汤葆莎，赖谱富，吴 俐，李怡彬，沈恒胜，陈君琛*
麦麸膳食纤维咀嚼片配方优化及其体外抗氧化能力
汤葆莎，赖谱富，吴 俐，李怡彬，沈恒胜，陈君琛*
（福建省农业科学院农业工程技术研究所，福建 福州 350003）
以食用菌秀珍菇发酵麦麸膳食纤维复合产物为主要原料，采用全粉末直接压片技术，选取片质量差异、崩解时限、硬度及脆碎度的综合评定值为评价指标，通过响应面法确定麦麸膳食纤维咀嚼片最佳配方，并分析其体外抗氧化能力。结果表明：麦麸膳食纤维咀嚼片的最佳配方为硬脂酸镁用量2%、黄秋葵超细粉用量34%和麦麸膳食纤维复合菌粉用量64%，制成的咀嚼片表面光滑、色泽均一、硬度适中；体外抗氧化能力的测定显示，麦麸膳食纤维咀嚼片具有较高的脂质过氧化抑制作用和羟自由基清除能力，脂质过氧化抑制率的IC50值为8 mg/mL，羟自由基清除率的IC50值达20 mg/mL。研究通过辅助强制加料配合直接压片的技术，对麦麸膳食纤维咀嚼片的配方工艺和体外抗氧化性进行研究，旨在为产品的功能营养价值提供一定理论支持。
咀嚼片；麦麸膳食纤维；配方优化；体外抗氧化能力
科学研究证明，膳食纤维虽不被人体吸收，但有助于调节体内脂质代谢，能显着降低血脂和体内过氧化水平，对高血压、糖尿病、高血脂、心脏病等疾病有一定的预防与治疗作用，且具有保护肝脏和提高免疫力等生理功能[1]。现食用菌的研究多见于不同基质栽培技术等方面[2-5]，也有对食用菌的多糖和蛋白质等营养成分的相关报道[6-8]，但将食用菌营养代谢转化产物应用于高膳食纤维等营养品质方面的研究尚不多见[9-10]。
本实验中用于制备片剂的麦麸膳食纤维复合产物是根据专利“一种固体培养制备富硒麦麸食用菌营养粉的方法”（ZL 201210544271.4）[11]制备得到。此麦麸膳食纤维复合制备产物除含丰富的可溶与不可溶麦麸膳食纤维外，还富含食用菌多糖、菌蛋白、四甲基吡嗪[12]等成分，其食用菌菌丝还可提高小鼠血清中的谷胱甘肽过氧化物酶活性[13]。本研究通过辅助强制加料配合直接压片的技术，对麦麸膳食纤维咀嚼片的配方工艺和体外抗氧化活性进行研究，旨在为产品的功能营养价值提供一定科学数据，使之成为具有口感风味自然、营养丰富、易消化吸收、方便携带与食用等优点，且适宜快节奏生活和纤维营养需求高的消费群体需求的功能性营养产品。
1 材料与方法
1.1 材料
麦麸膳食纤维复合菌粉由实验室自制：以麦麸（面粉厂直接购置）作为固体发酵的基质、食用菌秀珍菇（Pleurotus geesteranus）-XJ作为发酵菌株，采用固、液体逐级优化的多级培养方式获得秀珍菇液体菌种，麦麸基质固体培养的液体菌株接种量为30%，最终含水量为120%，于27 ℃培养箱中培养至菌丝长满培养基质后，50～60 ℃鼓风干燥后粉碎而得麦麸膳食纤维复合菌粉（膳食纤维质量分数达40.14%）；黄秋葵粉由黄秋葵副产物（老果）经清洗、切片、热风烘干（60 ℃）、粗粉碎（20 目）后超细粉碎至200 目左右备用；其他添加剂购自福州博纳生物技术有限公司。
1.2 仪器与设备
GFSJ-8型高效粉碎机 无锡宝辉机械制造有限公司；ZNC-300型超微粉碎机 北京兴时利和科技发展有限公司；101A型恒温鼓风干燥箱 上海市实验仪器总厂；电热恒温水浴锅 上海医疗器械五厂；HZP-150型全温振荡培养箱 上海精宏实验设备有限公司；756P型紫外-可见分光光度计 上海光谱仪器有限公司；TGL-16高速台式冷冻离心机 湖南湘仪实验室设备有限公司；BS2000S型电子天平 北京赛多利斯天平有限公司；ZP9A型旋转式压片机 上海天凡药机制造厂；MB25型水分分析仪 上海奥豪斯仪器有限公司；CJY-300C型智能片剂脆碎度测定仪、YPD-300D型片剂硬度仪 上海黄海药检仪器有限公司；ZB-1G型智能崩解仪 天津海益达科技有限公司。
1.3 方法
1.3.1 麦麸膳食纤维咀嚼片制备配方筛选
麦麸膳食纤维咀嚼片的制备：把麦麸膳食纤维复合菌粉与黄秋葵超细粉等辅料混合后（含水量≤6.2%），进行调配、压片（压片时控制转台速度25 r/min、充填压力18 kN、充填深度14 mm）、质量检验、包装，制作成品。前期实验以单因素设计添加各种辅料的5 种配方（表1），即以定量的麦麸菌粉配以不同的辅料，筛选适合全粉末压片的辅料，之后综合各单因素对试验结果进行分析。
表1 麦麸膳食纤维咀嚼片配方Table 1 Formulation of high-fiber chewable tablets
1.3.2 片质量差异测定[14]
取样品20 片，分别称取每片质量，求平均质量，再将每片质量与平均质量相比较，超出质量差异限度的不得多于2 片，并不得有1 片超出限度1 倍。其中压片平均质量0.3 g以下的样品质量差异限度为±7.5%，压片平均质量0.3 g及以上的样品质量差异限度为±5%。
1.3.3 崩解时限测定[14]
取样品3 片，分别置于洁净的吊篮玻璃管中，每管各放1 片。将装有供试品的吊篮浸入温度已达到（37±1）℃的水中，上下抖动直至样品完全分散。记录每片崩解的时间，取平均值。
1.3.4 脆碎度测定
脆碎度参照赖谱富等[15]的方法进行测定。取片剂10 片，用吹风机吹去外表粉末，称取其质量后，置于智能片剂脆碎度测定仪的圆筒中转动100 次，取出后，同法除去粉末，称取其质量，测得脆碎度。
1.3.5 硬度测定
硬度参照赖谱富等[15]的方法进行测定。取片剂6 片，用YPD-300D型片剂硬度仪对片剂硬度进行测定，以平均值作为最终片剂硬度。
1.3.6 综合评定值测定[16]
取片质量差异（α1）、崩解时限（α2）、硬度（α3）及脆碎度（α4）4 个指标的综合评定值为响应面试验优化指标。对成型贡献越大越好者直接作为评定值，越小越好者取倒数作为评定值，综合评定值结果越高表示成型性越好，片质量不足计为0。本实验中多指标综合评分法的具体内容见表2，综合评定值为各指标评分值之和，即Y=α1＋α2＋α3＋α4。
表2 多指标综合评分法Table 2 Multi-index evaluation method
1.3.7 麦麸膳食纤维咀嚼片制备工艺的响应面试验设计
根据Box-Behnken试验设计原理和1.3.1节配方筛选结果，选取硬脂酸镁用量（X1）、黄秋葵超细粉用量（X2）、麦麸膳食纤维复合菌粉用量（X3）为试验因素，以片质量差异、崩解时限、硬度及脆碎度为测定指标，综合评定值为响应值，设计三因素三水平试验。试验因素与水平见表3。
表3 响应面试验因素与水平Table 3 Code and level of independent variables used for Box-Behnken design
1.3.8 麦麸膳食纤维咀嚼片的抗氧化活性的测定
分别称取0.04、0.08、0.40 g样品于4 mL蒸馏水中，配制样品质量浓度分别为0.01、0.02、0.10 g/mL，80 ℃水浴2 h后，5 000 r/min离心10 min，获得提取液，用于抗氧化活性的测定，进行2 次重复实验。
采用清除自由基抗氧化作用评价法（Fenton反应法[17]、邻苯三酚体系超氧阴离子自由基清除法[17]）和抗脂质过氧化力评价法（卵黄脂蛋白不饱和脂肪酸-PUFA法[18-20]）对麦麸膳食纤维咀嚼片的抗氧化活性进行测定。
1.4 数据统计分析
采用Design-Expert和Excel软件对数据进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 麦麸膳食纤维咀嚼片制备配方
表4 各配方指标结果Table 4 Response variables for various formulations
由表4可知，配方1和配方4的脆碎度值大于1%，说明此2 种配方制作出的片剂为不合格产品；配方2、3、5的脆碎度值均小于1%，产品合格，但配方2、3的产品硬度太小，崩解时限长短不一，不适合作为咀嚼片。因此，最后保留配方5作为制备麦麸膳食纤维咀嚼片的主配方。2.2 麦麸膳食纤维咀嚼片制备工艺的响应面及回归模型分析[21-23]
2.2.1 回归模型方差分析结果
表5 响应面试验优化结果Table 5 Response surface design in terms of coded data with response variables
麦麸膳食纤维咀嚼片制备工艺的响应面分析结果如表5所示。经多元回归分析可知，各因子对响应值的影响不是简单线性关系；拟合后，得到各因素与综合评定值之间的二次回归方程：Y=18.62-0.11X1＋0.16X2＋0.18X3＋
表6 回归模型方程方差分析Table 6 Analysis of variance of regression model equation
由表6可知，综合评定值（响应值Y）的模型高度显着，一次项X1（硬脂酸镁用量）的影响显着（P＜0.05）、X2（黄秋葵超细粉用量）和X3（麦麸膳食纤维复合菌粉用量）的影响极显着（P＜0.01）；二次项中X12的影响显着（P＜0.05），X22、的影响极显着（P＜0.01）；交互项中X1X2的影响极显着（P＜0.01），X1X3达到显着水平（P＜0.05），X2X3差异不显着。3 个因素对综合值影响主次顺序为X3（麦麸膳食纤维复合菌粉用量）＞X2（黄秋葵超细粉用量）＞X1（硬脂酸镁用量）。
二次回归方程的F检验和失拟性检验结果表明：模型P值小于0.01，说明模型极显着；失拟项P值为0.119 7大于0.05，说明拟合度好，此模型可用于分析和预测。
2.2.2 响应面交互作用分析
图1 黄秋葵超细粉与硬脂酸镁用量对综合评定值交互作用Fig. 1 Response surface plot showing the interactive effect of ultra-fine powder okra and magnesium stearate on comprehensive evaluation
由图1可知，当麦麸膳食纤维复合菌粉添加量为63%时，硬脂酸镁和黄秋葵超细粉对麦麸膳食纤维咀嚼片综合评定值的交互作用极为显着。随着黄秋葵超细粉和硬脂酸镁用量的增加，综合评定值呈现先增大后减小的趋势，即综合评定值在黄秋葵超细粉和硬脂酸镁添加一定量的条件下具有极大值，该极大值存在于响应面的顶部。综合评定值随黄秋葵超细粉添加量变化的幅度大于硬脂酸镁，表明黄秋葵超细粉添加量对综合评定值的影响更为显着，这与上述方差分析的结果一致。
图2 麦麸膳食纤维复合菌粉与硬脂酸镁用量对综合评定值交互作用Fig. 2 Response surface plot showing the interactive effect of fermented wheat bran and magnesium stearate on comprehensive evaluation
由图2可知，当黄秋葵超细粉用量为33%时，麦麸膳食纤维复合菌粉和硬脂酸镁对麦麸膳食纤维咀嚼片综合评定值的交互作用显着。综合评定值随麦麸膳食纤维复合菌粉的变化幅度大于硬脂酸镁，表明麦麸膳食纤维复合菌粉对综合评定值的影响更为显着，这和上述方差分析结果一致。
2.2.3 工艺参数优化和模型验证实验结果
由回归方程的预测可得各因素水平最优组合，且将各因素水平换算为对应的实测值，测得麦麸膳食纤维咀嚼片的最优配方为硬脂酸镁用量2%、黄秋葵超细粉用量34%和麦麸膳食纤维复合菌粉用量64%，该条件下响应面模型综合评定值为18.7。根据最佳配方，再进行6 次重复验证实验，测得综合评定值的均值为18.703，与理论预测值误差绝对值相比较低于5%，且经t检测差异不显着（P＞0.1），验证该模型是可靠的。
2.3 麦麸膳食纤维咀嚼片体外抗氧化活性测定结果
表7 麦麸膳食纤维咀嚼片的抗氧化活性测定Table 7 Antioxidant properties of wheat bran dietary fiber chewable tablets
由表7可知，麦麸膳食纤维咀嚼片具有较高的脂质过氧化抑制作用和羟自由基清除能力，且抑制率和清除率都随着样品质量浓度增大而逐渐增强，量效关系明显；但对超氧阴离子自由基的清除率不高。羟自由基清除率和脂质过氧化抑制率趋势线方程的R2值都接近1，说明模型的拟合效果良好。Fenton反应法测出的羟自由基清除率的IC50值为20 mg/mL，而脂质过氧化抑制率的IC50值为8 mg/mL。
3 讨论与结论
秀珍菇富含蛋白质、微量元素，还含有多糖、黄酮类物质等，人体必需的8 种氨基酸齐全，是一种高蛋白、低脂肪的营养食品[24]。前期的研究已经证实[9]，通过食用菌秀珍菇菌丝体细胞对基质营养进行转化代谢，可丰富麦麸膳食纤维复合菌粉产品的营养成分；而根据GB 15193.3—2003《食品安全性毒理学评价程序 急性毒性试验》，项目组送检的麦麸膳食纤维复合菌粉样品，经福建省疾病预防控制中心检验，其急性毒性试验结果为最大耐受剂量大于20 g/kg（以体质量计），急性毒性剂量分级属无毒，为麦麸膳食纤维复合菌粉作为麦麸膳食纤维咀嚼片的原料提供了安全保障。
根据工艺路线不同，压片方法有湿法制粒、干法制粒及粉末直接压片3 种[25]。粉末直接压片是指将原料粉末与适宜的辅料混合后，不经制粒而直接进行压片的方法，其避开了制粒过程，因而具有省时、节能、工艺简便、产品的崩解或溶出时限较快等突出优点[26]。粉末直接压片前，为增加原料间的流动性、均匀性和可压性以及加大产品的溶解性，常将原料粉碎成一定的粒径。经微粉化处理后的原料粉粒，分子和静电引力作用均增大[27]，因此在压片过程中强制加料，黏合剂的选择成为其工艺流程中的一个重要技术步骤，直接关系到产品的性能和质量[28]。疏水性润滑剂硬脂酸镁是片剂保健食品中应用最多的辅料，营养保健型蔬菜黄秋葵[29-31]含有丰富黏性物质，可助消化、防便秘，长期食用可保护肝脏及增强人体耐力[32]，其果胶的总半乳糖醛酸质量分数为86.68%，符合QB 2484—2000《食品添加剂 果胶》对商品果胶的要求，其pH 4.63，属于弱酸性高酯果胶[31]。实验经配方筛选，将硬脂酸镁和热稳定性能优于商品柑橘果胶的黄秋葵果胶作为麦麸膳食纤维咀嚼片的黏合剂，使产品在压片过程中能良好成型且含丰富的果胶。片剂的产品质量主要以外观、片质量差异、硬度、崩解时限、粒度分布、含水量等为评价指标[16]。杨华等[33]以单一的崩解时限作为10%啶·噻泡腾片剂的评价指标，农毅青等[34]所研究的蓝参降脂咀嚼片、张木炎等[35]实验椰子膳食纤维咀嚼片和何晓瑞等[36]对红枣咀嚼营养片的研究均采用感官评分来作为评价指标；而单一指标并不能准确反映片剂质量的优越与否，建立片剂质量的综合评价方法，才能为配方设计及成型工艺提供客观可靠的基础[37]。本实验采用片质量差异、崩解时限、硬度及脆碎度等多指标综合评分法，以其综合评定值为评价指标，并通过统计分析得到片剂的配方组成，从结果分析可知，得到的片剂配方成型性方面和硬度均良好，说明多指标综合评分法对于麦麸膳食纤维咀嚼片配方的优化是可行的；与孙强[37]、魏建设[38]等的研究结果一致。
体外抗氧化能力是通过一系列体外实验评价方法测量的抗氧化活性，其评价方法主要有清除自由基抗氧化作用评价方法和抗脂质过氧化力评价方法[17]。在所有自由基中，羟自由基是目前所知的反应活性最强、对生物体危害最大、最难消除的氧自由基，能破坏细胞内的多糖、脂类、氨基酸等多种活性成分，使细胞坏死或发生突变[18]；而脂质过氧化过度生成会引起生物机体的功能发生障碍，造成细胞损伤或死亡，从而导致机体发生炎症、肿瘤等疾病[39-40]。因此，对自由基的清除能力的研究是抗氧化活性研究中的重要部分。实验采用3 种不同方法测定麦麸膳食纤维咀嚼片的体外抗氧化特性，数据分析说明麦麸膳食纤维咀嚼片对脂质过氧化自由基和羟自由基都有较高的清除能力，这与杨奇等[41]的研究结果部分一致。
综上所述，实验得出麦麸膳食纤维咀嚼片的最佳配方为硬脂酸镁用量2%、黄秋葵超细粉用量34%和麦麸膳食纤维复合菌粉用量64%，按此配方制成的咀嚼片表面光滑、色泽均一、硬度适中，不仅含有丰富的果胶，可补充膳食纤维，而且还可以增强抗氧化能力。运用片质量差异、崩解时限、硬度及脆碎度等多指标综合评分法，按经统计分析取得的最佳配方而制成的麦麸膳食纤维咀嚼片，成型性、硬度等均良好，说明多指标综合评分法对于评价麦麸膳食纤维咀嚼片的生产工艺是可行的。体外抗氧化能力的测定显示：麦麸膳食纤维咀嚼片对脂质过氧化自由基和羟自由基都有较高的清除能力。
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Recipe Optimization and in Vitro Antioxidant Properties of Wheat Bran Dietary Fiber Chewable Tablets
TANG Baosha, LAI Pufu, WU Li, LI Yibin, SHEN Hengsheng, CHEN Junchen*
(Institute of Agricultural Engineering Technology, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350003, China)
Wheat bran dietary fiber chewable tablets were produced by direct compression from dietary fiber (DF) rich wheat bran fermented by Pleurotus geesteranus with magnesium stearate and ultra-fine okra powder and added. The formulation of chewable tablets was optimized by response surface methodology with mass deviation, disintegration time, hardness and friability as responses. Meanwhile, the in vitro antioxidant properties of chewable tablets were evaluated. The results showed that the optimal formulation consisted of 64% fermented wheat bran, 34% ultra-fine okra powder and 2% magnesium stearate. The tablets produced revealed a smooth surface with uniform color and moderate hardness. The chewable tablets possessed strong antioxidant capacity in terms of anti-lipoperoxidation and hydroxyl radical scavenging capacity with IC50values of 8 and 20 mg/mL, respectively. The formulation optimization antioxidant activity evaluation of wheat bran dietary fiber chewable tablets can provide theoretical support for the nutritional and functional value of the product
chewable tablet; wheat bran dietary fiber; recipe optimization; in vitro antioxidant activity
DOI∶10.7506/spkx1002-6630-201724027
TS255.5
A
1002-6630（2017）24-0171-06
汤葆莎, 赖谱富, 吴俐, 等. 麦麸膳食纤维咀嚼片配方优化及其体外抗氧化能力[J]. 食品科学, 2017, 38(24)∶ 171-176.DOI∶10.7506/spkx1002-6630-201724027. http∶//www.spkx.net.cn
TANG Baosha, LAI Pufu, WU Li, et al. Recipe optimization and in vitro antioxidant properties of wheat bran dietary fiber chewable tablets[J]. Food Science, 2017, 38(24)∶ 171-176. (in Chinese with English abstract) DOI∶10.7506/spkx1002-6630-201724027. http∶//www.spkx.net.cn
2017-04-10
公益性行业（农业）科研专项（201503142）；福建省公益类科研专项（2015R1015-6）；
福建省农业科学院科技创新团队PI项目（2016PI-3）
汤葆莎（1971—），女，高级农艺师，硕士，研究方向为农产品加工技术及食用菌栽培。E-mail：tbsty@126.com
*通信作者：陈君琛（1959—），男，研究员，学士，研究方向为农产品加工及功能营养。E-mail：junchencc@sina.com
