混料设计在元麦咀嚼片配方研究中的应用

宋居易,陈 惠,魏亚凤,刘 建,王永强,郝德荣

(江苏沿江地区农业科学研究所,江苏 如皋 226541)

混料设计在元麦咀嚼片配方研究中的应用

宋居易,陈 惠,魏亚凤,刘 建*,王永强,郝德荣

(江苏沿江地区农业科学研究所,江苏 如皋 226541)

为了优化元麦咀嚼片配方,采用混料设计研究了不同配方对咀嚼片感官质量的影响,建立了各组分与产品感官质量之间的回归模型,考察了它们之间的互作效应。最终优化的配方为:元麦粉52.10%、麦芽糊精15.00%、木糖醇19.50%、乳酸钙9.00%、甘露醇3.30%、维生素C 0.10%。按优化配方制成的元麦咀嚼片表面光滑,色泽均匀,口感良好。

混料设计;元麦;咀嚼片;配方;优化

元麦即裸大麦,又名青稞,系禾本科(Gramineae)大麦属(Hordeum)谷类植物[1-3]。元麦具有较好的营养品质和保健功能[4-6],尤其含有大量的β-葡聚糖,而β-葡聚糖具有降胆固醇和降血糖功能[7]。由于高血压、心脏病和糖尿病现均已发展成为威胁人类健康的常见病,因此,人们对元麦食品的需求量逐年增加。

咀嚼片是一个具有发展前景的药物剂型,目前已得到各国新药研究机构的广泛关注,发展十分迅速。咀嚼片具有携带、食用方便等多方面的优势,但是元麦咀嚼片的研究尚未见报道。本研究以元麦为原料,选择优质麦芽糊精、木糖醇、甘露醇等功能性辅料[8-11],采用软件Design-Expert 8.0.6中的混料(mixture)设计,优选出了品质较好的元麦咀嚼片配方,可为元麦的工业化应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 材料与试剂 原料为由实验室制作的元麦粉(以苏裸麦2号为原料)。麦芽糊精、木糖醇、乳酸钙、甘露醇、维生素C均为食品添加剂;乙醇为食用级。

1.1.2 仪器与设备 QE-100高速粉碎机(浙江屹立工贸有限公司产品)、YK-60型颗粒机(由上海天峰制药设备有限公司生产)、HGl01—1A型电热鼓风干燥箱(南京实验仪器厂产品)、TDP-6T单冲压片机(由上海天峰制药设备有限公司生产)。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程 咀嚼片的生产工艺流程为：配料→制软材→制湿粒→干燥→整粒→压片→包装。具体而言：按照配料比例预先将各种辅料和元麦粉经过粉碎机粉碎,过177 μm筛;在配料中缓慢加入10～20 mL/100 g的50%乙醇作为润湿剂,制成软材;将制好的软材过500 μm筛，制成湿颗粒；将湿粒置于80 ℃鼓风干燥箱中干燥2 h,过420 μm筛,加入维生素C、硬脂酸镁,混合均匀,在压片机中压片；放在紫外线下照射30 min进行灭菌,完成后进行包装,即得成品。

1.2.2 评价方法 采用九点标度法[12-14],请3位品尝员分别对每一感官指标进行评分,评分标准见表1。

表1 元麦咀嚼片感官指标评分标准

在加权评分中,以滋味、质地和可接受程度为主指标(权重系数分别设为0.3、0.2、0.2),以可嚼性和外观为辅指标(权重系数均设为0.15),按公式(1)对感官指标进行加权综合评分。综合评分公式[15]如下:

(1)

式(1)中:aij、bij、cij为第i项的第j个指标;s1、s2、s3为样品标准差;w1、w2、w3为权重系数。

1.2.3 实验设计 本实验借助实验设计软件DesignExpert,采用混料(mixture)设计中的D-Optional方法,对以元麦粉为主要成分的咀嚼片配方进行优化。本实验选用元麦粉、麦芽糊精、木糖醇、乳酸钙、甘露醇、维生素C为配方中的成分,实验设计如表2所示。

表2 元麦咀嚼片混料设计及各处理的感官分值

2 结果与分析

2.1 模型建立

表2列出了以元麦粉为主要成分的咀嚼片的感官评定结果及其预测值。利用上述软件,对响应值感官分值的实验值Y进行二次多项回归拟合,建立感官分值的回归模型,回归模型如下:

Y=-49.61091×A-144.57072×B-39.80844×C-46.55496×D-606.25687×E+(6.44056E+005)×F+399.11706×A×B+198.38980×A×C+248.24093×A×D+751.90558×A×E-(6.51481E+005)×A×F+72.43009×B×C-31.91384×B×D+789.19798×B×E-(6.55393E+005)×B×F-51.33204×C×D+868.25305×C×E-(6.48221E+005)×C×F+585.54284×D×E-(6.21831E+005)×D×F-(6.81500E+005)×E×F

表3 感官分值的二次多项回归模型方差分析结果

2.2 配方中各成分变化对咀嚼片感官指标的影响

混料设计可以根据各组分的三元等值线图直观地观察各组分的变化对产品感官指标的影响。本研究的咀嚼片配方中共有6种成分,固定其中的3种成分,可以比较其他3种成分的交互作用对感官指标的影响。图1是当乳酸钙、甘露醇、维生素C在固定水平时,元麦粉、麦芽糊精和木糖醇的交互作用对产品感官质量的影响。当木糖醇为10%时,元麦粉在较低水平下,随着元麦粉含量的增加,产品的感官分值有较大幅度的增加,但当元麦粉含量增加到一定值后,随着其进一步增加,产品感官分值呈下降趋势；麦芽糊精和木糖醇也有类似趋势,从3D图上可以看出,产品的感官分值有极大值。

图1 元麦粉、麦芽糊精和木糖醇的交互作用对产品感官质量的影响

2.3 咀嚼片配方优化

用软件的最优化功能设定各组分的变化范围,然后设定所期望的响应值(见表4),软件运行后,从随机组合开始进行最陡爬坡预测,直到目标响应值；同时给出了达到或接近目标响应值的2个组合,并提供了预测值(表5)。从表5可以看出,配方最优组合为元麦粉52.10%、麦芽糊精15.00%、木糖醇19.50%、乳酸钙9.00%、甘露醇3.30%、维生素C 0.10%。

按照上述优化后的配方制成元麦咀嚼片,感官评定结果为(9.70±0.02)分,与预测值9.90分基本一致。

3 结论与讨论

本研究所需优化的配方因素较多,若采用单因素试验和正交试验均不能在同一时间对配方进行全面地筛选,会导致信息遗漏[16-17]。因此,本试验采用D-最优混料设计来优化元麦咀嚼片的配方，避免这种多因素间的相互交叉干扰现象,此种设计方法具有试验次数少、信息量全面、可多因素同步优化等优点[18-20]。本研究按照优化出的配方制作的元麦咀嚼片产品在外观、食用品质等方面均较好。

表4 实验变量和响应值的目标范围

表5 各成分最佳组合及预测结果

采用混料设计试验方案,以咀嚼片感官评分为指标,通过各指标回归模型的建立和各组分间交互作用的分析,最后结合软件的优化功能和生产实际,得出元麦咀嚼片最佳配方:元麦全粉质量分数52.10%、麦芽糊精质量分数15.00%、木糖醇质量分数19.50%、乳酸钙质量分数9.00%、甘露醇质量分数3.30%、维生素C质量分数0.10%。验证试验感官评分的实测值与预测值的偏差仅为0.20,相差很小,说明优选的元麦粉咀嚼片配方是科学、可靠的。

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(责任编辑:黄荣华)

Application of Mixture Design in Study of Formulation of Naked Barley Chewable Tablet

SONG Ju-yi, CHEN Hui, WEI Ya-feng, LIU Jian*, WANG Yong-qiang, HAO De-rong

(Institute of Agricultural Sciences in Riverside Region of Jiangsu, Rugao 226541, China)

In order to optimize the formulation of naked barley chewable tablet, we used mixture design to study the effects of different ingredients on the sensory quality of naked barley chewable tablet, established the regression model describing the relationship between various ingredients and sensory quality of naked barley chewable tablet, and investigated the interactions among them. The optimal formulation of naked barley chewable tablet was obtained as follows: naked barley flour 52.10%, maltodextrin 15.00%, xylitol 19.50%, calcium lactate 9.00%, manitol 3.30%, and vitamin C 0.10%. The manufactured naked barley chewable tablet based on the above optimized formulation possessed smooth surface, uniform color and lustre, and good taste.

Mixture design; Naked barley; Chewable tablet; Formulation; Optimization

2017-03-01

江苏沿江地区农业科学研究所青年科技基金项目“元麦咀嚼片的生产工艺研究”(G162808);江苏省农业科技自主创新 资金项目“元麦品质优化及主食类制品加工关键技术研究”[CX(14)2123]。

宋居易(1989─),女,安徽淮南人,研究实习员,硕士,主要从事食品加工及贮藏研究。*通讯作者:刘建。

S512.3

A

1001-8581(2017)07-0090-04