高原紅樹莓咀嚼片制備工藝的響應面優化及感官評價

桑丁巴毛，任小莉，許丹，王進英，宋洋波

1.青海大學農牧學院（西寧 810016）；2.青海大學醫學院（西寧 810016）

紅樹莓（Rubusi daeusL.）屬于薔薇科植物，主要分布在中國、日本、北美和俄羅斯北半球的溫帶地區。據《本草綱目》記載，紅樹莓可以補肝明目，助陽固精[1]。漿果中含有黃酮、鞣花酸、維生素、多糖等具有抗氧化、抗腫瘤和抗衰老等生理功能的成分[2]，但其水分含量高，不耐貯藏，因此適合加工成產品[3]，如果粉、果醬、果凍等[4-5]。果粉吸濕性強，因此它的儲存和運輸成本很高，為此，咀嚼片在世界范圍內得到了發展。片劑的優點是降低了運輸和儲存成本、具有良好的口感、消費者接受度高[6-7]。咀嚼片輔料中矯味劑可以改善咀嚼片的口感，填充劑改善原料的可壓縮性和流動性，潤滑劑防止壓片過程中粘連、改善咀嚼片外觀[8]。近年來，咀嚼片的相關研究也有很多。許牡丹等[9]通過造粒工藝優化獼猴桃秋葵咀嚼片。岳鳳麗等[10]采用粉末直接壓片法制備黃瓜咀嚼片。黃華花等[11]以刺梨為原料，采用粉末直接壓片法制備刺梨片。

目前，對于紅樹莓的獨特產品很少見，沒有體現出紅樹莓特有的營養價值和感官特性。因此，試驗以真空冷凍干燥的紅樹莓粉為主料，通過單因素試驗和響應面試驗優化紅樹莓咀嚼片的制作工藝，采用粉末直接壓片法工藝省去了造濕粒、干燥后壓片等繁雜工藝流程，縮短了生產周期，實現良好的經濟效益目標。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

青海紅樹莓原果（青海大通景陽公司）；脫脂奶粉（食品級，四川澳新維爾生國際貿易有限公司），麥芽糊精（食品級，河南千志商貿有限公司）；微晶纖維素、甘露醇、乳糖（食品級，河南萬邦實業有限公司）；硬脂酸鎂（食品級，浙江一諾生物科技有限公司）；95%乙醇（食品級，河南鑫河陽酒精有限公司）。

1.2 儀器與設備

JA 1003電子天平（上海良平儀器有限公司）；SY-3D片劑四用測定儀（上海一恒科學儀器有限公司）；ZP-5小型旋轉式壓片機（長沙中亞制備有限公司）；JYL-C93T打漿機（九陽股份有限公司）；0.150 mm分級篩（紹興市上虞寶成儀器設備有限公司）；CS55-9真空冷凍干燥箱（基因有限公司）；FW-100高速粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司）；DHG 9070 A電熱恒溫鼓風干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

紅樹莓果實→微波解凍→磨漿→冷凍→干燥→粉碎→過篩→混合均勻→壓片→干燥→滅菌→成品

挑選優質青海紅樹莓為原料，經磨漿、冷凍干燥處理后粉碎，果漿、果渣粉和片劑輔料均過0.150 mm篩，添加輔料（麥芽糊精、脫脂乳粉、甘露醇、微晶纖維素和乳糖）和潤濕劑（95%乙醇），混合均勻后壓片，過0.150 mm篩，最后用壓片機壓片成形，放入鼓風干燥箱干燥1 h后取出咀嚼片，最后在紫外線下殺菌20 min。

1.3.2 關鍵工藝及試驗環節

1.3.21 微波解凍

將速凍樹莓平鋪于平皿后置于微波爐中，調至解凍檔進行解凍（800 W），解凍30 s。

1.3.22 磨漿

將樹莓整果放入打漿機中打漿，用0.250 mm篩網分離果籽與果漿。

1.3.23 干燥

首先將紅樹莓樣品放置于-80 ℃條件下預冷24 h，選用真空冷凍干燥機，在-55 ℃干燥48 h。

1.3.24 粉碎

將泡沫狀的凍干果漿和果籽樣品在高速粉碎機中粉碎，因果籽有堅硬的外殼，故粉碎3～4次，粉碎樣品細度可過0.150 mm篩。

1.3.25 壓片成型

紅樹莓果漿粉和紅樹莓果籽粉（3∶1，W/W）與輔料混合后，在旋轉壓片機上直接壓片成形。

1.3.3 片劑配方的確定

1.3.31 填充劑添加量的確定

固定配方中其他的輔料種類及用量保持不變，麥芽糊精、微晶纖維素、乳糖，分別按1∶1∶1，2∶1∶1，1∶2∶1，1∶1∶2，1∶2∶2，2∶2∶1和2∶1∶2的質量比，以粉末休止角作為考察指標，對填充劑的最佳用量進行評價。

1.4 紅樹莓咀嚼片制備工藝單因素試驗

進行一組單因素試驗時，固定其他條件：潤濕劑添加量2 mL/100 g、轉速20 r/min、填充劑添加量35%。

1.4.1 潤濕劑（95%乙醇）添加量的確定

設置轉速20 r/min、填充劑添加量35%，在此基礎上，研究不同添加量的潤濕劑（1，1.5，2，2.5和3 mL/100 g）對紅樹莓咀嚼片品質的影響。

1.4.2 轉速的確定

在最優潤濕劑添加量的基礎上，研究不同的轉速（10，15，20，25和30 r/min）對紅樹莓咀嚼片品質的影響。

1.4.3 填充劑（麥芽糊精、微晶纖維素、乳糖）添加量的確定

在最優潤濕劑（95%乙醇）添加量和轉速的基礎上，研究不同添加量（25%，30%，35%，40%和45%）的填充劑（麥芽糊精、微晶纖維素、乳糖，1∶2∶2）對紅樹莓咀嚼片品質的影響。

1.5 響應面試驗確定紅樹莓咀嚼片的最佳工藝

以單因素試驗為基礎，采用Box-Behnken設計進行響應面法分析，優化咀嚼片制備工藝。自變量包括轉速（A）、潤濕劑添加量（B）、填充劑添加量（C），綜合評分為響應值。因素水平具體設計表見表1。并由軟件Origin Pro 2022、Design-Expert 12兩個軟件進行數據處理。

表1 響應面試驗因素及水平

1.6 綜合評分計算方法

綜合評定值是采用多指標綜合評分的方法優化壓片的工藝參數，取片重差異（ɑ1）、硬度（ɑ2）及脆碎度（ɑ3）的綜合評定值作為優化指標，即綜合評定值為各指標評分值之和（Y=ɑ1+ɑ2+ɑ3）。其中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、脆碎度2個指標不利于產品的成型，則分別取其數值倒數的10倍、10倍作為評定值，綜合評定值的大小直接反映了產品的成型性，片重不足時計為0[12]。

1.7 各指標測定方法

1.7.1 休止角的測定

休止角是一個與顆粒間摩擦或顆粒間運動阻力有關的特性[13]。采用固定高度的漏斗法測定，通過測量粉末落入漏斗所形成的錐體和底部的高度。休止角按式（1）計算。

式中：α為休止角，°；h為錐體高度，cm；r為錐體直徑，cm。

1.7.2 硬度的測定

硬度測試用于測定片劑在搬運、運輸、儲存和運輸過程中對機械沖擊的抵抗力。取20片咀嚼片，分別放入片劑四用測定儀中測定徑向硬度，計算平均值[14]。將咀嚼片置于儀器的兩個壓板之間，調整好直徑，然后操作儀器使壓板沿咀嚼片的直徑方向緩緩加壓，當咀嚼片剛剛破碎時，儀器所顯示的壓力即為該咀嚼片的硬度。

1.7.3 片重差異的測定

根據文獻[15]，按照《中國藥典》2015版規定的片劑重量差異法進行重量測定。

1.7.4 脆碎度的測定

取20片咀嚼片，精密稱重后放入片劑四用測定儀中，按100 r/min處理后取出精密稱重，計算減失質量與樣品原質量比值[16]。

1.8 感官評價產品品質指標

感官評定方法[17]采用百分制評分法：選取10名身體狀況良好、沒有任何感官問題的食品科學與工程類專業學生組成評定小組，對紅樹莓咀嚼片的外觀、色澤、風味、口感、質地5個指標進行感官評價，按百分制進行評分，感官評價標準見表2。

表2 樹莓咀嚼片感官評分表

1.9 數據處理

試驗重復3次后，數據以“平均值±標準差”報告。采用Origin 2019繪圖軟件作圖，使用Design-Expert 12軟件進行響應面試驗設計和統計分析。

2 結果與分析

2.1 填充劑的選擇結果

由表3可知，填充劑對片劑質量的影響明顯。以麥芽糊精、微晶纖維、乳糖為填充劑且為1∶2∶2時，粉末的休止角最小，流動性良好，符合片劑制備要求。

表3 粉體休止角的選擇結果

2.2 單因素試驗結果

2.2.1 壓片機旋轉速度對綜合評分的影響

根據圖1可以看出，隨著壓片機的旋轉速度逐漸加快，綜合評分呈現出先升高后降低的趨勢，轉速在15～20 r/min時，綜合評分增值幅度較大，可能是旋轉速度的加快有利于產品的成型。轉速在20～25 r/min時，旋轉速度太快導致壓片時片劑表面的細粉被沖頭和沖模黏附，使產品的外觀受損，所以綜合評分減小。壓片機的轉速過慢也有可能會導致綜合評分下降，是因為物料不能夠得到充分的積壓和剪切，當旋轉機的速度為20 r/min時，綜合評分最佳為26分，這是由于物料在壓片機中停留時間適中，物料受到充分的擠壓和剪切力。因此選取壓片機速度15，20和25 r/min進行下一步試驗。

圖1 轉速對綜合評分的影響（n=3）

2.2.2 填充劑添加量對綜合評分的影響

由圖2可知，當填充劑（麥芽糊精、微晶纖維素、乳糖）添加量不斷增加時，綜合評分呈現逐漸上升的趨勢。填充劑不斷增加會使紅樹莓咀嚼片的硬度隨之增大，脆碎度會隨著硬度的增加而脆碎性較好，當填充劑添加量為35%時，硬度、脆碎度適中，綜合評分為29分。填充劑添加量大于35%時咀嚼片的硬度過硬，從而使咀嚼片的脆碎度下降。

圖2 填充劑添加量對綜合評分的影響（n=3）

2.2.3 潤濕劑添加量對綜合評分的影響

由圖3可知，潤濕劑的添加量從1 mL/100 g增加到1.5 mL/100 g時，綜合評分隨著潤濕劑添加量的增加而增加，是因為硬度會隨著潤濕劑添加量的增加而增加。當潤濕劑添加量為2 mL/100 g時，咀嚼片的硬度、脆碎度適中，綜合評分最高（30分）。當潤濕劑添加量大于2 mL/100 g時，質量差異增加，綜合評分下降。因此選取潤濕劑添加量1.5，2和2.5 mL/100 g進行下一步試驗。

圖3 潤濕劑添加量對綜合評分的影響（n=3）

2.3 響應面優化試驗結果分析

2.3.1 回歸方程的建立與方差分析

對回歸模型的設計數據進行擬合分析（表4），建立二次響應面回歸模型，得到綜合評分（Y）的二次多元回歸方程：Y=44.01-1.01A+4.18B+0.59C+3.31AB+0.065AC-0.17BC-16.89A2-8.17B2-3.30C2。

表4 咀嚼片響應面試驗結果

表4以及表5中回歸模型的方差分析結果顯示，回歸模型P＜0.01，說明方程模型極顯著，失擬項不顯著（P＞0.05），決定系數R2為0.917 5，顯示出該模型擬合性良好，能夠使用該模型對試驗進行分析預測。潤濕劑添加量（B）、平方項（A2、B2）的P值均小于0.05，說明這些因素對綜合評分有顯著影響，然而其他因素對其無顯著影響（P＞0.05）。由F值可以看出，各因素對綜合評分的影響大小表現為B＞A＞C，即潤濕劑添加量＞旋轉速度＞填充劑添加量。

表5 回歸模型方差分析

2.3.2 響應面及等高線圖分析

為了更好地可視化不同試驗因素變量對響應變量效應的相互作用，三維響應面和等高線圖顯示了兩個試驗變量對反應的影響。響應面坡度的陡峭程度決定了兩個因素之間的差異是否明顯[18-19]。等高線圖中，等高線形狀呈現橢圓形說明兩因素交互作用明顯，等高線呈現圓形則表示兩因素交互作用不明顯。可以看出，圖4（b）～圖6（b）的等高線圖表明其交互作用不顯著，這與表5分析結果一致。圖4（a）顯示了轉速和潤濕劑添加量對綜合評分的影響，可以看出，在20 r/min和2 mL時綜合評分最大。圖5（a）顯示了轉速和填充劑添加量對綜合評分的影響，可以看出，在20 r/min和35%時綜合評分最大。圖6（a）顯示了潤濕劑添加量和填充劑添加量對綜合評分的影響，可以看出，在2 mL和35%時綜合評分最大。

圖4 轉速和潤濕劑添加量對綜合評分影響的交互作用

圖6 潤濕劑添加量和填充劑添加量對綜合評分影響的交互作用

2.3.3 回歸模型驗證試驗

經過Design-Expert 12軟件自動分析得到紅樹莓咀嚼片的最佳制備工藝：旋轉速度19.98 r/min、潤濕劑添加量2.13 mL/100 g、填充劑添加量35.42%。為了便于試驗操作，將最佳制備工藝修正為旋轉速度20 r/min、潤濕劑添加量2 mL/100 g、填充劑添加量35%，對優化后的工藝進行驗證試驗，綜合評分為45.69分。制備的紅樹莓片劑經過質量指標測定硬度大于30 N，片重差異在±7.5%范圍內，失重率小于0.5%，符合質量標準。

2.4 感官評分結果分析

如圖7所示，綠色圖形的各頂點上的點表示10名感官評分者的各項評分均值，各項指標上的點表示（除綠色圖形頂點上的點）每個感官評分者對青海全果片作出的評分。青海全果紅樹莓咀嚼片的品質較好，但在五個評分指標相比之下，風味的分值最高，表明青海全果咀嚼片具有紅樹莓特有的香味，而質地和色澤的分值較低，可能是由個人喜好的偏差或果粉添加量的差異所造成。

圖7 樹莓咀嚼片感官評分

3 討論

Li等[20]、Shen等[21]、Ray等[22]在試驗過程中發現利用真空冷凍干燥法保留了原料香、色、味、外觀和功能性成分。因此選用真空冷凍干燥法干燥紅樹莓。咀嚼片中原料的用量會影響片劑中輔料的比例，而輔料的比例會影響片劑的各項指標[23]。所以，應將輔料的添加量控制在適宜的范圍內。從試驗結果可知，加入大量的填充劑會導致咀嚼片的硬度偏高；反之，咀嚼片會出現破裂、松動、碎裂和其他現象。在試驗過程中發現，添加麥芽糊精不足以使咀嚼片成型，這與張夢宇等[24]、馮愛博等[25]、劉維汐等[26]等試驗結果相似。當以2 mL/100 g的劑量加入95%的乙醇時，在這種條件下制得咀嚼片硬度適中，不易掉粉。低于2 mL/100 g時，易松片，高于2 mL/100 g，咀嚼片黏沖嚴重。較大的粉體顆粒會使咀嚼片難以壓縮，從而使制備的咀嚼片硬度低，片劑的耐用性減弱，與沖頭接觸的材料比表面積增加，出現黏合沖擊現象[27-28]，粉末顆粒尺寸太小，休止角太大，流動性差，難以形成咀嚼片。在此次試驗中，主、輔料通過0.150 mm篩，粉末粒徑適中，更容易壓縮，不易破碎。直接壓片法壓片過程中，模壁壓力隨著壓片速度的增加而增加，是因為壓實時模壁摩擦的增加往往會增加壓實過程中的模壁壓力，容易封蓋或粘附，導致質量差異增加，這與Uzondu等[29]的研究結果一致。此次研究以客觀綜合評分作為評價指標，與桑葚火龍果復合咀嚼片[30]、金橘咀嚼片[31]和蘆筍獼猴桃超微粉咀嚼片[32]一致。未來研究可以考慮研究相對濕度如何影響樹莓粉末混合物和片劑。

4 結論

此研究以響應面法優化了紅樹莓咀嚼片的制備工藝，得到的最佳工藝條件為旋轉速度20 r/min、潤濕劑添加量2 mL/100 g、填充劑添加量35%；制備的紅樹莓片劑經過質量指標測定硬度大于30 N，片重差異在±7.5%范圍內，失重率小于0.5%，符合質量標準。且經驗證性試驗得到紅樹莓咀嚼片最優綜合評分為46.59分。通過此研究，獲得了紅樹莓咀嚼片制備工藝，為發展青海紅樹莓資源提供了一種新的實踐理念和理論基礎。