以聚合乳清蛋白為壁材的苦蕎黃酮微膠囊化及其品質分析

孫亞利，周文美，黃永光*，王小平，周 敏

（貴州省發(fā)酵工程與生物制藥重點實驗室，貴州大學釀酒與食品工程學院，貴州 貴陽 550025）

苦蕎麥（Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn.）屬于蓼目廖科1 a生雙子葉草本植物，主要分布于中國、俄羅斯、烏克蘭及法國等地，是自然界中較少的藥食兩用作物?？嗍w黃酮作為苦蕎麥的重要活性物質，是一種色原酮或色原烷的衍生物，具有極高的營養(yǎng)和醫(yī)藥價值，包括對鏈脲佐菌素誘導的糖尿病患者的抗高血糖和抗氧化活性[1-2]、顯著降低心血管病人血清中過氧化物酶和膽固醇水平[3]、逆轉多藥耐藥性恢復癌細胞的化學敏感性[4]、抑制膠質瘤細胞增殖并促進細胞凋亡[5]、對心臟損傷和腦損傷的保護作用[6-7]、抗血小板聚集、抗黏附活性[8]、清除自由基和高抗氧化作用[9]、免疫調節(jié)[10]等多種保健和醫(yī)療功效。但是苦蕎黃酮顏色偏深、味道發(fā)苦，直接食用會使人產生不愉悅感，令消費者難以接受，而且苦蕎黃酮在進入人體胃部時，容易被胃酸破壞，這限制了人體腸道對苦蕎黃酮的吸收，大大降低了人體利用率。因此，選擇一種恰當?shù)姆椒ㄑ谏w苦蕎黃酮的顏色及苦味，并切實提高人體利用率，對于苦蕎黃酮的應用具有極其重要的價值和意義。

微膠囊化是利用一種或多種成膜性高分子原料或加聚物包裹目標物質的微型修飾技術，其產品直徑在1～5 000 μm之間[11]。已經(jīng)報道了幾種用于微膠囊化黃酮類化合物的方法，包括噴霧干燥法、復合凝聚法和銳孔-凝固浴法等。銳孔-凝固浴微膠囊化是壁材與芯材混合液經(jīng)銳孔處理后與凝固劑之間的物理和化學作用引起的[12]。當混合液滴與含有Ca2+等陽離子的硬化溶液接觸時，聚合物包圍核心，通過交聯(lián)鈣離子形成三維晶格結構[13]。微膠囊技術的應用效果很大程度上取決于壁材的選擇，不同壁材決定著微膠囊產品的理化性質。海藻酸鹽、β-環(huán)糊精、黃原膠和殼聚糖等天然多糖由于其資源豐富、價格便宜、無毒性和反應條件溫和等特點，是目前微膠囊制備的常用壁材[14]。魯曉翔等[15]以β-環(huán)糊精為壁材對玉米須黃酮進行微膠囊化，所得包埋率為85.6%，載藥量為5.7%。潘明等[16]以黃原膠和β-環(huán)糊精作為復合壁材所得鼠曲草黃酮類物質微膠囊包埋率為91.14%，載藥量為8.28%。但是，由于它們在胃腸道中遇到高比例的酸和膽汁濃度會發(fā)生裂解，對芯材的保護無效[17]。乳清蛋白作為干酪加工過程中的副產物，具有極高的營養(yǎng)價值和多種功能特性。將乳清蛋白的成膜性與凝膠特性相結合，可以用于一些特定物質的包埋。β-乳球蛋白是主要的乳清蛋白成分及主要的膠凝劑。乳清蛋白的物理化學性質表明它們可能適合開發(fā)pH值敏感的水凝膠以控制生物活性物質的輸送[18]。Eratte等[19]報道了使用乳清蛋白-阿拉伯膠的微膠囊化富含ω-3脂肪酸的金槍魚油。Zhang Yonggang等[20]報道了使用乳清蛋白-藻酸鹽的微膠囊化香芹酚。關于熱誘導的聚合乳清蛋白（polymerized whey protein，PWP）作為唯一壁材對活性物質的包埋，在現(xiàn)有文獻中較少報道，PWP對黃酮類化合物微膠囊化的相關研究更是鮮見。本實驗研究以PWP作為唯一壁材通過銳孔-凝固浴法制備苦蕎黃酮微膠囊的工藝，并對苦蕎黃酮微膠囊的表征、熱穩(wěn)定性、在胃腸道中的緩釋性等理化特性進行分析，考察PWP作為微膠囊唯一壁材的可能性，旨在探究一種微膠囊化的新型壁材并為苦蕎黃酮微膠囊的研究和開發(fā)提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

苦蕎麥取自貴州師范大學試驗基地，洗凈烘干，粉碎過篩后密封保存，采用超聲輔助醇提法[21]經(jīng)旋轉蒸發(fā)純化后，冷凍干燥獲得苦蕎黃酮干燥粉末備用。

分離乳清蛋白（whey protein isolation，WPI，純度≥90%） 山東文興生物科技有限公司；無水氯化鈣（分析純） 天津市致遠化學試劑有限公司；溴化鉀（分析純） 天津市興復科技發(fā)展有限公司；胃蛋白酶（酶活力3 000 U/mg）、胰酶（酶活力4 000 U/mg）北京索萊寶科技有限公司；磷酸二氫鉀（分析純）重慶吉元化學有限公司；無水乙醇（分析純） 天津市富宇精細化工有限公司；溴化鉀（分析純） 天津市興復科技發(fā)展有限公司。

1.2 儀器與設備

FD-1-50冷凍干燥機 北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；THZ-82A數(shù)顯氣浴恒溫振蕩器 常州普天儀器制造有限公司；DW-86L828W超低溫保存箱 北京盛科信德科技有限公司；GL-20G-型離心機 上海書培實驗設備有限公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 鞏義市予華儀器有限公司；BCD-186D11D冰箱 海信容聲（廣東）冰箱有限公司；LS 13320激光粒度分析儀 美國貝克曼庫爾特有限公司；Q2000差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）儀 美國TA公司；S-3400N掃描電子顯微鏡 日本日立公司；Nicolet is50原位漫反射傅里葉變換紅外光譜儀 美國賽默飛世爾科技有限公司；MB35型水分測定儀 奧豪斯國際貿易有限公司。

1.3 方法

1.3.1 苦蕎黃酮微膠囊的制備

1.3.1.1 PWP的制備[22]

將WPI粉末溶于蒸餾水中，混合均勻，配制成10%乳清蛋白溶液，置于4 ℃冰箱中保存12 h后，取出靜置至室溫，調節(jié)pH值至7.0，85 ℃水浴恒溫振蕩30 min，迅速取出于冰水浴中，降至室溫。再次置于4 ℃冰箱中24 h，得PWP凝膠。

1.3.1.2 微膠囊的制備

將無水CaCl2溶解于去離子水中配制CaCl2凝固浴，置于4 ℃冰箱冷藏。準確稱取苦蕎黃酮和PWP凝膠于錐形瓶中，720 r/min磁力攪拌后，將樣品混合液移至針頭為0.45 mm的2.5 mL一次性注射器中，快速均勻滴入預先配制好的CaCl2凝固浴中制珠成型，于4 ℃固化30 min。將制得的苦蕎黃酮微膠囊用蒸餾水充分洗滌3 次、過濾，經(jīng)真空冷凍干燥，得干燥的苦蕎黃酮微膠囊產品。

1.3.2 苦蕎黃酮微膠囊包埋率的測定

1.3.2.1 蕓香苷標準曲線的繪制

苦蕎黃酮的主要成分為蕓香苷，因此苦蕎黃酮的含量以蕓香苷相對含量表示。參考李欣等[21]的方法，以吸光度為橫坐標，蕓香苷質量濃度（mg/mL）為縱坐標繪制標準曲線，得回歸方程y=0.029 2x+0.000 01，r=0.999 56。

1.3.2.2 微膠囊包埋率的測定[23]

微膠囊表面苦蕎黃酮含量的測定：準確稱取干燥后的微膠囊產品0.2 g，以1∶30（g/mL）的比例加入無水乙醇，充分振蕩，5 000 r/min離心10 min，取1 mL上清液，定容至10 mL，用1.3.2.1節(jié)方法測定。按式（1）計算表面黃酮質量分數(shù)：

式中：W1為表面黃酮質量分數(shù)/%；C1為由標準曲線所得待測液表面黃酮質量濃度/（mg/mL）；V為待測液體積/mL；N為稀釋倍數(shù)；M為樣品質量/g。

微膠囊中苦蕎黃酮總量的測定：準確稱取干燥后的微膠囊產品0.2 g，以1∶30的比例加入70%乙醇溶液，搖勻，于40 ℃、30 min超聲處理后，5 000 r/min離心10 min，取1 mL上清液，定容至10 mL，用1.3.2.1節(jié)方法測定，按式（2）計算微膠囊中苦蕎黃酮總量：

式中：W2為微膠囊中苦蕎黃酮總量/%；C2為由標準曲線所得待測液微膠囊中黃酮總質量濃度/（mg/mL）；V為待測液體積/mL；N為稀釋倍數(shù)；M為樣品質量/g。

包埋率按式（3）計算：

1.3.3 微膠囊工藝單因素試驗

當攪拌速率為720 r/min時，考察芯壁比、CaCl2質量分數(shù)、攪拌時間對微膠囊包埋率的影響。芯壁比分別為1∶6、1∶7、1∶8、1∶9、1∶10（g/g）；CaCl2質量分數(shù)分別為1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%；攪拌時間分別為30、40、50、60 min和70 min。以微膠囊包埋率為考察指標進行試驗。

每組單因素試驗做3 組平行。單因素試驗中固定因素分別為芯壁比1∶9（g/g）、CaCl2質量分數(shù)1.4%，攪拌時間50 min。

1.3.4 微膠囊工藝的響應面試驗

根據(jù)單因素試驗結果分析，確定以芯壁比（A）、CaCl2質量分數(shù)（B）、攪拌時間（C）這3 個因素為自變量，以微膠囊包埋率（Y）為響應值，根據(jù)Box-Behnken設計原理，采用Design-Expert 8.0.6程序軟件進行3因素3水平響應面優(yōu)化試驗。Box-Behnken試驗因素及水平見表1。

表1 Box-Behnken試驗設計因素與水平Table 1 Independent variables and their levels used in Box-Behnken design

1.3.5 苦蕎黃酮微膠囊理化性質的測定

1.3.5.1 微膠囊水分質量分數(shù)的測定

稱取最優(yōu)條件下制備的苦蕎黃酮微膠囊樣品4 g，于105 ℃水分測定儀中測定微膠囊產品的水分含量。

1.3.5.2 微膠囊載藥量的測定

微膠囊的載藥量是指單位質量或單位體積微膠囊所負載的藥量。按式（4）計算：

1.3.5.3 微膠囊粒徑的測定

以蒸餾水作為分散劑，通過激光粒度分析儀測定苦蕎黃酮微膠囊的粒徑[24]。

1.3.5.4 微膠囊表面微觀結構觀察

用電子顯微鏡對苦蕎黃酮微膠囊進行表面微觀結構觀察，用藥匙將苦蕎黃酮微膠囊產品輕輕置于黏有導電膠帶的樣品臺上，噴金，選擇合適的視野對苦蕎黃酮微膠囊進行拍攝觀察。

1.3.5.5 微膠囊的紅外光譜測定

通過紅外光譜分析，對樣品化學結構進行表征。利用KBr對樣品進行處理，即稱取1 mg樣品，加入100 mg烘干的KBr粉末于研缽中研磨均勻，壓片，檢測波長范圍400～4 000 cm-1，分辨率4 cm-1，次數(shù)為32 次。

1.3.5.6 微膠囊DSC測定

采用差示掃描量熱儀，設置升溫速率10 ℃/min；升溫范圍20～240 ℃；每個樣品重復測定3 次，并采集數(shù)據(jù)。

1.3.5.7 模擬胃、腸液消化實驗測定微膠囊中苦蕎黃酮釋放率

參考Wang Mu等[24]的方法，配制模擬胃液及模擬腸液。體外模擬胃液的配制：精確吸取9 mL濃鹽酸于1 000 mL燒杯中，加入800 mL去離子水及10 g胃蛋白酶，充分溶解混勻，移入1 000 mL容量瓶中，定容，4 ℃保存待用。體外模擬小腸液的配制：精確稱取6.8 g KH2PO4于500 mL去離子水中，充分溶解，0.4% NaOH溶液調節(jié)溶液pH值為6.8；另取10 g胰酶溶解于水中，將兩溶液一并移入1 000 mL容量瓶，定容，4 ℃保存待用。

準確稱取新制備的苦蕎黃酮微膠囊產品0.5 g于裝有20 mL模擬胃液的離心管中，37 ℃、110 r/min搖床振蕩處理4 h，4 000 r/min離心20 min，小心倒出上清液，加入20 mL模擬腸液，繼續(xù)于37 ℃、110 r/min搖床振蕩處理6 h。此間，間隔吸取1 mL消化液，測定其中苦蕎黃酮的含量，同時補充相應體積的消化液，保持離心管中溶液體積不變?？嗍w黃酮的釋放率按式（5）計算：

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Design-Expert 8.0.6和DPS 7.05軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。P＜0.05，差異顯著；P＜0.01，差異極顯著。運用Origin 8.6軟件完成圖表的編輯與繪制。

2 結果與分析

2.1 芯壁比對苦蕎黃酮微膠囊包埋率的影響

圖1 芯壁比對苦蕎黃酮微膠囊包埋率的影響Fig. 1 Effect of core/wall ratio on microencapsulation efficiency of tartary buckwheat flavonoids

芯壁比對微膠囊的包埋率及制備成本的影響主要體現(xiàn)為苦蕎黃酮的負載率。壁材過少則不能對芯材進行充分包埋，且苦蕎黃酮相對過多會造成微膠囊表面黃酮含量增加使包埋率下降，產品壁材較薄也會對產品的保存帶來不利影響。由圖1差異性分析可知，1∶7、1∶8、1∶9及1∶10處理組分別與對照組（1∶6）有極顯著差異（P＜0.01）。當芯壁比范圍為1∶6～1∶9 時，包埋率呈逐漸增大的趨勢，當芯壁比超過1∶9時，包埋率呈下降趨勢。這是由于壁材濃度過大不利于凝固浴中產品的固化，致使微膠囊化效率降低，同時造成原材料的浪費。綜上，確定芯壁比1∶9較為適宜。

2.2 CaCl2質量分數(shù)對苦蕎黃酮微膠囊包埋率的影響

由圖2可知，CaCl2作為苦蕎黃酮微膠囊的凝固劑，其質量分數(shù)對產品效果有不同程度的影響。經(jīng)差異性分析，1.4%、1.6%及1.8%處理組分別與對照組（CaCl2質量分數(shù)1.0%）有極顯著差異（P＜0.01），1.2%處理組與對照組無顯著差異。當CaCl2質量分數(shù)較低時（＜1.4%），產品表面黏性較大，分散性較差，容易黏成團，不易成形；CaCl2質量分數(shù)偏高時（＞1.4%），產品表層快速凝固，外層結構致密，凝固劑不能很好地向內層擴散，導致內層固化不充分，產品皮層偏薄，效果不佳。綜上所述，制備苦蕎黃酮微膠囊時，CaCl2質量分數(shù)為1.4%最佳。

圖2 CaCl2質量分數(shù)對苦蕎黃酮微膠囊包埋率的影響Fig. 2 Effect of CaCl2 concentration on microencapsulation efficiency of tartary buckwheat flavonoids

2.3 攪拌時間對苦蕎黃酮微膠囊包埋率的影響

圖3 攪拌時間對苦蕎黃酮微膠囊包埋率的影響Fig. 3 Effect of stirring time on microencapsulation efficiency of tartary buckwheat flavonoids

由圖3可知，包埋率隨著對芯材與壁材混合液攪拌時間的不同呈先上升后下降的趨勢。經(jīng)差異性分析，40、50、60 min及70 min處理組分別與對照組（攪拌時間30 min）有極顯著差異（P＜0.01）。在30～50 min時，隨著混合液攪拌時間的延長，包埋率有所增加，當攪拌時間達到50 min時，出現(xiàn)包埋率隨時間延長而下降的趨勢。這是因為攪拌可通過力的作用促進芯材的分散，在一定程度上乳化芯材，增大了芯材與壁材的接觸面，促進PWP對苦蕎黃酮的包埋，當攪拌時間過長時，反應時間延長，容易出現(xiàn)分子鍵和氫鍵的破裂現(xiàn)象，對分子締合物的形成不利，造成包埋率降低[25]。所以選擇50 min為最佳攪拌時間。

2.4 苦蕎黃酮微膠囊工藝的響應面試驗優(yōu)化

2.4.1 響應面模型及方差分析

Box-Behnken試驗設計方案與結果見表2。運用Design-Expert 8.0.6程序軟件對表2的試驗結果進行分析，得到苦蕎黃酮微膠囊包埋率（R）對芯壁比（A）、CaCl2質量分數(shù)（B）、攪拌時間（C）編碼后的二次多項式回歸方程為R=92.54+1.14A+1.28B+1.67C+1.67AB+1.17AC+1.09BC-3.53A2-5.90B2-4.77C2。

表2 響應面試驗設計與結果Table 2 Response surface design with experimental and predicted values of microencapsulation efficiency

表3 回歸模型方差分析Table 3 Analysis of variance of regression model

回歸模型中，通過F檢驗分析各自變量對響應值的影響是否顯著，P值越低，顯著性越高。由表3可得，以微膠囊包埋率為響應值時，交互項AC、BC對結果表現(xiàn)為顯著（P＜0.05）；一次項（A、B、C）、二次項（A2、B2、C2）及交互項AB均對結果有極顯著影響（P＜0.01）；在各因素交互作用下，對苦蕎黃酮微膠囊包埋率的影響大小依次為芯壁比×CaCl2質量分數(shù)＞芯壁比×攪拌時間＞CaCl2質量分數(shù)×攪拌時間；就各因素而言，對苦蕎黃酮微膠囊包埋率的影響大小順序為攪拌時間＞CaCl2質量分數(shù)＞芯壁比。該回歸模型中P值小于0.000 1，表現(xiàn)為極顯著，失擬項不顯著（P=0.822 6＞0.05），R2為0.989 9，大于0.95，為0.976 9，可見該模型與實際實驗擬合程度較佳，誤差小，可用于PWP制備苦蕎黃酮微膠囊包埋率的理論預測。

2.4.2 各因素間交互作用響應面分析

圖4 各因素交互作用對苦蕎黃酮微膠囊包埋率影響的響應面和等高線圖Fig. 4 Response surface and contour plots showing the interactive effects of various factors on microencapsulation efficiency of tartary buckwheat flavonoids

由圖4可得，在各自變量的實驗范圍內存在最大值，即微膠囊包埋率最高。根據(jù)響應面與等高線圖特性觀察可知，芯壁比與CaCl2質量分數(shù)之間交互作用對包埋率的影響極顯著，等高線圖表現(xiàn)為橢圓形且曲面彎曲程度大、曲線陡；芯壁比與攪拌時間之間及CaCl2質量分數(shù)與攪拌時間之間的交互作用對包埋率的影響顯著，等高線圖表現(xiàn)為橢圓形，彎曲程度相對較小，坡度相對較緩。

2.5 驗證實驗

利用Design-Expert 8.0.6分析軟件求得PWP制備苦蕎黃酮微膠囊的最佳工藝參數(shù)為芯壁比1∶9.24（g/g）、CaCl2質量分數(shù)1.43%、攪拌時間52.23 min，得苦蕎黃酮微膠囊包埋率為92.964 8%。實際操作時，根據(jù)所得最佳工藝參數(shù)進行3 次平行驗證實驗，測得實際微膠囊包埋率為92.85%，同預測值的誤差為0.12%。實際值與預測值接近，說明該響應面所得最佳工藝參數(shù)穩(wěn)定可靠。

2.6 苦蕎黃酮微膠囊理化性質分析

2.6.1 微膠囊包埋率、載藥量及水分含量的測定

使用PWP作為壁材料微膠囊化苦蕎黃酮，其包埋率高達92.85%，載藥量為9.29%，水分質量分數(shù)為7.10%。研究發(fā)現(xiàn)，微膠囊高包埋率可歸因于鈣誘導的PWP的緊密網(wǎng)絡以及苦蕎黃酮和暴露的乳清蛋白的疏水部分之間的強疏水相互作用[24]。研究表明，美國成年人黃酮攝入量為344.83 mg/d，愛爾蘭和英國成年人黃酮的平均攝入量分別為177 mg/d和182 mg/d，而我國人均黃酮攝入量尚未見報道[26]。張楠楠等[27]對天津市糖尿病患者黃酮攝入量調查發(fā)現(xiàn)，男性黃酮攝入量為38.23 mg/d，女性為38.27 mg/d；郜明明等[26]調查發(fā)現(xiàn)鹽城市青春期女性黃酮攝入量為57.09 mg/d；高蔚娜等[28]報道了天津和杭州兩地55～82 歲成年人類黃酮攝入量分別為67.21 mg/d和96.34 mg/d，由此，每日攝入2 g該苦蕎黃酮微膠囊產品即可有針對性的顯著提高我國部分人群的黃酮攝入水平。將該微膠囊產品添加入食品中，還可作為輔料生產功能性食品，供人們日常食用。

2.6.2 微膠囊形態(tài)分析

圖5 苦蕎黃酮微膠囊形態(tài)分析Fig. 5 Morphological analysis of tartary buckwheat flavonoid microcapsules

按照最佳工藝制備的苦蕎黃酮微膠囊，呈現(xiàn)為圓整的球形狀態(tài)，粒徑分布比較集中，平均粒徑為（1 708.67±309.32）μm。由圖5a可以看出，微膠囊的形態(tài)良好，大小均一，乳白色，具有淡淡的乳香味，無不良感官性狀，符合微膠囊制備要求。由圖5b、c可知，其表面均勻疏松多孔，分析原因可能是游離的苦蕎黃酮與PWP溶液混合，PWP具有成膜性，當冷凍干燥去除水分時，鈣離子-PWP微粒表面及內部的水分均勻散失，進而形成許多細小的孔洞，另有報道，其與PWP的濃度較高也有關[29]。

2.6.3 苦蕎黃酮微膠囊的紅外光譜分析

圖6 PWP微膠囊及其單體成分的紅外圖譜Fig. 6 Infrared spectra of free and microencapsulated tartary buckwheat flavonoids and PWP

紅外吸收光譜為振動-轉動光譜。每個官能團都有幾種振動形式，在紅外區(qū)相應產生幾個吸收峰，光譜復雜，特征性強。除了極個別化合物外，每個化合物都有其特征紅外光譜，因而紅外光譜是定性鑒別的有效手段[30]。由圖6A可知，由于苦蕎黃酮結合的糖上—OH的存在及黃酮自身含有許多酚羥基，在3 439.86 cm-1處有—OH締合而成的寬而強的特征峰，在2 930.18、1 399.63 cm-1處有較強的—CH2和—CH3伸縮振動，說明飽和碳上存在的氫較多，在1 645.20 cm-1處為C＝C的伸縮振動，1 160.74 cm-1處為羥基的彎曲振動，1 073.46 cm-1和1 013.65 cm-1處分別出現(xiàn)了C—O—C反對稱及對稱的伸縮振動峰。根據(jù)圖6B紅外光譜分析可得，同圖6A相比，保留了苦蕎黃酮的特征峰，只是在3 407.22、2 940.79 cm-1處的吸收峰強度減弱；1 073.46 cm-1和1 013.65 cm-1處C—O—C反對稱及對稱的伸縮振動峰消失。這是由于游離苦蕎黃酮進入PWP空腔后，導致振動受限所引起的。如圖6C所示，其主要特征峰有3 419.09 cm-1處的反對稱伸縮振動，2 978.40、1 537.93 cm-1和1 156.29 cm-1處的對稱伸縮引起的強度較弱的窄峰，以及彎曲振動引起的，在1 406.31 cm-1處的一個特征峰。分析圖6可得，PWP苦蕎黃酮微膠囊紅外圖譜中并未出現(xiàn)芯材與壁材中沒有的特征吸收峰，即在包埋過程中并未生成其他的化學鍵，僅為芯材與壁材間的靜電相互作用，而非化學反應。Kakran等[31]對槲皮素的包埋也有相似的結果。

2.6.4 DSC分析

圖7 DSC分析圖Fig. 7 Differential scanning calorimetric analysis

DSC曲線分析可直觀地顯示樣品相轉變的起始溫度及熱分解溫度。在實際生活和生產中，產品的貯藏溫度必須低于玻璃態(tài)轉變溫度[32]。由圖7可知，PWP囊壁及其苦蕎黃酮微膠囊的玻璃態(tài)轉變溫度分別為139.61 ℃和152.06 ℃，熱分解溫度分別為140.04 ℃和153.52 ℃。即在室溫下PWP苦蕎黃酮微膠囊可保持在穩(wěn)定的玻璃態(tài)，微膠囊分子表現(xiàn)為低流性，產品不會發(fā)生形態(tài)結構的變化，產品囊壁的通透性較小，可有效保證芯材的性質穩(wěn)定，防止營養(yǎng)流失。同時有利于產品的保藏，延長保質期，提高產品品質。

2.6.5 模擬體外胃腸道消化緩釋實驗

對人體內黃酮類化合物代謝的研究發(fā)現(xiàn)，黃酮類化合物主要由大量腸道菌代謝，發(fā)生生物轉化，代謝產物經(jīng)吸收進入人體血液循環(huán)[33]。因此應保護微膠囊化的苦蕎黃酮免受胃液的影響，并在腸道中釋放，被人體充分吸收。設計苦蕎黃酮微膠囊體外模擬胃腸道消化時間為10 h（胃排空時間4 h、小腸排空時間6 h）。由圖8可知，在模擬體外胃液消化的4 h中，苦蕎黃酮釋放率隨時間的延長而緩慢增大，最終在胃液中的釋放率僅為15.75%，釋放較少；當苦蕎黃酮微膠囊產品處于模擬體外小腸液中時，僅在1 h內釋放率就上升了50.24%（P＜0.01），并在小腸液中4 h內快速釋放（P＜0.01），5～6 h趨于平緩（P＞0.05）并釋放完全。以上表明在模擬體外胃腸液消化4 h后，微膠囊囊壁逐漸降解，限制芯材釋放速率的障礙逐漸消失，向外擴散速率增大，最終在小腸內全部釋放。綜上，PWP作為苦蕎黃酮微膠囊的壁材，可有效保護苦蕎黃酮的生物活性，滿足苦蕎黃酮微膠囊所應具備的特性，切實提高苦蕎黃酮在人體中的利用率。

圖8 PWP基苦蕎黃酮微膠囊模擬胃腸道消化緩釋分析Fig. 8 Sustained release performance of tartary buckwheat flavonoid microcapsules during simulated gastrointestinal digestion

3 結 論

利用銳孔-凝固浴法以熱誘導的PWP作為唯一壁材，苦蕎黃酮為芯材制備了苦蕎黃酮微膠囊。在單因素試驗基礎上，采用響應面試驗對制備工藝進行優(yōu)化，得到最佳工藝參數(shù)為芯壁比1∶9.24（g/g）、CaCl2質量分數(shù)1.43%、攪拌時間52.23 min，微膠囊包埋率達到92.85%，載藥量為9.29%，水分質量分數(shù)為7.10%。這與魯曉翔等[15]以β-環(huán)糊精為壁材制備的黃酮微膠囊包埋率85.5%、載藥量5.7%相比，PWP對黃酮的包埋率和載藥量均得到顯著提高。由PWP為壁材制備的苦蕎黃酮微膠囊產品呈圓整的球形狀態(tài)，形態(tài)良好，大小均一，乳白色，具有淡乳香味，無不良感官性狀。掃描電鏡結果顯示微膠囊表面疏松多孔且分布均勻。紅外光譜分析表明，苦蕎黃酮可被熱誘導的PWP有效包埋，且芯材與壁材間不發(fā)生化學反應，保證了苦蕎黃酮的天然性與完整性?？嗍w黃酮微膠囊具有良好的熱性質，其玻璃態(tài)轉變溫度為152.06 ℃，高于常溫，可在常溫貯藏使用。使用PWP作為微膠囊化的壁材料可有效保護苦蕎黃酮免受胃液的破壞并在腸道中完全釋放。實驗表明熱誘導的PWP可以作為苦蕎黃酮壁材使用，所得苦蕎黃酮微膠囊成球性較好，具有良好的緩釋性及定向釋放性，切實提高了人體對黃酮的利用率；乳清蛋白作為干酪加工過程中的副產物，生物效價高，是一種優(yōu)質的蛋白質來源，對其進行熱誘導用于微膠囊的制備，降低成本、解決環(huán)境污染問題的同時，賦予了產品更高的營養(yǎng)價值，因此，PWP有作為新型食品微膠囊壁材的極佳潛質。