高原红树莓咀嚼片制备工艺的响应面优化及感官评价

桑丁巴毛，任小莉，许丹，王进英，宋洋波

1.青海大学农牧学院（西宁 810016）；2.青海大学医学院（西宁 810016）

红树莓（Rubusi daeusL.）属于蔷薇科植物，主要分布在中国、日本、北美和俄罗斯北半球的温带地区。据《本草纲目》记载，红树莓可以补肝明目，助阳固精[1]。浆果中含有黄酮、鞣花酸、维生素、多糖等具有抗氧化、抗肿瘤和抗衰老等生理功能的成分[2]，但其水分含量高，不耐贮藏，因此适合加工成产品[3]，如果粉、果酱、果冻等[4-5]。果粉吸湿性强，因此它的储存和运输成本很高，为此，咀嚼片在世界范围内得到了发展。片剂的优点是降低了运输和储存成本、具有良好的口感、消费者接受度高[6-7]。咀嚼片辅料中矫味剂可以改善咀嚼片的口感，填充剂改善原料的可压缩性和流动性，润滑剂防止压片过程中粘连、改善咀嚼片外观[8]。近年来，咀嚼片的相关研究也有很多。许牡丹等[9]通过造粒工艺优化猕猴桃秋葵咀嚼片。岳凤丽等[10]采用粉末直接压片法制备黄瓜咀嚼片。黄华花等[11]以刺梨为原料，采用粉末直接压片法制备刺梨片。

目前，对于红树莓的独特产品很少见，没有体现出红树莓特有的营养价值和感官特性。因此，试验以真空冷冻干燥的红树莓粉为主料，通过单因素试验和响应面试验优化红树莓咀嚼片的制作工艺，采用粉末直接压片法工艺省去了造湿粒、干燥后压片等繁杂工艺流程，缩短了生产周期，实现良好的经济效益目标。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

青海红树莓原果（青海大通景阳公司）；脱脂奶粉（食品级，四川澳新维尔生国际贸易有限公司），麦芽糊精（食品级，河南千志商贸有限公司）；微晶纤维素、甘露醇、乳糖（食品级，河南万邦实业有限公司）；硬脂酸镁（食品级，浙江一诺生物科技有限公司）；95%乙醇（食品级，河南鑫河阳酒精有限公司）。

1.2 仪器与设备

JA 1003电子天平（上海良平仪器有限公司）；SY-3D片剂四用测定仪（上海一恒科学仪器有限公司）；ZP-5小型旋转式压片机（长沙中亚制备有限公司）；JYL-C93T打浆机（九阳股份有限公司）；0.150 mm分级筛（绍兴市上虞宝成仪器设备有限公司）；CS55-9真空冷冻干燥箱（基因有限公司）；FW-100高速粉碎机（天津市泰斯特仪器有限公司）；DHG 9070 A电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

红树莓果实→微波解冻→磨浆→冷冻→干燥→粉碎→过筛→混合均匀→压片→干燥→灭菌→成品

挑选优质青海红树莓为原料，经磨浆、冷冻干燥处理后粉碎，果浆、果渣粉和片剂辅料均过0.150 mm筛，添加辅料（麦芽糊精、脱脂乳粉、甘露醇、微晶纤维素和乳糖）和润湿剂（95%乙醇），混合均匀后压片，过0.150 mm筛，最后用压片机压片成形，放入鼓风干燥箱干燥1 h后取出咀嚼片，最后在紫外线下杀菌20 min。

1.3.2 关键工艺及试验环节

1.3.21 微波解冻

将速冻树莓平铺于平皿后置于微波炉中，调至解冻档进行解冻（800 W），解冻30 s。

1.3.22 磨浆

将树莓整果放入打浆机中打浆，用0.250 mm筛网分离果籽与果浆。

1.3.23 干燥

首先将红树莓样品放置于-80 ℃条件下预冷24 h，选用真空冷冻干燥机，在-55 ℃干燥48 h。

1.3.24 粉碎

将泡沫状的冻干果浆和果籽样品在高速粉碎机中粉碎，因果籽有坚硬的外壳，故粉碎3～4次，粉碎样品细度可过0.150 mm筛。

1.3.25 压片成型

红树莓果浆粉和红树莓果籽粉（3∶1，W/W）与辅料混合后，在旋转压片机上直接压片成形。

1.3.3 片剂配方的确定

1.3.31 填充剂添加量的确定

固定配方中其他的辅料种类及用量保持不变，麦芽糊精、微晶纤维素、乳糖，分别按1∶1∶1，2∶1∶1，1∶2∶1，1∶1∶2，1∶2∶2，2∶2∶1和2∶1∶2的质量比，以粉末休止角作为考察指标，对填充剂的最佳用量进行评价。

1.4 红树莓咀嚼片制备工艺单因素试验

进行一组单因素试验时，固定其他条件：润湿剂添加量2 mL/100 g、转速20 r/min、填充剂添加量35%。

1.4.1 润湿剂（95%乙醇）添加量的确定

设置转速20 r/min、填充剂添加量35%，在此基础上，研究不同添加量的润湿剂（1，1.5，2，2.5和3 mL/100 g）对红树莓咀嚼片品质的影响。

1.4.2 转速的确定

在最优润湿剂添加量的基础上，研究不同的转速（10，15，20，25和30 r/min）对红树莓咀嚼片品质的影响。

1.4.3 填充剂（麦芽糊精、微晶纤维素、乳糖）添加量的确定

在最优润湿剂（95%乙醇）添加量和转速的基础上，研究不同添加量（25%，30%，35%，40%和45%）的填充剂（麦芽糊精、微晶纤维素、乳糖，1∶2∶2）对红树莓咀嚼片品质的影响。

1.5 响应面试验确定红树莓咀嚼片的最佳工艺

以单因素试验为基础，采用Box-Behnken设计进行响应面法分析，优化咀嚼片制备工艺。自变量包括转速（A）、润湿剂添加量（B）、填充剂添加量（C），综合评分为响应值。因素水平具体设计表见表1。并由软件Origin Pro 2022、Design-Expert 12两个软件进行数据处理。

表1 响应面试验因素及水平

1.6 综合评分计算方法

综合评定值是采用多指标综合评分的方法优化压片的工艺参数，取片重差异（ɑ1）、硬度（ɑ2）及脆碎度（ɑ3）的综合评定值作为优化指标，即综合评定值为各指标评分值之和（Y=ɑ1+ɑ2+ɑ3）。其中硬度指标有利于产品的成型，则取其数值的0.1倍作为评定值；片重差异、脆碎度2个指标不利于产品的成型，则分别取其数值倒数的10倍、10倍作为评定值，综合评定值的大小直接反映了产品的成型性，片重不足时计为0[12]。

1.7 各指标测定方法

1.7.1 休止角的测定

休止角是一个与颗粒间摩擦或颗粒间运动阻力有关的特性[13]。采用固定高度的漏斗法测定，通过测量粉末落入漏斗所形成的锥体和底部的高度。休止角按式（1）计算。

式中：α为休止角，°；h为锥体高度，cm；r为锥体直径，cm。

1.7.2 硬度的测定

硬度测试用于测定片剂在搬运、运输、储存和运输过程中对机械冲击的抵抗力。取20片咀嚼片，分别放入片剂四用测定仪中测定径向硬度，计算平均值[14]。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。

1.7.3 片重差异的测定

根据文献[15]，按照《中国药典》2015版规定的片剂重量差异法进行重量测定。

1.7.4 脆碎度的测定

取20片咀嚼片，精密称重后放入片剂四用测定仪中，按100 r/min处理后取出精密称重，计算减失质量与样品原质量比值[16]。

1.8 感官评价产品品质指标

感官评定方法[17]采用百分制评分法：选取10名身体状况良好、没有任何感官问题的食品科学与工程类专业学生组成评定小组，对红树莓咀嚼片的外观、色泽、风味、口感、质地5个指标进行感官评价，按百分制进行评分，感官评价标准见表2。

表2 树莓咀嚼片感官评分表

1.9 数据处理

试验重复3次后，数据以“平均值±标准差”报告。采用Origin 2019绘图软件作图，使用Design-Expert 12软件进行响应面试验设计和统计分析。

2 结果与分析

2.1 填充剂的选择结果

由表3可知，填充剂对片剂质量的影响明显。以麦芽糊精、微晶纤维、乳糖为填充剂且为1∶2∶2时，粉末的休止角最小，流动性良好，符合片剂制备要求。

表3 粉体休止角的选择结果

2.2 单因素试验结果

2.2.1 压片机旋转速度对综合评分的影响

根据图1可以看出，随着压片机的旋转速度逐渐加快，综合评分呈现出先升高后降低的趋势，转速在15～20 r/min时，综合评分增值幅度较大，可能是旋转速度的加快有利于产品的成型。转速在20～25 r/min时，旋转速度太快导致压片时片剂表面的细粉被冲头和冲模黏附，使产品的外观受损，所以综合评分减小。压片机的转速过慢也有可能会导致综合评分下降，是因为物料不能够得到充分的积压和剪切，当旋转机的速度为20 r/min时，综合评分最佳为26分，这是由于物料在压片机中停留时间适中，物料受到充分的挤压和剪切力。因此选取压片机速度15，20和25 r/min进行下一步试验。

图1 转速对综合评分的影响（n=3）

2.2.2 填充剂添加量对综合评分的影响

由图2可知，当填充剂（麦芽糊精、微晶纤维素、乳糖）添加量不断增加时，综合评分呈现逐渐上升的趋势。填充剂不断增加会使红树莓咀嚼片的硬度随之增大，脆碎度会随着硬度的增加而脆碎性较好，当填充剂添加量为35%时，硬度、脆碎度适中，综合评分为29分。填充剂添加量大于35%时咀嚼片的硬度过硬，从而使咀嚼片的脆碎度下降。

图2 填充剂添加量对综合评分的影响（n=3）

2.2.3 润湿剂添加量对综合评分的影响

由图3可知，润湿剂的添加量从1 mL/100 g增加到1.5 mL/100 g时，综合评分随着润湿剂添加量的增加而增加，是因为硬度会随着润湿剂添加量的增加而增加。当润湿剂添加量为2 mL/100 g时，咀嚼片的硬度、脆碎度适中，综合评分最高（30分）。当润湿剂添加量大于2 mL/100 g时，质量差异增加，综合评分下降。因此选取润湿剂添加量1.5，2和2.5 mL/100 g进行下一步试验。

图3 润湿剂添加量对综合评分的影响（n=3）

2.3 响应面优化试验结果分析

2.3.1 回归方程的建立与方差分析

对回归模型的设计数据进行拟合分析（表4），建立二次响应面回归模型，得到综合评分（Y）的二次多元回归方程：Y=44.01-1.01A+4.18B+0.59C+3.31AB+0.065AC-0.17BC-16.89A2-8.17B2-3.30C2。

表4 咀嚼片响应面试验结果

表4以及表5中回归模型的方差分析结果显示，回归模型P＜0.01，说明方程模型极显著，失拟项不显著（P＞0.05），决定系数R2为0.917 5，显示出该模型拟合性良好，能够使用该模型对试验进行分析预测。润湿剂添加量（B）、平方项（A2、B2）的P值均小于0.05，说明这些因素对综合评分有显著影响，然而其他因素对其无显著影响（P＞0.05）。由F值可以看出，各因素对综合评分的影响大小表现为B＞A＞C，即润湿剂添加量＞旋转速度＞填充剂添加量。

表5 回归模型方差分析

2.3.2 响应面及等高线图分析

为了更好地可视化不同试验因素变量对响应变量效应的相互作用，三维响应面和等高线图显示了两个试验变量对反应的影响。响应面坡度的陡峭程度决定了两个因素之间的差异是否明显[18-19]。等高线图中，等高线形状呈现椭圆形说明两因素交互作用明显，等高线呈现圆形则表示两因素交互作用不明显。可以看出，图4（b）～图6（b）的等高线图表明其交互作用不显著，这与表5分析结果一致。图4（a）显示了转速和润湿剂添加量对综合评分的影响，可以看出，在20 r/min和2 mL时综合评分最大。图5（a）显示了转速和填充剂添加量对综合评分的影响，可以看出，在20 r/min和35%时综合评分最大。图6（a）显示了润湿剂添加量和填充剂添加量对综合评分的影响，可以看出，在2 mL和35%时综合评分最大。

图4 转速和润湿剂添加量对综合评分影响的交互作用

图6 润湿剂添加量和填充剂添加量对综合评分影响的交互作用

2.3.3 回归模型验证试验

经过Design-Expert 12软件自动分析得到红树莓咀嚼片的最佳制备工艺：旋转速度19.98 r/min、润湿剂添加量2.13 mL/100 g、填充剂添加量35.42%。为了便于试验操作，将最佳制备工艺修正为旋转速度20 r/min、润湿剂添加量2 mL/100 g、填充剂添加量35%，对优化后的工艺进行验证试验，综合评分为45.69分。制备的红树莓片剂经过质量指标测定硬度大于30 N，片重差异在±7.5%范围内，失重率小于0.5%，符合质量标准。

2.4 感官评分结果分析

如图7所示，绿色图形的各顶点上的点表示10名感官评分者的各项评分均值，各项指标上的点表示（除绿色图形顶点上的点）每个感官评分者对青海全果片作出的评分。青海全果红树莓咀嚼片的品质较好，但在五个评分指标相比之下，风味的分值最高，表明青海全果咀嚼片具有红树莓特有的香味，而质地和色泽的分值较低，可能是由个人喜好的偏差或果粉添加量的差异所造成。

图7 树莓咀嚼片感官评分

3 讨论

Li等[20]、Shen等[21]、Ray等[22]在试验过程中发现利用真空冷冻干燥法保留了原料香、色、味、外观和功能性成分。因此选用真空冷冻干燥法干燥红树莓。咀嚼片中原料的用量会影响片剂中辅料的比例，而辅料的比例会影响片剂的各项指标[23]。所以，应将辅料的添加量控制在适宜的范围内。从试验结果可知，加入大量的填充剂会导致咀嚼片的硬度偏高；反之，咀嚼片会出现破裂、松动、碎裂和其他现象。在试验过程中发现，添加麦芽糊精不足以使咀嚼片成型，这与张梦宇等[24]、冯爱博等[25]、刘维汐等[26]等试验结果相似。当以2 mL/100 g的剂量加入95%的乙醇时，在这种条件下制得咀嚼片硬度适中，不易掉粉。低于2 mL/100 g时，易松片，高于2 mL/100 g，咀嚼片黏冲严重。较大的粉体颗粒会使咀嚼片难以压缩，从而使制备的咀嚼片硬度低，片剂的耐用性减弱，与冲头接触的材料比表面积增加，出现黏合冲击现象[27-28]，粉末颗粒尺寸太小，休止角太大，流动性差，难以形成咀嚼片。在此次试验中，主、辅料通过0.150 mm筛，粉末粒径适中，更容易压缩，不易破碎。直接压片法压片过程中，模壁压力随着压片速度的增加而增加，是因为压实时模壁摩擦的增加往往会增加压实过程中的模壁压力，容易封盖或粘附，导致质量差异增加，这与Uzondu等[29]的研究结果一致。此次研究以客观综合评分作为评价指标，与桑葚火龙果复合咀嚼片[30]、金橘咀嚼片[31]和芦笋猕猴桃超微粉咀嚼片[32]一致。未来研究可以考虑研究相对湿度如何影响树莓粉末混合物和片剂。

4 结论

此研究以响应面法优化了红树莓咀嚼片的制备工艺，得到的最佳工艺条件为旋转速度20 r/min、润湿剂添加量2 mL/100 g、填充剂添加量35%；制备的红树莓片剂经过质量指标测定硬度大于30 N，片重差异在±7.5%范围内，失重率小于0.5%，符合质量标准。且经验证性试验得到红树莓咀嚼片最优综合评分为46.59分。通过此研究，获得了红树莓咀嚼片制备工艺，为发展青海红树莓资源提供了一种新的实践理念和理论基础。