行云逸，黃惠華

（華南理工大學食品科學與工程學院，廣東 廣州 510641）

水凝膠是一種由親水性化合物通過物理和/或化學交聯(lián)組成的具有三維網(wǎng)絡結構的高分子材料，它能夠在有機或無機溶劑中吸水溶脹并保持原有的形狀和結構，而不會溶解于其中[1-2]。水凝膠具有獨特的水親和性、可降解性、滲透性和高溶脹性，被廣泛應用于水處理、食品、組織工程、藥物輸送系統(tǒng)等領域[3-4]。由于組成水凝膠的高分子對外界環(huán)境變化具有不同程度的響應性，因此將水凝膠分為非敏感性水凝膠和智能水凝膠[5]。智能水凝膠較非敏感性水凝膠對外界刺激更為敏感，根據(jù)其對不同環(huán)境刺激響應的特性，將其分為pH敏感性水凝膠、溫度敏感性水凝膠、磁場敏感性水凝膠、電場敏感性水凝膠等[6-8]。

pH敏感性水凝膠是一類溶脹性隨外界環(huán)境pH值變化而變化的智能水凝膠。其三維網(wǎng)絡中通常含有可離子化的基團，它們會根據(jù)pH值的變化而產(chǎn)生不同程度的離子化，導致水凝膠溶脹或收縮[9-11]。根據(jù)水凝膠中pH敏感性基團的不同，將其分為陽離子型、陰離子型和兩性型pH敏感性水凝膠[12]。丙烯酸（acrylic acid，AA）接枝的水凝膠屬于陰離子型水凝膠，由于大量—COOH基團的存在，使得其在高pH值環(huán)境下的溶脹度遠遠高于其在低pH值環(huán)境下的溶脹度[13]。

智能水凝膠因其環(huán)境響應特性在藥物輸送方面的應用受到學者們的廣泛關注。Jeong等[14]以N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺作為交聯(lián)劑將丙烯酸-2-羥乙酯（2-hydroxyethyl acrylate，2-HEA）接枝到羧甲基殼聚糖（carboxymethyl chitosan，CmCHT）上制備CmCHT-g-pHEA水凝膠，在體外皮膚滲透實驗中，該水凝膠改善了川陳皮素的透皮遞送作用，具有作為pH敏感的透皮藥物遞送系統(tǒng)的潛在應用價值。Jayaramudu等[15]通過N-異丙基丙烯酰胺（N-isopropylacrylamide，NIPAM）與Pluronic F-127的自由基聚合，合成了一種新型溫度敏感性半互穿網(wǎng)絡銀復合水凝膠，該材料顯示出對革蘭氏陽性大腸桿菌的優(yōu)異抑制能力，抑制區(qū)直徑為1.78 cm，且具有比原始聚NIPAM高3 倍的溶脹率，可應用于傷口敷料。Kondaveeti等[16]利用過原位磁性納米顆粒對由藻酸鹽和黃原膠組成的磁性響應水凝膠進行改性，改性后的水凝膠對抗帕金森藥物左旋多巴的負載效率高達64%，在靜態(tài)外部磁場的作用下，可以刺激左旋多巴的釋放，該研究為磁性水凝膠用于遞送藥物提供了合理的設計。

益生菌是指人體腸道內(nèi)對機體健康具有益處的活微生物[17-18]。益生菌對宿主健康具有多種功能，包括增強腸道免疫功能、促進營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收和維持腸道菌群平衡等[19-20]。理論上，攝入酸奶或活性乳酸菌飲料可以為機體提供益生菌，促進腸道健康。然而，益生菌要同時保證以活的狀態(tài)和充足的數(shù)量定植在腸道中才能在人體內(nèi)發(fā)揮相應的益生作用[21]。目前市面上的益生菌產(chǎn)品在生產(chǎn)、加工、運輸、保存以及消化吸收等過程中，會因為不利環(huán)境的影響而使益生菌失活，最終以活的狀態(tài)定植在腸道內(nèi)的益生菌數(shù)量減少而導致其益生功能降低[22-24]。如何保證益生菌以較高的活性和足夠的數(shù)量定植在人體腸道內(nèi)，是近年來益生菌研究的熱點之一，也是本實驗研究的主要內(nèi)容。

菠蘿在加工過程中會產(chǎn)生大量的廢棄物，其中果肉渣占較大比重，如果直接丟棄，不僅會造成資源浪費，而且會污染環(huán)境[25-26]?，F(xiàn)階段關于菠蘿果肉的利用主要集中在菠蘿蛋白酶和能源生產(chǎn)基質(zhì)，對纖維素及其水凝膠利用方面的研究相對較少，對果蔬加工后廢棄物尤其是菠蘿果肉渣的利用缺乏更精細、更高值的途徑。本研究從菠蘿果肉渣中提取纖維素并制備成水凝膠，同時利用AA改性纖維素制備pH敏感性水凝膠，并包埋益生菌，以保護益生菌免受胃內(nèi)酸性環(huán)境的影響，使其在特定部位即腸道內(nèi)釋放，保證益生菌以較高的活性和足夠的數(shù)量定植在人體腸道內(nèi)，從而發(fā)揮其益生作用。

由于纖維素鏈中存在豐富的活潑羥基，使得其內(nèi)部形成大量的分子內(nèi)和分子間氫鍵，從而形成高度有序的結晶區(qū)[27-28]。這些高度結晶區(qū)使得纖維素對水的親和作用變小，因此纖維素很難溶于水和其他普通溶劑。本實驗采用離子液體1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽（1-butyl-3-methylimidazole chloride，BmimCl）作為溶劑制備水凝膠，在纖維素的溶解過程中，離子液體中的自由無機陰離子與纖維素羥基氫作用形成氫鍵，而陽離子通過咪唑環(huán)上的活潑氫與纖維素羥基上的氧作用形成氫鍵，二者協(xié)同作用破壞了纖維素原有的氫鍵網(wǎng)絡結構，促進其在離子液體中的溶解和交聯(lián)，從而形成水凝膠。

本實驗以菠蘿果肉纖維素（pineapple pulp cellulose，PPC）為原料，通過離子液體BmimCl制備水凝膠作為益生菌的遞送載體，以包埋益生菌增強其穩(wěn)定性，為菠蘿廢棄物的高值化利用和益生菌的遞送系統(tǒng)提供合理的途徑和理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實驗所用新鮮菠蘿為市售。

離子液體BmimCl（分析純） 中國科學院蘭州化學物理研究所；AA（分析純） 天津科密歐化學試劑有限公司；過硫酸銨（分析純） 國藥集團化學試劑有限公司；亞氯酸鈉（分析純） 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；氫氧化鈉（分析純） 天津福晨化學試劑廠；無水乙醇（分析純） 南京化學試劑股份有限公司；益生菌 廣州怡能生物科技有限公司；磷酸鹽緩沖溶液（phosphate buffered saline，PBS）（0.02 mol/L、pH 7.2） 廣東環(huán)凱生物科技有限公司；考馬斯亮藍、溶菌酶 上海伯奧生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

S-3700N鎢燈絲掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM） 日本Hitachi公司；VERTEX-33傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared，F(xiàn)TIR）儀、D8 ADVANCE X射線多晶衍射（X-ray diffraction，XRD）儀 德國Bruker公司；JW-3021HR高速冷凍離心機 安徽嘉文儀器裝備有限公司；UV-1800紫外-可見分光光度計 日本島津公司；LGJ-10冷凍干燥機北京松源華興科技發(fā)展有限公司；P H S-2 5 p H 計上海儀電科學儀器股份有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州普天儀器制造有限公司；BSA12S-CW分析天平 德國賽多利斯儀器有限公司；FW-135中草藥高速粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 廣州星爍儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 PPC的提取

將菠蘿去皮切成小塊，水洗后在打漿機中進行打漿，過濾后獲得果肉渣，用蒸餾水沖洗至濾水無色，置于50 ℃恒溫干燥箱內(nèi)干燥24 h。將干燥的果肉渣用粉碎機粉碎，并經(jīng)過80 目篩網(wǎng)篩分得到菠蘿果肉渣干粉，用于纖維素的提取。

將菠蘿果肉渣干粉與蒸餾水按照質(zhì)量比1∶5混合，于80 ℃條件下水浴2 h并不停攪拌，以除去果肉渣中的水溶性成分，然后用濾布過濾并用蒸餾水沖洗至濾液無色。將濾渣與質(zhì)量分數(shù)為7.5%的亞氯酸鈉溶液（用鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值至3.8～4.0）按照體積比約1∶5混合均勻，于75 ℃水浴鍋中漂白2 h，以除去木質(zhì)素，將濾渣過濾并用蒸餾水沖洗至中性。然后將濾渣與質(zhì)量分數(shù)10% NaOH溶液按照體積比1∶2混合，在室溫下攪拌10 h，以除去半纖維素和其他雜質(zhì)，過濾并用蒸餾水洗滌濾渣至濾液呈中性，并用體積分數(shù)95%乙醇溶液洗滌濾渣脫水，置于50 ℃恒溫干燥箱中干燥至恒質(zhì)量。用粉碎機將干燥后的濾渣粉碎，經(jīng)過100 目篩網(wǎng)篩分得到PPC。

1.3.2 菠蘿果肉纖維素水凝膠的制備

稱取10 g離子液體BmimCl于試管中，待其在室溫下融解成透明液體后，稱取0.2 g PPC加入到離子液體中并混合均勻，置于100 ℃油浴鍋中攪拌溶解3 h。將所得混合物溶液冷卻至室溫后，加入蒸餾水將反應體系中的離子液體置換出來，多次用蒸餾水浸泡以除去未反應的離子液體，即得到水凝膠。將水凝膠真空冷凍干燥36 h，得到凍干菠蘿果肉纖維素水凝膠（pineapple pulp cellulose hydrogel，PPCH），置于室溫下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.3 pH敏感性水凝膠的制備

稱取1 0 g 離子液體B m i m C l 于試管中，待其在室溫下融解成透明液體后，稱取0.2 g P P C 加入到離子液體中并混合均勻，置于100 ℃油浴鍋中，在N2氛圍下攪拌溶解3 h。當混合物溶液冷卻至60 ℃后，加入25 mg引發(fā)劑過硫酸銨（預先用0.5 mL二甲基亞砜溶解），并攪拌20 min以促進自由基的產(chǎn)生。然后將0.8 g的AA（預先在冰浴下質(zhì)量分數(shù)40% NaOH溶液調(diào)節(jié)中和度至85%）加入到上述混合物溶液中，在N2氛圍下70 ℃攪拌反應3 h。將混合物溶液冷卻至室溫后，即形成凝膠，用蒸餾水浸泡并洗滌3 d，以除去未反應的離子液體和雜質(zhì)。將水凝膠真空冷凍干燥36 h，得到凍干pH敏感性水凝膠（記作PPCH-AA），置于室溫下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.4 結構表征

1.3.4.1 FTIR分析

稱取2 mg干燥樣品，與100 mg KBr粉末均勻混合，壓片制樣，在FTIR儀上進行分析測定。測試條件為：分辨率4 cm－1、掃描范圍4 000～500 cm－1。

1.3.4.2 XRD分析

將2 mg干燥樣品，置于XRD儀測試，測試條件為：Ni濾波、Cu靶、衍射角2θ＝4°～40°、掃描速率2（°）/min，測試管壓和管流分別為40 kV和40 mA。

1.3.4.3 微觀結構觀察

取適量的干燥樣品，用導電膠固定在銅盤上，對其表面進行噴金處理，用掃描電子顯微鏡在10 kV加速電壓下觀察樣品的表面形貌。

1.3.5 水凝膠的溶脹性能測定

分別稱取25 mg凍干水凝膠置于燒杯中，分別加入適量蒸餾水、模擬胃pH值環(huán)境的溶液（simulated gastric fluid，SGF）（pH 1.2，通過將2 g NaCl和7 mL濃HCl溶于1 000 mL蒸餾水中制備）、模擬腸道pH環(huán)境的溶液（simulated intestinal fluid，SIF）（pH 6.8，通過將250 mL 0.1 mol/L KH2PO4和118 mL 0.2 mol/L NaOH混合制備），使水凝膠浸沒，每間隔一段時間取出水凝膠，用濾紙吸干表面水分后立即稱質(zhì)量，在37 ℃下溶脹至其質(zhì)量不再增加即達到溶脹平衡。溶脹率按公式（1）計算。

式中：md是凍干水凝膠的初始質(zhì)量/g；mt是水凝膠中溶脹t時間后的質(zhì)量/g。

1.3.6 水凝膠的pH敏感性測定

稱量2 5 m g 凍干水凝膠，放置在不同p H 值（pH 1.0～8.0）的溶液中，使其充分溶脹至平衡，采用1.3.5節(jié)的方法測定其溶脹率，以不同pH值溶液中的溶脹性表征水凝膠的pH敏感性。

1.3.7 水凝膠吸附益生菌及其在模擬胃腸道pH值環(huán)境下的緩釋性能比較

稱取一定量的益生菌粉加入到0.02 mol/L pH 7.2的PBS中，配制成質(zhì)量濃度為5 mg/mL的菌懸液。稱取300 mg凍干水凝膠浸沒于上述溶液中，在室溫下靜態(tài)吸附24 h，達到溶脹平衡（24 h）后將水凝膠取出，真空冷凍干燥36 h，得到凍干的載藥水凝膠，置于室溫下保存?zhèn)溆谩?/p>

取1 5 0 m g 負載益生菌的凍干水凝膠分別置于20 mL SGF和SIF中，在37 ℃振蕩水浴鍋中緩釋7 h。每隔1 h收集3 mL釋放介質(zhì)，并用相同體積的溶液（SGF或SIF）補充。以水溶性蛋白質(zhì)量濃度變化作為指標，通過紫外-可見分光光度計測定蛋白質(zhì)量濃度來間接測定緩釋的益生菌的質(zhì)量。載藥水凝膠的益生菌累積釋放量和累積釋放率分別按公式（2）、（3）計算。

式中：mrt是載藥水凝膠緩釋t時刻累計釋放的益生菌所含蛋白質(zhì)量/mg；mh是用于緩釋的載藥水凝膠的質(zhì)量/g；m0是載藥水凝膠在緩釋7 h時累計釋放益生菌所含蛋白質(zhì)量/mg；m總是載藥水凝膠吸附益生菌所含蛋白總質(zhì)量/mg。

1.3.8 益生菌中蛋白質(zhì)量濃度的測定

由于SGF的pH值較低，在益生菌緩釋過程中對益生菌的活性和結構可能有一定的影響，因此無法用一般的細胞計數(shù)法測定益生菌的含量，故采用溶菌酶溶解益生菌細胞壁，并配合超聲破碎細胞[29]，使蛋白質(zhì)溶出，從而通過測定蛋白質(zhì)量濃度間接得到所緩釋益生菌的含量，具體方法如下。

標準曲線繪制：取13 支試管，1 支作為空白，其余試管分為兩組平行，空白組和實驗組分別加入0.1 mg/mL的標準蛋白質(zhì)（牛血清白蛋白）溶液0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，并用蒸餾水補充到1 mL，在每個試管中加入5 mL考馬斯亮藍G-250試劑，充分混合均勻，于2 min后用紫外-可見分光光度計于595 nm波長處測定吸光度。以測得的吸光度為縱坐標（Y），蛋白質(zhì)量濃度為橫坐標（X/（mg/mL）），繪制標準曲線，回歸方程為Y＝38.681 85X－5.653 83×10－4，R2＝0.998 9。

將收集的緩釋介質(zhì)用高速離心機8 000 r/min離心20 min，倒去上清液，得到菌泥。再加入5 mL的蒸餾水洗滌菌泥，并重復上述操作得到洗滌后的菌泥，以除去殘留的緩沖液。準確量取10 mL PBS（pH 7.2）于菌泥中，并加入50 mg溶菌酶，40 ℃酶解60 min，使益生菌細胞壁破碎，然后再經(jīng)過500 W冰浴超聲30 min，使蛋白質(zhì)溶出，得到酶解液。準確量取酶解液1 mL于試管中，加入5 mL考馬斯亮藍G-250試劑，混勻后靜置2 min，用紫外-可見分光光度計于595 nm波長處測定吸光度，根據(jù)蛋白質(zhì)標準曲線的回歸方程計算得到所測定益生菌的蛋白質(zhì)量濃度。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理

實驗中的定量分析進行3 次重復，采用SPSS 24.0軟件進行數(shù)據(jù)處理與分析，通過單因素方差分析中的最小顯著差異法進行差異顯著性分析，采用Origin 9軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 水凝膠的結構表征結果

2.1.1 FTIR分析結果

圖1 PPC、PPCH和PPCH-AA的FTIR圖Fig.1 Fourier transform infrared spectra of PPC, PPCH and PPCH-AA

從 圖1 可 以 看 出，P P C、P P C H 和P P C H-A A 在3 443 cm－1處均有較寬的吸收峰，這屬于纖維素鏈中O—H的伸縮振動峰，說明—OH基團、分子內(nèi)和分子間氫鍵是水凝膠的主要結合鍵；2 925 cm－1處的吸收峰歸因于纖維素的烷基和脂肪族烴中C—H的伸縮振動；1 636 cm－1處的尖銳吸收峰主要與纖維素鏈葡萄糖共軛苯環(huán)上的C—O伸縮振動有關；1 452 cm－1處為C—H的彎曲振動吸收峰；1 028 cm－1處為C—O—C的不對稱振動吸收峰；891 cm－1處的吸收峰由纖維素鏈上的β-糖苷鍵引發(fā)[30-31]。

對比P P C 和水凝膠的F T I R 圖，發(fā)現(xiàn)水凝膠在1 572 cm－1處有一個弱吸收峰，這可能是水凝膠中殘留的少量離子液體造成的。與PPC和PPCH相比，水凝膠PPCH-AA在1 718 cm－1處出現(xiàn)新的吸收峰，這主要是歸因于羰基C＝O的伸縮振動，說明AA已經(jīng)成功接枝到纖維素鏈上[32]。除此之外，PPC和PPCH、PPCH-AA的紅外吸收峰位置基本一致，表明在利用離子液體BmimCl制備纖維素水凝膠的過程中未產(chǎn)生新的官能團。

2.1.2 XRD分析結果

圖2 PPC、PPCH和PPCH-AA的XRD圖Fig.2 X-ray diffraction patterns of PPC, PPCH and PPCH-AA

由圖2可知，PPC在2θ為21.7°處出現(xiàn)強衍射吸收峰，在2θ為15.4°和34.6°處出現(xiàn)兩個相對較弱的衍射峰，說明P P C 在溶解前屬于典型的纖維素I 型晶體[33]。而PPC制備得到的水凝膠PPCH和PPCH-AA在2θ分別為15.4°和34.6°處的衍射峰消失，只在2θ為19°～21°處有一個強度減弱的寬衍射峰，符合纖維素II型的XRD特征衍射吸收峰[34]，說明PPC在溶解的過程中發(fā)生了由纖維素I型晶體結構向II型的轉變。此外，對比PPC，水凝膠的衍射吸收峰的強度均有所下降，說明PPC在離子液體中溶解制備水凝膠的過程中，其晶體結構遭到破壞，結晶度有所降低。

2.1.3 微觀結構觀察結果

圖3 PPC（a）、水凝膠PPCH（b）和PPCH-AA（c）的SEM圖Fig.3 Scanning electron microscope micrographs of PPC (a), PPCH (b)and PPCH-AA (c)

如圖3a所示，PPC呈現(xiàn)明顯的束狀結構，且表面粗糙、布滿褶皺。圖3b、c顯示，水凝膠PPCH和PPCH-AA表面光滑，內(nèi)部呈現(xiàn)致密的多孔結構，形貌結構發(fā)生了明顯的變化，這可能是由于纖維素在制備水凝膠的過程中被溶解和改性，從而導致其晶體結構被破壞，束狀結構消失[35]。

2.2 水凝膠的溶脹性能

圖4a、b、c分別是37 ℃下水凝膠PPCH和PPCH-AA在蒸餾水、SGF、SIF中的溶脹動力學曲線。在溶脹初期，水凝膠迅速吸水膨脹，溶脹率增長速率較快。總的趨勢是水凝膠在最初的30 min內(nèi)溶脹率增長速率最快，之后逐漸減緩，約在60 min處溶脹率達到最高并處于溶脹平衡。PPCH在蒸餾水、SGF、SIF中的平衡溶脹率分別是3 580%、2 180%和2 604%，即吸水能力分別為35.80、21.80、26.04 g/g；PPCH-AA在蒸餾水、SGF、SIF中的平衡溶脹率稍有下降，分別是3 150%、1 664%和2 656%，即吸水能力分別為31.50、16.64 g/g和26.56 g/g。這可能是由于AA的接枝作用強化了水凝膠的交聯(lián)，形成的水凝膠物理剛性提高，使得其對水的吸附能力有所下降。PPCH和PPCH-AA在SIF中的平衡溶脹率基本相同，而在SGF中，PPCH-AA平衡溶脹率明顯低于PPCH，且明顯低于在SIF中的平衡溶脹率，這是因為AA成功接枝到水凝膠中賦予了纖維素鏈大量的—COOH，—COOH在中性或堿性條件下會電離成—COO—，不影響水凝膠親水基團的吸水膨脹；但在酸性條件下，—COOH基團不易解離，而是趨向于和纖維素鏈上的羥基形成氫鍵，從而阻止水分子進入凝膠網(wǎng)絡，使得水凝膠的平衡溶脹率大大下降。

圖4 PPCH和PPCH-AA在蒸餾水（a）、SGF（b）、SIF（c）中的溶脹動力學曲線Fig.4 Swelling kinetic curves of PPCH and PPCH-AA in distilled water (a), simulated gastric fluid (b), and simulated intestinal fluid (c)

2.3 水凝膠的pH敏感性

圖5 水凝膠PPCH和PPCH-AA的pH敏感性Fig.5 pH sensitivity of PPCH and PPCH-AA

由圖5可知，在同一溫度（37 ℃）下，兩種水凝膠的平衡溶脹率都隨著溶液pH值增大而增加，兩種水凝膠的溶脹率差異主要表現(xiàn)在酸性環(huán)境中。在低pH值溶液中，PPCH-AA的平衡溶脹率較低。其中PPCH-AA具有更明顯的pH敏感性，平衡溶脹率由pH 1.0的1 500%提高到pH 7.0的2 700%；而在同一pH值變化范圍內(nèi)，PPCH的平衡溶脹率變化范圍是2 200%～2 550%。這是由于在酸性條件下，PPCH-AA的—COOH基團不易解離成—COO—基團與H+，增加了—COOH基團之間的氫鍵作用，交聯(lián)作用得到強化，水親和性減弱，從而限制了水分子進入水凝膠內(nèi)部，導致其在較低pH值時溶脹率低的現(xiàn)象。隨著介質(zhì)pH值的增加，溶液中的H+濃度降低，—COOH解離成—COO—，增加了水凝膠的親水性，從而使水凝膠的溶脹率增加。

2.4 水凝膠的緩釋性能

圖6 負載益生菌的水凝膠PPCH（a）和PPCH-AA（b）在SGF和SIF中的緩釋Fig.6 Sustained release of probiotics-loaded PPCH (a) and PPCH-AA (b) in SGF and SIF

水凝膠的緩釋實驗結果如圖6所示，其中負載益生菌的PPCH和PPCH-AA在SGF中420 min內(nèi)的累計釋放量分別為44.11 mg/g和16.7 mg/g，釋放率分別為66.17%和25.05%；在SIF中420 min內(nèi)的累計釋放量分別為59.25 mg/g和58.01 mg/g，釋放率分別為88.87%和87.02%。由此可知，兩種水凝膠在SIF的累積緩釋量均大于其在SGF中的累積緩釋量，其中，PPCH-AA在兩種緩沖溶液中的緩釋差異更為明顯。負載益生菌的PPCH在SGF和SIF中的累積釋放在240 min內(nèi)基本達到平衡，釋放過程相似。但是在同一時間段內(nèi)，PPCH-AA在SGF和SIF的累積釋放表現(xiàn)出較大差異。在SGF中，PPCH-AA的累積釋放在60 min即達到平衡，而在SIF中，PPCH-AA的累積釋放在120 min后仍具有增加的趨勢。這是因為PPCH-AA具有pH敏感性，當它處于SGF中時，由于pH值較低，水凝膠的水親和性降低，溶脹度低，結構緊密，網(wǎng)絡孔徑較小，水分子進出水凝膠難度加大，不利于益生菌的釋放；當水凝膠在SIF中緩釋時，水凝膠的溶脹率大大增加，吸水膨脹，使三維網(wǎng)絡結構的孔徑增大，水分子進出水凝膠的難度降低，在滲透壓的作用下，促進了益生菌的釋放，累積釋放量大大增加。

3 討 論

以PPC為原料，利用離子液體BmimCl制備PPCH和接枝AA的pH敏感性水凝膠PPCH-AA。FTIR分析結果表明水凝膠PPCH-AA出現(xiàn)了屬于羰基的特征吸收峰，說明PPC在離子液體中與AA接枝成功；XRD分析結果表明纖維素在制備水凝膠的過程中，由纖維素I型晶體結構轉變?yōu)镮I型，結晶度有所降低；SEM圖顯示纖維素制備成水凝膠后，原來的束狀結構消失，表面光滑平整，內(nèi)部呈現(xiàn)致密的多孔結構。

水凝膠溶脹實驗結果顯示，與PPCH相比，PPCH-AA在SIF中的溶脹率遠高于其在SGF中的溶脹率，表現(xiàn)出明顯的pH敏感性，可以用于益生菌的控釋。水凝膠的緩釋實驗結果顯示，與負載益生菌的PPCH相比，負載益生菌的PPCH-AA在SIF中420 min的累計釋放量遠高于其在SGF的累計釋放量，累計釋放量為58.01 mg/g，釋放率可達87.02%，表明PPCH-AA可以作為益生菌的運送載體，減少其在胃內(nèi)的釋放，增加其在腸道內(nèi)的定植數(shù)量。

為了保護益生菌的活性，國內(nèi)外有很多關于其運送載體的研究。de Silva等[36]通過復合凝聚和轉谷氨酰胺酶交聯(lián)對嗜酸乳桿菌進行封裝，暴露于模擬胃腸道時，可存活細胞數(shù)高達9.07（lg（CFU/g）），葡萄糖轉氨酶的加入增加了微膠囊的熱、貯藏穩(wěn)定性，能夠更好地保護益生菌。該實驗與本研究的目的相同，說明包埋可以有效保護益生菌，但是該研究制備的微膠囊不具有環(huán)境響應性，在胃和腸道內(nèi)的釋放無差異性，而本研究所采用的包埋材料具有pH敏感性，可以減少其在胃內(nèi)的釋放，從而降低胃酸對益生菌的影響。但本實驗缺少對益生菌活性的研究，之后可以進一步研究水凝膠制備方法對益生菌在腸道內(nèi)的活細胞數(shù)量的影響。