星點設計－響應面法優(yōu)選余甘子保健飲料制備工藝*

裴河歡，李 琦，孫 朋，凌光鋒，寧成裕，張美鳳

（1. 廣西壯族自治區(qū)欽州市中醫(yī)醫(yī)院，廣西 欽州 535000； 2. 廣西壯族自治區(qū)桂林市食品藥品檢驗所，廣西 桂林 541012；3. 廣西中醫(yī)藥大學藥學院，廣西 南寧 530200； 4. 廣西壯族自治區(qū)欽州市第一人民醫(yī)院，廣西 欽州 535000）

余甘子為大戟科植物余甘子Phyllanthus emblica L.的干燥成熟果實，收載于2015 年版《中國藥典（一部）》［1］，作為一味傳統(tǒng)民族藥，也收載于《廣西壯族自治區(qū)壯藥質量標準（第一卷）》［2］，更是衛(wèi)生部公布的藥食兩用品種。其壯藥品名為芒音，異名牛甘子、油甘子等，原植物主要分布于福建、廣東、廣西等地，在廣西主要分布于欽州、貴港、玉林等地，具有清熱涼血、消食健胃、生津止咳功效［1－3］。現(xiàn)代藥理學研究表明，余甘子果實中酚酸類成分能減輕自由基對機體的損傷，具有抗氧化、緩解疲勞的作用［4－7］。前期研究發(fā)現(xiàn)，廣西壯族自治區(qū)玉林市容縣的余甘子中酚酸類成分含量較高、質量較好［8－9］。本研究中選用該產地的余甘子作為主要原料，研制出一種風味口感改善、可緩解疲勞的余甘子保健飲料，并采用星點設計－響應面法優(yōu)選其制備工藝。現(xiàn)報道如下。

1 儀器與試藥

1.1 儀器

TX2202L 型電子天平（日本島津公司，精度為0.01 g）；Simplicity 超純水系統(tǒng)（德國默克密理博公司）；DK－98－Ⅱ型電熱恒溫水浴鍋（天津市泰斯特儀器有限公司）。

1.2 試藥

余甘子藥材產自廣西壯族自治區(qū)玉林市容縣，飽滿、質實、無蟲霉，經廣西中醫(yī)藥大學藥學院郭敏副教授鑒定為正品；白砂糖（食品級，廣西東亞扶南精糖有限公司）；無水檸檬酸（食品級，浙江綠之源食品生物科技有限公司）。

2 方法與結果

2.1 星點試驗設計

研究發(fā)現(xiàn)，料液比和甜味劑用量是飲料制備的主要影響因素［10］。在文獻［11－12］和前期試驗基礎上，在藥液中加入白砂糖作為甜味劑、檸檬酸作為酸度調節(jié)劑。以加水量（因素X1）、白砂糖量（因素X2）、檸檬酸量（因素X3）為主要影響因素，每個因素5 個水平（見表1）。以飲料的組織狀態(tài)、甜度、口感、氣味和色澤為評價指標進行綜合評分。綜合評分（Y，滿分100 分）＝組織狀態(tài)評分（20 分）＋甜度評分（20 分）＋口感評分（20 分）＋氣味評分（20 分）＋色澤評分（20 分），評分要求見表2。按照星點設計［13－14］三因素表安排試驗。

表1 因素水平表Tab.1 Factors and levels

表2 評分要求Tab.2 Scoring requirements

2.2 藥液制備

將挑選的藥材用超純水洗凈，干燥，去核，粉碎成直徑為0.5 ～0.8 cm 的粗顆粒，充分混勻，粉碎，過4 號篩，混勻，各取粉末10 g，按表1 的試驗設計方案，分15 個水平試驗，加入相應量的水，煎煮2 次，每次1 h，合并煎液，過濾，將濾液濃縮至相對密度為0.90（60 ～80 ℃），放冷，備用。

2.3 結果與分析

試驗結果見表3。將表3 中Y 這個指標用Hassan方法標準化為0 ～1 之間的歸一值，以指標歸一值求算幾何平均數(shù)，得總評歸一值（ OD）。對取值越小越好的因素和取值越大越好的因素采用Hassan 方法分別進行數(shù)學轉換求歸一值dmin和dmax，dmin＝（Ymax－ Yi）／（Ymax－ Ymin），dmax＝（Yi－ Ymin）／（Ymax－ Ymin）。這個指標的含量以取值越大越好的因素計算OD，OD ＝d1／k，k ＝1。結果見表3。采用Statistica 10.0 統(tǒng)計學軟件處理數(shù)據(jù)，以OD 為指標進行多元線性回歸擬合，Y（OD）＝－0.519 0 ＋0.012 5 X1＋0.035 0 X2＋1.946 7 X3，r ＝0.583 9，F(xiàn)（3，11）＝1.896 5，P ＝0.188 7 ＞0.05，查表F0.05（3，11）＝3.59，則未通過檢驗。用二項式Y ＝b0＋b1X1＋b2X2＋b3X3＋b4X12＋b5X22＋b6X32＋b7X1X2＋b8X1X3＋b9X2X3進 行 擬合，r ＝0.887 7，相關系數(shù)較高，線性回歸方程為Y（OD）＝－4.367 2 ＋0.144 8X1＋0.163 8X2＋28.215 2X3－0.012 5X12－0.008 1X22－69.940 8X32＋0.010 4X1X2＋0.446 4 X1X3－0.363 4 X2X3，二次模型的方差分析結果見表4。以此方程作為分析及預測模型，未將模型進一步簡化，固定3 個影響因素之一為中值，將中心點值代入OD 的二次回歸模型方程得到新的OD 方程，以該OD 值為因變量，相對于另2 個自變量的效應面三維圖見圖1 至圖3。

表3 星點試驗設計與結果Tab.3 Central composite design and results

表4 二次模型方差分析結果Tab.4 The ANOVA results of the quadratic model

當加水量為中心點（X1＝14.00 倍）時，由圖1 可見，隨著白砂糖量和檸檬酸量的增加，OD 值呈現(xiàn)增加趨 勢，最 優(yōu) OD 值 范 圍 為0.7 ～0.8，即 加 白 砂 糖13.00% ～20.00%，加檸檬酸0.15% ～0.24%。

當白砂糖量為中心點（X2＝12.50%）時，由圖2 可見，隨著加水量和檸檬酸量的增加，OD 值呈現(xiàn)增加趨勢，最優(yōu)OD 值范圍為0.6 ～0.7，即加水14.40 ～20.00倍，加檸檬酸0.21% ～0.27%。

圖1 OD 對白砂糖量和檸檬酸量的因變量響應面圖（加水量為14.00 倍）Fig.1 Response surface of OD to white granulated sugar and citric acid（14 times of water）

圖2 OD 對加水量和檸檬酸量的因變量響應面圖（白砂糖量為12.50%）Fig.2 Response surface of OD to white granulated sugar and citric acid（12.50% of white granulated sugar）

圖3 OD 對加水量和白砂糖量的因變量響應面圖（檸檬酸量為0.20%）Fig.3 Response surface of OD to white granulated sugar and citric acid（0.20% of citric acid）

當檸檬酸量為中心點（X3＝0.20%）時，由圖3 可見，隨著加水量和白砂糖量的增加，OD 值呈現(xiàn)增加趨勢，最優(yōu)OD 值范圍為1.2 ～1.7，即加水17.50 ～20.00 倍，加白砂糖18.00% ～20.00%。

2.4 最佳工藝及驗證試驗

由響應面法數(shù)據(jù)優(yōu)選出的最佳制備工藝為：取藥材粉末，加18.00 倍量水，于65 ℃水浴中浸提2.5 h，過濾，放冷，加入白砂糖19.00%，溶解，再加入檸檬酸0.20%，攪勻，濾過，即得。經過3 次驗證試驗，以飲料的組織狀態(tài)、甜度、口感、氣味和色澤為評價指標進行綜合評分（Y），OD 實際測得平均值為0.920 1，與理論預測值0.929 0 的偏差為－0.96%，表明該模型預測性良好。

3 討論

星點設計－響應面法是根據(jù)所建立的數(shù)學模型，運用統(tǒng)計分析軟件描繪出評價指標對考察的主要影響因素的響應面，在響應面上選擇較佳的響應區(qū)，對評價指標用Hassan 方法標準化為0 ～1 間的歸一值進行綜合評價，從而推算出自變量取值范圍，即最佳試驗條件的優(yōu)化法。該方法具有試驗次數(shù)少、精密度高、預測性好的優(yōu)點［15］。同時，根據(jù)《食品安全國家標準 保健食品》（GB 16740－2014）、《食品安全國家標準 飲料》（GB 7101－2015）和《感官分析 食品感官質量控制導則》（GB／T 29605－2013）的規(guī)定，選擇以飲料的組織狀態(tài)、甜度、口感、氣味和色澤為星點設計的評價指標進行綜合評分，將主觀評分與數(shù)學模型有機結合，減少了主觀評價對分析結果的偏離和影響，使感官分析評價更具科學性。本研究結果顯示，OD 的實際測得值與理論預測值偏差較小，說明所建立的數(shù)學模型可用于預測余甘子保健飲料的質量評價。

余甘子酸甜微澀，回味甘甜，其果實中含有大量結構復雜的酚酸類成分，主要有沒食子酸、鞣花酸、沒食子兒茶素、柯里拉京、訶子聯(lián)苯酸、表兒茶素等［8－9，16］，其中表兒茶素是引起果實澀感的主要酚酸類化合物［17］。根據(jù)《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》（GB 2760－2014）的規(guī)定，白砂糖作為甜味劑可賦予飲料甜味，而檸檬酸作為酸度調節(jié)劑，可適當改變飲料的酸堿度。按優(yōu)選出的最佳工藝加入18.00 倍量水、白砂糖19.00%和檸檬酸0.20%，制備出的余甘子保健飲料透亮均勻，在保留特有余甘味的同時，口感酸甜適中而柔和，澀感降低。

綜上所述，本制備工藝方法簡便、預測性好、科學可行，可作為余甘子保健飲料的制備工藝。