响应面法优化肉苁蓉咀嚼片配方及品质检测

赵宇慧，张丽，宋玉霞*，甘晓燕，聂峰杰，巩檑

宁夏农林科学院农业生物技术研究中心（银川 750002）

肉苁蓉又名苁蓉、大芸、沙生，是我国西北干旱地带特有的寄生草本植物，享有“沙漠人参”的美誉[1]。其性温，味甘，咸，传统应用表现在可以补肾阳、益精血、润肠通便等。现代药理学研究表明，肉苁蓉还具有延缓衰老、调节免疫、改善记忆、抗疲劳，以及对肝脏的保护作用等[2-4]。传统肉苁蓉的加工方式主要是干制、盐渍或酒精浸泡制成保健酒[5-6]，近年来也有利用超微粉碎技术将肉苁蓉制备成肉苁蓉超微粉的报道[7]。相较于肉苁蓉干片，超微粉可更好地促进吸收和溶解，便于调剂和服用。但由于肉苁蓉含糖量较高，环境湿度控制不当易与水分形成水合物，且超微粉的粒度较小，环境中水分与肉苁蓉超微粉接触后易形成液体桥，贮存放置过程中容易产生粉体的粘连现象，对产品的品质和食用价值有极大影响[8-9]。咀嚼片的生产工艺简单、成本较低，且其生物利用率较高、产品稳定且货架期较长，现已迅速成为食品及保健品热门的研究领域[10-12]。以肉苁蓉超微粉为原料，添加一定辅料制备肉苁蓉咀嚼片，可以避免肉苁蓉超微粉直接存放时出现吸潮结块的问题。采用Box-Behnken响应面法对咀嚼片配方进行优化，旨在研制出一种口感适宜、风味独特、方便贮存与携带，且具有一定功能特性的肉苁蓉产品，为肉苁蓉资源的综合利用和产业化提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

肉苁蓉，产地为内蒙古额济纳旗。羧甲基纤维素、硬脂酸镁、微晶纤维素、甘露醇、乳糖、甜菊糖苷、柠檬酸、复合维生素B，河南安锐生物科技有限公司；乙醇，河南鑫河酒精有限公司。以上原辅料均为食品级。总抗氧化（ABTS）能力测试试剂盒、羟自由基清除能力测试试剂盒、超氧阴离子自由基清除能力测试试剂盒、DPPH自由基清除能力测试试剂盒，苏州科铭生物技术有限公司。

1.2 主要仪器与设备

LC-2030C 3D Plus液相色谱仪（日本岛津）；振动式超微粉碎机（济南健康机械有限公司）；101A型恒温鼓风干燥箱（上海市实验仪器总厂）；5810R离心机（Eppendorf公司）；imark吸收光酶标仪（时代联想生物科技有限公司）；ME204电子天平[梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司]；DK-8D电热恒温水浴锅（上海精宏实验设备有限公司）；超微粉碎机（济南倍力粉技术工程有限公司）；单冲压片机（北京国药龙立科技有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 肉苁蓉超微粉的制备

取微波真空干燥肉苁蓉片，在80 ℃恒温鼓风干燥箱10 h，置于超微粉碎机中粉碎10 min，粉碎粒度小于0.075 mm，装入真空密封带备用。

1.3.2 肉苁蓉咀嚼片制备工艺[13]

取肉苁蓉超微粉，按照配方比例混匀，加入一定质量分数的乙醇溶液作为润湿剂制软材料，用0.85 mm筛造粒，55 ℃下热风干燥40 min，用0.85 mm 筛整粒，同时加入硬脂酸镁作为润滑剂，混匀，放入单冲压片机中压片，片重1.2±0.06 g，厚度30 mm。

1.3.3 肉苁蓉咀嚼片中填充剂的选择

肉苁蓉咀嚼片中，各原辅料添加量分别为肉苁蓉超微粉16 g、柠檬酸0.3 g、甜菊糖苷0.02 g、复合维生素B 0.5 g、硬脂酸镁0.3 g、羧甲基纤维素0.5 g、润湿剂80%、填充剂34 g。选择微晶纤维素（MCC）、乳糖、甘露醇、麦芽糊精为咀嚼片填充剂，按照不同配比添加，以制粒情况、压片效果和片剂口感作为指标，进行综合评价，选择合适的复合填充剂。

1.3.4 肉苁蓉咀嚼片单因素试验设计方法

以肉苁蓉超微粉添加量、柠檬酸添加量、甜菊糖苷添加量、填充剂添加量为试验因素，按照上述工艺制备肉苁蓉咀嚼片，具体见表1。

表1 肉苁蓉咀嚼片单因素水平表 单位：g

1.3.5 肉苁蓉咀嚼片制备响应面设计优化

在单因素基础上，选取对肉苁蓉咀嚼片感官品质影响最大的3个因素肉苁蓉粉添加量、填充剂添加量、甜菊糖苷添加量为试验因子，根据Box-Benhnken中心组合试验设计原理，以感官评分为指标，考察试验因子间交互作用，优化肉苁蓉咀嚼片的配方，如表2所示。

表2 响应面试验设计 单位：g

1.3.6 感官评定

由10名专业人员组成评定小组，分别对肉苁蓉咀嚼片进行评分，并计算总分，感官质量评分标准见表3。

表3 肉苁蓉咀嚼片感官评分标准

1.3.7 理化指标、有效成分及微生物指标测定

水分按GB5009.3—2016测定；灰分按GB5009.4—2016测定；蛋白质按GB 5009.5—2016测定；脂肪按GB 5009.6—2016测定。有效成分按照《中国药典2015版》方法鉴别和测定：毛蕊花糖苷和松果菊苷的鉴别采用薄层色谱法；毛蕊花糖苷和松果菊苷含量测定采用液相色谱法。

1.3.8 抗氧化性测定

测定肉苁蓉咀嚼片的总抗氧化（ABTS）能力、羟自由基清除能力、超氧阴离子自由基清除能力、DPPH自由基清除能力。测定方法按试剂盒说明进行。

2 结果与分析

2.1 肉苁蓉超微粉感官指标、基本成分及活性成分的检测

对制备的肉苁蓉超微粉产品性状和有效成分进行检测，结果如表4所示。可以看出，微波真空干燥后制备的超微粉产品性状和灰分均符合相关检测标准。产品呈现红棕色，具有肉苁蓉应有的味甜微苦的滋味。

表4 肉苁蓉超微粉感官指标检出结果

研究发现，肉苁蓉中主要活性成分为苯乙醇苷类化合物，具补肾阳、抗氧化、增强记忆力、免疫调节等功能，其中松果菊苷和毛蕊花糖苷为主要成分[1，14]。由表5可以看出，肉苁蓉超微粉中松果菊苷和毛蕊花糖苷总量为2.02%，其含量远高于《中国药典2015》中大于0.03%的标准。此外，活性成分中还含有4.47%的总黄酮和10.61%的总多糖。对肉苁蓉超微粉基本成分进行测定，可知灰分含量7.52%，表明矿物质含量较为丰富；酸不溶性灰分含量0.26%，表明杂质含量较少；膳食纤维含量为6.19 g/100 g；脂肪含量为3.31 g/100 g，蛋白质含量为5.61 g/100 g，碳水化合物含量为82.35 g/100 g。

表5 肉苁蓉超微粉基本成分及活性成分检测

2.2 肉苁蓉咀嚼片中填充剂的选择

咀嚼片主要由功能性主料与适宜辅料组成。微晶纤维素是一种新型功能性天然高分子化合物，其添加量增加可提高咀嚼片的咀嚼性，但添加过多会导致酸甜不均，影响口感；甘露醇具有清爽的甜味，与食品中其他组分配伍性较好，也可与其他甜味剂有协同增效作用，用于咀嚼片可以增加片剂的成型性[15-17]。单一考虑到口感问题，选定以甘露醇为基本填充剂，其他辅料与甘露醇复配以后作为复合填充剂，以制粒情况、压片效果、口感为指标进行综合评价，结果如表6所示。当以微晶纤维素、甘露醇和乳糖为填充剂时，咀嚼片的制粒情况、压片效果和口感均要好于微晶纤维素、甘露醇和麦芽糖组。其中，乳糖和微晶纤维素成型性较好，而甘露醇有清凉的口感，可以改善咀嚼片的口感，且微晶纤维素、甘露醇和乳糖在配比为2∶2∶1时效果最好。

表6 填充剂配比考察结果

2.3 肉苁蓉咀嚼片单因素试验结果

2.3.1 肉苁蓉添加量的试验结果

糖类在肉苁蓉中占有很高的比例，多糖、寡糖和半乳糖醇是其中的主要活性成分[18]。较多的糖含量使肉苁蓉超微粉具有一部分黏性，其添加量对制粒的难易程度有明显影响，因此选择感官评分和制粒情况进行综合评价。由图1可知：随着肉苁蓉超微粉添加量不断增加，咀嚼片的感官评分呈现缓慢上升后急速下降的趋势；制粒情况评分出现缓慢下降后骤降的趋势。当肉苁蓉超微粉添加量为15 g时，咀嚼片的感官评分最高，为81分。当添加量超过15 g时，咀嚼片苦味增加明显；制粒时易结团；造粒易粘附筛网，颗粒大且质地较硬，操作困难度增加；压片后容易花片，且硬度较大不易咀嚼。根据制粒难易状况及咀嚼片的感官评分综合评价来看，选择肉苁蓉超微粉添加量12～18 g较好。

图1 肉苁蓉超微粉添加量对咀嚼片感官品质及制粒情况影响

2.3.2 矫味剂添加量的试验结果

肉苁蓉本身具有味甜、微苦的滋味，添加到一定量时苦味会给人感官带来不愉悦的感受。在咀嚼片中，一般甜味或略带酸味的矫味剂嚼碎后给人以凉爽的感觉[19]。因此，选择在肉苁蓉咀嚼片中加入甜菊糖苷和柠檬酸作为矫味剂，来掩盖因提高肉苁蓉含量而导致的一部分苦味，同时使咀嚼片具有酸甜适口的风味与滋味。由图2可知：随着柠檬酸添加量的不断增加，咀嚼片的感官评分出现先上升后骤降的趋势，当柠檬酸添加量为0.15 g时，咀嚼片酸甜适口，口感较好。甜菊糖苷是一种天然的非营养型高甜度甜味剂，甜度较高，有着预防龋齿的作用，但添加过多容易出现苦味[20]。由图3可以看出：随甜菊糖苷的添加量加大，咀嚼片的感官评分逐渐降低，当添加量为0.04 g时感官评分最好，因此选择甜菊糖苷添加量0.02～0.06 g较好。

图2 柠檬酸添加量对咀嚼片感官品质影响

图3 甜菊糖苷添加量对咀嚼片感官品质影响

2.3.3 填充剂添加量的试验结果

由图4可，以微晶纤维素、甘露醇和乳糖为填充剂，保证填充剂配比2∶2∶1，不断增加填充剂的填充量，咀嚼片的感官评分出现先升后降的趋势，随着填充剂添加量不断增大，咀嚼片的硬度不断减小，脆碎度增加，咀嚼时粉质感增加，片剂较易松散。因此，选择填充剂添加范围29～35 g较好。

图4 填充剂添加量对咀嚼片感官品质影响

2.4 肉苁蓉咀嚼片响应面试验结果及回归模型方差分析

表7为肉苁蓉咀嚼片响应面优化结果。运用Design Expert软件进行多元回归分析，得到感官评分（R）对自变量A、B和C的多元二次回归方程：R=94.20-12.63A+1.38B-1.00C+4.50AB+0.75AC+1.75BC-16.60A2-7.10B2-8.35C2。

表7 响应面试验优化结果

由回归模型方差分析（表8）可知，响应值R回归模型极显著（p＜0.01）。一次项A（肉苁蓉粉添加量）达到差异极显著水平（p＜0.01），B（填充剂添加量）和C（甜菊糖苷添加量）不显著；二次项中A2、B2、C2均为差异极显著（p＜0.01）水平；交互项中AB差异显著（p＜0.05）；失拟项p=0.243 1＞0.05，说明模型拟合程度好，可用此模型进行分析和预测。响应面三维曲线图见图5～图7。

表8 回归模型方差分析

图5 肉苁蓉粉与填充剂添加量对咀嚼片感官评分影响

图7 填充剂与甜菊糖苷添加量对咀嚼片感官评分影响

图6 肉苁蓉粉与甜菊糖苷添加量对咀嚼片感官评分影响

2.5 工艺参数优化和模型验证

由回归方程预测可得因素水平的最优组合，得到肉苁蓉咀嚼片的最优配方：肉苁蓉添加量13.84 g、填充剂添加量31.89 g和甜菊糖苷添加量0.04 g，在此条件下响应面模型综合指标值为96.66。根据最佳工艺条件，进行重复验证4次来进行试验，测得综合评定值的均值为95.75，经t-检验的结果差异不显著（p＞0.1），验证了模型可靠性。

2.6 肉苁蓉咀嚼片品质检测

对试验及模型验证得到最优配方制备肉苁蓉咀嚼片进行品质及体外抗氧化性检测，所得结果见表9所示。试验制备得到的肉苁蓉咀嚼片呈浅黄褐色，色泽分布均匀，外形完整，光滑边缘整齐，厚薄均匀；具有肉苁蓉应有的气味与滋味，酸甜适口，苦味不明显；硬度适中咀嚼感较好。

由表9可知，产品灰分含量为2.29%，活性成分中总黄酮含量和总多糖含量分别为2.13和12.29 g/100 g。另外，对产品体外抗氧化性检测，结果发现咀嚼片总抗氧化能力为22.87%，羟自由基清除率为20.87%，超氧阴离子自由基清除率为32.16%，DPPH自由基清除率为25.66 mg·g-1。

表9 肉苁蓉咀嚼片品质检测结果

3 结论

试验采用湿法制粒压片法制备肉苁蓉咀嚼片。通过单因素试验以感官评分作为评价指标对肉苁蓉粉、填充剂、矫味剂的用量和种类进行筛选，应用响应面分析优化试验中原辅料用量。通过模型分析和校正后得到肉苁蓉咀嚼片的优化配方：肉苁蓉超微粉13.84 g、微晶纤维素（MCC）12.76 g、甘露醇12.76 g、乳糖6.38 g、甜菊糖苷添加量0.04 g、柠檬酸0.15 g、复合维生素B 0.5 g、硬脂酸镁0.3 g、羧甲基纤维素0.5 g。品质检测表明，以体积分数为80%的乙醇作为润湿剂制备咀嚼片，产品外观光滑完整，色泽分布均匀，具有肉苁蓉应有的风味与滋味，酸甜适口，易于咀嚼；咀嚼片灰分含量为2.29%，蛋白质和脂肪含量分别为2.98和0.78 g/100 g。肉苁蓉超微粉制备的咀嚼片还维持了一部分原有物料活性，咀嚼片中总黄酮和总多糖含量分别为2.13和12.29 g/100 g。体外抗氧化试验结果显示肉苁蓉咀嚼片具有一定的抗氧化能力。将肉苁蓉超微粉制备成咀嚼片，可以改善肉苁蓉超微粉在存放过程中易于吸潮结块的现象，延长产品的保质期，增加肉苁蓉的附加值，为肉苁蓉资源的综合利用提供了理论科学依据。