基于多指標評價和正交設(shè)計法優(yōu)化沙棘顆粒及其制備工藝

荀波娜,謝 茵,李 萍,畢小平

(山西醫(yī)科大學藥學院藥劑學綜合實驗室,太原 030001;*通訊作者,E-mail:bixping@163.com)

沙棘(HippophaerhamnoidesL.)為胡頹子科一種落葉性灌木,是植物和其果實的統(tǒng)稱,為藥食同源植物。我國是世界上沙棘種植最多的國家,同時也是最早將沙棘作為藥用記載的國家,《中醫(yī)大辭典》記載沙棘具有活血化瘀、補脾健胃、生津止渴、清熱止瀉等功效[1]。沙棘果實中維生素C含量很高,素有“維生素C之王”的美稱,其根、莖、葉、花、果,特別是果實中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和生物活性物質(zhì),其中主要營養(yǎng)成分維生素14種,酚類和黃酮類30種[2]。沙棘豐富的生物活性物質(zhì)使其具有多樣的藥理作用。例如沙棘油可預(yù)防血栓形成;沙棘提取物黃酮類化合物可降低高血壓、防止動脈粥樣硬化、增強免疫力等;在傳統(tǒng)醫(yī)學理論中沙棘有止咳平喘、利肺化痰功效,對慢性咽炎、支氣管炎、哮喘等呼吸道系統(tǒng)疾病均具有很好療效;還可抗氧化、延緩衰老等等[3,4]。

目前,市售沙棘相關(guān)產(chǎn)品多為沙棘汁,也有沙棘粉、沙棘籽油、沙棘泡騰片等[5,6]。其中沙棘汁液體飲料內(nèi)不同程度地含有防腐劑、增稠劑等影響了它的食用品質(zhì);沙棘粉為散劑,其吸濕性、團聚性、附著性等影響其性能;而沙棘籽油為油性液體,直接服用不僅口感較差且不易吸收,若烹飪進食,高溫會使其生物活性成分(黃酮類化合物以及維C)分解變質(zhì)。顆粒劑在很大程度上彌補了液體制劑、粉劑的不足,且儲存、攜帶、運輸方便。如何能最大限度地保留沙棘原有風味和營養(yǎng),不添加任何防腐劑,操作簡單易行,成為行業(yè)技術(shù)人員急切想解決的問題。本研究將沙棘原漿制成一種工藝簡單、質(zhì)量可控、盡可能地保留沙棘營養(yǎng)物質(zhì)及其原有風味的顆粒劑。以沙棘原漿為原料制備沙棘顆粒的方法未見相關(guān)文獻報道。

1 儀器與材料

1.1 材料與試劑

沙棘原漿(呂梁野山坡食品有限責任公司);麥芽糊精(山東優(yōu)索化工科技有限公司);糖粉(西安惠邦生物工程有限公司);蘆丁(北京索萊寶科技有限公司,批號:807E021);亞硝酸鈉(天津市津北精細化工有限公司);氫氧化鈉(天津市北辰方正試劑廠);硝酸鋁(天津市恒興化學試劑制造有限公司);正丁醇(天津市大茂化學試劑廠);無水乙醇(天津市富宇精細化工有限公司)均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

紫外-可見分光光度計(UV-1800PC,上海美譜達儀器有限公司);電熱鼓風干燥箱(GZX-9070MBE,上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠);電子天平(XS205,梅特勒-托利多國際貿(mào)易有限公司,上海);千分之一電子天平(AR323C,奧豪斯儀器有限公司);數(shù)顯恒溫水浴鍋(HH-2,上海浦東物理光學儀器廠);實驗型噴霧干燥機(SP-1500,上海順儀實驗設(shè)備有限公司);-80 ℃冰箱(中科美菱低溫科技有限責任公司);實驗室型冷凍干燥機(FD8-3B,金西盟儀器有限公司)。

2 方法與結(jié)果

2.1 沙棘原漿濃縮方法考察

2.1.1 傳統(tǒng)熱濃縮 取沙棘原漿約300 ml,平鋪于不銹鋼盤中,置于電熱鼓風干燥箱85 ℃干燥3 h,得浸膏,備用。

2.1.2 冷凍干燥法濃縮 取沙棘原漿約300 ml,于-80 ℃冰箱冷凍24 h后,取出至凍干機中凍干24 h,得浸膏,備用。

2.1.3 噴霧干燥法濃縮 取20 ml沙棘原漿10份分別加入1%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%,20%的麥芽糊精,在進風溫度為120 ℃、進料速度為300 ml/h的條件下進行噴霧干燥濃縮。

2.2 沙棘顆粒劑的處方篩選

2.2.1 沙棘顆粒的處方組成 顆粒劑處方組成包括稀釋劑、黏合劑以及潤濕劑,通過濕法制粒制得顆粒[7]。根據(jù)參考文獻及預(yù)實驗結(jié)果,最終選擇輔料組成為天然的藥食兩用物質(zhì)麥芽糊精和糖粉。

2.2.2 浸膏、麥芽糊精、糖粉的比例考察 將上述傳統(tǒng)熱濃縮條件下制得的稠浸膏,按稠浸膏 ∶麥芽糊精 ∶糖粉比例為1 ∶1.2 ∶5，1 ∶1.2 ∶5.5,1 ∶1.2 ∶6，1 ∶1.5 ∶5,1 ∶1.5 ∶5.5,1 ∶1.5 ∶6,將其混合均勻預(yù)制軟材、制粒,于70 ℃電熱鼓風干燥箱中干燥6 h,整粒分裝。以顆粒合格率、色澤、口感為指標考察各比例，結(jié)果見表1。

表1顆粒各組分比例考察結(jié)果

Table1Optimizedresultofthegranulescompositionratios

稠浸膏∶糊精∶糖粉顆粒合格率(%)口感色澤 1∶1.2∶595.6口感微酸色澤金黃 1∶1.2∶5.595.5口感適中色澤金黃 1∶1.2∶693.7口感微甜色澤金黃 1∶1.5∶594.2口感佳 色澤金黃 1∶1.5∶5.595.3口感適中色澤金黃 1∶1.5∶690.4口感微甜色澤金黃

由表1顯示,不同比例考察結(jié)果,顆粒合格率均在90%以上,色澤基本均一,而1 ∶1.5 ∶5的口感較佳。綜合評價顯示,按1 ∶1.5 ∶5時得到的顆粒合格率較高、口感佳,故選擇稠浸膏 ∶糊精 ∶糖粉比例為1 ∶1.5 ∶5。

2.2.3 顆粒干燥時間單因素考察 按照1 ∶1.5 ∶5比例,取各組分混合均勻制軟材、制粒分為5份,于70 ℃電熱鼓風干燥箱中分別干燥3,4,5,6,7 h。以顆粒合格率、含水量、口感、總黃酮含量為指標考察干燥時間,結(jié)果見表2。

表2顆粒干燥時間單因素考察結(jié)果

Table2Single-factorinvestigationresultsofgranulesdryingtime

時間(h)顆粒合格率(%)含水量(%)口感總黃酮含量(mg/g)391.2>8粘牙 1.660492.0>8粘牙 1.445590.5<8不粘牙1.366692.4<8不粘牙1.308787.9<8不粘牙0.8450

由表2可得,顆粒干燥時間為5 h時,水分符合要求,口感適宜,合格率較高,總黃酮含量也較高,因此綜合評價選擇干燥時間為5 h,為正交方案提供依據(jù)。

2.2.4 顆粒干燥溫度單因素考察 按照1 ∶1.5 ∶5比例,取各組分混合均勻制軟材、制粒、分為5份,分別在60,65,70,75,85 ℃條件下干燥5 h。以顆粒合格率、含水量、總黃酮含量為指標考察干燥溫度,結(jié)果見表3。

表3顆粒干燥溫度單因素考察結(jié)果

Table3Single-factorinvestigationresultsofgranulesdryingtemperature

干燥溫度(℃)顆粒合格率(%)含水量(%)總黃酮含量(mg/g)6092.53.01.8796593.52.61.8787092.62.51.7537593.92.41.7918593.41.51.674

由表3可得,干燥溫度為75 ℃時,顆粒合格率較高,含水量符合要求,總黃酮含量也較高。因此綜合選擇干燥溫度為75 ℃,為正交設(shè)計提供依據(jù)。

2.2.5 正交方案優(yōu)化沙棘顆粒的干燥工藝 在單因素試驗基礎(chǔ)上,以干燥溫度(A)、干燥時間(B)、顆粒平鋪厚度(C)3個因素進行L9(33)正交試驗設(shè)計,以顆粒合格率、含水量、總黃酮含量為評價指標來選擇最佳顆粒制備工藝。因素水平見表4。結(jié)果見表5。

表4顆粒干燥工藝L9(34)正交試驗設(shè)計因素水平表

Table4L9(34)orthogonalexperimentaldesignfactorleveltableofgranulesdryingprocess

水平因素干燥溫度A(℃)干燥時間B(h)厚度C(mm)165410275515385620

依據(jù)表5直觀分析,以顆粒合格率為評價指標時,影響因素由大到小排列為B>C>A,最優(yōu)水平為A3B3C1;以含水量為評價指標時,影響因素由大到小排列為A>B>C,最優(yōu)水平為A3B3C2;以總黃酮含量為評價指標時,影響因素由大到小排列為A>B>C,最優(yōu)水平為A2B1C1(見表6)。

依據(jù)多指標評價正交試驗分析方法,綜合平衡法分析得,最優(yōu)水平為A2B3C1或A3B3C1。在試驗中發(fā)現(xiàn)干燥溫度(A)對顆粒含水量、總黃酮含量影響較大,就含水量而言,A因素的2水平和3水平,顆粒均已達到《藥典》中對顆粒制劑含水量的要求,因此選擇總黃酮量相對較高的A2水平,即最終選擇最優(yōu)水平為A2B3C1,即優(yōu)化的顆粒干燥工藝:溫度為75 ℃、干燥時間為6 h、顆粒厚度為10 mm。

表5沙棘顆粒干燥工藝正交試驗結(jié)果

Table5OrthogonaltestresultofSeabuckthorngranulesdryingprocess

試驗號因素ABC顆粒合格率(%)含水量(%)總黃酮含量(mg/g)111193.72.82.392212293.52.62.105313394.22.552.214421289.52.352.637522393.92.452.442623193.92.152.454731393.41.92.189832194.11.452.145933294.01.41.984合格率 K193.8092.2093.90 K292.4393.8392.33 K393.8394.0393.83 R1.4001.8331.567含水量 K12.6502.3502.133 K22.3172.1672.117 K31.5832.0332.300 R1.0670.3170.183含量 K12.2372.4062.330 K22.5112.2312.242 K32.1062.2172.282 R0.4050.1890.088

表6顆粒干燥工藝影響因素分析結(jié)果

Table6Analysisresultsofgranulesdryingprocessinfluencingfactors

評價指標因素影響排序優(yōu)化水平顆粒合格率B>C>AA3B3C1含水量A>B>CA3B3C2總黃酮含量A>B>CA2B1C1

2.3 沙棘顆粒劑的制備

取沙棘原漿,熱濃縮法得到沙棘稠浸膏,以處方量加入麥芽糊精、糖粉預(yù)制軟材、制粒、整粒,在優(yōu)化的工藝條件下干燥顆粒,過篩整粒,然后分裝、密封、包裝。重復制備3批。

2.4 沙棘顆粒劑的質(zhì)量檢查

按照優(yōu)化的處方及工藝自制3批顆粒(20180413-1、20180413-2、20180413-3),按照2015版《藥典》[8]顆粒劑項下的規(guī)定,進行質(zhì)量檢查。

2.4.1 性狀 自制沙棘顆粒各批次色澤均一,硬度和緊密度適中,無吸潮、軟化、結(jié)塊、潮解等現(xiàn)象。

2.4.2 粒度檢查 按照規(guī)定,以制劑通則雙篩分法對自制顆粒進行粒度和粒度分布測定,結(jié)果各批次粒度不合格率平均為6.4%,5.8%,4.6%,均低于《藥典》規(guī)定的15%,符合要求。

2.4.3 水分檢查 按照規(guī)定,以制劑通則水分測定法對自制顆粒進行檢查。結(jié)果各批次水分含量平均為2.3%,2.3%,2.8%,均低于《藥典》規(guī)定的8%,符合要求。

2.4.4 溶化性檢查 按照規(guī)定,取沙棘顆粒10 g,加熱水200 ml,攪拌5 min,立即觀察,發(fā)現(xiàn)沙棘顆粒劑(除果肉外)全部溶化且沒有任何異物,符合顆粒劑溶化性檢查標準。

2.4.5 樣品含量測定 分別取3批沙棘顆粒2 g,10 ml蒸餾水溶解,正丁醇萃取,將萃取液揮干后得到深棕色物質(zhì),95%乙醇溶解且定容至10 ml的刻度試管中。搖勻,備用。

以蘆丁作對照品,采用紫外分光光度法,于500 nm波長處測定。測得3批次沙棘顆粒每克顆粒中總黃酮含量分別為2.256 mg,1.988 mg,2.138 mg,平均含量為2.127 mg/g。即以蘆丁計每克沙棘顆粒中平均含總黃酮2.127 mg。

3 討論

本文對沙棘原漿的濃縮方法進行了考察。采用冷凍法濃縮時,所得浸膏黏性較大,發(fā)生結(jié)塊,不易后期制粒;噴霧干燥法濃縮時,溫度較低不易出粉、較高易造成黃酮類化合物及VC等的分解,同時,因添加較多助干劑,影響沙棘原有口感及風味;與冷凍法濃縮、噴霧法濃縮比較,傳統(tǒng)熱濃縮技術(shù)不需要真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等高能耗設(shè)備,具有操作簡便、設(shè)備簡單、成本較低、溶劑水不必回收[9]、無需添加助干劑等特點。制備過程溫度相對較低,使沙棘的營養(yǎng)物質(zhì)及活性成分不被損失,原料利用率高,適合于沙棘原漿濃縮。所制備的沙棘顆粒,不含任何防腐劑,最大程度地保留了沙棘特有的風味及食用品質(zhì)。

本研究結(jié)合沙棘原漿濃縮的特點和顆粒制備工藝實際情況,以顆粒合格率、含水量、總黃酮含量等多指標綜合評價正交設(shè)計法優(yōu)化顆粒的制備工藝,它更能全面、客觀地反映實驗結(jié)果的真實性和完整性[10],為沙棘原漿的進一步深入研發(fā)提供了數(shù)據(jù)支撐,對沙棘這種物質(zhì)作為集保健、養(yǎng)生于一體的固體飲料提供了新的思路,具有廣闊的市場前景和較大的推廣及實際應(yīng)用價值。