星點設計響應面法優化西洋參飼料添加劑處方與工藝研究

岳 莉

（威海海洋職業學院，山東榮成 264300）

吳首蓉等（2022）報道，我國西洋參種植區主要為東北三省、陜西漢中、山東威海和北京懷柔，威海產區西洋參枝型粗短、具有獨特的環形紋理、參氣渾厚濃郁，產品符合《中華人民共和國藥典》（2020年版）中對西洋參的質量要求（胡靜和侯麗娟，2022）。

隨著抗生素等藥物添加劑逐步被限用和禁用，中草藥飼料添加劑毒副作用小、不易在產品中殘留，且具有多種營養成分和生物活性物質，兼具營養和防治疾病的雙重作用（池永寬等，2020；張杰，2019）。目前，中草藥飼料添加劑大都以原料藥粉碎攪拌后制成，原料藥配制用量大，藥效低，不利于規模化生產推廣（臧青民，2021；方希修等，2015）。

田盈盈等（2022）報道，在龍鳳土雞基礎日糧飼料中添加0.2%～0.4%投料參可改善飼料轉化率，促進畜禽生長發育，提高免疫力。西洋參含有皂苷、糖及揮發油等生物活性成分，具有增強免疫力、調節新陳代謝的功效（薛禹宸等，2021；張勇，2017）。試驗以西洋參為主要成分，選取收獲時參農棄掉的具有藥用價值，無商用價值的幼小西洋參進行研究。在單因素試驗基礎上，通過星點設計-響應面法進行優化，獲得西洋參飼料添加劑顆粒處方工藝，以期為配制出具有高效、科學、可工業化大生產的中草藥飼料添加劑提供理論依據。

1 試藥與儀器

1.1 材料與試劑 四年生西洋參藥材，產自山東省威海市榮成市大疃鎮；乳糖，德國美劑樂集團；玉米淀粉，遼寧東源藥業有限公司。

1.2 儀器與設備 高效濕法混合制粒機，中南制藥機械廠；鹵素水分測定儀，奧豪斯儀器（上海）有限公司；高速萬能粉碎機，上海書培實驗設備有限公司；電熱恒溫鼓風干燥箱，上海新苗醫療器械制造有限公司。

2 試驗方法

2.1 西洋參粉末前處理工藝流程 西洋參→秋季采挖→清洗→曬干或低溫干燥→粉碎→過篩→篩選出不同粒徑的西洋參粉末→置陰涼干燥處，密閉保存，備用。

2.2 西洋參飼料添加劑的制備工藝流程 將乳糖和玉米淀粉加入到高效濕法混合制粒機中進行混合，加入西洋參粉末后再次混合，加入潤濕劑后混合制備西洋參飼料添加劑顆粒，對制備的顆粒進行干燥，得到西洋參飼料添加劑干燥顆粒。

2.3 綜合評價 結合顆粒劑的質量檢查要求，對西洋參飼料添加劑顆粒的性狀、口感、粒徑、溶化性4個指標進行綜合評價，具體評價標準與評價得分情況見下表。

表1 綜合評價標準

2.4 西洋參飼料添加劑優化單因素試驗

2.4.1 西洋參粒徑的研究 粉碎已清洗干燥的西洋參，取D90（樣品累計粒度分布數達到90%時所對應的粒徑）為 50、75、125、180μm 的西洋參粉末，制備顆粒。D90為50μm的西洋參粉末在混合過程中出現貼壁現象，造成主成分損失、主藥與載體混合不均勻的問題。為促進西洋參主成分在機體內吸收，提高生物利用度，選擇D90在75～180μm的西洋參粉末用于制備西洋參飼料添加劑顆粒。

2.4.2 載體乳糖和玉米淀粉質量比 研究載體乳糖具矯味功能，流動性好，隨著乳糖用量的增加，溶化速度越快，且口感效果增加。從顆粒的口感、乳糖與玉米淀粉的成本綜合考量，選擇其質量比為 8：2、7：3、6：4進一步研究。

2.4.3 潤濕劑（水）的用量研究 固定西洋參粉末、載體乳糖、玉米淀粉的用量，以水為潤濕劑，研究潤濕劑用量對制備西洋參飼料添加劑顆粒粒徑的影響。隨著潤濕劑水用量的增加，軟材變黏，制備的顆粒粒徑越大。為保證顆粒圓整、均勻，符合顆粒粒徑要求，暫定潤濕劑水的用量為14%～18%。

2.4.4 濕混攪拌時間的研究 濕混攪拌時間對顆粒狀態有一定影響，濕混時，隨著攪拌時間延長，潤濕劑與西洋參粉末、乳糖、玉米淀粉充分混合，濕混時間延長，促進了潤濕劑與主藥、載體的接觸，觸發了載體黏性，從而使制備的顆粒逐漸增大，顆粒明顯。因此，選擇濕混時間為2、3、4 min進一步研究。

2.5 響應面法優化試驗設計

2.5.1 響應面法的試驗設計 通過單因素試驗篩選出處方用量與關鍵工藝參數，以星點設計-響應面法優化設計。試驗以載體乳糖和玉米淀粉的質量比（X1）、潤濕劑用量（X2）、濕混攪拌時間（X3）3個因素為自變量，以綜合評分（Y）為因變量，采用Design-Expert.V 8.0.6 軟件以三因素三水平設計組合試驗，進行響應面試驗設計和數據分析。

表2 Box-Behnken試驗因素水平

2.5.2 西洋參飼料添加劑響應面設計的試驗結果

表3 Box-Behnken試驗設計方案與綜合評價得分結果

2.5.3 回歸模型的建立與方差分析結果 用Design-Expert軟件擬合得到編碼回歸方程為：

Y=36.79X1+121.35X2+73.23X3-1.10X1X2+2.40X1X3-0.13X2X3-5.22X12-3.72X22-10.15 X32-1057.42（R2=0.9908）；

模型P值＜0.0001，顯著性良好，表明此模型可靠，失擬項P為0.3318＞0.05，說明模型與實際試驗能很好地擬合，顯著性高。X1項、X2項、X3項、X1X3項、X12項、X22項、X32項均為極顯著（P＜0.01），3個因素對西洋參飼料添加劑顆粒的綜合評價影響順序：潤濕劑的用量＜濕混攪拌時間＜載體乳糖與玉米淀粉的質量比。

表4 回歸模型顯著性結果

2.5.4 響應面分析 利用Design-Expert 8.0.6軟件對試驗結果繪制響應面及等高線圖，直觀反映綜合評價得分（Y）與載體乳糖和玉米淀粉的質量比（X1）、潤濕劑用量（X2）、濕混攪拌時間（X3）三個因素之間的交互作用及對響應值的影響。

響應面圖中，坡度的陡峭程度反映各因素間的交互效應顯著性，曲面坡度越陡峭，因素間的顯著性越大；曲面坡度越平緩，因素間的顯著性越小。等高線圖中，形狀呈橢圓形，表示這兩個因素間交互作用強；性狀呈圓形，表示這兩個因素間交互作用弱（王婭玲等，2020）。

由圖1可知，載體乳糖和玉米淀粉的質量比（X1）與潤濕劑用量（X2）、載體乳糖和玉米淀粉的質量比（X1）與濕混攪拌時間（X3）的交互作用顯著性。

圖1 西洋參飼料添加劑制備工藝流程圖

圖2 響應面圖與等高線圖

2.5.5 響應面優化結果驗證 星點設計-響應面法優化的西洋參飼料添加劑顆粒最優處方與工藝：載體乳糖與玉米淀粉的質量比為11：4，潤濕劑的用量為16%，濕混攪拌時間為4 min，預測的綜合評價得分為92.8。在此條件下進行三批驗證試驗，評價得分為 93.0、92.9、92.9，與預測值的偏差為0.11%～0.22%。

3 結論

本試驗以西洋參為原材料，濕法制粒法制備西洋參飼料添加劑顆粒，在單因素試驗的基礎上，采用星點設計響應面法對關鍵的處方與工藝進行優化，得到最優的處方與工藝參數為：載體乳糖與玉米淀粉的質量比為11：4，潤濕劑的用量為16%，濕混攪拌時間為4 min，三批驗證試驗結果與預測值無顯著性差異，由此可見，星點設計響應面法可用于優化西洋參飼料添加劑顆粒處方工藝，且有優化后的處方工藝穩定，可用于大生產。