白芸豆甘蔗渣咀嚼片直接压片法的制备工艺研究

刘淑敏，张淑君，梁绮晴，陈文泉，阮艳红，杨娟

（岭南师范学院食品科学与工程学院，广东 湛江 524048）

白芸豆（Phaseolus vulgaris Linn.）生物学名多花菜豆，因花色多样而得名，富含必需氨基酸、碳水化合物、矿物质及维生素，具有较高的食用价值和药用价值[1-2]。此外，白芸豆中富含的α-淀粉酶抑制剂能抑制α-淀粉酶的活性，有效阻断高淀粉类食物（面食、米饭、杂粮及相关糕点等）中淀粉的分解，减少葡萄糖的吸收，从而减少胰岛素分泌及脂肪合成，具有减缓脂肪蓄积等作用，因而在防控肥胖症和糖尿病等方面具有广阔的应用前景[3-6]。

甘蔗（Saccharum officinarum）是温带和热带农作物，作为世界第三大甘蔗种植国，我国每年因制糖产生的甘蔗渣约有2 000万吨[7]。作为一种重要的可再生物质资源，甘蔗渣具有价格低、数量多、纤维素含量较高等特点[8]。目前，甘蔗渣主要用于造纸、生产高密度复合材料、制作燃料酒精，但仍有相当一部分被直接燃烧或废弃不用，不仅污染生态环境，也会给人和动物的健康带来危害[9-10]。甘蔗渣主要由纤维素（45%～55%）、半纤维素（20%～30%）和木质素（16%～22%）组成，是一种典型的低热量、高纤维食品，适量食用对人体有很好的保健功效。但是甘蔗渣口感较差，在食品加工中的应用受限，适度粉碎能够有效降低纤维带来的粗糙感，扩大甘蔗渣的应用范围[11-12]。

咀嚼片是指经口腔吮服或咀嚼使其溶化后吞服的片剂，具有口感好、携带和食用方便、生产工艺简单、有效成分高、易于体内溶解和吸收等优点，现已迅速成为食品和保健食品研发领域的一个重要研究方向[13-14]。从近3年保健食品的备案情况来看，咀嚼片剂产品比例有所上升，当前市面上可见的有山药咀嚼片、葛根粉咀嚼片、沙棘果渣咀嚼片等[15-18]。目前，咀嚼片的制备方法主要有湿法制粒压片法、干法制粒压片法和粉末直接压片法3种，其中粉末直接压片法无需制粒，具有工艺简洁、加工时间短、成本低等优势[19]。目前，尚无α-淀粉酶抑制剂和甘蔗渣咀嚼片制备相关的文献报道。

本试验以白芸豆水提物和甘蔗渣为原料，采用粉末直接压片工艺，运用单因素试验和响应面分析法确定了白芸豆甘蔗渣咀嚼片的制备工艺，制作出甜度适宜且具有减肥等功效的保健食品，研究结果可以提高白芸豆和甘蔗渣的可接受度，为白芸豆和甘蔗渣的进一步研究和开发应用提供参考，为新型咀嚼片的研究提供思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

白芸豆：北京宏利顺发科技有限公司；甘蔗渣粉末：新鲜甘蔗渣清洗去杂、60℃烘箱中烘干后，放入高速粉碎机中粉碎；葡萄糖（食品级）：江苏维多股份有限公司；可溶性淀粉、微晶纤维素、硬脂酸镁（食品级）：广东味多美食品配料有限公司。

1.2 仪器与设备

AUY120电子分析天平：日本岛津制作所；DFY-C-800高速粉碎机：温岭市林大机械有限公司；HY-12小型粉末压片机：天津市新天光分析仪器技术有限公司；DHG-9240A电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；CJY-2C片剂脆碎硬度测试仪：上海黄河药检仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 白芸豆水提物的制备

取粉碎并过80目筛的白芸豆粉，采用80℃的水按1∶10（g/mL）料液比浸提3次，每次1 h。浸提液冷却、过滤、浓缩、80℃烘干后得到白芸豆水提物。

1.3.2 白芸豆甘蔗渣咀嚼片制备工艺流程和基础配方设计

1.3.2.1 制备工艺流程

取一定粒度甘蔗渣，加入白芸豆水提物、微晶纤维素、可溶性淀粉、葡萄糖、硬脂酸镁，混合均匀后压片，得到白芸豆甘蔗渣咀嚼片。

1.3.2.2 基础配方设计

参考刘明华等[20]配方，并进行适当修改：原料20%（白芸豆水提物∶甘蔗渣质量比=70∶30）、黏合剂（微晶纤维素）20%、填充剂（可溶性淀粉）27%、甜味剂（葡萄糖）30%、润滑剂（硬脂酸镁）2%。其中，可溶性淀粉加入量根据配方变化而变化，使每片片剂恒重为1.2 g。片剂直径20 mm，压片压力10 MPa。

1.3.3 单因素试验设计

1.3.3.1 甘蔗渣粒度对咀嚼片品质的影响

分别以过 20、40、60、80、100 目筛的甘蔗渣进行单因素试验，以感官评分为指标，确定甘蔗渣的最适粒度。

1.3.3.2 原料质量比对咀嚼片品质的影响

分别以白芸豆水提物和甘蔗渣质量比为85∶15、80∶20、75∶25、70∶30、65∶35 进行单因素试验，以感官评分为指标，确定原料的最适质量比。

1.3.3.3 原料添加量对咀嚼片品质的影响

限定原料质量比为70∶30，分别以原料添加量为20%、25%、30%、35%、40%进行单因素试验，以感官评分为指标，确定原料的最适添加量。

1.3.3.4 黏合剂添加量对咀嚼片品质的影响

分别以微晶纤维素添加量为5%、10%、15%、20%、25%进行单因素试验，以感官评分为指标，确定黏合剂的最适添加量。

1.3.3.5 甜味剂添加量对咀嚼片品质的影响

分别以葡萄糖添加量为25%、30%、35%、40%、45%进行单因素试验，以感官评分为指标，确定甜味剂最适添加量。

1.3.4 响应面试验设计

根据单因素试验结果，选取对白芸豆甘蔗渣咀嚼片品质具有显著影响的4个因素（A甘蔗渣粒度、B原料质量比、C原料添加量、D甜味剂添加量）作为考察因素，以片剂的感官评分为响应值，利用Box-Benhnken中心组合原理设计四因素三水平试验。因素水平编码见表1。

表1 响应面试验因素水平Table1 Experimental factors and levels in response surface design

1.3.5 白芸豆甘蔗渣咀嚼片感官评分标准

由食品系学生6人组成评定小组，严格按照评分标准对白芸豆甘蔗渣咀嚼片的外观、色泽、风味、口感、质地进行评分，具体评分标准见表2，满分为10分，评分结果取平均值[14]。

表2 咀嚼片感官评分标准Table 2 Sensory score standard of chewable tablets

1.3.6 白芸豆甘蔗渣咀嚼片的质量评价

1.3.6.1 重量差异检查

随机取20片咀嚼片，电子天平精密称定每片重量，计算平均片重，再比较每片重量与平均片重的差异[21]。其中，平均片剂重量在0.3 g以下的样品重量差异限度为±7.5%，片剂重量在0.3 g以上重量差异限度为±5.0%，超出重量差异限度的片剂应小于3片，且不能有1片超出限度1倍[22]。

1.3.6.2 硬度检查

取10片咀嚼片，使用片剂脆碎硬度测定仪分别精确测定径向硬度，计算平均值。具体操作：将咀嚼片置于仪器的两个压板之间，调整好直径，然后操作仪器使压板沿咀嚼片的直径方向缓缓加压，当咀嚼片刚刚破碎时，仪器所显示的压力即为该咀嚼片的硬度[23]。

1.3.6.3 脆碎度检查

取10片咀嚼片，先除去片剂表面粉末，精密称取质量后，置于脆碎度测定仪的圆筒中转动100次，取出后再去除表面粉末，再称取其质量，通过计算减失重量与片剂原本质量的比值得出脆碎度[23]。

1.4 数据处理

所有数据至少3次重复，试验结果为平均值±标准差。采用Microsoft Excel 2010软件进行数据处理，Origin9.0软件作图，SPSS 19.0软件的One-Way ANOVA进行单因素方差分析，LSD检验进行显著性分析（p＜0.05表示差异显著），Design Except 8.0.6软件进行响应面分析。

2 结果与分析

2.1 白芸豆甘蔗渣咀嚼片配方优化单因素试验结果分析

2.1.1 甘蔗渣粒度对咀嚼片品质的影响

甘蔗渣含有大量的粗纤维，粒度会对咀嚼片的口感和组织状态造成影响，粒度越大口感越粗糙，制片时越容易出现分层和色泽不均匀。甘蔗渣粒度对白芸豆甘蔗渣咀嚼片品质的影响如图1所示。

图1 甘蔗渣粒度对白芸豆甘蔗渣咀嚼片品质的影响Fig.1 Effect of granularity of sugarcane bagasse on the quality of white kidney bean-sugarcane bagasse chewable tablets

由图1可知，随着甘蔗渣粒度的减小，白芸豆甘蔗渣咀嚼片感官评分呈现先上升后下降的趋势，在80目时评分最高[（8.65±0.28）分]，此时咀嚼片表面光滑、色泽均匀、无粗糙感。方差分析结果表明，甘蔗渣粒度对咀嚼片感官评分具有显著（p＜0.05）影响。综合考虑，选择甘蔗渣粒度为80目进行后续单因素试验。

2.1.2 原料质量比对咀嚼片品质的影响

甘蔗渣具有甘蔗的部分清香和甜味，赋予了咀嚼片特有风味和口感，原料质量比对白芸豆甘蔗渣咀嚼片品质的影响如图2所示。

图2 原料质量比对白芸豆甘蔗渣咀嚼片品质的影响Fig.2 Effect of raw material mass ratio on the quality of white kidney bean-sugarcane bagasse chewable tablets

由图2可知，随着甘蔗渣比例的增加，咀嚼片感官评分值呈现先增大后减小的趋势，在白芸豆水提物与甘蔗渣质量比为70∶30时评分最高[（8.50±0.21）分]，此时咀嚼片表面光滑，含有甘蔗独有的清香，口感较好。进一步增加甘蔗渣比例，咀嚼片的粗糙感增加，评分降低。方差分析结果表明，原料质量比对咀嚼片感官评分具有显著（p＜0.05）影响。综合考虑，选择白芸豆水提物与甘蔗渣的质量比为70∶30进行后续单因素试验。

2.1.3 原料添加量对咀嚼片品质的影响

原料添加量对白芸豆甘蔗渣咀嚼片品质的影响见图3。

图3 原料添加量对白芸豆甘蔗渣咀嚼片品质的影响Fig.3 Effect of the addition of raw material on the quality of white kidney bean-sugarcane bagasse chewable tablets

由图3可知，随着原料添加量增加，白芸豆甘蔗渣咀嚼片感官评分结果呈现先升高后降低的趋势，在原料添加量为25%时评分最高[（9.0±0.43）分]，此时咀嚼片表面光滑、色泽均匀、口感较好。出现这种情况的原因可能是由于甘蔗渣的颗粒感较重，当原料的添加量超过25%时，甘蔗渣的粗糙感比甘蔗的清香更加凸显，从而影响了咀嚼片的感官评分值。方差分析结果表明，原料添加量对白芸豆甘蔗渣咀嚼片感官评分具有显著（p＜0.05）影响。综合考虑，选择原料添加量为25%进行后续的单因素试验。

2.1.4 黏合剂添加量对咀嚼片品质的影响

微晶纤维素是一种食用纤维和理想的保健食品添加剂，在咀嚼片制作中起黏合和防止片剂受潮的作用[24]。黏合剂添加量对白芸豆甘蔗渣咀嚼片品质的影响见图4。

图4 黏合剂添加量对白芸豆甘蔗渣咀嚼片品质的影响Fig.4 Effect of the addition of adhesive on the quality of white kidney bean-sugarcane bagasse chewable tablets

由图4可知，各组咀嚼片感官评分均较高，得分变化趋势比较平缓。方差分析结果表明，黏合剂添加量对白芸豆甘蔗渣咀嚼片感官评分的影响不显著（p＞0.05）。当黏合剂添加量为10%时评分最高，此时咀嚼片表面光滑、片剂完整。综合考虑，选择黏合剂添加量为10%进行后续单因素试验，此因素不纳入响应面试验并在响应面试验过程中固定为10%。

2.1.5 甜味剂添加量对咀嚼片品质的影响

葡萄糖是天然甜味剂，其甜度约为蔗糖的70%～75%，固体葡萄糖溶于水是吸热反应，食用时带有清凉感觉[25]。甜味剂添加量对白芸豆甘蔗渣咀嚼片品质的影响见图5。

图5 甜味剂添加量对白芸豆甘蔗渣咀嚼片品质的影响Fig.5 Effect of the addition of sweetener on the quality of white kidney bean-sugarcane bagasse chewable tablets

由图5可知，随着甜味剂添加量的增加，咀嚼片感官评分值呈现先增大后减小的趋势，在甜味剂添加量为40%时评分最高[（8.00±0.16）]分，此时咀嚼片甜度适中，口感细腻。进一步增加甜味剂比例，咀嚼片甜度过高，评分降低。方差分析结果表明，甜味剂添加量对白芸豆甘蔗渣咀嚼片感官评分具有显著（p＜0.05）影响。

2.2 白芸豆甘蔗渣咀嚼片配方优化响应面试验结果分析

响应面法优化白芸豆甘蔗渣咀嚼片的制备工艺结果见表3。

表3 响应面试验设计及结果Table 3 Response surface design and experimental results

续表3 响应面试验设计及结果Continue table 3 Response surface design and experimental results

采用Design Except 8.0.6软件对表3试验数据进行多元回归拟合，得到白芸豆甘蔗渣咀嚼片感官评分对甘蔗渣粒度（A）、原料质量比（B）、原料添加量（C）和甜味剂添加量（D）的回归方程为：Y=6.53+1.12A+0.19B-0.09C-0.04D+0.33A2+0.61B2-0.21C2-0.07D2-0.04AB+0.29AC+0.29AD-0.14BC+0.53BD-0.08CD。

对回归模型进行分差分析，结果见表4。

表4 回归模型方差分析Table 4 The variance analysis of regression model

由表4可知，回归方程整体模型极显著（p＜0.01），同时失拟项不显著（p＞0.05），因此模型成立，可用回归方程对白芸豆甘蔗渣咀嚼片的配方进行预测和分析。该方程相关系数R2为0.918 3，表明方程有较好的准确度。变异系数CV为5.76%，较小，说明试验操作可信。由表4还可知，A、A2、B2、BD对试验影响显著（p＜0.05），其余因素不显著（p＞0.05）。4个因素对咀嚼片感官评分的影响顺序为A>B>C>D，即甘蔗渣粒度＞原料质量比＞原料添加量＞甜味剂添加量。根据回归方程，可以获得4个因素两两之间交互作用的响应面三维图。响应面三维图可以直观地反映出每个因素之间的交互作用对响应值造成的影响。响应曲面越陡，则表示该因素对响应值的影响越显著，反之则说明该因素对响应值的影响不大[26]。图6为不同因素交互作用对白芸豆甘蔗渣咀嚼片感官评分的影响。

图6 各因素交互作用对白芸豆甘蔗渣咀嚼片感官评分影响的曲面图Fig.6 Response surface plots showing the interactive effects of various factors on the sensory score of kidney bean-sugarcane bagasse chewable tablets

由图6可知，原料质量比和甜味剂添加量交互作用对咀嚼片感官评分影响较为显著，其他交互作用不显著，与表4方差分析结果一致。在一定范围内，白芸豆甘蔗渣咀嚼片的感官评分随甜味剂用量的增加而增加，当甜味剂添加量在37%～40%时，感官评分较高。随着原料中白芸豆质量比的增加，响应值增大，当甜味剂添加量为40%，白芸豆和甘蔗渣质量比为80∶20时，咀嚼片感官评分最高。通过Design Except 8.0.6软件分析可知，白芸豆甘蔗渣咀嚼片的最优制备配方为：原料添加量26.85%、微晶纤维素10%、葡萄糖40%、可溶性淀粉21.15%、硬脂酸镁2.0%。其中，甘蔗渣粒度为过99.87目筛，白芸豆水提物与甘蔗渣质量比80∶20。在此条件下预测白芸豆甘蔗渣咀嚼片的感官评分为9.44分。

2.3 白芸豆甘蔗渣咀嚼片最佳配方验证试验

为了便于工艺操作，将白芸豆甘蔗渣咀嚼片最佳配方修正为：原料添加量27%、微晶纤维素10%、葡萄糖40%、可溶性淀粉21%、硬脂酸镁2.0%。其中，白芸豆水提物与过100目筛甘蔗渣的质量比为80∶20。在此制备工艺条件下进行验证试验，平行3次，制得的白芸豆甘蔗渣咀嚼片感官评分为（9.27±0.31）分，与预测值接近，表明采用响应面分析法优化白芸豆甘蔗渣咀嚼片制备工艺可靠准确，具有实际应用意义，能运用于制备白芸豆甘蔗渣咀嚼片。

2.4 白芸豆甘蔗渣咀嚼片的质量评价

白芸豆甘蔗渣咀嚼片的质量评价结果如表5所示。

表5 白芸豆甘蔗渣咀嚼片的质量评价Table 5 Quality evaluation of white kidney bean-sugarcane bagasse chewable tablets

由表5可知，最优制备工艺得到的咀嚼片为光滑整洁、色泽均匀的片剂，硬度与甜度适中，具有甘蔗特有香气，口感细腻。咀嚼片重量差异、平均硬度、脆碎度均符合《中国药典》中对咀嚼片的规定。

3 结论

本试验以白芸豆水提物和甘蔗渣为主要原料，采用直接压片法，以感官评分为指标，通过单因素试验和响应面分析法，得到了白芸豆甘蔗渣咀嚼片的最佳制备工艺，并对其进行了质量评价。响应面试验结果表明，甘蔗渣粒度、原料质量比、原料质量比和甜味剂添加量交互作用对咀嚼片的感官评分有显著影响，咀嚼片最佳配方为：原料27%（白芸豆水提物∶100目甘蔗渣=80∶20），微晶纤维素10%，葡萄糖 40%，可溶性淀粉21%，硬脂酸镁2.0%。由此配方制备的咀嚼片表面光滑，色泽均匀，片剂结实不粘连，硬度适中，有一定的咀嚼性，味道香甜可口，充满甘蔗香气，重量差异、硬度和脆性均符合《中国药典》的规定。