星点设计-效应面试验优化复方竹茹植物固体饮料的处方

刘雅婷，李会耘，李明慧，冯露星，唐雨菲，陈卫卫

（广西中医药大学，南宁 530200）

竹茹（Bamboo shavings）又名青竹茹、淡竹茹等，是禾本科植物青秆竹茎秆的干燥中间层，具有清热化痰、除烦止呕的功效，是临床常用中药之一，也被卫生部批准为可用于保健食品的物品［1，2］。以药食同源的竹茹、陈皮、茯苓、白茅根、干姜为原料组成的复方竹茹植物固体凉茶，是在中医体质学说理论的指导下，遵循“分消湿浊，清泄伏火”的法则［3］配制而成，对湿热质人群具有湿热分消、理气健脾、胃气调和的功效［4］。

研究拟在前期试验确定的最佳水提工艺的基础上，将液体饮料与颗粒形式结合，开发固体饮料［5］，即复方竹茹植物固体饮料。以稀释剂配比（甘露醇∶糊精）、稀释剂用量（干膏粉∶稀释剂）为考察因素，以颗粒成型率、水分、休止角等为评价指标，通过单因素试验和星点设计-效应面试验确定最佳成型工艺参数，并采用湿法制粒法制得复方竹茹植物固体凉茶，以满足成型需要。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

竹茹、陈皮、茯苓、白茅根、干姜购自广西仙茱中药科技有限公司、南宁生源中药饮片有限责任公司及湖南药圣堂中药科技有限公司，经广西中医药大学宁小清高级试验师鉴定，分别为禾本科植物青秆竹（Bambusa tuldoidesMunro）茎秆的干燥中间层、芸香科植物橘（Citrus reticulataBlanco）及其栽培变种的干燥成熟果皮、多孔菌科真菌茯苓［Poria cocos（Schw.）Wolf］的干燥菌核、禾本科植物白茅［Impera⁃ta cylindrica Beauv.var.major（Nees）C.E.Hubb.］的 干燥根茎、姜科植物姜（Zingiber officinaleRosc.）的干燥根茎。可溶性淀粉，安徽山河药用稀释剂股份有限公司；糊精，中粮生化能源（公主岭）有限公司；微晶纤维素，山东光大科技发展有限公司；甘露醇，青岛明月海藻集团有限公司；乳糖，镇江市康富生物工程有限公司；95%乙醇，成都市科龙化工试剂厂。

1.2 仪器与设备

BS224S电子天平，北京赛多利斯系统仪器有限公司；HH-S4数显恒温水浴锅，金坛市医疗仪器厂；GZX-9420MBE电热恒温鼓风干燥箱，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；TYPE WBZ-10智能化静态微波真空干燥机，贵阳新奇微波工业有限责任公司；万能打粉机，上海菲力博实业有限公司。

1.3 方法

1.3.1 复方竹茹植物固体饮料制备工艺流程 竹茹、陈皮、茯苓、白茅根、干姜→浸提→过滤→浓缩成清膏→干燥成干膏→打粉→添加稀释剂→制软材→制粒→干燥→整粒→成品。

1.3.2 评价指标及测定方法

1）颗粒成型率。按2015年版《中国药典》四部通则0982“粒度和粒度分布测定法”项下“双筛分法”测定。能通过一号筛但不能通过五号筛的颗粒为合格颗粒。

颗粒成型率=（合格颗粒重量/颗粒总重量）×100%。

2）含水量。按2015年版《中国药典》四部通则0832“水分测定法”项下“烘干法”进行测定。《食品安全国家标准 饮料》（GB7101-2015）［6］规定，固体饮料的含水量不应超过5%。

含水量=（干燥前重量-干燥后重量）/干燥前重量×100%。

3）休止角。采用固定漏斗法［7］，将3只大小一致的漏斗串联并固定于水平放置的坐标纸上1 cm高度处，将颗粒沿最上方漏斗壁倒入，直至颗粒在坐标纸上形成的圆锥体尖端接触漏斗口，由坐标纸测得圆锥底部直径（2R），计算休止角α，重复3次，求出平均值。

休止角tgα=H/R

式中，R为圆锥体半径，cm；H为锥体高度，cm，（本试验H为1 cm）。

4）溶化性。按2015年版《中国药典》四部通则0104“颗粒剂”项下“溶化性”方法进行测定。取颗粒10 g，加热水200 mL，搅拌5 min，立即观察，颗粒应全部溶化或轻微浑浊。

1.3.3 感官评价 参考GB/T 29605-2013［8］中的感官评价标准，对复方竹茹植物固体饮料的口感、气味、组织状态、冲调性和色泽进行全面评价。

1）性状。颗粒应色泽一致，大小均匀，硬度适中，无异物和焦屑。

2）临界相对湿度（CRH）。取干颗粒2 g，精密称定，置已标记并恒定质量的扁形称量瓶中，将称量瓶（打开瓶盖）分别置于相对湿度为30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%7种环境中，于25℃下放置24 h，取出称量瓶，盖上瓶盖，迅速精密称定，每种环境中平行测定3份，计算吸湿率。以相对湿度为横坐标、吸湿率为纵坐标作图，曲线两端的切线交点对应的横坐标即为CRH。

1.3.4 单因素试验

1）稀释剂种类。按干膏粉-稀释剂（1∶1）的比例称取干膏粉、稀释剂（可溶性淀粉、糊精、乳糖、微晶纤维素、甘露醇），均匀混合，75%乙醇作润湿剂制软材，12目筛制粒，65℃干燥，整粒，考察稀释剂种类对制粒情况、溶化性、颗粒成型率、水分及休止角的影响。

2）稀释剂用量。采用1）中筛选的最优稀释剂，固定稀释剂配比1∶1，75%乙醇作润湿剂制软材，12目筛制粒，65℃干燥，整粒，考察稀释剂用量（干膏粉∶稀释剂，2∶1、1.5∶1、1∶1、1∶1.5、1∶2）对制粒情况、溶化性、颗粒成型率、水分及休止角的影响。

3）稀释剂配比。采用1）中筛选的最优稀释剂，固定稀释剂用量（干膏粉∶稀释剂=1∶1），75%乙醇作润湿剂制软材，12目筛制粒，65℃干燥，整粒，考察稀释剂配比（4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4）对制粒情况、溶化性、颗粒成型率、水分及休止角的影响。

4）润湿剂体积分数。采用1）中筛选的最优稀释剂，固定稀释剂用量（干膏粉∶稀释剂=1∶1）、稀释剂配比 1∶1，分别以体积分数为 55%、65%、75%、85%、95%的乙醇作润湿剂制软材，12目筛制粒，65℃干燥，整粒，考察润湿剂体积分数对制粒情况、溶化性、颗粒成型率、水分及休止角的影响。

1.3.5 星点设计-效应面法 参考相关文献［9，10］并结合单因素试验结果，选择稀释剂配比（X1）和稀释剂用量（X2）作为影响因素，以颗粒成型率、水分、休止角的总评“归一值（Overall desirability，OD）”为评价指标，通过星点设计-效应面法进行设计，优化复方竹茹植物固体饮料的成型工艺，因素与水平见表1。根据复方竹茹植物固体饮料的最佳工艺制备3批中试产品，并进行感官评价和相关质量检查。

表1 试验因素与水平设计

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 稀释剂种类的确定 由表2可知，乳糖作为稀释剂时，软材发黏，颗粒成型率低；微晶纤维素作为稀释剂时，软材松散，颗粒难溶；其他3种稀释剂制粒情况良好且各项指标相差不大，因此将可溶性淀粉、糊精、甘露醇3种稀释剂两两组合作进一步考察。

表2 稀释剂种类考察结果

固定干膏粉-稀释剂比为1∶1，取可溶性淀粉+甘露醇（1∶1）、可溶性淀粉+糊精（1∶1）、甘露醇+糊精（1∶1）稀释剂分别与干膏粉均匀混合后制粒，以制粒情况、溶化性、颗粒成型率、水分、休止角为主要评价指标，筛选最优稀释剂组合，结果如表3所示。可溶性淀粉+甘露醇、可溶性淀粉+糊精作为稀释剂制得的颗粒均难以溶解，故选用甘露醇与糊精作为该保健茶的混合稀释剂。

表3 稀释剂组合考察结果

表4 稀释剂用量考察结果

2.1.2 稀释剂用量的确定 由表4可知，干膏粉与稀释剂的比例为2∶1时，软材发黏，制粒较困难。随着稀释剂用量的增多，颗粒成型率先增大后减小，水分逐渐增大，休止角先减小后增大，溶化性一直在合格范围内。综合考虑，选择干膏粉与稀释剂的比例在2∶1～1∶2作为考察范围。

2.1.3 稀释剂配比的确定 如表5所示，随着糊精比例的增大，颗粒成型率先增大后减小，水分及休止角均先减小后增大，溶化性一直在合格范围内。综合考虑，选择甘露醇+糊精配比在4∶1～1∶4作为考察范围。

2.1.4 润湿剂体积分数的确定 干膏粉易吸湿，吸湿后黏性增加，因此不需要加入黏合剂制粒，乙醇作为润湿剂诱发黏性即可满足工艺要求［11］。如表6所示，乙醇体积分数在75%以下及95%以上，软材均发黏，制粒困难；与85%乙醇相比，75%乙醇作为润湿剂时，颗粒成型率更高，休止角更低，颗粒全部溶解，故选择75%乙醇作为润湿剂。

2.2 星点设计-效应面法试验结果

2.2.1 试验设计与结果 应用Design-Expert 8.0.6软件进行2因素5水平设计试验，以颗粒成型率（d1）、水分（d2）、休止角（d3）的OD值为评价指标，总评OD值计算公式为OD＝（d1×d2×d3）1/3。对取值越小越好的因素和取值越大越好的因素采用Has⁃san［12］方法分别进行数学转换求“归一值”dmin和dmax，dmin=（Ymax-Yi）/（Ymax-Ymin），dmax=（Yi-Ymin）/（Ymax-Ymin）。星点试验设计与结果见表7。

表5 稀释剂配比考察结果

表7 星点试验设计与结果

2.2.2 模拟拟合与方差分析 应用Design-Expert 8.0.6进行数据分析，以OD值为指标对各因素进行多元线性回归，拟合方程为YOD=0.59+0.079X1+0.21X2（r=0.264 4，P＞0.05），表明OD值与各因素之间线性拟合度不佳，预测性较差，表明该模拟不合适，故采用多元二次项拟合分析。多元二次项拟合方程为由表8可知，失拟项P＞0.05，模型拟合检验P＜0.000 1，说明该方程拟合度好，模型具有极显著性差异，预测性高，各因素对总评OD值的影响程度依次为X2＞X1，其他因素除X1X2外，也均具有显著性差异（P＜0.05）。

表8 回归模型方差分析结果

2.2.3 效应面优化与预测 运用Design Expert 8.0.6软件，绘制总评OD值与稀释剂配比（X1）、稀释剂用量（X2）各因素交互的三维效应曲面和等高线（图1、图2）。在X1（4∶1～1∶4）、X2（2∶1～1∶2）范围内，通过Design Expert 8.0.6软件得到复方竹茹植物固体饮料成型工艺：稀释剂配比为2.26∶1，稀释剂用量为1.45∶1。综合考虑试验操作的可行性及实际生产的合理性，确定最佳成型工艺参数为稀释剂配比2.3∶1，稀释剂用量 1.5∶1，总评OD值为 0.832［13］。

图1 稀释剂配比（X1）和稀释剂用量（X2）对OD值的三维效应面

图2 稀释剂配比（X1）和稀释剂用量（X2）对OD值的等高线

2.2.4 验证试验 对以上获得的最佳成型工艺条件进行验证试验，重复3次，分别测定颗粒成型率、水分及休止角。由表9可知，平均总评OD值为0.772 6，与预测值（0.832）的偏差率为7.14%，表明基于响应曲面法所得的优化条件准确可靠。

表9 验证试验结果

2.3 感官评价与质量检查

根据复方竹茹植物固体饮料的最佳工艺制备3批中试产品，并进行感官评价和相关质量检查。

2.3.1 感官评价情况 产品呈黄褐色，色泽均一；质地均匀［14］，组织细腻［15］；冲调性好，溶液澄清；香气浓郁，无异味；口感甘甜、顺滑，具有竹茹、陈皮等特有的风味。

2.3.2 质量检查结果 颗粒色泽一致，大小均匀，硬度适中，无异物和焦屑；最大成型率达94.34%，不能通过一号筛与能通过五号筛的总和均未超过15%；含水量均不超过5%，符合《食品安全国家标准饮料》（GB 7101-2015）［6］中规定；休止角均小于30°，流动性好；溶化性：颗粒全部溶化，溶液澄明；CRH约为53%，符合GMP车间实际生产要求。

3 结论

中医体质学说是以中医理论为主导，研究人体各种体质特征及体质类型的生理、病理特点，并以此分析疾病的反应状态、病变的性质及发展趋向，从而指导疾病预防和治疗的一门学说［16-19］，对于保健品的研发具有科学指导作用［20］。该学说的提出者——国医大师王琦院士根据中医基本理论及临床体质调查，将人体体质分为9种基本中医体质类型，在全国范围进行了21 948例流行病学调查，结果证实了人群中确实存在9种体质类型，其中湿热质位列偏颇体质第二位［21］。

本研究在中医体质学说的指导下，以竹茹、陈皮、茯苓、白茅根、干姜5味食材为原料，在前期试验确定的最佳水提工艺的基础上，通过现代制剂技术，结合单因素试验和星点设计-效应面试验优化了固体凉茶的处方，获得了针对湿热质人群的特色保健茶饮——复方竹茹植物固体饮料，实现了液体饮料固体化。优化后的复方竹茹植物固体饮料的处方为稀释剂配比（甘露醇∶糊精=2.3∶1），稀释剂用量（干膏粉∶稀释剂=1.5∶1）。该条件下，颗粒成型率达94.30%，水分为1.44%，休止角为29.05°，制得的复方竹茹植物固体饮料色泽一致、口感顺滑、芳香甘甜、即冲即饮、安全高效，是湿热质人群日常保健饮用的适宜功能性固体饮料，符合中医体质学说通过辨识体质差异给予服务对象个性化调养的指导理念［22］，为健康维护和疾病预防提供了新途径［17］，也为复方竹茹植物固体饮料的工业化生产提供了依据。