响应面法优化食叶草饲料添加剂处方与工艺

岳 莉

（威海海洋职业学院，山东荣成 264300）

食叶草是一种多年生草本植物，在我国广泛种植，亩产量高，是一种常用的饲用植物。食叶草富含较高的微量元素和抑菌成分，如高蛋白、维生素、氨基酸等，这些成分可提高人体与动物机体的免疫力，是一种用于治疗疾病的天然药物，药食同源（柏绿山和杨秀丽，2018；刘白玉等，2022）。为了更好地开发食叶草的应用价值，开发食叶草饲料添加剂能更好地发挥食叶草的药用价值（叶绍朋等，2021）。

本研究采用单因素试验与星点设计-响应面法优化研究食叶草饲料添加剂的制备处方与工艺，在单因素试验基础上，筛选出影响食叶草饲料添加剂的关键处方用量与工艺条件，以星点设计-响应面法优化出最佳的食叶草饲料添加剂的处方用量与工艺条件（陈卫卫等，2022；冯旭俊等，2021）。

1 设备和材料

气流粉碎机，意大利Tecnologia Meccanica；湿法混合制粒机、摇摆制粒机、KZ-80整粒机、热风循环烘箱，中南制药机械厂；粉体颗粒流动性分析仪，宁波瑞柯伟业仪器有限公司；HJ-4恒温磁力搅拌器，金坛市天竟实验仪器厂；恒温恒湿箱，上海佳语科学仪器有限公司。

食叶草粉，宁夏香草生物技术有限公司；乳糖，德国美剂乐公司；糊精，曲阜市药用辅料有限公司。

2 方法

2.1 食叶草饲料添加剂制备过程采用气流粉碎机粉碎食叶草粉得到D90为80～150 μm的食叶草粉，将食叶草粉与糊精、乳糖加入湿法混合制粒机中进行干粉混合，加入润湿剂后混合，制成“握之成团，按之即散”的软材状态，压制湿颗粒，烘干后得到食叶草饲料添加剂颗粒。

2.2 筛选载体用量在前期试验的基础上确定选用糊精、乳糖作为食叶草饲料添加剂的载体，从吸湿性角度考虑，糊精的吸湿性较强，乳糖具有较好的口感和溶化性，通过对颗粒口感和吸湿性研究，初步确定载体淀乳糖在处方中的用量为60%、70%、80%。

2.3 筛选润湿剂浓度固定食叶草粉、糊精与淀粉的用量，加入润湿剂乙醇制备颗粒，研究乙醇浓度对食叶草饲料添加剂颗粒状态的影响。随着乙醇浓度的增大，颗粒较松散，成品中细粉较多。为满足软材“握之成团、按之即散”的要求，在成品颗粒明显的基础上初步确定乙醇浓度为65%、75%、85%。

2.4 筛选湿混时间在湿法混合制粒工艺中，湿混时间是关键工艺参数，混合时间直接影响软材状态，进而影响成品颗粒的成型性。混合时间长，软材发黏，制备的颗粒较结实，混合时间短，达不到软材要求，制备的颗粒细小。综合考虑，初步确定湿混时间为3、4、5 min。

2.5 食叶草饲料添加剂评价指标

2.5.1 休止角（流动性） 采用粉体颗粒流动性分析仪测定食叶草饲料添加剂颗粒的休止角（θ），颗粒流动性与休止角大小有关。调节分析仪处于水平状态，将一定重量的添加剂颗粒倒入流动性分析仪漏斗中，转动搅拌装置，颗粒自由下落，测量形成的圆锥状堆积体的高度（h）和直径（d），按式（1）计算休止角θ值，重复测定3次，计算平均值。

2.5.2 卡尔系数 测定食叶草饲料添加剂颗粒的松密度，取一支已干燥的250 mL量筒，点击清零，取一定量的食叶草饲料添加剂颗粒，倒入量筒中，待量筒填满后抹平瓶口处，读取质量W1数值，输入体积“250”后读取松密度数值，平行测定3次，取平均值，得到食叶草饲料添加剂颗粒松密度ρ1，单位为g/cm3。

测定食叶草饲料添加剂颗粒的振实密度，取一支已干燥的50 mL量筒，操作同上，读出质量W2，振动装有样品的量筒300 s，读取量筒内样品的体积H，输入质量，读取振实密度，平行测定3次，取平均值，得到食叶草饲料添加剂颗粒振实密度ρ2，单位为g/cm3。

根据公式（2）计算食叶草饲料添加剂颗粒的卡尔系数

2.5.3 吸湿性 取一干燥的带盖称量瓶，精密称定质量m1，取一定量食叶草饲料添加剂颗粒均匀平铺于该称量瓶中，精密称定盛有样品的带盖称量瓶质量m2，将盛有样品的称量瓶敞口放置于恒温恒湿箱（设定温度25±2℃，湿度80%±5%）中48 h，取出，盖上瓶盖，精密称定盛有样品的称量瓶质量m3，根据公式（3）计算颗粒吸湿性（唐勇琛等，2022）。

2.5.4 溶化性 取一个250 mL烧杯，加入10 g食叶草饲料添加剂颗粒，再加入200 mL热水，放置于磁力搅拌器上搅拌，至全部颗粒溶解时记录溶化过程所需时间。

2.5.5 综合评价 本试验以休止角（Y1）、卡尔系数（Y2）、吸湿性（Y3）和溶化性（Y4）作为评价指标，根据前期试验与单因素研究，采用权重法对评价指标进行综合评分（饶海等，2022；许晓莉等，2022），确定各评价指标的权重系数依次为0.25、0.25、0.25、0.25。因此，综合评价Y值的计算公式如（4），

2.6 响应面优化设计

2.6.1 响应面法试验设计与结果 在前期试验及单因素筛选基础上，采用星点设计-响应面法对食叶草饲料添加剂颗粒进行处方与工艺的优化设计，见表1。以载体乳糖量（A）、润湿剂浓度（B）、湿混时间（C）为自变量，以休止角（Y1）、卡尔系数（Y2）、吸湿性（Y3）和溶化性（Y4）为评价指标得到的综合评价Y值进行模型拟合，见表2。

表1 响应面法因素水平设计表

表2 响应面法试验设计方案与结果

2.6.2 方差分析 由表3可知，载体乳糖量、润湿剂浓度、湿混时间对响应面的综合评价影响显著。建立的食叶草饲料添加剂颗粒的模型显著性强，失拟项＞0.05，不显著，说明建立的模型可用于食叶草饲料添加剂颗粒的处方工艺优化。

表3 模型方差分析表

2.6.3 优化预测 在食叶草饲料添加剂模型预测基础上，建立载体乳糖量（A）、润湿剂浓度（B）、湿混时间（C）对综合评价Y值的3D响应面图与等高线图，从图中可以得出，食叶草饲料添加剂的最优处方工艺为载体乳糖量70%，润湿剂乙醇的浓度为75%，湿混时间为5 min。

2.7 3批放大验证试验通过星点设计-响应面法优化的食叶草饲料添加剂，确定了最优的处方与工艺，得到模型的预测综合评价得分为1.684。采用优化后的处方与工艺进行验证试验，得到3批验证试验结果的综合评价得分分别为1.687、1.691、1.678，试验结果与模型预测试验结果的偏差为0.18%、0.42%、-0.36%，说明通过星点设计响应面法优化的食叶草饲料添加剂处方稳定、工艺可行。

3 结论

图1 载体乳糖量与湿混时间对综合评价Y值的3D响应面图（左）和等高线图（右）

本试验在单因素试验基础上确定载体乳糖量、润湿剂浓度、湿混时间为食叶草饲料添加剂颗粒制备的关键处方工艺参数，采用星点设计-响应面法对关键处方工艺进行优化，确定制备食叶草饲料添加剂的处方工艺为载体乳糖量为70%，润湿剂乙醇浓度为75%，湿混时间为5 min，优化后制备的3批食叶草饲料添加剂颗粒的休止角小，流动性好，吸湿性小，卡尔系数小，溶化速度快，3批验证试验综合评价Y值与建立的模型预测值接近，因此，通过星点设计响应面法优化的食叶草饲料添加剂颗粒的处方工艺稳定，可用于工业化生产。