响应面优化沙棘果渣提取物在泡腾片中的应用

王文勇，张英慧

（佛山科学技术学院食品科学与工程学院，广东佛山528231）

响应面优化沙棘果渣提取物在泡腾片中的应用

王文勇，张英慧*

（佛山科学技术学院食品科学与工程学院，广东佛山528231）

选用沙棘果渣作为原始材料，使用提取的粗黄酮粉搭配甜味剂、泡腾剂和黏合剂，研制一种总黄酮泡腾片。采用单因素试验和配比试验对泡腾片的崩解情况进行选择，结果表明，总黄酮泡腾片崩解的较佳条件为：主料为总黄酮粉和泡腾剂，辅料为甜味剂和2%～3%聚乙二醇6000。然后根据优选结果进行配方的响应面分析，预测的最优配方为每份泡腾片中总黄酮粉用量为60.1%、甜味剂用量为8.4%、泡腾剂用量为29.5%，聚乙二醇6000用量为2%，该产品的感官评分的预测值达到79分，实际感官评分为82分，预测精度96.3%。

沙棘果渣；总黄酮；泡腾片；曲应面优化；配方

沙棘（Hippophae rhamnoides L.）为胡颓子科酸刺属的落叶灌木或小乔木[1]，沙棘果中含有丰富的生物活性成分，其中沙棘总黄酮是主要的活性物质。现代医学研究表明，沙棘总黄酮对心脑血管疾病、新陈代谢及免疫系统有重要作用，对缺血性脑血管疾病有很好的防治及缓解作用[2-3]，具有清除超氧阴离子自由基及羟自由基[4]、抗肿瘤[5]、抗心血管疾病[6]、抗骨质疏松、雌激素样与抗雌激素样的作用以及调节免疫系统[7]。国内的沙棘果加工主要集中在甘肃地区，在加工得到沙棘浓缩果汁、沙棘果酱、沙棘油等产品的同时也得到了大量的沙棘果渣，沙棘果渣中总黄酮的含量较为丰富[8]，目前从沙棘果及其他原料中提取总黄酮的研究已经较多[9-11]，但利用沙棘果渣提取的总黄酮用于泡腾片产品的研制鲜有报道。

口服泡腾片前身形式是起泡沫的汽水、起泡片、泡腾散、泡腾浸剂以及外用泡腾片。我国从70年代开始研制泡腾片，但一直因产品质量和设备达不到泡腾片的标准要求，故无法投放市场。进入21世纪，技术人员通过一系列的实验和技术突破，国产泡腾片才陆续投放市场，所以说泡腾片是21世纪新剂型。泡腾片含有有机酸和碳酸氢盐或碳酸盐，遇水可放出大量二氧化碳而呈泡腾状。由于口服泡腾片在冷水中即可迅速崩解，利于吸收，较其它剂型携带服用方便得多，并且多数泡腾片添加了矫味剂，口感较易为人们接受。在总黄酮的研究多集中于提取分析上，市场亦无直接应用总黄酮在泡腾片中的产品报道，本文将以沙棘果渣提取总黄酮为原料，制备泡腾片，旨在开发沙棘果新产品，提高沙棘果产品的附加值，延伸沙棘果业链，提高其经济效益。沙棘果渣黄酮泡腾片不但携带方便，且适应了现代生活快节奏的需要，有一定的保健价值。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

沙棘果渣：市售。

柠檬酸：潍坊英轩实业有限公司；碳酸氢钠：天津碱厂；麦芽糊精：湖南世纪华生物工程有限公司；聚乙二醇 6000（PEG6000）：海安石油化工厂；氢氧化钠、乙醇：济宁宏伟化工有限公司，均为分析纯；白砂糖：市售；阿斯巴甜：江苏维多股份有限公司。

1.2 主要仪器与设备

烧杯、量筒、药匙、玻璃棒、研钵、球形回流装置、抽虑装置、80目筛：广州市典锐化玻实验仪器有限公司；温度计：深圳市永晟创新科技有限公司；YP-1.5L压片机：金本机械源头厂家；KQ-250B型超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；HPD600树脂：郑州勤实科技有限公司；BL-3200H电子天平：日本岛津仪器设备公司、RE-52-99旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂；GF-90粉碎机：旭朗机械源头厂家；101-2电热干燥烘箱：金坛市科析仪器有限公司；PHSJ-3F精密pH计：上海精密科学仪器有限公司；TD-45手持折光仪：浙江托普仪器有限公司。

1.3 检测方法

1.3.1 崩解时限检测

在250 mL烧杯中加入100 mL的水并将水温控制在25℃，然后加入泡腾剂。从加入泡腾剂到溶液不再有气体逸出时的时间差即为泡腾片的崩解时限[12]，同时观察崩解后溶液的情况。

1.3.2 pH值检测

取配比后的泡腾剂，置250 mL烧杯中，加100 mL水使其溶解，1 min后用精密pH计进行测定。

1.3.3 二氧化碳量的测定

采用失重法进行测定[13]。先求出二氧化碳的释放量，再换算成mg/g。

1.4 方法

1.4.1 沙棘果渣的预处理

将市售沙棘果渣晾干或者在太阳下晒干，在电热恒温鼓风干燥箱中烘干，干燥温度为60℃，干燥时间10 h。将烘干的沙棘果渣在研钵中研碎，并用粉碎机进一步粉碎，贮存备用。

1.4.2 沙棘果渣总黄酮的提取

称取一定量烘干的沙棘果渣按照兰昌云[14]的方法，采用超生辅助提取法，即用60%的乙醇，在温度75℃料液比1∶15（g/mL）条件下超声波辅助提取30 min，然后精密称定5 g大孔树脂，置于锥形瓶中，精密吸取25 mL样品液，每隔5 min振摇10 s，持续2 h，然后静置24 h，使其达到饱和吸附，然后分离树脂，晾干，对吸附树脂进行洗脱处理，其洗脱工艺是使用90%的乙醇100 mL，每隔5 min振摇10 s，持续2 h进行洗脱处理。对洗脱液进行收集，进行真空浓缩、干燥后获得黄色、有光泽的总黄酮产品。

1.5 制作工艺及操作要点

1.5.1 工艺流程

采用直接粉末压片法：主辅料干燥→粉碎→过筛→混合→压片→灭菌→包装。

1.5.2 操作要点

1）干燥：将主辅料分别放在电热干燥箱中，60℃干燥2 h。

2）粉碎：将配比后的主辅料粉末在粉碎机中粉碎，注意粉碎完全。

3）过筛：将粉碎后的粉末过80目筛，保证原料颗粒均匀，方便溶解。

4）混合：过筛后的原辅料粉末进行充分混合，拌匀，如果混合不均匀，不仅影响片剂的外观，而且也会影响到片剂溶解的效果。

5）灭菌与包装：将片剂置于紫外灯下照射15 min～20 min，严格控制微生物指标；灭菌后马上密封包装，防止吸潮。

1.6 配方试验

1.6.1 总黄酮粉添加量的单因素试验

总黄酮粉是本研究泡腾片的主料，它的添加量至关重要。试验分别称取总黄酮粗粉 2、2.5、3、3.5 g，各注入100 mL凉开水，以色泽、口感与香气（各5分）为评价指标对溶液进行审评，以确定较为合适的添加比例。

1.6.2 甜味剂用量的选择

在甜味剂的选择中，由于阿斯巴甜甜度大，为白砂糖的50倍（本研究所用的阿斯巴甜甜度为白砂糖的50倍），但它不参与一般糖代谢，也不会被微生物降解，适合糖尿病患者食用，且不产生龋齿，口味优于一般的甜味剂。

试验选择阿斯巴甜和白砂糖复配作为甜味剂（阿斯巴甜∶白砂糖=1∶3，质量比），与总黄酮粉一起调配口感。将精确称量的2 g总黄酮粉分别与0.24、0.28、0.32、0.36、0.40、0.44、0.48、0.52 g 甜味剂混合，加入100 mL凉开水，以口感（5分）为评价指标对溶液进行审评，以确定较为合适的添加比例。

1.6.3 泡腾剂的配比试验

泡腾片最常用的酸源为柠檬酸，最常用的二氧化碳源为碳酸氢钠、碳酸钠及碳酸氢钾，本试验选择柠檬酸和碳酸氢钠作为泡腾剂。柠檬酸与碳酸氢钠的最佳产气质量比是1.74∶1，溶解最快的质量比是1.37∶1[15]，但事实上，酸的用量往往稍微多于化学反应理论量，一来使碳酸盐反应完全，二来减少碳酸氢钠的过量加入对不宜多食钠的病人带来的不良反应。将精确称量的1 g碳酸氢钠分别与0.6 g～1.5 g柠檬酸反应，加入100 mL水进行反应，计算减重量，即为CO2的释放量，再测定产生溶液的pH值。

1.7 响应面优化总黄酮泡腾片的配方

试验选择总黄酮、甜味剂（阿斯巴甜∶白砂糖=1∶3，质量比）、泡腾剂和聚乙二醇6000四因素，进行曲应面优化试验，经感官审评后确定优化配方。

2 结果与分析

2.1 配方试验

2.1.1 总黄酮粉添加量的确定

总黄酮的添加量试验结果如表1所示。

表1 总黄酮粉添加量审评结果Table 1 Results of total flavonoids powder content review

总随着总黄酮粉用量的增加，杯底的沉淀也增加，而且时间越长悬浮的总黄酮粉沉淀下来也越多。因此，为了综合色泽、口感和底部的沉淀考虑，每100 mL水中选择2.5 g～3 g总黄酮粉为宜。

2.1.2 甜味剂用量的确定

从表2可以看到，甜味剂量越大，饮料越甜。甜味剂在0.32 g～0.44 g之间，饮料的口感最佳，甜度适中。所以，100 mL水中选择0.32 g～0.44 g甜味剂为宜。

2.1.3 泡腾剂用量的确定

选择碳酸氢钠和柠檬酸作为泡腾剂，合理复配[15]，以达到理想的泡腾效果。碳酸氢钠与柠檬酸的配比试验结果见表3。

表2 甜味剂添加量审评结果Table 2 Results of sweeteners content review

表3 泡腾剂配合后CO2的释放量和反应溶液的pH值Table 3 The release amount of CO2and the pH value of the reaction solution after the reaction of effervescent agent

由表3可以看出，柠檬酸用量在0.9 g～1.2 g时CO2的释放量较多，崩解时限在40 s左右，且pH值也较适合饮用，也就是碳酸氢钠：柠檬酸的质量比在1∶0.9～1∶1.2之间比较理想，可以设 1∶0.9、1∶1.1、1∶1.3三水平进行优选试验。

2.1.4 润滑剂的确定

硬脂酸镁、滑石粉、微粉硅胶、聚乙二醇6000、可溶性淀粉等是常用的片剂润滑剂。硬脂酸镁、滑石粉、微粉硅胶为疏水性润滑剂，会影响产品的感官质量，故不宜采用。而PEG6000和可溶性淀粉为亲水性润滑剂，润滑性及抗黏性优良，且对泡腾片在水中溶解后的澄清度无影响，适宜选用，其添加量一般为2%～3%[16]。本文中将润滑剂定为2%的聚乙二醇6000。

2.2 曲应面优化沙棘果渣提取总黄酮用于泡腾片产品的配方

将上述确定的几种对结果影响显著的3种辅料进行Box-Behnken中心组合的四因素三水平试验设计，将每份泡腾片置于200 mL的凉开水中，由十位专业从事食品专业的人员进行盲测，对产品的色泽、滋味、状态进行加权法计算总分，色泽的加权系数为0.3，滋味加权系数为0.4，状态加权系数为0.3，总分计算公式为：总评分=∑XiYi（i=1，2，3......n；X为评定指标，Y为权重），满分为100分。研究几种辅料对于感官评分的交互作用及回归模型。

2.2.1 试验设计方案及结果

由上述单因素试验确定对产品品质影响较大的几个因子[总黄酮粉用量（A）、甜味剂用量（B）、泡腾剂用量（C）]，作响应曲面优化设计，试验方案及结果见表4、表 5。

表4 Box-Behnken试验因素水平编码Table 4 Factors and levels of box-Behnken suface analysis

表5 Box-Behnken试验方案及结果Table 5 Results of Box-Behnken central composite design

2.2.2 模型的建立及显著性检验

采用design-expert8.0对所得数据进行回归拟和，得到感官评分R对总黄酮粉用量（A）、甜味剂用量（B）、泡腾剂用量（C）的模型：

R=77.4+0.75A+1.75B-0.5C-2.25AB+0.75AC+0.75BC-1.08A2-8.58B2+0.93C2

回归模型的方差分析见表6。

表6 回归模型的方差分析Table 6 Analysis of variance for fitted quadratic polynomial model

由表6可知，模型的F值为717.95，Prob（P）＜0.000 1，达到极显著水平，失拟项 Prob（P）为 0.671 6，不显著，R2=0.995 5，调整后R2=0.989 7，说明该方程模型噪音少，拟和效果良好，能够很好的表明感官评分与各因子之间添加量的关系。一次项A、B与二次项AB、A2、B2、C2达到极显著水平，一次项C达到显著水平，说明它们对响应值影响大。

2.2.3 响应面分析及优化

使用Design-expert8.0做出响应曲面图，见图1～图3。

图1 甜味剂用量与总黄酮粉用量对感官评分影响的曲应面Fig.1 The response surface of amount of sweetening agents and total flavone powder dosage on the surface of the sensory score

图2 泡腾剂与总黄酮粉对感官评分影响的曲应面Fig.2 The response surface of amount of sweetening agents and total flavone powder dosage on the surface of the sensory score

图3 泡腾剂用量与甜味剂用量对感官评分影响的曲应面Fig.3 The response surface of effervescent dosage and amount of sweetening agents on the surface of the sensory score

由图1～图3可知，曲面图在上，等值线图在下，曲线约陡峭表明对响应值的影响就越大，且由等高线形状及表6 P值可知，AB因素间交互作用达到极显著水平，由此可知所选因素对响应值的影响强度次序为B（甜味剂用量）＞A（总黄酮粉用量）＞C（泡腾剂用量）。为确定最佳响应值的因素水平，通过Optimization Numerical Solutions求最优解为：总黄酮粉用量为2.73 g、甜味剂用量为0.38 g、泡腾剂用量为1.34 g，聚乙二醇6000用量为其他原料用量和的2%，该产品的感官评分的预测值达到79分。采用上述优化后配方进行验证试验，通过3次重复测定，得到优化后的产品配方的实际感官评分为82分，与预测的79较为接近，预测精度96.3%，证明所得数学模型的准确性，具有一定的实用价值。

3 结论

将沙棘果渣提取物提取纯化后（总黄酮）用在泡腾片产品的研制中，进行原辅料的单因素筛选，其中总黄酮粉用量、甜味剂用量、泡腾剂用量对于泡腾片感官质量影响较大，对其进行曲应面优化，优化后可知所选因素对响应值的影响强度次序为B（甜味剂用量）＞A（总黄酮粉用量）＞C（泡腾剂用量），预测的最优配方为总黄酮粉用量为2.73 g、甜味剂用量为0.38 g、泡腾剂用量为1.34 g，聚乙二醇6000用量为其他原料用量和的2%，即每份泡腾片中总黄酮粉用量为60.1%、甜味剂用量为8.4%、泡腾剂用量为29.5%，聚乙二醇6000用量为2%，在200 mL的凉开水中崩解后进行品评，该产品的感官评分的预测值达到79分，实际感官评分为82分，预测精度96.3%，具有一定的实用价值，说明响应面法优化的泡腾剂配方是有效的。

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Optimization of Seabuckthorn Pomace Extract in Effervescent Tablets by Response Surface Methodology

WANG Wen-yong，ZHANG Ying-hui*
（School of Food Science and Engineering，Foshan University，Foshan 528231，Guangdong，China）

Seabuckthorn pomace was selected as raw material，the total flavone effervescent tablet was prepared by using the extracted coarse flavone powder，sweetener，effervescent agent and binder.The disintegration of the single factor test and proportion test of effervescent tablets were selected，the results showed that the better conditions for disintegration of effervescent tablets were：ingredients for total flavone powder and effervescent agents，sweeteners and accessories for the 2%-3%polyethylene glycol 6000.Then the response surface analysis of the formulation was carried out according to the optimum result.The optimum formula for the total flavonoids powder in each effervescent tablet was 60.1%，sweetener dosage was 8.4%，effervescent agent was 29.5%，the dosage of PEG 6000 was 2%，the prediction of the product sensory score reached 79 points，the actual sensory score was 82 points，the prediction accuracy was 96.3%.

seabuckthorn pomace；total flavonoids；effervescent tablets；response surface optimization；formulation

2016-12-31

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.18.023

王文勇（1990—），男（汉），工程师，硕士研究生，主要从事食品营养检测与加工技术研究。

*通信作者