響應面法優化金銀花茶精制備工藝研究

劉征輝，崔施展，魏 曼，王 騰，劉永進，趙云平，賈東升,*

（1.天津市農業質量標準與檢測技術研究所，天津 300381；2.河北省農林科學院經濟作物研究所，河北 石家莊 050051）

金銀花為忍冬科植物忍冬(Lonicera japonica Thunb.)的干燥花蕾或帶初開的花，具有清熱解毒、疏散風熱的功效，臨床用于治療溫病發熱，熱毒血痢，癰瘍風熱感冒，支氣管炎等癥[1-5]。金銀花作為藥食同源的中藥，因其富含多種生物活性成分，被廣泛應用于多個領域，目前市售金銀花相關產品主要包括金銀花飲品、金銀花露、金銀花糖果等[6-7]，固體飲料具有服用劑量大、攜帶服用方便等特點，越來越受到消費者的廣泛認可[8-9]。本研究以綠原酸得率為考察指標，優化金銀花綠原酸提取工藝；以口感、溶解性及澄清度為考察指標，優化金銀花茶精配方及制備工藝，旨在開發一款金銀花固體飲料，豐富金銀花深加工產品的種類。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

金銀花，購于河北省安國中藥材專業市場；綠原酸標準品（批號110753-202024），中國食品藥品檢定研究院；100～200目中性氧化鋁（色譜純），上海國藥集團；乙醇（分析純），天津市凱通化學試劑有限公司；香草醛，天津市光復精細化工研究所；高氯酸（分析純），天津政成化學制品有限公司；冰乙酸（分析純），德國巴斯夫（中國）有限公司；麥芽糊精，西王藥業有限公司；甘露醇，河南味銘化工產品有限公司；微粉硅膠，青島裕民源硅膠試劑廠；白砂糖、檸檬酸，河南華森食品配料有限公司。

1.1.2 儀器與設備

MS105DU型電子天平，梅特勤-托利多公司；752PC型紫外光可見分光光度計，上海光譜儀器有限公司；HWS-12恒溫水浴鍋，上海?，攲嶒炘O備有限公司；TN型提取濃縮機組、GLP型高速離心噴霧干燥機，無錫市旺盛機械廠；GL1-25干法制粒機，張家港市開創機械制造有限公司。

1.2 方法

以金銀花為原料，以綠原酸得率為考察指標，優化金銀花中綠原酸提取工藝；以感官評分為指標，篩選金銀花茶精配方；進行干法制粒，制備金銀花茶精。

1.2.1 金銀花茶精制備工藝流程

1.2.2 金銀花中綠原酸提取工藝優化單因素試驗設計

1.2.2.1 料液比對綠原酸得率的影響

以金銀花為原料，以水為溶劑，在提取時間為2 h，提取次數為2次的條件下，考察料液比為1∶6、1∶8、1∶10、1∶12（g/mL）時對綠原酸得率的影響，平行試驗3次，計算并比較綠原酸得率。

1.2.2.2 提取時間對綠原酸得率的影響

固定料液比1∶8（g/mL），提取次數2次，考察提取時間分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h時對綠原酸得率的影響，平行試驗3次，計算并比較綠原酸得率。

1.2.2.3 提取次數對綠原酸得率的影響

固定料液比1∶8（g/mL），提取時間1.5 h，考察提取次數分別為1次、2次、3次時對綠原酸得率的影響，平行試驗3次，計算并比較綠原酸得率。

1.2.3 金銀花中綠原酸提取工藝響應面優化試驗設計

結合單因素試驗，利用響應面優化法，考察料液比、提取時間、提取次數對綠原酸得率的影響（見表1），確定合理可行的綠原酸提取工藝。

表1 響應面試驗因素水平設計表Table 1 Response surface factor level table

1.2.4 綠原酸得率的測定方法

精密稱取綠原酸對照品，用50%甲醇配制成86.4μg/mL綠原酸溶液，備用。分別量取綠原酸對照品溶液1、2、3、4、5 mL置于25 mL容量瓶中，加濃度為50%的甲醇稀釋至刻度，以濃度為50%的甲醇為空白對照，用紫外分光光度計在327 nm波長處測定吸光度，繪制標準曲線，得到下述方程：

式中：Y表示樣品吸光度；X表示樣品濃度。

從標準曲線可知，綠原酸在3.456～17.28μg/mL范圍內線性關系良好。

按照上述方法測定金銀花提取液中綠原酸濃度，計算綠原酸得率，計算公式如下：

綠原酸得率（%）=C×V×稀釋倍數/M×100

式中：C表示提取液綠原酸濃度；V表示提取液體積；M表示金銀花質量。

1.2.5 金銀花茶精配方確定

以不同濃度的金銀花提取液干燥粉、乳糖、低聚果糖、白砂糖和檸檬酸為原料配制金銀花茶飲品[10-11]，依照表2分別對飲品的口感、溶解性及澄清度進行評分[12-15]，得分最高的確定為產品最終配方。

表2 感官評分標準Table2 Sensory evaluation criteria

1.2.6 數據處理

采用SPSS20.0統計學軟件進行數據分析，數據以平均數±標準差（xˉ±s）表示，差異比較采用LSD-t檢驗，以P＜0.05表示差異具有統計學意義。

2 結果與分析

2.1 金銀花中綠原酸提取工藝優化結果

2.1.1 單因素試驗結果

2.1.1.1 溶劑用量

由表3可知，隨著水用量的增大，綠原酸得率有增大的趨勢，與料液比為1∶6（g/mL）相比，料液比為1∶8、1∶10、1∶12（g/mL）時，綠原酸得率顯著增高（P＜0.05），料液比大于1∶8（g/mL）時，綠原酸得率變化不顯著，達到1∶12（g/mL）時綠原酸得率不但不增加，反而降低，故料液比選擇為1∶8（g/mL）。

表3 料液比對綠原酸得率的影響Table3 Effect of material-liquid ratioon extraction yield of chlorogenic acid

2.1.1.2 提取時間

由表4可知，隨著提取時間的延長，綠原酸得率逐漸增加。與提取時間為1.5 h相比，提取時間低于1.5 h時，綠原酸得率變化顯著（P＜0.05）；提取時間大于1.5 h時，綠原酸得率增加不顯著。故提取時間選擇為1.5 h。

表4 提取時間對綠原酸得率的影響Table 4 Effect of extraction time on extraction yield of chlorogenic acid

2.1.1.3 提取次數

由表5可知，當提取次數為1次時，綠原酸得率較低；當提取次數為2次時綠原酸得率顯著增高，達到6.46%；當提取次數為3次時綠原酸得率雖然有所增加，但增加不顯著。故提取次數選擇為2次。

表5 提取次數對綠原酸得率的影響Table 5 The effect of extraction times on extraction rate of chlorogenic acid

2.1.2 響應面試驗設計與結果

結合單因素試驗結果，以料液比、提取時間、提取次數為自變量，以綠原酸得率為響應值，利用響應面優化法，對金銀花中綠原酸提取工藝進行優化。試驗設計及結果見表6。

表6 響應面試驗設計與結果Table 6 Response surface experiment design and results

利用Design-Expert 8.06軟件對響應面試驗結果進行分析，得到以綠原酸得率為響應值的回歸方程：Y=1.62+0.11A+0.085B+0.024C+0.035AB+0.22AC+0.07BC-0.39A2-0.08B2-0.15C2。為檢驗回歸方程的有效性及各因素對綠原酸得率的影響程度，對回歸方程進行可信度分析和方差分析，結果見表7和表8。

表7 回歸方程的可信度分析Table 7 Reliability analysis of regression equation

由表7可以看出，方程的R2為0.991 3，表明因變量與所考察自變量之間的線性關系顯著，說明該方程擬合度較高，可用該模型對綠原酸得率進行分析和預測。變異系數較小，為2.91%，說明試驗穩定性較高。從表8可以看出，回歸模型P＜0.000 1，回歸模型達到極顯著水平，說明模型擬合程度良好，試驗誤差??；失擬項P=0.265 1＞0.05，不顯著，說明未知因素對試驗結果干擾小，殘差均由隨機誤差引起，該模型可用。對回歸方程各項方差的進一步分析可知，料液比和提取時間的P＜0.01，說明這兩個因素對綠原酸得率影響極顯著；3個因素的二次項對綠原酸得率的影響均達到極顯著水平，交互項AC和BC對綠原酸得率的影響極顯著，交互項AB對綠原酸提取得率影響不顯著。在所選的各因素水平范圍內，對綠原酸得率的影響排序為A＞B＞C，即：料液比＞提取時間＞提取次數。各因素對綠原酸得率影響響應面圖見圖1。

表8 回歸模型的方差分析及顯著性檢驗Table8 Analysis of variance and significance test of regression model

從圖1中的等高線圖及3D響應面圖可直觀地看出3個影響因素對響應值的影響及變化趨勢，找出最優參數。此試驗在所選范圍內回歸模型存在最大值，最佳落點在試驗考察的區域內。最佳提取工藝為：料液比1∶8（g/mL），提取時間1.91 h，提取次數2.51，此時綠原酸得率理論最大值為6.68%。

圖1 各因素交互作用對金銀花中綠原酸得率影響的響應面圖Fig.1 Responsesurface map of the influence of interaction of variousfactors on extraction rate of chlorogenic acid from honeysuckle

2.1.3 驗證試驗

為了驗證模型的可靠性，采用修正的最佳提取條件：料液比1∶8（g/mL），提取時間2 h，提取次數2次，對提取工藝進行驗證，平行試驗3次，綠原酸得率平均值為6.62%，與理論預測值非常接近，證明該回歸模型具有可靠性。

2.2 金銀花提取物粉的制備

在料液比為1∶8（g/mL），提取時間為2 h，提取次數為2次的條件下對金銀花進行提取，然后在60℃條件下對提取液進行濃縮，提取液濃縮至相對密度1.05～1.07時，添加飲片投料量30%的麥芽糊精，在干燥溫度為進風溫度170℃、出風溫度85℃，塔內壓強為-40～-30 Pa的條件下噴霧干燥，收集干燥粉即得金銀花提取物粉。

2.3 金銀花茶精的調配及制粒

根據感官評分，通過單因素試驗，最終確定產品配方為金銀花提取物粉60%、乳糖20%、低聚果糖10%、白砂糖8%、檸檬酸2%。在滾輪壓力1.5 MPa條件下進行干法制粒，得到成品金銀花茶精，用該配方制得的金銀花茶精口感好、溶解迅速、溶液澄清，感官評分為75分。

3 結論

本研究最終確定金銀花中綠原酸提取工藝為：料液比1∶8（g/mL），提取時間2 h，提取次數2次，提取液濃縮至相對密度1.05～1.07時添加飲片投料量30%的麥芽糊精，在干燥溫度為進風溫度170℃、出風溫度為85℃，塔內壓強-40～-30 Pa的條件下進行噴霧干燥，得到金銀花提取物粉。按照金銀花提取物粉60%、乳糖20%、低聚果糖10%、白砂糖8%、檸檬酸2%的比例配料后進行干法制粒，即得金銀花茶精。制備的金銀花茶精口感好、溶解迅速、溶液澄清，感官評分為75分。