星点设计响应面法优化西洋参饲料添加剂处方与工艺研究

岳 莉

（威海海洋职业学院，山东荣成 264300）

吴首蓉等（2022）报道，我国西洋参种植区主要为东北三省、陕西汉中、山东威海和北京怀柔，威海产区西洋参枝型粗短、具有独特的环形纹理、参气浑厚浓郁，产品符合《中华人民共和国药典》（2020年版）中对西洋参的质量要求（胡静和侯丽娟，2022）。

随着抗生素等药物添加剂逐步被限用和禁用，中草药饲料添加剂毒副作用小、不易在产品中残留，且具有多种营养成分和生物活性物质，兼具营养和防治疾病的双重作用（池永宽等，2020；张杰，2019）。目前，中草药饲料添加剂大都以原料药粉碎搅拌后制成，原料药配制用量大，药效低，不利于规模化生产推广（臧青民，2021；方希修等，2015）。

田盈盈等（2022）报道，在龙凤土鸡基础日粮饲料中添加0.2%～0.4%投料参可改善饲料转化率，促进畜禽生长发育，提高免疫力。西洋参含有皂苷、糖及挥发油等生物活性成分，具有增强免疫力、调节新陈代谢的功效（薛禹宸等，2021；张勇，2017）。试验以西洋参为主要成分，选取收获时参农弃掉的具有药用价值，无商用价值的幼小西洋参进行研究。在单因素试验基础上，通过星点设计-响应面法进行优化，获得西洋参饲料添加剂颗粒处方工艺，以期为配制出具有高效、科学、可工业化大生产的中草药饲料添加剂提供理论依据。

1 试药与仪器

1.1 材料与试剂 四年生西洋参药材，产自山东省威海市荣成市大疃镇；乳糖，德国美剂乐集团；玉米淀粉，辽宁东源药业有限公司。

1.2 仪器与设备 高效湿法混合制粒机，中南制药机械厂；卤素水分测定仪，奥豪斯仪器（上海）有限公司；高速万能粉碎机，上海书培实验设备有限公司；电热恒温鼓风干燥箱，上海新苗医疗器械制造有限公司。

2 试验方法

2.1 西洋参粉末前处理工艺流程 西洋参→秋季采挖→清洗→晒干或低温干燥→粉碎→过筛→筛选出不同粒径的西洋参粉末→置阴凉干燥处，密闭保存，备用。

2.2 西洋参饲料添加剂的制备工艺流程 将乳糖和玉米淀粉加入到高效湿法混合制粒机中进行混合，加入西洋参粉末后再次混合，加入润湿剂后混合制备西洋参饲料添加剂颗粒，对制备的颗粒进行干燥，得到西洋参饲料添加剂干燥颗粒。

2.3 综合评价 结合颗粒剂的质量检查要求，对西洋参饲料添加剂颗粒的性状、口感、粒径、溶化性4个指标进行综合评价，具体评价标准与评价得分情况见下表。

表1 综合评价标准

2.4 西洋参饲料添加剂优化单因素试验

2.4.1 西洋参粒径的研究 粉碎已清洗干燥的西洋参，取D90（样品累计粒度分布数达到90%时所对应的粒径）为 50、75、125、180μm 的西洋参粉末，制备颗粒。D90为50μm的西洋参粉末在混合过程中出现贴壁现象，造成主成分损失、主药与载体混合不均匀的问题。为促进西洋参主成分在机体内吸收，提高生物利用度，选择D90在75～180μm的西洋参粉末用于制备西洋参饲料添加剂颗粒。

2.4.2 载体乳糖和玉米淀粉质量比 研究载体乳糖具矫味功能，流动性好，随着乳糖用量的增加，溶化速度越快，且口感效果增加。从颗粒的口感、乳糖与玉米淀粉的成本综合考量，选择其质量比为 8：2、7：3、6：4进一步研究。

2.4.3 润湿剂（水）的用量研究 固定西洋参粉末、载体乳糖、玉米淀粉的用量，以水为润湿剂，研究润湿剂用量对制备西洋参饲料添加剂颗粒粒径的影响。随着润湿剂水用量的增加，软材变黏，制备的颗粒粒径越大。为保证颗粒圆整、均匀，符合颗粒粒径要求，暂定润湿剂水的用量为14%～18%。

2.4.4 湿混搅拌时间的研究 湿混搅拌时间对颗粒状态有一定影响，湿混时，随着搅拌时间延长，润湿剂与西洋参粉末、乳糖、玉米淀粉充分混合，湿混时间延长，促进了润湿剂与主药、载体的接触，触发了载体黏性，从而使制备的颗粒逐渐增大，颗粒明显。因此，选择湿混时间为2、3、4 min进一步研究。

2.5 响应面法优化试验设计

2.5.1 响应面法的试验设计 通过单因素试验筛选出处方用量与关键工艺参数，以星点设计-响应面法优化设计。试验以载体乳糖和玉米淀粉的质量比（X1）、润湿剂用量（X2）、湿混搅拌时间（X3）3个因素为自变量，以综合评分（Y）为因变量，采用Design-Expert.V 8.0.6 软件以三因素三水平设计组合试验，进行响应面试验设计和数据分析。

表2 Box-Behnken试验因素水平

2.5.2 西洋参饲料添加剂响应面设计的试验结果

表3 Box-Behnken试验设计方案与综合评价得分结果

2.5.3 回归模型的建立与方差分析结果 用Design-Expert软件拟合得到编码回归方程为：

Y=36.79X1+121.35X2+73.23X3-1.10X1X2+2.40X1X3-0.13X2X3-5.22X12-3.72X22-10.15 X32-1057.42（R2=0.9908）；

模型P值＜0.0001，显著性良好，表明此模型可靠，失拟项P为0.3318＞0.05，说明模型与实际试验能很好地拟合，显著性高。X1项、X2项、X3项、X1X3项、X12项、X22项、X32项均为极显著（P＜0.01），3个因素对西洋参饲料添加剂颗粒的综合评价影响顺序：润湿剂的用量＜湿混搅拌时间＜载体乳糖与玉米淀粉的质量比。

表4 回归模型显著性结果

2.5.4 响应面分析 利用Design-Expert 8.0.6软件对试验结果绘制响应面及等高线图，直观反映综合评价得分（Y）与载体乳糖和玉米淀粉的质量比（X1）、润湿剂用量（X2）、湿混搅拌时间（X3）三个因素之间的交互作用及对响应值的影响。

响应面图中，坡度的陡峭程度反映各因素间的交互效应显著性，曲面坡度越陡峭，因素间的显著性越大；曲面坡度越平缓，因素间的显著性越小。等高线图中，形状呈椭圆形，表示这两个因素间交互作用强；性状呈圆形，表示这两个因素间交互作用弱（王娅玲等，2020）。

由图1可知，载体乳糖和玉米淀粉的质量比（X1）与润湿剂用量（X2）、载体乳糖和玉米淀粉的质量比（X1）与湿混搅拌时间（X3）的交互作用显著性。

图1 西洋参饲料添加剂制备工艺流程图

图2 响应面图与等高线图

2.5.5 响应面优化结果验证 星点设计-响应面法优化的西洋参饲料添加剂颗粒最优处方与工艺：载体乳糖与玉米淀粉的质量比为11：4，润湿剂的用量为16%，湿混搅拌时间为4 min，预测的综合评价得分为92.8。在此条件下进行三批验证试验，评价得分为 93.0、92.9、92.9，与预测值的偏差为0.11%～0.22%。

3 结论

本试验以西洋参为原材料，湿法制粒法制备西洋参饲料添加剂颗粒，在单因素试验的基础上，采用星点设计响应面法对关键的处方与工艺进行优化，得到最优的处方与工艺参数为：载体乳糖与玉米淀粉的质量比为11：4，润湿剂的用量为16%，湿混搅拌时间为4 min，三批验证试验结果与预测值无显著性差异，由此可见，星点设计响应面法可用于优化西洋参饲料添加剂颗粒处方工艺，且有优化后的处方工艺稳定，可用于大生产。