FSHW | 用于缓解口干的透明质酸基可食性薄膜的研制
2023-08-04作者：来源：责任编辑：食品界
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唾液过少疾病（＜0.1 mL/min）是一种主要影响老年人的疾病，可能会对一个人的生活质量产生显著的负面影响。在老年人中，衰老和长期服药都被认为是导致唾液分泌减少的主要原因。成人服用多种药物也会增加口腔干燥的副作用。唾液是一种蛋白质、糖蛋白、黏蛋白和离子的复杂混合物，有助于预防龋齿，促进早期龋齿病变的再矿化，缓冲口腔细菌产生的酸，并防止其他类型的口腔感染，因此众所周知，老年人由于呼吸功能低下而导致的口干会导致牙齿问题和咀嚼、吞咽、消化和味道的改变。因此，天然唾液替代品如水、牛奶或植物油以及合成替代品可能为口干症患者提供持续时间较短的症状益处。用于增加唾液流量（促分泌剂）的药物，包括溴己新、去甲三硫磷、匹罗卡品和西维米林，已经在口干患者身上进行了试验。尽管它们已被证明可以短暂地增加唾液产量，但与这些制剂相关的副作用，如汗液或矿物质流失，也限制了它们的广泛使用。 透明质酸（HA）是一种天然的多阴离子多糖，广泛分布于细胞外基质和结缔组织、眼、肠、肺等组织中。它是一种无毒、生物相容、可生物降解的带负电荷的黏附性多糖，因此被食品和药物管理局（FDA）批准用于注射。未经修饰的HA本身已在药物输送和外科手术中有许多重要的应用。在HA制成的产品类型中，报道了用于伤口敷料或药物输送的膜、海绵片或纳米纤维。最近，有报道称，口服HA可防止体内减量，增加皮肤和眼睛的保湿力，缓解关节疼痛和皮肤皱纹，因此需要开发各种形状的HA口服给药。 可食用薄膜已被用来通过食品包装，延长食品的保质期，或用作调味品或营养添加剂的潜在载体。20世纪70年代末，一种可食用薄膜首次被开发出来，作为片剂、胶囊和糖浆的替代品，供难以吞咽传统口服固体剂型的儿科和老年病患者使用，这是一种已知的用于服用活性药物成分、维生素和食品补充剂成分的新型剂型。可食性薄膜也只需要少量的唾液在几分钟内溶解，服用时不需要水。优点是接受度和患者依从性提高，没有窒息的风险，与传统剂型相比具有更好的安全性和有效性。可食性薄膜的典型成分是水溶性聚合物（40%～50%）和增塑剂（0%～20%）。主要使用淀粉、变性淀粉或普鲁兰多糖，并使用糖和胶、甘油或壳聚糖作为增塑剂。 最近，有许多人试图通过将成分放入HA中作为媒介来释放药物。然而，由于HA本身具有大量的水分，因此本研究的重点是找出最佳的添加比例及其改善口干症状的效果。本研究基于透明质酸良好的吸水能力和保水能力，研制了以透明质酸为载体的可食性薄膜，它不仅是功能材料的载体，而且是刺激唾液分泌和口腔内滞留的功能材料。对制备的不同相对分子质量的透明质酸薄膜进行口腔刺激性的比较，特别是对老年人的刺激性，为口干的治疗提供了一种新的方法。并对薄膜的择优性能、物理性能和微生物性能进行了表征。 各成膜分散体的黏度如表1所示，800、1200和2300 kDa HA按溶解度计算的浓度分别为3.0%、1.5%和1.0%，各分散体的黏度分别为23101、10092和7073 cP。黏度随HA浓度的增加而增加，而不是随HA的相对分子质量增加。 图1显示了相对分子质量为800 kDa的HA薄膜的外观，不同相对分子质量的样品在外观上没有差异。每种薄膜的透明度和厚度也显示在表1中。对于本研究中的透明质酸薄膜，虽然肉眼很难区分不同薄膜的透明度，但800F的透明度最低（0.23），2300F的透明度最高（0.74）。 表１ 不同mw的成膜分散体和HA膜的物理性质和微生物性质
薄膜厚度是影响水蒸气渗透性（WVP）和阻挡层性能的重要参数。不同相对分子质量的HA薄膜厚度范围为24～57 μm。该值与HA的浓度成正比，因此800F的厚度最大。在文献中，普鲁兰糖膜的厚度范围为29～75 μm，大豆蛋白可食膜的厚度范围为33～78 μm，与本研究结果相似。在本实验中，发现HA分散体的浓度，而不是HA的相对分子质量，对薄膜的厚度有更直接的影响。有研究也报道了类似的结果，表明普鲁兰多糖膜的固体含量较高（20%），与含有淀粉（5%）的膜相比，膜的厚度显著增加，淀粉的相对分子质量比普鲁兰多糖高得多。随着形成分散体的膜中固体浓度的增加，膜变厚，这一影响仅仅是由于膜中的总残留量增加，而与所使用的多糖类型无关。薄膜的厚度和透明度之间存在显著的负相关，这表明薄膜越薄，透明度就越高。在相同的趋势下，本实验制备的固体浓度最高的800F具有最高的厚度和最低的透明度。 薄膜的力学性能包括拉伸强度与薄膜的组成、增塑剂及其浓度密切相关。关于文献中的膜的拉伸强度，淀粉膜的值高达40～50 MPa，而普鲁兰多糖膜的值为60～85 MPa。由于其抗拉强度不如淀粉基材料，因此机械性能的改善是一个持续的挑战。为了提高壳聚糖膜的抗张强度，对几种添加剂进行了试验，加入西柚籽提取物可使明胶膜的硬度略有增加，较高浓度的NaOH中和可使壳聚糖膜的硬度从65.5 MPa提高到104 MPa。分离得到的大豆蛋白膜为8.8 MPa，加入酚类化合物后，由于蛋白质和多酚之间的交联作用，大豆蛋白膜的最大值增加到10.7 MPa。与文献值相比，本实验制备的HA基薄膜的拉伸强度在355.1～621.2 MPa，有较大提高，该值与HA的浓度成正比，因此HA含量的增加导致了薄膜拉伸强度的提高。如果拉伸强度指的是薄膜强度的度量，那么断裂伸长率则指的是薄膜在断裂前的拉伸能力。HA薄膜的断裂伸长率在1.02%～1.07%之间，且随相对分子质量的增加而显著提高。有关断裂伸长率的文献，海藻酸盐膜为2.73%～4.84%，结冷膜为3.52%～5.71%，明胶-淀粉膜为2.1%～11.0%。与文献值相比，HA本身可以作为一种坚韧的可食性薄膜，不需要任何添加剂，并且可以通过控制相对分子质量或HA的浓度来改变强度。 WVP是一个重要因素，它可以通过蒸发薄膜中的水分或相反地通过吸引周围环境的水分来改变薄膜本身或与薄膜一起包装的食品的质量。因此，具有高水阻隔性或低WVP的薄膜可以防止包装食品因吸湿而变质。本研究制备的透明质酸薄膜在800F、1200F和2300F时的增重率最高，分别为10.12、8.23和6.39 g·mm/(m2·h·kPa)。这一趋势与已有的亲水性材料基膜厚度增加的结果一致。由亲水性聚合物材料如壳聚糖或纤维素制成的薄膜的WVP值随薄膜的水分含量而增加。有报道称，由于添加剂的交联，随着密度的增加，含水率和WVP会降低。通过降低WVP可以提高可食性薄膜的质量。本研究制备的透明质酸薄膜的为6.39～10.12 g·mm/(m2·h·kPa)。对于长期储存，高WVP的薄膜需要真空密封保存。 用扫描电子显微镜观察了不同相对分子质量的HA薄膜的表面、横截面和厚度，结果如图2所示。每一种膜的表面形状都比较均匀，即使放大×10000也没有明显的差异。当表面放大倍数为×50000，横截面放大倍数为×2000时，随着相对分子质量的增加，表面略有粗糙。这可能是由于高相对分子质量HA分散不均匀所致。准确地确定膜的厚度是重要的，因为它是影响膜的几个功能特性的基础，并且对于制造重复性的分析是关键的。将截面扩大×500时的厚度值按800F、1200F和2300F的顺序测得为52.6、30.8和20.2 μm，这些结果与卡尺测得的值（表1）相似，相差约10%。
膜的微生物安全性如表1所示。APC是指示食品微生物质量最常用的检测方法之一，因此对其进行监测是确定产品质量保质期的重要因素。根据韩国食品和药物管理局的说法，虽然APC的数量并不特别限制在包括干燥食品在内的一般食品中，但食品储存中的5 （lg(CFU/mL)）一般被视为变质。幸运的是，直到28 d的储存，才在膜中检测到APC。产品中出现大肠杆菌表明卫生条件差，已导致污染。单核细胞增多性李斯特菌广泛存在于环境中，可从多种食物中分离出来。直到储藏28 d，薄膜中才检测到大肠杆菌和李斯特氏菌。关于抗菌活性，HA对不同的微生物表现出不同的抑菌剂量依赖效应。关于HA的潜在抑菌作用，结果表明，不同分子量的HA溶液对所有细菌菌株都有不同的抑菌效果。除了凝胶或海绵型HA也被报道可以减少手术治疗中的细菌污染，本实验中的膜型HA在本实验中也显示了微生物安全性。 表2比较了膜在不同部位的位置偏好和唾液量。在附着物的位置偏好上，腭部最好，舌头前部最差。唾液分泌量因贴膜部位不同而有显著差异，贴膜时唾液分泌量最大（0.49 mL/min），贴膜时唾液量最少（0.38 mL/min）。因此，在本实验中，透明质酸薄膜附着以刺激唾液流动为目的的最佳部位是腭部。 
不同相对分子质量的HA膜感官测试结果如图3所示。在外观上，样品之间没有观察到差异。但在舒适感、湿润感和口感上有显著差异，800F的口感最好，1200F和2300F的口感没有显著差异。对于舒适感，800F也被认为是最好的，而2300F被评价为最差。根据面板的解释，舒适感主要来自厚度：薄膜越薄，越不好。湿度按800、1200F和2300F的顺序上升。总体而言，透明质酸薄膜的选择性由高到低依次为800F、1200F和2300F。
口干症状一般通过主观或客观的发现来评价。为了证明口腔干燥症状的缓解，本研究比较了贴膜前后的唾液分泌量，结果如图所示。未涂膜的老年组（对照组）平均唾液量为0.31 mL/min，贴膜后唾液量明显增加；800F时唾液量为0.50 mL/min，这一数值最高，与对照组相比增加了约38%。当添加1200F时，菌量增加20%，达到0.41 mL/min；当添加2300F时，菌量增加34%，达到0.47 mL/min。附着透明质酸薄膜对口干是有效的，尤其是在腭部附着800F对刺激唾液分泌是最有效的。 本研究测定和比较了不同相对分子质量的HA膜在口腔中完全分解的时间。800和1200F所需时间分别为30.38和31.02 min，差异无统计学意义，但2300F所需时间最长（40.46 min），差异有统计学意义。这种差异可以归因于相对分子质量，即相对分子质量越高，完全溶解所需的时间越长。 薄膜的DTS可以由薄膜材料来改变和控制。添加抗坏血酸可以增加唾液的产生并降低DT。本实验制备的透明质酸薄膜的DT特别高。更高的DTs可能更好，因为贴膜导致的持续唾液分泌可以更长时间地缓解口干症状。Takeuchi等人用几种方法测量了可食薄膜的DT，并报告说，在任何测试方法中，DT明显与薄膜的厚度相关，因为水在薄膜中的浸入很可能取决于薄膜的厚度。
图4 口腔HA膜中不同mw和（B）解体时间的HA膜的（A）唾液分泌率 本研究以不同相对分子质量的HA为基料，制备了可食性膜，并对其缓解口干症状的效果进行了比较。与淀粉、普鲁兰多糖或明胶基膜相比，透明质酸薄膜透明、坚韧、坚韧，具有微生物安全性。所制得的透明质酸薄膜均能促进唾液流率，其中800F时效果最好。唾液流率因涂膜部位的不同而有显著差异。当膜附着在腭部时，流速最快，几乎比附着在颊黏膜上时高出30%。对于相对分子质量较高的薄膜，DTS需要较长的时间才能完全溶解，这可能是由于相对分子质量较低所致。因此，根据特定的目的，通过控制膜的相对分子质量、浓度或厚度来制备各种薄膜似乎是可能的。基于这项研究，可以预期，HA可以生产出无副作用的刺激唾液流动的可食性薄膜。此外，通过在HA溶液中添加几种功能材料或药物化合物，可以开发出各种薄膜，这将是一种易于使用的良好配方，特别是对于那些吞咽口服固体形式有困难的人。
Development of hyaluronic acid-based edible film for alleviating dry mouth
Dong-Keon Kweona, Jung-Ah Hanb,*
a Jinwoo Bio Co., Ltd., Yongin 17111, Korea
b Department of Food and Nutrition, Sangmyung University, Seoul 03016, Korea
*Corresponding author.
Abstract
For alleviating dry mouth symptoms, edible films based on hyaluronic acid (HA) with 3 different mw (800, 1200 and 2300 kDa) were prepared (800F, 1200F and 2300F, respectively), and the properties as well as effectiveness were compared. The concentration of each HA dispersion for film forming was set as 3.0 %, 1.5 % or 1.0 %, for the mw 800, 1200 and 2300 kDa, respectively, based on the solubility. The 800F showed the highest thickness, tensile strength, and water vapor transparency, whereas obtained the lowest transparency and elongation at break among samples. All of the HA films showed safety against microorganism during 28 storage day at 40 °C with 60 % humidity. The optimum site for film attachment in mouth was the palate, and 800F was the most effective for stimulating saliva secretion, eliciting a 38 % increase compared to control (without film), tested by the elderly over 65 years old. By the sensory test, 800F was also the most acceptable. Based on above results, the edible films effectively stimulating saliva secretion could be produced with HA, and the physical, sensory characteristics as well as disintegration times of the film could be controlled by mw and the dissolution concentration of HA.
KWEON D K, HAN J A. Development of hyaluronic acid-based edible film for alleviating dry mouth[J]. Food Science and Human Wellness, 2023, 12(2): 371-377. DOI:10.1016/j.fshw.2022.07.039.
