响应面法优化金银花茶精制备工艺研究

刘征辉，崔施展，魏 曼，王 腾，刘永进，赵云平，贾东升,*

（1.天津市农业质量标准与检测技术研究所，天津 300381；2.河北省农林科学院经济作物研究所，河北 石家庄 050051）

金银花为忍冬科植物忍冬(Lonicera japonica Thunb.)的干燥花蕾或带初开的花，具有清热解毒、疏散风热的功效，临床用于治疗温病发热，热毒血痢，痈疡风热感冒，支气管炎等症[1-5]。金银花作为药食同源的中药，因其富含多种生物活性成分，被广泛应用于多个领域，目前市售金银花相关产品主要包括金银花饮品、金银花露、金银花糖果等[6-7]，固体饮料具有服用剂量大、携带服用方便等特点，越来越受到消费者的广泛认可[8-9]。本研究以绿原酸得率为考察指标，优化金银花绿原酸提取工艺；以口感、溶解性及澄清度为考察指标，优化金银花茶精配方及制备工艺，旨在开发一款金银花固体饮料，丰富金银花深加工产品的种类。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

金银花，购于河北省安国中药材专业市场；绿原酸标准品（批号110753-202024），中国食品药品检定研究院；100～200目中性氧化铝（色谱纯），上海国药集团；乙醇（分析纯），天津市凯通化学试剂有限公司；香草醛，天津市光复精细化工研究所；高氯酸（分析纯），天津政成化学制品有限公司；冰乙酸（分析纯），德国巴斯夫（中国）有限公司；麦芽糊精，西王药业有限公司；甘露醇，河南味铭化工产品有限公司；微粉硅胶，青岛裕民源硅胶试剂厂；白砂糖、柠檬酸，河南华森食品配料有限公司。

1.1.2 仪器与设备

MS105DU型电子天平，梅特勤-托利多公司；752PC型紫外光可见分光光度计，上海光谱仪器有限公司；HWS-12恒温水浴锅，上海福玛实验设备有限公司；TN型提取浓缩机组、GLP型高速离心喷雾干燥机，无锡市旺盛机械厂；GL1-25干法制粒机，张家港市开创机械制造有限公司。

1.2 方法

以金银花为原料，以绿原酸得率为考察指标，优化金银花中绿原酸提取工艺；以感官评分为指标，筛选金银花茶精配方；进行干法制粒，制备金银花茶精。

1.2.1 金银花茶精制备工艺流程

1.2.2 金银花中绿原酸提取工艺优化单因素试验设计

1.2.2.1 料液比对绿原酸得率的影响

以金银花为原料，以水为溶剂，在提取时间为2 h，提取次数为2次的条件下，考察料液比为1∶6、1∶8、1∶10、1∶12（g/mL）时对绿原酸得率的影响，平行试验3次，计算并比较绿原酸得率。

1.2.2.2 提取时间对绿原酸得率的影响

固定料液比1∶8（g/mL），提取次数2次，考察提取时间分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h时对绿原酸得率的影响，平行试验3次，计算并比较绿原酸得率。

1.2.2.3 提取次数对绿原酸得率的影响

固定料液比1∶8（g/mL），提取时间1.5 h，考察提取次数分别为1次、2次、3次时对绿原酸得率的影响，平行试验3次，计算并比较绿原酸得率。

1.2.3 金银花中绿原酸提取工艺响应面优化试验设计

结合单因素试验，利用响应面优化法，考察料液比、提取时间、提取次数对绿原酸得率的影响（见表1），确定合理可行的绿原酸提取工艺。

表1 响应面试验因素水平设计表Table 1 Response surface factor level table

1.2.4 绿原酸得率的测定方法

精密称取绿原酸对照品，用50%甲醇配制成86.4μg/mL绿原酸溶液，备用。分别量取绿原酸对照品溶液1、2、3、4、5 mL置于25 mL容量瓶中，加浓度为50%的甲醇稀释至刻度，以浓度为50%的甲醇为空白对照，用紫外分光光度计在327 nm波长处测定吸光度，绘制标准曲线，得到下述方程：

式中：Y表示样品吸光度；X表示样品浓度。

从标准曲线可知，绿原酸在3.456～17.28μg/mL范围内线性关系良好。

按照上述方法测定金银花提取液中绿原酸浓度，计算绿原酸得率，计算公式如下：

绿原酸得率（%）=C×V×稀释倍数/M×100

式中：C表示提取液绿原酸浓度；V表示提取液体积；M表示金银花质量。

1.2.5 金银花茶精配方确定

以不同浓度的金银花提取液干燥粉、乳糖、低聚果糖、白砂糖和柠檬酸为原料配制金银花茶饮品[10-11]，依照表2分别对饮品的口感、溶解性及澄清度进行评分[12-15]，得分最高的确定为产品最终配方。

表2 感官评分标准Table2 Sensory evaluation criteria

1.2.6 数据处理

采用SPSS20.0统计学软件进行数据分析，数据以平均数±标准差（x¯±s）表示，差异比较采用LSD-t检验，以P＜0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 金银花中绿原酸提取工艺优化结果

2.1.1 单因素试验结果

2.1.1.1 溶剂用量

由表3可知，随着水用量的增大，绿原酸得率有增大的趋势，与料液比为1∶6（g/mL）相比，料液比为1∶8、1∶10、1∶12（g/mL）时，绿原酸得率显著增高（P＜0.05），料液比大于1∶8（g/mL）时，绿原酸得率变化不显著，达到1∶12（g/mL）时绿原酸得率不但不增加，反而降低，故料液比选择为1∶8（g/mL）。

表3 料液比对绿原酸得率的影响Table3 Effect of material-liquid ratioon extraction yield of chlorogenic acid

2.1.1.2 提取时间

由表4可知，随着提取时间的延长，绿原酸得率逐渐增加。与提取时间为1.5 h相比，提取时间低于1.5 h时，绿原酸得率变化显著（P＜0.05）；提取时间大于1.5 h时，绿原酸得率增加不显著。故提取时间选择为1.5 h。

表4 提取时间对绿原酸得率的影响Table 4 Effect of extraction time on extraction yield of chlorogenic acid

2.1.1.3 提取次数

由表5可知，当提取次数为1次时，绿原酸得率较低；当提取次数为2次时绿原酸得率显著增高，达到6.46%；当提取次数为3次时绿原酸得率虽然有所增加，但增加不显著。故提取次数选择为2次。

表5 提取次数对绿原酸得率的影响Table 5 The effect of extraction times on extraction rate of chlorogenic acid

2.1.2 响应面试验设计与结果

结合单因素试验结果，以料液比、提取时间、提取次数为自变量，以绿原酸得率为响应值，利用响应面优化法，对金银花中绿原酸提取工艺进行优化。试验设计及结果见表6。

表6 响应面试验设计与结果Table 6 Response surface experiment design and results

利用Design-Expert 8.06软件对响应面试验结果进行分析，得到以绿原酸得率为响应值的回归方程：Y=1.62+0.11A+0.085B+0.024C+0.035AB+0.22AC+0.07BC-0.39A2-0.08B2-0.15C2。为检验回归方程的有效性及各因素对绿原酸得率的影响程度，对回归方程进行可信度分析和方差分析，结果见表7和表8。

表7 回归方程的可信度分析Table 7 Reliability analysis of regression equation

由表7可以看出，方程的R2为0.991 3，表明因变量与所考察自变量之间的线性关系显著，说明该方程拟合度较高，可用该模型对绿原酸得率进行分析和预测。变异系数较小，为2.91%，说明试验稳定性较高。从表8可以看出，回归模型P＜0.000 1，回归模型达到极显著水平，说明模型拟合程度良好，试验误差小；失拟项P=0.265 1＞0.05，不显著，说明未知因素对试验结果干扰小，残差均由随机误差引起，该模型可用。对回归方程各项方差的进一步分析可知，料液比和提取时间的P＜0.01，说明这两个因素对绿原酸得率影响极显著；3个因素的二次项对绿原酸得率的影响均达到极显著水平，交互项AC和BC对绿原酸得率的影响极显著，交互项AB对绿原酸提取得率影响不显著。在所选的各因素水平范围内，对绿原酸得率的影响排序为A＞B＞C，即：料液比＞提取时间＞提取次数。各因素对绿原酸得率影响响应面图见图1。

表8 回归模型的方差分析及显著性检验Table8 Analysis of variance and significance test of regression model

从图1中的等高线图及3D响应面图可直观地看出3个影响因素对响应值的影响及变化趋势，找出最优参数。此试验在所选范围内回归模型存在最大值，最佳落点在试验考察的区域内。最佳提取工艺为：料液比1∶8（g/mL），提取时间1.91 h，提取次数2.51，此时绿原酸得率理论最大值为6.68%。

图1 各因素交互作用对金银花中绿原酸得率影响的响应面图Fig.1 Responsesurface map of the influence of interaction of variousfactors on extraction rate of chlorogenic acid from honeysuckle

2.1.3 验证试验

为了验证模型的可靠性，采用修正的最佳提取条件：料液比1∶8（g/mL），提取时间2 h，提取次数2次，对提取工艺进行验证，平行试验3次，绿原酸得率平均值为6.62%，与理论预测值非常接近，证明该回归模型具有可靠性。

2.2 金银花提取物粉的制备

在料液比为1∶8（g/mL），提取时间为2 h，提取次数为2次的条件下对金银花进行提取，然后在60℃条件下对提取液进行浓缩，提取液浓缩至相对密度1.05～1.07时，添加饮片投料量30%的麦芽糊精，在干燥温度为进风温度170℃、出风温度85℃，塔内压强为-40～-30 Pa的条件下喷雾干燥，收集干燥粉即得金银花提取物粉。

2.3 金银花茶精的调配及制粒

根据感官评分，通过单因素试验，最终确定产品配方为金银花提取物粉60%、乳糖20%、低聚果糖10%、白砂糖8%、柠檬酸2%。在滚轮压力1.5 MPa条件下进行干法制粒，得到成品金银花茶精，用该配方制得的金银花茶精口感好、溶解迅速、溶液澄清，感官评分为75分。

3 结论

本研究最终确定金银花中绿原酸提取工艺为：料液比1∶8（g/mL），提取时间2 h，提取次数2次，提取液浓缩至相对密度1.05～1.07时添加饮片投料量30%的麦芽糊精，在干燥温度为进风温度170℃、出风温度为85℃，塔内压强-40～-30 Pa的条件下进行喷雾干燥，得到金银花提取物粉。按照金银花提取物粉60%、乳糖20%、低聚果糖10%、白砂糖8%、柠檬酸2%的比例配料后进行干法制粒，即得金银花茶精。制备的金银花茶精口感好、溶解迅速、溶液澄清，感官评分为75分。