和勁松，任 艷，何蓮君，李 娟，董文明*

（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VC釋放過程的動力學(xué)

和勁松，任 艷，何蓮君，李 娟，董文明*

（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）

本研究以VC作為食品功能性成分模型，利用熱誘導(dǎo)使其封裝于乳清分離蛋白（whey protein isolate，WPI）凝膠內(nèi)，通過靜態(tài)釋放實驗和動力學(xué)分析，探討釋放介質(zhì)pH值、溫度、載藥量、釋放液離子濃度對WPI凝膠中VC釋放特性的影響，并建立VC在WPI凝膠中釋放過程的動力學(xué)模型。實驗結(jié)果表明，VC在WPI凝膠中累計釋放分數(shù)的變化與蔗糖的動力學(xué)模型不同，不遵循已有的Korsmeyer-Peppas模型X＝Ktn，而遵循本研究建立的修正模型：X＝Ktne-k’t，且相關(guān)系數(shù)R2在0.95～0.99之間。VC的釋放速率，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。研究表明，WPI凝膠具有環(huán)境應(yīng)答性，以其為載體的VC釋放過程受環(huán)境的pH值、溫度、釋放液離子濃度等因素影響。因此，通過調(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到控制VC釋放的目的。

乳清分離蛋白；凝膠；釋放特性；動力學(xué)模型

蔗糖分子中不存在半縮醛基，不顯示變旋現(xiàn)象，沒有還原性。VC是一個烯二醇的內(nèi)酯，類似鄰苯二酚的結(jié)構(gòu)，所以在性質(zhì)上具有強還原性、易氧化[1]。本研究將食品功能成分VC與乳清分離蛋白（whey protein isolate，WPI）混合后制成凝膠，旨在以WPI凝膠為載體的VC功能凝膠食品釋放調(diào)控系統(tǒng)的開發(fā)。WPI是干酪生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品乳清經(jīng)過特殊工藝濃縮精制而得的一類蛋白質(zhì)[2-5]。WPI不僅是一種營養(yǎng)價值極高的蛋白食品，且擁有較好的凝膠形成特性[6-8]，WPI凝膠在微觀尺度上存在一個空間網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造[9-11]，即微構(gòu)造，可作為功能性成分的載體[12-15]。VC作為一種高效抗氧化劑，可清除生長代謝產(chǎn)生的活性氧基團及自由基，保護細胞免遭氧化損害。研究發(fā)現(xiàn)將功能性成分包埋于蛋白凝膠或凝膠微粒中，不僅可以保護其生物活性，而且能夠調(diào)節(jié)釋放速率[16-18]、提高釋放靶向性[19-21]、增強體細胞免疫應(yīng)答[22-23]，從而有效提高各類活性物質(zhì)的生物利用率。Chen Lingyun等[24]利用WPI冷凝膠形成的顆粒或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在替代脂肪和提高禽肉的黏彈性方面都收到了很好的效果，而且對VE、益生菌和其他生物活性物質(zhì)也有較好的包埋效果和攜帶作用[25-26]。近年來關(guān)于WPI凝膠的研究多集中在pH值、離子濃度及溫度等對凝膠形成的影響方面[27-28]，關(guān)于以WPI凝膠為載體的食品功能成分的釋放特性的研究鮮見報道。

本研究中以VC作為食品功能性成分模型，利用熱誘導(dǎo)使之封裝于WPI凝膠內(nèi)，通過實驗探討釋放介質(zhì)的pH值、溫度、離子濃度、載藥量等因素對VC釋放特性的影響及對其動力學(xué)機理進行研究，以期為WPI在新型凝膠食品的開發(fā)、功能性成分的無損封裝等技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

乳清分離蛋白粉，蛋白質(zhì)含量＞95% 美國Le Sueur Cheese公司；VC、可溶性淀粉、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；碘化鉀 上海申博化工有限公司；碘 西隴化工股份有限公司；無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型實驗室pH計 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；WFJ7200型可見分光光度計 尤尼柯（上海）儀器有限公司；601超級恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠；TGL-16C高速離心機上海安亭科學(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；B11-1恒溫磁力攪拌器 上海司樂儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 VC封裝的WPI熱凝膠制備

準(zhǔn)確稱取16 g WPI和所需的VC用量（0.00～0.24 g）放入燒杯中，加入100 mL蒸餾水，用玻璃棒攪拌使其混勻后用磁力攪拌器攪拌至完全溶解分散，用自封袋密封，4 ℃冰箱放置12 h后將WPI與VC混合分散溶液在（85±0.1） ℃恒溫水浴鍋中加熱25 min制成WPI凝膠，放在冰水混合物中迅速冷卻后，用刀片切分成1 cm3正方體凝膠塊。

1.3.2 靜態(tài)釋放體系的建立

為了探討釋放環(huán)境（磷酸鹽緩沖液）對WPI凝膠釋放特性影響因素及其動力學(xué)規(guī)律進行研究，按表1建立pH值、溫度、離子濃度、凝膠載藥量等的靜態(tài)釋放體系。

表1 靜態(tài)釋放體系的建立Table1 Establishment of static release systems

1.3.3 VC定量標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

參考王美榮[29]的方法，向1 mL VC標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入5 mL淀粉溶液，用碘溶液滴定至溶液呈藍色，記錄滴定體積，平行測定3 次，取平均值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得線性回歸方程Y＝119.78X－0.248，R2＝0.999。

1.3.4 釋放液中VC質(zhì)量濃度的測定

取1 mL釋放液，按1.3.3節(jié)方法記錄滴定體積，參照VC定量標(biāo)準(zhǔn)曲線中的計算方法，測定VC質(zhì)量濃度。

1.3.5 動力學(xué)參數(shù)分析方法

為分析WPI凝膠釋放過程的動力學(xué)規(guī)律，本研究擬采用式（1）所示，Korsmeyer-Peppas模型進行動力學(xué)擬合分析。

Korsmeyer-Peppas模型是分析活性成分在多孔材料中釋放最為理想的模型[30]。X是累計釋放分數(shù)/%；K為動力學(xué)常數(shù)/min－n（即釋放速率）；t為釋放時間/min；n是擴散常數(shù)（無量綱），由n來決定動力學(xué)機理：當(dāng)n≤0.45時，活性成分釋放機理符合Fick擴散機理；當(dāng)0.45＜n＜0.89時，符合非Fick擴散機理；當(dāng)n≥0.89時，符合以骨架溶蝕為主的機理。

其中：

式中：mt是時間t時的釋放總量/（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。通過不同時刻t，對釋放液中活性成分質(zhì)量濃度進行測量，可以求得式（1）所示累積釋放分數(shù)X（無量綱），用式（1）對累計釋放分數(shù)進行擬合分析可得釋放過程動力學(xué)參數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

應(yīng)用Origin 8.0軟件進行擬合分析，Excel 2007軟件進行顯著性分析，顯著性水平選取P＜0.05，結(jié)果以±s表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 WPI凝膠VC釋放飽和時間與質(zhì)量濃度的關(guān)系

圖1 VC釋放質(zhì)量濃度在WPI凝膠中隨時間的變化Fig.1 Time-course curve of vitamin C release from WPI gel

WPI凝膠中VC的釋放質(zhì)量濃度隨釋放時間的變化如圖1所示，隨著時間的延長，釋放質(zhì)量濃度呈先上升后下降的變化趨勢，存在一個飽和點。

圖2 VC釋放過程中飽和時間、飽和質(zhì)量濃度的計算Fig.2 Calculation of saturation time and saturated concentration of vitamin C release

為了計算釋放質(zhì)量濃度的飽和點，通過線性擬合對VC釋放質(zhì)量濃度上升階段和下降階段添加線性趨勢線（圖2）。根據(jù)兩條趨勢線的交點，線性方程解出X值即為釋放飽和時間，Y值即為飽和質(zhì)量濃度。

2.2 不同pH值對WPI凝膠釋放特性的影響及動力學(xué)分析

由圖3可知，不同pH值釋放介質(zhì)條件下，隨著釋放時間的延長，VC釋放質(zhì)量濃度也不斷增加，當(dāng)達到飽和后，VC釋放質(zhì)量濃度隨著釋放時間的延長開始逐漸降低。

圖3 pH值對WPI凝膠釋放特性的影響Fig.3 Effect of pH on release characteristics of vitamin C from WPI gel

對不同pH值條件下VC釋放的飽和時間、飽和質(zhì)量濃度、釋放比率的分析結(jié)果見表2。

表2 不同pH值條件下VC釋放特征參數(shù)Table2 Release characteristic parameters of vitamin C under different pH conditions

由表2可知，pH 2.0～8.0范圍內(nèi)，隨著pH值的升高，VC釋放的飽和時間逐漸增加；飽和質(zhì)量濃度以及釋放比率在pH值為6.0時達到最大；pH值在7.0和8.0時，VC釋放的飽和質(zhì)量濃度和釋放比率逐漸降低。pH 2.0～6.0范圍內(nèi)，隨著pH值的增大，VC的釋放比率逐漸增大。這可能是由于凝膠在pH 6.0的緩沖溶液中的溶脹程度比在pH 2.0的緩沖溶液中的大得多，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[31-32]。因此凝膠中VC的釋放速率較高。pH 8.0時釋放比率下降，可能是因為VC是不穩(wěn)定物質(zhì)，在溶液中的溶解度受pH值的影響比較大，在弱堿性的條件下容易氧化而遭到破壞[33]。

為了探討VC釋放過程的動力學(xué)機理，根據(jù)式（1）對不同pH值條件下VC的累計釋放分數(shù)X進行擬合分析（表3）。

表3 不同pH值條件下VC釋放的Korsmeyer-Peppas模型擬合結(jié)果Table3 Fitting of Korsmeyer-Peppas model for the release of vitamin C under different pH conditions

由表3可知，pH 2.0～8.0范圍內(nèi)相關(guān)系數(shù)R2最高只達到0.88。擬合結(jié)果表明，VC的釋放不符合X＝Ktn這一動力學(xué)模型，這可能是由于VC類似鄰苯二酚的結(jié)構(gòu)，極易氧化，在釋放過程中存在衰減現(xiàn)象造成的。

唐延甜[34]研究發(fā)現(xiàn)水溶性藥物VC，由于自身的性質(zhì)，在藥物穩(wěn)定釋放后期階段釋放程度會有一定程度的減弱。根據(jù)衰減現(xiàn)象，本研究假設(shè)，VC的衰減速率與其質(zhì)量濃度（C）成正比，即：

其中，k’是衰減動力學(xué)參數(shù)（無量綱）。對式（4）求解可得：

即：

式（6）中，C0是t＝0時的VC質(zhì)量濃度，C/C0為衰減比率。根據(jù)式（6）對Korsmeyer-Peppas模型X＝Ktn進行修正，可得VC指數(shù)衰減模型：

式中：X是累計釋放分數(shù)；n是擴散常數(shù)；t是釋放時間/min；e是自然數(shù)。

根據(jù)式（7）對不同pH值條件下，WPI凝膠釋放過程中VC質(zhì)量濃度的衰減進行擬合分析見圖4。

圖4 不同pH值條件下VC釋放過程動力學(xué)擬合Fig.4 Kinetic fi tting of the release of ascorbic acid under different pH conditions

如圖4所示，各組實驗數(shù)據(jù)與假設(shè)提出的模型擬合曲線基本吻合。動力學(xué)擬合參數(shù)如表4。

如表4所示，各組實驗數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)R2均大于0.97。pH 2.0～6.0時，動力學(xué)參數(shù)逐漸增大，pH 6.0時達到最大值，pH 7.0～8.0時，動力學(xué)參數(shù)逐漸減??；pH 3.0～7.0條件下擴散常數(shù)0.45＜n＜0.89，符合非Fick擴散機理；pH值為2.0、8.0時，擴散常數(shù)n≤0.45，符合Fick擴散機理。隨著pH值的升高，衰減常數(shù)先增大后減小。VC累計釋放分數(shù)的變化遵循本研究修正模型即式（7）動力學(xué)模型。

表4 不同pH值條件下VC釋放過程的修正模型動力學(xué)擬合結(jié)果Table4 Kinetic fi tting of modi fi ed model for the release of vitamin C under different pH conditions

郭帥等[35]研究發(fā)現(xiàn)VC在堿性環(huán)境條件下不穩(wěn)定，在酸性環(huán)境條件下較穩(wěn)定。VC釋放過程的動力學(xué)常數(shù)隨著pH值的改變而改變（表4），這可能是因為在凝膠狀態(tài)，蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)會隨pH值的改變而改變，導(dǎo)致WPI凝膠的流變學(xué)性質(zhì)具有pH敏感性[36-37]，使得WPI凝膠變性和凝聚特性也隨pH值的改變而改變，導(dǎo)致WPI凝膠的動力學(xué)也隨pH值而改變。WPI等電點接近pH 5.0，在堿性范圍，隨pH值的增加，蛋白質(zhì)分子表面電荷量增強，蛋白質(zhì)與VC間的靜電相互作用增強，對釋放過程造成一定影響。張瑜等[38]研究釋放介質(zhì)pH值和離子強度對羧甲基魔芋膠小丸體外釋藥的影響，發(fā)現(xiàn)隨釋放介質(zhì)pH值增加，丸粒的溶脹度和溶蝕度增加，小丸釋藥加快。

2.3 不同溫度對WPI凝膠釋放過程的影響及動力學(xué)分析

圖5 溫度對WPI凝膠釋放特性的影響Fig.5 Effect of temperature on release characteristics of vitamin C fromWPI gel

由圖5可知，隨著溫度的升高，VC的釋放質(zhì)量濃度逐漸增大，但10 min以后出現(xiàn)衰減趨勢。

表5 不同溫度條件下VC釋放特征參數(shù)Table5 Release characteristic parameters of vitamin C from WPI gel under different temperatures

由表5可知，20～50 ℃時，隨著溫度的升高，VC釋放的飽和時間逐漸縮短，飽和質(zhì)量濃度以及釋放比率逐漸增大。

熱誘導(dǎo)凝膠的性質(zhì)會隨周圍環(huán)境溫度變化而改變。其溫度響應(yīng)性與凝膠網(wǎng)絡(luò)中氫鍵的形成和離解有關(guān)，溶液溫度升高時，氫鍵斷裂導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)疏松，凝膠溶脹，溫度下降時，氫鍵形成凝膠收縮[39]。實驗結(jié)果中，溫度由4 ℃升高到50 ℃時，VC的釋放飽和質(zhì)量濃度逐漸增大，釋放比率也顯著增大。這可能是由于隨著溫度升高，作為載體的蛋白凝膠發(fā)生由親水到疏水的轉(zhuǎn)變引起凝膠“核-殼”結(jié)構(gòu)被破壞，凝膠內(nèi)核塌陷，在凝膠去溶脹的過程中，水分子攜帶著藥物粒子一同被擠壓出親水層，導(dǎo)致載物釋放量增大[40]。

表6 不同釋放溫度條件下VC釋放過程動力學(xué)擬合結(jié)果Table6 Kinetic fi tting for the release of vitamin C under different temperatures

對不同溫度下VC的釋放過程按式（7）進行動力學(xué)擬合分析，結(jié)果如表6所示，VC釋放過程的動力學(xué)常數(shù)，衰減常數(shù)k’都隨著溫度升高而逐漸增大，相關(guān)系數(shù)R2均達到0.99，且擴散常數(shù)0.45＜n＜0.89，符合非Fick擴散機理。

由表6可知，隨著釋放溫度的升高，動力學(xué)常數(shù)K，衰減常數(shù)k’和擴散常數(shù)n都不斷增大，可能是在更高的溫度條件下，藥物的分子熱運動加快，藥物能更快在釋放介質(zhì)和凝膠內(nèi)部交換，所以藥物的釋放速率加快。釋放速率常數(shù)增加是溫度增加的結(jié)果。楊桔[41]研究發(fā)現(xiàn)，載藥凝膠在37 ℃時的釋藥速率明顯高于25 ℃時的釋藥速率，表現(xiàn)出顯著的溫度敏感性。潘婷婷[42]研究發(fā)現(xiàn)，40 ℃時的釋放速率是20 ℃時的兩倍。同時，當(dāng)溫度從20 ℃升高到40 ℃時，最大釋放濃度也隨之增大。

2.4 不同釋放液離子濃度對WPI凝膠釋放的影響及動力學(xué)分析

圖6 釋放液離子濃度對WPI凝膠釋放的影響Fig.6 Effect of ion concentration in releasing liquid on the release of vitamin C in WPI gel

由圖6可知，釋放時間小于15 min時，VC的釋放質(zhì)量濃度隨著釋放液離子濃度的增加呈增大趨勢。

表7 不同釋放液離子濃度條件下VC釋放特征參數(shù)Table7 Release characteristic parameters of vitamin C from WPI gel under different medium concentrations

由表7可知，隨著釋放液離子濃度的改變，VC釋放的飽和時間也隨之改變；隨著釋放液離子濃度的增加，飽和質(zhì)量濃度與釋放比率都不斷增大，當(dāng)釋放液離子濃度達到0.15 mol/L以后，VC釋放的飽和質(zhì)量濃度與釋放比率呈減少趨勢。

表8 不同釋放液離子濃度下VC釋放過程動力學(xué)擬合結(jié)果Table8 Kinetic fi tting for the release of vitamin C under different medium concentrations

不同釋放液離子濃度下VC的釋放過程按式（7）進行動力學(xué)擬合分析，結(jié)果由表8可知，動力學(xué)擬合相關(guān)系數(shù)R2均達到0.99，在0.00～0.10 mol/L范圍內(nèi)，動力學(xué)常數(shù)，擴散常數(shù)和衰減常數(shù)總體上隨著釋放液離子濃度的增加而逐漸增大；當(dāng)釋放液離子濃度達到0.15 mol/L時，動力學(xué)參數(shù)反而逐漸下降，且擴散常數(shù)0.45＜n＜0.89，符合非Fick擴散機理。

凝膠的溶脹吸水主要與滲透壓有關(guān)，釋放介質(zhì)的離子濃度高低會改變凝膠內(nèi)部和外界的滲透壓，從而改變凝膠的釋放速率。在0.00～0.10 mol/L范圍內(nèi)，釋放介質(zhì)離子濃度的增加使得VC的釋放速率增加，當(dāng)釋放介質(zhì)離子濃度達到0.15 mol/L時，釋放速率反而下降，顯示出WPI凝膠具有較強的離子敏感性（表8）。水凝膠在釋放介質(zhì)離子濃度較低情況下有較大的溶脹率，此時凝膠網(wǎng)絡(luò)具有較好的可擴展性，使得載物易于從凝膠內(nèi)部釋放出來。而隨著釋放介質(zhì)離子濃度的逐漸增大，使得水凝膠中高分子鏈變得卷曲，分子鏈的卷曲增強了分子內(nèi)疏水締合，大分子鏈間相互作用增強，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，從而釋放速率下降[43-44]。Jalil等[45]用羥丙基甲基纖維素（hydroxypropyl methylcellulose，HPMC）作為釋放材料研究釋放介質(zhì)中釋放液濃度對茶堿釋放濃度的影響，發(fā)現(xiàn)增加介質(zhì)的釋放液濃度，茶堿的釋放呈指數(shù)增加。

2.5 不同載藥量對WPI凝膠釋放過程的影響及動力學(xué)分析

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

由圖7可知，在相同的釋放時間條件下，VC的釋放質(zhì)量濃度隨著載藥量的增加而增大，當(dāng)10 min或15 min時VC釋放質(zhì)量濃度飽和后，其值逐漸降低。

表9 不同載藥量條件下VC釋放特征參數(shù)Table9 Release characteristic parameters of vitamin C from WPI gel under different drug loading conditions

不同載藥量條件下VC釋放的飽和時間、飽和質(zhì)量濃度、釋放比率由表9可知，VC釋放的飽和時間先增長后縮短；飽和質(zhì)量濃度隨著載藥量的增加而逐漸增大，而釋放比率則隨著載藥量的增加而逐漸減小。結(jié)果中，隨著VC質(zhì)量濃度增加，VC的釋放比率降低，這是因為VC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，對藥物的包埋作用越強，所以藥物從凝膠中釋放出來的速率就越慢，釋放比率就會越低。隨著載藥量增加，載藥釋放速率逐漸下降，這可能是因為藥物質(zhì)量分數(shù)越大，耐水性越強，交聯(lián)密度越高，凝膠的骨架越緊密，溶脹性變小，使進入微球的水量減少，藥物的釋放速率減慢[46]。

由表10可知，不同載藥量下VC釋放的動力學(xué)擬合的相關(guān)系數(shù)R2均達到0.99，VC釋放的動力學(xué)常數(shù)隨著載藥量的增加逐漸減??；衰減常數(shù)和擴散常數(shù)也隨著載藥量的改變而改變。擴散常數(shù)0.45＜n＜0.89，符合非Fick擴散機理。

表10 不同載藥量條件下VC釋放過程動力學(xué)擬合結(jié)果Table10 Kinetic fi tting for the release of vitamin C under different drug loading conditions

隨著載藥量的增加，動力學(xué)常數(shù)逐漸減小。這可能由于在低載藥量時內(nèi)部凝膠與外部釋放介質(zhì)質(zhì)量濃度梯度很大，水分子迅速滲透進入微球內(nèi)部，凝膠的吸水膨脹使得凝膠體積不斷增大，藥物便從中釋放出來；而高質(zhì)量濃度載藥量時，由于凝膠內(nèi)部和釋放介質(zhì)存在明顯濃度梯度而不斷擴散到介質(zhì)中，當(dāng)藥物與水分子接觸后會不斷溶解，隨著凝膠中釋放介質(zhì)濃度的不斷升高，開始向凝膠內(nèi)部吸水，凝膠由于失水溶脹程度減小，導(dǎo)致藥物釋放速率下降[47]。崔園園等[48]用海藻酸鈉包埋在胰蛋白酶中釋放，發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉濃度越高釋藥率越低。李近[49]研究發(fā)現(xiàn)藥物載量的提高改變了微球降解過程中孔隙率，從而使藥物釋放速率降低。

3 結(jié) 論

VC釋放過程中累計釋放分數(shù)的變化，遵循本研究所提出的修正模型：X＝Ktne-k’t，且擬合相關(guān)系數(shù)R2在0.95～0.99之間。動力學(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逐漸增大，隨載藥量的增加而不斷減小。WPI凝膠具有環(huán)境應(yīng)答性，以其為載體的活性成分的釋放過程受環(huán)境pH值、溫度、離子濃度、載藥量等因素影響，通過調(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到控制活性成分釋放的目的。本研究結(jié)果為WPI作為新型凝膠食品的開發(fā)、功能性成分的無損封裝和以WPI凝膠為載體的功能性成分的釋放體系的開發(fā)等現(xiàn)代食品科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了一定的理論基礎(chǔ)。

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Release Kinetics of Ascorbic Acid from Whey Protein Isolate Gel

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

In this paper, VC was entrapped as a model functional food ingredient into thermally induced whey protein isolate (WPI) gels and then subjected to static release experiments and kinetic analysis in order to investigate the influence of release medium (phosphate buffer) pH and concentration, temperature and drug loading on VC release characteristics and to establish a kinetic model to describe the release process. The results showed that the change in the cumulative release rate of vitamin C from whey protein gels was different from that of sucrose, with the former observed to not follow the Korsmeyer-Peppas model X = Ktninstead follow the modif i ed model presented in this study X = Ktne-k’twith a correlation coeff i cient R2in the range of 0.95-0.99. The release rate of vitamin C increased with the increase in pH value, temperature and buffer concentration, and decreased with the increase in drug loading. Whey protein isolate gels could respond to the environment, and the release process of ascorbic acid was influenced by pH, temperature, drug loading, medium concentration and other factors. Thus the VC release from the carrier could be controlled by adjusting release medium pH and concentration, temperature and drug loading.

whey protein isolate; gel; release characteristics; dynamic model

10.7506/spkx1002-6630-201703003

TS252.1

A

1002-6630（2017）03-0013-07

和勁松, 任艷, 何蓮君, 等. 乳清分離蛋白凝膠VC釋放過程的動力學(xué)[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(3)： 13-19 . DOI：10.7506/

spkx1002-6630-201703003. http：//www.spkx.net.cn

HE Jinsong, REN Yan, HE Lianjun, et al. Release kinetics of ascorbic acid from whey protein isolate gel[J]. Food Science, 2017, 38(3)： 13-19. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201703003. http：//www.spkx.net.cn

2016-03-22

國家自然科學(xué)基金面上項目（31371875）；云南省教育廳科學(xué)研究基金重點項目（2014Z081）作者簡介：和勁松（1970—），男，副教授，博士，研究方向為食品蛋白凝膠化理論與功能凝膠開發(fā)。E-mail：hejinsong@mail.tsinghua.edu.cn

*通信作者：董文明（1973—），男，教授，碩士，研究方向為食品科學(xué)。E-mail：969438516@qq.com