薄荷醇与不同β-环糊精的微胶囊化及分子模拟：包埋结构对稳定性的调控机制

为解决薄荷醇水溶性差、易挥发及热稳定性不足等问题，研究人员通过喷雾干燥法制备β-环糊精（β-CD）、甲基-β-环糊精（ME-β-CD）和β-环糊精聚合物（β-CDEP）微胶囊，结合分子对接揭示了不同包埋机制。结果表明β-CDEP通过氢键和范德华力实现最优包封，显著提升薄荷醇的热稳定性（100°C释放率仅4.5%）和缓释性能，为食品医药领域挥发性成分载体设计提供新策略。

　　

薄荷醇作为天然香料广泛应用于食品、药品和化妆品中，但其低水溶性（0.4 g/L）、高挥发性和热不稳定性严重制约了应用效果。传统解决方案如乳化技术难以实现长效控释，而环糊精（Cyclodextrin, CD）因其独特的"外亲水-内疏水"空腔结构被视为理想载体。然而，不同修饰类型的β-环糊精对薄荷醇的包埋机制及稳定性影响尚不明确。

针对这一科学问题，自然资源部第三海洋研究所（原国家海洋局第三海洋研究所）的研究团队通过喷雾干燥技术制备了三种β-环糊精（β-CD、ME-β-CD和β-CDEP）与薄荷醇的微胶囊，结合分子模拟和实验分析揭示了包埋结构对稳定性的调控规律。该研究成果发表在食品科学领域权威期刊《LWT》上。

研究采用相溶解度实验、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振氢谱（¹H NMR）和分子对接等技术，系统分析了微胶囊的形成机制与性能。相溶解度实验通过测定45-65°C下不同浓度β-CD溶液的薄荷醇溶解度，计算结合常数和热力学参数；FTIR和NMR用于解析主客体分子相互作用；分子对接模拟则预测了最佳结合构象。热重分析（TG）和差示扫描量热法（DSC）评估了微胶囊的热稳定性，并通过25°C/60°C储存实验和100°C释放实验验证长效性能。

形态学表征显示，β-CDEP微胶囊表面最光滑均匀，粒径大于β-CD和ME-β-CD样品。这归因于β-CDEP更高的水溶性（>100 g/100 mL）和交联网络结构。包埋率测试表明β-CDEP的载药量达15.5%，显著高于β-CD（9.8%）和ME-β-CD（13.2%）。热力学分析发现包埋过程为自发放热反应，β-CDEP的结合常数（565.59 L/mol）远超ME-β-CD（425.45 L/mol）和β-CD（327.93 L/mol）。

分子机制研究表明，三种β-环糊精通过不同方式包埋薄荷醇：β-CD以水平方向包埋，主要依赖范德华力（结合能-2.759 kcal/mol）；ME-β-CD通过垂直插入形成氢键（键长1.696 ?，结合能-3.249 kcal/mol）；而β-CDEP则实现全分子包埋，形成更稳定的氢键网络（结合能-5.019 kcal/mol）。这种结构差异直接影响了稳定性表现：在100°C加热60分钟后，β-CDEP微胶囊的薄荷醇释放率仅4.5%，远低于β-CD（26.4%）和ME-β-CD（18.4%）。

该研究首次阐明β-环糊精聚合物（β-CDEP）通过交联网络增强薄荷醇包埋效果的分子机制，证明化学修饰可显著提升环糊精载体的性能。相较于传统β-CD，β-CDEP在载药量、热稳定性和缓释性方面均表现出优势，这为开发高效挥发性成分递送系统提供了理论依据。特别值得注意的是，β-CDEP的"分子海绵"效应使其在高温环境下仍能保持稳定包埋，这对需要热加工处理的食品和药品具有重要意义。未来研究可进一步优化β-CDEP的交联度，实现对不同挥发性成分的精准控释。