苦碟子多糖口服液制備工藝

付榮榮，張嬌嬌，韋恃怡，張偉, ，徐慧*

1. 河北農業大學理工學院（滄州 061100）；2. 河北農業大學食品科技學院（保定 071001）

苦碟子為傳統中藥材，是菊科野苦荬屬植物[1]，具有清熱解毒、涼血止血、止痛消腫的功效[2]，常用于頭痛、痢疾、胃炎、腸炎等疾病的治療[1]。根據張文治[3]的研究，苦碟子除含有黃酮類、萜類化合物外，多糖、蛋白質、纖維等物質成分也頗為豐富。多糖作為植物的次級代謝產物，在中藥材中含量較高，為中藥材的主要藥效學成分[4]。

天然多糖無毒副作用、安全性高、功能作用廣泛[5]，根據朱嬌嬌等[6]、鐘麗霞[7]、周容等[8]研究表明，多糖具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗炎癥等功能作用，長期堅持食用可降低慢性疾病的發生率[9]。

木糖醇是一種天然、健康的甜味劑；因紅棗具有獨特香氣，故使用其漿液掩蓋干藥材味道；檸檬酸不僅使口服液味道變好，還有抑菌作用；水浸提過程中苦碟子藥材中的蛋白質部分被提取出來，久置可能會出現沉淀，海藻酸鈉的加入，使口服液狀態更穩定，口感更佳柔和。制得的苦碟子多糖口服液，酸甜可口，具有紅棗香氣，可被大眾所接受，對人體保健具有重要意義。

1 材料與儀器

1.1 材料與試劑

苦碟子、紅棗（黃驊農貿市場）；木糖醇、檸檬酸、海藻酸鈉（河南萬邦實業有限公司）。

NaOH、HCl、無水葡萄糖、濃硫酸、蒽酮等（分析純，河北考力森生物科技有限公司）。

1.2 設備與儀器

DZKW-4型電子恒溫水浴鍋（北京中興偉業儀器有限公司）；TG16-W型臺式高速離心機（湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司）；XB-CP型食品級粉碎機（水康市哈瑞電器有限公司）；UV-1200型紫外分光光度計（上海美普達儀器有限公司）；SE602F型分析天平（奧豪儀器有限公司）；JRJ 300-SH型數顯均質機（廣州罡然機電設備有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 部分操作要點

1.3.2.1 原料預處理

苦碟子粉末的制備：苦碟子干藥材→粉碎→過篩（120目）→苦碟子干粉。

紅棗漿的制備：紅棗→清洗→蒸制→冷卻→去皮去核→加純凈水（料液比1∶6 g/mL）→打漿→過濾除渣→紅棗漿。

1.3.2.2 浸提

稱取適量苦碟子干粉，按一定液料比值置于燒杯中，調節pH，將燒杯放入一定溫度的恒溫水浴鍋，并不斷攪拌。浸泡一定時間后取出，依次分裝至離心管，以10 000 r/min離心20 min，所得上清液即為苦碟子水浸提液。

1.3.2.3 矯味與穩定性改良

1.3.2.2 小節所得水浸提液略帶苦味，具有苦碟子明顯風味。為符合消費者需求，以100 g苦碟子多糖水浸提液為基液，向其中添加適量木糖醇、檸檬酸、紅棗漿及海藻酸鈉得到苦碟子多糖口服液。對各因素添加量進行正交優化，得到苦碟子多糖口服液最佳配方。

1.3.2.4 灌裝、殺菌

選擇專用棕色口服液瓶對苦碟子多糖口服液進行灌裝，于121 ℃高壓蒸汽滅菌20 min，密封，得成品。

1.3.3 多糖含量測定

參照陳云[10]所用的硫酸-蒽酮法測定多糖含量。

1.3.3.1 葡萄糖標準曲線制作[10]

取7支帶有管塞的比色皿（含空白對照組），分別取0.1 mg/mL葡萄糖標液0.2，0.3，0.4，0.5，0.6和0.7 mL，用蒸餾水補至2 mL。分別在各管加入4 mL硫酸-蒽酮溶液，搖勻后沸水浴10 min，冷卻至室溫。用蒸餾水作為空白對照，于620 nm紫外波長下平行重復試驗3次，取A620nm平均值。以標準葡萄糖溶液質量濃度（mg/mL）為橫坐標，吸光度（A）為縱坐標進行回歸分析，得標準曲線方程Y=9.46X+0.250 5，方程的擬合度R2=0.987 4。

1.3.3.2 多糖提取率

用移液管取水提液1 mL，依1.3.3.1方法測定A620nm，代入1.3.3.1小節中標準曲線方程得其多糖質量濃度，并根據式（1）計算多糖提取率。

式中：樣液多糖質量濃度，mg/mL；水浸提液體積，mL；原料干質量，g；總糖含量，經測定其數值為12.5%。

1.3.4 苦碟子多糖水浸提工藝

1.3.4.1 單因素試驗

根據預試驗，初步確定試驗水浸提工藝的浸提溫度65 ℃，液料比值25 mL/g，浸提pH 7，浸提時間120 min。以預試驗為基礎，選取浸提溫度45，55，65，75和85 ℃這5個水平，選取液料比值15，20，25，30和35 mL/g這5個水平，選取浸提pH 5，6，7，8和9這5個水平，選取浸提時間60，90，120，150和180 min 5個水平。以多糖提取率為指標，確定各因素較優水平。

1.3.4.2 響應面優化

以浸提溫度、液料比值、浸提pH、浸提時間為自變量，多糖提取率為因變量，在單因素試驗結果的基礎上，進行Box-Behnken中心組合設計響應面曲面試驗。

1.3.5 苦碟子多糖口服液配方試驗

1.3.5.1 口服液感官評分標準

選取10名專業感官品評人員，對改良后的口服液進行感官評價。參照田洋等[11]等品評標準（略有修改），對產品的組織狀態、色澤、滋味與香氣、口感等逐一進行評價，口服液感官品質評價標準見表1。

表1 苦碟子口服液感官品質評價標準

1.3.5.2 應用模糊數學原理建立苦碟子多糖口服液感官評價系統

根據口服液感官評價標準內容，試驗設定2個評論域[12]：感官質量指標集U={組織狀態（U1），色澤（U2），香氣與滋味（U3），口感（U4）}；感官質量評語集V={優（V1），良（V2），中（V3），差（V4）}；參考傅麗等[13]，采用用戶調查法，得到口服液各指標權重為A={組織狀態，色澤，滋味與香氣，口感}={0.20，0.10，0.40，0.30}。在計算得分時，V1=100分，V2=80分，V3=60分，V4=40分。各指標權重集得權重域矩陣A=（a1,a2, …,an），其中A的因素是U中的一個模糊子集，A與U相互對應，模糊評判矩陣即參加模糊綜合評判的各因素根據相應隸屬度所組成的評判結果矩陣R。在評價集中引入的模糊子集Y可根據權重域矩陣A與模糊評判矩陣R模糊變換得到，即感官綜合得分表示為Y=A×R，其中Y為感官綜合評定結果。

1.3.5.3 口服液配方單因素試驗

經預試驗，通過模糊數學法結合感官評價初步確定木糖醇、檸檬酸、紅棗漿、海藻酸鈉4個單因素的添加量分別為4%，0.16%，12%和0.04%。以預試驗為基礎，對各單因素進行5水平試驗，木糖醇添加量選取2%，3%，4%，5%和6%這5個水平，檸檬酸添加量選取0.12%，0.14%，0.16%，0.18%和0.20%這5個水平，紅棗漿添加量選取6%，8%，10%，12%和14%這5個水平，海藻酸鈉添加量選取0.12%，0.14%，0.16%，0.18%和0.20%這5個水平，參考表1評分標準，結合模糊數學法對口服液進行感官評價，確定各因素的較優添加量。

1.3.5.4 口服液配方正交試驗

以單因素試驗結果為基準，進行正交試驗設計，得到苦碟子多糖口服液的最佳制備配方。

2 結果與分析

2.1 苦碟子多糖水浸提工藝

2.1.1 浸提溫度

由圖1所示，在45～65 ℃，溫度升高使多糖分子向外遷移速率增大，多糖溶出量增大，提取率升高。水浸提多糖過程中，比多糖分子量更大的粗纖維及蛋白質等物質隨著溫度的進一步升高也可能從原料向溶液中遷移，蛋白質分子由于水分結合及高溫作用，空間結構發生腫脹，可能與部分多糖發生交聯反應，或與多糖分子發生物理纏繞，在離心過程中最終隨蛋白質離心沉降而被去除；部分多糖分子可能也會因粗纖維影響而被離心除去，導致上清液中多糖含量降低。因此，65 ℃時，多糖提取率有最大值。初步確定浸提溫度較優的3個水平為55，65和75 ℃。

圖1 浸提溫度對多糖提取率的影響

2.1.2 液料比值

由圖2可知，液料比值為15 mL/g時，物料吸水膨脹，水量減少，由于水溶解能力有限，溶液中多糖接近飽和，進而向溶液遷移速度減慢，多糖提取率較低。隨著液料比值增大，物料與溶液濃度差逐漸增大，傳質作用增強，多糖分子向溶液遷移，多糖提取率升高，液料比值為25 mL/g時有最大值。隨著液料比值進一步增大，傳質作用趨于平穩，但由于浸提過程中蛋白質、粗纖維等物質也隨水分子向外遷移，導致多糖可能因蛋白質和粗纖維的影響離心沉降而被去除，導致溶液中多糖含量減小，多糖提取率降低。因此，初步確定液料比值較優3個水平為20，25和30 mL/g。

圖2 液料比值對多糖提取率的影響

2.1.3 浸提pH

多糖具有兩性特征[10]，其等電點偏酸性，溶劑pH較低時，由于接近多糖等電點，多糖向外遷移速率較低；隨著溶液pH增大，溶液偏離等電點程度增大，多糖溶解性增強，多糖提取率隨之增加，如圖3所示，在pH 7有最大值；隨著pH進一步增大，多糖分子自身所帶酸性基團可能與OH-發生中和，導致多糖帶電基團數量減少，多糖含量降低，導致多糖提取率降低。因此，初步確定浸提pH的較優3個水平為pH 6，7和8。

圖3 浸提pH對多糖提取率的影響

2.1.4 浸提時間

在固定條件下，苦碟子粉與水相接觸時間越長，其多糖分子與水接觸程度越高，隨著固體顆粒吸水膨脹，多糖分子從孔隙向外游離，時間越長，遷移量越多，有利于多糖在溶液中積累，多糖提取率隨之增大。隨著時間延長，持續遷移導致溶液中多糖濃度增大，苦碟子粉顆粒與水溶液中濃度差減小，傳質作用降低，多糖分子遷移速率減弱，溶液中多糖含量上升幅度減緩。但由于浸提過程中蛋白質、粗纖維等物質的溶出，導致多糖受其影響離心沉降而被去除，導致溶液中多糖含量減小，多糖提取率降低。如圖4所示，提取時間為150 min時，多糖提取率有最大值。因此，初步確定提取時間較優3個水平為120，150和180 min。

2.2 水浸提工藝優化

根據水浸提工藝單因素試驗所選取的較優水平，利用Design-Expert 8.0.6.1軟件，以浸提溫度（A）、液料比值（B）、浸提pH（C）、浸提時間（D）為自變量，以多糖提取率（Y）為響應值，編碼出如表2所示因素水平表，建立29個試驗方案（其中24個析因試驗，5個中心試驗）[14]，試驗結果見表3。

圖4 浸提時間對多糖提取率的影響

表2 苦碟子多糖水浸提工藝響應面設計因素水平表

表3 苦碟子多糖口服液制備工藝響應面試驗結果

2.2.1 建立回歸方程

使用Design-Expert 8.0.6.1對表2試驗結果進行數據分析[15]，得到如表4所示結果。

根據表3所示方差分析結果得水浸提液中多糖提取率（Y）回歸方程為：Y=32.32-3.93A-0.41B-2.65C-1.95D-1.48AB-0.43AC+0.28AD-2.46BC-10.611BD-1.36CD-11.40A2-8.04B2-7.61C2-6.86D2。

由表4所示響應面方差分析結果可知，p＜0.000 1，說明模型擬合程度好，達到極顯著水平。R2=0.931 2，表明試驗模型相關性較好；R2adj=0.862 4，表明模型可解釋86.24%響應值變化，可用于口服液多糖提取率的計算與分析，此試驗方法可行。通過p值和F值可以判斷出，單因素對多糖提取率的影響順序為：浸提溫度（A）＞浸提pH（C）＞浸提時間（D）＞液料比值（B）[16]。

表4 苦碟子多糖口服液水浸提工藝響應面試驗方差分析

2.2.2 各因素交互作用對水浸提液中多糖提取率的影響

為了試驗結果更可靠，進行響應曲面分析。響應曲面圖可直觀反映各因素與響應值間的關系以及兩兩因素交互作用是否顯著，與回歸模型的方差分析相吻合[17]。

以影響多糖提取率的任意兩因素為對象，剩余兩因素水平值為零，進行降維分析[18]，得到如圖5所示6個開口均朝下響應面圖。曲面圖越陡峭，說明因素值變化對多糖提取率影響越大。分析圖5所有曲面可知，液料比值和提取溫度（圖5e）之間存在交互作用，其他因素交互作用不顯著，與表4方差分析結果一致。由圖5e可知，隨著液料比值與浸提溫度的逐漸增大，多糖提取率逐漸增大，多糖提取率增大到極值后，隨著各因素值的增大略微呈現減小趨勢，故模型有穩定點，此點即為多糖提取率最大值。

2.2.3 制備工藝優化與模型驗證

經過軟件Design Expert 8.0.6.1分析后得出苦碟子多糖水浸提工藝最佳條件為：浸提溫度63.14 ℃、液料比值26.06 mL/g、浸提pH 6.82、浸提時間141.26 min。考慮實際工作條件，調整工藝條件為：浸提溫度63.2 ℃、液料比值26.1 mL/g、浸提pH 6.82、浸提時間142 min。在此條件下測得多糖提取率為36.165%±0.45%，與預測值相差較小。

2.3 苦碟子多糖口服液配方單因素試驗

參考王瑜等[19]，通過模糊數學綜合評價添加不同木糖醇時所得產品得到結果。

進而得到苦碟子多糖口服液感官綜合評分為Y2%=（0.2, 0.36, 0.34, 0.1）×（100, 80, 60, 40）=73.2，同理得Y3%=73.8，Y4%=87.8，Y5%=81.6，Y6%=76.8。

參照木糖醇添加量評判方法評判檸檬酸添加量、紅棗漿添加量、海藻酸鈉添加量，分別計算出檸檬酸添加量：Y0.12%=74.4，Y0.14%=79.0，Y0.16%=88.8，Y0.18%=75.8，Y0.2%=66.4。紅棗漿添加量：Y4%=81.0，Y6%=82.2，Y8%=88.8，Y10%=87.4，Y12%=85.0。海藻酸鈉添加量：Y0%=80.4，Y0.02%=84.6，Y0.04%=87.4，Y0.06%=89.6，Y0.08%=84.0。

由4個單因素結果得出趨勢圖。初步確定木糖醇、檸檬酸、紅棗漿和海藻酸鈉的較優添加量分別為4%，0.16%，8%和0.06%。

2.4 模糊數學法結合正交試驗設計及結果

在各因素較優3個水平上進行正交試驗（四因素三水平），因素水平表見表5，與單因素試驗評判方法類似，正交試驗設計及評價結果見表6。

運用極差方法處理比對，由表6可以看出，4個因素對苦碟子多糖濃縮口服液混合結果的影響順序為A＞C＞B＞D。通過感官評分，A2B2C2D3組合效果最佳，即木糖醇添加量4%，檸檬酸添加量0.16%，紅棗漿添加量10%，海藻酸鈉添加量0.06%。由于組合A2B2C2D3未被設計到試驗組中，經驗證后其感官評分為85.5±1.2分，此時所得苦碟子多糖口服液入口酸甜適中，具有紅棗香氣，口感適中，可被大眾所接受。

圖6 單因素感官評分趨勢圖

表5 改良口服液四因素三水平表 %

表6 正交試驗設計及結果

3 結論

經研究表明，浸提溫度、液料比值、浸提pH和浸提時間均對苦碟子多糖口服液中多糖提取率有不同程度影響。通過Box-Behnken設計分析，得到苦碟子多糖口服液最佳水浸提工藝為：浸提溫度63.2 ℃、液料比值26.1 mL/g、浸提pH 6.82、浸提時間142 min。在此條件下測得多糖提取率為36.16%±0.45%。

通過模糊數學法結合正交試驗確定苦碟子多糖口服液最佳配方為：木糖醇添加量4%、檸檬酸添加量0.16%、紅棗漿添加量10%、海藻酸鈉添加量0.06%。此條件下制備的苦碟子多糖口服液酸甜可口，口感適中，具有紅棗香氣，大眾接受程度較高，對人體具有保健意義。