响应面法优化黄精提取液制备工艺的研究

◎ 周 静，莫红玲，王燕飞，赵 君，陈芝慧，王文渊，孙乐明,3

（1.中国药科大学 中药学院，江苏 南京 211198；2.贵州同德药业股份有限公司，贵州 铜仁 554300；3.贵州信邦制药股份有限公司，贵州 贵阳 550000）

黄精性味甘平，具有补气养阴、健脾益肾的功效，为常用的补益类中药[1]。黄精作为传统的药食同源中草药，其中主要活性成分黄精多糖具有优异的保健功效，近年来受到了国内外众多专家学者与消费者的关注[2-3]。为充分开发与利用黄精多糖这一活性成分，考虑将其加工为外观口感同内在品质兼具的功能性食品，并选择剂型为均质液体提取液，由此所得成品既可作为饮品单独开发，又可作为原料与其他物质复配，协同发挥保健功效。黄精以生品服用，可致口舌麻木，刺激咽喉，需炮制后使用[4]。通过炮制，减轻刺激感的同时增强其补脾润肺益肾的作用。经查阅文献，关于现存的黄精炮制方法有20余种，包括单蒸法、九蒸九晒法、酒炙法和蜂蜜制等[5]。本实验采用蒸制法对鲜黄精进行炮制，以感官评分及多糖含量为指标，通过工艺顺序筛选与确定、单因素考察及响应面实验，旨在优化黄精提取液的制备工艺，为黄精的进一步开发提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黄精，产自贵州铜仁，经专家鉴定为正品；葡萄糖，中国食品药品检定研究院；蒽酮，国药集团化学试剂有限公司；硫酸，南京化学试剂有限公司；实验所用水均为纯净水；GI 54高压蒸汽灭菌锅，致微（厦门）仪器有限公司；电热鼓风干燥机，上海一恒科学仪器有限公司；TJE16A-300搅拌机，300 W，苏泊尔生活电器有限公司；SHB-III循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司；UV-2450紫外分光光度计，岛津企业管理（中国）有限公司；离心机，德国艾本德公司；HH-S4数显恒温水浴锅，金坛市医疗仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 黄精提取液制备

黄精提取液制备工艺流程如下所示，对所得成品f1～f6号做感官测评。

f1：匀浆→过滤→灭菌；f2：匀浆→浸提→过滤→灭菌；f3：匀浆→蒸制→过滤→灭菌；f4：匀浆→蒸制→浸提→过滤→灭菌；f5：蒸制→匀浆→浸提→过滤→灭菌；f6：蒸制→匀浆→过滤→灭菌。其中，f2、f4、f5浸提2次，2次浸提产物过滤取滤液后分别存放，编号f2(1)、f2(2)、f4(1)、f4(2)、f5(1)和f5(2)。

1.2.2 感官测评

将所得样品采取定量描述性检验的方法，检验评分标准如表1所示，每个样品均有5位相同检验人员给出评分。

表1 评价标准表

1.2.3 多糖含量测定方法

参考2020版《中国药典》黄精多糖含量测定方法[6]。按照蒽酮-硫酸法，以吸光度为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线，得到线性回归方程为

y=7.133x+0.004 4（R2=0.999 4）。

1.2.4 加权总评分数的计算

加权总评分数的计算采用min-max标准化法，并在标准化的基础上根据两个指标对其进行不同程度的加权赋值，具体计算公式如下：

式中：X1为供试品的多糖含量；X1,min为样本数据中多糖含量最小值；X1,max为样本数据中多糖含量最大值；X2为供试品的感官评分，分；X2,min为样本数据中感官评分最小值，分；X2,max为样本数据中感官评分最大值，分。

1.2.5 黄精提取液制备工艺优化单因素实验

以多糖含量与感官测评加权总评分数作为评价指标，考察蒸制时间（20 min、40 min、60 min、70 min、80 min和90 min）、蒸制温度（70 ℃、80 ℃、90 ℃和100 ℃）、匀浆时间（60 s、80 s、100 s、120 s、140 s和160 s）和黄精用量（1.00 g、3.00 g、5.00 g、7.00 g和9.00 g）对最终样品多糖含量及感官品质的影响，为后续响应面法优化制备工艺做基础。

1.2.6 Box-Behnken响应面法优化黄精提取液制备工艺

在单因素实验的基础上，选取蒸制时间（A）、蒸制温度（B）、匀浆时间（C）3个因素，采用Design-Expert 8.0.6设计的Box-Behnken实验，以加权总评分数为评价指标，进行数据拟合与模型预测，优化制备工艺参数，得到最佳工艺并进行验证。Box-Behnken实验因素与水平如表1所示。

表1 Box-Behnken实验因素与水平表

2 结果与分析

2.1 黄精提取液制备工艺选定

如表2所示，样品描述性检验得分较高的为f2(2)与f5(2)，其他低分项主要为色泽、口感，可能是黄精浓度过高或工艺处理不当造成。因此在后续实验中需讨论蒸制温度、蒸制时间、黄精用量等对提取液感官评分和多糖含量的影响。检测人员均无法正确判断f3号与f4(1)号、f5(1)号与f6号之间的差别，说明浸提工艺并非成品感官的影响因素；但反馈f3的整体感觉优于f6号（质地均匀、口尝无酸苦味），说明先搅拌后蒸制的工艺优于先蒸制后搅拌的工艺。

表2 不同工艺下样品描述性检验评价结果表

2.2 多糖含量测定

f2、f4、f5为两次的浸提液合并后进行多糖含量测定。由图1可知，f3、f4、f5与f6之间多糖含量变化不大，对于f3与f4、f5与f6，其工艺步骤的差别在于是否有经过浸提，测定结果显示两者之间多糖含量变化不大，结合2.1工艺优选性评价的结果，得知浸提非工艺流程中的必要步骤。最终确定后续继续进行优化的工艺顺序为匀浆→蒸制→过滤→灭菌；加以考察的因素包括蒸制时间、蒸制温度、匀浆时间、黄精用量。

图1 各组样品多糖含量测定结果图

2.3 黄精提取液制备工艺优化单因素实验

各因素对样品加权总评得分的影响如图2所示。在蒸制时间为60.00 min时加权总评得分达到最高，因此选定50.00～70.00 min为响应面设计的水平；随着蒸制温度的升高，加权总评得分逐渐升高，100 ℃蒸制下分数最高，因此选定80～100 ℃为响应面设计的水平；随着匀浆时间的延长，加权总评得分呈先升高后降低，其中100 s时得分达到最高，选定80 s～120 s为响应面设计的水平；随着黄精用量增加，加权总评得分逐渐升高，当黄精用量达到9.00 g时分数最高，故在后续工艺优化实验中，将黄精用量确定为9.00 g。

图2 各因素对样品加权总评得分的影响图

2.4 Box-Behnken响应面法优化黄精提取液制备工艺

以加权总评得分（Y）为响应值进行3因素3水平响应面实验分析，响应面实验设计及结果见表3，回归模型方差分析见表4。采用Design-Expert 8.0.6对各因素进行拟合，得到多元回归方程为：Y=92.34+1.80A+2.18B+2.72C-0.47AB-0.11AC+2.33BC-12.77A2-8.78B2-6.48C2

表3 Box-Behnken实验设计及结果表

由表3可知，该模型方程有显著性影响（P＜0.01），失拟项不显著（P=0.731 9＞0.05），说明在本实验条件下，该回归模型所考察的因素足以反映实验中各工艺参数对样品加权总评得分的影响。判定系数R2=0.931 3，说明回归模型与实验值拟合均较好，可用于样品加权总评得分的理论推测和分析，各因素影响大小为匀浆时间＞蒸制温度＞蒸制时间。

由Design-Expert 8.0.6软件得出最佳工艺参数是蒸制时间60.68 min，蒸制温度91.56 ℃，匀浆时间104.73 s，加权总评得分的预测值为0.859分。考虑到实验的可行性，将参数修改为蒸制时间61 min，蒸制温度92 ℃，匀浆时间105 s，进一步验证实验，得出的样品加权总评得分为0.891分。该值与预测值较近，证明了该方法的可行性。为工艺可行性与方便性考虑，最终将最优工艺参数确定为蒸制时间61 min，蒸制温度92 ℃，匀浆时间105 s。

表4 回归模型方差分析表

3 结论

本实验围绕鲜黄精蒸制这一炮制方法，以感官评分及多糖含量为指标，逐步确定并优化一种黄精提取液的制备工艺。通过工艺顺序筛选，确定工艺路线为鲜黄精→匀浆→蒸制→过滤→灭菌；通过响应面优化确定最佳工艺参数：蒸制时间61 min，蒸制温度92 ℃，匀浆时间105 s。应用此工艺所得黄精提取液外观诱人、口感清甜、黄精多糖含量高。因此既可作为黄精饮品，又可作为后续功能性食品的原料之一，工业化生产市场前景广阔。