《Food Chemistry: X》：Development of soy protein isolate-based orally disintegrating films: The dual role of β-Cyclodextrin in enhancing disintegration performance and ergothioneine stability
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成功制备了负载麦角硫因（ergothioneine, EGT）的大豆分离蛋白（soy protein isolate, SPI）口腔崩解膜（orally disintegrating films, ODFs）。β-环糊精（β-Cyclodextrin, β-C
成功制备了负载麦角硫因（ergothioneine, EGT）的大豆分离蛋白（soy protein isolate, SPI）口腔崩解膜（orally disintegrating films, ODFs）。β-环糊精（β-Cyclodextrin, β-CD）在ODFs中既充当结构调节剂，又充当抗氧化活性保留增强剂。10% β-CD优化了崩解时间（15.46 s）和拉伸强度（12.15 MPa）。β-CD的掺入改善了膜在加速储存期间的总抗氧化活性保留。过量的β-CD（15%）导致相分离，从而使膜性能恶化。
**基于大豆分离蛋白的口腔崩解膜研究解读：β-环糊精的双重功能**
**一、研究背景与问题**
口腔崩解膜（orally disintegrating films, ODFs）是一种无需饮水即可在口腔内快速崩解的新型递送系统，相较于传统片剂和胶囊，具有更快的口腔崩解速度和经口腔黏膜早期吸收的优势。目前绝大多数ODFs以亲水性多糖类聚合物为基质，如淀粉及其衍生物、普鲁兰多糖、羟丙基甲基纤维素等，但多糖基ODFs营养价值较低，而蛋白水解物基ODFs成本高昂。大豆分离蛋白（soy protein isolate, SPI）作为一种来源广泛、价格低廉且成膜性优良的植物蛋白，其氨基酸组成丰富，营养价值优于多糖。然而，SPI基薄膜在水性环境中通常表现出较慢的崩解速率，这主要归因于SPI致密且柔韧的分子结构，限制了其在ODFs中的应用。麦角硫因（ergothioneine, EGT）是一种含硫化合物，具有强抗氧化活性，但其在热加工和储存过程中易发生氧化降解，导致活性下降。β-环糊精（β-Cyclodextrin, β-CD）是一种具有疏水内腔和亲水外壁的环状寡糖，已被广泛用于改善食品和药物体系的乳化、增溶及活性成分保护。前期研究提示β-CD可通过破坏蛋白质致密堆积加速SPI膜崩解，因此研究人员假设β-CD能在负载EGT的SPI膜中发挥双重作用：一方面重塑蛋白质网络结构，使之成为快速崩解的ODFs平台；另一方面通过分子间相互作用提高EGT在储存期间的保留率。本研究旨在利用β-CD作为双功能改性剂，开发高性能的EGT负载SPI基ODFs，系统考察β-CD添加量对其微观结构、理化性质、力学性能、崩解行为、热稳定性及总抗氧化活性储存稳定性的影响，并阐明其分子机制。
**二、研究概述与主要技术方法**
研究人员采用溶剂浇铸法制备了五种ODFs样品：不含EGT和β-CD的对照组（Control）、仅含EGT的SEC-0组、含5% β-CD的SEC-5%组、含10% β-CD的SEC-10%组及含15% β-CD的SEC-15%组。SPI购自山东禹王生态食品工业有限公司，EGT购自大连美仑生物技术有限公司，D-山梨醇购自国药化学试剂有限公司，β-CD购自北京索莱宝科技有限公司。主要表征技术包括：扫描电子显微镜（SEM）观察表面微观结构，水接触角（WCA）测定表面润湿性，数字测厚仪和烘箱干燥法测定厚度和水分含量，表面pH电极测定表面pH，质构仪测定黏膜粘附力，自动拉伸试验机测定拉伸强度（TS）和断裂伸长率（EAB），体外滴加蒸馏水法测定崩解时间，高效液相色谱（HPLC）测定EGT载药量和包封率，DPPH和ABTS自由基清除法评价抗氧化活性，热重分析（TGA）测定热稳定性，X射线衍射（XRD）分析结晶特性，傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征分子间相互作用。
**三、研究结果**
**3.1 表面微观结构**：SEM观察显示，对照组SPI膜表面粗糙不平，存在大量不规则微孔和聚集体；EGT的加入使表面变得光滑均匀，说明EGT促进SPI多肽链展开，形成更致密有序的结构。随着β-CD添加量从5%增至10%，表面均匀性进一步提高，SEC-10%组呈现极其光滑、致密、无缺陷的网络结构。然而，15% β-CD导致表面出现大量明亮、有棱角的结晶聚集体，表明过量β-CD超出其在SPI/EGT体系中的平衡溶解度，引发相分离，破坏了蛋白质网络的连续性。
**3.2 水接触角**：对照组WCA为63.77°，加入EGT后降至59.69°，而β-CD进一步降低至SEC-5%的51.48°和SEC-10%的36.28°。SEC-15%组WCA为35.66%，与SEC-10%无显著差异，说明10% β-CD已达到最优亲水性改善效果；过量β-CD形成的结晶聚集体可能掩盖部分亲水位点，抵消了额外亲水贡献。
**3.3 厚度和水分含量**：EGT对膜厚度影响不大，而β-CD使厚度从0.03118 mm（SEC-0）显著增至0.03655-0.0430 mm，归因于固形物含量增加。水分含量随EGT和β-CD添加而连续升高，从对照组22.32%增至SEC-15%的31.19%，与β-CD外表面大量羟基结合水分子及EGT的极性基团引入额外结合位点有关。
**3.4 表面pH**：所有ODFs表面pH在5.55-6.48之间，处于口腔组织安全范围内。β-CD使表面pH从对照的5.61逐步升至SEC-15%的6.48，提示β-CD可能与SPI发生分子间相互作用或物理屏蔽，减少了酸性氨基酸残基的暴露。
**3.5 黏膜粘附性**：对照组与SEC-0、SEC-5%、SEC-10%组的粘附力无显著差异（约0.54 N），而SEC-15%组显著增至0.69 N。这种增强可能是由于过量β-CD相分离形成的结晶聚集体和微米级突起增加了与黏膜的有效接触面积。
**3.6 机械性能**：仅添加EGT使TS从10.37 MPa降至9.98 MPa；β-CD添加量为5%和10%时TS分别提升至11.38和12.15 MPa，EAB也增至3.842%和4.376%，表明适量β-CD通过氢键作用形成更致密的复合结构。然而15% β-CD导致TS降至7.96 MPa，EAB降至3.081%，与相分离造成的结构不连续一致。
**3.7 崩解时间**：对照组崩解时间为31.67 s，EGT组为29.17 s，而β-CD组显著缩短至17.38 s（SEC-5%）、15.46 s（SEC-10%）和15.17 s（SEC-15%），所有含β-CD配方均属于快速崩解膜（<60 s）。β-CD的亲水结构促进了水分子渗透，破坏了内部结构屏障。SEC-15%与SEC-10%崩解时间无显著差异，因厚度增加抵消了亲水性提高的增益。
**3.8 EGT载量和含量均匀性**：HPLC测定显示，各配方整膜实际EGT含量为0.401-0.458 mg，包封率（LE）为66.83%-76.33%，载药量（LC）为1.96-2.16 μg/mg，SEC-10%组LE和LC最高。每标准剂量单位（15 mm×15 mm）的EGT含量为14.19-16.21 μg，RSD均低于4%，表明溶剂浇铸法具有良好的含量均匀性。
**3.9 抗氧化能力**：在40°C、75% RH、1000 lx光照加速储存28天后，所有含β-CD组的DPPH和ABTS自由基清除活性下降幅度显著小于不含β-CD的SEC-0组。第28天时，SEC-10%组保留的DPPH清除率为60.57%，ABTS清除率为60.68%，均为各配方中最高；而SEC-0组仅保留40.86%和41.74%。结果表明β-CD能有效延缓EGT负载膜总抗氧化活性的衰减，但该研究未直接定量残余EGT浓度，无法确定是否源于β-CD对EGT分子的特异性包合稳定作用。
**3.10 结晶特性**：XRD图谱显示对照组和SEC-0组为无定形结构，EGT在SPI网络中均匀分布。加入β-CD后，在5.94°、10.02°、11.84°、17.58°、20.86°出现β-CD的特征结晶衍射峰，表明ODFs转变为晶态/非晶态共存复合结构。15% β-CD组在17.58°和20.86°出现峰分裂，指示相分离和结晶聚集，与SEM观察一致。
**3.11 FTIR**：FTIR显示EGT和β-CD的掺入增强了3288 cm?1（O-H/N-H伸缩）吸收峰强度，β-CD还引入了2870 cm?1（C-H伸缩）、1078 cm?1和1031 cm?1（C-O-C/C-O）特征峰，并增强酰胺I带（1641 cm?1）和酰胺II带（1537 cm?1）强度，证明β-CD与SPI/EGT之间存在强氢键等分子间相互作用。SEC-15%组在1148 cm?1出现新峰，进一步证实过量β-CD自聚集和相分离。
**3.12 热稳定性**：TGA/DTG显示所有样品均呈现三个失重阶段。最大热分解温度（T
max）随β-CD添加量增加而逐步升高：对照组300.28°C，SEC-0为304.62°C，SEC-5%为308.12°C，SEC-10%为310.79°C，SEC-15%达到314.63°C，表明β-CD增强了复合膜的热稳定性。
**四、结论与意义**
本研究成功制备了高性能负载EGT的SPI基口腔崩解膜，证实β-CD在SPI-EGT复合体系中具有双重关键作用。一方面，作为结构改性剂，10% β-CD通过氢键作用与SPI网络相互作用，形成致密均匀的膜结构，使拉伸强度提升至12.15 MPa，体外崩解时间缩短至15.46 s，有效突破了SPI基膜固有的“崩解屏障”。另一方面，β-CD的掺入与加速储存期间膜总抗氧化活性的更高保留率相关联，这可能归因于分子间相互作用和基质密度增加减少了氧化暴露，但尚不能确证对EGT分子的特异性稳定作用。当β-CD添加量达到15%时，超出其在SPI基质中的溶解度极限，引发明显相分离和结晶聚集，破坏了蛋白质网络连续性，导致机械性能和抗氧化活性保留效益显著下降。该工作不仅拓展了SPI在口服递送系统中的高值化应用，也为食品和制药行业中敏感生物活性物质的口服递送载体设计提供了理论基础和技术参考。研究局限性包括：所有评价均为体外条件，体内崩解行为和黏膜安全性有待验证；储存稳定性仅考察28天加速条件；未进行EGT体外释放动力学研究；最重要的是，仅通过DPPH和ABTS测定总抗氧化活性，未直接定量储存期间的残余EGT浓度，未来需采用HPLC或LC-MS直接定量EGT，并结合相溶解度分析、DSC和2D NMR阐明β-CD与EGT的分子间相互作用。
