蓝莓又名越橘,是杜鹃花科越橘属植物。蓝莓果实营养丰富,含15种以上氨基酸,其中包含8种人体必需氨基酸,总氨基酸含量可达1.08%~2.54%[1-2];蓝莓果实中还含有钙、磷、钾等矿物质元素,每100 g鲜蓝莓的钾含量为56 mg~80 mg[3];维生素种类繁多,如维生素A、维生素E、维生素B1、烟酸、叶酸等;成熟鲜果纤维素含量可达4.5%,是猕猴桃和苹果的1.5倍和3.5倍[4-5]。除此之外,蓝莓含有花青素、酚酸、黄酮醇、超氧化物歧化酶多种生物活性成分,具有抗氧化、提高机体免疫、减轻动脉粥样硬化等功能[6-9]。
由于蓝莓是一种柔软的浆果,采摘后的果皮萎蔫迅速,不易贮藏,在运输过程中极易受到机械损伤,从而加速蓝莓的变质[10-11],因此对蓝莓进行产品深加工开发具有重大意义。泡腾片是以适宜的酸和碱为崩解剂制成的片剂,具有携带方便、反应迅速且成本低的优点,受到食品领域的广泛关注。因此本研究旨在开发一种蓝莓泡腾片,使得蓝莓产品更加丰富;同时研究不同配方对产品品质影响,以期为蓝莓的进一步开发和利用提供技术参考。
冻干蓝莓粉(食品级):亳州市华之堂生物科技有限公司;麦芽糊精(食品级):山东西王糖业有限公司;无水柠檬酸(食品级):潍坊英轩实业有限公司;碳酸氢钠(食品级):河南万邦实业有限公司;甜菊糖苷(食品级):山东海根生物科技有限公司;聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone,PVP)、聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)8000、Folin-酚试剂(分析纯):成都市科隆化学品有限公司。
SQP型分析天平:赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;GZX-9140MBE电热鼓风干燥箱:上海博迅医疗生物仪器股份有限公司;PHS-3C型pH计:上海仪电科学仪器股份有限公司;LKTC-L型水浴锅:广东佛衡仪器有限公司;DY-30型电动粉末压片机:天津市科器高新技术公司;CM-5型色度色差仪:广州卓谐仪器设备有限公司;TA-XT plus型质构仪:北京微讯超技仪器技术有限公司。
1.3.1 泡腾片配方
参考王文心等[12]的试验方法稍作修改。以蓝莓粉为主要原料,崩解剂选择柠檬酸、碳酸氢钠;填充剂选择麦芽糊精;黏合剂选择PVP;润滑剂为聚乙二醇8000;甜味剂选择甜菊糖苷。
基础配方为蓝莓粉添加量5.00%、PVP添加量2.50%、PEG8000添加量2.50%、碳酸氢钠添加量27.80%、柠檬酸添加量38.90%、麦芽糊精添加量20.00%、甜菊糖苷添加量3.30%,单片质量为0.2 g。
1.3.2 泡腾片制片工艺
选取半干式颗粒制片法作为压片方法,工艺流程见图1。
图1 半干式颗粒压片法工艺流程
Fig.1 Schematic flow of semi-dry granule pressing method
1.3.3 工艺操作条件
过筛混合:所有原辅料过100目筛后按等量递增的方法混合均匀。
PVP制粒干燥:混合后的物料与适量5%PVP溶液(溶剂为75%乙醇)混合后过20目筛制粒,50℃干燥3 h。
整粒:干燥后颗粒经18目筛整粒,将黏合的颗粒分开。
压片:酸颗粒和碱颗粒混合后加入PEG8000混匀,压力2 MPa下压片,制得泡腾片成品。
1.3.4 蓝莓粉添加量对产品品质的影响单因素试验
蓝莓粉添加量分别为2.5%、5.0%、7.5%、10.0%、12.5%,麦芽糊精对应添加量为22.5%、20.0%、17.5%、15.0%、12.5%。其余辅料按基础配方添加,采用半干式颗粒压片,单片质量为0.2 g。
1.3.5 泡腾剂质量比及总量对产品品质的影响单因素试验
1.3.5.1 泡腾剂质量比对产品品质的影响
参考王文心等[12]的方法得到泡腾剂总量为66.70%时,泡腾片产气量较多。因此本试验在泡腾剂总量为66.70%不变的情况下,考察碳酸氢钠与柠檬酸质量比对产品品质的影响。碳酸氢钠与柠檬酸质量比分别为1 ∶1.0、1 ∶1.2、1 ∶1.4、1 ∶1.6、1 ∶1.8,其余辅料按照基础配方添加,采用半干式颗粒压片,单片质量为0.2 g。
1.3.5.2 泡腾剂总量对产品品质的影响
在碳酸氢钠与柠檬酸质量比为1∶1.4不变的情况下,考察泡腾剂总量。当泡腾剂总量为40%、50%、60%、70%、80%时碳酸氢钠对应添加量分别为16.6%、20.8%、25.0%、29.2%、33.3%;柠檬酸对应添加量分别为23.4%、29.2%、35.0%、40.8%、46.7%;麦芽糊精对应添加量分别为 46.7%、36.7%、26.7%、16.7%、6.7%;其余辅料按照基础配方添加,采用半干式颗粒压片,单片质量为0.2 g。
1.4.1 崩解时间的测定
取1片蓝莓泡腾片,置于盛有20 mL、40℃蒸馏水的烧杯中,产生气泡时开始计时,当没有气泡产生时,停止计时,片剂应溶解或分散在水中,无聚集的颗粒剩留,此时间即为崩解时间[13]。
1.4.2 pH值的测定
取1片泡腾片,加入20 mL、15℃水使其崩解,待崩解完全无气泡产生后,用pH计测定溶液的pH值[14]。
1.4.3 产气量的测定
取25 mL具塞刻度试管6支,分别加入4 mL水置于(37±1)℃水浴5 min,各管中分别放1片蓝莓泡腾片,20 min内观察最大发泡量的体积。
1.4.4 色泽的测定
取1片蓝莓泡腾片,加入20 mL、40℃水使其崩解,利用色差仪测量泡腾片溶解后溶液的色泽,平行测定3次。
1.4.5 硬度的测定
使用质构仪测量泡腾片硬度,平行测定3次。采用P2N针形探头,测试模式为压缩模式,测前速度5mm/s,测中速度1 mm/s,测后速度5 mm/s;目标模式为应变,压缩程度为40%,触发力为5 g[15]。
1.4.6 总酚的测定
1.4.6.1 标准曲线绘制
参考相关文献[16-17]制作标准曲线并稍作修改:准确称取0.100 0 g没食子酸标准品,配制浓度为1 mg/mL的标准溶液。分别移取 1.25、2.50、3.75、5.00、10.00、12.50 mL的1 mg/mL标准溶液于100 mL容量瓶中,定容。分别吸取1 mL稀释后的标准溶液液于10 mL棕色容量瓶中,加入1 mL福林酚试剂、3 mL 7.5%Na2CO3溶液,用蒸馏水定容,室温25℃下避光显色1 h。分别在760 nm下测定吸光度,以蒸馏水作空白对照,以浓度为横坐标、吸光度为纵坐标,绘制没食子酸标准曲线,标准曲线方程为y=10.190x+0.030,R2=0.997 8。
1.4.6.2 样品总酚测定
取5片蓝莓泡腾片,用蒸馏水溶解并定容至25mL。移取1 mL蓝莓泡腾片溶液于10 mL棕色容量瓶中,与制作标准曲线相同测定步骤,在760 nm下测定反应液的吸光度,根据标曲计算样品溶液中的总酚(total phenolic content,TPC)含量(以没食子酸当量计),计算公式如下。
式中:c为样品溶液多酚含量,mg/mL;v为样品溶液总体积,mL;m为样品质量,g。
1.4.7 感官评定
感官评定采用评分法,由10名接受过感官评定培训的人员对泡腾片溶液的色泽、香气、口感进行评价,感官评分见表1,感官评分=色泽×0.3+香气×0.2+口感×0.5。
表1 蓝莓泡腾片溶液感官评分
Table 1 Sensory rating of blueberry effervescent tablet solution
评价指标 标准 分值色泽 红紫色,澄清无沉淀 4.1~5.0紫色,含较少沉淀 3.1~4.0深紫色,含较多沉淀 2.1~3.0褐紫色,含较多沉淀 1.0~2.0香气 蓝莓香气浓郁 4.1~5.0蓝莓香气较浓 3.1~4.0蓝莓香气较淡 2.1~3.0无蓝莓香气 1.0~2.0口感 酸甜适中,果香怡人 4.1~5.0口感偏甜,果味较浓 3.1~4.0口感偏酸,果味较浓 2.1~3.0过酸/甜,不酸/甜,无果味 1.0~2.0
1.4.8 数据处理
所有数据以平均值±标准差表示,采用SPSS 26.0软件对数据进行Duncan’s差异显著性分析,p<0.05时差异显著;采用origin 2018软件作图。
蓝莓粉添加量对产品崩解时间、pH值影响见图2。
图2 蓝莓粉添加量对泡腾片崩解时间和pH值的影响
Fig.2 Effects of blueberry powder amount on disintegration time and pH value of the effervescent tablet
同一指标不同字母表示差异显著(p<0.05)。
由图2可知,随着蓝莓粉添加量的增加,泡腾片的崩解时间逐渐延长。蓝莓粉添加量在2.5%时与其它添加量的崩解时间差异显著(p<0.05)。当蓝莓粉添加量为12.5%时,泡腾片崩解时间为182 s,仍小于5 min,符合中华人民共和国药典中关于片剂崩解时间的要求[18]。随着蓝莓粉添加量的增加,泡腾片溶液的pH值由4.64逐渐降至3.76。
蓝莓粉添加量对泡腾片产气量和硬度的影响见图3。
图3 蓝莓粉添加量对泡腾片产气量和硬度的影响
Fig.3 Effects of blueberry powder amount on gas production and hardness of the effervescent tablet
同一指标不同字母表示差异显著(p<0.05)。
由图3可知,随着蓝莓粉添加量的增加,泡腾片的产气量基本保持不变,各组间差异不显著(p>0.05),原因是泡腾剂的总量并未改变。泡腾片产气的过程中片剂表面会有大量微孔出现,加速崩解,若产气量太少则会使崩解时间延长。同时蓝莓粉添加量的增加,使硬度随之增大,蓝莓粉添加量为2.5%~7.5%时,硬度组间差异不显著(p>0.05);当蓝莓粉添加量为10.0%~12.5%时,泡腾片的硬度与蓝莓粉添加量为2.5%~7.5%时的硬度差异显著(p<0.05)。泡腾片在压片时通过加压使得颗粒滑动,且颗粒之间的距离和间隙逐渐缩小,内部的空气逐渐排出,若压力不够则会使片剂松散,但若制成的片剂硬度太大则会导致崩解时间过长,因此,片剂硬度在3 000 g~4 000 g范围内较好。
不同蓝莓粉添加量对泡腾片溶液的色泽参数和感官评分影响见表2。
表2 蓝莓粉添加量对泡腾片色泽参数及感官评分的影响
Table 2 Effects of blueberry powder amount on color and sensory evaluation of the effervescent tablet
注:同列不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。
蓝莓添加量/% 色泽参数 感官评分L* a* b*2.5 1.24±0.02a -0.13±0.05a -0.34±0.05a 2.9 5.0 1.21±0.01a -0.07±0.11a -0.37±0.04a 4.3 7.5 1.13±0.17ab -0.06±0.08a-0.47±0.17ab 4.0 10.0 1.02±0.02b -0.04±0.02a-0.56±0.09b 3.7 12.5 0.99±0.01b -0.02±0.03a-0.59±0.03b 3.1
由表2可知,随着蓝莓粉添加量的增加,其色泽参数L*降低,溶液由亮变暗,a*逐渐增大表明其逐渐变红,b*减小反映颜色逐渐变蓝,溶液整体由红色向红紫色转变。蓝莓粉添加量在5.0%时色泽香气好,泡腾片溶液蓝莓果香较浓,色泽呈现均匀红紫色、无沉淀,口感酸甜可口。
蓝莓粉添加量与泡腾片质量参数的皮尔逊相关性分析见表3。
表3 蓝莓粉添加量与泡腾片质量参数相关性
Table 3 Correlation of blueberry powder amount and quality indicators of the effervescent tablet
注:*表示在0.05级别(双尾),相关性显著(p<0.05);**表示在0.01级别(双尾),相关性极显著(p<0.01)。
参数 蓝莓添加量 崩解时间 pH值 产气量 硬度 L* a* b*蓝莓粉添加量 1崩解时间 0.906** 1 pH值 -0.946* -0.871** 1产气量 -0.166 -0.192 0.338 1硬度 0.840** 0.711** -0.798* 0.01 1 L* -0.830** -0.679** 0.829** 0.297 -0.712** 1 a* 0.514* 0.449 -0.576* -0.566** 0.335 -0.591* 1 b* -0.780** -0.714** 0.673** -0.061 -0.696** 0.386 -0.189 1
由表3可知,蓝莓粉添加量与崩解时间、硬度、a*呈正相关;pH值与L*、b*呈正相关,且相关性极显著,有统计学意义(p<0.01)。这说明泡腾片中蓝莓粉添加量越多,其硬度越大,崩解时间越长,其pH值越低,颜色逐渐变为红紫色。蓝莓添加量过多时,蓝莓粉压片容易造成黏冲导致片剂表面不光滑,且崩解后有残留固体,对崩解时间也有影响。综合压片效果、崩解时间及感官等各方面因素,蓝莓粉添加量不宜太多,因此蓝莓添加量在5.0%~7.5%适宜。
不同碳酸氢钠与柠檬酸质量比对产品崩解时间、pH值、产气量、硬度的影响见图4和图5。
图4 泡腾剂质量比对泡腾片崩解时间和pH值的影响
Fig.4 Effects of effervescent agent ratio on disintegration time and pH value of the effervescent tablet
同一指标不同字母表示差异显著(p<0.05)。
图5 泡腾剂质量比对泡腾片产气量和硬度的影响
Fig.5 Effects of effervescent agent ratio on gas production and hardness of the effervescent tablet
同一指标不同字母表示差异显著(p<0.05)。
如图4所示,不同碳酸氢钠与柠檬酸质量比对泡腾片崩解时间影响不大,无显著性差异(p>0.05)。随着柠檬酸含量增多,pH值呈现下降趋势,最低pH值至4.13。碳酸氢钠和柠檬酸的比例不协调,会导致产品pH值偏大或偏小,影响产品口感,适宜碳酸氢钠和柠檬酸的比例一定程度上也能改善口感[19]。泡腾片饮料的pH值在3.8~4.8较好[18],因此适宜pH值的碳酸氢钠与柠檬酸质量比为1∶1.2~1∶1.6。
由图5可知,随着碳酸氢钠与柠檬酸质量比值的减小,即配方中柠檬酸添加量的增多,产气量随之下降,在碳酸氢钠与柠檬酸质量为1∶1.0时达到最大,与文献[20]报道相符。同时硬度随着柠檬酸含量的增加而下降,碳酸氢钠与柠檬酸质量比在1∶1.0时,与1∶1.2、1 ∶1.4、1 ∶1.6、1 ∶1.8 差异显著(p<0.05),若硬度太低则压成的片剂疏松,与空气接触面积增大,不利于质量的稳定性。
泡腾剂质量比对泡腾片色泽参数及感官评分的影响见表4。
表4 泡腾剂质量比对泡腾片色泽参数及感官评分的影响
Table 4 Effects of effervescent agent ratio on color and sensory evaluation of the effervescent tablet
注:同列不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。
碳酸氢钠与柠檬酸质量比L* a* b*1∶1.0 1.24±0.06c 0.05±0.02a -0.56±0.13bc 4.6 1∶1.2 1.33±0.06bc 0.09±0.06a -0.66±0.08c 4.5 1∶1.4 1.27±0.07c -0.07±0.01b -0.35±0.03a 4.6 1∶1.6 1.38±0.05ab 0.05±0.06a -0.46±0.1ab 3.3 1∶1.8 1.44±0.04a 0.09±0.06a -0.41±0.1ab 2.7色泽参数 感官评分
由表4可知,随着柠檬酸含量的增加,色泽参数L*基本保持不变,a*在碳酸氢钠与柠檬酸质量比为1∶1.4时差异显著(p<0.05),b*变化不稳定,可能是蓝莓中花青素由于溶液pH值的变化而表现出色泽的不稳定。碳酸氢钠与柠檬酸质量比为1∶1.0和1∶1.4时感官评分最佳,与刘淑敏等[21]研究白芸豆水提物泡腾片所得结果相似。
碳酸氢钠与柠檬酸质量比与所制成泡腾片质量参数相关性见表5。
表5 碳酸氢钠与柠檬酸质量比与所制成泡腾片质量参数相关性
Table 5 Correlation of mass ratio of sodium bicarbonate to citric acid and quality indicators of the effervescent tablet
注:*表示在 0.05级别(双尾),相关性显著(p<0.05);**表示在0.01级别(双尾),相关性极显著(p<0.01)。
参数 碳酸氢钠与柠檬酸质量比 崩解时间 pH值 产气量 硬度 L* a* b*碳酸氢钠与柠檬酸质量比 1崩解时间 -0.621* 1 pH值 -0.817** 0.624* 1产气量 -0.756** 0.760** 0.760** 1硬度 -0.897* 0.453 0.850** 0.650** 1 L* 0.735** -0.377 -0.626* -0.596* -0.675** 1 a* 0.087 -0.202 -0.131 -0.213 -0.036 0.396 1 b* 0.540* -0.257 -0.287 -0.229 -0.395 0.192 -0.541* 1
由表5看出,泡腾剂的碳酸氢钠与柠檬酸质量比与pH值、产气量呈现负相关,且相关性极显著(p<0.01),与L*、b*呈正相关,表明泡腾片柠檬酸含量越多,pH值越低,产气量越少,崩解后色泽变亮。碳酸氢钠与柠檬酸质量比对崩解时间的影响不大,对产品的产气量、口感影响较大,适量的二氧化碳溶入水中会使饮料呈现适宜的杀口感。碱源过多泡腾片溶液容易发涩,酸源过多会使口感过酸,酸源的添加量略超过理论值时有利于片剂的稳定和口感[22],因此泡腾剂碳酸氢钠与柠檬酸适宜质量比范围在1∶1.2~1∶1.4。
泡腾剂总量对产品崩解时间、pH值、产气量、硬度的影响见图6和图7。
图6 泡腾剂总量对泡腾片崩解时间和pH值的影响
Fig.6 Effects of effervescent agent amount on disintegration time and pH value of the effervescent tablet
同一指标不同字母表示差异显著(p<0.05)。
图7 泡腾剂总量对泡腾片产气量和硬度的影响
Fig.7 Effect of effervescent agent amount on gas production and hardness of the effervescent tablet
同一指标不同字母表示差异显著(p<0.05)。
由图6可知,泡腾片崩解时间随着泡腾剂总量的增多而缩短。一方面因为碳酸氢钠和柠檬酸均易溶于水,泡腾剂总量越多,其余辅料用量就相应变少、崩解时间变短;另一方面柠檬酸和碳酸氢钠快速反应会在泡腾片表面形成大量微孔,从而加速片剂中其他成分的释放。由于碳酸氢钠与柠檬酸的质量比不变,在泡腾片释放后的溶液pH值变化不大,差异不显著(p>0.05),平均值为4.7。适宜的泡腾剂总量可以使片剂在水中快速崩解均匀,且产生的二氧化碳部分溶解于水中还能给人清爽的口感[23]。
由图7可知,当泡腾剂总量增加时,其产气量逐渐增加;泡腾剂总量增加,配方中麦芽糊精量相应减小,从而产品的硬度减小。硬度太小,片剂易酥松,虽然崩解时间缩短,但是不利于片剂的质量稳定。
泡腾剂总量的改变对产品的色泽和感官评分影响见表6。
表6 泡腾剂总量对泡腾片色泽参数及感官评分的影响
Table 6 Effect of effervescent agent amount on color and sensory evaluation of the effervescent tablet
注:同列相同小写字母表示差异不显著(p>0.05)。
泡腾剂总量/% 色泽参数 感官评分L* a* b*40 1.34±0.06a -0.05±0.03a -0.41±0.12a 4.5 50 1.30±0.07a -0.03±0.03a -0.36±0.16a 4.2 60 1.36±0.06a -0.05±0.03a -0.40±0.08a 4.3 70 1.29±0.09a -0.06±0.06a -0.32±0.08a 3.3 80 1.27±0.03a -0.03±0.01a -0.34±0.06a 3.1
由表6可知,色泽参数L*、a*、b*变化不显著,泡腾剂总量对色泽参数的影响不显著(p>0.05)。泡腾剂总量为40%时,产品感官评分最高,为4.5。
泡腾剂总量与所制成泡腾片质量参数相关性见表7。
表7 泡腾剂总量与所制成泡腾片质量参数相关性
Table 7 Correlation of effervescent agent amount and quality indicators of the effervescent tablet
注:*表示在0.05级别(双尾),相关性显著(p<0.05);**表示在0.01级别(双尾),相关性极显著(p<0.01)。
参数 泡腾剂总量 崩解时间 pH值 产气量 硬度 L* a* b*泡腾剂总量 1崩解时间 -0.978** 1 pH值 -0.609* 0.570* 1产气量 0.892** -0.892* -0.411 1硬度 -0.965** 0.958** 0.638* -0.821** 1 L* -0.331 0.338 -0.145 -0.601* 0.219 1 a* 0.416 -0.438 -0.033 0.285 -0.478 -0.258 1 b* 0.274 -0.230 -0.308 0.329 -0.263 -0.466 0.072 1
由表7可知,泡腾剂总量与产品崩解时间、硬度、pH值呈负相关,与产气量呈正相关。说明当配方中泡腾剂的添加量越多,泡腾片的产气量越多,崩解时间越短,硬度越小。结合上述指标,泡腾剂总量在配方中对色泽无显著影响,控制泡腾剂的添加量可以使产品性质更稳定,合适的添加量在40%~50%。
通过单因素试验,选择适宜的蓝莓粉添加量5.0%、碳酸氢钠与柠檬酸质量比1∶1.2、泡腾剂总量40%制作泡腾片,检测此条件下泡腾片的质量及总酚含量,结果见表8。
表8 适宜配方蓝莓泡腾片质量指标
Table 8 Quality indicators of blueberry effervescent tablet with the suitable formulation
崩解时间/spH值产气量/mL硬度/gL*a*b*总酚/(mg/100 g)感官评分150 4.62 5.67 3 206.05 1.40 0.23 -0.58 51.87 4.8
由表8可知,蓝莓泡腾片各项指标均符合中华人民共和国药典(2015版)[18]相关要求,总酚含量为51.87mg/100 g,且溶解后溶液呈红紫色,澄清透明无沉淀,具有蓝莓典型香味,口味酸甜适口。适宜配方为蓝莓粉添加量5.0%、PVP添加量2.5%、PEG添加量2.5%、碳酸氢钠添加量18.2%、柠檬酸添加量21.8%、麦芽糊精46.7%、甜菊糖苷3.3%。
本研究通过分析蓝莓粉添加量、泡腾剂配比及总量对产品的品质影响,结果表明蓝莓粉添加量越多,产品崩解时间越长,硬度越大,pH值越低,颜色逐渐变暗变为红紫色。蓝莓粉添加量在5.0%时色泽风味较好,口味酸甜可口。泡腾剂中柠檬酸含量越多,pH值越低,产气量越少,碳酸氢钠与柠檬酸适宜质量比范围在1∶1.2~1∶1.4。泡腾剂的总量越多,产品产气量越多,崩解时间越短,硬度越小,控制泡腾剂总量可以使产品更稳定,合适的添加量在40%~50%。产品适宜配方为蓝莓粉添加量5.0%、PVP添加量2.5%、PEG添加量2.5%、碳酸氢钠添加量18.2%、柠檬酸添加量21.8%、麦芽糊精添加量46.7%、甜菊糖苷添加量3.3%;在此条件下蓝莓泡腾片质量指标符合中国药典相关要求,总酚含量为51.87 mg/100 g,且溶解后饮品呈红紫色,澄清透明无沉淀,蓝莓香味突出,口感酸甜适宜。
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