藜蒿黃酮微膠囊工藝優(yōu)化及釋放動(dòng)力學(xué)研究

徐 媛，王 璐，冷 艷，曹新華

（江漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430056）

藜蒿（Artemisia selengensisTurcz.）為菊科蒿屬多年生草本植物，別名香艾蒿，蘆蒿，蔞蒿等[1]。藜蒿香氣馥郁，味道鮮美，食用價(jià)值極高。國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)藜蒿根莖中富含黃酮、多酚、萜類(lèi)及多糖等活性成分，具有重要的藥理和營(yíng)養(yǎng)功能，可用于醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域[2?4]。黃酮類(lèi)化合物具有抗氧化、抗腫瘤、預(yù)防心血管和防治呼吸系統(tǒng)疾病等作用，尤其對(duì)甲型流感病毒H1N1具有較好的抑制作用[5?6]；其降解產(chǎn)物脫氨基酪氨酸（Deaminotyrosine, DAT）是開(kāi)啟人體免疫保護(hù)和增強(qiáng)病毒抵御免疫反應(yīng)的關(guān)鍵因子，研究表明，黃酮類(lèi)化合物對(duì)包膜RNA病毒如拉沙病毒等的感染途徑均有阻斷作用，具有廣譜抗病毒活性。因此，黃酮類(lèi)化合物可為免疫力低下或病毒易感人群提供有效的功能保障[7]。

然而，黃酮類(lèi)化合物難溶于水，穩(wěn)定性差，易受氧氣、pH和溫度等影響而失去生物活性，嚴(yán)重限制其應(yīng)用性和持效性[8?9]。微膠囊技術(shù)正是解決這一問(wèn)題的有效途徑，利用聚合物壁材包裹形成微型包埋物，使活性成分免受外界環(huán)境的影響，在提高芯材穩(wěn)定性的同時(shí)達(dá)到組分控制釋放的功能[10?12]。β-環(huán)糊精（βcyclodextrin, CD）是由7個(gè)D-葡萄糖分子以α-1,4-糖苷鍵連接而成的圓臺(tái)狀環(huán)化物，其表面由多羥基形成親水區(qū)，內(nèi)部中空部位由疏水的C-H鍵和環(huán)氧基形成疏水區(qū)，疏水中心可與大小形狀合適的疏水物質(zhì)包接形成絡(luò)合物以完成包埋[13?15]。利用β-環(huán)糊精包裹藜蒿黃酮形成微膠囊的技術(shù)，可以拓展黃酮類(lèi)化合物在食品工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用范圍。

近年來(lái)，藜蒿中黃酮類(lèi)化合物的研究進(jìn)展主要集中在提純工藝的優(yōu)化、結(jié)構(gòu)鑒定及抗氧化能力等方面[16?18]；而如何通過(guò)微膠囊技術(shù)提高其貯藏穩(wěn)定性以優(yōu)化藜蒿黃酮類(lèi)功能性產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用是亟待解決的問(wèn)題，然而，目前對(duì)藜蒿黃酮化合物的微膠囊制備及其工藝優(yōu)化未有報(bào)道。在食品工業(yè)實(shí)際產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，微膠囊中芯材的釋放性能對(duì)功能性食品的貯藏穩(wěn)定性有及其重要的作用[19?20]；且芯材的釋放性能與及其動(dòng)力學(xué)會(huì)隨貯藏環(huán)境的變化呈現(xiàn)不同情況[21?22]。

現(xiàn)階段黃酮微膠囊化研究主要集中在制備工藝及部分功能活性，有關(guān)黃酮微膠囊的釋放動(dòng)力學(xué)及釋放性能的研究鮮少報(bào)道。因此，本研究以β-環(huán)糊精為壁材，采用分子包埋法進(jìn)行藜蒿黃酮微膠囊制備，通過(guò)控制芯壁比、包埋時(shí)間和包埋溫度對(duì)藜蒿黃酮微膠囊包埋率進(jìn)行研究，利用響應(yīng)面法對(duì)微膠囊工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)一步對(duì)藜蒿黃酮微膠囊在貯藏期間的釋放動(dòng)力學(xué)進(jìn)行探討，從而為藜蒿黃酮類(lèi)化合物的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮藜蒿 采自武漢市荷香源農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司；蘆丁標(biāo)品 純度≥98%，購(gòu)于中國(guó)藥品生物制品鑒定所；β-環(huán)糊精 分析純，購(gòu)于天津博迪化工股份有限公司；亞硝酸鈉、無(wú)水乙醇、硝酸鋁、氫氧化鈉

分析純，購(gòu)于上海化學(xué)試劑有限公司。

RE52-99型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠；UV-1700 SPC型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 日本SHIMADZU公司；SHA-B恒溫振蕩器 常州電器有限公司；HWS-1000F恒溫恒濕培養(yǎng)箱 上海丙林電子科技有限公司；DHG-9140A 電熱恒溫干燥箱 宏華儀器設(shè)備有限公司；GT-100高通量組織研磨儀 北京格瑞德曼儀器設(shè)備有限公司；DZF-6050真空干燥箱

上海一恒儀器有限公司；HJ-3數(shù)顯恒溫磁力攪拌器 常州國(guó)華電器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 藜蒿中黃酮類(lèi)化合物的提取 新鮮藜蒿根莖置于電熱恒溫干燥箱（60 ℃）內(nèi)恒溫干燥處理，每隔1 h稱(chēng)重直至恒重，在1200 r/min下研磨1 min，密封保存于棕色瓶中。精確稱(chēng)取1.00 g藜蒿粉末，以50 mL 70%乙醇為提取溶劑，在180 r/min、50 ℃下恒溫振蕩提取2 h，獲得提取液[23?24]。相同條件重復(fù)提取2次，合并提取液并抽濾、濃縮，真空干燥即得藜蒿黃酮提取物。

1.2.2 藜蒿黃酮微膠囊的制備 按一定芯材壁材質(zhì)量比例（芯壁比）準(zhǔn)確稱(chēng)量β-環(huán)糊精溶于40 ℃蒸餾水，制成飽和溶液。根據(jù)芯壁比取一定質(zhì)量藜蒿黃酮溶于5 mL無(wú)水乙醇溶液，用滴管緩慢滴加適量藜蒿總黃酮提取液到β-環(huán)糊精飽和溶液中，在設(shè)定溫度下用磁力攪拌器攪拌一定時(shí)間后，冷卻至室溫，即得藜蒿總黃酮微膠囊混懸液[25?26]。放置于4 ℃下平衡12 h，過(guò)濾分離產(chǎn)物，將下層濕漿在0.04 Mpa，50 ℃條件下恒溫加熱真空干燥4 h，即得藜蒿黃酮微膠囊產(chǎn)品。

1.2.3 黃酮微膠囊的制備工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.2.3.1 單因素實(shí)驗(yàn) 按1.2.2工藝方法操作，制備藜蒿黃酮類(lèi)化合物微膠囊。分別以芯壁比（m/m）（1:1、1:2、1:4、1:6、1:8 g/g）、包埋時(shí)間（30、40、50、60、70 min）和包埋溫度（30、40、50、60、70、80 ℃）為單因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在考察單因素對(duì)藜蒿黃酮微膠囊包埋率的影響時(shí)，其它各變量固定取值分別為芯壁比1:4 g/g、包埋時(shí)間60 min、包埋溫度60 ℃。

1.2.3.2 Box-Behnken響應(yīng)曲面法優(yōu)化藜蒿黃酮微膠囊制備工藝 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用Minitab 16軟件進(jìn)行響應(yīng)曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析，選擇包埋時(shí)間（A）、包埋溫度（B）、芯壁比（C）進(jìn)行三因素三水平的Box-Behnken試驗(yàn)，以藜蒿黃酮微膠囊包埋率為響應(yīng)值，確定微膠囊制備的最佳工藝條件。響應(yīng)曲面優(yōu)化試驗(yàn)因素及水平見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface experiments

1.2.4 藜蒿黃酮微膠囊釋放動(dòng)力學(xué)的分析方法

Avrami’s方程可用于氣固及液固釋放動(dòng)力學(xué)，多數(shù)研究表明微膠囊釋放動(dòng)力學(xué)符合Avrami’s方程[27?28]，假設(shè)藜蒿黃酮微膠囊也符合此方程，其釋放速率常數(shù)k和釋放機(jī)理參數(shù)n可由下式計(jì)算得出：

對(duì)公式兩邊取對(duì)數(shù)可得：

公式（1）、（2）中，R為芯材殘留量，即黃酮在釋放后的保留率，%；k為釋放速率常數(shù)；n為釋放機(jī)理參數(shù)；t為貯藏時(shí)間，d。

釋放動(dòng)力學(xué)分析實(shí)驗(yàn)主要考察不同環(huán)境溫度和相對(duì)濕度對(duì)藜蒿黃酮微膠囊釋放動(dòng)力學(xué)的影響。溫度效應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M常見(jiàn)食品貯藏溫度4、25和45 ℃（低溫、常溫、高溫），選擇在恒溫恒濕箱中保持相對(duì)濕度50%條件下貯藏18 d，定期測(cè)定藜蒿黃酮微膠囊的保留率；濕度效應(yīng)實(shí)驗(yàn)則模擬在25 ℃室溫環(huán)境中且相對(duì)濕度分別為50%、70%和90%（低濕、中濕、高濕）條件下，研究藜蒿黃酮微膠囊在18 d貯藏過(guò)程中的保留率以分析其釋放行為[29?30]。

以l nt 為 橫坐標(biāo)，l n（?lnR）為縱坐標(biāo)做線性回歸方程，計(jì)算可得釋放速率常數(shù)k和釋放機(jī)理參數(shù)n。根據(jù)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)理論，當(dāng)n=0.54時(shí)說(shuō)明釋放屬于擴(kuò)散限制反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；當(dāng)n=1時(shí)代表釋放過(guò)程遵循一級(jí)反應(yīng)釋放動(dòng)力學(xué)[31]。

1.2.5 藜蒿中黃酮類(lèi)化合物的測(cè)定

1.2.5.1 黃酮標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 精確稱(chēng)取真空干燥恒重的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品25 mg，用95%乙醇溶解并定容至100 mL容量瓶中，搖勻得0.25 mg/mL的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別精確吸取0、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8 mL于10 mL容量瓶中，加入5% NaNO2溶液0.3 mL，搖勻后靜置6 min，再加入10%的Al（NO3）3溶液0.3 mL，靜置6 min，再加入4% NaOH溶液4 mL，并用無(wú)水乙醇定容至10 mL后，搖勻靜置15 min。選定510 nm為黃酮類(lèi)化合物測(cè)定波長(zhǎng)，測(cè)定各濃度標(biāo)準(zhǔn)液的吸光值A(chǔ)[32]。以吸光值為縱坐標(biāo)，蘆丁濃度C（mg/mL）為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線為A=11.35C?0.004，R2=0.9993。

1.2.5.2 藜蒿中黃酮類(lèi)化合物的含量測(cè)定 精確量取藜蒿黃酮提取液2 mL，按照1.2.5.1方法處理黃酮提取液后，測(cè)定各條件下溶液吸光值，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)回歸曲線計(jì)算藜蒿總黃酮含量。計(jì)算得藜蒿黃酮提取液中總黃酮含量為153 mg/g。

1.2.6 微膠囊包埋率測(cè)定 微膠囊表面藜蒿黃酮含量測(cè)定：精密稱(chēng)取0.25 g藜蒿黃酮微膠囊產(chǎn)品，少量多次加入無(wú)水乙醇，充分振蕩、洗滌以洗掉微膠囊表面黃酮，靜置溶液并過(guò)濾[33]。將上清液用無(wú)水乙醇定容至25 mL，按照黃酮含量測(cè)定方法測(cè)定微膠囊表面黃酮質(zhì)量m（g）。

微膠囊產(chǎn)品藜蒿黃酮總量測(cè)定：精密稱(chēng)取0.25 g藜蒿黃酮微膠囊產(chǎn)品，用適量蒸餾水完全溶解后，加入無(wú)水乙醇，充分振蕩、靜置并過(guò)濾，將上清液用無(wú)水乙醇定容至25 mL測(cè)定總黃酮含量M（g）。

1.2.7 藜蒿黃酮微膠囊中黃酮保留率的測(cè)定 根據(jù)1.2.4的溫度效應(yīng)實(shí)驗(yàn)和濕度效應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫濕度參數(shù)，分別稱(chēng)取藜蒿黃酮微膠囊產(chǎn)品（總黃酮質(zhì)量M，表面黃酮質(zhì)量m）置于恒溫恒濕培養(yǎng)箱中貯藏18 d，間隔3 d測(cè)定微膠囊產(chǎn)品表面的黃酮質(zhì)量m1，按公式（4）計(jì)算藜蒿黃酮微膠囊中黃酮保留率[34]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

各樣品黃酮含量測(cè)定均重復(fù)三次并求平均值。所有數(shù)據(jù)通過(guò)SPSS 19.0軟件進(jìn)行顯著性分析，水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 芯壁比對(duì)藜蒿黃酮微膠囊化的影響 從圖1中可以看出，當(dāng)加入的藜蒿黃酮含量與β-環(huán)糊精含量為1:8 g/g時(shí)，較小的芯壁比值會(huì)導(dǎo)致壁材β-環(huán)糊精與芯材黃酮類(lèi)化合物不能充分接觸，微膠囊化效率即包埋率較低；繼續(xù)增大芯材所占比例，微膠囊包埋率會(huì)逐漸增加，且當(dāng)比值達(dá)到1:4 g/g時(shí)，總黃酮的包埋率達(dá)到最大值；然而若繼續(xù)增大黃酮含量以提高芯壁比值，就會(huì)造成單位壁材的包埋量過(guò)大而超過(guò)β-環(huán)糊精的包裹限度，使芯材附著在壁材的表面，而降低了β-環(huán)糊精對(duì)總黃酮的包覆效果，從而導(dǎo)致藜蒿總黃酮微膠囊產(chǎn)品的制備效率降低。因此，選擇芯壁比1:2～1:6 g/g進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

圖1 芯壁比對(duì)包埋率的影響Fig.1 Effect of the core-wall ratio on the rate of embedding

2.1.2 包埋時(shí)間對(duì)藜蒿總黃酮微膠囊化的影響 理論上，微膠囊化的效率會(huì)隨著制備過(guò)程中攪拌時(shí)間的增加而提高。但從圖2中可以看出，微膠囊化時(shí)間為30～60 min時(shí)，包埋率隨時(shí)間延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)，但包埋時(shí)間超過(guò)60 min后，微膠囊化效率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而呈逐漸下降的趨勢(shì)，可見(jiàn)藜蒿總黃酮的微膠囊化效率并不是簡(jiǎn)單地隨著包埋時(shí)間的增加而與之成正相關(guān)。這可能是由于在微膠囊化過(guò)程中，隨著包埋時(shí)間的延長(zhǎng)，黃酮類(lèi)分子進(jìn)入β-環(huán)糊精分子的空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)越多，隨著β-環(huán)糊精的內(nèi)部空腔被芯材逐漸占據(jù)，壁材對(duì)黃酮的包埋能力逐漸飽和，繼續(xù)延長(zhǎng)包埋的攪拌時(shí)間可能會(huì)破壞已經(jīng)形成的微膠囊包合物，從而將導(dǎo)致包埋率下降[35]。因此選擇包埋時(shí)間50～70 min進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

圖2 包埋時(shí)間對(duì)包埋率的影響Fig.2 Effect of embedding time on the rate of embedding

2.1.3 包埋溫度對(duì)藜蒿總黃酮微膠囊化的影響 由圖3可以看出，在30～50 ℃范圍內(nèi)隨著包埋溫度的升高，黃酮的包埋率有所增加，但升高幅度較為平緩；而當(dāng)制備溫度超過(guò)50 ℃后，藜蒿總黃酮的微膠囊化效率開(kāi)始下降。這主要是由于在微膠囊制備開(kāi)始時(shí)，提高包埋溫度有利于β-環(huán)糊精在水溶液中的溶解，因此，能提供大量溶解的分子狀態(tài)的β-環(huán)糊精包埋住黃酮類(lèi)分子而形成微膠囊。然而若繼續(xù)升高包埋溫度，壁材可能會(huì)發(fā)生熱降解從而影響黃酮的微膠囊化效率，且由于包埋制備反應(yīng)為放熱反應(yīng)[36]，當(dāng)包埋溫度增加過(guò)高時(shí)就可能會(huì)對(duì)黃酮微膠囊的形成造成一定的阻礙，因此，藜蒿中黃酮類(lèi)化合物在50 ℃條件下會(huì)有較高且穩(wěn)定的包埋率，故選擇包埋溫度40～60 ℃進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

圖3 包埋溫度對(duì)包埋率的影響Fig.3 Effect of embedding temperature on the rate of embedding

2.2 響應(yīng)曲面法優(yōu)化藜蒿黃酮微膠囊制備工藝

2.2.1 響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)方案及結(jié)果 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選出影響黃酮微膠囊化包埋率的包埋時(shí)間（A）、包埋溫度（B）和芯壁比（C）3個(gè)主要因素，運(yùn)用Minitab 16 軟件進(jìn)行響應(yīng)曲面（RSM）的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以表1的因素水平設(shè)計(jì)得到15組試驗(yàn)。該試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及其響應(yīng)值包埋率結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 2 Design and results of response surface experiments

2.2.2 回歸模型的建立及顯著性分析 應(yīng)用Minitab 16 軟件，以包埋時(shí)間、包埋溫度、芯壁比為響應(yīng)變量，并以微膠囊后的黃酮包埋率為響應(yīng)值，對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，獲得藜蒿總黃酮包埋率對(duì)芯壁比、包埋時(shí)間和包埋溫度的二次多項(xiàng)回歸方程：Y=0.886687+0.0139A+0.0294B+0.0024C?0.0396A2?0.0614B2?0.0267C2+0.0249AB?0.0313AC?0.0285BC，對(duì)該模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)及方差分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 回歸方程方差分析Table 3 Regression equation analysis of variance

由表3可知，模型的F值為156.54證明模型是顯著的，失擬值為0.7517>0.05，表明失擬不顯著。模型決定系數(shù)R2=0.9771，表明總黃酮包埋率的實(shí)際值與預(yù)測(cè)值間具有較好擬合度，模型校正決定系數(shù)R2Adj=0.9217，說(shuō)明該模型能解釋約92.17%包埋率的變化，因此，可以較好分析和預(yù)測(cè)藜蒿中總黃酮的微膠囊化工藝。F值的大小可反映各實(shí)驗(yàn)變量對(duì)響應(yīng)值的影響力，從表3可得出各制備因素對(duì)藜蒿中總黃酮微膠囊化效率的影響大小順序?yàn)椋喊駵囟龋˙）>包埋時(shí)間（A）>芯壁比（C）。

回歸模型的一次項(xiàng)B顯著（P<0.05），二次項(xiàng)A2顯著（P<0.05）、B2極顯著（P<0.01），交互項(xiàng)AC、BC顯著（P<0.05），AB不顯著（P>0.05），說(shuō)明不同的微膠囊化工藝與藜蒿黃酮包埋率不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

2.2.3 響應(yīng)曲面分析及優(yōu)化 如圖4～圖6所示，分別為兩因素交互作用的響應(yīng)曲面及其等高線。表示了當(dāng)包埋時(shí)間、包埋溫度和芯壁比3個(gè)因素中任意一個(gè)變量為零水平時(shí)，其余2個(gè)變量對(duì)藜蒿黃酮微膠囊包埋率的影響。

圖4 包埋時(shí)間和包埋溫度交互項(xiàng)的響應(yīng)曲面和等高線圖Fig.4 Response surface and contour plots for the effect of the interaction of embedding time and embedding temperature

圖6 芯壁比和包埋時(shí)間交互項(xiàng)的響應(yīng)曲面和等高線圖Fig.6 Response surface and contour plots for the effect of the interaction of core-to-wall material ratio and embedding time

以上所示相應(yīng)的響應(yīng)曲面及其等高線圖是根據(jù)回歸分析結(jié)果做出的。由圖可以確定，包埋溫度、包埋時(shí)間及芯壁比3個(gè)因素對(duì)藜蒿總黃酮包埋率的影響。由圖可知，包埋溫度相較于包埋時(shí)間、芯壁比的曲線較為陡峭，說(shuō)明包埋溫度對(duì)于黃酮包埋率的影響較顯著些；包埋溫度固定時(shí)，包埋時(shí)間的曲線比芯壁比的陡峭，再一次驗(yàn)證藜蒿黃酮微膠囊化過(guò)程中，包埋溫度的影響最大，包埋時(shí)間其次，芯壁比的影響最小。

由響應(yīng)面的最高點(diǎn)和等高線圓心分布可看出，在所選范圍內(nèi)藜蒿總黃酮的包埋率存在極值。等高線的形狀反映了因素間交互影響的大小。當(dāng)?shù)雀呔€呈圓形時(shí)，兩因素間的交互作用相對(duì)較弱；而當(dāng)?shù)雀呔€趨于橢圓形時(shí)則表明兩因素間的交互作用相對(duì)較強(qiáng)。由等高線的形狀看出，包埋時(shí)間和芯壁比以及包埋溫度和芯壁比的交互作用顯著，包埋時(shí)間和包埋溫度的交互作用不顯著，與表3結(jié)果相統(tǒng)一。根據(jù)試驗(yàn)所設(shè)定的參數(shù)范圍，采用Minitab 16軟件處理可以得到藜蒿黃酮包埋率最大為89.66%，所對(duì)應(yīng)的最佳工藝參數(shù)為：包埋時(shí)間為65.35 min，包埋溫度為54.74 ℃，芯壁比為1:2.96 （g/g）。

圖5 包埋溫度和芯壁比交互項(xiàng)的響應(yīng)面和等高線圖Fig.5 Response surface and contour plots for the effect of the interaction of embedding temperature and core-to-wall material ratio

2.2.4 藜蒿黃酮微膠囊化工藝條件的確定 對(duì)響應(yīng)曲面法所得結(jié)果的可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)，并考慮其可操作性，將微膠囊化工藝調(diào)整為：包埋時(shí)間65 min，包埋溫度55 ℃，芯壁比為1:3 （g/g）。在此條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，得到藜蒿黃酮類(lèi)化合物的平均包埋率為89.52%，與預(yù)測(cè)值89.66%相比，相對(duì)偏差為0.11%。說(shuō)明了響應(yīng)曲面分析法可得到最佳工藝的包埋效果，從而驗(yàn)證了該回歸模型是合理的。

2.3 藜蒿黃酮微膠囊在貯藏過(guò)程中的釋放動(dòng)力學(xué)

2.3.1 溫度對(duì)藜蒿黃酮微膠囊中黃酮保留率的影響

從圖7可知，黃酮保留率隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)；在同一貯藏時(shí)間下，溫度越高，藜蒿黃酮微膠囊的保留率越低。貯藏18 d后，4 ℃下微膠囊中黃酮保留率最高，達(dá)98.14%；同一時(shí)間下25和45 ℃的黃酮保留率僅為89.35%和73.82%。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，藜蒿黃酮微膠囊的芯材逐漸釋放，黃酮保留率逐漸減少，當(dāng)產(chǎn)品貯藏溫度逐漸升高時(shí)，芯材的釋放速率加快。溫度升高促使微膠囊壁材形成的包膜破損，膜壁空隙增大，黃酮釋放受到的阻力變小，釋放速率加快[37]；另外，高溫將導(dǎo)致芯材的分子活化能增大，分子熱運(yùn)動(dòng)加快，從而加速釋放[38]。因此，藜蒿黃酮微膠囊的貯存過(guò)程應(yīng)盡量避免高溫。

圖7 不同溫度下微膠囊的黃酮保留率Fig.7 Flavonoids retention rate of the microcapsules at different temperatures

2.3.2 Avrami’s公式對(duì)不同溫度下藜蒿黃酮微膠囊的釋放動(dòng)力學(xué)分析 Avrami’s公式對(duì)不同溫度下黃酮微膠囊釋放動(dòng)力學(xué)的擬合曲線見(jiàn)圖8。由表4可知，藜蒿黃酮微膠囊在各溫度下各回歸方程的R2均在0.95以上，表明Avrami’s公式對(duì)不同溫度下黃酮釋放過(guò)程的擬合性較好，因此采用Avrami’s公式進(jìn)行黃酮芯材釋放動(dòng)力學(xué)分析是切實(shí)可行的[39]。4、25、45 ℃下釋放機(jī)理參數(shù)分別為0.7113、0.7105和0.7049，均在0.54～1.00之間，表明藜蒿黃酮微膠囊的釋放反應(yīng)動(dòng)力學(xué)介于擴(kuò)散限制動(dòng)力學(xué)與一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)之間。對(duì)比不同溫度條件下的釋放速率常數(shù)k發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高釋放速率常數(shù)增大明顯。說(shuō)明不同溫度下藜蒿黃酮微膠囊的釋放過(guò)程為非穩(wěn)態(tài)、非恒速過(guò)程[40?41]，低溫貯藏（4 ℃）將有效穩(wěn)定微膠囊的釋放。

表4 不同溫度下的黃酮釋放機(jī)理參數(shù)及釋放速率常數(shù)Table 4 Release mechanism parameters and release rate constants of flavonoids at different temperatures

圖8 藜蒿黃酮微膠囊在不同溫度下釋放動(dòng)力學(xué)的Avrami’s 分析Fig.8 Avrami's analysis of release kinetics of Artemisia selengensis flavonoids microcapsules at different temperatures

2.3.3 濕度對(duì)藜蒿黃酮微膠囊中黃酮保留率的影響

從圖9可知，黃酮保留率隨著相對(duì)濕度增大而迅速下降。貯藏18 d后，50% RH條件下黃酮保留率達(dá)到89.35%，而90% RH條件下黃酮保留率僅為56.26%。同一貯藏時(shí)間下，相對(duì)濕度越大，黃酮保留率越低。表明藜蒿黃酮微膠囊在相對(duì)濕度較低條件下釋放較為緩慢，而相對(duì)濕度較高的貯藏環(huán)境會(huì)顯著增加其釋放速率。壁材β-環(huán)狀糊精外部親水，相對(duì)濕度增加將導(dǎo)致水分子經(jīng)微膠囊表面微孔進(jìn)入內(nèi)部，從而使壁材機(jī)械強(qiáng)度與致密性發(fā)生改變，從而破壞壁材對(duì)芯材的保護(hù)作用，加速黃酮的滲透與釋放[42]。與圖7對(duì)比可知，高濕條件對(duì)黃酮微膠囊的破壞程度明顯高于高溫條件下芯材的釋放率，故在貯藏時(shí)，應(yīng)盡量保持較低的環(huán)境濕度。

圖9 不同濕度下微膠囊的黃酮保留率Fig.9 Flavonoids retention rate of the microcapsules at different relative humidity

2.3.4 Avrami’s公式對(duì)不同濕度下藜蒿黃酮微膠囊的釋放動(dòng)力學(xué)分析 Avrami’s公式對(duì)不同濕度下黃酮微膠囊釋放動(dòng)力學(xué)的擬合曲線見(jiàn)圖10。由表5可知，藜蒿黃酮微膠囊在RH 50%、70%、90%條件下，各回歸方程的R2均在0.95以上，表明Avrami’s公式對(duì)不同濕度下黃酮釋放過(guò)程的擬合性較好。各濕度下藜蒿黃酮微膠囊釋放機(jī)理參數(shù)n分別為0.7105、0.8823和0.8400，均在0.54～1.00之間，說(shuō)明其釋放反應(yīng)動(dòng)力學(xué)介于擴(kuò)散限制動(dòng)力學(xué)與一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)之間。隨著相對(duì)濕度增加，微膠囊的釋放速率常數(shù)k迅速增加，RH為90%的k值比RH為50%的k值高出約10倍；且與不同溫度條件下釋放動(dòng)力學(xué)相比，高濕貯藏條件下的k值明顯高于高溫條件下的k值，與前面討論一致，說(shuō)明藜蒿黃酮微膠囊產(chǎn)品對(duì)相對(duì)濕度更為敏感，干燥環(huán)境將有利于微膠囊的貯藏。

圖10 藜蒿黃酮微膠囊在不同濕度下釋放動(dòng)力學(xué)的Avrami’s 分析Fig.10 Avrami's analysis of release kinetics of Artemisia selengensis flavonoids microcapsules at different humidity

表5 不同濕度下的黃酮釋放機(jī)理參數(shù)及釋放速率常數(shù)Table 5 Release mechanism parameters and release rate constants of flavonoids at different humidity

3 結(jié)論

采用分子包埋法以β-環(huán)糊精為壁材制備藜蒿黃酮微膠囊。通過(guò)研究包埋時(shí)間、包埋溫度和芯壁比對(duì)藜蒿黃酮微膠囊包埋率的影響，設(shè)計(jì)響應(yīng)曲面試驗(yàn)優(yōu)化微膠囊制備工藝，得出包埋溫度對(duì)微膠囊化效率影響最大，在包埋時(shí)間65 min，包埋溫度55 ℃，芯壁比為1:3 （g/g）條件下包埋效果最優(yōu)，得到藜蒿黃酮微膠囊的平均包埋率為89.52%。

運(yùn)用Avrami’s公式分析不同溫度與相對(duì)濕度下藜蒿黃酮微膠囊的釋放性能。研究表明，隨著貯藏溫度和相對(duì)濕度的增加，藜蒿黃酮微膠囊的釋放速率均顯著增加；與溫度相比，高濕環(huán)境更能加速藜蒿黃酮微膠囊的釋放。藜蒿黃酮微膠囊在4、25、45 ℃和相對(duì)濕度50%、70%、90%時(shí)，其釋放機(jī)理參數(shù)介于0.54～1.00之間，表明其釋放動(dòng)力學(xué)介于擴(kuò)散限制動(dòng)力學(xué)與一級(jí)釋放動(dòng)力學(xué)之間。低溫低濕環(huán)境下藜蒿黃酮微膠囊能實(shí)現(xiàn)芯材的緩慢釋放，有利于提高藜蒿黃酮的貯藏穩(wěn)定性與維持其功能活性。藜蒿黃酮微膠囊的釋放性能受到多因素的綜合影響，因此有待進(jìn)一步研究實(shí)際應(yīng)用中藜蒿黃酮微膠囊的穩(wěn)定性與緩釋性能。