瑪咖秋葵咀嚼片直接壓片工藝的優化

賴譜富 李怡彬 陳君琛 湯葆莎 吳俐 翁敏劼

摘 ?要 ?以黃秋葵超微粉作為壓片輔料，優選瑪咖秋葵咀嚼片的最佳工藝參數。采用粉末直接壓片法加工瑪咖秋葵咀嚼片產品，選取片重差異、崩解時限、硬度及脆碎度的綜合評定值為評價指標，利用單因素試驗研究充填壓力、充填深度、轉臺速度和原料粒度對產品質量的影響，并通過響應面優化法確定最佳工藝。結果表明，瑪咖秋葵咀嚼片產品的最佳工藝為充填壓力31 kN、充填深度10 mm、轉臺速度25 r/min和原料粒度300目。本研究為進一步綜合利用瑪咖資源提供了科學依據，促進了瑪咖產品的研發。

關鍵詞 ?瑪咖;直接壓片;黃秋葵;工藝優化;咀嚼片

中圖分類號 ?TS255.5 ?????文獻標識碼 ?A

Abstract ?The process parameters in making maca-okra chewable tablets with ultrafine okra powder as the material were optimized. Judged by quality indexes of tablet weight， disintegration time， hardness and friability， the parameters of filling pressure， thickness for tablet powder， turntable running speed and material particle finenesssing were optimized after single factor experiments and the response surface methodology. The optimum parameters for making maca-okra chewable tablet were filling pressure 31 kN， filling thickness 10 mm， turntable running speed 25 r/min and particle fineness 300 mesh. This work would lay an innovative opportunity for the comprehensive utilization and product development of maca.

Keywords ?maca （Lepidium meyenii Walp）; direct tabletting; okra; process optimization; chewable tablet

DOI ?10.3969/j.issn.1000-2561.2019.07.014

瑪咖（Lepidium meyenii Walp）是聯合國糧農組織推薦的一種十字花科植物，具有較高的食用和藥用價值[1-3]。研究表明瑪咖不僅富含蛋白質、礦物質等營養成分，且在抗氧化、抗疲勞、增強精力、改善性功能及記憶力等方面具有良好功效，2011年被國家衛生部批準為新資源食品，深受消費者喜愛[4-7]。隨著人們食品安全及營養健康意識的提高，瑪咖產品在國內及日本、歐美等國外市場上迅速流行;但當前瑪咖產品單一，只有瑪咖干粉、瑪咖片、瑪咖酒、瑪咖茶等產品[8-11]，且現有瑪咖片產品多為干法/濕法造粒壓片工藝，產品成本或輔料含量較高，所以急需開發成本低且瑪咖含量高的加工工藝[12-13]。黃秋葵是一種具有較高營養價值和良好藥用保健功效的草本植物[14-15]，富含蛋白質、纖維素、黃酮、果膠、生物堿等營養及功能活性成分[16-17]，其中果膠含量達24.05%[18-19];而黃秋葵果膠具有保護肝臟、幫助消化、保鮮及治療胃潰瘍等作用[20-22]，也是一種天然食品輔料，可作為粘合劑代替傳統的壓片輔料[23]。

片劑系指原料與適宜輔料混合均勻后壓制而成的圓形或異形狀的固體制劑，它是現代藥物或功能營養食品制劑中應用最為廣泛的劑型之一[24]。干法制粒壓片法、濕法制粒壓片法及粉末直接壓片法是片劑壓片主要的3種方法[25-26]，其中粉末直接壓片法無需制粒，具有節約能源、節省時間、降低成本、工藝簡潔等優勢，在有些國家的采用比例已高達60%[27-28]，而我國的采用比例尚不足20%，濕法制粒仍然是我國采用主要方式[29-30]。本研究利用黃秋葵超微粉具有的良好黏性，無需添加硬脂酸鎂、微晶纖維素等傳統的賦形劑也能良好成型，且使產品含有豐富的果膠。采用全粉末直接壓片工藝，利用響應面法優化瑪咖壓片產品制備工藝條件，探討充填壓力、充填深度、轉臺速度和原料粒度等工藝參數對產品片重差異、崩解時限、硬度及脆碎度的影響，以期獲得低成本、含量高的瑪咖咀嚼片產品，為進一步綜合利用瑪咖資源提供科學依據。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

1.1.1 ?材料 ?新鮮瑪咖、黃秋葵清洗干凈后均于60?℃熱風烘干，再經高速粉碎機、超微粉碎機粉碎，水分含量均控制在9%～11%。

1.1.2 ?儀器與設備 ?BS2000S型電子分析天平（北京賽多利斯天平有限公司）;GFSJ-8型粉碎機（江陰市瑰寶制藥機械廠）;ZNC-300型超微粉碎機（北京興時利和科技發展有限公司）;ZP9A型壓片機（上海天凡藥機制造廠）;YPD-300D型硬度儀（上海黃海藥檢儀器有限公司）;CJY-300C型脆碎度測定儀（上海黃海藥檢儀器有限公司）;ZB-1G型崩解儀（天津海益達科技有限公司）。

1.2 ?方法

1.2.1 ?制備工藝流程 ?原料→混合→攪拌均勻→壓片→質量檢驗→包裝→成品。

將92%瑪咖超微粉（350目）、8%黃秋葵超微粉（350目）的原料混合均勻，放入壓片機中直接壓片（輔于強制加料）制備而成。

1.2.2 ?單因素試驗 ?（1）充填壓力對產品綜合評定值的影響。將原料粉碎至300目，設置充填深度12?mm、轉臺速度30?r/min，分別將原料在壓力10、15、20、25、30、35、40 kN下壓片成型。研究充填壓力對產品綜合評定值的影響。

（2）充填深度對產品綜合評定值的影響。將原料粉碎至300目，設置充填壓力30 kN、轉臺速度30 r/min，分別將原料在充填深度4、6、8、10、12、14 mm下壓片成型。研究充填深度對產品綜合評定值的影響。

（3）轉臺速度對產品綜合評定值的影響。將原料粉碎至300目，設置充填壓力30 kN、充填深度12 mm，分別將原料在轉臺速度5、10、15、20、25、30、35?r/min下壓片成型。研究轉臺速度對產品綜合評定值的影響。

（4）原料粒度對產品綜合評定值的影響。設置充填壓力30?kN、充填深度12 mm、轉臺速度30 r/min，分別將原料粒度控制在100、150、200、250、300、350目下壓片成型。研究原料粒度對產品綜合評定值的影響。

1.2.3 ?響應面試驗設計 ?在單因素試驗基礎上，以充填壓力（X1）、充填深度（X2）、轉臺速度（X3）、原料粒度（X4）4個因素為自變量，崩解時限、片重差異、脆碎度及硬度的綜合評定值為響應值，根據Box-Benhnken中心組合原理設計四因素三水平試驗。因素水平編碼見表1。

1.2.4 ?測定方法 ?（1）片重差異的測定。取樣品20片，分別精密稱定每片重量，求出平均片重，再比較每片重量與平均片重的差異。超出重量差異限度的小于3片，且不能超出限度1倍[29， 31]。

（2）崩解時限的測定。取樣品6片，分別置于智能崩解儀中的6個吊籃玻璃管，再浸入（37±1）℃的水中，記錄每片樣品完全分散的時間并求出平均值[29， 31]。

（3）硬度的測定。按文獻[29， 32]的方法進行測定。

（4）脆碎度的測定。按文獻[29， 32]的方法進行測定。

（5）綜合評定值。采用多指標綜合評分法對壓片工藝參數進行優化，取片重差異（1）、崩解時限（2）、硬度（3）及脆碎度（4）的綜合評定值為優化指標，即綜合評定值為各指標評分值之和（Y=1+2+3+4）。硬度指標有利于產品的成型，則取其數值的0.1倍作為評定值;片重差異、崩解時限、脆碎度3個指標不利于產品的成型，則分別取其數值倒數的10倍、100倍、10倍作為評定值，綜合評定值的大小直接反映了成型性，片重不足時計為0[33]。

1.3 ?數據處理

采用Designer-Expert V8.0.6.1和Microsoft Office Excel 2003軟件對實驗數據進行統計分析。

2 ?結果與分析

2.1 ?單因素試驗結果與分析

2.1.1 ?充填壓力對瑪咖秋葵咀嚼片綜合評定值的影響 ?由圖1可知，隨著充填壓力的增大，瑪咖秋葵咀嚼片綜合評定值呈先升高后下降的趨勢，當充填壓力10～30 kN時，瑪咖秋葵咀嚼片綜合評定值增幅較大;當充填壓力30～40 kN時，瑪咖秋葵咀嚼片綜合評定值降幅較大。充填壓力在25～ 35 kN時，瑪咖秋葵咀嚼片綜合評定值較高。

2.1.2 ?充填深度對瑪咖秋葵咀嚼片綜合評定值的影響 ?由圖2可知，隨著充填深度的延長，瑪咖秋葵咀嚼片綜合評定值呈上升趨勢，充填深度為4～10?mm時，增幅趨勢較大;當充填深度超過10?mm后，延長充填深度對提高綜合評定值基本沒有促進作用。充填深度在10～14?mm時，瑪咖秋葵咀嚼片綜合評定值較高。

2.1.3 ?轉臺速度對瑪咖秋葵咀嚼片綜合評定值的影響 ?由圖3可知，隨著轉臺速度的加快，瑪咖秋葵咀嚼片綜合評定值先增大后減小。轉臺速度在5～25?r/min時，綜合評定值增幅較大，可能是轉臺速度的增快有利于產品的成型;但當轉臺速度達到25?r/min后，轉臺速度太快導致壓片時片劑表面細粉被沖頭和沖模黏附，致使產品表面不光、不平有凹痕，所以綜合評定值減小。轉臺速

2.1.4 ?原料粒度對瑪咖秋葵咀嚼片綜合評定值的影響 ?由圖4可知，隨著原料粒度的減小（目數增大），瑪咖秋葵咀嚼片綜合評定值呈增大趨勢，100～250目時，隨著原料粒度的減?。繑翟龃螅?，綜合評定值上升趨勢明顯，說明一定范圍內原料粒度的減小有利于產品成型;當原料粒度在250目后，綜合評定值變化趨勢不明顯。原料粒度在250～350目時，瑪咖秋葵咀嚼片綜合評定值較高。

2.2 ?響應面分析方案及回歸模型

響應面分析試驗方案及結果如表2所示。經多元回歸分析及擬合后，得到各因素與綜合值之間的多元二次回歸方程如下。

Y=21.38+1.69X1-0.45X2-0.90X3+0.80X4-0.47X1X2+1.04X1X3-0.79X1X4+0.16X2X3+0.045X2X4+0.40X3X4-2.62X12-1.90X22-2.03X32+0.11X42

2.2.1 ?響應二次模型方差分析 ?方差分析結果如表3所示。回歸模型的F值為125.8337、P值小于0.0001，說明模型極顯著;失擬項P=0.5739> 0.05，說明模型擬合程度好，可用此模型對綜合評定值進行分析和預測。一次項X1（充填壓力）、

X3（轉臺速度）、X4（原料粒度）均達極顯著水平（P<0.01），X2（充填深度）達顯著水平（P<0.05）;二次項中X12、X22、X32均達極顯著水平（P<0.01），X42不顯著;交互項中只有X1X3、X1X4達到極顯著水平（P<0.01），其他交互項均不顯著。4個因素對綜合值影響主次順序：X1（充填壓力）>X3（轉臺速度）>X4（原料粒度）>X2（充填深度）。

2.2.2 ?模型交互項分析 ?充填壓力和轉臺速度之間的交互作用響應曲面如圖5所示。充填壓力和轉臺速度對瑪咖秋葵咀嚼片綜合評定值的交互作用顯著，在一定范圍內，隨著壓片過程充填壓力及轉臺速度的增大，瑪咖秋葵咀嚼片產品的綜合評定值不斷增大，達到極值點后又不斷減小;且充填壓力對綜合評定值的影響比轉臺速度更為顯著。

充填壓力和原料粒度之間的交互作用響應曲面如圖6所示。充填壓力和原料粒度對瑪咖秋葵咀嚼片綜合評定值的交互作用顯著，且綜合評定值隨原料粒度的變化幅度明顯小于充填壓力，表明充填壓力對綜合評定值的影響比原料粒度更為顯著，這與上述單因素試驗及方差分析的結果一致。

2.2.3 ?工藝參數優化和模型驗證 ?采用Designer-Expert.V8.0.6.1進行分析，得到瑪咖秋葵咀嚼片的最佳工藝參數為充填壓力30.83 kN、充填深度9.74 mm、轉臺速度24.57 r/min和原料粒度300目，在該條件下響應面模型綜合指標值為22.41。考慮到實際操作可行性，將最佳工藝參數修正為：充填壓力31?kN、充填深度10?mm、轉臺速度25?r/min和原料粒度300目。在優化條件下進行3次重復驗證試驗，得到綜合評定值的均值為22.38，與理論預測值偏差0.13%（<5%），差異不顯著（P>0.1），驗證了該模型的可靠性。

2.2.4 ?不同賦形劑對瑪咖秋葵片產品質量的影響 ?由表4可知，在充填壓力31 kN、充填深度10 mm、轉臺速度25?r/min、原料粒度300目的工藝參數下，以黃秋葵作為賦形劑與傳統賦形劑（硬脂酸鎂、微晶纖維素）制備的瑪咖秋葵咀嚼片產品各項指標均在國家標準范圍內，綜合評定值無顯著性差異;但采用黃秋葵作為賦形劑能使產品良好成型且含有豐富的果膠。

3 ?討論

當前已有關于瑪咖片制備工藝的報道，王婧等[34]采用響應面優化出瑪咖咀嚼片的最佳配方：瑪咖粉53.58%、全脂奶粉23.00%、甜菊糖苷0.84%、淀粉20.58%;趙言林[35]采用三七粉、瑪咖粉和葛根粉混合制成復方瑪咖三七制劑，瑪咖占25%～60%;王菊等[36]采用瑪咖粉、蘋果粉、硬脂酸鎂、山梨糖醇等配伍制成瑪咖蘋果含片，瑪咖占20%;朱恩燦等[37]利用瑪咖、預膠化淀粉、酸味劑等濕法造粒壓片成瑪咖含片，瑪咖占20%～30%;代鵬飛等[38]利用瑪咖、破壁松花粉、破壁油菜花粉、水蘇糖、蔗糖酯制成瑪咖花粉壓片糖果，瑪咖30%～40%;田旭芳等[39]利用蜂王漿、瑪咖、黃精、枸杞、覆盆子、肉桂及硬脂酸鎂、食用淀粉等制成蜂王瑪咖片，瑪咖占15%～20%;這些瑪咖片制備過程中加入的添加劑和輔料等成分較多，導致瑪咖含量較低。Xu等[13]應用正交試驗法優化出瑪咖含片的最佳配方：瑪咖粉80%、紅景天粉12%、當歸粉6%;陳龍飛等[12]采用響應面優化出瑪咖全粉直接壓片的最佳配方：硬脂酸鎂0.85%、微晶纖維素12.34%，直壓乳糖8.34%、瑪咖粉含量78.47%;Deluca等[40]采用瑪咖及鹿角配伍成能提高睪酮水平的產品;這些研究的配方產品瑪咖含量較高，但其研究只集中在產品的配方上，對其加工工藝參數并未涉及。本研究利用黃秋葵超微粉具有的良好黏性，使其無需添加硬脂酸鎂、微晶纖維素等傳統的賦形劑也能良好成型，且使產品含有豐富的果膠;同時利用響應面法優化瑪咖壓片產品全粉末直接壓片制備工藝條件，在配方的應用及加工工藝研究上均與已有研究不同。

對粉末直接壓片技術應用的研究，一般可從原輔料性質、配方優化及壓片工藝參數等3個方面入手[12]。在原輔料性質研究方面，陳盛君等[41]評價了粉末直接壓片常用輔料的粉體學性質，有助于合理選擇直接壓片輔料，吳季超[42]從輔料創新、制作方法創新、質量控制和粉體學性質闡述了直接壓片輔料的研究現狀，李亞正[43]研究了噴霧干燥技術制備的直接壓片用復合輔料性質及質量標準;在配方優化方面相關研究較多，主要是對咀嚼片、泡騰片、含片及藥片等的配方進行優化，湯葆莎等[31]、王婧等[34]、劉想等[44]對麥麩膳食纖維咀嚼片、瑪咖咀嚼片、薏苡仁多糖咀嚼片的配方進行了優化，趙肖通等[45]、楊晰等[46]對姬松茸多糖泡騰片、沙棗多糖泡騰片的配方進行了優化，嚴黃彭等[47]、張云毅等[48]對川明參含片及蜂王漿水果含片的配方進行了優化，陳仙等[49]對琥珀酸索利那新片的配方進行了優化;而在壓片工藝參數上的研究較少，李然等[50]研究了壓片壓力、潤濕劑用量、混合時間、顆粒水分含量4個工藝參數對片劑質量的影響，高志江[51]建立了制粒工藝參數與片劑質量的數學量化模型，明確了潤濕劑用量、攪拌時問、顆粒水分和壓片壓力等工藝參數與片劑質量的影響關系。本文主要研究了充填壓力、充填深度、轉臺速度、原料粒度等工藝參數對瑪咖咀嚼片質量的影響，結果顯示：充填壓力對產品質量的影響最大，這與高志江[51]的研究結果一致，壓片過程中充填壓力愈大，則物料粒子間的結合力愈強，壓力超過物料彈性限度后產生塑性變形，使物料粒子的接觸面積增大，結合力增大進而使物料成型;轉臺速度對產品質量的影響次之，轉臺速度太快會導致壓片時片劑表面細粉被沖頭和沖模黏附，致使產品表面凹凸不平，轉臺速度太小則影響生產效率，生產成本增高;原料粒度對產品質量的影響也較大，粒度太大會使物料與沖頭接觸的比表面積增大，導致發生粘沖現象，粒度太小會使成型物料表面不光滑，外觀差;而充填深度對產品質量的影響較小。

4 ?結論

瑪咖咀嚼片產品直接壓片的最佳工藝為充填壓力31 kN、充填深度10 mm、轉臺速度25 r/min和原料粒度300目，采用該工藝可得到低成本、含量高的瑪咖壓片產品，為進一步綜合利用瑪咖資源提供科學理論依據。

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