星点设计－响应面法优选余甘子保健饮料制备工艺*

裴河欢，李 琦，孙 朋，凌光锋，宁成裕，张美凤

（1. 广西壮族自治区钦州市中医医院，广西 钦州 535000； 2. 广西壮族自治区桂林市食品药品检验所，广西 桂林 541012；3. 广西中医药大学药学院，广西 南宁 530200； 4. 广西壮族自治区钦州市第一人民医院，广西 钦州 535000）

余甘子为大戟科植物余甘子Phyllanthus emblica L.的干燥成熟果实，收载于2015 年版《中国药典（一部）》［1］，作为一味传统民族药，也收载于《广西壮族自治区壮药质量标准（第一卷）》［2］，更是卫生部公布的药食两用品种。其壮药品名为芒音，异名牛甘子、油甘子等，原植物主要分布于福建、广东、广西等地，在广西主要分布于钦州、贵港、玉林等地，具有清热凉血、消食健胃、生津止咳功效［1－3］。现代药理学研究表明，余甘子果实中酚酸类成分能减轻自由基对机体的损伤，具有抗氧化、缓解疲劳的作用［4－7］。前期研究发现，广西壮族自治区玉林市容县的余甘子中酚酸类成分含量较高、质量较好［8－9］。本研究中选用该产地的余甘子作为主要原料，研制出一种风味口感改善、可缓解疲劳的余甘子保健饮料，并采用星点设计－响应面法优选其制备工艺。现报道如下。

1 仪器与试药

1.1 仪器

TX2202L 型电子天平（日本岛津公司，精度为0.01 g）；Simplicity 超纯水系统（德国默克密理博公司）；DK－98－Ⅱ型电热恒温水浴锅（天津市泰斯特仪器有限公司）。

1.2 试药

余甘子药材产自广西壮族自治区玉林市容县，饱满、质实、无虫霉，经广西中医药大学药学院郭敏副教授鉴定为正品；白砂糖（食品级，广西东亚扶南精糖有限公司）；无水柠檬酸（食品级，浙江绿之源食品生物科技有限公司）。

2 方法与结果

2.1 星点试验设计

研究发现，料液比和甜味剂用量是饮料制备的主要影响因素［10］。在文献［11－12］和前期试验基础上，在药液中加入白砂糖作为甜味剂、柠檬酸作为酸度调节剂。以加水量（因素X1）、白砂糖量（因素X2）、柠檬酸量（因素X3）为主要影响因素，每个因素5 个水平（见表1）。以饮料的组织状态、甜度、口感、气味和色泽为评价指标进行综合评分。综合评分（Y，满分100 分）＝组织状态评分（20 分）＋甜度评分（20 分）＋口感评分（20 分）＋气味评分（20 分）＋色泽评分（20 分），评分要求见表2。按照星点设计［13－14］三因素表安排试验。

表1 因素水平表Tab.1 Factors and levels

表2 评分要求Tab.2 Scoring requirements

2.2 药液制备

将挑选的药材用超纯水洗净，干燥，去核，粉碎成直径为0.5 ～0.8 cm 的粗颗粒，充分混匀，粉碎，过4 号筛，混匀，各取粉末10 g，按表1 的试验设计方案，分15 个水平试验，加入相应量的水，煎煮2 次，每次1 h，合并煎液，过滤，将滤液浓缩至相对密度为0.90（60 ～80 ℃），放冷，备用。

2.3 结果与分析

试验结果见表3。将表3 中Y 这个指标用Hassan方法标准化为0 ～1 之间的归一值，以指标归一值求算几何平均数，得总评归一值（ OD）。对取值越小越好的因素和取值越大越好的因素采用Hassan 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）。这个指标的含量以取值越大越好的因素计算OD，OD ＝d1／k，k ＝1。结果见表3。采用Statistica 10.0 统计学软件处理数据，以OD 为指标进行多元线性回归拟合，Y（OD）＝－0.519 0 ＋0.012 5 X1＋0.035 0 X2＋1.946 7 X3，r ＝0.583 9，F（3，11）＝1.896 5，P ＝0.188 7 ＞0.05，查表F0.05（3，11）＝3.59，则未通过检验。用二项式Y ＝b0＋b1X1＋b2X2＋b3X3＋b4X12＋b5X22＋b6X32＋b7X1X2＋b8X1X3＋b9X2X3进 行 拟合，r ＝0.887 7，相关系数较高，线性回归方程为Y（OD）＝－4.367 2 ＋0.144 8X1＋0.163 8X2＋28.215 2X3－0.012 5X12－0.008 1X22－69.940 8X32＋0.010 4X1X2＋0.446 4 X1X3－0.363 4 X2X3，二次模型的方差分析结果见表4。以此方程作为分析及预测模型，未将模型进一步简化，固定3 个影响因素之一为中值，将中心点值代入OD 的二次回归模型方程得到新的OD 方程，以该OD 值为因变量，相对于另2 个自变量的效应面三维图见图1 至图3。

表3 星点试验设计与结果Tab.3 Central composite design and results

表4 二次模型方差分析结果Tab.4 The ANOVA results of the quadratic model

当加水量为中心点（X1＝14.00 倍）时，由图1 可见，随着白砂糖量和柠檬酸量的增加，OD 值呈现增加趋 势，最 优 OD 值 范 围 为0.7 ～0.8，即 加 白 砂 糖13.00% ～20.00%，加柠檬酸0.15% ～0.24%。

当白砂糖量为中心点（X2＝12.50%）时，由图2 可见，随着加水量和柠檬酸量的增加，OD 值呈现增加趋势，最优OD 值范围为0.6 ～0.7，即加水14.40 ～20.00倍，加柠檬酸0.21% ～0.27%。

图1 OD 对白砂糖量和柠檬酸量的因变量响应面图（加水量为14.00 倍）Fig.1 Response surface of OD to white granulated sugar and citric acid（14 times of water）

图2 OD 对加水量和柠檬酸量的因变量响应面图（白砂糖量为12.50%）Fig.2 Response surface of OD to white granulated sugar and citric acid（12.50% of white granulated sugar）

图3 OD 对加水量和白砂糖量的因变量响应面图（柠檬酸量为0.20%）Fig.3 Response surface of OD to white granulated sugar and citric acid（0.20% of citric acid）

当柠檬酸量为中心点（X3＝0.20%）时，由图3 可见，随着加水量和白砂糖量的增加，OD 值呈现增加趋势，最优OD 值范围为1.2 ～1.7，即加水17.50 ～20.00 倍，加白砂糖18.00% ～20.00%。

2.4 最佳工艺及验证试验

由响应面法数据优选出的最佳制备工艺为：取药材粉末，加18.00 倍量水，于65 ℃水浴中浸提2.5 h，过滤，放冷，加入白砂糖19.00%，溶解，再加入柠檬酸0.20%，搅匀，滤过，即得。经过3 次验证试验，以饮料的组织状态、甜度、口感、气味和色泽为评价指标进行综合评分（Y），OD 实际测得平均值为0.920 1，与理论预测值0.929 0 的偏差为－0.96%，表明该模型预测性良好。

3 讨论

星点设计－响应面法是根据所建立的数学模型，运用统计分析软件描绘出评价指标对考察的主要影响因素的响应面，在响应面上选择较佳的响应区，对评价指标用Hassan 方法标准化为0 ～1 间的归一值进行综合评价，从而推算出自变量取值范围，即最佳试验条件的优化法。该方法具有试验次数少、精密度高、预测性好的优点［15］。同时，根据《食品安全国家标准 保健食品》（GB 16740－2014）、《食品安全国家标准 饮料》（GB 7101－2015）和《感官分析 食品感官质量控制导则》（GB／T 29605－2013）的规定，选择以饮料的组织状态、甜度、口感、气味和色泽为星点设计的评价指标进行综合评分，将主观评分与数学模型有机结合，减少了主观评价对分析结果的偏离和影响，使感官分析评价更具科学性。本研究结果显示，OD 的实际测得值与理论预测值偏差较小，说明所建立的数学模型可用于预测余甘子保健饮料的质量评价。

余甘子酸甜微涩，回味甘甜，其果实中含有大量结构复杂的酚酸类成分，主要有没食子酸、鞣花酸、没食子儿茶素、柯里拉京、诃子联苯酸、表儿茶素等［8－9，16］，其中表儿茶素是引起果实涩感的主要酚酸类化合物［17］。根据《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》（GB 2760－2014）的规定，白砂糖作为甜味剂可赋予饮料甜味，而柠檬酸作为酸度调节剂，可适当改变饮料的酸碱度。按优选出的最佳工艺加入18.00 倍量水、白砂糖19.00%和柠檬酸0.20%，制备出的余甘子保健饮料透亮均匀，在保留特有余甘味的同时，口感酸甜适中而柔和，涩感降低。

综上所述，本制备工艺方法简便、预测性好、科学可行，可作为余甘子保健饮料的制备工艺。