正交試驗(yàn)法優(yōu)選紅棗多糖滴丸制備工藝

黃紹天，王步江，3，*，李黎

（1.天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與生物工程學(xué)院，天津300384；2.天津天獅學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，天津301700；3.天津市農(nóng)副產(chǎn)品深加工技術(shù)工程中心，天津300384）

棗在中國(guó)具有悠久的歷史，棗果以其豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、獨(dú)特的功能特性，作為一種藥食兩用的同源食品而廣受關(guān)注[1-3]。隨著新型分離檢測(cè)手段的出現(xiàn)和生命科學(xué)的發(fā)展，紅棗多糖的生理活性和生物學(xué)功能逐漸受到人們的關(guān)注[4]。研究發(fā)現(xiàn)，紅棗的多種功能主要源于其中的活性成分多糖，紅棗多糖具有較強(qiáng)的抗氧化、抗腫瘤、清除自由基、抗補(bǔ)體、降血糖、降血脂等生物活性[5-10]，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、保健品及功能食品等領(lǐng)域[11]。臨床研究表明，紅棗多糖這種生物活性物質(zhì)具有較好的抗補(bǔ)體活性和促進(jìn)淋巴細(xì)胞的增殖作用，可有效減輕衰老模型老鼠免疫器官的萎縮及腦老化。目前棗在國(guó)內(nèi)大面積種植，但對(duì)于棗產(chǎn)業(yè)只有鮮果及干紅棗作為農(nóng)產(chǎn)品銷售，科技含量低，產(chǎn)品無(wú)推廣特點(diǎn)。基于這種狀況，本研究試圖將紅棗多糖制備成滴丸產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有速效、服用劑量標(biāo)準(zhǔn)、降低不良反應(yīng)發(fā)生及儲(chǔ)存、運(yùn)輸、攜帶、服用方便等特點(diǎn)。試驗(yàn)對(duì)紅棗多糖滴丸制備工藝進(jìn)行優(yōu)化研究，為紅棗深加工及產(chǎn)品開發(fā)提供相應(yīng)的技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

紅棗：天津市武清區(qū)農(nóng)產(chǎn)品交易市場(chǎng)；紅棗多糖浸膏（熱水浸提優(yōu)質(zhì)紅棗后經(jīng)過(guò)一定的濃縮后用活性炭硅膠柱純化除雜，然后采用醇沉制備而得）；無(wú)水乙醇（分析純）：天津中和盛泰化工有限公司；聚乙二醇（分析純）：山東瑞生藥用輔料有限公司；二甲基硅油（分析純）：北京貝思科技有限公司；苯酚（分析純）：興源科技化工有限公司；濃硫酸（分析純）：南京聯(lián)特化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DWJ-2000S5 型多功能滴丸實(shí)驗(yàn)機(jī)：煙臺(tái)百藥泰中藥科技發(fā)展有限公司；ZB-1E 型智能崩解儀：天津市天大天發(fā)科技有限公司；FW-177 型萬(wàn)能粉碎機(jī)：上海子期實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；WD-16TP 型水分活度儀：北京微達(dá)電子有限責(zé)任公司；UV-1000 型紫外可見分光光度計(jì)：天美（中國(guó)）科學(xué)儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

挑選充分成熟無(wú)病害的干紅棗用自來(lái)水清洗并烘干，然后粉碎過(guò)篩得到棗粉，再用熱水浸提獲得多糖溶液，再經(jīng)過(guò)濃縮、純化、醇析得到紅棗多糖浸膏[12]，加入一定的輔料，控制相應(yīng)試驗(yàn)條件，以二甲基硅油為冷凝劑，用滴丸機(jī)制備紅棗多糖滴丸產(chǎn)品[13]。

1.3.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.3.2.1 單因素試驗(yàn)

1）藥物（紅棗多糖浸膏）與基質(zhì)（聚乙二醇）比

藥物與基質(zhì)比分別為 1 ∶1、1 ∶2、1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5（質(zhì)量比）時(shí)，滴制溫度80 ℃，滴距4 cm，滴速40 滴/min，按照工藝條件制備紅棗多糖滴丸，收集產(chǎn)品測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)，研究不同藥物與基質(zhì)比對(duì)滴丸品質(zhì)的影響[14]。

2）滴制溫度

選擇 60、70、80、90、100 ℃ 為滴丸制備時(shí)滴制溫度，藥物與基質(zhì)比為 1 ∶1（質(zhì)量比），滴距 4 cm，滴速40 滴/min，按照工藝制備滴丸產(chǎn)品，測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。研究滴制溫度的選擇對(duì)滴丸品質(zhì)的影響。

3）滴距

選擇滴距分別為 2、4、6、8、10 cm，藥物與基質(zhì)比為 1 ∶1（質(zhì)量比），滴制溫度 80 ℃，滴速 40 滴/min，按照工藝條件制備滴丸產(chǎn)品，測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)，觀察分析滴距對(duì)紅棗多糖滴丸品質(zhì)的影響。

4）滴速

控制滴速分別為 20、30、40、50、60 滴/min，藥物與基質(zhì)比為 1 ∶1（質(zhì)量比），滴制溫度 80 ℃，滴距 4 cm，按照工藝條件制備滴丸產(chǎn)品，測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)，研究滴速對(duì)紅棗多糖滴丸品質(zhì)的影響。

1.3.2.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇藥物與基質(zhì)比、滴制溫度、滴速、滴距等對(duì)紅棗多糖滴丸制備影響較大的4 個(gè)因素，按照L9（34）正交表設(shè)計(jì)四因素三水平正交試驗(yàn)[15]，見表1，以溶散時(shí)限、丸重差、感官評(píng)價(jià)3 個(gè)指標(biāo)的綜合評(píng)分結(jié)果對(duì)滴丸的制備工藝進(jìn)行優(yōu)化。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal tests

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 溶散時(shí)限

將加工好的紅棗多糖滴丸產(chǎn)品，同一批中隨機(jī)取滴丸6 粒，將其放入智能崩解儀中檢測(cè)，滴丸完全溶解，記錄時(shí)間取平均值。

1.4.2 感官評(píng)價(jià)

紅棗滴丸的感官評(píng)價(jià)包括圓整度（0～40 分）、粘連（0～30 分）、色澤均勻度（0～30 分）等指標(biāo)，總分為各項(xiàng)指標(biāo)之和，滿分100 分。具體標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 感官評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria

1.4.3 重差RSD

取同一批滴丸樣品20 粒，精密稱定總重量，求得平均重量，再分別測(cè)定每粒滴丸的重量，求出相應(yīng)的重差。

1.4.4 多糖含量

參考SN/T 4260-2015《出口植物源食品中粗多糖的測(cè)定》。

1.4.5 綜合評(píng)分

定義溶散時(shí)限、丸重差、感官評(píng)價(jià)3 個(gè)指標(biāo)分別為X1、X2、X3，將 X1=6.5 定為 100 分，各項(xiàng)按 x1=106.5－X1；x2=1 000÷X2；x3=X3；最后 3 個(gè)指標(biāo)按權(quán)重系數(shù) x1∶x2∶x3=3 ∶3 ∶4 計(jì)算綜合評(píng)分[16]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS17.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理，正交試驗(yàn)結(jié)果采用正交設(shè)計(jì)助手Ⅱ-V3.1 軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 藥物與基質(zhì)比

滴丸的基質(zhì)選擇對(duì)后續(xù)的研究至關(guān)重要，既要保證藥物不與加入基質(zhì)發(fā)生反應(yīng)變質(zhì)又要關(guān)注到基質(zhì)對(duì)于制備的影響，藥物與基質(zhì)比對(duì)滴丸的影響見表3。

表3 藥物與基質(zhì)比對(duì)滴丸的影響Table 3 Effect of drug and matrix ratio on dropping pills

由表3 可知，按照工藝制備紅棗多糖滴丸，當(dāng)藥物與基質(zhì)比為1 ∶1（質(zhì)量比）時(shí)，藥物浸膏無(wú)法與基質(zhì)較好的混合均勻，制備時(shí)易粘連，嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì)；在藥物與基質(zhì)比為1 ∶5（質(zhì)量比）以上時(shí)，產(chǎn)品粗糙不圓整，溶散時(shí)限較長(zhǎng)；當(dāng)藥物與基質(zhì)比為1 ∶3（質(zhì)量比）時(shí)，基質(zhì)能將藥物很好的包裹，且此條件下的滴丸產(chǎn)品成型率高，產(chǎn)品外觀品質(zhì)佳，溶散時(shí)限最短，是較佳比例。

2.1.2 滴制溫度

滴制溫度對(duì)滴丸的影響見表4。

表4 滴制溫度對(duì)滴丸的影響Table 4 Effect of drop temperature on dropping pills

由表4 可知，當(dāng)?shù)沃茰囟葹?0 ℃時(shí)，少量滴丸在滴丸機(jī)中冷凝時(shí)出現(xiàn)拖尾粘連現(xiàn)象，無(wú)法達(dá)到滴丸產(chǎn)品要求；在滴制溫度為100 ℃時(shí)，藥液在此溫度下，部分發(fā)生褐變顏色變深，這可能是在高溫下紅棗多糖發(fā)生焦糖化反應(yīng)或者與少量蛋白質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的色素物質(zhì)；對(duì)比滴制溫度為80、90 ℃時(shí)紅棗多糖滴丸的制備情況及產(chǎn)品的品質(zhì)分析，前者具有更好的制備效果，且產(chǎn)品品質(zhì)更佳；隨著溫度的升高，滴丸產(chǎn)品的重差先降低再變大，在滴制溫度為70、80 ℃時(shí)重差較小，表明該條件下產(chǎn)品穩(wěn)定均一；溶散時(shí)限隨滴制溫度的升高總體呈上升趨勢(shì)，60 ℃滴制溫度下溶散時(shí)限最短，但此溫度下的產(chǎn)品品質(zhì)較低；綜合考慮以上的影響，選擇80 ℃作為紅棗多糖滴丸滴制溫度。

2.1.3 滴距

滴距為滴頭所在平面與冷凝劑液面的高度差，其大小的不同會(huì)造成藥液在自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)以不同的速度接觸冷凝劑，之后經(jīng)過(guò)大量冷凝劑，在各種力的綜合影響下滴丸得已成型。滴距的選擇對(duì)紅棗多糖滴丸產(chǎn)品的質(zhì)量影響較大。滴距對(duì)滴丸的影響見表5。

表5 滴距對(duì)滴丸的影響Table 5 Effect of drop distance on dripping pills

由表5 可知，當(dāng)?shù)尉酁? cm 時(shí)，滴丸產(chǎn)品成型率最高且外觀品質(zhì)較優(yōu)，丸重差RSD 值最小，表明該條件下制備的滴丸產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，可以保證在實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)品的安全合格；各滴距下的滴丸產(chǎn)品溶散時(shí)限相差較小，且在滴距為6 cm 時(shí)，溶散時(shí)限最短，有利于藥物的吸收利用；因此選擇滴距為6 cm。

2.1.4 滴速

滴速對(duì)滴丸的影響見表6。

表6 滴速對(duì)滴丸的影響Table 6 Effect of drop speed on dropping pills

由表 6 可知，在滴速為 50、60 滴/min 時(shí)，產(chǎn)品成型率比其他滴速水平下低，在30 滴/min 滴速下，紅棗多糖滴丸產(chǎn)品品質(zhì)最佳。當(dāng)?shù)嗡佥^大時(shí)，在滴落冷凝過(guò)程中，還未等上一粒冷凝成型好，后者與其發(fā)生粘連導(dǎo)致產(chǎn)品成型率低；隨著滴速的提高，產(chǎn)品的重差先減小后增大，當(dāng)?shù)嗡贋?0 滴/min 時(shí)，滴丸的重差最小；溶散時(shí)限在一定程度上受滴速影響，當(dāng)?shù)嗡贋?0 滴/min時(shí)，溶散時(shí)限最短；綜合滴丸的各種影響，最終選擇30 滴/min 的滴速制備紅棗多糖滴丸較適宜。

2.2 正交試驗(yàn)

正交試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Orthogonal experimental results

由正交試驗(yàn)結(jié)果可知，直觀分析可看出影響紅棗多糖滴丸制備的因素主次關(guān)系為C>D>B>A，則4 個(gè)因素中對(duì)滴丸制備工藝影響最大的是滴速，其他依次是滴距、滴制溫度、藥物與基質(zhì)比。方差分析結(jié)果表明，滴速影響顯著，另外3 個(gè)因素影響不顯著。各因素的最佳的水平組合為A2B2C3D2，即：藥物與基質(zhì)比為1 ∶3（質(zhì)量比），滴制溫度為80 ℃，滴速40 滴/min，滴距6 cm。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證試驗(yàn)，該工藝下紅棗多糖滴丸產(chǎn)品重差RSD為8.32%、溶散時(shí)間6.63 min、感官評(píng)分為94.25。經(jīng)過(guò)與表7 中各試驗(yàn)結(jié)果分析，該工藝下紅棗多糖滴丸重差RSD 最小、溶散時(shí)間最短，感官評(píng)分最高，表明該工藝穩(wěn)定可靠。各因素結(jié)果方差分析見表8，最終產(chǎn)品的指標(biāo)結(jié)果見表9。

滴丸產(chǎn)品圓整光滑、硬度適中，溶散時(shí)限和丸重差異均符合2015 版《中華人民共和國(guó)藥典》對(duì)滴丸劑的要求[17]。則證明本試驗(yàn)紅棗多糖滴丸制備工藝具有一定的可行性。

表8 各因素結(jié)果方差分析Table 8 Variance analysis of the results of various factors

表9 最終產(chǎn)品的指標(biāo)結(jié)果Table 9 Indicator results of the final product

3 結(jié)論

在單因素及正交試驗(yàn)后，優(yōu)化的紅棗多糖滴丸制備工藝條件為：藥物與基質(zhì)比為1 ∶3（質(zhì)量比），滴制溫度為80 ℃，滴速40 滴/min，滴距6 cm。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證試驗(yàn)，紅棗多糖滴丸的制備工藝條件具有一定的可行性，產(chǎn)品主要功效成分多糖含量較高，產(chǎn)品的品質(zhì)較優(yōu)，適合進(jìn)行大量加工生產(chǎn)。

試驗(yàn)旨在研究紅棗多糖的深加工開發(fā)為滴丸的制備工藝，為相關(guān)的開發(fā)應(yīng)用提供一點(diǎn)理論參考。后續(xù)可對(duì)試驗(yàn)研究進(jìn)行放大中試確定具體工藝。紅棗多糖滴丸的應(yīng)用生產(chǎn)需要大量原料基地的支持，以保證原料的穩(wěn)定及供應(yīng)。可以結(jié)合種植相關(guān)的原料突破研究相結(jié)合，共同合作開發(fā)形成產(chǎn)業(yè)鏈。紅棗多糖滴丸的功效作用、相關(guān)產(chǎn)品藥物的劑量的控制把握，需要進(jìn)行深入的動(dòng)物試驗(yàn)及毒理學(xué)評(píng)價(jià)試驗(yàn)，制定相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及危害分析及關(guān)鍵控制點(diǎn)體系，可以更好的造福人類社會(huì)。