL計。

1.3 數(shù)據(jù)分析

每個實驗重復3次，運用SPSS 21.0軟件選用鄧肯氏（Duncan）進行單因素方差分析（ANOVA）（P＜0.05）。作圖采用Origin 8.5軟件，使用Design-Expert 10.0.3軟件進行Optimal （custom）和Box-Behnken試驗設計。

2 結果與分析

2.1 沙棘復配果粉比例的確定

運用Design-Expert 10.0.3軟件對表6試驗結果進行Cubic分析，得到擬合沙棘復配果粉感官評分（Y）的特殊四次分析模型如下：

表6 D-optimal混料試驗設計方案與結果Table 6 D-optimal mixture experiment design and results

對該回歸模型及其系數(shù)進行顯著性檢驗，結果見表7。

表7 D-optimal試驗結果回歸方差分析Table 7 Analysis of variance(ANOVA) for the results of Doptimal design model

由表7可知，模型P＜0.01，極顯著，可較好地描述各因素與響應值之間的真實關系，可利用該特殊的四次模型優(yōu)化沙棘復配果粉的配方。失擬項P＞0.05，不顯著，說明殘差均由隨機誤差引起。模型校正決定系數(shù)RAdj2=0.9717，說明模型擬合程度較好；模型的復相關系數(shù)為R2=0.9887，說明模型與實際擬合，適于本次試驗預測[26]。其中線性混合對結果作用極顯著（P＜0.01），交互項AB和AC、AC（A-C）和BC（B-C）對結果交互作用顯著（P＜0.05）。

圖1為3種配料的不同配比對沙棘復配果粉感官評分的影響作用圖譜，其中3D響應面為曲面，說明沙棘果粉、紅棗粉和木糖醇三者之間的風味具有一定的交互作用。通過軟件的優(yōu)化程序模塊進行優(yōu)化，結果如下：沙棘果粉、紅棗粉和木糖醇的添加量分別為47.79%、35.72%和16.49%，模型預測感官評分為18.6分。在優(yōu)化條件下進行3次重復實驗，實際感官評分為18.5±0.2分，與預測值較為一致。此時的沙棘復配果粉香氣濃郁宜人、酸甜可口，具有沙棘紅棗特有的滋氣味。

圖1 感官評分的3D響應面及等高線圖譜Fig.1 3D response surface figures and contour plots of sensory scoring

2.2 壓片輔料配方的單因素實驗

2.2.1 硬脂酸鎂添加量的影響 在粉末直接壓片工藝中，硬脂酸鎂由于具有潤滑、助流作用，常被作為片劑輔料[27]。從圖2可以看出，隨著硬脂酸鎂添加量的增加，沙棘粉咀嚼片的片重差異先急劇減?。≒＜0.05），后變化不顯著（P＞0.05），在添加量為1.2%時的片重差異最小，這是因為硬脂酸鎂使得粉體流動性提高，物料的填充更加穩(wěn)定。當添加量在0.3%～1.5%時，硬脂酸鎂對沙棘粉咀嚼片的硬度影響不顯著（P＞0.05），沙棘粉咀嚼片的脆性緩慢減小。綜上，選擇硬脂酸鎂添加量為1.2%時作為響應面試驗的“0”水平。

圖2 硬脂酸鎂添加量對沙棘粉咀嚼片質量的影響Fig.2 Effect of magnesium stearate dosage on seabuckthorn powder chewable tablets quality

2.2.2 微晶纖維素添加量的影響 微晶纖維素是一種聚合度較小的結晶性纖維，結構為海綿狀的多空管狀，作為片劑輔料具有可壓性好、結合力強、壓成的片劑硬度較大和兼具粘合助流等優(yōu)點[28]。由圖3可知，隨著微晶纖維素添加量的增加，沙棘粉咀嚼片的片重差異明顯減?。≒＜0.05），這與微晶纖維素提高物料的流動性有關；硬度顯著增大（P＜0.05），這與鄧楷等[29]的研究結果一致。當微晶纖維素的添加量在10%～20%時，沙棘粉咀嚼片的脆性不斷減小，這是因為微晶纖維素屬于塑性輔料，發(fā)生形變不易彈性復原；當添加量在20%～30%時，脆性不斷增大，這與微晶纖維素較多，其吸濕性得到體現(xiàn)有關。綜上，選擇微晶纖維素添加量為20%時作為響應面試驗的“0”水平。

圖3 微晶纖維素添加量對沙棘粉咀嚼片質量的影響Fig.3 Effect of microcrystalline cellulose dosage on seabuckthorn powder chewable tablets quality

2.2.3 乳糖添加量的影響 從圖4可以看出，隨著乳糖添加量的增加，沙棘粉咀嚼片的片重差異和脆性皆減小，這是因為乳糖用于直接壓片，具有性質穩(wěn)定、不易吸濕和流動性好等優(yōu)點[30]。當乳糖添加量在10%～30%時，沙棘粉咀嚼片的硬度先增大后減小，在添加量為25%時硬度達到最大，這是由于乳糖作為片劑填充劑和粘合劑時，可壓性好，合適的乳糖添加量會使壓成的片劑硬度較佳、光潔美觀。綜上，選擇乳糖添加量為25%時作為響應面試驗的“0”水平。

圖4 乳糖添加量對沙棘粉咀嚼片質量的影響Fig.4 Effect of lactose dosage on seabuckthorn powder chewable tablets quality

2.3 壓片輔料配方的響應面優(yōu)化

壓片輔料配方的Box-Behnken試驗設計及結果，見表8。由表9可知，模型P＜0.01，極顯著，可較好地描述各因素與響應值之間的真實關系，可以利用該模型確定沙棘粉咀嚼片的壓片輔料配方。失擬項P＞0.05，不顯著，說明殘差均由隨機誤差引起。模型校正決定系數(shù)RAdj2=0.9988，說明模型擬合程度較好；模型的復相關系數(shù)為R2=0.9995，說明模型與實際擬合，適于本次試驗預測。其中模擬一次項、模擬二次項以及交互項X1X2對結果作用極顯著（P＜0.01），交互項X2X3對結果交互作用顯著（P＜0.05）。

表8 Box-Behnken試驗設計及結果Table 8 Experimental design and results of Box-Behnken

表9 Box-Behnken試驗結果二次回歸方差分析Table 9 Analysis of variance (ANOVA) for the results of Box-Behnken design quadratic model

通過軟件的優(yōu)化程序模塊進行優(yōu)化，結果如下：硬脂酸鎂添加量1.339%、微晶纖維素添加量22.976%、乳糖添加量26.649%，模型預測綜合評分為30.6分。考慮實際操作的可行性，將添加量修正為：硬脂酸鎂添加量1.3%、微晶纖維素添加量23.0%、乳糖添加量26.6%。采用上述優(yōu)化的添加量進行3次重復實驗，測得沙棘粉咀嚼片的平均片重差異、硬度和脆性分別為0.76%、89.4 N和1.20%，平均綜合評分為30.4分，與預測值較為一致。

2.4 沙棘粉咀嚼片的感官指標

在上述最優(yōu)的配方工藝下，制備而成的沙棘粉咀嚼片產(chǎn)品富有光澤，顏色呈黃褐色，均勻一致；形狀呈圓形狀，完整無缺損角，大小一致，表面光滑；緊密堅實，不松散，不粘連；沙棘紅棗香氣濃郁，沙棘紅棗滋味純正，入口酸甜，稍后出現(xiàn)酸味；硬度適中；無肉眼可見的雜質。

2.5 沙棘粉咀嚼片的營養(yǎng)成分

從表10可以看出，與市面上某沙棘咀嚼片相比，該款沙棘粉咀嚼片含有較高含量的粗蛋白、粗脂肪、維生素C和黃酮等營養(yǎng)成分，表明該款產(chǎn)品營養(yǎng)更加豐富，具有較高的生物活性。

表10 沙棘粉咀嚼片的主要營養(yǎng)成分Table 10 Major components of seabuckthorn powder chewable tablets

2.6 沙棘粉咀嚼片的總抗氧化能力

總抗氧化能力（T-AOC）的測定原理為樣品中的抗氧化物質能使Fe3+還原成Fe2+，F(xiàn)e2+可與菲啉類物質形成穩(wěn)固的絡合物，其抗氧化能力可以通過比色測定。在37 ℃時，每分鐘每毫升樣品溶液，使反應體系的吸光度每增加0.01時，為一個總抗氧化能力單位（U/mL）[31]。由圖5可知，在4～20 mg/mL范圍內，沙棘粉咀嚼片和某沙棘咀嚼片的總抗氧化能力皆是隨著質量濃度的增加而升高，并且前者的總抗氧化能力高于后者，這與沙棘粉咀嚼片維生素C和黃酮等的生物活性成分含量高于某沙棘咀嚼片有關[32]。同時，可以看到20 mg/mL的沙棘粉咀嚼片和某沙棘咀嚼片的總抗氧化能力分別為21.21、16.20 U/mL，表明沙棘粉咀嚼片具有較強的總抗氧化能力。

圖5 沙棘粉咀嚼片的總抗氧化能力Fig.5 Total antioxidant capacity of seabuckthorn powder chewable tablets

3 結論

本文以沙棘果粉、紅棗粉為主要原料，添加甜味劑和壓片輔料研制沙棘粉咀嚼片，通過D-最優(yōu)混料設計、單因素實驗和Box-Behnken響應面試驗結合多指標評分法優(yōu)化沙棘粉咀嚼片的配方，并對其感官指標、營養(yǎng)成分和總抗氧化能力進行分析。D-最優(yōu)混料設計結果表明，沙棘復配果粉的最佳風味配方為沙棘果粉添加量47.79%、紅棗粉添加量35.72%、木糖醇添加量16.49%，該配方下沙棘復配果粉的感官評分為18.5±0.2分；通過沙棘粉咀嚼片的輔料配方優(yōu)化試驗，得到輔料最佳配方為硬脂酸鎂添加量1.3%、微晶纖維素添加量23.0%、乳糖添加量26.6%，產(chǎn)品的平均片重差異、硬度和脆性分別為0.76%、89.4 N和1.20%，平均綜合評分為30.4分。感官指標、營養(yǎng)成分和總抗氧化能力分析結果表明，沙棘粉咀嚼片符合產(chǎn)品感官評定標準，營養(yǎng)豐富，生物活性成分含量較高，具有較強的總抗氧化能力。研究結果為沙棘壓片糖果的工業(yè)化生產(chǎn)提供了配方和理論基礎。