茯苓山藥枸杞固體飲料的制備

王振東,柏偉榮,劉世娟,范業文,高如意

(江蘇康緣藥業股份有限公司,江蘇 連云港,222001)

固體飲料是指用食品原輔料、食品添加劑等加工制成的粉末狀、顆粒狀或塊狀等供沖調沖泡飲用的固態制品,總共可分為8大類。其中植物固體飲料是以植物及其提取物(水果、蔬菜、茶、咖啡除外)為主要原料,添加或者不添加其他食品原輔料和食品添加劑,經加工制成的固體飲料[1],具有易沖泡、風味獨特、攜帶方便、儲存期長等特點[2]。

藥典記載茯苓具有利水滲濕,健脾寧心;山藥健脾止瀉,補肺益腎;枸杞具有滋補肝腎,益精明目功效;黃精補氣養陰,健脾,潤肺,益腎;玉竹養陰潤燥,生津止渴;人參大補元氣,復脈固脫,補脾益肺,生津養血,安神益智[3]。有實驗研究表明茯苓具有護肝、抗氧化作用[4-5];山藥具有緩解體力疲勞、調節免疫力的作用[6-7];枸杞具有輔助降血糖、緩解視疲勞的作用[8-9];人參則具有抗疲勞、降血脂、改善記憶力[10-12]等功效。根據中醫藥學理論與現代藥理研究,本文采用天然藥食同源的原料茯苓、山藥、枸杞、黃精、玉竹、人參為主要原料,6種成分相互協同作用,通過水提取、濃縮、干燥、制粒等加工工藝結合感官評價而制備成的植物固體飲料,具有易沖泡溶解、顏色均一、香氣濃郁協調一致、酸甜適宜、營養價值豐富等優點,還具有滋陰補腎與緩解體力疲勞的功效。此外,本產品不添加防腐劑與色素,健康安全,易攜帶與服用方便,易被大眾所接受,具有廣闊的市場前景。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茯苓、山藥、枸杞、黃精、玉竹、人參,安徽協和成藥業飲片有限公司；麥芽糊精,山西西王糖業有限公司；甜菊糖苷,曲阜圣仁制藥有限公司；維生素C,石藥集團維生藥業(石家莊)有限公司；白砂糖,中糧糖業遼寧有限公司；山梨糖醇,石家莊瑞雪制藥有限公司；木糖醇,山東福田藥業有限公司；赤蘚糖醇,山東三元生物科技股份有限公司；乳糖,江蘇道寧藥業有限公司；檸檬酸,濰坊英軒實業有限公司；蘋果酸,常茂生物化學工程股份有限公司；乙醇,安徽安特食品股份有限公司。

1.2 儀器與設備

電子分析天平,上海天平儀器廠；300型真空減壓濃縮罐,江陰金發干燥設備有限公司；G10型噴霧干燥機,無錫市昌盛干燥機廠；BT-100SD型定時恒流泵,上海青浦滬西儀器廠；干法制粒機,江蘇張家港市開創機械制造有限公司。

1.3 工藝流程

原材料預處理→提取→濃縮→干燥→混合→制粒→成品

1.4 操作工藝要點

1.4.1 提取工藝

稱取茯苓、山藥、枸杞子、黃精、玉竹、人參按質量比例(5∶3∶1∶1∶1∶1)混合加入10倍量飲用水進行提取,提取時間1.0 h,提取次數為2次,提取過程中保持煎煮液微沸,分次過濾,合并提取液。

1.4.2 濃縮工藝

水提取藥液濃縮,濃縮溫度(65±5)℃,真空度控制在-0.07～-0.09 MPa,得濃縮液。

1.4.3 干燥工藝

將所述濃縮液加入助干劑充分攪拌均勻,經噴霧干燥,收集噴干粉。

1.4.4 制粒工藝

將噴干粉加入輔料、添加劑混合均勻,制粒,將制好的顆粒用旋蕩篩過篩,選擇能通過一號篩和不能通過四號篩的顆粒,得到合格品顆粒。

1.4.5 包裝工藝

將合格品顆粒經充填包裝機自動包裝,即得成品。

1.5 茯苓山藥枸杞固體飲料噴霧干燥工藝條件的優化

通過單因素試驗分別考察不同進風溫度(140、150、160、170、180、190 ℃)、恒流泵轉速(30、35、40、45、50、55、60 r/min)、霧化器轉速(9 000、12 000、15 000、18 000、21 000、24 000 r/min)、助干劑麥芽糊精(5%、8%、10%、13%、15%、18%、21%)對噴霧干燥集粉率的影響,再利用正交試驗優化茯苓山藥枸杞固體飲料噴霧干燥工藝條件。

1.6 不同輔料添加量對茯苓山藥枸杞固體飲料制粒條件的影響

取噴霧干燥工藝優化后制備的噴干粉與不同輔料混合均勻,分別采用濕法制粒與干法制粒方法制備物料顆粒,通過比較制備出來的物料顆粒性狀選擇最佳制粒工藝條件。

1.7 茯苓山藥枸杞固體飲料甜味劑與酸味劑添加量的優化

1.8 茯苓山藥枸杞固體飲料的感官評價

分別取1.5 g樣品,加入約90 ℃的飲用水200 mL,攪拌溶解,由10名經過培訓的感官品評人員組成評價小組,按規定的評判標準對產品的感官品質進行綜合評價,綜合考慮產品的色澤、香氣、滋味、組織狀態并進行打分,取其平均值為最終結果。

表1 感官評價標準表Table 1 Sensory evaluation criteria

1.9 數據分析

采用Excel 2010對數據進行處理；采用正交小助手軟件進行正交試驗設計與分析；使用origin pro 8.5軟件進行繪圖處理。

2 結果與分析

2.1 茯苓山藥枸杞固體飲料噴霧干燥工藝條件的優化

通過單因素試驗分別考察進風溫度、恒流泵轉速、霧化器轉速對噴霧干燥集粉率的影響,再利用正交試驗優化茯苓山藥枸杞固體飲料噴霧干燥工藝條件。

2.1.1 不同進風溫度對噴霧干燥集粉率的影響

試驗在恒流泵轉速40 r/min,霧化器轉速15 000 r/min,助干劑麥芽糊精添加量13%(質量分數)的條件下,分別選取進風溫度為140、150、160、170、180、190 ℃進行噴霧干燥試驗,以集粉率為指標確定噴霧干燥工藝的最佳進風溫度。

由圖1可知,當進風溫度較低時,濃縮液中的水分不易蒸發,干燥速度慢,導致噴干粉顆粒干燥不徹底,易發生嚴重的粘壁現象,集粉率較低[13]。隨著進風溫度升高,霧化的液滴瞬間被干燥,粘壁現象輕微,干燥速度較快[14]。

圖1 不同進風溫度對茯苓山藥枸杞固體飲料集粉率的影響Fig.1 Effect of different inlet air temperature on powder collection rate of Poria cocos yam wolfberry solid beverage

但是進風溫度過高也會使濃縮液中的糖類物質發生焦糖化反應,產生熱熔掛壁的現象,集粉率會降低,且產品顏色加深及可能有焦糊味的現象而影響品質[15]。因此選擇進風溫度為170 ℃最佳。

實驗中，實驗班以團隊為單位整體作戰，考核評定中，要想取得個人好的成績必須幫助團隊其他成員也取得好成績，此時團隊凝聚力最高。對照組中，傳統教學的考核評定以學生個人的考核成績為主，評定結果分為優、良、中、合格、不及格五個層次，大家只關心自己，同學之間容易孤立；當同學在考核中出錯，同學之間會出現取笑和指責，很難形成好的群體凝聚力。

2.1.2 不同恒流泵轉速對集粉率的影響

試驗在進風溫度170 ℃,霧化器轉速15 000 r/min,助干劑麥芽糊精添加量13%的條件下,分別選取恒流泵轉速為30、35、40、45、50、55、60 r/min進行噴霧干燥試驗,以集粉率為指標確定噴霧干燥工藝的最佳恒流泵轉速。

由圖2可知,隨著恒流泵轉速的增加,產品的集粉率呈現先增加后降低的趨勢。這是因為恒流泵轉速較低時,濃縮液的進料量較小,過少的進料量使樣品干燥過度,進風溫度大,原料易發生焦糖化反應,顏色變深,產生粘壁現象,導致集粉率較低。隨著恒流泵轉速的升高,干燥室中熱風所提供的熱量和水分蒸發所需熱量達到一定的平衡,此時干燥效果最好,集粉率最高；當恒流泵轉速繼續升高,熱風所提供的熱量無法滿足水分蒸發的需要,則霧化的液滴不能及時被干燥,物料含水量增加,極易產生嚴重的粘壁現象,使得噴干粉損失嚴重,集粉率下降[16]。因此,恒流泵轉速選擇45 r/min為最佳。

圖2 不同恒流泵轉速對茯苓山藥枸杞固體飲料 集粉率的影響Fig.2 Effect of different constant flow pump speed on powder collection rate of P.cocos yam wolfberry solid beverage

2.1.3 不同霧化器轉速對集粉率的影響

試驗在進風溫度170 ℃,恒流泵轉速45 r/min,助干劑麥芽糊精添加量13%的條件下,分別選取霧化器轉速為9 000、12 000、15 000、18 000、21 000、24 000 r/min進行噴霧干燥試驗,以集粉率為指標確定噴霧干燥工藝的最佳霧化器轉速。

由圖3可知,當霧化器轉速較慢時,由于濃縮液霧化形成的液滴較大,水分未干燥徹底就形成濕粉粘在壁上,導致集粉率較低。隨著霧化器轉速的升高,集粉率也越來越高,這是由于霧化器轉速越快,濃縮液霧化形成的液滴也越小,水分更容易蒸發完全,產品干燥充分,粘壁現象減輕,噴干粉損失較少[17]。但是霧化器轉速過大,導致干燥后的粉末較細,物料容易吸濕結塊,不利于后續加工處理。因此,霧化器轉速選擇18 000 r/min最佳。

圖3 不同霧化器轉速對茯苓山藥枸杞固體 飲料集粉率的影響Fig.3 Effect of different atomizer speed on powder collection rate of P.cocos yam wolfberry solid beverage

2.1.4 不同助干劑含量對茯苓山藥枸杞固體飲料制粒工藝的影響

試驗在進風溫度170 ℃,恒流泵轉速45 r/min,霧化器轉速為18 000 r/min條件下,分別選取助干劑麥芽糊精添加量為5%、8%、10%、13%、15%、18%、21%進行噴霧干燥試驗,以集粉率為指標確定噴霧干燥工藝的助干劑含量。

圖4 不同助干劑含量對茯苓山藥枸杞固體 飲料集粉率的影響Fig.4 Effect of different content of drying agents on powder collection rate of P.cocos yam wolfberry solid beverage

由圖4可知,噴霧干燥的集粉率隨著助干劑麥芽糊精添加量的增加而逐步上升,但是當添加量達到15%后,噴霧干燥的集粉率變化不大,這是由于助干劑能促進產品干燥,但當添加到一定量后促干效果不明顯[18],過量添加助干劑麥芽糊精會使噴干粉的顏色變淺,降低藥物含量,且口感較差,本身特有的香氣變淡[19-20]。因此需要通過考察粘壁現象和集粉率來降低麥芽糊精的添加量,從而獲得麥芽糊精的最適添加量。因此,選擇助干劑麥芽糊精添加量為15%,能夠進行正常的噴霧干燥且集粉率較高,對噴干粉的顏色、滋味、香氣等影響較小。

2.1.5 茯苓山藥枸杞固體飲料噴霧干燥工藝條件優化試驗

在單因素試驗的基礎上,選取進風溫度、恒流泵流速、霧化器轉速、助干劑含量各因素的優選試驗范圍,選擇L9(34)正交表(表2)進行正交優化試驗,根據茯苓山藥枸杞固體飲料噴霧干燥的集粉率,確定茯苓山藥枸杞固體飲料噴霧干燥的最佳工藝條件。

表2 正交試驗因素及水平Table 2 Factors and levels of orthogonal test

由表3可以看出,影響茯苓山藥枸杞固體飲料噴霧干燥集粉率的主次順序為：A>B>D>C,即進風溫度>恒流泵轉速>助干劑含量>霧化器轉速。茯苓山藥枸杞固體飲料噴霧干燥最佳工藝條件為A2B2C3D2,即進風溫度為170 ℃,霧化器轉速為21 000 r/min,恒流器轉速為45 r/min,助干劑含量為15%。由于正交試驗中未出現最優組合,因此對茯苓枸杞山藥固體飲料噴霧干燥最佳工藝條件進行3次驗證試驗,結果取其平均值,得到茯苓山藥枸杞固體飲料平均集粉率為42.8%,高于正交試驗中各組合,所得到的噴干粉色澤均勻一致,無結塊,香氣味濃郁,易于后續加工處理。

表3 正交試驗結果Table 3 Results of orthogonal test

2.2 不同輔料對茯苓山藥枸杞固體飲料制粒工藝的影響

取噴霧干燥條件優化后制備的噴干粉與不同輔料以1∶1比例混合均勻,分別采用濕法制粒與干法制粒方法制備物料顆粒,實驗結果見表4。

表4 不同輔料及制粒工藝對所制得的物料顆粒影響Table 4 Effect of different excipients and granulating process on the prepared material particles

由表4可以看出,制粒方式采用干法制粒明顯優于濕法制粒,不僅能夠縮短制粒時間,而且不需要潤濕劑以及干燥過程,降低生產成本,節約能源。通過比較不同輔料制備出來的物料顆粒發現,輔料為麥芽糊精制備出來的顆粒成型性好,顏色均勻一致,具有較低的物料顆粒吸濕性,可以延長產品的貯藏時間,且價格相對便宜。因此選擇麥芽糊精作為制粒的輔料。

2.3 輔料添加量對茯苓山藥枸杞固體飲料顆粒的影響

選擇麥芽糊精作為制粒的輔料,噴干粉與麥芽糊精質量比分別為0∶1、0.5∶1、1∶1、1.5∶1、1∶2,采用干法制粒方法,考察不同麥芽糊精添加量對茯苓山藥枸杞固體飲料顆粒的影響。

由表5可以看出,隨著麥芽糊精添加量的增多,制備出來的顆粒成型性越來越好,顆粒吸濕性低,但是較高的麥芽糊精添加量會使顆粒顏色變淺,同時降低藥物含量,本身特有的香氣味變淡。因此選擇麥芽糊精與噴干粉比例為1∶1,所制備出來的顆粒不僅具有較好的成型性,顏色均一,而且不易吸潮,具有良好的加工與貯藏效果。

2.4 茯苓山藥枸杞固體飲料甜味劑與酸味劑添加量的優化

取麥芽糊精與噴干粉比例1∶1的混合粉與不同添加量的甜味劑與酸味劑混合均勻,經干法制粒機進行制粒,對制好的顆粒進行感官評價,確定最佳添加量。

表5 麥芽糊精添加量對所制得的物料顆粒影響Table 5 Effect of different maltodextrin addition on the prepared material particles

2.4.1 不同甜味劑對茯苓山藥枸杞固體飲料口感的影響

由表6可知,雖然白砂糖、木糖醇、山梨糖醇、赤蘚糖醇添加量為10%,甜度并不明顯,苦澀感較重,如果添加量過高,則會降低產品的藥物含量,對產品的顆粒性狀與吸濕性也有較大的影響。因此選擇高甜度的甜菊糖苷作為甜味劑,即使甜菊糖苷添加量少,也有較高的甜度特性,且能夠降低產品本身的苦澀味及其他異味,因此優選甜菊糖苷作為甜味劑。最終選擇添加量為2%(質量分數)的甜菊糖苷時,產品的感官評價評分最高,甜度適中,口感較佳,無苦澀味等其他異味,幾乎不提供熱量。甜菊糖苷作為甜味劑,具有能量低,甜度高,甜味純正,高度安全,能夠掩蓋產品的苦味,且具有很好的溶解性和穩定性[21]。

表6 不同甜味劑制備顆粒的感官評分Table 6 Sensory evaluation of granules prepared with different sweeteners

2.4.2 不同酸味劑對茯苓山藥枸杞固體飲料口感的影響

由表7可知,添加質量分數6%的檸檬酸、蘋果酸、維生素C導致產品酸度偏高,其中添加檸檬酸的產品具有一股酸澀感與刺激感,滋味不協調,掩蓋產品本身的苦味效果較小,蘋果酸本身帶有的氣味掩蓋了產品的特征性風味,且無法改善產品本身的苦味。添加維生素C的產品風味比較協調柔和,能夠掩蓋產品本身的苦澀味,其中添加4.5%維生素C的產品具有適宜的酸度,特征性風味突出,口感柔和協調一致,具有較佳的滋味,且不影響顆粒的性狀。因此優選維生素C作為酸味劑,且添加量4.5%為宜。

表7 不同酸味劑制備顆粒的感官評分Table 7 Sensory scores of granules prepared with different acid taste agents

3 結論

本文在單因素試驗的基礎上,通過正交試驗優化茯苓山藥枸杞固體飲料濃縮液噴霧干燥的最佳工藝條件。結果表明,對茯苓山藥枸杞固體飲料集粉率影響的主次順序為：進風溫度>恒流泵轉速>助干劑含量>霧化器轉速,優選出茯苓山藥枸杞固體飲料濃縮液的最佳噴霧干燥工藝參數為：進風溫度170 ℃,恒流泵轉速45 r/min,霧化器轉速21 000 r/min,助干劑含量15%。通過單因素試驗與感官評價相結合,獲得茯苓山藥枸杞固體飲料最佳配方為噴干粉、麥芽糊精、甜菊糖苷、維生素C比例為1∶1∶0.02∶0.045。本工藝生產出來的茯苓山藥枸杞固體飲料易溶解、顏色均一,香氣濃郁協調一致,酸甜適宜,具有中草藥植物特有的清香氣味,不僅具有豐富的營養價值,還具有滋陰補腎與緩解體力疲勞的功能。此外,本產品不添加防腐劑與色素,健康安全,易攜帶與服用方便,易被大眾所接受,具有廣闊市場前景。