香菇麦角固醇与HP-β-CD包合机制的计算模拟解析及其生物利用度提升研究

本研究针对香菇麦角固醇（ergosterol）水溶性差、稳定性低等问题，通过2-羟丙基-β-环糊精（HP-β-CD）包合技术，结合Box-Behnken设计优化制备条件，获得包封率达86.4%的稳定复合物（IC）。分子动力学模拟揭示其通过静电、疏水及氢键作用驱动包合，使麦角固醇结晶态转为无定形结构，水溶性提升至66.7 μg/mL，显著增强其抗氧化、降胆固醇活性及光热稳定性，为功能性食品与药物递送提供新策略。

　　

香菇作为传统药食两用真菌，其活性成分麦角固醇（ergosterol）具有抗炎、降脂、抗癌等功效，但极低的水溶性和光热不稳定性严重限制了其应用。尽管已有脂质体、纳米载体等递送系统尝试改善其性能，但分子层面的作用机制尚不明确。如何通过简便高效的方法提升麦角固醇的生物利用度，成为功能性食品和药物开发的关键挑战。

山西省的研究团队在《Food Chemistry》发表的研究中，创新性地采用2-羟丙基-β-环糊精（HP-β-CD）作为载体，通过单因素结合Box-Behnken响应面法优化包合工艺，结合多尺度计算模拟与实验验证，揭示了麦角固醇与HP-β-CD的分子互作机制。研究发现，最优条件下（核心壳比1:10.5、搅拌速度400 rpm、时间32 h）制备的包合复合物（IC）包封率达86.4%，水溶性提升至66.7±1.7 μg/mL，且在光照和加热条件下稳定性显著优于游离麦角固醇。更值得注意的是，该复合物表现出更强的体外抗氧化能力（DPPH清除率提升1.8倍）和胆固醇结合效率（降低37.2%），为麦角固醇的工业化应用提供了理论和技术支撑。

关键技术方法
研究采用响应面法（Box-Behnken设计）优化包合工艺参数；通过紫外光谱（UV-Vis）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和差示扫描量热法（DSC）表征复合物结构；结合分子对接（AutoDock Vina）和分子动力学（MD）模拟（GROMACS软件，AMBER力场）分析主客体相互作用；体外模拟消化模型评估生物可及性；DPPH法和胆固醇胶束形成实验测定功能活性。

研究结果

1. 工艺优化与表征
   通过单因素实验发现核心壳比对包封效率（EE）和负载量（LE）的影响呈抛物线趋势，最优比例为1:10.5。XRD和DSC证实复合物中麦角固醇从晶体态转为无定形结构，FTIR显示C=O键红移7 cm^-1，表明HP-β-CD空腔通过疏水作用包裹麦角固醇的甾环。

2. 稳定性与功能提升
   加速实验显示IC在25°C/60% RH条件下储存30天后保留率＞90%，而游离麦角固醇降解率达42%。体外消化模型中，IC的生物可及性较游离形式提高2.3倍，且DPPH自由基清除率从28.5%提升至51.7%。

3. 分子机制解析
   MD模拟表明麦角固醇的C3-OH与HP-β-CD的2-HP基团形成稳定氢键（距离2.1 ?），甾环与空腔间存在强疏水作用（结合能-28.6 kcal/mol）。径向分布函数分析显示水分子在复合物周围形成有序化层，进一步解释溶解度提升机制。

结论与意义
该研究首次系统阐明了麦角固醇与HP-β-CD的包合动力学机制，证实复合物通过多重分子力（氢键、疏水作用、范德华力）实现稳定结合。工艺优化使包合效率达到行业领先水平，而结构转变带来的溶解度和稳定性提升，为其在功能性饮料、口服制剂等领域的应用扫清了技术障碍。特别值得关注的是，MD模拟与多光谱联用技术为其他疏水性活性成分的载体设计提供了范式，而明确的降胆固醇通路（如抑制NPC1L1蛋白）为后续靶向研究奠定了基础。这项成果不仅推动了药食同源成分的高值化利用，也为计算生物学指导的递送系统开发提供了新思路。