劉 儉,蔡永國(guó),周湯琳,馬 靜,連雅麗,楊永興,楊海燕,3,
(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院,新疆烏魯木齊 830052;2.新疆慧華沙棘生物科技有限公司,新疆阿勒泰 836200;3.新疆沙棘產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟,新疆阿勒泰 836200)
沙棘(Hippophe rhamnoidsL.)為胡頹子科沙棘屬灌木,又名醋柳、黑刺等,廣泛分布于歐亞的溫帶地區(qū)[1]。我國(guó)沙棘資源豐富,總面積達(dá)3000萬(wàn)畝,占世界沙棘總面積的95%[2],且以肋果沙棘和中國(guó)沙棘亞種分布居多[3]。沙棘果實(shí)富含多糖、蛋白質(zhì)、維生素、黃酮類化合物、不飽和脂肪酸及微量元素等[4],極具營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值,是人類補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)的首選水果之一[5]。用真空冷凍干燥技術(shù)制備的沙棘果粉極大限度地保留了沙棘果實(shí)的活性成分[6],以其作為原料開(kāi)發(fā)的沙棘產(chǎn)品附加值高,發(fā)展前景十分廣闊。
咀嚼片作為片劑的一種,具有工藝簡(jiǎn)單、節(jié)能省時(shí)和攜帶方便等優(yōu)點(diǎn),含有活性成分的咀嚼片尤其受到大眾的歡迎[7]。近些年來(lái),各類片劑產(chǎn)品被相繼報(bào)道,它們不僅營(yíng)養(yǎng)豐富而且具有一定的保健功能。如:楊海燕等[8]以杏皮渣膳食纖維、木糖醇和微晶纖維素等研制的杏皮渣膳食纖維片,是一種高纖維、低熱量的膳食產(chǎn)品。許牡丹等[9]制作的獼猴桃營(yíng)養(yǎng)咀嚼片,具有一定的保健功能,老少皆宜且其附加值高。周劍忠等[10]采用混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)的一款葛根全粉咀嚼片,具有低糖、低熱量的特點(diǎn),市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景良好。但是目前關(guān)于添加沙棘粉的咀嚼片在文獻(xiàn)中鮮被報(bào)道。為了充分開(kāi)發(fā)利用沙棘資源,本研究以沙棘果粉、紅棗粉為原料,添加壓片輔料研制沙棘粉咀嚼片,通過(guò)D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)、單因素實(shí)驗(yàn)和Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)合多指標(biāo)評(píng)分法優(yōu)化沙棘粉咀嚼片的配方,并對(duì)其感官指標(biāo)、營(yíng)養(yǎng)成分和總抗氧化能力進(jìn)行分析,以期為沙棘粉咀嚼片的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
沙棘(凍干)果粉(純度100%) 新疆慧華沙棘生物科技有限公司;紅棗粉(宅福藝) 亳州寶豐生物科技有限公司;硬脂酸鎂、微晶纖維素、乳糖、木糖醇 均為市售食品級(jí);T-AOC試劑盒(生產(chǎn)批號(hào)20181025) 南京建成生物工程研究所;其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。
AL204電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;JY5002電子天平 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;DHG-9140A電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;SX2-4-10箱式電阻爐 上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司;KDN-04A定氮儀、KDN-20C消化爐 上海晞瑞儀器儀表有限公司;SZF-06A脂肪測(cè)定儀 浙江托普儀器有限公司;UV-1200紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海美譜達(dá)儀器有限公司;DHKW-S-4電熱恒溫水浴鍋、FW-100高速萬(wàn)能粉粹機(jī) 北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司;MTV-100多管漩渦混合儀 杭州奧盛儀器有限公司;KQ-250DE數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;DP-25單沖壓片機(jī) 上海天凡藥機(jī)制造廠;TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)SMS公司。
1.2.1 沙棘粉咀嚼片的制備 根據(jù)大量的預(yù)實(shí)驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)[11],設(shè)定配方的主要原料:沙棘果粉、紅棗粉、木糖醇、硬脂酸鎂、微晶纖維素、乳糖。準(zhǔn)確稱取一定量原輔料,進(jìn)行粉碎混勻過(guò)80目篩,立即壓片成型。壓力和物料的厚度固定,壓片模具采用直徑為10 mm的圓形模具。
1.2.2 D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)優(yōu)化沙棘果粉復(fù)配比例 使用Design-Expert 10.0.3軟件中Optimal (custom)設(shè)計(jì)即D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)對(duì)沙棘果粉復(fù)配比例進(jìn)行優(yōu)化[12],考察沙棘果粉、紅棗粉和木糖醇的添加量對(duì)沙棘復(fù)配果粉風(fēng)味感官評(píng)分Y的影響。D-混料設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1。
表1 D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of experimental D-optimal mixture design
1.2.3 沙棘復(fù)配果粉的感官評(píng)定 從香氣、滋味兩個(gè)方面對(duì)沙棘復(fù)配果粉進(jìn)行感官評(píng)定,評(píng)分參考標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2[13]。
表2 沙棘復(fù)配果粉感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria of mixed seabuckthorn fruit powder
1.2.4 壓片輔料配方的優(yōu)化
1.2.4.1 單因素實(shí)驗(yàn) 以沙棘粉咀嚼片的片重差異、硬度和脆性為片劑的質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo),通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)分別探究硬脂酸鎂添加量(0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%)、微晶纖維素添加量(10%、15%、20%、25%、30%)和乳糖添加量(10%、15%、20%、25%、30%)對(duì)沙棘粉咀嚼片片重差異、硬度和脆性的影響。(考察單因素時(shí),其他指標(biāo)以中間值為固定的參數(shù)條件)。
1.2.4.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn) 選取硬脂酸鎂、微晶纖維素和乳糖的添加量一共3個(gè)因素,在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,按照Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn),得到沙棘粉咀嚼片優(yōu)化的壓片輔料配方參數(shù)。響應(yīng)面試驗(yàn)的因素與水平見(jiàn)表3。
表3 響應(yīng)面試驗(yàn)的因素與水平Table 3 Factors and levels of response surface experiments
1.2.5 片重差異的測(cè)定 挑選完好的樣品20片,稱重求平均值,再分別稱每片質(zhì)量,將其與平均質(zhì)量相比較。其中,樣品平均片重0.3 g以下重量差異限度為±7.5%,樣品平均片重0.3 g及0.3 g以上重量差異限度為±5.0%[14]。注意超出質(zhì)量差異限度的不得多于2片,并不得有1片超出限度1倍。
1.2.6 硬度和脆性的測(cè)定 在室溫下,用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定沙棘粉咀嚼片的硬度和脆性,設(shè)置測(cè)試參數(shù)如下,選擇壓縮模式;測(cè)試探頭P/5;測(cè)前速度1.00 mm/s;測(cè)中速度0.50 mm/s;測(cè)后速度10.00 mm/s;應(yīng)變90%;觸發(fā)力5.0 g,參數(shù)指標(biāo)包括:硬度(Hardness)和脆性(Brittleness)[15]。每組樣品平行測(cè)定7次,去最小值和最大值后取平均值。
1.2.7 多指標(biāo)綜合評(píng)分法 以片重差異(a)、硬度(b)和脆性(c)3個(gè)指標(biāo)的綜合評(píng)分(Q)為響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化指標(biāo)。其中沙棘粉咀嚼片若為片重大于0.3 g的大片,脆性應(yīng)小于2%,a和c越小越好;為了便于咀嚼和口感更好,硬度應(yīng)控制在70~120 N間,且b越大越好[16]。根據(jù)指標(biāo)控制要求及其對(duì)成型性的貢獻(xiàn)進(jìn)行無(wú)量綱化綜合評(píng)分,多指標(biāo)綜合評(píng)分法具體內(nèi)容見(jiàn)表4[17]。綜合評(píng)分為各指標(biāo)值之和,即Q=a+b+c。
表4 多指標(biāo)綜合評(píng)分法Table 4 Multi-index evaluation method
1.2.8 品質(zhì)分析方法
1.2.8.1 感官評(píng)定 挑選10人(男女比例1:1)組成感官評(píng)定小組,評(píng)定人員嚴(yán)格遵守感官評(píng)價(jià)規(guī)范,按照評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定完一個(gè)樣品后,用純凈水漱口,每隔5 min評(píng)定一個(gè)樣品。感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。
表5 沙棘粉咀嚼片感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 5 Sensory evaluation criteria of seabuckthorn powder chewable tablets
1.2.8.2 營(yíng)養(yǎng)成分的測(cè)定 水分的測(cè)定:GB 5009.3-2016直接干燥法[18];灰分的測(cè)定:GB 5009.4-2016食品中總灰分的測(cè)定[19];蛋白質(zhì)的測(cè)定:GB 5009.5-2016凱氏定氮法[20];脂肪的測(cè)定:GB 5009.6-2016索氏抽提法[21];抗環(huán)血酸的測(cè)定:GB 5009.86-2016 2,6-二氯靛酚滴定法[22];黃酮的測(cè)定:參照DB13/T385-1998《食品中總黃酮(蘆丁)的測(cè)定》[23]和SHARIF[24]的方法進(jìn)行測(cè)定。
1.2.8.3 總抗氧化能力的測(cè)定 將樣品研磨粉粹后,準(zhǔn)確稱取2.00 g粉末,用料液比(m/v)=1:16的蒸餾水浸泡30 min,然后超聲波室溫提取2次,每次提取30 min,在4000 r/min下離心5 min,合并兩次的上清液轉(zhuǎn)入100 mL棕色容量瓶中,用蒸餾水定容[25]。隨即稀釋配制質(zhì)量濃度分別為4、8、12、16、20 mg/mL的樣品溶液。采用T-AOC試劑盒(貨號(hào)A015)對(duì)其進(jìn)行總抗氧化能力測(cè)定,具體操作方法參照使用說(shuō)明書(shū),測(cè)定結(jié)果以U/mL計(jì)。
每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,運(yùn)用SPSS 21.0軟件選用鄧肯氏(Duncan)進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)(P<0.05)。作圖采用Origin 8.5軟件,使用Design-Expert 10.0.3軟件進(jìn)行Optimal (custom)和Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)。
運(yùn)用Design-Expert 10.0.3軟件對(duì)表6試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行Cubic分析,得到擬合沙棘復(fù)配果粉感官評(píng)分(Y)的特殊四次分析模型如下:
表6 D-optimal混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與結(jié)果Table 6 D-optimal mixture experiment design and results
對(duì)該回歸模型及其系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表7。
表7 D-optimal試驗(yàn)結(jié)果回歸方差分析Table 7 Analysis of variance(ANOVA) for the results of Doptimal design model
由表7可知,模型P<0.01,極顯著,可較好地描述各因素與響應(yīng)值之間的真實(shí)關(guān)系,可利用該特殊的四次模型優(yōu)化沙棘復(fù)配果粉的配方。失擬項(xiàng)P>0.05,不顯著,說(shuō)明殘差均由隨機(jī)誤差引起。模型校正決定系數(shù)RAdj2=0.9717,說(shuō)明模型擬合程度較好;模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)為R2=0.9887,說(shuō)明模型與實(shí)際擬合,適于本次試驗(yàn)預(yù)測(cè)[26]。其中線性混合對(duì)結(jié)果作用極顯著(P<0.01),交互項(xiàng)AB和AC、AC(A-C)和BC(B-C)對(duì)結(jié)果交互作用顯著(P<0.05)。
圖1為3種配料的不同配比對(duì)沙棘復(fù)配果粉感官評(píng)分的影響作用圖譜,其中3D響應(yīng)面為曲面,說(shuō)明沙棘果粉、紅棗粉和木糖醇三者之間的風(fēng)味具有一定的交互作用。通過(guò)軟件的優(yōu)化程序模塊進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)果如下:沙棘果粉、紅棗粉和木糖醇的添加量分別為47.79%、35.72%和16.49%,模型預(yù)測(cè)感官評(píng)分為18.6分。在優(yōu)化條件下進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn),實(shí)際感官評(píng)分為18.5±0.2分,與預(yù)測(cè)值較為一致。此時(shí)的沙棘復(fù)配果粉香氣濃郁宜人、酸甜可口,具有沙棘紅棗特有的滋氣味。
圖1 感官評(píng)分的3D響應(yīng)面及等高線圖譜Fig.1 3D response surface figures and contour plots of sensory scoring
2.2.1 硬脂酸鎂添加量的影響 在粉末直接壓片工藝中,硬脂酸鎂由于具有潤(rùn)滑、助流作用,常被作為片劑輔料[27]。從圖2可以看出,隨著硬脂酸鎂添加量的增加,沙棘粉咀嚼片的片重差異先急劇減小(P<0.05),后變化不顯著(P>0.05),在添加量為1.2%時(shí)的片重差異最小,這是因?yàn)橛仓徭V使得粉體流動(dòng)性提高,物料的填充更加穩(wěn)定。當(dāng)添加量在0.3%~1.5%時(shí),硬脂酸鎂對(duì)沙棘粉咀嚼片的硬度影響不顯著(P>0.05),沙棘粉咀嚼片的脆性緩慢減小。綜上,選擇硬脂酸鎂添加量為1.2%時(shí)作為響應(yīng)面試驗(yàn)的“0”水平。
圖2 硬脂酸鎂添加量對(duì)沙棘粉咀嚼片質(zhì)量的影響Fig.2 Effect of magnesium stearate dosage on seabuckthorn powder chewable tablets quality
2.2.2 微晶纖維素添加量的影響 微晶纖維素是一種聚合度較小的結(jié)晶性纖維,結(jié)構(gòu)為海綿狀的多空管狀,作為片劑輔料具有可壓性好、結(jié)合力強(qiáng)、壓成的片劑硬度較大和兼具粘合助流等優(yōu)點(diǎn)[28]。由圖3可知,隨著微晶纖維素添加量的增加,沙棘粉咀嚼片的片重差異明顯減?。≒<0.05),這與微晶纖維素提高物料的流動(dòng)性有關(guān);硬度顯著增大(P<0.05),這與鄧楷等[29]的研究結(jié)果一致。當(dāng)微晶纖維素的添加量在10%~20%時(shí),沙棘粉咀嚼片的脆性不斷減小,這是因?yàn)槲⒕Юw維素屬于塑性輔料,發(fā)生形變不易彈性復(fù)原;當(dāng)添加量在20%~30%時(shí),脆性不斷增大,這與微晶纖維素較多,其吸濕性得到體現(xiàn)有關(guān)。綜上,選擇微晶纖維素添加量為20%時(shí)作為響應(yīng)面試驗(yàn)的“0”水平。
圖3 微晶纖維素添加量對(duì)沙棘粉咀嚼片質(zhì)量的影響Fig.3 Effect of microcrystalline cellulose dosage on seabuckthorn powder chewable tablets quality
2.2.3 乳糖添加量的影響 從圖4可以看出,隨著乳糖添加量的增加,沙棘粉咀嚼片的片重差異和脆性皆減小,這是因?yàn)槿樘怯糜谥苯訅浩哂行再|(zhì)穩(wěn)定、不易吸濕和流動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)[30]。當(dāng)乳糖添加量在10%~30%時(shí),沙棘粉咀嚼片的硬度先增大后減小,在添加量為25%時(shí)硬度達(dá)到最大,這是由于乳糖作為片劑填充劑和粘合劑時(shí),可壓性好,合適的乳糖添加量會(huì)使壓成的片劑硬度較佳、光潔美觀。綜上,選擇乳糖添加量為25%時(shí)作為響應(yīng)面試驗(yàn)的“0”水平。
圖4 乳糖添加量對(duì)沙棘粉咀嚼片質(zhì)量的影響Fig.4 Effect of lactose dosage on seabuckthorn powder chewable tablets quality
壓片輔料配方的Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果,見(jiàn)表8。由表9可知,模型P<0.01,極顯著,可較好地描述各因素與響應(yīng)值之間的真實(shí)關(guān)系,可以利用該模型確定沙棘粉咀嚼片的壓片輔料配方。失擬項(xiàng)P>0.05,不顯著,說(shuō)明殘差均由隨機(jī)誤差引起。模型校正決定系數(shù)RAdj2=0.9988,說(shuō)明模型擬合程度較好;模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)為R2=0.9995,說(shuō)明模型與實(shí)際擬合,適于本次試驗(yàn)預(yù)測(cè)。其中模擬一次項(xiàng)、模擬二次項(xiàng)以及交互項(xiàng)X1X2對(duì)結(jié)果作用極顯著(P<0.01),交互項(xiàng)X2X3對(duì)結(jié)果交互作用顯著(P<0.05)。
表8 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 8 Experimental design and results of Box-Behnken
表9 Box-Behnken試驗(yàn)結(jié)果二次回歸方差分析Table 9 Analysis of variance (ANOVA) for the results of Box-Behnken design quadratic model
通過(guò)軟件的優(yōu)化程序模塊進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)果如下:硬脂酸鎂添加量1.339%、微晶纖維素添加量22.976%、乳糖添加量26.649%,模型預(yù)測(cè)綜合評(píng)分為30.6分??紤]實(shí)際操作的可行性,將添加量修正為:硬脂酸鎂添加量1.3%、微晶纖維素添加量23.0%、乳糖添加量26.6%。采用上述優(yōu)化的添加量進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn),測(cè)得沙棘粉咀嚼片的平均片重差異、硬度和脆性分別為0.76%、89.4 N和1.20%,平均綜合評(píng)分為30.4分,與預(yù)測(cè)值較為一致。
在上述最優(yōu)的配方工藝下,制備而成的沙棘粉咀嚼片產(chǎn)品富有光澤,顏色呈黃褐色,均勻一致;形狀呈圓形狀,完整無(wú)缺損角,大小一致,表面光滑;緊密堅(jiān)實(shí),不松散,不粘連;沙棘紅棗香氣濃郁,沙棘紅棗滋味純正,入口酸甜,稍后出現(xiàn)酸味;硬度適中;無(wú)肉眼可見(jiàn)的雜質(zhì)。
從表10可以看出,與市面上某沙棘咀嚼片相比,該款沙棘粉咀嚼片含有較高含量的粗蛋白、粗脂肪、維生素C和黃酮等營(yíng)養(yǎng)成分,表明該款產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)更加豐富,具有較高的生物活性。
表10 沙棘粉咀嚼片的主要營(yíng)養(yǎng)成分Table 10 Major components of seabuckthorn powder chewable tablets
總抗氧化能力(T-AOC)的測(cè)定原理為樣品中的抗氧化物質(zhì)能使Fe3+還原成Fe2+,F(xiàn)e2+可與菲啉類物質(zhì)形成穩(wěn)固的絡(luò)合物,其抗氧化能力可以通過(guò)比色測(cè)定。在37 ℃時(shí),每分鐘每毫升樣品溶液,使反應(yīng)體系的吸光度每增加0.01時(shí),為一個(gè)總抗氧化能力單位(U/mL)[31]。由圖5可知,在4~20 mg/mL范圍內(nèi),沙棘粉咀嚼片和某沙棘咀嚼片的總抗氧化能力皆是隨著質(zhì)量濃度的增加而升高,并且前者的總抗氧化能力高于后者,這與沙棘粉咀嚼片維生素C和黃酮等的生物活性成分含量高于某沙棘咀嚼片有關(guān)[32]。同時(shí),可以看到20 mg/mL的沙棘粉咀嚼片和某沙棘咀嚼片的總抗氧化能力分別為21.21、16.20 U/mL,表明沙棘粉咀嚼片具有較強(qiáng)的總抗氧化能力。
圖5 沙棘粉咀嚼片的總抗氧化能力Fig.5 Total antioxidant capacity of seabuckthorn powder chewable tablets
本文以沙棘果粉、紅棗粉為主要原料,添加甜味劑和壓片輔料研制沙棘粉咀嚼片,通過(guò)D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)、單因素實(shí)驗(yàn)和Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)合多指標(biāo)評(píng)分法優(yōu)化沙棘粉咀嚼片的配方,并對(duì)其感官指標(biāo)、營(yíng)養(yǎng)成分和總抗氧化能力進(jìn)行分析。D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)結(jié)果表明,沙棘復(fù)配果粉的最佳風(fēng)味配方為沙棘果粉添加量47.79%、紅棗粉添加量35.72%、木糖醇添加量16.49%,該配方下沙棘復(fù)配果粉的感官評(píng)分為18.5±0.2分;通過(guò)沙棘粉咀嚼片的輔料配方優(yōu)化試驗(yàn),得到輔料最佳配方為硬脂酸鎂添加量1.3%、微晶纖維素添加量23.0%、乳糖添加量26.6%,產(chǎn)品的平均片重差異、硬度和脆性分別為0.76%、89.4 N和1.20%,平均綜合評(píng)分為30.4分。感官指標(biāo)、營(yíng)養(yǎng)成分和總抗氧化能力分析結(jié)果表明,沙棘粉咀嚼片符合產(chǎn)品感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),營(yíng)養(yǎng)豐富,生物活性成分含量較高,具有較強(qiáng)的總抗氧化能力。研究結(jié)果為沙棘壓片糖果的工業(yè)化生產(chǎn)提供了配方和理論基礎(chǔ)。