沙棗多糖泡騰片的制備及工藝優化

楊　晰,龍海濤,喬海軍

(1.甘肅農業大學理學院,甘肅蘭州 730070;2.甘肅農業大學農業資源化學與應用研究所,甘肅蘭州 730070)

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沙棗多糖泡騰片的制備及工藝優化

楊晰1,2,龍海濤1,2,喬海軍1,2

(1.甘肅農業大學理學院,甘肅蘭州 730070;2.甘肅農業大學農業資源化學與應用研究所,甘肅蘭州 730070)

制備沙棗多糖的一種新劑型泡騰片。從沙棗果實中分離提取沙棗多糖,測定了其靜止角、豪斯納比和膨脹系數等壓縮指數。采用酸堿兩相制粒法對沙棗多糖進行混合壓片實驗,并采用響應面法優化了沙棗多糖添加量、泡騰劑添加量和甜味劑用量對泡騰片不同指標的影響。結果表明:沙棗多糖提取物的靜止角θ=38.19°、豪斯納比為1.19、壓縮指數為15.99%,說明沙棗多糖適合于壓制泡騰片;當沙棗多糖添加量為25.0%、泡騰劑添加量為61.1%、甜味劑添加量為11.1%時,制備得沙棗多糖泡騰片感官評分最高達4.7分,與預測值(4.8)接近。實驗優化了沙棗多糖泡騰片的制備工藝,確定了其最佳工藝配方。

泡騰片,沙棗多糖,響應面法

沙棗(ElaeagnusangustifoliaL.)又名桂香柳、七里香等,屬胡頹子科胡頹子屬植物,原產于西亞,在甘肅、寧夏、新疆分布廣泛,主要生長于半干旱、干旱、半荒漠、荒漠地區。沙棗果實具有多種藥物用途及營養價值[1]。據研究表明沙棗干果主要含糖(43%～60%)、蛋白質(10%)、鞣質、黃酮和少量微量元素,其果實浸出物濃縮液具有抗炎鎮痛、抗腫瘤、抗腹瀉、抗氧化、降血脂等功能[2]。

目前,對于沙棗多糖(ElaeagnusangustifoliaL.polysaccharides,簡稱EAP)的研究,國內主要集中在其提取工藝條件的優化和功能活性的研究方面[3-7],也有對其結構研究的報道[8-9],而關于沙棗多糖相關功能食品的研究和保健食品的加工鮮見報道,國外亦未見有關沙棗多糖的報道。

泡騰片是含有泡騰崩解劑的一種片劑[10]。近年來人們將微量元素、維生素制成泡騰片并逐漸向食品行業拓展,目前已開發了南瓜玉米粉泡騰片[11]、營養泡騰奶片[12]、速溶茶泡騰片[13]及番石榴泡騰片[14]等。本文在對沙棗多糖提取純化的基礎上,分析了其制備泡騰片的基本物性參數,通過正交實驗篩選得到沙棗多糖泡騰片的最佳配方,并采用響應曲面法優化了沙棗多糖泡騰片的制備工藝,為探索研究和拓展沙棗多糖在功能食品和保健食品加工領域的應用提供了科學依據,對提高沙棗的經濟價值亦具有現實意義。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

沙棗購自蘭州市黃河藥材市場,產地:甘肅酒泉;DEAE-纖維素上海源葉生物科技有限公司;乙醇、正丁醇、氯仿、無水乙醇、氫氧化鈉、鹽酸、碳酸氫鈉(均為分析純,AR)天津巴斯夫有限公司;檸檬酸、阿斯巴甜、木糖醇(均為食品級)北京康普匯維科技有限公司。

RE-52AA旋轉蒸發儀上海亞榮生化儀器廠;SHB-Ⅲ循環水式多用真空抽濾泵鄭州長城科工貿易有限公司;DZF-6020電熱真空干燥箱上海申光儀器有限公司;TDL80-2B低速離心機上海安亭科學儀器廠;FTIR-6傅里葉變換紅外光譜儀天津港東科技發展有限公司;FZS-4振實密度測定儀寧波海曙瑞柯儀器有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1沙棗多糖提取物的制備采用水提醇沉法從沙棗中提取多糖[15]。分離成熟沙棗果實的果肉與果核,將帶皮的果肉粉碎后過篩得沙棗粉,風干。稱取沙棗粉末,加入95%乙醇,80 ℃加熱回流4 h,除去酯類物質。過濾后得濾液和濾渣,棄去濾液。取濾渣,按液料比1∶8加入蒸餾水,80～90 ℃加熱攪拌,浸提4 h。濾渣按上述方法提取2次后,合并提取液,經旋轉蒸發儀濃縮至原體積的1/3,再向濃縮液中加入4倍于濃縮液體積的無水乙醇,靜置24 h,棄去上清液,離心收集沉淀,50 ℃烘干沉淀,得沙棗多糖粗品。采用Sevage法脫蛋白,重復6～7次后于50 ℃下烘干得精多糖。取已除蛋白的沙棗多糖上DEAE-纖維柱,以含NaCl為0.05～1.5 mol·L-1的溶液梯度洗脫,收集含有多糖的組分,經旋轉蒸發濃縮后,在-50 ℃下冷凍干燥得沙棗多糖提取物,并以葡萄糖為標準品采用苯酚-硫酸法測定沙棗多糖的含量,然后準確稱取純化后的沙棗多糖,經KBr壓片,在4000～400 cm-1處進行紅外光譜掃描。

1.2.2沙棗多糖提取物基本物性測定方法沙棗多糖提取物靜止角的測定:參照Shah V.的方法[16]。

準確稱取10.0 g沙棗多糖提取物,將其置于普通漏斗中,使普通漏斗的尖嘴部分距離桌面平臺10 cm,而后讓多糖通過漏斗自由的滑落到平臺上,靜止角tanθ=H/R。

沙棗多糖提取物堆積密度、振實密度、壓縮指數和豪斯納比的測定:參照Martins E.的方法[17-18]。

準確稱取10.0 g多糖,將其在不搖晃的前提下置于100 mL的量具中,準確讀取體積,計算出多糖的堆積密度。

堆積密度=多糖質量/多糖體積

將上述裝有多糖樣品的量具置于FZS-4振實密度測定儀中,然后重復測定兩次,兩次測量的誤差小于2%。

振實密度=多糖質量/多糖的振實體積

壓縮指數=(振實密度-堆積密度)/振實密度×100

豪斯納比=振實密度/堆積密度

沙棗多糖提取物膨脹系數的測定:參照Dash Suvakantaa的方法[19]。稱取2.0 g多糖置于25 mL的刻度離心試管中,讀取多糖占用的體積V1,而后加入20.0 mL蒸餾水,使用振蕩混合器混合2 min,取出后靜止10 min,而后用臺式離心機在1000 r/min的條件下離心2 min,倒出上清液,讀取下層多糖的體積V2。然后測定多糖在PBS緩沖溶液和0.1 mol·L-1的HCl中的膨脹系數。

膨脹系數=(V2-V1)/V1×100

其中,V1為吸水膨脹前體積,V2為吸水膨脹后體積。

1.2.3沙棗多糖泡騰片的制備工藝流程

圖1　沙棗多糖泡騰片的制備工藝流程示意圖Fig.1　Process for producting oleaster polysaccharide effervescent tablets

按一定質量比例稱取檸檬酸,碳酸氫鈉,分別置于微型制粒機中,加入2%的聚乙烯吡咯烷酮的乙醇(PVP醇)溶液充分混勻[20]。所得檸檬酸顆粒置于烘箱中,在60 ℃下干燥4 h。碳酸氫鈉顆粒置于烘箱中,在40 ℃下干燥4 h。上述顆粒經測定水分含量均小于1%[21]。經搖擺顆粒機整粒,過20～40目尼龍篩,再將上述顆粒置于混合機中,加入潤滑劑PEG6000以及適當質量的沙棗多糖,混合20 min,將混勻的顆粒投入壓片機料斗,調整沖頭,啟動電源壓片,得到片重為3.6 g的泡騰片。

1.2.4沙棗多糖泡騰片配方的篩選

1.2.4.1沙棗多糖添加量的選擇沙棗多糖是泡騰片的主要原料成分,它的添加量決定了該泡騰片的獨特風味,沙棗多糖添加量的選擇不僅要滿足色、味、香3個因素的感官需求,還要考慮生產成本[22]。分別稱取0.18、0.36、0.54、0.72、0.90 g沙棗多糖溶解于150 mL水中,該添加量相當于質量為3.6 g沙棗多糖泡騰片中沙棗多糖含量分別為5%、10%、15%、20%、25%。以湯色、香氣(各5分)為評價標準對沙棗多糖溶液進行感官評價,并以此來確定泡騰片中多糖含量的添加范圍。

1.2.4.2泡騰劑添加比例的選擇泡騰劑中常用的酸源有檸檬酸、枸櫞酸、酒石酸、富馬酸、己二酸、蘋果酸等。最常用的二氧化碳源有碳酸氫鈉、碳酸鈉、碳酸鉀等[23]。本實驗選擇檸檬酸和碳酸氫鈉作為泡騰劑,準確稱量1.0 g NaHCO3分別和0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 g檸檬酸一起加到150 mL去離子水中,測定產生的CO2量和反應完全后溶液的pH[24],以確定最佳的添加比例。

1.2.4.3甜味劑和泡騰劑添加量的正交實驗甜味劑選擇阿斯巴甜和木糖醇,阿斯巴甜能有效改善檸檬酸所造成的酸澀的口感,而木糖醇具有清涼感,因此選擇兩者為甜味劑,其質量比為1∶1,添加量為片重的10%、15%、20%,即0.36、0.54、0.72 g;NaHCO3與檸檬酸的質量比為1∶1、1∶1.2、1∶1.4,即檸檬酸質量分別為0.90、0.98、1.05 g,對應碳酸氫鈉的質量為0.90、0.82、0.75 g,以感官評價得分為指標,設計了3因素3水平正交實驗,因素水平表見表1。

表1　正交實驗因素水平表Table 1　Factors and levels of the orthogonal test

1.2.5沙棗多糖泡騰片的主體配方工藝優化根據上述配方篩選實驗的初步結果,確定沙棗多糖、泡騰劑及甜味劑添加量并進行響應面優化實驗。因素水平表見表2。

表2　泡騰片配方的因素水平表Table 2　Factors and levels for optimization of effervescent tables formula

1.2.6沙棗多糖泡騰片的感官評價方法參考《GB/T23776-2009 茶葉感官評審方法》[25]中各類茶葉的感官評價方法,修改制定了沙棗多糖泡騰片的感官評價方法。經調查選取了具有飲用泡騰片習慣的15名大學生組成感官評價小組,對沙棗多糖泡騰片沖制的飲品進行感官評價,以湯色、香氣和滋味為評價指標,按優(4.1～5)、良(3.1～4)、中(2.1～3)、差(1.1～2)、劣(0.0～1)五個等級進行評分,評分標準見表3。

感官評價結果的計算：在評分結果中去除一個最高分和一個最低分,其余的分數相加的總和除以其人數所得的分數。計算公式:總分=湯色(30%)+香氣(30%)+滋味(40%)。

1.2.7沙棗多糖泡騰片的質量檢測崩解時間、pH和產氣量的測定：將崩解儀溫度設定為37 ℃,待升溫至設定溫度時,取待測樣品6片,分別投入吊籃的6個玻璃管中,開啟電機開關并計時,等完全崩解時終止計時。取時間的平均值,即為崩解時間。

準確稱取一片片重為3.6 g泡騰片,放入150 mL蒸餾水中,待氣泡停止釋放后,按照中國藥典2000版二部附錄XIH的pH測定方法進行測定。

產氣量采用失重法測定,精密稱重加100 mL水的錐形瓶和1片(3.6 g)泡騰片的質量,記錄后將泡騰片投于錐形瓶中反應,5 min后,待無氣泡產生后,再次精密稱重錐形瓶,記錄結果,其減少的質量即為CO2的釋放量。

表3　感官評價標準Table 3　Sensory evaluation standard

硬度和脆碎度測定：按照中國藥典2005版的要求測定。取6片沙棗泡騰片,利用硬度儀和片劑脆碎度測試儀分別測定泡騰片的徑向硬度和脆碎度,取平均值。

1.3數據統計分析

本研究采用Excel 2003進行數據處理,利用SPSS Statistics 20進行顯著性分析。

2　結果與分析

2.1沙棗多糖的紅外表征

純化后的沙棗多糖經紅外光譜掃描。結果如圖2所示,特征吸收峰歸屬如下:寬而強的峰3401.82 cm-1,-OH伸縮振動的吸收峰,表明結構中存在分子內和分子間氫鍵;2929.34 cm-1,C-H伸縮振動的吸收峰,可能為-CH2-;1621.84 cm-1,-OH的彎曲振動吸收峰;1411.84 cm-1,=CH2的變形吸收峰;1056.80 cm-1處是醇羥基的變角振動吸收峰;867.81 cm-1處是吡喃糖型C-H變角振動的特征吸收峰,表明有糖苷鍵。

圖2　沙棗多糖的紅外光譜圖Fig.2　FTIR spectra of oleaster polysaccharide

2.2沙棗多糖基本物性測定結果

2.2.1沙棗多糖的靜止角一般認為物料的靜止角θ≤30°時,流動性好,θ≤40°時可以滿足生產過程中流動性的需要[25]。沙棗多糖粉末的θ=38.19°(38.19°±0.54°),能夠滿足泡騰片壓制中流動性的需要。

2.2.2沙棗多糖的堆積密度、振實密度和壓縮指數參照1.2.2.2測定方法,測定得沙棗多糖的堆積密度為0.4449,振實密度為0.5296,壓縮指數為15.99%。多糖顆粒的堆積密度與振實密度相差小,說明顆粒內部的空隙較小,通常認為壓縮指數在15%以下的壓片性能良好,壓縮指數在25%以上的壓片性能較差,壓縮指數在這兩者之間的需要添加額外的助劑來改善其壓縮性能[26]。沙棗多糖的壓縮指數是15.99%,能夠滿足壓片需要,不需要對沙棗多糖進行造粒以改善其壓縮性能。

2.2.3沙棗多糖的豪斯納比經過測定,沙棗多糖粉末的豪斯納比為1.19。一般來說,豪斯納比高于1.25意味著流動性差,這說明沙棗多糖具有良好的流動性,適合用于壓制泡騰片。

2.2.4沙棗多糖的膨脹系數沙棗多糖在不同溶劑中的膨脹系數見圖3。由圖3可知,沙棗多糖的膨脹系數在純水中最大,在0.1 mol·L-1的鹽酸溶液中次之,在磷酸鹽的緩沖溶液中膨脹系數最小,表明沙棗多糖膨脹系數對于溶液的pH具有良好的響應,因此能夠在壓制的泡騰片中找出一個合適的配方用以控制多糖的緩釋。

圖3　沙棗多糖的多糖膨脹系數與溶劑的關系Fig.3　The relationship of oleaster polysaccharide expansion coefficient with solvent

2.3沙棗多糖泡騰片配方的篩選

2.3.1沙棗多糖添加量的選擇沙棗多糖添加量對泡騰片感官質量的影響見表4,由表4可知:沙棗多糖添加量越大,感官評價得分越高,湯色鮮亮清澈無沉淀、沙棗香氣濃郁持久。由于沙棗具有一定吸濕性,如果添加量過多會使顆粒黏性提高,不僅影響壓片效果,而且容易造成黏沖,從而使得產品的成本提高;其次,添加量過還高易出現絮狀沉淀,影響湯色。所以沙棗多糖的添加量為15%～25%為宜。本實驗選沙棗多糖的添加質量為15%、20%、25%,即分別添加0.54、0.72、0.90 g 3個水平進行后續優化實驗。

2.3.2泡騰劑添加比例的選擇選擇檸檬酸和碳酸氫鈉作為泡騰劑,并以一定比例混合,以達到理想的泡騰效果。從表5可以看出,當NaHCO3與檸檬酸的質量比在1∶1.2時,產氣量比較豐富,且pH為酸性,考慮到產氣量和pH的綜合影響,本實驗選NaHCO3與檸檬酸的質量比為1∶1、1∶1.2、1∶1.4進行后續實驗。

表4　沙棗多糖添加量對泡騰片感官質量的影響Table 4　Effect of oleaster polysaccharide addition on flavor score of tablets

表5　泡騰劑配比對產氣量和溶液pH的影響Table 5　Effect of formula on gas-producing amount of effervescent agents and solution pH

2.3.3甜味劑和泡騰劑添加量的正交實驗結果經過感官評價,評價結果見表6。由表6可知,各因素的影響力度為A>C>B,最優組合為A3C2B2,即甜味劑添加量為0.72 g,碳酸氫鈉為0.82 g,檸檬酸為0.98 g。但從各水平看,酸甜口味還可以優化[14],因此甜味劑選擇0.36、0.54、0.72 g三個水平進行優化。

表6　甜味劑和泡騰劑添加量的正交實驗結果Table 6　Sweetener and effervescent agent adding amount of orthogonal experimental results

2.4響應面法優化沙棗多糖泡騰片主體配方工藝

Box-Behnken三因素三水平實驗結果見表7。采用多元回歸擬合得Y(感官評分)與A(沙棗多糖添加量)、B(泡騰劑添加量)和C(甜味劑添加量)的回歸方程:Y=3.50+0.41A-0.21B+0.05C+0.40AB-0.53AC-0.12BC+0.05A2+0.20B2-0.17C2。回歸方程的方差分析結果見表8。

表7　響應面分析方案及實驗結果Table 7　Design and test results of response surface analysis

表8　回歸模型方差分析Table 8　Variance analysis of regression equation for experiments

注：**差異極顯著,p<0.01；*差異顯著，p<0.05。

對表8回歸模型顯著性分析可見,用上述回歸方程描述各因素變量與感官評分的關系時,模型的顯著性水平遠小于0.0001,此時回歸方差模型極顯著,說明上述方程對于描述沙棗多糖質量、泡騰劑質量及甜味劑質量對于泡騰片溶液感官評分實際值擬合較好,可用此模型對數據進行分析及預測。

從回歸方程的各項方差分析結果還可以看出,一次項中沙棗多糖質量(A)對感官評分影響為極顯著,說明沙棗多糖的質量與泡騰片溶液感官評價得分之間存在明顯的相關性;結合表8及圖4可以看出,固定泡騰劑質量時,甜味劑質量在0.36～0.54 g之間時,隨著沙棗多糖質量的增加,感官評價得分上升,但是當甜味劑質量在0.54～0.72 g之間時,隨著沙棗多糖質量的增加,感官評價得分是下降的,充分說明了甜味劑添加量與沙棗多糖添加量兩者之間存在顯著的交互關系,且從表8的顯著性分析中也可以看到二次項中AC達到顯著水平(p<0.0001),以上分析充分說明沙棗多糖質量和甜味劑質量對泡騰片溶液感官評價得分有顯著影響。當固定甜味劑質量時,泡騰劑質量從1.44 g增加到2.16 g時,圖中可以看出隨著沙棗多糖質量的增加,其感官評分變化比較微小,反映在圖4中曲線較為平滑,尤其是當泡騰劑質量為1.44 g,隨著沙棗多糖質量的增加,其感官評價得分變大的趨勢極其微弱,上述現象均說明泡騰劑質量與沙棗多糖質量對泡騰片溶液的感官評價得分有顯著影響,同時從表8中也看出,二次項BC的交互效應不顯著。各因素對于泡騰片溶液的感官評價影響力度為沙棗多糖的質量>泡騰劑的質量>甜味劑的質量;還可以看出,選擇的模型極顯著(p<0.0001),說明模型選擇合理。

圖4　沙棗多糖、泡騰劑、甜味劑質量的響應曲線Fig.4　Response quadric surfaces for oleaster polysaccharide、 effervescing agent and the amount of sweeteners

圖4為沙棗多糖質量、泡騰劑質量和甜味劑質量的交互效應響應面3D和等值線分析圖。從圖中可以看出,在所選范圍內存在極值;沙棗多糖與甜味劑兩者之間的交互作用較強,泡騰劑與甜味劑之間的交互作用不明顯。通過所得回歸模型對提取工藝進行優化,最佳配方為沙棗多糖質量0.90 g,泡騰劑質量為2.16 g,甜味劑質量為0.36 g。

為了驗證響應面篩選配方的可行性,采用最佳條件進行驗證實驗,同時為了實驗的方便性,將上述優化條件進行校正,選擇沙棗多糖質量0.90 g,泡騰劑質量為2.20 g,甜味劑質量為0.40 g,其中阿斯巴甜和木糖醇質量比為1∶1,3次平行驗證實驗,實驗結果表明沙棗多糖泡騰片的感官評分為4.7,與預測值4.8接近,可見響應面優化能較好地預測泡騰片配方與感官評分之間的關系。

2.5泡騰片質量檢測結果

將按照最佳配方制備的沙棗多糖泡騰片,以崩解時間、pH、產氣量、硬度和脆碎度為指標,檢測其質量。經分析,制得的沙棗多糖泡騰片形態為雙平面圓形,表面光滑,外形整齊,平均片質量為3.5987 g,直徑為20 mm,片厚度為8 mm;崩解時間161 s、pH4.24、產氣量455 mg、平均硬度為62 N、脆碎度0.68%。

3　結論

以沙棗為原料,采用水提醇沉法提取得沙棗粗多糖,進一步采用Sevage法脫蛋白、DEAE-纖維素分級純化,得到的沙棗多糖含量為56.8%。

沙棗多糖的靜止角為38.19°,堆積密度為0.4449、振實密度為0.5296、壓縮指數為15.99%和豪斯納比為1.19等物性數據表明沙棗多糖適合于壓制泡騰片。

通過正交實驗篩選得到沙棗多糖泡騰片的最佳配方，并采用響應曲面法優化了沙棗多糖泡騰片的制備工藝，確定了沙棗多糖添加量為25.0%、泡騰劑添加量為61.1%、甜味劑添加量為11.1%時,其中阿斯巴甜和木糖醇質量比為1∶1,制備得沙棗多糖泡騰片感官評分最高達4.7分。

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Optimization of preparation technology of oleaster polysaccharide effervescent tablets by response surface method

YANG Xi1,2,LONG Hai-tao1,2,QIAO Hai-jun1,2

(1.College of Science,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;2.Institute of Agricultural Resources Chemistry and Application,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China)

To prepare a new form of oleaster polysaccharide effervescent tablets.Oleaster polysaccharide was separated and extracted from oleaster fruits,then its angle of repose,Hausner Ratio and coefficient of dilataion were tested.Mixed tablet test was carried out by acid-base two-phase granulating method.The effect of additive amount of oleaster polysaccharide,the additive amount of effervescing agent and the amount of sweeteners on different indexes of effervescent tablet were optimized by response surface methodology.The results showed that angle of repose of oleaster polysaccharide was 38.19°,Hausner Ratio was 1.19 and the compression index was 15.99%.These facts demonstrated that oleaster polysaccharide was fit for supression of effervescent tablet.The sensory score of the prepared oleaster polysaccharide got the maximum value of 4.7 which approached the estimated value of 4.8,when the additon ratios of oleaster polysaccharide,effervescing agent and sweetener were 25.0%,61.1% and 11.1% respectively.In this study,the preparation technology was optimized and the optimum process recipe was determined.

effervescent tablets;oleaster polysaccharide;response surface methodology

2015-09-25

楊晰(1979-)，女，碩士，講師，研究方向：天然產物化學，E-mail：lily_yang0908@sina.com。

甘肅省青年科技基金計劃(1107RJYA049)資助。

TS210.1

B

1002-0306(2016)09-0256-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.09.041