沙棘粉咀嚼片的配方优化及其品质分析

刘 俭，蔡永国，周汤琳，马 静，连雅丽，杨永兴，杨海燕,3,

（1.新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆乌鲁木齐 830052；2.新疆慧华沙棘生物科技有限公司，新疆阿勒泰 836200；3.新疆沙棘产业技术创新战略联盟，新疆阿勒泰 836200）

沙棘（Hippophe rhamnoidsL.）为胡颓子科沙棘属灌木，又名醋柳、黑刺等，广泛分布于欧亚的温带地区[1]。我国沙棘资源丰富，总面积达3000万亩，占世界沙棘总面积的95%[2]，且以肋果沙棘和中国沙棘亚种分布居多[3]。沙棘果实富含多糖、蛋白质、维生素、黄酮类化合物、不饱和脂肪酸及微量元素等[4]，极具营养保健价值，是人类补充营养的首选水果之一[5]。用真空冷冻干燥技术制备的沙棘果粉极大限度地保留了沙棘果实的活性成分[6]，以其作为原料开发的沙棘产品附加值高，发展前景十分广阔。

咀嚼片作为片剂的一种，具有工艺简单、节能省时和携带方便等优点，含有活性成分的咀嚼片尤其受到大众的欢迎[7]。近些年来，各类片剂产品被相继报道，它们不仅营养丰富而且具有一定的保健功能。如：杨海燕等[8]以杏皮渣膳食纤维、木糖醇和微晶纤维素等研制的杏皮渣膳食纤维片，是一种高纤维、低热量的膳食产品。许牡丹等[9]制作的猕猴桃营养咀嚼片，具有一定的保健功能，老少皆宜且其附加值高。周剑忠等[10]采用混料试验设计的一款葛根全粉咀嚼片，具有低糖、低热量的特点，市场开发前景良好。但是目前关于添加沙棘粉的咀嚼片在文献中鲜被报道。为了充分开发利用沙棘资源，本研究以沙棘果粉、红枣粉为原料，添加压片辅料研制沙棘粉咀嚼片，通过D-最优混料设计、单因素实验和Box-Behnken响应面试验结合多指标评分法优化沙棘粉咀嚼片的配方，并对其感官指标、营养成分和总抗氧化能力进行分析，以期为沙棘粉咀嚼片的工业化生产提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

沙棘（冻干）果粉（纯度100%） 新疆慧华沙棘生物科技有限公司；红枣粉（宅福艺） 亳州宝丰生物科技有限公司；硬脂酸镁、微晶纤维素、乳糖、木糖醇 均为市售食品级；T-AOC试剂盒（生产批号20181025） 南京建成生物工程研究所；其他试剂均为国产分析纯。

AL204电子天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；JY5002电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司；DHG-9140A电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；SX2-4-10箱式电阻炉 上海新苗医疗器械制造有限公司；KDN-04A定氮仪、KDN-20C消化炉 上海晞瑞仪器仪表有限公司；SZF-06A脂肪测定仪 浙江托普仪器有限公司；UV-1200紫外可见分光光度计 上海美谱达仪器有限公司；DHKW-S-4电热恒温水浴锅、FW-100高速万能粉粹机 北京市永光明医疗仪器有限公司；MTV-100多管漩涡混合仪 杭州奥盛仪器有限公司；KQ-250DE数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；DP-25单冲压片机 上海天凡药机制造厂；TA.XT plus质构仪 英国SMS公司。

1.2 实验方法

1.2.1 沙棘粉咀嚼片的制备 根据大量的预实验及相关文献[11]，设定配方的主要原料：沙棘果粉、红枣粉、木糖醇、硬脂酸镁、微晶纤维素、乳糖。准确称取一定量原辅料，进行粉碎混匀过80目筛，立即压片成型。压力和物料的厚度固定，压片模具采用直径为10 mm的圆形模具。

1.2.2 D-最优混料设计优化沙棘果粉复配比例 使用Design-Expert 10.0.3软件中Optimal （custom）设计即D-最优混料设计对沙棘果粉复配比例进行优化[12]，考察沙棘果粉、红枣粉和木糖醇的添加量对沙棘复配果粉风味感官评分Y的影响。D-混料设计试验因素与水平见表1。

表1 D-最优混料设计试验因素与水平Table 1 Factors and levels of experimental D-optimal mixture design

1.2.3 沙棘复配果粉的感官评定 从香气、滋味两个方面对沙棘复配果粉进行感官评定，评分参考标准见表2[13]。

表2 沙棘复配果粉感官评分标准Table 2 Sensory evaluation criteria of mixed seabuckthorn fruit powder

1.2.4 压片辅料配方的优化

1.2.4.1 单因素实验 以沙棘粉咀嚼片的片重差异、硬度和脆性为片剂的质量评价指标，通过单因素实验分别探究硬脂酸镁添加量（0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%）、微晶纤维素添加量（10%、15%、20%、25%、30%）和乳糖添加量（10%、15%、20%、25%、30%）对沙棘粉咀嚼片片重差异、硬度和脆性的影响。（考察单因素时，其他指标以中间值为固定的参数条件）。

1.2.4.2 响应面优化试验 选取硬脂酸镁、微晶纤维素和乳糖的添加量一共3个因素，在单因素实验的基础上，按照Box-Behnken试验设计原理进行响应面试验，得到沙棘粉咀嚼片优化的压片辅料配方参数。响应面试验的因素与水平见表3。

表3 响应面试验的因素与水平Table 3 Factors and levels of response surface experiments

1.2.5 片重差异的测定 挑选完好的样品20片，称重求平均值，再分别称每片质量，将其与平均质量相比较。其中，样品平均片重0.3 g以下重量差异限度为±7.5%，样品平均片重0.3 g及0.3 g以上重量差异限度为±5.0%[14]。注意超出质量差异限度的不得多于2片，并不得有1片超出限度1倍。

1.2.6 硬度和脆性的测定 在室温下，用质构仪测定沙棘粉咀嚼片的硬度和脆性，设置测试参数如下，选择压缩模式；测试探头P/5；测前速度1.00 mm/s；测中速度0.50 mm/s；测后速度10.00 mm/s；应变90%；触发力5.0 g，参数指标包括：硬度（Hardness）和脆性（Brittleness）[15]。每组样品平行测定7次，去最小值和最大值后取平均值。

1.2.7 多指标综合评分法 以片重差异（a）、硬度（b）和脆性（c）3个指标的综合评分（Q）为响应面试验优化指标。其中沙棘粉咀嚼片若为片重大于0.3 g的大片，脆性应小于2%，a和c越小越好；为了便于咀嚼和口感更好，硬度应控制在70～120 N间，且b越大越好[16]。根据指标控制要求及其对成型性的贡献进行无量纲化综合评分，多指标综合评分法具体内容见表4[17]。综合评分为各指标值之和，即Q=a+b+c。

表4 多指标综合评分法Table 4 Multi-index evaluation method

1.2.8 品质分析方法

1.2.8.1 感官评定 挑选10人（男女比例1:1）组成感官评定小组，评定人员严格遵守感官评价规范，按照评定标准评定完一个样品后，用纯净水漱口，每隔5 min评定一个样品。感官评定标准见表5。

表5 沙棘粉咀嚼片感官评定标准Table 5 Sensory evaluation criteria of seabuckthorn powder chewable tablets

1.2.8.2 营养成分的测定 水分的测定：GB 5009.3-2016直接干燥法[18]；灰分的测定：GB 5009.4-2016食品中总灰分的测定[19]；蛋白质的测定：GB 5009.5-2016凯氏定氮法[20]；脂肪的测定：GB 5009.6-2016索氏抽提法[21]；抗环血酸的测定：GB 5009.86-2016 2,6-二氯靛酚滴定法[22]；黄酮的测定：参照DB13/T385-1998《食品中总黄酮（芦丁）的测定》[23]和SHARIF[24]的方法进行测定。

1.2.8.3 总抗氧化能力的测定 将样品研磨粉粹后，准确称取2.00 g粉末，用料液比（m/v）=1:16的蒸馏水浸泡30 min，然后超声波室温提取2次，每次提取30 min，在4000 r/min下离心5 min，合并两次的上清液转入100 mL棕色容量瓶中，用蒸馏水定容[25]。随即稀释配制质量浓度分别为4、8、12、16、20 mg/mL的样品溶液。采用T-AOC试剂盒（货号A015）对其进行总抗氧化能力测定，具体操作方法参照使用说明书，测定结果以U/mL计。

1.3 数据分析

每个实验重复3次，运用SPSS 21.0软件选用邓肯氏（Duncan）进行单因素方差分析（ANOVA）（P＜0.05）。作图采用Origin 8.5软件，使用Design-Expert 10.0.3软件进行Optimal （custom）和Box-Behnken试验设计。

2 结果与分析

2.1 沙棘复配果粉比例的确定

运用Design-Expert 10.0.3软件对表6试验结果进行Cubic分析，得到拟合沙棘复配果粉感官评分（Y）的特殊四次分析模型如下：

表6 D-optimal混料试验设计方案与结果Table 6 D-optimal mixture experiment design and results

对该回归模型及其系数进行显著性检验，结果见表7。

表7 D-optimal试验结果回归方差分析Table 7 Analysis of variance(ANOVA) for the results of Doptimal design model

由表7可知，模型P＜0.01，极显著，可较好地描述各因素与响应值之间的真实关系，可利用该特殊的四次模型优化沙棘复配果粉的配方。失拟项P＞0.05，不显著，说明残差均由随机误差引起。模型校正决定系数RAdj2=0.9717，说明模型拟合程度较好；模型的复相关系数为R2=0.9887，说明模型与实际拟合，适于本次试验预测[26]。其中线性混合对结果作用极显著（P＜0.01），交互项AB和AC、AC（A-C）和BC（B-C）对结果交互作用显著（P＜0.05）。

图1为3种配料的不同配比对沙棘复配果粉感官评分的影响作用图谱，其中3D响应面为曲面，说明沙棘果粉、红枣粉和木糖醇三者之间的风味具有一定的交互作用。通过软件的优化程序模块进行优化，结果如下：沙棘果粉、红枣粉和木糖醇的添加量分别为47.79%、35.72%和16.49%，模型预测感官评分为18.6分。在优化条件下进行3次重复实验，实际感官评分为18.5±0.2分，与预测值较为一致。此时的沙棘复配果粉香气浓郁宜人、酸甜可口，具有沙棘红枣特有的滋气味。

图1 感官评分的3D响应面及等高线图谱Fig.1 3D response surface figures and contour plots of sensory scoring

2.2 压片辅料配方的单因素实验

2.2.1 硬脂酸镁添加量的影响 在粉末直接压片工艺中，硬脂酸镁由于具有润滑、助流作用，常被作为片剂辅料[27]。从图2可以看出，随着硬脂酸镁添加量的增加，沙棘粉咀嚼片的片重差异先急剧减小（P＜0.05），后变化不显著（P＞0.05），在添加量为1.2%时的片重差异最小，这是因为硬脂酸镁使得粉体流动性提高，物料的填充更加稳定。当添加量在0.3%～1.5%时，硬脂酸镁对沙棘粉咀嚼片的硬度影响不显著（P＞0.05），沙棘粉咀嚼片的脆性缓慢减小。综上，选择硬脂酸镁添加量为1.2%时作为响应面试验的“0”水平。

图2 硬脂酸镁添加量对沙棘粉咀嚼片质量的影响Fig.2 Effect of magnesium stearate dosage on seabuckthorn powder chewable tablets quality

2.2.2 微晶纤维素添加量的影响 微晶纤维素是一种聚合度较小的结晶性纤维，结构为海绵状的多空管状，作为片剂辅料具有可压性好、结合力强、压成的片剂硬度较大和兼具粘合助流等优点[28]。由图3可知，随着微晶纤维素添加量的增加，沙棘粉咀嚼片的片重差异明显减小（P＜0.05），这与微晶纤维素提高物料的流动性有关；硬度显著增大（P＜0.05），这与邓楷等[29]的研究结果一致。当微晶纤维素的添加量在10%～20%时，沙棘粉咀嚼片的脆性不断减小，这是因为微晶纤维素属于塑性辅料，发生形变不易弹性复原；当添加量在20%～30%时，脆性不断增大，这与微晶纤维素较多，其吸湿性得到体现有关。综上，选择微晶纤维素添加量为20%时作为响应面试验的“0”水平。

图3 微晶纤维素添加量对沙棘粉咀嚼片质量的影响Fig.3 Effect of microcrystalline cellulose dosage on seabuckthorn powder chewable tablets quality

2.2.3 乳糖添加量的影响 从图4可以看出，随着乳糖添加量的增加，沙棘粉咀嚼片的片重差异和脆性皆减小，这是因为乳糖用于直接压片，具有性质稳定、不易吸湿和流动性好等优点[30]。当乳糖添加量在10%～30%时，沙棘粉咀嚼片的硬度先增大后减小，在添加量为25%时硬度达到最大，这是由于乳糖作为片剂填充剂和粘合剂时，可压性好，合适的乳糖添加量会使压成的片剂硬度较佳、光洁美观。综上，选择乳糖添加量为25%时作为响应面试验的“0”水平。

图4 乳糖添加量对沙棘粉咀嚼片质量的影响Fig.4 Effect of lactose dosage on seabuckthorn powder chewable tablets quality

2.3 压片辅料配方的响应面优化

压片辅料配方的Box-Behnken试验设计及结果，见表8。由表9可知，模型P＜0.01，极显著，可较好地描述各因素与响应值之间的真实关系，可以利用该模型确定沙棘粉咀嚼片的压片辅料配方。失拟项P＞0.05，不显著，说明残差均由随机误差引起。模型校正决定系数RAdj2=0.9988，说明模型拟合程度较好；模型的复相关系数为R2=0.9995，说明模型与实际拟合，适于本次试验预测。其中模拟一次项、模拟二次项以及交互项X1X2对结果作用极显著（P＜0.01），交互项X2X3对结果交互作用显著（P＜0.05）。

表8 Box-Behnken试验设计及结果Table 8 Experimental design and results of Box-Behnken

表9 Box-Behnken试验结果二次回归方差分析Table 9 Analysis of variance (ANOVA) for the results of Box-Behnken design quadratic model

通过软件的优化程序模块进行优化，结果如下：硬脂酸镁添加量1.339%、微晶纤维素添加量22.976%、乳糖添加量26.649%，模型预测综合评分为30.6分。考虑实际操作的可行性，将添加量修正为：硬脂酸镁添加量1.3%、微晶纤维素添加量23.0%、乳糖添加量26.6%。采用上述优化的添加量进行3次重复实验，测得沙棘粉咀嚼片的平均片重差异、硬度和脆性分别为0.76%、89.4 N和1.20%，平均综合评分为30.4分，与预测值较为一致。

2.4 沙棘粉咀嚼片的感官指标

在上述最优的配方工艺下，制备而成的沙棘粉咀嚼片产品富有光泽，颜色呈黄褐色，均匀一致；形状呈圆形状，完整无缺损角，大小一致，表面光滑；紧密坚实，不松散，不粘连；沙棘红枣香气浓郁，沙棘红枣滋味纯正，入口酸甜，稍后出现酸味；硬度适中；无肉眼可见的杂质。

2.5 沙棘粉咀嚼片的营养成分

从表10可以看出，与市面上某沙棘咀嚼片相比，该款沙棘粉咀嚼片含有较高含量的粗蛋白、粗脂肪、维生素C和黄酮等营养成分，表明该款产品营养更加丰富，具有较高的生物活性。

表10 沙棘粉咀嚼片的主要营养成分Table 10 Major components of seabuckthorn powder chewable tablets

2.6 沙棘粉咀嚼片的总抗氧化能力

总抗氧化能力（T-AOC）的测定原理为样品中的抗氧化物质能使Fe3+还原成Fe2+，Fe2+可与菲啉类物质形成稳固的络合物，其抗氧化能力可以通过比色测定。在37 ℃时，每分钟每毫升样品溶液，使反应体系的吸光度每增加0.01时，为一个总抗氧化能力单位（U/mL）[31]。由图5可知，在4～20 mg/mL范围内，沙棘粉咀嚼片和某沙棘咀嚼片的总抗氧化能力皆是随着质量浓度的增加而升高，并且前者的总抗氧化能力高于后者，这与沙棘粉咀嚼片维生素C和黄酮等的生物活性成分含量高于某沙棘咀嚼片有关[32]。同时，可以看到20 mg/mL的沙棘粉咀嚼片和某沙棘咀嚼片的总抗氧化能力分别为21.21、16.20 U/mL，表明沙棘粉咀嚼片具有较强的总抗氧化能力。

图5 沙棘粉咀嚼片的总抗氧化能力Fig.5 Total antioxidant capacity of seabuckthorn powder chewable tablets

3 结论

本文以沙棘果粉、红枣粉为主要原料，添加甜味剂和压片辅料研制沙棘粉咀嚼片，通过D-最优混料设计、单因素实验和Box-Behnken响应面试验结合多指标评分法优化沙棘粉咀嚼片的配方，并对其感官指标、营养成分和总抗氧化能力进行分析。D-最优混料设计结果表明，沙棘复配果粉的最佳风味配方为沙棘果粉添加量47.79%、红枣粉添加量35.72%、木糖醇添加量16.49%，该配方下沙棘复配果粉的感官评分为18.5±0.2分；通过沙棘粉咀嚼片的辅料配方优化试验，得到辅料最佳配方为硬脂酸镁添加量1.3%、微晶纤维素添加量23.0%、乳糖添加量26.6%，产品的平均片重差异、硬度和脆性分别为0.76%、89.4 N和1.20%，平均综合评分为30.4分。感官指标、营养成分和总抗氧化能力分析结果表明，沙棘粉咀嚼片符合产品感官评定标准，营养丰富，生物活性成分含量较高，具有较强的总抗氧化能力。研究结果为沙棘压片糖果的工业化生产提供了配方和理论基础。