任 艷，李 娟，何蓮君，董文明，和勁松*

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201）

乳清分離蛋白凝膠蔗糖釋放過(guò)程的動(dòng)力學(xué)分析

任 艷，李 娟，何蓮君，董文明，和勁松*

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201）

以蔗糖為食品風(fēng)味成分，封裝于乳清分離蛋白凝膠內(nèi)，探討pH值、溫度、載藥量、釋放液離子濃度對(duì)乳清分離蛋白凝膠釋放蔗糖的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。結(jié)果表明：蔗糖在乳清分離蛋白凝膠中的釋放過(guò)程符合Korsmeyer-Peppas模型，且擬合相關(guān)系數(shù)R2在0.95～0.99之間，擴(kuò)散常數(shù)n均小于0.45，符合Fick擴(kuò)散機(jī)理。動(dòng)力學(xué)常數(shù)K隨pH值、溫度、以及釋放液離子濃度（0.05～0.10 mol/L）的增加而增大，隨載藥量的增加而減小。乳清分離蛋白凝膠具有環(huán)境應(yīng)答性，以其為載體的物質(zhì)釋放過(guò)程受環(huán)境溫度、pH值、載藥量、釋放液離子濃度等因素影響。通過(guò)調(diào)節(jié)釋放體系的pH值、溫度、載藥量、釋放液離子濃度可以達(dá)到控制載物釋放的目的。

乳清分離蛋白；凝膠；釋放特性；動(dòng)力學(xué)

任艷， 李娟， 何蓮君， 等. 乳清分離蛋白凝膠蔗糖釋放過(guò)程的動(dòng)力學(xué)分析［J］. 食品科學(xué)， 2016， 37（15）: 13-18. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201615003. http://www.spkx.net.cn

REN Yan， LI Juan， HE Lianjun， et al. Kinetics of sugar release from whey protein isolate gel［J］. Food Science， 2016， 37（15）: 13-18. （in Chinese with English abstract） DOI:10.7506/spkx1002-6630-201615003. http://www.spkx.net.cn

乳清分離蛋白（whey portein isolate，WPI）是干酪生產(chǎn)的副產(chǎn)品，在許多食品產(chǎn)品中被廣泛用作功能性成分［1-2］，因其純度高、吸收率好、氨基酸組合最合理等諸多優(yōu)勢(shì)被推為“蛋白之王”。WPI作為蛋白質(zhì)替代原料，可降低成本、提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、改善產(chǎn)品質(zhì)量［3-5］。凝膠化是WPI的一個(gè)重要功能特性，可賦予食品特殊結(jié)構(gòu)和質(zhì)地［6-10］，因其擁有良好的加工特性，可作為功能性成分的載體［11-16］。蔗糖來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜而其本身又可作為食品中的有益成分，對(duì)食品的安全和風(fēng)味等固有特性影響較少，在工業(yè)化大規(guī)模利用上前景廣闊［17］。研究表明，利用WPI的凝膠特性，在適合的條件下制備以WPI為壁材的微膠囊，可以對(duì)功能性成分進(jìn)行包埋并實(shí)現(xiàn)腸溶釋放［18］。但國(guó)內(nèi)對(duì)以食品風(fēng)味成分封裝乳清分離蛋白凝膠釋放過(guò)程的動(dòng)力學(xué)研究尚未見(jiàn)報(bào)道，因此本實(shí)驗(yàn)用乳清分離蛋白凝膠對(duì)蔗糖進(jìn)行封裝，對(duì)乳清分離蛋白凝膠釋放特性影響因素（pH值、溫度、離子濃度等）及動(dòng)力學(xué)機(jī)理進(jìn)行研究，以期為WPI在新型凝膠食品開(kāi)發(fā)、功能性成分的無(wú)損封裝以及控制釋放等現(xiàn)代食品科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

WPI（蛋白質(zhì)含量＞95%） 美國(guó)Le Sueur Cheese公司。

蔗糖、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、冰乙酸、碳酸鈉、氫氧化鈉 天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；苯酚、濃硫酸 西隴化工股份有限公司；無(wú)水乙酸鈉廣東光華化學(xué)廠有限公司；牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA） 上海源葉生物科技有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

PL303型電子天平、FE20型實(shí)驗(yàn)室pH計(jì) 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；WFJ7200型可見(jiàn)分光光度計(jì) 尤尼柯（上海）儀器有限公司；601超級(jí)恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠；TGL-16C高速離心機(jī)上海安亭科學(xué)儀器廠；XK96-A快速混勻器 姜堰市新康醫(yī)療器械有限公司；TTL-10B超純水器 北京同泰聯(lián)科技發(fā)展有限公司；D-160均質(zhì)機(jī) 鄭州南北儀器設(shè)備有限公司。

1.3方法

1.3.1蔗糖封裝的WPI熱凝膠制備

準(zhǔn)確稱(chēng)取16 g WPI和所需蔗糖用量放入燒杯中，加入100 mL蒸餾水，玻璃棒混勻后用均質(zhì)機(jī)處理10 min，使其充分溶解，用自封袋密封， 4 ℃條件下放置12 h后，在85 ℃恒溫水浴鍋中水浴25 min制成蛋白凝膠，于冰水混合物中迅速冷卻后，用刀片切分成1 cm×1 cm×1 cm的正方體凝膠塊。

1.3.2靜態(tài)釋放實(shí)驗(yàn)

為了探討釋放環(huán)境對(duì)WPI凝膠釋放特性影響因素及其動(dòng)力學(xué)規(guī)律，建立pH值、溫度、釋放液離子濃度（本實(shí)驗(yàn)中用磷酸鹽緩沖液作為釋放液）、載藥量靜態(tài)釋放體系。

1.3.2.1pH值靜態(tài)釋放體系

準(zhǔn)確稱(chēng)取16 g WPI和0.06 g蔗糖按1.3.1節(jié)方法制成凝膠，將切分好的WPI凝膠塊分別浸泡于20.0 mL，20 ℃（恒溫水浴鍋控溫）、0.05 mol/L，pH 2.0、3.0、4.0、 5.0、6.0、7.0、8.0的磷酸鹽緩沖液中，釋放30 min，每隔5 min取釋放液1 mL測(cè)定一次蔗糖質(zhì)量濃度，同時(shí)向釋放液體系補(bǔ)充1 mL新緩沖液，以維持釋放體系的體積不變。

1.3.2.2溫度靜態(tài)釋放體系

按1.3.2.1節(jié)設(shè)置釋放體系，控制pH 6.0，磷酸鹽緩沖液離子濃度為0.05 mol/L，載藥量（蔗糖，下同）為0.6 mg/mL，設(shè)置體系溫度（電冰箱控溫）分別為4、20、30、40、50 ℃，研究溫度對(duì)WPI凝膠釋放特性的影響。

1.3.2.3釋放液離子濃度靜態(tài)釋放體系

按1.3.2.1節(jié)設(shè)置釋放體系，控制pH 6.0、溫度20 ℃、載藥量為0.6 mg/mL，控制磷酸鹽緩沖液濃度分別為0.05、0.10、0.15、0.20 mol/L，研究釋放液離子濃度對(duì)WPI凝膠釋放特性的影響。

1.3.2.4載藥量靜態(tài)釋放體系

按1.3.2.1節(jié)設(shè)置釋放體系，控制pH 6.0、溫度20 ℃、磷酸鹽緩沖液離子濃度為0.05 mol/L，設(shè)置載藥量分別為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL，研究載藥量對(duì)WPI凝膠釋放特性的影響。

1.3.3蔗糖標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

參考Rajeshwair等［19］的方法，配制質(zhì)量濃度為100 ?g/mL蔗糖標(biāo)準(zhǔn)溶液。取6 支25 mL試管，分別吸取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL的蔗糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，按順序向試管中加入體積分?jǐn)?shù)6%的苯酚1.0 mL，搖勻，再沿管壁在5～20 s內(nèi)加入5.0 mL濃硫酸，靜置10 min后搖勻，室溫放置20 min，于490 nm波長(zhǎng)處測(cè)定其吸光度，以蔗糖質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制蔗糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線性回歸方程：y=0.009 1x-0.004（R2=0.998 8）。

1.3.4釋放液中蔗糖質(zhì)量濃度測(cè)定

吸取1 mL釋放液，按1.3.3節(jié)中蔗糖質(zhì)量濃度測(cè)定方法加入苯酚、濃硫酸反應(yīng)后于490 nm波長(zhǎng)處測(cè)定其吸光度，平行測(cè)定3 次，取平均值。

1.3.5動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析方法

為了分析釋放過(guò)程，通常運(yùn)用動(dòng)力學(xué)模型來(lái)描述釋放動(dòng)力學(xué)機(jī)理，而Korsmeyer-Peppas模型是用來(lái)分析活性成分在多孔材料中釋放最為理想的模型［20］。公式如下：

式中：X為累積釋放分?jǐn)?shù)/%；t為釋放時(shí)間/min；n為擴(kuò)散常數(shù)；K為動(dòng)力學(xué)常數(shù)。

由n來(lái)決定動(dòng)力學(xué)機(jī)理：當(dāng)n≤0.45時(shí)，活性成分釋放機(jī)理符合Fick擴(kuò)散機(jī)理；當(dāng)0.45＜n＜0.89時(shí)，符合非Fick擴(kuò)散機(jī)理；當(dāng)n≥0.89時(shí)，符合以骨架溶蝕為主的機(jī)理。累積釋放分?jǐn)?shù)（X）計(jì)算公式如下：

式中：mt是時(shí)間t時(shí)刻的釋放總量/（μg/mL）；m0是釋放所用凝膠塊的載藥量/（mg/mL）；Atotal是凝膠的總載藥量/（mg/mL）；Vdisk是釋放所用凝膠塊的體積/mL；Vtotal是最初配制WPI溶液的體積/mL。通過(guò)對(duì)不同時(shí)刻t釋放液中活性成分質(zhì)量濃度進(jìn)行測(cè)定，可以得累積釋放分?jǐn)?shù)X，用（1）式對(duì)累積釋放分?jǐn)?shù)進(jìn)行擬合，分析可得釋放過(guò)程動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

1.4數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Excel進(jìn)行繪圖及顯著性分析，顯著性水平選取α=0.05，結(jié)果以表示。用Origin軟件進(jìn)行動(dòng)力學(xué)擬合分析。

2　結(jié)果與分析

2.1蔗糖釋放的飽和時(shí)間、飽和質(zhì)量濃度

圖1　WPI釋放液中蔗糖質(zhì)量濃度的變化Fig. 1 Time course of sucrose release from whey protein isolate gel

蔗糖在WPI凝膠中的釋放質(zhì)量濃度變化如圖1所示，隨著時(shí)間的推移，釋放量先上升，后趨于平衡，存在一個(gè)飽和點(diǎn)。

對(duì)蔗糖釋放質(zhì)量濃度上升的部分和趨于飽和的部分分別添加趨勢(shì)線（圖2），兩條趨勢(shì)線相交處的對(duì)應(yīng)時(shí)間即為釋放飽和時(shí)間，對(duì)應(yīng)釋放質(zhì)量濃度即為釋放飽和質(zhì)量濃度。

圖2　WPI釋放液中蔗糖釋放飽和時(shí)間、飽和質(zhì)量濃度的計(jì)算Fig. 2 Calculation of saturated time and saturation concentration during the release of sucrose

2.2pH值對(duì)WPI凝膠釋放特性的影響及動(dòng)力學(xué)分析

pH值是生理、生物和化學(xué)系統(tǒng)中的重要影響因素。不同pH值條件下蔗糖在WPI凝膠中的釋放質(zhì)量濃度變化曲線如圖3所示。

圖3　pH值對(duì)WPI凝膠釋放特性的影響Fig. 3 Effect of pH on release properties of WPI gel

由圖3可知，在釋放前期蔗糖的釋放質(zhì)量濃度逐漸增大，隨著釋放時(shí)間延長(zhǎng)釋放速率逐漸減慢到釋放后期蔗糖釋放質(zhì)量濃度逐漸飽和。

為了進(jìn)一步說(shuō)明不同pH值條件下蔗糖的釋放變化，對(duì)釋放過(guò)程中蔗糖的飽和時(shí)間、飽和質(zhì)量濃度、釋放比率進(jìn)行了分析（表1）。

表1　不同pH值條件下蔗糖釋放過(guò)程的特征參數(shù)Table 1 Characteristic parameters for sucrose release process under different pH conditions

由表1可知，pH值在2.0～8.0時(shí)，隨著pH值的升高，蔗糖釋放飽和質(zhì)量濃度、釋放比率均逐漸增大，但釋放飽和時(shí)間與pH值的相關(guān)性不大。

為了探明不同pH值下蔗糖釋放過(guò)程的動(dòng)力學(xué)機(jī)理，按式（1）對(duì)不同pH值條件下，蔗糖的累積釋放分?jǐn)?shù)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)擬合分析（圖4）。由圖4可知，各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)與模型擬合曲線基本吻合。

圖4　不同pH值條件下蔗糖釋放過(guò)程的動(dòng)力學(xué)擬合Fig. 4 Dynamic fitting of sucrose release process under different pH conditions

表2　不同pH值條件下蔗糖釋放過(guò)程的動(dòng)力學(xué)擬合參數(shù)Table 2 Kinetic fitting parameters for sucrose release process under different pH conditions

由表2可知，隨著pH值的升高，蔗糖釋放的動(dòng)力學(xué)常數(shù)K逐漸增大，擴(kuò)散常數(shù)n均小于0.45，符合Fick擴(kuò)散，相關(guān)系數(shù)R2均大于0.88。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著pH值的升高，蔗糖釋放飽和質(zhì)量濃度、釋放比率逐漸增大；動(dòng)力學(xué)常數(shù)逐漸增大，表現(xiàn)出顯著的酸堿敏感性。這可能是由于pH值的增大使WPI凝膠中凝膠網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化引起的。凝膠在偏堿性的緩沖溶液中的溶脹程度比在酸性緩沖溶液中的溶脹程度大得多，溶脹程度大的凝膠網(wǎng)絡(luò)上的間隙比較大，有利于藥物從凝膠中釋放出來(lái)［21-22］。因此，凝膠中藥物的釋放速率常數(shù)較高。George等［23］以海藻酸鈉和瓜爾膠為原料，合成了具有酸堿敏感性的水凝膠，并以BSA為模型藥物，結(jié)果表明，水凝膠在pH 1.2～7.4間具有較好的酸堿敏感性，且具有較好的控制釋放效果。本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果表明乳清白蛋白凝膠在pH 2.0～8.0間具有酸堿敏感性，且pH 7～8間控制釋放效果較好，但酸堿敏感性與George等［23］的研究結(jié)果存在差異，這可能是乳清分離蛋白與海藻酸鈉、瓜爾膠的結(jié)構(gòu)不同造成的。Kumar等［24］采用懸浮聚合法制成了基于聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸的凝膠微球，并研究了其在不同pH值條件下對(duì)胰島素的釋放過(guò)程，發(fā)現(xiàn)pH 2.5時(shí)，胰島素的釋放量?jī)H為18%～25%；而在pH 7.4時(shí)，胰島素的釋放量有顯著增加，本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果與其研究結(jié)果一致。

2.3不同溫度對(duì)WPI凝膠釋放過(guò)程的影響及動(dòng)力學(xué)分析

溫度是生理、生物和化學(xué)系統(tǒng)中的重要因素，熱誘導(dǎo)形成的凝膠其性質(zhì)會(huì)隨周?chē)h(huán)境溫度變化而改變。不同溫度下蔗糖在WPI凝膠中釋放質(zhì)量濃度變化如圖5所示。

圖5　溫度對(duì)WPI凝膠釋放特性的影響Fig. 5 Effect of temperature on release characteristics of WPI gel

由圖5可知，隨著溫度的升高，蔗糖的釋放質(zhì)量濃度逐漸增大。在釋放前期蔗糖的釋放速率快，隨著釋放時(shí)間的推移，釋放速率逐漸減慢，最后趨于飽和。

表3　不同溫度條件下蔗糖釋放過(guò)程的特征參數(shù)Table 3 Characteristic parameters for sucrose release process at different temperatures

由表3可知，蔗糖的釋放質(zhì)量濃度隨著溫度的升高而逐漸增大。飽和質(zhì)量濃度、飽和時(shí)間以及釋放比率，都隨著釋放體系溫度的升高而增大，在50 ℃條件下，蔗糖釋放的飽和質(zhì)量濃度及釋放比率高于其他組。

對(duì)不同溫度下蔗糖的累積釋放分?jǐn)?shù)按式（1）進(jìn)行動(dòng)力學(xué)擬合分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　不同溫度下蔗糖釋放過(guò)程的動(dòng)力學(xué)擬合參數(shù)Table 4 Kinetic fitting parameters for sucrose release process at different temperatures

由表4可知，隨著溫度的升高，蔗糖釋放的動(dòng)力學(xué)常數(shù)K逐漸增大，擴(kuò)散常數(shù)n均小于0.45，相關(guān)系數(shù)R2均大于0.9。

蔗糖釋放的飽和質(zhì)量濃度、飽和時(shí)間以及釋放比率，都隨著釋放體系溫度的升高而不斷增大（表3），表現(xiàn)出較高的溫度敏感性；動(dòng)力學(xué)常數(shù)K也隨著溫度的升高逐漸增大（表4）。這可能是由兩方面原因造成的，一是載物在高溫時(shí)，分子自由擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加快，從而使擴(kuò)散速率加快；二是由于溫度的升高，凝膠會(huì)脹開(kāi)，乳清分離蛋白四級(jí)結(jié)構(gòu)伸展，結(jié)構(gòu)變得疏松，從而加速釋放，同時(shí)增加了釋放量，導(dǎo)致WPI凝膠在高溫時(shí)的釋放比率明顯高于低溫時(shí)的釋放比率［25］。楊桔［26］的研究發(fā)現(xiàn)，載藥凝膠在37 ℃時(shí)的釋放速率明顯高于25 ℃時(shí)的釋放速率，表現(xiàn)出顯著的溫度敏感性；潘婷婷［27］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)釋放溫度從20 ℃升高到40 ℃時(shí)，最大釋放量也隨之增大。本研究中釋放溫度從4 ℃升高到50 ℃時(shí)，蔗糖的釋放量逐漸增大，與楊桔［26］和潘婷婷［27］的研究結(jié)果一致。說(shuō)明WPI凝膠與其他載物凝膠一樣具有顯著的溫度敏感性。

2.4不同磷酸鹽緩沖液離子濃度對(duì)WPI凝膠釋放影響及動(dòng)力學(xué)分析

圖6　離子濃度對(duì)WPI凝膠釋放特性的影響Fig. 6 Effect of ion concentration on release characteristics of WPI gel

由圖6可知，在釋放的前10 min，蔗糖的釋放速率快，釋放量大，在10 min以后，蔗糖釋放速率逐漸減慢，最后慢慢達(dá)到飽和。

表5　不同釋放液離子濃度條件下蔗糖釋放的特征參數(shù)Table 5 Characteristic parameters of sucrose release under different liquid-releasing concentrations

由表5可知，釋放液離子濃度在0.05～0.15 mol/L范圍內(nèi)，蔗糖釋放的飽和時(shí)間在0.10 mol/L的釋放液中最短；飽和質(zhì)量濃度以及釋放比率，都隨著釋放液離子濃度的增加而增大，當(dāng)釋放液離子濃度超過(guò)0.15 mol/L時(shí)，蔗糖釋放的飽和質(zhì)量濃度以及釋放比率反而降低。

對(duì)不同釋放液離子濃度下蔗糖的累積釋放分?jǐn)?shù)按式（1）進(jìn)行動(dòng)力學(xué)擬合分析，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6　不同釋放液離子濃度下蔗糖釋放過(guò)程的動(dòng)力學(xué)擬合參數(shù)Table 6 Kinetic fitting parameters of sucrose-releasing process under different liquid-releasing concentrations

由表6可知，蔗糖釋放的動(dòng)力學(xué)常數(shù)K隨著釋放液離子濃度的增加逐漸增大，擴(kuò)散常數(shù)n均小于0.45，符合Fick擴(kuò)散機(jī)理，相關(guān)系數(shù)R2均大于0.89。

蛋白凝膠在釋放介質(zhì)具有較低離子強(qiáng)度下有較大的溶脹率，此時(shí)凝膠網(wǎng)絡(luò)具有較好的可擴(kuò)展性，使得載物易于從凝膠內(nèi)部釋放出來(lái)。而隨著釋放介質(zhì)離子強(qiáng)度的逐漸增大，蛋白凝膠中高分子鏈變得卷曲，分子鏈的卷曲增強(qiáng)了分子內(nèi)疏水締合，大分子鏈間相互作用增強(qiáng)，使分子鏈更為卷曲，因而凝膠與水分子之間的相互作用力逐漸減小，凝膠的溶脹率逐漸下降，導(dǎo)致載物不容易從凝膠中釋放出來(lái)，從而釋放速率下降［28-29］。這說(shuō)明在一定范圍內(nèi)增加釋放介質(zhì)中釋放液離子濃度可以增大活性成分的釋放量，改變釋放介質(zhì)的離子濃度可以改變載物的釋放動(dòng)力學(xué)機(jī)制［30-32］。

2.5不同載藥量對(duì)WPI凝膠釋放過(guò)程的影響及動(dòng)力學(xué)分析

圖7　載藥量對(duì)WPI凝膠釋放特性的影響Fig. 7 Effect of drug loading on release characteristics of WPI gel

由圖7可知，隨著載藥量的增加，蔗糖的釋放質(zhì)量濃度逐漸增大；在釋放前期隨著載藥量增加，釋放速率逐漸增大，在釋放15 min以后，蔗糖釋放質(zhì)量濃度逐漸減慢，最后趨于飽和。

表7　不同載藥量條件下蔗糖釋放過(guò)程的特征參數(shù)Table 7 Characteristic parameters for sucrose release process under different loading levels

由表7可知，載藥量0.2～1.0 mg/mL范圍內(nèi)，蔗糖釋放的飽和時(shí)間與載藥量的相關(guān)性不大；飽和質(zhì)量濃度隨著載藥量的增加而增大；釋放比率則隨著蔗糖載藥量的增加而逐漸降低。

對(duì)不同載藥量條件下蔗糖的累積釋放分?jǐn)?shù)按式（1）進(jìn)行動(dòng)力學(xué)擬合得到特征參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表8。

表8　不同載藥量條件下蔗糖釋放過(guò)程的動(dòng)力學(xué)擬合參數(shù)Table 8 Kinetic fitting parameters for sucrose release process under different loading levels

如表8所示，隨著載藥量的增加，蔗糖釋放的動(dòng)力學(xué)常數(shù)K逐漸降低；擴(kuò)散常數(shù)n均小于0.45；相關(guān)系數(shù)R2均大于0.9。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，蔗糖釋放的飽和質(zhì)量濃度隨著載藥量的增加而增大，釋放比率則隨著載藥量的增加而逐漸降低（表7）。這可能是由于載藥量的增大使乳清分離蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)變得疏松多孔，使前期藥物突釋引起的。蔗糖的釋放速率和動(dòng)力學(xué)常數(shù)則隨著載藥量的增加而降低（表8），這是因?yàn)檩d藥的質(zhì)量濃度越大，溶液越黏稠，形成凝膠的結(jié)構(gòu)越致密，對(duì)藥物的包埋作用越強(qiáng)，所以藥物從凝膠中釋放出來(lái)的速率就越慢，釋放比率就會(huì)越低。隨著載藥量增加，載藥釋放速率逐漸下降，這可能是因?yàn)檩d藥質(zhì)量濃度越大，耐水性越強(qiáng)，交聯(lián)密度越高，凝膠的骨架越緊密，溶脹性變小，使進(jìn)入微球的水量減少，藥物的釋放速率逐漸減慢［33-35］。載藥量的改變使得釋放速率改變，從而使動(dòng)力學(xué)機(jī)制也隨之改變。

3　結(jié) 論

蔗糖在乳清分離蛋白凝膠中的釋放過(guò)程符合Korsmeyer-Peppas模型，且擬合相關(guān)系數(shù)R2在0.95～0.99之間，擴(kuò)散常數(shù)n均小于0.45，符合Fick擴(kuò)散機(jī)理，動(dòng)力學(xué)常數(shù)K（即釋放速率）隨pH值、溫度、以及釋放液離子濃度的增加不斷增大，隨載藥量的增加而不斷減小。WPI凝膠具有環(huán)境應(yīng)答性，以其為載體的物質(zhì)釋放過(guò)程受環(huán)境的pH值、溫度、載藥量、釋放液離子濃度等因素影響，通過(guò)調(diào)節(jié)釋放體系的pH值、溫度、載藥量、釋放液離子濃度可以達(dá)到控制載物釋放的目的。本研究結(jié)果可為乳清分離蛋白在新型凝膠食品開(kāi)發(fā)、功能性成分的無(wú)損封裝以及控制釋放、靶向給藥等現(xiàn)代食品科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

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Kinetics of Sugar Release from Whey Protein Isolate Gel

REN Yan， LI Juan， HE Lianjun， DONG Wenming， HE Jinsong*
（College of Food Science and Technology， Yunnan Agricultural University， Kunming 650201， China）

In this research， the kinetic mechanism of sucrose release from whey protein isolate gels was studied. For this purpose， sucrose as a food flavor component was encapsulated in whey protein gels to investigate the effects of pH，temperature， drug loading， and ion concentration on the kinetics of sucrose release. The results showed that the releasing process of sucrose from whey protein isolate gels could be described by the Korsmeyer-Peppas model， with a fitting correlation coefficient R2between 0.95-0.99. The diffusion constant n was less than 0.45， which is consistent with the Fick diffusion mechanism. With the increase of pH， temperature or ion concentration in the range of 0.05-0.10 mol/L， the kinetic constant K （i.e.， release rate） increased， while it decreased with the increase of drug loading. Whey protein isolate gel exhibited environmental responses， and the release of entrapped sucrose from it could be influenced by pH， temperature，drug loading， ion concentration and other factors. Therefore， the purpose of control ling the release of entrapped contents from the carrier could be achieved by adjusting pH， temperature， drug concentration and ion concentration.

whey protein isolate； gel； release characteristics； kinetics

10.7506/spkx1002-6630-201615003

TS252.1

A

1002-6630（2016）15-0013-06引文格式：

2015-11-24

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31371875）；云南省教育廳科學(xué)研究基金重點(diǎn)項(xiàng)目（2014Z081）作者簡(jiǎn)介：任艷（1991—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)。E-mail：377100734@qq.com

和勁松（1970—），男，副教授，博士，研究方向?yàn)槭称返鞍啄z化理論與功能凝膠開(kāi)發(fā)。

E-mail：hejinsong@mail.tsinghua.edu.cn