苦碟子多糖口服液制备工艺

付荣荣，张娇娇，韦恃怡，张伟, ，徐慧*

1. 河北农业大学理工学院（沧州 061100）；2. 河北农业大学食品科技学院（保定 071001）

苦碟子为传统中药材，是菊科野苦荬属植物[1]，具有清热解毒、凉血止血、止痛消肿的功效[2]，常用于头痛、痢疾、胃炎、肠炎等疾病的治疗[1]。根据张文治[3]的研究，苦碟子除含有黄酮类、萜类化合物外，多糖、蛋白质、纤维等物质成分也颇为丰富。多糖作为植物的次级代谢产物，在中药材中含量较高，为中药材的主要药效学成分[4]。

天然多糖无毒副作用、安全性高、功能作用广泛[5]，根据朱娇娇等[6]、钟丽霞[7]、周容等[8]研究表明，多糖具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗炎症等功能作用，长期坚持食用可降低慢性疾病的发生率[9]。

木糖醇是一种天然、健康的甜味剂；因红枣具有独特香气，故使用其浆液掩盖干药材味道；柠檬酸不仅使口服液味道变好，还有抑菌作用；水浸提过程中苦碟子药材中的蛋白质部分被提取出来，久置可能会出现沉淀，海藻酸钠的加入，使口服液状态更稳定，口感更佳柔和。制得的苦碟子多糖口服液，酸甜可口，具有红枣香气，可被大众所接受，对人体保健具有重要意义。

1 材料与仪器

1.1 材料与试剂

苦碟子、红枣（黄骅农贸市场）；木糖醇、柠檬酸、海藻酸钠（河南万邦实业有限公司）。

NaOH、HCl、无水葡萄糖、浓硫酸、蒽酮等（分析纯，河北考力森生物科技有限公司）。

1.2 设备与仪器

DZKW-4型电子恒温水浴锅（北京中兴伟业仪器有限公司）；TG16-W型台式高速离心机（湖南湘仪实验室仪器开发有限公司）；XB-CP型食品级粉碎机（水康市哈瑞电器有限公司）；UV-1200型紫外分光光度计（上海美普达仪器有限公司）；SE602F型分析天平（奥豪仪器有限公司）；JRJ 300-SH型数显均质机（广州罡然机电设备有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 部分操作要点

1.3.2.1 原料预处理

苦碟子粉末的制备：苦碟子干药材→粉碎→过筛（120目）→苦碟子干粉。

红枣浆的制备：红枣→清洗→蒸制→冷却→去皮去核→加纯净水（料液比1∶6 g/mL）→打浆→过滤除渣→红枣浆。

1.3.2.2 浸提

称取适量苦碟子干粉，按一定液料比值置于烧杯中，调节pH，将烧杯放入一定温度的恒温水浴锅，并不断搅拌。浸泡一定时间后取出，依次分装至离心管，以10 000 r/min离心20 min，所得上清液即为苦碟子水浸提液。

1.3.2.3 矫味与稳定性改良

1.3.2.2 小节所得水浸提液略带苦味，具有苦碟子明显风味。为符合消费者需求，以100 g苦碟子多糖水浸提液为基液，向其中添加适量木糖醇、柠檬酸、红枣浆及海藻酸钠得到苦碟子多糖口服液。对各因素添加量进行正交优化，得到苦碟子多糖口服液最佳配方。

1.3.2.4 灌装、杀菌

选择专用棕色口服液瓶对苦碟子多糖口服液进行灌装，于121 ℃高压蒸汽灭菌20 min，密封，得成品。

1.3.3 多糖含量测定

参照陈云[10]所用的硫酸-蒽酮法测定多糖含量。

1.3.3.1 葡萄糖标准曲线制作[10]

取7支带有管塞的比色皿（含空白对照组），分别取0.1 mg/mL葡萄糖标液0.2，0.3，0.4，0.5，0.6和0.7 mL，用蒸馏水补至2 mL。分别在各管加入4 mL硫酸-蒽酮溶液，摇匀后沸水浴10 min，冷却至室温。用蒸馏水作为空白对照，于620 nm紫外波长下平行重复试验3次，取A620nm平均值。以标准葡萄糖溶液质量浓度（mg/mL）为横坐标，吸光度（A）为纵坐标进行回归分析，得标准曲线方程Y=9.46X+0.250 5，方程的拟合度R2=0.987 4。

1.3.3.2 多糖提取率

用移液管取水提液1 mL，依1.3.3.1方法测定A620nm，代入1.3.3.1小节中标准曲线方程得其多糖质量浓度，并根据式（1）计算多糖提取率。

式中：样液多糖质量浓度，mg/mL；水浸提液体积，mL；原料干质量，g；总糖含量，经测定其数值为12.5%。

1.3.4 苦碟子多糖水浸提工艺

1.3.4.1 单因素试验

根据预试验，初步确定试验水浸提工艺的浸提温度65 ℃，液料比值25 mL/g，浸提pH 7，浸提时间120 min。以预试验为基础，选取浸提温度45，55，65，75和85 ℃这5个水平，选取液料比值15，20，25，30和35 mL/g这5个水平，选取浸提pH 5，6，7，8和9这5个水平，选取浸提时间60，90，120，150和180 min 5个水平。以多糖提取率为指标，确定各因素较优水平。

1.3.4.2 响应面优化

以浸提温度、液料比值、浸提pH、浸提时间为自变量，多糖提取率为因变量，在单因素试验结果的基础上，进行Box-Behnken中心组合设计响应面曲面试验。

1.3.5 苦碟子多糖口服液配方试验

1.3.5.1 口服液感官评分标准

选取10名专业感官品评人员，对改良后的口服液进行感官评价。参照田洋等[11]等品评标准（略有修改），对产品的组织状态、色泽、滋味与香气、口感等逐一进行评价，口服液感官品质评价标准见表1。

表1 苦碟子口服液感官品质评价标准

1.3.5.2 应用模糊数学原理建立苦碟子多糖口服液感官评价系统

根据口服液感官评价标准内容，试验设定2个评论域[12]：感官质量指标集U={组织状态（U1），色泽（U2），香气与滋味（U3），口感（U4）}；感官质量评语集V={优（V1），良（V2），中（V3），差（V4）}；参考傅丽等[13]，采用用户调查法，得到口服液各指标权重为A={组织状态，色泽，滋味与香气，口感}={0.20，0.10，0.40，0.30}。在计算得分时，V1=100分，V2=80分，V3=60分，V4=40分。各指标权重集得权重域矩阵A=（a1,a2, …,an），其中A的因素是U中的一个模糊子集，A与U相互对应，模糊评判矩阵即参加模糊综合评判的各因素根据相应隶属度所组成的评判结果矩阵R。在评价集中引入的模糊子集Y可根据权重域矩阵A与模糊评判矩阵R模糊变换得到，即感官综合得分表示为Y=A×R，其中Y为感官综合评定结果。

1.3.5.3 口服液配方单因素试验

经预试验，通过模糊数学法结合感官评价初步确定木糖醇、柠檬酸、红枣浆、海藻酸钠4个单因素的添加量分别为4%，0.16%，12%和0.04%。以预试验为基础，对各单因素进行5水平试验，木糖醇添加量选取2%，3%，4%，5%和6%这5个水平，柠檬酸添加量选取0.12%，0.14%，0.16%，0.18%和0.20%这5个水平，红枣浆添加量选取6%，8%，10%，12%和14%这5个水平，海藻酸钠添加量选取0.12%，0.14%，0.16%，0.18%和0.20%这5个水平，参考表1评分标准，结合模糊数学法对口服液进行感官评价，确定各因素的较优添加量。

1.3.5.4 口服液配方正交试验

以单因素试验结果为基准，进行正交试验设计，得到苦碟子多糖口服液的最佳制备配方。

2 结果与分析

2.1 苦碟子多糖水浸提工艺

2.1.1 浸提温度

由图1所示，在45～65 ℃，温度升高使多糖分子向外迁移速率增大，多糖溶出量增大，提取率升高。水浸提多糖过程中，比多糖分子量更大的粗纤维及蛋白质等物质随着温度的进一步升高也可能从原料向溶液中迁移，蛋白质分子由于水分结合及高温作用，空间结构发生肿胀，可能与部分多糖发生交联反应，或与多糖分子发生物理缠绕，在离心过程中最终随蛋白质离心沉降而被去除；部分多糖分子可能也会因粗纤维影响而被离心除去，导致上清液中多糖含量降低。因此，65 ℃时，多糖提取率有最大值。初步确定浸提温度较优的3个水平为55，65和75 ℃。

图1 浸提温度对多糖提取率的影响

2.1.2 液料比值

由图2可知，液料比值为15 mL/g时，物料吸水膨胀，水量减少，由于水溶解能力有限，溶液中多糖接近饱和，进而向溶液迁移速度减慢，多糖提取率较低。随着液料比值增大，物料与溶液浓度差逐渐增大，传质作用增强，多糖分子向溶液迁移，多糖提取率升高，液料比值为25 mL/g时有最大值。随着液料比值进一步增大，传质作用趋于平稳，但由于浸提过程中蛋白质、粗纤维等物质也随水分子向外迁移，导致多糖可能因蛋白质和粗纤维的影响离心沉降而被去除，导致溶液中多糖含量减小，多糖提取率降低。因此，初步确定液料比值较优3个水平为20，25和30 mL/g。

图2 液料比值对多糖提取率的影响

2.1.3 浸提pH

多糖具有两性特征[10]，其等电点偏酸性，溶剂pH较低时，由于接近多糖等电点，多糖向外迁移速率较低；随着溶液pH增大，溶液偏离等电点程度增大，多糖溶解性增强，多糖提取率随之增加，如图3所示，在pH 7有最大值；随着pH进一步增大，多糖分子自身所带酸性基团可能与OH-发生中和，导致多糖带电基团数量减少，多糖含量降低，导致多糖提取率降低。因此，初步确定浸提pH的较优3个水平为pH 6，7和8。

图3 浸提pH对多糖提取率的影响

2.1.4 浸提时间

在固定条件下，苦碟子粉与水相接触时间越长，其多糖分子与水接触程度越高，随着固体颗粒吸水膨胀，多糖分子从孔隙向外游离，时间越长，迁移量越多，有利于多糖在溶液中积累，多糖提取率随之增大。随着时间延长，持续迁移导致溶液中多糖浓度增大，苦碟子粉颗粒与水溶液中浓度差减小，传质作用降低，多糖分子迁移速率减弱，溶液中多糖含量上升幅度减缓。但由于浸提过程中蛋白质、粗纤维等物质的溶出，导致多糖受其影响离心沉降而被去除，导致溶液中多糖含量减小，多糖提取率降低。如图4所示，提取时间为150 min时，多糖提取率有最大值。因此，初步确定提取时间较优3个水平为120，150和180 min。

2.2 水浸提工艺优化

根据水浸提工艺单因素试验所选取的较优水平，利用Design-Expert 8.0.6.1软件，以浸提温度（A）、液料比值（B）、浸提pH（C）、浸提时间（D）为自变量，以多糖提取率（Y）为响应值，编码出如表2所示因素水平表，建立29个试验方案（其中24个析因试验，5个中心试验）[14]，试验结果见表3。

图4 浸提时间对多糖提取率的影响

表2 苦碟子多糖水浸提工艺响应面设计因素水平表

表3 苦碟子多糖口服液制备工艺响应面试验结果

2.2.1 建立回归方程

使用Design-Expert 8.0.6.1对表2试验结果进行数据分析[15]，得到如表4所示结果。

根据表3所示方差分析结果得水浸提液中多糖提取率（Y）回归方程为：Y=32.32-3.93A-0.41B-2.65C-1.95D-1.48AB-0.43AC+0.28AD-2.46BC-10.611BD-1.36CD-11.40A2-8.04B2-7.61C2-6.86D2。

由表4所示响应面方差分析结果可知，p＜0.000 1，说明模型拟合程度好，达到极显著水平。R2=0.931 2，表明试验模型相关性较好；R2adj=0.862 4，表明模型可解释86.24%响应值变化，可用于口服液多糖提取率的计算与分析，此试验方法可行。通过p值和F值可以判断出，单因素对多糖提取率的影响顺序为：浸提温度（A）＞浸提pH（C）＞浸提时间（D）＞液料比值（B）[16]。

表4 苦碟子多糖口服液水浸提工艺响应面试验方差分析

2.2.2 各因素交互作用对水浸提液中多糖提取率的影响

为了试验结果更可靠，进行响应曲面分析。响应曲面图可直观反映各因素与响应值间的关系以及两两因素交互作用是否显著，与回归模型的方差分析相吻合[17]。

以影响多糖提取率的任意两因素为对象，剩余两因素水平值为零，进行降维分析[18]，得到如图5所示6个开口均朝下响应面图。曲面图越陡峭，说明因素值变化对多糖提取率影响越大。分析图5所有曲面可知，液料比值和提取温度（图5e）之间存在交互作用，其他因素交互作用不显著，与表4方差分析结果一致。由图5e可知，随着液料比值与浸提温度的逐渐增大，多糖提取率逐渐增大，多糖提取率增大到极值后，随着各因素值的增大略微呈现减小趋势，故模型有稳定点，此点即为多糖提取率最大值。

2.2.3 制备工艺优化与模型验证

经过软件Design Expert 8.0.6.1分析后得出苦碟子多糖水浸提工艺最佳条件为：浸提温度63.14 ℃、液料比值26.06 mL/g、浸提pH 6.82、浸提时间141.26 min。考虑实际工作条件，调整工艺条件为：浸提温度63.2 ℃、液料比值26.1 mL/g、浸提pH 6.82、浸提时间142 min。在此条件下测得多糖提取率为36.165%±0.45%，与预测值相差较小。

2.3 苦碟子多糖口服液配方单因素试验

参考王瑜等[19]，通过模糊数学综合评价添加不同木糖醇时所得产品得到结果。

进而得到苦碟子多糖口服液感官综合评分为Y2%=（0.2, 0.36, 0.34, 0.1）×（100, 80, 60, 40）=73.2，同理得Y3%=73.8，Y4%=87.8，Y5%=81.6，Y6%=76.8。

参照木糖醇添加量评判方法评判柠檬酸添加量、红枣浆添加量、海藻酸钠添加量，分别计算出柠檬酸添加量：Y0.12%=74.4，Y0.14%=79.0，Y0.16%=88.8，Y0.18%=75.8，Y0.2%=66.4。红枣浆添加量：Y4%=81.0，Y6%=82.2，Y8%=88.8，Y10%=87.4，Y12%=85.0。海藻酸钠添加量：Y0%=80.4，Y0.02%=84.6，Y0.04%=87.4，Y0.06%=89.6，Y0.08%=84.0。

由4个单因素结果得出趋势图。初步确定木糖醇、柠檬酸、红枣浆和海藻酸钠的较优添加量分别为4%，0.16%，8%和0.06%。

2.4 模糊数学法结合正交试验设计及结果

在各因素较优3个水平上进行正交试验（四因素三水平），因素水平表见表5，与单因素试验评判方法类似，正交试验设计及评价结果见表6。

运用极差方法处理比对，由表6可以看出，4个因素对苦碟子多糖浓缩口服液混合结果的影响顺序为A＞C＞B＞D。通过感官评分，A2B2C2D3组合效果最佳，即木糖醇添加量4%，柠檬酸添加量0.16%，红枣浆添加量10%，海藻酸钠添加量0.06%。由于组合A2B2C2D3未被设计到试验组中，经验证后其感官评分为85.5±1.2分，此时所得苦碟子多糖口服液入口酸甜适中，具有红枣香气，口感适中，可被大众所接受。

图6 单因素感官评分趋势图

表5 改良口服液四因素三水平表 %

表6 正交试验设计及结果

3 结论

经研究表明，浸提温度、液料比值、浸提pH和浸提时间均对苦碟子多糖口服液中多糖提取率有不同程度影响。通过Box-Behnken设计分析，得到苦碟子多糖口服液最佳水浸提工艺为：浸提温度63.2 ℃、液料比值26.1 mL/g、浸提pH 6.82、浸提时间142 min。在此条件下测得多糖提取率为36.16%±0.45%。

通过模糊数学法结合正交试验确定苦碟子多糖口服液最佳配方为：木糖醇添加量4%、柠檬酸添加量0.16%、红枣浆添加量10%、海藻酸钠添加量0.06%。此条件下制备的苦碟子多糖口服液酸甜可口，口感适中，具有红枣香气，大众接受程度较高，对人体具有保健意义。