毛午晶，紀建軍，李文成，徐勝，陳逸炘，高鵬偉，秦雪梅，李震宇*

（1. 山西大學(xué) 中醫(yī)藥現(xiàn)代研究中心，山西 太原 030006；2. 廣盛原中醫(yī)藥有限公司，山西 大同 037300；3. 山西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山西 太原 030006）

0 引言

2019 年11 月中華人民共和國國家衛(wèi)生健康委員會與國家市場監(jiān)督總局發(fā)布《關(guān)于對黨參等9 種物質(zhì)開展按照傳統(tǒng)既是食品又是中藥材的物質(zhì)管理試點工作的通知》，文件中提到，根據(jù)《食品安全法》規(guī)定，經(jīng)安全性評估并廣泛公開征求意見，將對黃芪、黨參、肉蓯蓉、鐵皮石斛、西洋參、靈芝、山茱萸、天麻、杜仲葉等9 種物質(zhì)開展按照傳統(tǒng)既是食品又是中藥材的物質(zhì)生產(chǎn)經(jīng)營試點工作。

黃芪是豆科植物蒙古黃芪Astragalus membranaceus（Fisch.） Bge. var.mongholicus（Bge.）Hsiao 或 膜 莢 黃 芪Astragalus membranaceus（Fisch.）Bge. 的干燥根［1］。在《本草綱目》中被記載為“補藥之長”，《神農(nóng)本草經(jīng)》中列為上品，具有補氣升陽，固表止汗，利水消腫，生津養(yǎng)血等功效，用于氣虛乏力，氣虛水腫［2］。主要分布在山西北部恒山山脈以及周邊縣市的“恒山黃芪”是山西省道地藥材［3］，課題組前期藥效學(xué)實驗表明恒山黃芪可以顯著提高“氣虛”癥狀小鼠的運動耐力，進而延緩機體疲勞的產(chǎn)生［4］。

黨參是桔?？浦参稂h參Codonopsis pilosula（Franch.）Nannf.、素花黨參CodonopsispilosulaNannf.var.modesta（Nannf.）L.T.Shen 或川黨參Codonopsis tangshenOliv. 的干燥根［1］，有補中益氣、健脾益肺、生津、調(diào)節(jié)血糖、促進造血機能、降壓、抗缺氧、耐疲勞等多種作用［5］。味甘性平，健脾益肺，養(yǎng)血生津。用于脾肺氣虛，氣血不足，面色萎黃，心悸氣短?！奥狐h參”也是山西省道地藥材，研究表明潞黨參可明顯延長小鼠的負重游泳時間，有明顯的抗疲勞功效［6］。

黃芪乃補氣圣藥，黨參專于補益脾肺臟之氣，皆能補血，二者之補氣、補上似生血也。大棗補上補血乃化氣也，偏補其脾經(jīng)。三者盡屬脾、肺經(jīng)藥，協(xié)同奏效。

近年來發(fā)展起來的噴霧干燥是一種新型高效的干燥工藝，它的原理是在噴霧干燥室內(nèi)，通過噴霧干燥機中的霧化器首先將實驗所用的料液分散成細小霧滴，然后霧滴與干燥介質(zhì)接觸，進而進行噴霧獲得產(chǎn)品的一種干燥方法［7-9］，噴霧干燥具有諸多優(yōu)勢，如干燥時間短，制備工藝簡單，操作方便，在藥品、食品、化工、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用［10-11］，干燥為粉末狀產(chǎn)品后易于貯藏和運輸。本項目擬考察恒山黃芪、潞黨參、大棗組成的恒山黃芪抗疲勞方噴霧干燥工藝。

1 實驗材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

黃芪，購于山西北岳神耆生物科技有限公司；黨參，購于山西振東道地藥材開發(fā)有限公司；大棗，購于山西天滋實業(yè)有限公司；毛蕊異黃酮葡萄糖苷對照品（批號：01857，江蘇永健醫(yī)藥科技有限公司）；黃芪甲苷對照品（批號：102353，江蘇永健醫(yī)藥科技有限公司）；硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、硼酸、甲基紅指示劑、溴甲酚綠指示劑、亞甲基藍指示劑、氫氧化鈉、95%乙醇、無水乙醚、石油醚、硝酸、高氯酸，其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

HH-S4 恒溫水浴鍋（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；ZNHW 電熱套（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；PX822ZH 天平（奧豪司儀器有限公司）；LC-4012 離心機（安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司）；RE5299 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海亞榮生化儀器廠）；UC-6000PC 紫外可見分光光度計（蘇州賽力威儀器設(shè)備有限公司）；1260 HPLC 系統(tǒng)（配置在線真空脫氣機，四元梯度泵G1311C，柱溫箱G1316A，自動進樣器G1329B，紫外檢測器G1314F 與Agilent 1260 色譜工作站，美國Agilent 公司）；Waters 2695 高效液相色譜儀（四元梯度泵含120 位自動進樣器，在線柱塞清洗單元，在線真空脫氣單元，美國Waters 公司）；SP-1500 實驗型噴霧干燥機（上海順儀實驗設(shè)備有限公司）；Perkinelmer 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（美國Perkin Elmer 公司）；ETHOS UP 微波消解儀（MILESTONE）。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

恒山黃芪抗疲勞方（黃芪：黨參：大棗=2∶1∶2）→真空減壓濃縮→測定可溶性固形物含量→噴霧干燥→測定得率、含水量、流動性、潤濕性、溶化性、溶解時間、溶解度、營養(yǎng)成分、功效成分。

1.2.2 料液的制備

采用加熱回流提取的方法制備恒山黃芪抗疲勞方提取液。稱取一定量的飲片，加入8 倍量水，加熱回流提取1.5 h，提取3 次，過濾，合并濾液，濃縮至不同密度（1.055、1.065、1.075、1.1 和1.12 g/cm3）。

1.2.3 噴霧干燥單因素實驗

通過預(yù)試驗預(yù)測噴霧干燥參數(shù)范圍后進行單因素試驗。影響提取液噴霧干燥效果的主要因素有料液密度、進風(fēng)溫度以及進樣流量［12］。取上述制備的濃縮液分別考察進風(fēng)溫度、進樣流量、干粉得率、含水量及其他指標。

（1）進風(fēng)溫度：固定進樣流量為450 mL/h、料液密度為1.065 g/cm3，考察進風(fēng)溫度（120，130，140，150 和160 ℃）對噴霧粉得率、含水量、流動性、潤濕性、溶解度、溶解時間、溶解性的影響。

（2）進樣流量：固定進風(fēng)溫度為140 ℃、料液密度為1.065 g/cm3，考察進樣流量（350，450，550，650和750 mL/h）對噴霧粉得率、含水量、流動性、潤濕性、溶解度、溶解時間、溶解性的影響。

（3）料液密度：固定進風(fēng)溫度為140 ℃、進樣流量 為450 mL/h，考 察 料 液 密 度（1.055，1.065，1.075，1.1，1.12 g/cm3）對噴霧粉得率、含水量、流動性、潤濕性、溶解度、溶解時間、溶解性的影響。

1.2.4 測定指標與方法

1.2.4.1 得率的測定［13］

為評價不同工藝參數(shù)下的噴霧干燥效果，首先采用粉末得率作為評價指標，其中粉末得率的計算過程涉及藥液的固形物含量。

精確稱取一定量提取液（m1，g）105 ℃烘干至恒質(zhì)量（m2，g），計算提取液中固形物質(zhì)量，產(chǎn)品得率=噴霧干燥出粉（g）/噴霧干燥前料液總固形物含量（g）×100%

1.2.4.2 含水量的測定［14］

采用GB 5009.3-2016 第二法（減壓干燥法），利用食品中水分的物理性質(zhì)，在達到40 kPa～53 kPa壓力后加熱至（60±5）℃，進而采用減壓烘干方法去掉樣品中的水分，最后通過烘干前后的數(shù)值得出含水量。

1.2.4.3 溶化性的測定［15］

取供試品10 g，加入熱水200 mL，攪拌5 min，立即觀察，粉末應(yīng)全部溶化或輕微渾濁。

1.2.4.4 溶解時間的測定［16］

取10 g 供試品，加入盛有100 mL 水的小燒杯中，水溫為25 ℃，玻璃棒輕輕攪拌，記錄完全溶解所需要的時間。

1.2.4.5 溶解度的測定［17］

在干燥至恒重的10 mL 離心管（最小刻度0.1 mL）中加入精密稱定的樣品顆粒0.5 g，精密加入沸水10 mL，攪拌振蕩5 min，顆粒溶解后溶液微濁，3 000 r/min 離心15 min，棄去上清液，在80 ℃將殘渣烘干至恒重，精密稱定，計算溶解度。

溶解度（%）=溶化顆粒重/總顆粒重×100%

1.2.4.6 流動性的測定［18］

流動性的測定采用固定漏斗法，首先選取3 只漏斗，并將其串聯(lián)，固定在水平放置的坐標紙上方1 cm 的高度處，緩慢地將噴霧粉沿漏斗側(cè)壁倒入漏斗中，直到坐標紙上形成的圓錐體尖端接觸到漏斗下端口為止，量出圓錐底部的直徑（2R），計算休止角tanα=H/R。重復(fù)做5 次，計算平均值。

1.2.4.7 潤濕性的測定［19-20］

選取直徑為95 mm 的培養(yǎng)皿，加入50 mL 蒸餾水，水溫為25 ℃，在培養(yǎng)皿中加入2.5 g 粉末，測定噴霧粉被水完全潤濕的時間（不借助任何外力，不攪拌）。

1.2.4.8 產(chǎn)品功效成分的測定

黃芪甲苷、毛蕊異黃酮葡萄糖苷照2015 版《中國藥典》黃芪項下黃芪甲苷和毛蕊異黃酮葡萄糖苷的測定方法進行測定；總多糖參照《保健食品功效成分檢測方法》（白鴻主編，中國中醫(yī)藥出版社）中“粗多糖”測定方法測定。

1.2.4.9 產(chǎn)品營養(yǎng)成分的測定

產(chǎn)品營養(yǎng)成分主要包括蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、鈉、能量等。蛋白質(zhì)照《GB 5009.5-2016》項下測定［21］；脂肪照《GB 5009.6-2016》項下測定［22］；碳水化合物照《GB/Z 21922-2008》項下測定［23］；鈉照《GB 5009.91-2017》項下測定［24］；能量照《GB/Z 21911-2008》項下測定［25］。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)品得率

2.1.1 進風(fēng)溫度對噴霧干燥粉得率的影響

由表1 可知，隨著進風(fēng)溫度的升高，粉末得率呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢，在140 ℃時達最大值。進風(fēng)溫度較小時，由于提取液中含有較多多糖，使其不能充分干燥，容易黏附著在噴霧干燥機器的塔壁上，所以得率較低；進風(fēng)溫度大于140 ℃時，所要干燥的提取液物料表面的水分蒸發(fā)速度很快，會形成硬塊，使得物料內(nèi)部水分不能充分蒸發(fā)，物料回潮最終黏附在噴霧干燥機器的塔壁上［26］，干粉得率降低。因此，進風(fēng)溫度選擇140 ℃為宜。

表1 進風(fēng)溫度對噴霧粉的影響結(jié)果Table 1 Effect of inlet air temperature on spray powder

2.1.2 進樣流量對噴霧干燥粉得率的影響

由表2 可知，進料流量在350 mL/h 和450 mL/h 時，干粉得率最高，隨著流量的變化并未發(fā)生明顯變化。當進料流量超過550 mL/h 時，干粉得率逐漸降低，原因是噴霧干燥進料流量增大的同時，霧滴直徑也會隨之變大，整體所需要的干燥時間便會增加，此時容易發(fā)生粘壁現(xiàn)象，干粉得率下降。當進樣流量太低時，霧滴直徑也會變小，從而使從噴霧干燥機噴頭出來的液滴過細過輕，在噴頭四周由于負壓渦旋作用，使粉粘在噴頭上，而且進樣流量太低時，整體干燥的效率便會降低［26-27］。因此，進料流量應(yīng)選擇450 mL/h 為宜。

2.1.3 料液密度對噴霧干燥粉得率的影響

藥液濃縮后相對密度一般控制在1.05 g/cm3～1.15 g/cm3（60 ℃熱測）左右較為適宜。浸膏液密度小，含水量較高，流動性好，易于霧化均勻形成，但干燥效率低，耗能大，且得浸膏粉過細，易吸潮。浸膏液密度大，黏稠，流動性差，干浸膏顆粒大且干燥不均勻［18］。由表3 可見，隨著料液密度的增加，產(chǎn)品得率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。因此，料液密度選擇1.065 g/cm3為宜。

2.2 含水量

2.2.1 進風(fēng)溫度對噴霧干燥粉含水量的影響

由表1 可見，產(chǎn)品含水量隨進風(fēng)溫度的增加呈下降趨勢。原因為噴霧干燥過程中，經(jīng)過霧化器后霧滴中的水分傳熱傳質(zhì)強度受進風(fēng)溫度的影響，進風(fēng)溫度越高，霧滴中的水分傳熱傳質(zhì)越劇烈，產(chǎn)品的干燥效果越好，所以產(chǎn)品含水量越低。

2.2.2 進樣流量對噴霧干燥粉含水量的影響

由表2 可見，含水量隨著進料流量的增大而上升，原因是：噴霧干燥進料流量越大，噴霧干燥進行的越不徹底，導(dǎo)致水分越來越大。當進樣流量小時，噴霧干燥機中霧化器霧化的液滴變小，使得干燥室內(nèi)有足夠熱量將料液干燥，從而使產(chǎn)品含水量低；進料流量達到450 mL/h 時，干燥室中熱量和水分蒸發(fā)所需要的熱量達到平衡，此時干燥效果最好；當進料流量繼續(xù)增大時，液滴在干燥室內(nèi)傳熱傳質(zhì)效率便會下降，噴霧干燥難度增加，產(chǎn)品含水量增加，導(dǎo)致黏壁現(xiàn)象發(fā)生［16］。

表2 進樣流量對噴霧粉的影響結(jié)果Table 2 Effect of injection flow on spray powder

2.2.3 料液密度對噴霧干燥粉含水量的影響

由表3 可見，含水量隨著料液密度的增加呈現(xiàn)先降低后緩慢增加的趨勢。料液密度小，液滴中含水量大，噴霧干燥過程中料液蒸發(fā)所需熱量多，因此噴霧干燥粉末含水量高；進料密度增大時，料液黏度增大，使得料液整體流動性變差，噴霧干燥噴出速率下降，并且此時易堵塞噴霧干燥噴嘴，產(chǎn)品含水量增大。

表3 料液密度對噴霧粉的影響結(jié)果Table 3 Effect of material density on spray powder

2.3 溶化性

由表1－3 可知，所制得的噴霧干燥粉在測試條件下可以全部溶解。

2.4 溶解時間

由表1－3 可知，所制得的噴霧干燥粉均可在較短的時間內(nèi)（50 s 內(nèi)）迅速溶解。

2.5 溶解度

由表1－3 可知，所制得的噴霧干燥粉的溶解度均在79.50%以上，溶解度較好。

2.6 流動性

休止角越小，摩擦力越小，流動性越好，一般認為α≤30°時流動性好，α≤40°時可滿足生產(chǎn)過程中的流動性要求。由表1－3 可知，所制得的噴霧粉均符合生產(chǎn)過程中的流動性要求。流動性越好，固體飲料溶解越好，沖泡性能越好。

2.7 潤濕性

由表1－3 可知，所制得的噴霧干燥粉均可在較短的時間內(nèi)（40 s 內(nèi)）迅速被潤濕，說明其潤濕性較好，潤濕性越好，自然溶解速度越快，沖泡性能越好。

2.8 噴霧干燥單因素條件的確定

由于各個條件下所得的噴霧干燥粉完全溶解，溶解時間均在40 s 之內(nèi)，溶解度均在79.50%以上，且均符合生產(chǎn)過程中的流動性要求。所以噴霧干燥粉最終條件的篩選以粉末得率為評價指標，其次考慮含水量。由以上表格可知，噴霧干燥的最佳條件為：進樣溫度為140 ℃、進樣流量為450 mL/h、料液密度為1.065 g/cm3。

2.9 噴霧干燥制得的噴霧粉質(zhì)量分析

2.9.1 噴霧干燥粉品質(zhì)分析

噴霧干燥粉呈粉末狀，無顆粒，無結(jié)塊，含水量不高于7.0%，沖調(diào)后為半透明狀，無肉眼可見外來雜質(zhì)，無異味，具有黃芪、黨參、大棗特有的風(fēng)味，符合《GB/T 29602-2013 固體飲料》國家標準。

2.9.2 噴霧干燥粉功效成分檢測

經(jīng)檢測，計算出樣品中黃芪甲苷含量為（0.148±0.007）g/100 g，毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量 為（0.061±0.055）g/100 g，總 多 糖 含 量 為（4.94±0.115）g/100 g。

2.9.3 噴霧干燥粉營養(yǎng)成分檢測

每100 g 噴霧干燥粉中含有的各項營養(yǎng)成分見表4。按照《預(yù)包裝食品營養(yǎng)標簽通則》規(guī)定：一個人一天攝入能量的營養(yǎng)素參考值（NRV）8 400 kJ，攝入蛋白質(zhì)的營養(yǎng)素參考值（NRV）為60 g，攝入脂肪的營養(yǎng)素參考值（NRV）為60 g，攝入碳水化合物的營養(yǎng)素參考（NRV）為300 g，攝入鈉的營養(yǎng)素參考（NRV）為2 000 mg。計算本研究制備噴霧粉的營養(yǎng)素參考值，即在能量上滿足了人體一天攝入能量的17%，滿足一天攝入蛋白質(zhì)的21%，滿足一天攝入脂肪的2%，滿足一天攝入碳水化合物的23%。

表4 營養(yǎng)成分表Table 4 Nutritional Information

3 討論

本研究考察了恒山黃芪抗疲勞方的實驗室噴霧干燥工藝，得到最佳干燥工藝參數(shù)為：進樣溫度為140 ℃、進樣流量為450 mL/h、料液密度為1.065g/cm3。按照最優(yōu)工藝制備得到的噴霧干燥粉，有效成分含量高，溶化性、潤濕性、含水量、流動性、溶解度、溶解時間等符合有關(guān)規(guī)定。本研究制備的噴霧粉沖調(diào)后口感醇厚，無澀味或辛味，具有黃芪、黨參、大棗特有風(fēng)味，可直接作為沖調(diào)固體飲料，亦可進一步加入其他輔料制備固體飲料或代餐粉等其他復(fù)合沖調(diào)類產(chǎn)品。

在工業(yè)生產(chǎn)中，影響噴霧干燥的因素有料液濃度（即溶液中的可溶性固形物含量）、進風(fēng)溫度、出風(fēng)溫度、進料流量、生產(chǎn)場地、電壓、蒸汽壓力大小等。在設(shè)備設(shè)施固定的條件下，噴霧干燥產(chǎn)品最終的含水量由干燥尾氣的水蒸氣分壓或相對濕度決定，即出風(fēng)溫度越高，干燥尾氣的相對濕度越低，水蒸氣分壓越低，有利于水分從產(chǎn)品表面向熱空氣中擴散，最終產(chǎn)品的干燥失重越低。但本研究采用的實驗室小型噴霧干燥機不能優(yōu)化出風(fēng)溫度，因此在后續(xù)的工藝放大過程中還需對工藝參數(shù)進行進一步的優(yōu)化。

本實驗制出的噴霧粉組成成分搭配合理，在沖泡后能快速溶解，色澤均勻、口感好、無澀味或辛味，可有效改善能量代謝，延緩疲勞發(fā)生。恒山黃芪和潞黨參為山西道地藥材，國家衛(wèi)健委已發(fā)布了黃芪和黨參作為藥食同源物質(zhì)的試點通知，開展功能性食品健康下游產(chǎn)品研發(fā)，提高產(chǎn)品附加值，有助于促進山西中藥材種植業(yè)和精深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展。