響應(yīng)面法優(yōu)化黃精提取液制備工藝的研究

◎ 周 靜，莫紅玲，王燕飛，趙 君，陳芝慧，王文淵，孫樂(lè)明,3

（1.中國(guó)藥科大學(xué) 中藥學(xué)院，江蘇 南京 211198；2.貴州同德藥業(yè)股份有限公司，貴州 銅仁 554300；3.貴州信邦制藥股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000）

黃精性味甘平，具有補(bǔ)氣養(yǎng)陰、健脾益腎的功效，為常用的補(bǔ)益類中藥[1]。黃精作為傳統(tǒng)的藥食同源中草藥，其中主要活性成分黃精多糖具有優(yōu)異的保健功效，近年來(lái)受到了國(guó)內(nèi)外眾多專家學(xué)者與消費(fèi)者的關(guān)注[2-3]。為充分開(kāi)發(fā)與利用黃精多糖這一活性成分，考慮將其加工為外觀口感同內(nèi)在品質(zhì)兼具的功能性食品，并選擇劑型為均質(zhì)液體提取液，由此所得成品既可作為飲品單獨(dú)開(kāi)發(fā)，又可作為原料與其他物質(zhì)復(fù)配，協(xié)同發(fā)揮保健功效。黃精以生品服用，可致口舌麻木，刺激咽喉，需炮制后使用[4]。通過(guò)炮制，減輕刺激感的同時(shí)增強(qiáng)其補(bǔ)脾潤(rùn)肺益腎的作用。經(jīng)查閱文獻(xiàn)，關(guān)于現(xiàn)存的黃精炮制方法有20余種，包括單蒸法、九蒸九曬法、酒炙法和蜂蜜制等[5]。本實(shí)驗(yàn)采用蒸制法對(duì)鮮黃精進(jìn)行炮制，以感官評(píng)分及多糖含量為指標(biāo)，通過(guò)工藝順序篩選與確定、單因素考察及響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，旨在優(yōu)化黃精提取液的制備工藝，為黃精的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃精，產(chǎn)自貴州銅仁，經(jīng)專家鑒定為正品；葡萄糖，中國(guó)食品藥品檢定研究院；蒽酮，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硫酸，南京化學(xué)試劑有限公司；實(shí)驗(yàn)所用水均為純凈水；GI 54高壓蒸汽滅菌鍋，致微（廈門(mén)）儀器有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥機(jī)，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；TJE16A-300攪拌機(jī)，300 W，蘇泊爾生活電器有限公司；SHB-III循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；UV-2450紫外分光光度計(jì)，島津企業(yè)管理（中國(guó)）有限公司；離心機(jī)，德國(guó)艾本德公司；HH-S4數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇市醫(yī)療儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 黃精提取液制備

黃精提取液制備工藝流程如下所示，對(duì)所得成品f1～f6號(hào)做感官測(cè)評(píng)。

f1：勻漿→過(guò)濾→滅菌；f2：勻漿→浸提→過(guò)濾→滅菌；f3：勻漿→蒸制→過(guò)濾→滅菌；f4：勻漿→蒸制→浸提→過(guò)濾→滅菌；f5：蒸制→勻漿→浸提→過(guò)濾→滅菌；f6：蒸制→勻漿→過(guò)濾→滅菌。其中，f2、f4、f5浸提2次，2次浸提產(chǎn)物過(guò)濾取濾液后分別存放，編號(hào)f2(1)、f2(2)、f4(1)、f4(2)、f5(1)和f5(2)。

1.2.2 感官測(cè)評(píng)

將所得樣品采取定量描述性檢驗(yàn)的方法，檢驗(yàn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，每個(gè)樣品均有5位相同檢驗(yàn)人員給出評(píng)分。

表1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

1.2.3 多糖含量測(cè)定方法

參考2020版《中國(guó)藥典》黃精多糖含量測(cè)定方法[6]。按照蒽酮-硫酸法，以吸光度為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線性回歸方程為

y=7.133x+0.004 4（R2=0.999 4）。

1.2.4 加權(quán)總評(píng)分?jǐn)?shù)的計(jì)算

加權(quán)總評(píng)分?jǐn)?shù)的計(jì)算采用min-max標(biāo)準(zhǔn)化法，并在標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上根據(jù)兩個(gè)指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行不同程度的加權(quán)賦值，具體計(jì)算公式如下：

式中：X1為供試品的多糖含量；X1,min為樣本數(shù)據(jù)中多糖含量最小值；X1,max為樣本數(shù)據(jù)中多糖含量最大值；X2為供試品的感官評(píng)分，分；X2,min為樣本數(shù)據(jù)中感官評(píng)分最小值，分；X2,max為樣本數(shù)據(jù)中感官評(píng)分最大值，分。

1.2.5 黃精提取液制備工藝優(yōu)化單因素實(shí)驗(yàn)

以多糖含量與感官測(cè)評(píng)加權(quán)總評(píng)分?jǐn)?shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察蒸制時(shí)間（20 min、40 min、60 min、70 min、80 min和90 min）、蒸制溫度（70 ℃、80 ℃、90 ℃和100 ℃）、勻漿時(shí)間（60 s、80 s、100 s、120 s、140 s和160 s）和黃精用量（1.00 g、3.00 g、5.00 g、7.00 g和9.00 g）對(duì)最終樣品多糖含量及感官品質(zhì)的影響，為后續(xù)響應(yīng)面法優(yōu)化制備工藝做基礎(chǔ)。

1.2.6 Box-Behnken響應(yīng)面法優(yōu)化黃精提取液制備工藝

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取蒸制時(shí)間（A）、蒸制溫度（B）、勻漿時(shí)間（C）3個(gè)因素，采用Design-Expert 8.0.6設(shè)計(jì)的Box-Behnken實(shí)驗(yàn)，以加權(quán)總評(píng)分?jǐn)?shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合與模型預(yù)測(cè)，優(yōu)化制備工藝參數(shù)，得到最佳工藝并進(jìn)行驗(yàn)證。Box-Behnken實(shí)驗(yàn)因素與水平如表1所示。

表1 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)因素與水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 黃精提取液制備工藝選定

如表2所示，樣品描述性檢驗(yàn)得分較高的為f2(2)與f5(2)，其他低分項(xiàng)主要為色澤、口感，可能是黃精濃度過(guò)高或工藝處理不當(dāng)造成。因此在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中需討論蒸制溫度、蒸制時(shí)間、黃精用量等對(duì)提取液感官評(píng)分和多糖含量的影響。檢測(cè)人員均無(wú)法正確判斷f3號(hào)與f4(1)號(hào)、f5(1)號(hào)與f6號(hào)之間的差別，說(shuō)明浸提工藝并非成品感官的影響因素；但反饋f3的整體感覺(jué)優(yōu)于f6號(hào)（質(zhì)地均勻、口嘗無(wú)酸苦味），說(shuō)明先攪拌后蒸制的工藝優(yōu)于先蒸制后攪拌的工藝。

表2 不同工藝下樣品描述性檢驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果表

2.2 多糖含量測(cè)定

f2、f4、f5為兩次的浸提液合并后進(jìn)行多糖含量測(cè)定。由圖1可知，f3、f4、f5與f6之間多糖含量變化不大，對(duì)于f3與f4、f5與f6，其工藝步驟的差別在于是否有經(jīng)過(guò)浸提，測(cè)定結(jié)果顯示兩者之間多糖含量變化不大，結(jié)合2.1工藝優(yōu)選性評(píng)價(jià)的結(jié)果，得知浸提非工藝流程中的必要步驟。最終確定后續(xù)繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化的工藝順序?yàn)閯驖{→蒸制→過(guò)濾→滅菌；加以考察的因素包括蒸制時(shí)間、蒸制溫度、勻漿時(shí)間、黃精用量。

圖1 各組樣品多糖含量測(cè)定結(jié)果圖

2.3 黃精提取液制備工藝優(yōu)化單因素實(shí)驗(yàn)

各因素對(duì)樣品加權(quán)總評(píng)得分的影響如圖2所示。在蒸制時(shí)間為60.00 min時(shí)加權(quán)總評(píng)得分達(dá)到最高，因此選定50.00～70.00 min為響應(yīng)面設(shè)計(jì)的水平；隨著蒸制溫度的升高，加權(quán)總評(píng)得分逐漸升高，100 ℃蒸制下分?jǐn)?shù)最高，因此選定80～100 ℃為響應(yīng)面設(shè)計(jì)的水平；隨著勻漿時(shí)間的延長(zhǎng)，加權(quán)總評(píng)得分呈先升高后降低，其中100 s時(shí)得分達(dá)到最高，選定80 s～120 s為響應(yīng)面設(shè)計(jì)的水平；隨著黃精用量增加，加權(quán)總評(píng)得分逐漸升高，當(dāng)黃精用量達(dá)到9.00 g時(shí)分?jǐn)?shù)最高，故在后續(xù)工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中，將黃精用量確定為9.00 g。

圖2 各因素對(duì)樣品加權(quán)總評(píng)得分的影響圖

2.4 Box-Behnken響應(yīng)面法優(yōu)化黃精提取液制備工藝

以加權(quán)總評(píng)得分（Y）為響應(yīng)值進(jìn)行3因素3水平響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)分析，響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表3，回歸模型方差分析見(jiàn)表4。采用Design-Expert 8.0.6對(duì)各因素進(jìn)行擬合，得到多元回歸方程為：Y=92.34+1.80A+2.18B+2.72C-0.47AB-0.11AC+2.33BC-12.77A2-8.78B2-6.48C2

表3 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果表

由表3可知，該模型方程有顯著性影響（P＜0.01），失擬項(xiàng)不顯著（P=0.731 9＞0.05），說(shuō)明在本實(shí)驗(yàn)條件下，該回歸模型所考察的因素足以反映實(shí)驗(yàn)中各工藝參數(shù)對(duì)樣品加權(quán)總評(píng)得分的影響。判定系數(shù)R2=0.931 3，說(shuō)明回歸模型與實(shí)驗(yàn)值擬合均較好，可用于樣品加權(quán)總評(píng)得分的理論推測(cè)和分析，各因素影響大小為勻漿時(shí)間＞蒸制溫度＞蒸制時(shí)間。

由Design-Expert 8.0.6軟件得出最佳工藝參數(shù)是蒸制時(shí)間60.68 min，蒸制溫度91.56 ℃，勻漿時(shí)間104.73 s，加權(quán)總評(píng)得分的預(yù)測(cè)值為0.859分?？紤]到實(shí)驗(yàn)的可行性，將參數(shù)修改為蒸制時(shí)間61 min，蒸制溫度92 ℃，勻漿時(shí)間105 s，進(jìn)一步驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得出的樣品加權(quán)總評(píng)得分為0.891分。該值與預(yù)測(cè)值較近，證明了該方法的可行性。為工藝可行性與方便性考慮，最終將最優(yōu)工藝參數(shù)確定為蒸制時(shí)間61 min，蒸制溫度92 ℃，勻漿時(shí)間105 s。

表4 回歸模型方差分析表

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)圍繞鮮黃精蒸制這一炮制方法，以感官評(píng)分及多糖含量為指標(biāo)，逐步確定并優(yōu)化一種黃精提取液的制備工藝。通過(guò)工藝順序篩選，確定工藝路線為鮮黃精→勻漿→蒸制→過(guò)濾→滅菌；通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化確定最佳工藝參數(shù)：蒸制時(shí)間61 min，蒸制溫度92 ℃，勻漿時(shí)間105 s。應(yīng)用此工藝所得黃精提取液外觀誘人、口感清甜、黃精多糖含量高。因此既可作為黃精飲品，又可作為后續(xù)功能性食品的原料之一，工業(yè)化生產(chǎn)市場(chǎng)前景廣闊。