沙棘益生菌壓片糖果的制備及儲藏穩定性研究

解雙瑜，景秋菊*，王志偉，孫波*，蘇云珊，周宇

1. 黑龍江省農業科學院園藝分院（哈爾濱 150069）；2. 東北農業大學食品學院（哈爾濱 150030）

沙棘（Hipopphae rhamnoidesL.）屬胡頹子科的沙棘屬[1]*，也被稱為沙棗、酸柳，是一種兼具藥用和食用特性[2]*的植物，在蒙藥[3]*與藏藥[4]*等傳統醫學中有廣泛使用。沙棘果實中含有豐富的營養物質[5]*，如類胡蘿卜素[6]*、多酚[7]*、黃酮[8]*、維生素C[9]*等。近年來許多研究表明，沙棘具有許多有益于人類機體健康的生理功能[10]*，包括治療心血管疾病[11]*、抗糖尿病[12]*、抗癌[13]*、治療燒傷[14]*等。此外沙棘還具有治療胃病、緩解消化不良等[15]*功效。《四部醫典》中記載，沙棘與芫荽子、藏木香、余甘子等同用?？捎糜谄馓撊趸蚱⑽笟怅巸蓚?，食少納差，消化不良，脘腹脹痛，體倦乏力者。益生菌是一類對人體健康有益處的微生物，大部分為乳酸菌[16]*。近年來針對益生菌的研究都表明，益生菌對于人體胃腸道疾病的發生具有顯著改善作用[17]*。市面上出現許多沙棘與益生菌復合產品，包括發酵果汁[18]*、果酒[19]*等，還有少量酵素產品[20]*。但這類產品大多存在生產周期長、保存難度大的問題。同時，沙棘果實中含有蘋果酸、檸檬酸、奎寧酸等多種有機酸[21]*，果實酸度過高導致做成飲品后酸甜比不協調。沙棘果實中含有的油脂與蛋白質等使沙棘飲品的性狀不穩定，容易出現分層、后沉淀、變質快等問題，因此沙棘益生菌飲品的受眾較少。

壓片糖果是糖果制品類中的一種新型食品形態，因其具有質量穩定、計量準確、口感良好、便于攜帶等優點，廣受消費者喜愛[22]*。近幾年，以天然藥食同源成分為原料開發具有功能性的壓片糖果成為廣大學者研究的熱點[23-24]*。常見的壓片糖果制作方式主要有干法制粒、濕法制粒和粉末直接壓片法[25]*。其中，粉末直接壓片技術因為操作簡單、省時節能、產品崩解快、成品質量穩定、片面光滑并且有利于提高大規模生產效率等優點成為近年來應用最為廣泛的一種壓片技術[26]*。該方法更適用于對濕、熱不穩定，易變色、易分解的原料。

以益生菌發酵后的沙棘汁為原料，采用響應面試驗法優化其原輔料配方，并對優化后的壓片糖果進行體外消化模擬試驗及儲藏穩定性研究，以期制備出口感優良、性狀穩定的沙棘益生菌壓片糖果，以此豐富沙棘產品的加工方式，增加其產品附加值，也為沙棘保健品的開發提供一定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 藥品與試劑

沙棘（黑龍江北頂農業發展有限公司）；植物乳桿菌（中科嘉億生態工程技術有限公司）；脫脂乳粉（北安宜品努卡乳業有限公司）；山梨糖醇（河南萬邦化工科技有限公司）；麥芽糖醇（河南萬邦化工科技有限公司）；檸檬酸（浙江一諾生物科技有限公司）；蘋果酸（浙江一諾生物科技有限公司）；硬脂酸鎂（廣東康達生物科技有限公司）；MRS合成培養基（北京奧博星生物科技有限公司）。

1.2 儀器與設備

THDP-3單沖壓片機（上海天闔機械設備有限公司）；RH-Q全溫振蕩器（常州榮華儀器制造有限公司）；PD-IA-50冷凍干燥機（上海比朗儀器制造有限公司）；FA 2004型電子天平（上海橫平儀器儀表廠）；超凈工作臺（蘇凈集團安泰公司）；DHP-9162電熱恒溫培養箱（天津市泰斯泰斯儀器有限公司）；TA-XT2i質構儀（北京普析通用儀器有限責任公司）；CS-2A片劑脆碎度測試儀（天津市精拓儀器科技有限公司）。

1.3 沙棘益生菌凍干粉的制備

1.3.1 益生菌菌種活化

取植物乳桿菌按1∶9比例與無菌水混合制成懸濁液，在37 ℃條件下水浴活化4 h后備用。

1.3.2 沙棘益生菌凍干粉的制備

將經過挑選后的沙棘清洗去除表面灰塵與雜質，清洗后的沙棘打漿過0.425 mm孔徑（40目）篩。用NaHCO3（食品級）調節沙棘汁pH 6.0，于80 ℃巴氏滅菌20 min。將益生菌懸濁液以1∶50（W/W）比例接種到沙棘汁中，37 ℃下發酵72 h。發酵結束后，按沙棘發酵汁10%（W/W）比例添加脫脂乳粉并混合均勻。轉移到真空凍干機中進行凍干（凍干溫度-50℃、壓強＜5 MPa）。

1.4 壓片糖果的制備

1.4.1 單因素試驗方法

將檸檬酸與蘋果酸按1∶1比例混合作為酸味劑。參照預試驗結果確定基本配方：沙棘益生菌凍干粉∶山梨糖醇∶麥芽糖醇∶酸味劑∶硬脂酸鎂為3∶1∶1∶0.5%∶1.5%。在該配方的基礎上固定沙棘益生菌凍干粉添加量，進行山梨糖醇、麥芽糖醇、酸味劑、硬脂酸鎂添加量對于沙棘益生菌壓片糖果感官品質的影響試驗。

1.4.1.1 山梨糖醇添加量的確定

在基本配方基礎上將山梨糖醇分別按0.6，0.8，1.0，1.2和1.4添加量進行單因素試驗，確定山梨糖醇的最佳添加量。

1.4.1.2 麥芽糖醇添加量的確定

在基本配方基礎上將麥芽糖醇分別按0.6，0.8，1.0，1.2和1.4添加量進行單因素試驗，確定麥芽糖醇的最佳添加量。

1.4.1.3 酸味劑添加量的確定

在基本配方的基礎上將酸味劑分別按0.3%，0.4%，0.5%，0.6%和0.7%的添加量進行單因素試驗，確定酸味劑的最佳添加量。

1.4.1.4 硬脂酸鎂添加量的確定

在基本配方基礎上將硬脂酸鎂分別按0.5%，1.0%，1.5%，2.0%和2.5%的添加量進行單因素試驗，確定硬脂酸鎂的最佳添加量。

1.4.2 響應面試驗設計

根據單因素試驗結果，選取對沙棘益生菌壓片糖果感官品質具有顯著影響的4個因素（A山梨糖醇、B麥芽糖醇、C酸味劑、D硬脂酸鎂）作為考察因素，以壓片糖果的感官評分為響應值，通過Design-Expert 8.0軟件進行四因素三水平試驗。因素水平編碼見表1。選取最優配方進行驗證試驗，檢測其感官品質。

表1 響應面試驗因素水平

1.5 保藏穩定性研究

按照1.4中最優配方進行沙棘益生菌壓片糖果的制備，每100粒壓片糖果為1組并采用無菌鋁箔袋進行密封，共制備60袋，上述過程均在無菌的超凈工作臺中進行。從制備好的壓片糖果中隨機抽取3袋，進行硬度、脆度與益生菌活菌數的檢測。將這些密封后的壓片糖果平均分為3份，分別在常溫25，4與-18 ℃條件下進行為期180 d的保存，每個月在3個條件下分別隨機抽取3袋，進行硬度、脆度與益生菌活菌數的檢測。

1.6 指標測定

1.6.1 感官品質評價

挑選10名經過訓練后的品評人員，對沙棘益生菌壓片糖果成品進行口感、口味、外觀和咀嚼性的品評。具體操作方法：取壓片后的壓片糖果，觀察其外觀；品嘗其口感、口味、咀嚼性，每品嘗完一個樣品，用清水漱口，進行下一個樣品的品嘗，具體評分標準見表2。

表2 沙棘益生菌壓片糖果感官品質評價表

1.6.2 益生菌活菌數測定

沙棘益生菌壓片糖果中的益生菌活菌數參照GB 4789.35—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 乳酸菌檢驗》進行。

1.6.3 硬度測定

取10片沙棘益生菌壓片糖果，使用質構儀測定其硬度，結果取平均值。

1.6.4 脆碎度測定

用片劑脆碎度測試儀測得脆碎度。隨機取10片，精密稱定原質量，在脆碎度測定儀滾輪中轉動100次后，吹去粉末再精密稱定，2次質量之差占原質量的百分比即為脆碎度。

1.7 數據分析

采用Design-Expert 8.0進行響應面分析，SPSS Statistics 23.0對數據進行顯著性分析，Origin 21.0進行圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 沙棘益生菌壓片糖果配方優化

2.1.1 沙棘益生菌壓片糖果配方優化單因素試驗結果

圖1為沙棘益生菌壓片糖果配方優化單因素試驗結果。山梨糖醇添加量0.8、麥芽糖醇添加量1、酸味劑添加量0.5%、硬脂酸鎂添加量2%時壓片糖果的感官品質分別達到最優。因此選擇山梨糖醇0.6，0.8和1.0，麥芽糖醇0.8，1.0和1.2，酸味劑0.4%，0.5%和0.6%，硬脂酸鎂1.5%，2.0%和2.5%進行后續的響應面優化試驗。

圖1 沙棘益生菌壓片糖果配方優化單因素試驗結果

2.1.2 響應面試驗設計及結果

表3為沙棘益生菌壓片糖果響應面試驗設計及結果。結合單因素試驗結果，以感官評分作為響應值，以A（山梨糖醇添加量）、B（麥芽糖醇添加量）、C（酸味劑添加量）、D（硬脂酸鎂添加量）為影響因子，采用Box-Behnken試驗設計四因素三水平的響應面試驗方案，試驗設計及結果如表3所示。

表3 響應面試驗設計及結果

2.1.3 方差分析

結合單因素試驗結果，以感官評分作為響應值，以山梨糖醇添加量（A）、麥芽糖醇添加量（B）、酸味劑添加量（C）、硬脂酸鎂添加量（D）為影響因子，采用Box-Behnken試驗設計四因素三水平的響應面試驗方案，將結果帶入Design-Expert中并對試驗結果進行分析，得到沙棘益生菌壓片糖果感官評分的回歸方程：Y=86.86-0.52A+3.44B-1.81C-1.63D-4.30AB-0.75AC-0.35AD+0.28BC+0.60BD-0.20CD-2.31A2*-4.62B2*-6.37C2*-1.16D2*。表4為響應面試驗回歸模型方差分析結果。由表4可知回歸方程整體模型P=0.000 2，為極顯著（P＜0.01），失擬項0.089 4，為不顯著（P＞0.05），表明模型的預測結果良好，預測值與實際值接近，可用于預測沙棘益生菌壓片糖果的最佳配方?；貧w方程的預測值之間的相關系數模型的R2*=0.891 8、Radj2*=0.783 5，表明試驗數據可用模型進行相關解釋，方程的可靠性較高。

表4中麥芽糖醇對于沙棘益生菌壓片糖果感官評分的影響為極顯著（P＜0.01），酸味劑、硬脂酸鎂對感官評分的影響為顯著（P＜0.05），山梨糖醇對于感官評分的影響不顯著（P＜0.05）。根據數據可知各因素對于感官評分影響的大小為麥芽糖醇添加量＞酸味劑添加量＞硬脂酸鎂添加量＞山梨糖醇添加量。

表4 回歸模型方差分析

2.1.4 各因素交互作用分析

圖2為沙棘益生菌壓片糖果各影響因子之間交互作用對感官評分影響的曲面圖。曲面越陡峭、傾斜度越高說明各因素之間的交互作用對響應值的影響越大[28-29]*。山梨糖醇添加量和麥芽糖醇添加量的交互作用最為明顯，且對于沙棘益生菌壓片糖果感官品質的影響最大，其次是山梨糖醇添加量、酸味劑添加量的交互作用與麥芽糖醇添加量、酸味劑添加量的交互作用。

圖2 各影響因子間交互作用對感官評分影響的曲面圖

2.1.5 沙棘益生菌壓片糖果最佳配方及感官評分的預測及驗證

根據響應面分析的計算結果，沙棘益生菌壓片糖果的最佳配方為沙棘益生菌凍干粉3、山梨糖醇0.66、麥芽糖醇1.13、酸味劑0.49%、硬脂酸鎂1.79%，最終感官評分為88.588 8分。為便于生產過程的操作，將配方調整為沙棘益生菌凍干粉3、山梨糖醇0.7、麥芽糖醇1.1、酸味劑0.5%、硬脂酸鎂1.8%。在該配方下進行驗證試驗，平行3次，所得的沙棘益生菌壓片糖果最終感官評分為87.9±7.3分，結果與預測值相近。這表明采用響應面分析法對沙棘益生菌壓片糖果配方進行優化結果準確可靠，可應用于沙棘益生菌壓片糖果的制備。

2.2 沙棘益生菌壓片糖果儲藏穩定性試驗結果分析

2.2.1 沙棘益生菌壓片糖果儲藏過程中活菌數變化

圖3為沙棘益生菌壓片糖果在不同溫度儲藏過程中活菌數的變化。在4 ℃和25 ℃條件下隨著儲存時間延長，壓片糖果中的活菌數呈現不同程度下降趨勢。在-18 ℃條件下隨著儲存時間延長，壓片糖果中的活菌數無明顯變化。在0 d時，壓片糖果中活菌數為9.1 lg（CFU/g），在25，4和-18 ℃儲存180 d后，活菌數分別為6.1，7.3和8.8 lg（CFU/g）。因此，低溫更適宜于沙棘益生菌壓片糖果的儲存，可以保證壓片糖果中益生菌存活率。

圖3 沙棘益生菌壓片糖果在不同溫度儲藏過程中活菌數的變化

2.2.2 沙棘益生菌壓片糖果儲藏過程中硬度變化

圖4為沙棘益生菌壓片糖果在不同溫度儲藏過程中硬度的變化。在3種不同儲存溫度條件下隨著儲存時間的延長，壓片糖果中的硬度呈現不同程度的下降趨勢。在0 d時，壓片糖果的硬度為88.3 N，在25，4和-18 ℃儲存180 d后，硬度分別為80.3，79.9和77.5 N。隨著儲存時間的延長，壓片糖果會逐漸吸收空氣中的水分，硬度逐漸下降。其中，-18 ℃條件下儲存的壓片糖果其硬度要低于4 ℃和25 ℃條件下所儲藏的壓片糖果，這可能是由于壓片糖果中水分凍結與融化造成壓片糖果內部結構的改變，進而導致其硬度降低。

圖4 沙棘益生菌壓片糖果在不同溫度儲藏過程中硬度的變化

2.2.3 沙棘益生菌壓片糖果儲藏過程中脆度變化

圖5為沙棘益生菌壓片糖果在不同溫度儲藏過程中脆度的變化。在3種不同儲存溫度條件下，隨著儲存時間延長，壓片糖果中脆度均無明顯變化。在0 d時，壓片糖果脆度為0.1%，在25，4和-18 ℃儲存180 d后，脆度分別為0.2%，0.3%和0.2%。儲存溫度對沙棘益生菌壓片糖果的脆度無明顯影響。2015年版《中國藥典》四部通則第0923號規定片劑脆度不得超過1%。在經過180 d儲藏后，所有溫度條件下的壓片糖果脆度均符合標準。

圖5 沙棘益生菌壓片糖果在不同溫度儲藏過程中脆度的變化

3 結論

通過試驗可知，沙棘益生菌壓片糖果的最佳配方為沙棘益生菌凍干粉3、山梨糖醇0.7、麥芽糖醇1.1、酸味劑0.5%、硬脂酸鎂1.8%。此時沙棘益生菌壓片糖果的感官評分為87.9±7.3分。按此配方制成的壓片糖果適宜在4 ℃條件下進行保存，該條件可在一定程度上保持壓片糖果中益生菌的活菌數及產品品質。