侯聰穎,張?jiān)婍?孫建安,*,王 卉(.中國(guó)海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,山東青島 266003;2.海南熱帶海洋學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院,海南三亞 572022)

近年來(lái),食源性疾病的爆發(fā)日趨嚴(yán)重,因此尋找有效無(wú)毒的抗菌劑十分重要。植物精油作為天然提取物,安全性高,抗菌性能優(yōu)良,因而備受青睞[1]。其中肉桂精油具有強(qiáng)烈的抑菌特性,可作為天然防腐劑用于食品行業(yè)[2-3],但因其具有較強(qiáng)的揮發(fā)性而在一定程度上限制了其應(yīng)用,若將其制成凝膠微球則可有效的控制其揮發(fā)。

海藻酸鈉是制備凝膠微球的一種常用材料,無(wú)毒,易降解,成本低,與Ca2+等二價(jià)金屬陽(yáng)離子相互作用,可制得凝膠微球,被廣泛應(yīng)用于藥物裝載領(lǐng)域[4-6]。但是海藻酸鈉制成的凝膠微球機(jī)械強(qiáng)度低,遇水易溶脹,突釋現(xiàn)象嚴(yán)重[7],為了解決這些問題,可采用不同的物理化學(xué)方法對(duì)海藻酸鈉進(jìn)行改性[8-10]。在海藻酸鈉中加入低成本的無(wú)機(jī)材料是克服海藻酸鈉凝膠微球缺陷的較佳方式,膨潤(rùn)土的主要成分是蒙脫石,蒙脫石具有獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)和陽(yáng)離子交換特性,且具有高的彈性模量,可以增強(qiáng)聚合物的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性[11-12]。同時(shí),膨潤(rùn)土安全性高,對(duì)人體無(wú)害,其有效成分蒙脫石可作為藥物及藥物緩釋載體使用,例如盧建華等[13]的研究表明雙歧三聯(lián)活菌片結(jié)合蒙脫石散可以治療兒童腹瀉,提高機(jī)體免疫力。Kawase等[14]研究表明蒙脫石可以保護(hù)質(zhì)粒DNA不受胃內(nèi)酸性環(huán)境和腸內(nèi)DNA降解酶的影響,成功將其送入到小腸細(xì)胞。例如Zhao等[15]設(shè)計(jì)了基于蒙脫石的聚合物納米顆粒,可以用來(lái)局部給藥治療青光眼,可遞送足夠濃度的藥物,且對(duì)絨毛膜尿囊膜的刺激性非常小。將其與海藻酸鈉共混改性制成的凝膠微球,機(jī)械性能更佳,能夠更好的控制藥物的釋放[15-17]。

目前,研究人員對(duì)海藻酸鈉和膨潤(rùn)土共混改性主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè),工業(yè)領(lǐng)域,例如周紅軍等[18]將改性膨潤(rùn)土和海藻酸鈉復(fù)合制作成的凝膠微球可以有效提高毒死蜱的釋放性能。Shawky[19]以蒙脫石和海藻酸鈉為材料制作而成的珠粒用來(lái)除去水溶液中的鉛,從而改善水質(zhì)等。但是對(duì)于其在食品領(lǐng)域尤其是針對(duì)揮發(fā)性精油的緩釋控制研究較少。因此,在本研究中,將海藻酸鈉中加入膨潤(rùn)土進(jìn)行混合改性,包封肉桂精油,優(yōu)化得到復(fù)合凝膠微球的最佳制備條件,然后在不同的條件進(jìn)行肉桂精油的釋放實(shí)驗(yàn),最后用零級(jí),一級(jí),Higuchi,Ritger-Peppas,Noyes-Whitney以及Hixson-Crowell動(dòng)力學(xué)模型對(duì)釋放曲線進(jìn)行擬合[20-25],以期擴(kuò)大肉桂精油在今后食品領(lǐng)域的應(yīng)用,并提供一定的理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

海藻酸鈉、硝酸鉀、氯化鈣、硝酸鉀、氯化鈉、溴化鉀 均為國(guó)產(chǎn)分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;膨潤(rùn)土 含量>80%,浙江豐虹新材料有限公司;肉桂精油 食品級(jí),上海麥克林生化科技有限公司;無(wú)水乙醇 分析純,西隴科學(xué)股份有限公司。

JY99-IIDN高速分散機(jī) 寧波新芝生物科技股份有限公司;HWS-26超級(jí)水浴鍋 金力永磁壇市儀器制造有限公司;LT-DBXF精密可編程熱風(fēng)循環(huán)鼓風(fēng)干燥箱 立德泰勀(上海)科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 海藻酸鈉/膨潤(rùn)土(SA/BT)凝膠微球的制備 于55 ℃配制2%海藻酸鈉溶液,在其中加入1%(w/v)的膨潤(rùn)土,8000 r/min分散5 min,超聲20 min,放置3 h使膨潤(rùn)土進(jìn)行充分溶脹,加入肉桂精油(與載體的比例為2∶1)以及0.2%的tween-80,再將混合液8000 r/min分散5 min,形成均勻的乳白色液體后,用注射器以距離液面30 cm的距離滴入1.5%的CaCl2溶液中,靜置45 min,用蒸餾水反復(fù)清洗3～5次,于40 ℃干燥箱中干燥5 h至重量無(wú)明顯變化。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.2.1 海藻酸鈉濃度對(duì)包封率的影響 保持膨潤(rùn)土添加量1%(w/v)、肉桂精油與載體的比例為2∶1、CaCl2濃度為1.5%、tween-80濃度為0.2%,分別配制0.5%、1%、2%、3%、4%海藻酸鈉溶液,制備凝膠微球并測(cè)定其包封率。

1.2.2.2 膨潤(rùn)土添加量對(duì)包封率的影響 保持海藻酸鈉的濃度為2%、肉桂精油與載體的比例為2∶1、CaCl2濃度為1.5%、tween-80濃度為0.2%,分別添加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%(w/v)膨潤(rùn)土,制備凝膠微球并測(cè)定其包封率。

1.2.2.3 肉桂精油與載體的比例對(duì)包封率的影響 保持海藻酸鈉的濃度為2%、膨潤(rùn)土添加量為1%、CaCl2濃度為1.5%、tween-80濃度為0.2%,保持肉桂精油與載體的比例分別為0.5∶1、1∶1、2∶1、3∶1、3.5∶1,制備凝膠微球并測(cè)定其包封率。

1.2.2.4 CaCl2濃度對(duì)包封率的影響 保持海藻酸鈉的濃度為2%、膨潤(rùn)土添加量為1%、肉桂精油與載體的比例為2∶1、tween-80濃度為0.2%,分別配制CaCl2濃度為0.5%、1.5%、2.5%、3%、3.5%,制備凝膠微球并測(cè)定其包封率。

1.2.2.5 tween-80濃度對(duì)包封率的影響 保持海藻酸鈉的濃度為2%、膨潤(rùn)土添加量為1%、肉桂精油與載體的比例為2∶1、CaCl2濃度為1.5%,分別配制濃度為0.50%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的tween-80水溶液,制備凝膠微球并測(cè)定其包封率。

1.2.3 響應(yīng)面試驗(yàn) 根據(jù)各個(gè)因素對(duì)包封率的影響,選取海藻酸鈉濃度、肉桂精油與載體比例、膨潤(rùn)土添加量三個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn),優(yōu)化得到最佳的制備條件以及相應(yīng)的參數(shù)及方程。用Design-Expert軟件進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)[26],因素與水平表如表1所示。

表1 試驗(yàn)因素與水平表Table 1 Experimental factors and level table

1.2.4.1 測(cè)定波長(zhǎng)的選擇 取0.5 mL肉桂精油加入到50 mL的容量瓶中并用無(wú)水乙醇定容,取該定容好的溶液0.5 mL于50 mL容量瓶并定容,再取第二次定容好的溶液1.0 mL定容至50 mL。以無(wú)水乙醇作為空白溶液對(duì)照,取最終定容好的溶液在240～350 nm下進(jìn)行波長(zhǎng)掃描,得到肉桂精油的最大吸收波長(zhǎng)為287 nm[27-28]。

1.2.4.2 肉桂精油標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作 分別取上述第二次定容好的溶液0.5、0.75、1.0、1.25、1.5 mL,并在50 mL容量瓶定容,測(cè)定最大吸收波長(zhǎng)下的吸光度值,得到肉桂精油濃度與吸光度值的關(guān)系[27-28],即標(biāo)準(zhǔn)曲線,(R2=0.999)。

1.2.4.3 肉桂精油含量及包封率的計(jì)算 凝膠微球中肉桂精油含量測(cè)定方法:稱取0.05 g凝膠微球,加入一定量的無(wú)水乙醇,研磨至完全破碎,然后超聲功率360 W條件下超聲15 min,使其完全破壁溶解。過濾,將濾液定容至50 mL,取一定量定容后的溶液稀釋至合適的倍數(shù),在最大吸收波長(zhǎng)下測(cè)定其吸光度,并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算凝膠微球中肉桂精油含量[27-28]。并按照下式計(jì)算包封率:

1.2.5 不同溫度緩釋實(shí)驗(yàn) 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化后得到最佳制備條件下制備海藻酸鈉/膨潤(rùn)土(SA/BT)包封肉桂精油的凝膠微球,同時(shí)以單一海藻酸鈉(SA)包封肉桂精油的凝膠微球?yàn)閷?duì)照比較兩者的釋放性能。分別取稱取干燥后的兩種凝膠微球0.05 g若干份置于玻璃平皿中,放置在室溫(25 ℃)和溫度分別為40、60、80 ℃的鼓風(fēng)干燥箱中模擬凝膠微球在不同溫度下的釋放[29],每隔一段時(shí)間后測(cè)量凝膠微球中肉桂精油的含量,按照下式計(jì)算肉桂精油的累積釋放量,以橫坐標(biāo)為釋放時(shí)間,縱坐標(biāo)為累積釋放量,繪制釋放動(dòng)力學(xué)曲線。

累積釋放量(%)=(1-某一測(cè)量時(shí)刻每份凝膠微球中肉桂精油含量/每份凝膠微球原始肉桂精油含量)×100

1.2.6 不同濕度緩釋實(shí)驗(yàn) 配制飽和的溴化鈉(模擬相對(duì)濕度為55%環(huán)境)、氯化鈉(模擬相對(duì)濕度為75%環(huán)境)、硫酸鉀(模擬相對(duì)濕度為90%環(huán)境)放入干燥器底部,稱取0.05 g凝膠微球若干份放入玻璃平皿中,并將玻璃平皿置于干燥器中,密封[30]。每隔一段時(shí)間測(cè)定每份凝膠微球中肉桂精油的含量。計(jì)算累積釋放量,繪制釋放動(dòng)力學(xué)曲線。

1.2.7 釋放模型擬合 分別用零級(jí),一級(jí),Higuchi,Ritger-Peppas,Noyes-Whitney以及Hixson-Crowell動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行擬合,得到擬合方程和決定系數(shù)[31-33]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為三次平行實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果,采用SPSS 22軟件進(jìn)行顯著性分析,采用Origin 9.1軟件擬合釋放曲線并進(jìn)行分析,Origin 9.1軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 各因素對(duì)凝膠微球包封率的影響

2.1.1 海藻酸鈉濃度對(duì)凝膠微球包封率的影響 圖1為海藻酸鈉濃度對(duì)凝膠微球包封率的影響。當(dāng)海藻酸鈉滴入Ca2+溶液中時(shí),海藻酸鈉分子與Ca2+作用形成凝膠微球。海藻酸鈉的粘度直接決定凝膠微球的質(zhì)量,海藻酸鈉的粘度隨著其濃度的增加而加大。當(dāng)海藻酸鈉濃度足夠高時(shí),生成的凝膠微球才能保持好的球形。當(dāng)濃度較低時(shí),微球受兩相接觸碰撞影響較大,會(huì)影響其質(zhì)量[32]。因此海藻酸鈉濃度的選擇至關(guān)重要。由圖1可知,作為載體材料之一的海藻酸鈉,對(duì)包封率的影響較大,隨著海藻酸鈉的濃度的增加,包封率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。當(dāng)濃度達(dá)到2%時(shí),包封率達(dá)到最高,為79.64%。原因是海藻酸鈉濃度較低時(shí),形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較松散,不穩(wěn)定,導(dǎo)致成型效果不佳,包封率也很低。海藻酸鈉濃度過高時(shí),形成致密堅(jiān)硬的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),海藻酸鈉微球可提供給肉桂精油的空間有限,一定程度上減少了對(duì)肉桂精油的包封率。同時(shí),海藻酸鈉各個(gè)濃度對(duì)包封率的影響差異性顯著(P<0.05)。

圖1 海藻酸鈉濃度對(duì)凝膠微球包封率的影響Fig.1 Effect of sodium alginate concentration on encapsulation efficiency of gel microspheres注:不同小寫字母表示顯著性差異(P<0.05);圖2～圖5同。

2.1.2 膨潤(rùn)土添加量對(duì)凝膠微球包封率的影響 由圖2可知,隨著膨潤(rùn)土添加量的加大,包封率先增加后降低,在添加量為1.0%時(shí)達(dá)到最高,為79.64%。由于膨潤(rùn)土具有吸附性較好,具有較高的彈性模量,可增強(qiáng)凝膠微球的機(jī)械強(qiáng)度和對(duì)肉桂精油的包封率[35-36]。所以隨著膨潤(rùn)土添加量的增加,會(huì)增大凝膠微球的包封率,在添加量為1.0%時(shí)效果最佳。膨潤(rùn)土中含有大量的羥基,可以與海藻酸鈉相互作用形成氫鍵,但是當(dāng)膨潤(rùn)土添加的量繼續(xù)增加時(shí),會(huì)造成膨潤(rùn)土的團(tuán)聚,與海藻酸鈉氫鍵作用力的減少,使復(fù)合載體產(chǎn)生缺陷,導(dǎo)致包封率的下降[18,36]。在膨潤(rùn)土的添加量為1.0%時(shí),凝膠微球的包封率為79.64%,同時(shí)各個(gè)添加量之間的差異性顯著(P<0.05)。

圖2 膨潤(rùn)土添加量對(duì)凝膠微球包封率的影響Fig.2 Effect of the addition amount of bentonite on the encapsulation efficiency of gel microspheres

2.1.3 肉桂精油與載體比例對(duì)凝膠微球包封率的影響 肉桂精油與載體的比例對(duì)微球的包封率影響如圖3所示。隨著兩者比例的增加,包封率先增加后降低,兩者比例達(dá)到2.0∶1的時(shí)候包封率達(dá)到最高。理論上,兩者比例越大,肉桂精油被包封進(jìn)去的可能性就越大,所以剛開始隨著兩者比例的增加,包封率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。同時(shí),凝膠微球顏色較透明,這是因?yàn)槿夤鹁吞砑恿枯^少,使得載體的顏色相對(duì)比較明顯。隨著兩者比例的增大,凝膠微球乳白色加深。當(dāng)兩者的比例大于2.0∶1時(shí),由于載體有一定的包封能力,因此增加肉桂精油量過多會(huì)使其沒有辦法全部被包封,容易造成其流出,部分沒有被包封的肉桂精油漂浮在CaCl2溶液中,造成精油浪費(fèi),包封率下降[27-28]。在兩者比例為2.0∶1時(shí),包封率最高,為79%,且各個(gè)比例之間的差異性顯著(P<0.05)。

圖3 肉桂精油與載體的比例對(duì)凝膠微球包封率的影響Fig.3 Effect of the ratio of cinnamon oil to carrier on the encapsulation efficiency of gel microspheres

2.1.4 CaCl2濃度對(duì)凝膠微球包封率的影響 CaCl2作為凝膠微球成型的重要陽(yáng)離子供體,它的濃度也會(huì)影響凝膠微球的包封率。隨著CaCl2的濃度增加,被交聯(lián)的海藻酸鈉增多,形成更多的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),包封率也隨之上升,在1.5%時(shí)達(dá)到最高,為79.68%,當(dāng)CaCl2的濃度繼續(xù)增加,凝膠微球表面硬度增加,包封率也呈下降趨勢(shì)。其原因是當(dāng)CaCl2的濃度過大時(shí),凝膠微球的外層會(huì)首先形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),外層迅速凝固,對(duì)CaCl2進(jìn)入內(nèi)層有了一定的阻礙作用,不利于凝膠微球的形成,造成了包封率的降低[6],同時(shí),不同CaCl2濃度之間的差異性顯著(P<0.05)。

圖4 CaCl2濃度對(duì)凝膠微球包封率的影響Fig.4 Effect of CaCl2 concentration on the encapsulation efficiency of gel microspheres

2.1.5 tween-80濃度對(duì)凝膠微球包封率的影響 tween-80作為乳化劑,起到乳化載體與肉桂精油的作用,由圖5可知,其對(duì)凝膠微球的包封率的影響較小,隨著tween-80濃度的增加包封率先增加后減小,在濃度為0.2%的時(shí)候微球包封率達(dá)到最高,在79.27%。乳化劑濃度較低時(shí),乳化力不足,乳化效果和乳液穩(wěn)定性不佳,精油不能完全被乳化劑分子乳化,會(huì)造成包封率的達(dá)不到最大值,但是乳化劑的過多使用也會(huì)造成包封率有一定的下降,這可能與乳化劑過多使用破壞乳液穩(wěn)定性,從而導(dǎo)致凝膠微球包封率的下降[37-39]。同時(shí),tween-80濃度在0.05%和0.25%差異性不顯著(P>0.05),其他濃度差異性顯著(P<0.05),說明乳化劑濃度過高或者過低均會(huì)造成凝膠微球的包封率的降低。

圖5 Tween-80濃度對(duì)包封率的影響Fig.5 Effect of tween-80 concentration on encapsulation efficiency of gel microspheres

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

通過對(duì)表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元化回歸方程分析,得到包封率的回歸方程為:

包封率(%)=-230.55+230.11A+65.59B+16.38C-1.65AB-0.86AC-1.63BC-55.78A2-14.51B2-4.00C2

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果Table 2 Experimental design results

表3 包封率回歸模型方差分析表Table 3 Encapsulation rate regression model analysis of variance

通過響應(yīng)面試驗(yàn)分析,軟件預(yù)測(cè)的最佳制備條件為海藻酸鈉濃度2.02%,肉桂精油與載體的比例2.07∶1,膨潤(rùn)土的添加量1.1%,包封率為80.92%,考慮到實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件,將條件調(diào)整為海藻酸鈉濃度2%,肉桂精油與載體的比例2.1∶1,膨潤(rùn)土添加量為1.1%,在此條件下驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得到的包封率為80.74%,與預(yù)測(cè)值相差較小,模型可靠。

2.3 緩釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 不同溫度下的緩釋動(dòng)力學(xué)曲線 圖6為25、40、60、80 ℃不同溫度下的釋放動(dòng)力學(xué)曲線,以累積釋放量來(lái)表示凝膠微球的釋放效果。由圖6可知,在各個(gè)溫度下SA/BT的釋放量均低于SA一組,表示膨潤(rùn)土的添加確有利于控制肉桂精油的釋放。其中,SA和SA/BT的凝膠微球在25 ℃的條件下,84 d時(shí)累積釋放量分別為31.61%和20.55%;40 ℃的條件下,78 d時(shí)累積釋放量分別為34.1%和27.84%;60 ℃的條件下,48 d時(shí)累積釋放量分別為45.83%和38.21%;80 ℃的條件下,在120 h時(shí)累積釋放量分別為56.71%和42.71%。肉桂精油通過載體材料的微孔進(jìn)行擴(kuò)散,且隨著溫度的增加這種擴(kuò)散作用增大,因此溫度的升高,肉桂精油的揮發(fā)性增強(qiáng),且其揮發(fā)釋放過程呈現(xiàn)前期較快,后期較慢的趨勢(shì),在前期釋放較快的過程中,由圖6可知,SA/BT凝膠微球釋放速率低于SA凝膠微球,因此膨潤(rùn)土的添加在一定程度上改善了單一的SA微球的突釋現(xiàn)象,減慢了肉桂精油釋放。

圖6 不同溫度釋放動(dòng)力學(xué)曲線Fig.6 Release kinetics curve at different temperatures 注:a:25 ℃;b:40 ℃;c:60 ℃;d:80 ℃。

2.3.2 不同溫度下緩釋動(dòng)力學(xué)模型擬合 將不同溫度下的釋放動(dòng)力學(xué)曲線用零級(jí),一級(jí),Higuchi,Ritger-Peppas,Noyes-Whitney以及Hixson-Crowell動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行擬合后,發(fā)現(xiàn)Ritger-Peppas的決定系數(shù)R2的值高于其它的模型,所以Ritger-Peppas模型能更好的反應(yīng)肉桂精油從凝膠微球中的釋放。表4分別代表凝膠微球SA/BT和SA凝膠微球在25、40、60、80 ℃下Ritger-Peppas模型擬合之后的方程與決定系數(shù)(R2)。如表4所示。其中,釋放機(jī)制與Ritger-Peppas釋放模型中的釋放因子n有關(guān)系,其中,在25 ℃時(shí),SA/BT和SA凝膠微球的n值分別為0.4246,0.2844均小于0.45;40 ℃時(shí)兩者的n值分別為0.4089,0.3017;60 ℃時(shí)兩者的n值分別為0.3252,0.2983;80 ℃時(shí)兩者的n值分別為0.3107,0.2655。當(dāng)n≤0.45,藥物釋放機(jī)制為Fick自由擴(kuò)散;當(dāng)0.45

表4 不同溫度下Ritger-Peppas釋放動(dòng)力學(xué)模型擬合結(jié)果Table 4 Fitting results of Ritger-Peppas release kinetic model at different temperatures

2.3.3 不同濕度下的緩釋動(dòng)力學(xué)曲線 圖7為55%、75%、90%相對(duì)濕度下的釋放動(dòng)力學(xué)曲線。影響肉桂精油凝膠微球釋放的因素除了環(huán)境溫度外,環(huán)境濕度也是一個(gè)重要的因素。圖7中分別為在相對(duì)濕度為55%,75%和90%的相對(duì)濕度下SA和SA/BT凝膠微球的釋放動(dòng)力學(xué)曲線。隨著相對(duì)濕度的增加,釋放速率同時(shí)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。

圖7 不同相對(duì)濕度下釋放動(dòng)力學(xué)曲線Fig.7 Release kinetics curves at different relative humidity注:a:55%;b:75%;c:90%。

其中,SA和SA/BT凝膠微球在55%的相對(duì)濕度下,84 d時(shí)的累積釋放量分別為37.71%和27.41%;在75%的相對(duì)濕度下,84 d時(shí)累積釋放量分別為52.37%和40.52%;在90%的相對(duì)濕度下,192 h(8 d)時(shí)累積釋放量分別為71.31%和45.63%。其過程均可以分為第一階段的快速釋放和第二階段的緩慢釋放,其中SA/BT凝膠微球的釋放速率明顯低于SA凝膠微球,對(duì)單一SA凝膠微球的突釋現(xiàn)象有一定改善作用。隨著濕度的增加,釋放速率加快,可能是由于部分親水性的聚合物溶脹導(dǎo)致了肉桂精油擴(kuò)散距離縮短,導(dǎo)致其釋放速率的增加。

2.3.4 不同濕度下緩釋動(dòng)力學(xué)模型擬合 同樣將不同濕度下的釋放動(dòng)力學(xué)曲線用零級(jí),一級(jí),Higuchi,Ritger-Peppas,Noyes-Whitney以及Hixson-Crowell動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行擬合后,發(fā)現(xiàn)Ritger-Peppas動(dòng)力學(xué)模型的決定系數(shù)R2值最高,擬合性最佳,所以Ritger-Peppas模型能更好的反應(yīng)肉桂精油在不同的濕度下從凝膠微球中的釋放。表5為SA/BT凝膠微球和SA凝膠微球在相對(duì)濕度為55%,75%,90%下不同釋放動(dòng)力學(xué)模型的擬合結(jié)果,擬合方程與決定系數(shù)R2如表格所示。其中,在55%相對(duì)濕度下,SA/BT和SA凝膠微球的n值分別為0.3634,0.3662;75%相對(duì)濕度下兩者的n值分別為0.4495,0.3995;90%相對(duì)濕度下兩者的n值分別為0.4365,0.4001;n值均小于0.45,說明肉桂精油的釋放以Fick自由擴(kuò)散為主。

表5 55%相對(duì)濕度下不同釋放動(dòng)力學(xué)模型擬合Table 5 Fitting of different release kinetic models at 55% relative humidity

3 結(jié)論

通過單因素和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)分析,得到了海藻酸鈉/膨潤(rùn)土復(fù)合凝膠微球包封肉桂精油的最佳制備條件:海藻酸鈉濃度2%,肉桂精油與載體的比例2.1∶1,膨潤(rùn)土添加量為1.1%,CaCl2濃度1.5%,tween-80濃度0.2%,包封率可達(dá)80.74%。同時(shí),海藻酸鈉/膨潤(rùn)土凝膠微球相對(duì)于單一海藻酸鈉包封肉桂精油后在不同的溫度和濕度條件下均能夠更好的控制肉桂精油的揮發(fā)性,使其能夠更長(zhǎng)久的發(fā)揮作用,為肉桂精油在食品領(lǐng)域尤其是防腐保鮮方面的應(yīng)用提供了一定的理論指導(dǎo),但是需要對(duì)其應(yīng)用的具體食品種類以及保鮮方式進(jìn)行進(jìn)一步的深入探究。