β-羟基-β-甲基丁酸钙的溶解性及其影响因素

β-羟基-β-甲基丁酸钙是β-羟基-β-甲基丁酸（HMB）的钙盐形式，作为一种常用的运动营养补充剂，其溶解性直接影响人体吸收效率与制剂应用效果。它在水中的溶解性属于微溶至可溶范畴，常温（25℃）下饱和溶解度约为4~6g/100mL水，远低于其游离酸形式（HMB酸溶解度＞50g/100mL水），其溶解行为受温度、pH、溶剂类型、晶型、添加剂等多重因素调控。

一、溶解特性与机制

β-羟基-β-甲基丁酸钙的化学结构为C5H9O3)2Ca，分子中含有两个羧基阴离子与一个钙离子，溶解过程本质是离子键断裂与水合作用的协同：

离子键解离：β-羟基-β-甲基丁酸钙晶体中的Ca^2+与HMB^-之间的离子键，在水分子的极性作用下发生断裂，形成游离的水合离子。

水合作用：Ca^2+可与6~8个水分子形成稳定的水合层，HMB^-的羟基与羧基则通过氢键与水分子结合，进一步促进溶解平衡向正向移动。

但由于Ca^2+的电荷密度较高，与HMB^-的离子键作用力较强，导致其解离难度大于钠盐、钾盐等碱金属盐，因此溶解度显著低于HMB钠（溶解度＞20g/100mL水）。此外，β-羟基-β-甲基丁酸钙溶解后溶液呈弱碱性（pH7.5~8.5），这是因为HMB^-存在微弱的水解反应，生成少量H2MB与OH^-。

二、影响β-羟基-β-甲基丁酸钙溶解性的核心因素

1. 温度的影响

温度是调控β-羟基-β-甲基丁酸钙溶解性的关键因素，其溶解度与温度呈正相关。

低温条件下（0~10℃），水分子热运动较弱，对离子键的破坏能力不足，β-羟基-β-甲基丁酸钙的溶解度仅为 1~2 g/100 mL 水，易形成悬浊液。

常温至中温区间（25~50℃），溶解度随温度升高线性增长，50℃时溶解度可达10~12g/100mL水，这是因为温度升高增强了水分子的动能，加速离子键解离，同时提升水合离子的扩散速率。

当温度超过60℃时，溶解度增速放缓，过高温度（＞80℃）可能导致HMB分子发生热降解，生成异戊酸等副产物，反而降低有效成分的溶解度。

2. pH的影响

溶液pH通过改变HMB^-的存在形态与Ca^2+的沉淀平衡，显著影响β-羟基-β-甲基丁酸钙的溶解性。

中性至弱碱性环境（pH7~8.5）：这是β-羟基-β-甲基丁酸钙溶解的适宜pH区间，HMB^-为主要存在形态，与Ca^2+的结合相对松散，溶解度极高。

酸性环境（pH ＜6）：随着pH降低，H^+浓度升高，HMB^-与H^+结合生成游离的HMB酸，而Ca^2+则可能与溶液中的阴离子（如Cl^-、SO4^2-）形成沉淀，导致β-羟基-β-甲基丁酸钙的表观溶解度下降；当pH＜4时，溶解度可降至1g/100mL以下。

强碱性环境（pH ＞10）：过量OH^-会与Ca^2+结合生成Ca(OH)2沉淀，破坏溶解平衡，同样降低Ca-HMB的溶解度。

3. 溶剂类型的影响

β-羟基-β-甲基丁酸钙的溶解性具有显著的溶剂依赖性，其在不同溶剂中的溶解度排序为：

纯水＞甲醇/乙醇混合溶液＞纯有机溶剂＞油脂

纯水是适宜的溶剂，极性水分子能有效破坏离子键并形成水合层。

在甲醇、乙醇等极性有机溶剂与水的混合体系中，随着有机溶剂比例升高，溶解度逐渐下降；当有机溶剂体积占比超过50%时，β-羟基-β-甲基丁酸钙几乎不溶，这是因为有机溶剂的极性弱于水，难以有效解离离子键。

β-羟基-β-甲基丁酸钙在油脂、醚类等非极性溶剂中完全不溶，因此无法直接用于油基制剂，需通过乳化剂包裹形成微乳后才能分散。

4. 晶型与粒径的影响

β-羟基-β-甲基丁酸钙的晶型与颗粒粒径决定其比表面积与晶格能，进而影响溶解速率与溶解度。

晶型差异：β-羟基-β-甲基丁酸钙存在无水型、一水合物两种晶型，其中一水合物的晶格能更低，水分子已部分嵌入晶格，溶解时所需能量更少，因此溶解速率比无水型快30%~50%，但最终饱和溶解度相近。

粒径大小：颗粒粒径越小，比表面积越大，与溶剂的接触面积越广，溶解速率越快。纳米级β-羟基-β-甲基丁酸钙的溶解速率是微米级的2~3倍，且在低浓度下更易形成澄清溶液；而大颗粒的易沉降，需通过搅拌或超声辅助溶解。

5. 添加剂的影响

添加特定物质可通过络合、增溶、分散作用提升β-羟基-β-甲基丁酸钙的溶解性与稳定性。

络合剂/螯合剂：添加柠檬酸、苹果酸等有机酸，其羧基可与Ca^2+形成稳定的可溶性络合物，降低游离Ca^2+浓度，推动溶解平衡正向移动，使溶解度提升20%~40%。

表面活性剂/增溶剂：非离子型表面活性剂（如聚山梨酯80、羟丙基甲基纤维素）可在β-羟基-β-甲基丁酸钙颗粒表面形成亲水膜，减少颗粒团聚，同时增加水相的分散能力，提升溶解速率与分散稳定性。

电解质：适量添加NaCl、KCl等电解质，可通过“盐效应”增强离子强度，破坏β-羟基-β-甲基丁酸钙的晶格稳定性，小幅提升溶解度；但过量电解质会因同离子效应抑制溶解，需控制添加量在0.5%以下。

三、溶解性对β-羟基-β-甲基丁酸钙应用的影响及优化策略

1. 对制剂应用的影响

β-羟基-β-甲基丁酸钙的低溶解性是制约其制剂开发的核心瓶颈：

在口服固体制剂（如片剂、胶囊）中，溶解度低会导致溶出速率慢，人体吸收不完全，生物利用度仅为HMB酸的60%~70%。

在液体制剂（如口服液、运动饮料）中，常温下易出现结晶析出，影响产品外观与稳定性。

2. 溶解性优化策略

工艺优化：采用喷雾干燥、冷冻干燥技术制备无定形β-羟基-β-甲基丁酸钙，无定形结构的晶格能更低，溶解度比结晶型提升50%以上；通过微粉化技术将粒径降至10μm以下，加速溶解速率。

配方优化：复配柠檬酸、苹果酸等络合剂，或添加聚山梨酯80等增溶剂；在液体制剂中控制pH为7.5~8.0，同时添加木糖醇、甘露醇等填充剂，抑制结晶析出。

剂型创新：制备β-羟基-β-甲基丁酸钙的包合物（如环糊精包合）或微乳制剂，提升其在油相中的分散性；开发缓释制剂，通过控制溶出速率延长体内作用时间。

β-羟基-β-甲基丁酸钙的溶解性受温度、pH、溶剂、晶型等多重因素调控，常温水中的饱和溶解度仅为4~6 g/100mL，弱碱性、中温环境利于其溶解。低溶解性是制约其生物利用度与制剂应用的关键问题，通过工艺优化（如微粉化、无定形制备）、配方调整（如添加络合剂、增溶剂）可有效提升其溶解性能，拓展在运动营养、临床营养等领域的应用空间。

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