響應面法優化肉蓯蓉咀嚼片配方及品質檢測

趙宇慧，張麗，宋玉霞*，甘曉燕，聶峰杰，鞏檑

寧夏農林科學院農業生物技術研究中心（銀川 750002）

肉蓯蓉又名蓯蓉、大蕓、沙生，是我國西北干旱地帶特有的寄生草本植物，享有“沙漠人參”的美譽[1]。其性溫，味甘，咸，傳統應用表現在可以補腎陽、益精血、潤腸通便等。現代藥理學研究表明，肉蓯蓉還具有延緩衰老、調節免疫、改善記憶、抗疲勞，以及對肝臟的保護作用等[2-4]。傳統肉蓯蓉的加工方式主要是干制、鹽漬或酒精浸泡制成保健酒[5-6]，近年來也有利用超微粉碎技術將肉蓯蓉制備成肉蓯蓉超微粉的報道[7]。相較于肉蓯蓉干片，超微粉可更好地促進吸收和溶解，便于調劑和服用。但由于肉蓯蓉含糖量較高，環境濕度控制不當易與水分形成水合物，且超微粉的粒度較小，環境中水分與肉蓯蓉超微粉接觸后易形成液體橋，貯存放置過程中容易產生粉體的粘連現象，對產品的品質和食用價值有極大影響[8-9]。咀嚼片的生產工藝簡單、成本較低，且其生物利用率較高、產品穩定且貨架期較長，現已迅速成為食品及保健品熱門的研究領域[10-12]。以肉蓯蓉超微粉為原料，添加一定輔料制備肉蓯蓉咀嚼片，可以避免肉蓯蓉超微粉直接存放時出現吸潮結塊的問題。采用Box-Behnken響應面法對咀嚼片配方進行優化，旨在研制出一種口感適宜、風味獨特、方便貯存與攜帶，且具有一定功能特性的肉蓯蓉產品，為肉蓯蓉資源的綜合利用和產業化提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

肉蓯蓉，產地為內蒙古額濟納旗。羧甲基纖維素、硬脂酸鎂、微晶纖維素、甘露醇、乳糖、甜菊糖苷、檸檬酸、復合維生素B，河南安銳生物科技有限公司；乙醇，河南鑫河酒精有限公司。以上原輔料均為食品級。總抗氧化（ABTS）能力測試試劑盒、羥自由基清除能力測試試劑盒、超氧陰離子自由基清除能力測試試劑盒、DPPH自由基清除能力測試試劑盒，蘇州科銘生物技術有限公司。

1.2 主要儀器與設備

LC-2030C 3D Plus液相色譜儀（日本島津）；振動式超微粉碎機（濟南健康機械有限公司）；101A型恒溫鼓風干燥箱（上海市實驗儀器總廠）；5810R離心機（Eppendorf公司）；imark吸收光酶標儀（時代聯想生物科技有限公司）；ME204電子天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]；DK-8D電熱恒溫水浴鍋（上海精宏實驗設備有限公司）；超微粉碎機（濟南倍力粉技術工程有限公司）；單沖壓片機（北京國藥龍立科技有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 肉蓯蓉超微粉的制備

取微波真空干燥肉蓯蓉片，在80 ℃恒溫鼓風干燥箱10 h，置于超微粉碎機中粉碎10 min，粉碎粒度小于0.075 mm，裝入真空密封帶備用。

1.3.2 肉蓯蓉咀嚼片制備工藝[13]

取肉蓯蓉超微粉，按照配方比例混勻，加入一定質量分數的乙醇溶液作為潤濕劑制軟材料，用0.85 mm篩造粒，55 ℃下熱風干燥40 min，用0.85 mm 篩整粒，同時加入硬脂酸鎂作為潤滑劑，混勻，放入單沖壓片機中壓片，片重1.2±0.06 g，厚度30 mm。

1.3.3 肉蓯蓉咀嚼片中填充劑的選擇

肉蓯蓉咀嚼片中，各原輔料添加量分別為肉蓯蓉超微粉16 g、檸檬酸0.3 g、甜菊糖苷0.02 g、復合維生素B 0.5 g、硬脂酸鎂0.3 g、羧甲基纖維素0.5 g、潤濕劑80%、填充劑34 g。選擇微晶纖維素（MCC）、乳糖、甘露醇、麥芽糊精為咀嚼片填充劑，按照不同配比添加，以制粒情況、壓片效果和片劑口感作為指標，進行綜合評價，選擇合適的復合填充劑。

1.3.4 肉蓯蓉咀嚼片單因素試驗設計方法

以肉蓯蓉超微粉添加量、檸檬酸添加量、甜菊糖苷添加量、填充劑添加量為試驗因素，按照上述工藝制備肉蓯蓉咀嚼片，具體見表1。

表1 肉蓯蓉咀嚼片單因素水平表 單位：g

1.3.5 肉蓯蓉咀嚼片制備響應面設計優化

在單因素基礎上，選取對肉蓯蓉咀嚼片感官品質影響最大的3個因素肉蓯蓉粉添加量、填充劑添加量、甜菊糖苷添加量為試驗因子，根據Box-Benhnken中心組合試驗設計原理，以感官評分為指標，考察試驗因子間交互作用，優化肉蓯蓉咀嚼片的配方，如表2所示。

表2 響應面試驗設計 單位：g

1.3.6 感官評定

由10名專業人員組成評定小組，分別對肉蓯蓉咀嚼片進行評分，并計算總分，感官質量評分標準見表3。

表3 肉蓯蓉咀嚼片感官評分標準

1.3.7 理化指標、有效成分及微生物指標測定

水分按GB5009.3—2016測定；灰分按GB5009.4—2016測定；蛋白質按GB 5009.5—2016測定；脂肪按GB 5009.6—2016測定。有效成分按照《中國藥典2015版》方法鑒別和測定：毛蕊花糖苷和松果菊苷的鑒別采用薄層色譜法；毛蕊花糖苷和松果菊苷含量測定采用液相色譜法。

1.3.8 抗氧化性測定

測定肉蓯蓉咀嚼片的總抗氧化（ABTS）能力、羥自由基清除能力、超氧陰離子自由基清除能力、DPPH自由基清除能力。測定方法按試劑盒說明進行。

2 結果與分析

2.1 肉蓯蓉超微粉感官指標、基本成分及活性成分的檢測

對制備的肉蓯蓉超微粉產品性狀和有效成分進行檢測，結果如表4所示。可以看出，微波真空干燥后制備的超微粉產品性狀和灰分均符合相關檢測標準。產品呈現紅棕色，具有肉蓯蓉應有的味甜微苦的滋味。

表4 肉蓯蓉超微粉感官指標檢出結果

研究發現，肉蓯蓉中主要活性成分為苯乙醇苷類化合物，具補腎陽、抗氧化、增強記憶力、免疫調節等功能，其中松果菊苷和毛蕊花糖苷為主要成分[1，14]。由表5可以看出，肉蓯蓉超微粉中松果菊苷和毛蕊花糖苷總量為2.02%，其含量遠高于《中國藥典2015》中大于0.03%的標準。此外，活性成分中還含有4.47%的總黃酮和10.61%的總多糖。對肉蓯蓉超微粉基本成分進行測定，可知灰分含量7.52%，表明礦物質含量較為豐富；酸不溶性灰分含量0.26%，表明雜質含量較少；膳食纖維含量為6.19 g/100 g；脂肪含量為3.31 g/100 g，蛋白質含量為5.61 g/100 g，碳水化合物含量為82.35 g/100 g。

表5 肉蓯蓉超微粉基本成分及活性成分檢測

2.2 肉蓯蓉咀嚼片中填充劑的選擇

咀嚼片主要由功能性主料與適宜輔料組成。微晶纖維素是一種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，但添加過多會導致酸甜不均，影響口感；甘露醇具有清爽的甜味，與食品中其他組分配伍性較好，也可與其他甜味劑有協同增效作用，用于咀嚼片可以增加片劑的成型性[15-17]。單一考慮到口感問題，選定以甘露醇為基本填充劑，其他輔料與甘露醇復配以后作為復合填充劑，以制粒情況、壓片效果、口感為指標進行綜合評價，結果如表6所示。當以微晶纖維素、甘露醇和乳糖為填充劑時，咀嚼片的制粒情況、壓片效果和口感均要好于微晶纖維素、甘露醇和麥芽糖組。其中，乳糖和微晶纖維素成型性較好，而甘露醇有清涼的口感，可以改善咀嚼片的口感，且微晶纖維素、甘露醇和乳糖在配比為2∶2∶1時效果最好。

表6 填充劑配比考察結果

2.3 肉蓯蓉咀嚼片單因素試驗結果

2.3.1 肉蓯蓉添加量的試驗結果

糖類在肉蓯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]。較多的糖含量使肉蓯蓉超微粉具有一部分黏性，其添加量對制粒的難易程度有明顯影響，因此選擇感官評分和制粒情況進行綜合評價。由圖1可知：隨著肉蓯蓉超微粉添加量不斷增加，咀嚼片的感官評分呈現緩慢上升后急速下降的趨勢；制粒情況評分出現緩慢下降后驟降的趨勢。當肉蓯蓉超微粉添加量為15 g時，咀嚼片的感官評分最高，為81分。當添加量超過15 g時，咀嚼片苦味增加明顯；制粒時易結團；造粒易粘附篩網，顆粒大且質地較硬，操作困難度增加；壓片后容易花片，且硬度較大不易咀嚼。根據制粒難易狀況及咀嚼片的感官評分綜合評價來看，選擇肉蓯蓉超微粉添加量12～18 g較好。

圖1 肉蓯蓉超微粉添加量對咀嚼片感官品質及制粒情況影響

2.3.2 矯味劑添加量的試驗結果

肉蓯蓉本身具有味甜、微苦的滋味，添加到一定量時苦味會給人感官帶來不愉悅的感受。在咀嚼片中，一般甜味或略帶酸味的矯味劑嚼碎后給人以涼爽的感覺[19]。因此，選擇在肉蓯蓉咀嚼片中加入甜菊糖苷和檸檬酸作為矯味劑，來掩蓋因提高肉蓯蓉含量而導致的一部分苦味，同時使咀嚼片具有酸甜適口的風味與滋味。由圖2可知：隨著檸檬酸添加量的不斷增加，咀嚼片的感官評分出現先上升后驟降的趨勢，當檸檬酸添加量為0.15 g時，咀嚼片酸甜適口，口感較好。甜菊糖苷是一種天然的非營養型高甜度甜味劑，甜度較高，有著預防齲齒的作用，但添加過多容易出現苦味[20]。由圖3可以看出：隨甜菊糖苷的添加量加大，咀嚼片的感官評分逐漸降低，當添加量為0.04 g時感官評分最好，因此選擇甜菊糖苷添加量0.02～0.06 g較好。

圖2 檸檬酸添加量對咀嚼片感官品質影響

圖3 甜菊糖苷添加量對咀嚼片感官品質影響

2.3.3 填充劑添加量的試驗結果

由圖4可，以微晶纖維素、甘露醇和乳糖為填充劑，保證填充劑配比2∶2∶1，不斷增加填充劑的填充量，咀嚼片的感官評分出現先升后降的趨勢，隨著填充劑添加量不斷增大，咀嚼片的硬度不斷減小，脆碎度增加，咀嚼時粉質感增加，片劑較易松散。因此，選擇填充劑添加范圍29～35 g較好。

圖4 填充劑添加量對咀嚼片感官品質影響

2.4 肉蓯蓉咀嚼片響應面試驗結果及回歸模型方差分析

表7為肉蓯蓉咀嚼片響應面優化結果。運用Design Expert軟件進行多元回歸分析，得到感官評分（R）對自變量A、B和C的多元二次回歸方程：R=94.20-12.63A+1.38B-1.00C+4.50AB+0.75AC+1.75BC-16.60A2-7.10B2-8.35C2。

表7 響應面試驗優化結果

由回歸模型方差分析（表8）可知，響應值R回歸模型極顯著（p＜0.01）。一次項A（肉蓯蓉粉添加量）達到差異極顯著水平（p＜0.01），B（填充劑添加量）和C（甜菊糖苷添加量）不顯著；二次項中A2、B2、C2均為差異極顯著（p＜0.01）水平；交互項中AB差異顯著（p＜0.05）；失擬項p=0.243 1＞0.05，說明模型擬合程度好，可用此模型進行分析和預測。響應面三維曲線圖見圖5～圖7。

表8 回歸模型方差分析

圖5 肉蓯蓉粉與填充劑添加量對咀嚼片感官評分影響

圖7 填充劑與甜菊糖苷添加量對咀嚼片感官評分影響

圖6 肉蓯蓉粉與甜菊糖苷添加量對咀嚼片感官評分影響

2.5 工藝參數優化和模型驗證

由回歸方程預測可得因素水平的最優組合，得到肉蓯蓉咀嚼片的最優配方：肉蓯蓉添加量13.84 g、填充劑添加量31.89 g和甜菊糖苷添加量0.04 g，在此條件下響應面模型綜合指標值為96.66。根據最佳工藝條件，進行重復驗證4次來進行試驗，測得綜合評定值的均值為95.75，經t-檢驗的結果差異不顯著（p＞0.1），驗證了模型可靠性。

2.6 肉蓯蓉咀嚼片品質檢測

對試驗及模型驗證得到最優配方制備肉蓯蓉咀嚼片進行品質及體外抗氧化性檢測，所得結果見表9所示。試驗制備得到的肉蓯蓉咀嚼片呈淺黃褐色，色澤分布均勻，外形完整，光滑邊緣整齊，厚薄均勻；具有肉蓯蓉應有的氣味與滋味，酸甜適口，苦味不明顯；硬度適中咀嚼感較好。

由表9可知，產品灰分含量為2.29%，活性成分中總黃酮含量和總多糖含量分別為2.13和12.29 g/100 g。另外，對產品體外抗氧化性檢測，結果發現咀嚼片總抗氧化能力為22.87%，羥自由基清除率為20.87%，超氧陰離子自由基清除率為32.16%，DPPH自由基清除率為25.66 mg·g-1。

表9 肉蓯蓉咀嚼片品質檢測結果

3 結論

試驗采用濕法制粒壓片法制備肉蓯蓉咀嚼片。通過單因素試驗以感官評分作為評價指標對肉蓯蓉粉、填充劑、矯味劑的用量和種類進行篩選，應用響應面分析優化試驗中原輔料用量。通過模型分析和校正后得到肉蓯蓉咀嚼片的優化配方：肉蓯蓉超微粉13.84 g、微晶纖維素（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、檸檬酸0.15 g、復合維生素B 0.5 g、硬脂酸鎂0.3 g、羧甲基纖維素0.5 g。品質檢測表明，以體積分數為80%的乙醇作為潤濕劑制備咀嚼片，產品外觀光滑完整，色澤分布均勻，具有肉蓯蓉應有的風味與滋味，酸甜適口，易于咀嚼；咀嚼片灰分含量為2.29%，蛋白質和脂肪含量分別為2.98和0.78 g/100 g。肉蓯蓉超微粉制備的咀嚼片還維持了一部分原有物料活性，咀嚼片中總黃酮和總多糖含量分別為2.13和12.29 g/100 g。體外抗氧化試驗結果顯示肉蓯蓉咀嚼片具有一定的抗氧化能力。將肉蓯蓉超微粉制備成咀嚼片，可以改善肉蓯蓉超微粉在存放過程中易于吸潮結塊的現象，延長產品的保質期，增加肉蓯蓉的附加值，為肉蓯蓉資源的綜合利用提供了理論科學依據。