茯苓圓杞固體飲料處方優(yōu)化及其吸濕性測(cè)定

孫夢(mèng)錦，戴鑫汶，鄒 奇

（湖南補(bǔ)天藥業(yè)股份有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410208）

茯苓圓杞固體飲料處方由茯苓、桂圓、枸杞、大棗等藥食同源中藥材和食材組成，全方具有補(bǔ)氣、養(yǎng)血功效，可提高機(jī)體免疫力，系湖南補(bǔ)天藥業(yè)有限公司首創(chuàng)，已申請(qǐng)發(fā)明專利（專利號(hào)201910170212.7）。由于該固體飲料含大量多糖等黏性成分，制成干浸膏粉時(shí)必須加入稀釋劑或吸收劑使之固化成粉狀，而且它暴露于空氣中時(shí)與其接觸面積大，導(dǎo)致極易吸濕，同時(shí)休止角增大，流動(dòng)性變差，故需掌握其吸濕特性（即吸濕速度、臨界相對(duì)濕度）以控制生產(chǎn)環(huán)境的相對(duì)濕度和暴露在空氣中的最長(zhǎng)時(shí)間。另外，它作為食品應(yīng)考慮消費(fèi)者順應(yīng)性，外觀、澄明度、口感等方面均需要調(diào)制，故必須加入調(diào)味輔料以改善口感、澄明度，同時(shí)增大溶解度以加快溶出，降低休止角以改善流動(dòng)性，減少干浸膏粉吸濕性，以期為工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)。因此，本實(shí)驗(yàn)對(duì)此進(jìn)行研究。

1 材料

1.1 儀器 DZF-6050AB 型真空干燥機(jī)（北京中興偉業(yè)儀器有限公司）；2500Y 型多功能粉碎機(jī)（永康市鉑歐五金制品有限公司）；TCS-100 型電子天平（上海乾峰電子儀器有限公司）；UTP 型電子天平（上?；ǔ彪娖饔邢薰荆?；DD5 型離心沉淀機(jī)（長(zhǎng)沙英泰儀器有限公司）；QY-1 型切片機(jī)（溫州頂歷醫(yī)療器械有限公司）；10、80 目不銹鋼藥篩（上海過(guò)望化工有限公司）；HTC-1 型高精度溫濕度計(jì)（徐州晶工光電科技有限公司）；HWS-80B 型恒溫恒濕培養(yǎng)箱（天津市一波高科實(shí)驗(yàn)儀器廠）。

1.2 試劑與藥物 茯苓、桂圓、枸杞、大棗等藥食同源中藥材和食材來(lái)源于湖南補(bǔ)天藥業(yè)股份有限公司、湖南省博世康中醫(yī)藥有限公司，經(jīng)專家鑒定為正品。無(wú)水葡萄糖、甘露醇（食用級(jí)，批號(hào)分別為20170908，20170325）、乳糖（食用級(jí)，批號(hào)20170506）、可溶性淀粉（藥用級(jí)，批號(hào)20161219）、微晶纖維素（藥用級(jí)，批號(hào)20170627）（湖南爾康制藥股份有限公司）；木糖醇（食用級(jí)，批號(hào)20170603，山東福田藥業(yè)有限公司）；山梨醇（食用級(jí)，批號(hào)20180321，南京納滿生物科技有限公司）；多晶體冰糖（批號(hào)20180825，黔西南古方紅糖有限責(zé)任公司）；五氧化二磷（批號(hào)20130927，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；氯化鉀（批號(hào)20150825，廣東光華科技股份有限公司）；硝酸鉀（批號(hào)140120，西隴化工股份有限公司）；氯化鈉（批號(hào)20140102，湖南匯虹試劑有限公司）；濃硫酸（批號(hào)2013110506，株洲石英化玻有限公司）；溴化鈉（批號(hào)20150612，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

2 方法

2.1 固體飲料制備 取“1.2”項(xiàng)下藥食同源中藥材和食材適量，前者制成炮制品（飲片），后者適當(dāng)處理，全部?jī)艋笄兄瞥蛇m當(dāng)大小，加一定量水浸泡一定時(shí)間，煎煮3 次，每次一定時(shí)間，濾過(guò)，合并濾液，濃縮成一定相對(duì)密度的稠膏，加入稀釋劑、調(diào)味劑等輔料，等量遞增法混勻制軟材，加潤(rùn)濕劑擠壓過(guò)篩制濕顆粒，濕顆粒減壓干燥，整粒，得干顆粒，置于干燥器保存。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)測(cè)定 參考文獻(xiàn)［1］報(bào)道。

2.2.1 顆粒收率 取固體飲料適量，稱定質(zhì)量后過(guò)1、5號(hào)篩，其間將篩保持在水平狀態(tài)，左右往返，邊篩動(dòng)邊拍打3 min，取能通過(guò)5 號(hào)篩的細(xì)粉、不能通過(guò)1 號(hào)篩的顆粒，稱定總質(zhì)量，計(jì)算1、5 號(hào)篩占顆?？偭康谋壤?。

2.2.2 溶化性 取固體飲料10 g，加入50 mL 70～80 ℃熱水?dāng)嚢? min，立即觀察，發(fā)現(xiàn)它幾乎全部溶化，只有略微渾濁［2］。

2.2.3 水分 取固體飲料適量（0.5 g 左右），平鋪于干燥至恒重的測(cè)量圓盤(pán)中，精密稱定質(zhì)量，儀器預(yù)熱30 min 后開(kāi)始測(cè)定，直至連續(xù)2 次測(cè)量的數(shù)據(jù)差異不超過(guò)5 mg 為止，計(jì)算含水量，公式為含水量＝ ［（干燥前質(zhì)量-干燥后質(zhì)量）／干燥前質(zhì)量］×100%。

2.2.4 休止角 取3 個(gè)漏斗并將其固定在3 層鐵架臺(tái)上，每個(gè)漏斗口挨著相鄰漏斗的頸部重貼，最后1 個(gè)漏斗距離水平坐標(biāo)紙1 cm 的高度（H），小心緩慢地將固體飲料從最上面的漏斗沿壁倒入，直至它在坐標(biāo)紙上形成的圓錐體尖端能接觸到漏斗口為止，從坐標(biāo)紙上測(cè)量出圓錐體底部直徑（2R），計(jì)算休止角α（tgα ＝H／R），重復(fù)5 次，取平均值［3］。

2.3 處方篩選

2.3.1 稀釋劑種類 本實(shí)驗(yàn)考察冰糖、無(wú)水葡萄糖、可溶性淀粉、微晶纖維素對(duì)成品外觀、澄明度、溶化性、色澤、口感的影響，由好至差排列成4～1，并進(jìn)行等級(jí)一致性檢驗(yàn)。

2.3.2 矯味劑種類 本實(shí)驗(yàn)考察木糖醇、山梨醇、甘露醇、薄荷醇、赤鮮醇+甘露醇、薄荷醇+甘露醇對(duì)成品外觀、口感、澄明度、溶化性、色澤的影響，由好至差排列成6～1，并進(jìn)行等級(jí)一致性檢驗(yàn)。

2.3.3 潤(rùn)濕劑種類 顆粒劑潤(rùn)濕劑常用水和乙醇，但前者所制得軟材太黏，易成團(tuán)塊，硬度大，不能擠壓過(guò)10 目篩制顆粒；后者為半極性溶劑，可降低黏性，減少其結(jié)塊，故本實(shí)驗(yàn)以其為潤(rùn)濕劑［4-5］制軟材，考察它對(duì)固體飲料外觀、色澤、口感、澄明度、溶化性的影響，由差至好排列成1～5，并進(jìn)行等級(jí)一致性檢驗(yàn)。

2.3.4 輔料比例 本實(shí)驗(yàn)選擇冰糖、甘露醇作為輔料，考察兩者最佳比例［2］。取1 份固體飲料稠浸膏，與不同比例輔料混合均勻，95%乙醇制軟材，考察它對(duì)成品外觀、澄明度、溶化性、色澤、口感的影響，由好至差排列成5～1，并進(jìn)行等級(jí)一致性檢驗(yàn)。

2.3.5 助流劑種類 由于固體飲料為加熱水沖服食用，故助流劑必須選擇水溶性的。本實(shí)驗(yàn)考察PEG4000、PEG6000、月桂醇硫酸鈉、微分硅膠，并以休止角為指標(biāo)進(jìn)行篩選。

2.4 吸濕性測(cè)定

2.4.1 吸濕速度 將固體飲料置于五氧化二磷干燥器內(nèi)干燥72 h 至恒重，將底部盛有不同濕度環(huán)境溶液的干燥器置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中恒溫24 h，測(cè)定其相對(duì)濕度。再取適量至研缽中研成細(xì)粉，精密稱取1 g 左右，平行7 份，置于干燥至恒重的扁形稱量瓶中（厚度約2 mm），準(zhǔn)確稱定質(zhì)量后放到干燥器中（稱量瓶蓋打開(kāi)），置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中保存，于不同時(shí)間稱定質(zhì)量，計(jì)算吸濕率，重復(fù)3 次，取平均值，公式為吸濕率＝ ［（吸濕后質(zhì)量-吸濕前質(zhì)量）／吸濕前質(zhì)量］×100%。以吸濕率為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)作圖，建立吸濕速度數(shù)學(xué)模型，計(jì)算相關(guān)參數(shù)［6］。

2.4.2 臨界相對(duì)濕度 在已恒重的扁形稱量瓶底部放入干燥至恒重的固體飲料（厚度約2 mm），準(zhǔn)確稱定質(zhì)量后放到密閉盛有不同體積分?jǐn)?shù)硫酸、鹽過(guò)飽和溶液的干燥器中（稱量瓶蓋打開(kāi)），置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中放置6.5 d 后稱定質(zhì)量，計(jì)算吸濕率，重復(fù)3 次，取平均值［7］。再以吸濕率為縱坐標(biāo)，相對(duì)濕度為橫坐標(biāo)繪圖，圖中曲線兩端切線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)即為臨界相對(duì)濕度［6］。

3 結(jié)果

3.1 稀釋劑種類篩選 表1 顯示，冰糖等級(jí)和平方R2最高［8］，故選擇其作為稀釋劑。

表1 稀釋劑種類對(duì)茯苓圓杞固體飲料成型性的影響

3.2 矯味劑種類篩選 表2 顯示，甘露醇、薄荷醇、赤鮮醇+甘露醇等級(jí)和平方R2均較高［8］，由于甘露醇成本較低，并且兼有稀釋劑作用，故選擇其作為矯味劑。

表2 矯味劑種類對(duì)茯苓圓杞固體飲料成型性的影響

3.3 潤(rùn)濕劑種類篩選 表3 顯示，95%乙醇等級(jí)和平方R2最高［8］，故選擇其作為潤(rùn)濕劑。

表3 潤(rùn)濕劑種類對(duì)茯苓圓杞固體飲料成型性的影響

3.4 輔料比例篩選 表4 顯示，冰糖與甘露醇比例為1∶1時(shí)等級(jí)和平方R2最高［8］，故選擇其作為輔料比例。

表4 輔料比例對(duì)茯苓圓杞固體飲料成型性的影響

3.5 助流劑種類篩選 表5 顯示，不同助流劑下休止角都小于40°，可滿足工業(yè)化大生產(chǎn)要求，以2% PEG4000 最小，由于休止角越小，流動(dòng)性越好，故選擇其作為助流劑。

3.6 驗(yàn)證試驗(yàn) 茯苓圓杞固體飲料最優(yōu)處方為干浸膏1.0 份，稀釋劑（冰糖）1.5 份，矯味劑（甘露醇）1.5 份，助流劑2%PEG4000。再進(jìn)行3 批驗(yàn)證試驗(yàn)（1 kg 小試），發(fā)現(xiàn)其外觀、口感、溶化性、色澤、澄明度、流動(dòng)性均優(yōu)于單因素試驗(yàn)。

表5 助流劑種類對(duì)茯苓圓杞固體飲料流動(dòng)性的影響（， n＝5）

表5 助流劑種類對(duì)茯苓圓杞固體飲料流動(dòng)性的影響（， n＝5）

3.7 吸濕性測(cè)定 見(jiàn)表6。

表6 茯苓圓杞固體飲料吸濕率測(cè)定結(jié)果（n＝3）

3.8 吸濕速度動(dòng)力學(xué)模型建立 參考文獻(xiàn)［7，9-12］報(bào)道，見(jiàn)表7。由此可知，不同相對(duì)濕度下吸濕速度動(dòng)力學(xué)方程均滿足冪函數(shù)模型，在88.2%時(shí)擬合效果最好。

表7 茯苓圓杞固體飲料吸濕速度動(dòng)力學(xué)模型

3.9 吸濕率為5%時(shí)所需時(shí)間測(cè)定 一般來(lái)說(shuō)，固體粉末含水量應(yīng)控制在5%以內(nèi)，故將Y＝5%代入表7 動(dòng)力學(xué)方程中求得理論值X，由于生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)控制在下限值，故采用重復(fù)試驗(yàn)誤差計(jì)算［6］，結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 吸濕率為5%時(shí)所需時(shí)間

3.10 臨界相對(duì)濕度測(cè)定 對(duì)表8 數(shù)據(jù)取下限值，通過(guò)DPS 9.5 軟件，擬合吸濕為5%時(shí)所需時(shí)間（Y）與相對(duì)濕度（X）的方程為Y＝146.7-1.455 00X（R2＝0.917 6，F(xiàn)＝22.27，P＝0.042 1），再以相對(duì)濕度為橫坐標(biāo)，吸濕率為縱坐標(biāo)繪圖，見(jiàn)圖1。采用解析幾何法，以前2 點(diǎn)建立第1條直線方程Y1＝0.011 36X-0.274 9（R2＝0.995 3），后2點(diǎn)建立第2 條直線方程Y2＝0.745 4X-49.69（R2＝0.994 8），Y1＝Y(jié)2時(shí)，X＝67.33%，即臨界相對(duì)濕度為67.33%，將其代入Y＝146.7-1.455 00X中，測(cè)得暴露在空氣中操作的最長(zhǎng)時(shí)間不超過(guò)48.73 h。由此可知，生產(chǎn)過(guò)程中環(huán)境相對(duì)濕度應(yīng)控制在65%以下，暴露在空氣中操作的最長(zhǎng)時(shí)間不超過(guò)48 h，可保證固體飲料吸水量低于5%。

圖1 相對(duì)濕度與吸濕率的關(guān)系

4 討論

本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，空氣相對(duì)濕度、顆粒含水量對(duì)流動(dòng)性影響較大，若空氣相對(duì)濕度＞70%，則流動(dòng)性很差，故在茯苓圓杞固體飲料制備過(guò)程中必須防潮，所有原輔料用前應(yīng)干燥至含水量＜2%。茯苓圓杞固體飲料雖然是水煎煮提取，但含有水不溶性成分，沒(méi)有典型的臨界相對(duì)濕度，故其吸濕率隨著相對(duì)濕度的變化無(wú)明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)，故采用解析幾何法求出的臨界相對(duì)濕度只是近似值。

一般固體飲料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的含水量控制在5%以下，相對(duì)濕度、操作最長(zhǎng)時(shí)間下限應(yīng)取含水量5%時(shí)所對(duì)應(yīng)的值，作為大規(guī)?；a(chǎn)過(guò)程中環(huán)境濕度、操作時(shí)間的控制指標(biāo)，以避免固體飲料吸濕，保障成品質(zhì)量。另外，數(shù)學(xué)模型、數(shù)學(xué)表達(dá)式可反映固體物料的吸濕機(jī)理，即固體物料吸濕隨著時(shí)間變化的規(guī)律，建立兩者的意義在于求算吸濕速度、吸濕量參數(shù)、臨界相對(duì)濕度，從而預(yù)測(cè)在操作過(guò)程中暴露在空氣中的最長(zhǎng)時(shí)間。