CN106233290A - 用于生产具有个性化营养成分的营养组合物的系统、方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于生产营养组合物(6)的系统，所述系统包括(a)测量设备(3)，其用于确定来自受试者(7)的样品(2)中一种或多种营养物质的水平；(b)控制器(4)，其用于计算受试者(7)所需的营养物质摄入量，其中所述控制器(4)可操作地连接到所述测量设备(3)，并被配置成基于来自受试者(7)的样品(2)中的营养物质的水平而计算所需的营养物质摄入量；(c)营养分配器(5)，其用于制备包括受试者(7)所需营养物质的组合的个性化营养组合物(6)；其中所述营养分配器(5)被可操作地连接至所述控制器(4)，并被配置成基于由所述控制器(4)计算出的所述受试者(7)所需营养物质摄入量来生产包含所述营养物质的组合的所述个性化营养组合物(6)。

Description

用于生产具有个性化营养成分的营养组合物的系统、方法和 设备
本发明涉及营养补充领域。具体地讲，本发明涉及用于生产营养组合物的系统、方法和设备。
背景技术
营养需求描述了生物体摄取营养物质(例如水、能量、常量营养素(例如蛋白质、碳水化合物、脂肪)或微量营养素(例如矿物质、有机酸、痕量元素、维生素))用于维持生命机能和其他生物学功能的需要。营养需求至少部分地取决于个体的代谢速率，因不同个体和生命阶段(例如男性和女性、儿童和成人、老年人)而存在差异，并在某些情况下发生改变，例如在怀孕或哺乳期间、在吸烟时或者在患有某些疾病的情况下。因此，可将某些营养物质认为是必需营养素或条件必需营养素。例如，已知癌症、艾滋病、类风湿性关节炎、糖尿病或胰腺炎可改变个体的营养需求。然而，如果营养摄入长期未能满足营养需求，则会发展为营养不良的病症，从而对疾病发展产生进一步的不利影响。
在健康和患病的受试者体内，例如就促进健康、预防疾病或管理持续状况而言，被视为关键的营养物质(例如，维生素和痕量元素)的日常补充可以是有利的。然而，不仅营养物质摄入不足可能是有害的，而且某些营养物质过剩也可能是有害。虽然例如当过量使用水溶性维生素时，其会被生物体清除，但当摄入过多脂溶性维生素时，其可导致与恶心、呕吐和头痛相关的维生素过多症。此外，由于碘化物(一种痕量元素)的过量可导致甲状腺功能减退，因而应小心对待碘化物。
因此，需要针对病人个体的具体要求而定制个性化的营养物质补充。
由此，本发明的一个目的是提供可用于个性化营养补充的方法和产品。
发明内容
本发明的目的通过独立权利要求中指明的主题实现。本发明的具体实施方案如在从属权利要求中所指明。
本发明的目的通过一种用于生产营养组合物的系统得到实现，该系统包括(a)测量设备，其用于确定来自受试者的样品中一种或多种营养物质的水平；(b)控制器，其用于计算受试者所需的营养物质摄入量，其中该控制器可操作地连接到该测量设备，并被配置成基于来自受试者的样品中营养物质的水平而计算所需的营养物质摄入量；(c)营养分配器，其用于制备包含受试者所需营养物质的组合的个性化营养组合物；其中该营养分配器可操作地连接到该控制器，并被配置成基于通过该控制器计算的受试者所需营养物质摄入量来产生包含该营养物质的组合的个性化营养组合物。
在一个实施方案中，控制器被配置为(i)计算样品中营养物质水平的目标值与实际值之差；并且(ii)基于目标值与实际值之差，计算受试者所需营养物质的摄入量。
在一个实施方案中，该系统包括反馈回路，该反馈回路在个性化营养组合物的递送之后，反馈到测量设备以监测受试者在接收个性化营养组合物后的微量营养素状态。
在一个实施方案中，个性化营养组合物是打印的营养组合物，优选为2D(二维)打印的、喷墨打印的或3D(三维)打印的营养组合物。
在一个实施方案中，该营养组合物用于口服施用，优选为舌下、经舌或口含施用。
在一个实施方案中，该营养组合物以选自片剂、箔、膜和薄片的施用形式提供。
在一个实施方案中，该营养组合物是食物产品或其他可食用产品。
在一个实施方案中，测量设备包括光谱仪、质谱仪或核磁共振波谱仪。
在一个实施方案中，一种或多种营养物质选自：微量营养素、常量营养素、必需营养素和植物营养素。
在一个实施方案中，至少一种营养物质是微量营养素。
在一个实施方案中，一种或多种微量营养素选自：脂肪酸、氨基酸、核苷酸、维生素、抗氧化剂、矿物质、痕量元素和电解质。
在一个实施方案中，至少一种微量营养素为选自以下项的水溶性维生素：维生素B1(硫胺素)、维生素B2(核黄素)、维生素B3(烟酸或烟酰胺)、维生素B5(泛酸)、维生素B6(吡哆醇、吡哆醛P或吡哆胺)、维生素B8(生物素)、维生素B9(叶酸)、维生素B12(钴胺素)和维生素C(抗坏血酸)。
在另一个实施方案中，至少一种微量营养素为选自以下项的脂溶性维生素：维生素K3(2-甲基萘醌)、维生素K2(甲基萘醌类)、维生素K1(叶绿醌)、维生素E(α-生育酚或d-生育酚)、维生素D2或维生素D3。
在另一个实施方案中，至少一种微量营养素为选自以下项的矿物质：钙(Ca)、氯(Cl)、铬(Cr)、作为维生素B12一部分的钴(Co)、铜(Cu)、碘(I)、铁(Fe)、氟(Fl)、镁(Mg)、锰(Mn)、钼(Mo)、磷(P)、钾(K)、硒(Se)、钠(Na)、硫(S)和锌(Zn)。
在另一个实施方案中，至少一种微量营养素为选自以下项的氨基酸：丙氨酸、精氨酸单甲基精氨酸、非对称二甲基精氨酸、对称二甲基精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、瓜氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、组氨酸、高半胱氨酸、亚牛磺酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、鸟氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、牛磺酸、苏氨酸、色氨酸、酪氨酸和缬氨酸。
在另一个实施方案中，至少一种微量营养素为选自C4:0、C6:0、C8:0、C10:0、C11:0、C12:0、C13:0、C14:0、C15:0、C16:0、C17:0、C18:0、C20:0、C21:0、C22:0、C24:0、C14:1n-5、C15:1n-5、C16:1n-7、C17:1n-7、C18:1n-9反式、C18:1n-9顺式、C20:1n-9、C22:1n-9、C24:1n-9、C18:2n-6反式、C18:2n-6顺式、C18:3n-6、C18:3n-3、C20:2n-6、C20:3n-6、C20:3n-3、C20:4n-6、C22:2n-6、C20:5n-3和C22:6n-3脂肪酸的脂肪酸。
在一个实施方案中，至少一种营养物质是常量营养素。
在一个实施方案中，一种或多种常量营养素选自：碳水化合物、脂肪、蛋白质、氨基酸和水。
在一个实施方案中，至少一种营养物质为必需营养素或条件必需营养素。
在一个实施方案中，至少一种营养物质是植物营养素。
在另一个实施方案中，一种或多种植物营养素选自：萜类(类异戊二烯)，诸如类胡萝卜素、三萜类化合物、单萜和类固醇；酚类化合物，例如天然一元酚、多酚(例如类黄酮、异黄酮类、黄酮木脂素、木脂素、茋类、姜黄素类、芪类和可水解单宁)；芳族酸(例如酚酸和羟基肉桂酸)；辣椒素；苯乙醇苷类(phenylethanoid)；烷基间苯二酚；芥子油甙；甜菜红碱(betalain)和叶绿素。
在一个实施方案中，营养分配器包括3D(三维)食物打印机。
在另外的一个方面，本发明提供了用于生产营养组合物的方法，该方法包括(a)确定来自受试者样品中的一种或多种营养物质的水平；(b)基于来自受试者样品中的营养物质水平，计算受试者所需的营养物质摄入量；(c)制备用于受试者的个性化营养组合物；其中该个性化营养组合物包含基于来自受试者样品中的营养物质水平所计算的受试者所需营养物质的组合。
在本发明的另一方面，重复该方法直到目标营养物质摄入量和实际营养物质摄入量趋于一致。
在另外的一个方面，本发明提供了一种设备，该设备包括：(a)控制器，其用于计算受试者所需的营养物质摄入量，其中该控制器被配置成接收来自测量设备的、涉及来自受试者样品中一种或多种营养物质的水平的数据，并被配置成基于来自受试者样品中营养物质的水平而计算所需营养物质摄入量；(b)营养分配器，其用于制备包含受试者所需营养物质的组合的个性化营养组合物；其中该营养分配器可操作地连接到该控制器，并被配置成基于通过该控制器计算的受试者所需营养物质摄入量来产生包含该营养物质的组合的个性化营养组合物。
附图说明
图1为根据本发明的系统的图示。
图2的流程图示出了实施本发明方法的一种方式。
具体实施方式
本发明提供了用于生产具有定制营养物质含量(即适于个体受试者具体要求的一种或多种营养物含量)的营养组合物的系统、方法和分配器。在这个意义上，本发明被认为有助于越来越有前景的个性化营养领域。
本发明允许人们按需要并“就地”(例如在家里或在医院里)个别地制备营养组合物。通过这种方式，可缩短检测营养物质摄入量不足和施用营养组合物来补偿这种不足这两项操作之间的延迟。在一些实施方案中，本发明可将该营养组合物作为天然食物组合物来提供。在一些实施方案中，本发明可利用打印技术，诸如2D(二维)打印，喷墨打印或3D(三维)打印。
营养物质
术语“营养物质”是指对生物体具有有益效果的化合物，例如，提供能量、生长或健康。该术语包括有机化合物和无机化合物。
如本文所用，术语“营养物质”可包括例如常量营养素、微量营养素、必需营养素、条件必需营养素和植物营养素。
这些术语不一定相互排斥。例如，某些营养物质可根据特定分类体系或列表而被定义为常量营养素或微量营养素。“至少一种营养物质”或“一种或多种营养物质”的表述是指例如一种、两种、三种、四种、五种、十种、20种或更多种营养物质。
术语“测定一种或多种营养物质水平”包括测定单独营养物质的代谢物和/或生物标志物。因此在一些实施方案中，测量的是一种或多种上述营养物质的例如代谢物或其他指示物的水平。作为营养状态的指示物的代谢物在例如Rezzi et al.,Trends inAnalytical Chemistry 52(2013):112-119(Rezzi等人，《分析化学趋势》，第52卷，2013年，第112-119页)中有描述。
常量营养素
术语“常量营养素”是本领域熟知的并且根据其标准含义用于本文中，是指生物体正常生长和发育所大量需要的营养物质。
常量营养素包括但不限于碳水化合物、脂肪、蛋白质、氨基酸和水。某些矿物质也可被归类为常量营养素，诸如钙、氯化物或钠。
微量营养素
术语“微量营养素”是指对生物体具有有益效果(例如，提供能量、生长或健康)，但只少量或痕量需要的化合物。该术语包括有机化合物和无机化合物，例如单独的氨基酸、核苷酸和脂肪酸；维生素、抗氧化剂、矿物质、痕量元素(例如碘)和电解质(例如氯化钠)以及它们的盐。
维生素的示例性列表包括维生素A、D、E、K、B1、B2、B6、B12和C，视黄醇、视黄醇醋酸酯、视黄醇棕榈酸酯、β-胡萝卜素、胆钙化醇、麦角钙化醇、D-α-生育酚、DL-α-生育酚、D-α-生育酚乙酸酯、D-α-生育酚琥珀酸酯、叶绿醌(phyllochinone)、盐酸硫胺素、硝酸硫胺、核黄素、核黄素-5'-磷酸钠、烟酸、烟酰胺、D-泛酸钙、d-泛酸钠、D-泛醇、盐酸吡哆醇、5'-磷酸吡哆醇二棕榈酸吡哆醇、蝶酰单谷氨酸、氰钴胺、羟钴胺、D-生物素、L-抗坏血酸、L-抗坏血酸钠、L-抗坏血酸钙、L-抗坏血酸钾和L-抗坏血酸-6-棕榈酸酯。
矿物质的示例性列表包括钙(Ca)、氯(Cl)、铬(Cr)、作为维生素B12一部分的钴(Co)、铜(Cu)、碘(I)、铁(Fe)、氟(Fl)、镁(Mg)、锰(Mn)、钼(Mo)、磷(P)、钾(K)、硒(Se)、钠(Na)、硫(S)和锌(Zn)。有机酸的示例性列表包括乙酸、柠檬酸、乳酸、苹果酸、胆碱和牛磺酸。
氨基酸的示例性列表包括L-丙氨酸、L-精氨酸、L-半胱氨酸、L-组氨酸、L-谷氨酰胺酸、L-谷氨酰胺、L-异亮氨酸、L-亮氨酸、L-赖氨酸、L-蛋氨酸、L-鸟氨酸、苯丙氨酸、L-苏氨酸、L-色氨酸、L-酪氨酸和L-缬氨酸。
脂肪酸的示例性列表包括C4:0、C6:0、C8:0、C10:0、C11:0、C12:0、C13:0、C14:0、C15:0、C16:0、C17:0、C18:0、C20:0、C21:0、C22:0、C24:0、C14:1n-5、C15:1n-5、C16:1n-7、C17:1n-7、C18:1n-9反式、C18:1n-9顺式、C20:1n-9、C22:1n-9、C24:1n-9、C18:2n-6反式、C18:2n-6顺式、C18:3n-6、C18:3n-3、C20:2n-6、C20:3n-6、C20:3n-3、C20:4n-6、C22:2n-6、C20:5n-3和C22:6n-3脂肪酸。在CX:Y命名法中，X是指脂肪酸中碳原子的总数，Y定义了脂肪酸中双键的总数。
植物营养素
术语“植物营养素”是指与积极健康效果相关联的得自植物的生物活性化合物。
植物营养素的示例性、非穷尽列表包括：萜类化合物(类异戊二烯)，诸如类胡萝卜素、三萜类化合物、单萜和类固醇；酚类化合物，例如天然一元酚、多酚(例如类黄酮、异黄酮类、黄酮木脂素、木脂素、茋类、姜黄素类、芪类和可水解单宁)；芳族酸(例如酚酸和羟基肉桂酸)；辣椒素；苯乙醇苷类；烷基间苯二酚；芥子油甙；甜菜红碱(betalain)和叶绿素。
必需营养素
术语“必需营养素”在本文中用来指受试者无法内源合成或无法以良好健康所需的水平合成的营养物质。例如，必需营养素可为必须从受试者饮食中获得的营养物质。
必需营养素的示例性、非穷尽列表包括必需脂肪酸、必需氨基酸、必需维生素和必需膳食矿物质。
对于人类而言，必需氨基酸包括苯丙氨酸、缬氨酸、苏氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸和组氨酸。
对于人类而言，必需脂肪酸包括α-亚麻酸和亚油酸。
此外，根据例如受试者是否具有特定疾病、病症或基因型，该营养物质可以是“条件必需的”。
样品
一般来讲，如本文所用的术语“样品”是指任何体液或其他组织样品类型，例如血液、血浆、血清、痰液、唾液、汗液(汗水)或尿液。用于从受试者获得此类样品的技术是众所周知的。该术语还包括通过与生物体组织接触(例如，呼气或与皮肤接触)所获得的其他组织或体液的样品。
本发明的方法通常在人类或动物体外实施，例如对先前从待测试受试者获得的体液样品实施。优选地，该样品来源于血液，即该样品包括全血或血液组分(诸如，血浆或血清)。
用于采集血液样品和分离血液组分的技术是本领域熟知的。例如，可用针从患者采集静脉血液样品，并将其存入塑料管中。采集管可例如含有喷涂的二氧化硅和聚合物凝胶，用于血清分离。可通过在室温下以1300RCF离心10分钟来分离血清，并将其在-80℃下贮藏于塑料小管中。
测量设备
该系统包括测量设备。该设备可包括用于确定来自受试者的样品中营养物质水平的任何合适设备。例如，该测量可以采用任何类型的分析设备或系统来执行，例如光谱学设备，如光谱分析系统、质谱系统、高分辨率核磁共振波谱系统等。各种合适的方法描述于例如Rezzi等的Trends in Analytical Chemistry 52(2013):112-119(《分析化学趋势》2013年第52卷第112-119页)中。
在一个实施方案中，测量设备可以是生物传感器。生物传感器是一种分析设备，其用于检测营养物质并将生物部件与物理化学检测器结合起来。生物传感器通常由生物识别部件、生物转换器部件和电子系统组成，其中电子系统包括信号放大器、处理器和显示器。在例如基于CMOS的微传感器系统中，可将转换器和电子设备结合起来。识别部件(通常被称为生物感受器)使用来自生物体的生物分子或模仿生物系统的受体来与所关注的营养物质发生相互作用。这种相互作用被生物转换器测量到，该生物转换器随即输出正比于样品中目标营养物质存在量的可测量信号。生物传感器的总体设计目标是使得人们能够在获取样品的护理点处快捷、方便地进行测试。
高分辨率核磁共振波谱法
在一个实施方案中，测量设备包括核磁共振波谱仪。核磁共振波谱法不用先验地以分析上稳健的方式(analytically robust manner)进行选择，并且不用制备样品或者只需制备极其有限的样品，就可以对数百种营养物质和/或它们的代谢物进行整体剖析，从而提供了独特的前景(参见例如F.P.Martin et al.,Magn.Reson.Chem.49(2011)S47–S54；J.C.Lindon et al.,Annu.Rep.NMR Spec.38(1999)1–88(F.P.Martin等人，《化学中的核磁共振》，第49卷，2011年，第S47–S54页；J.C.Lindon等人，《核磁共振波谱法年度报告》，第38卷，1999年，第1–88页))。在一些实施方案中，可对尿和血浆营养物质状况进行平行分析。还可通过高分辨率魔角旋转核磁共振波谱法，使用极少的样品制备物来剖析完整组织样品。出于灵敏度考虑，可使用质子核磁共振波谱法，而通常为了确认分子种类或甚至为了解析结构，还可使用多维技术来测定碳13核。
质谱分析(MS)
在另一个实施方案中，测量设备包括质谱仪。质谱分析可用于全局剖析或定向剖析，例如以下文献中所描述：I.D.Wilson et al.,J.Chromatogr.BAnalyt.Technol.Biomed.Life Sci.817(2005)67–76(I.D.Wilson等人，《色谱学杂志B辑：生物医学与生命科学中的分析技术》，第817卷，2005年，第67–76页)和M.R.Wenk,Nat.Rev.Drug Discov.4(2005),594–610(M.R.Wenk，《自然评论：药物发现》，第4卷，2005年，第594–610页)。质谱可与气相色谱(GC)或液相色谱(LC)联用，包括在nL级别，以使得能够利用一系列电离技术来进行高度灵敏的代谢物分析，但要求事先进行样品制备。有许多方法都可用于测量各种营养物质及其代谢物(诸如氨基酸、脂肪酸、有机酸、维生素和植物营养素)的类别。得益于最近的技术发展，质谱分析在灵敏度、质量准确性、扫描速率和分辨率方面的性能得到了提高，以至于甚至不用事先的色谱步骤就可以对生物样品进行剖析，如在脂质分析(脂质组学)中(参见K.Schuhmann et al.,J.Mass Spectrom.47(2012)96–104(K.Schuhmann等人，《质谱学杂志》，第47卷，2012年，第96–104页))。
因此，在具体实施方案中，质谱仪可使用选自以下的电离方法：电子碰撞(EI)、化学电离(CI)、场致电离(FDI)、电喷雾电离(ESI)、激光解吸电离(LDI)、基质辅助激光解吸电离(MALDI)和表面增强激光解吸电离(SELDI)。在另外的实施方案中，质谱检测方法选自四极质谱法(QMS)、傅立叶变换质谱法(FT-MS)和飞行时间质谱法(TOF-MS)。
测量设备可操作地连接到控制器，例如测量设备和控制器相互进行电子通信。具体地讲，测量设备将有关营养物质水平的数据提供至控制器以作进一步处理。在一些实施方案中，也可将有关受试者的数据(例如年龄、性别、体重或其他标准)提供至控制器。在一些实施方案中，测量设备可经由通信网络或数据网络与控制器通信，例如经由互联网或无线通信系统或移动通信系统，包括短程无线电技术，而与控制器通信。例如，合适的通信协议包括TCP/IP、CDMA、GSM、GPRS、EDGE、蓝牙、国际海事卫星组织、WLAN、ISDN等。
控制器
该系统还包括控制器，用于计算受试者所需的营养物质摄入量。该控制器可操作地连接到测量设备，并被配置成基于来自受试者的样品中营养物质的水平计算所需的营养物质摄入量。
该控制器可以在硬件和/或软件中实现，并且通常包括微处理器。该控制器被配置成基于从测量设备(例如经由通信网络)接收到的数据执行计算。
例如，控制器可被配置为(i)计算样品中营养物质水平的目标值与实际值之差；并且(ii)基于目标值与实际值之差，计算受试者所需营养物质的摄入量。
如在权利要求中所用，术语“营养物质摄入量目标值”与个体的营养需求相关联。该营养需求可指每个时间间隔(优选每24小时或一天)的营养物质的量(例如，以g、mg、μg、ng、pg或mol为单位)。还可考虑其他时间间隔(例如，分钟、小时、周、月)。如果每天只进行一次营养物质摄入，则“营养物质摄入量目标值”可指每天的营养物质的量。
然而，大多数情况下，进行营养摄入的频率会高于每天一次，因此可通过超过一餐的膳食来满足每日营养需求。在这种情况下，每日营养需求将分开提供。于是，“营养物质摄入量目标值”可指每餐的营养物质的量。
控制器可以被配置成访问含有与营养需求相关的信息的一个或多个数据库。例如，控制器可访问营养物质目标值(例如基于如年龄、性别、体重等标准，指示健康受试者的营养物质水平)的数据库。目标值可以是指示健康受试者的特定值或值的范围的形式。通过将来自此类数据库的目标值与营养水平的实际值进行比较，控制器可确定受试者是否需要补充特定营养物质。
该控制器还可访问提供了限定所需营养物质补充水平的信息的数据库。例如，在处理器计算了营养物质的目标值和实际值之差之后，处理器可访问提供了为将营养物质水平恢复到目标(例如，健康)水平所需的营养物质摄入量的示值的数据库。此类数据库中的信息可基于诸如受试者的年龄、性别、体重等标准。
控制器可操作地连接到营养分配器，例如营养分配器和控制器相互进行电子通信。具体地讲，控制器向营养分配器提供与受试者所需营养物质摄入量有关的数据。
在一些实施方案中，营养分配器和控制器可在单个设备中执行。在一个可供选择的实施方案中，营养分配器可经由通信网络或数据网络与控制器通信，例如经由互联网或无线通信系统或移动通信系统，包括短程无线电技术，而与控制器通信。例如，合适的通信协议包括TCP/IP、CDMA、GSM、GPRS、EDGE、蓝牙、国际海事卫星组织、WLAN、ISDN等。
营养分配器
该系统还包括用于生产营养组合物的分配器。该分配器可根据个体受试者的需要而执行个性化配制，将不同量的各种营养物质结合成单一组合物。
营养分配器能够从控制器接收与受试者被确定出缺少的至少一种营养物质的所需量有关的信息。具体地讲，营养分配器可以接收与受试者所需营养物质摄入量有关的输入，并将所需量的营养物质掺入适当的组合物。
在一些实施方案中，营养分配器可包括2D、3D或喷墨打印机。
术语“2D打印”是指将实质上二维的组合物沉积到表面上的工艺。
术语“喷墨打印技术”是一种计算机打印技术，其涉及将打印溶液或墨水的液滴推进到支承物上。就“喷墨打印的片剂、箔、膜或薄片”而言，营养组合物喷墨被打印到合适的支承物上。优选地，该支承物可溶于口腔流体(如唾液)中。
“3D打印技术”涉及由数字模型制造几乎任何形状的三维立体物的工艺。构建立体物是通过增材工艺实现的，在该增材工艺中，以相同或不同的形状铺设相续的材料层。就“3D打印的片剂、箔、膜或薄片”而言，营养组合物被包含在所述片剂、箔、膜或薄片中。这可通过以下方式来实现：将营养组合物与用于形成基质(该施用形式的基质)的化合物混合，同时所得混合物必须适合3D打印。还考虑了含有和不含营养物质的交替层。
适合用作本发明营养分配器的3D食物打印机的一个示例描述于US 2013/034633中。因此，在一个实施方案中，营养分配器包括如US 2013/0034633中所描述的装置，其适于接收关于受试者所需营养物质摄入量的输入。US 2013/0034633涉及由输入的数字数据逐层地原型打印出三维(3-D)物体，具体地讲涉及以这种方式生产可食用食物产品。该系统涉及以层制造方式来进行食物物体的随意制作，而无需针对物体使用特定工具或进行人为干预。根据一个实施方案，根据待形成的产品的CAD数据，将一种或多种可食用食物材料一层一层地分布，并且选择性地将可食用粘合剂喷出在每一相续的层上。因此，当前横截面的选定区域被融合到先前融合的横截面。未结合的一种或多种食物材料在制作过程中起到支承食物产品的作用，从而使得可以生产精细且复杂的食物产品。可在3-D食物物体的整个主体上独立调制所选择的颜色、风味和/或质构。
在本发明的一个实施方案中，US 2013/0034633中所描述的装置被用于基于由控制器确定的受试者所需营养物质摄入量，来生产包含所需量的特定营养物质的组合的产品。
在另一个实施方案中，营养分配器可以是如EP2292126A1中所描述的设备。EP2292126A1涉及包括多个存储粉末状成分的存储料斗的装置；连接到每个存储料斗并可操作以释放受控制的量的粉末状成分的可控出口；可控液体供给源；混合器；和包括用于自用户处捕获数据的用户界面的控制系统。在本发明的实施方案中，粉末状成分包括营养物质。与EP2292126A1中所描述的设备形成对比的是，根据本发明的设备可操作地连接到控制器，并由此连接到营养物质的测量设备，并基于与受试者营养物质水平有关的数据而生产个性化营养组合物。这样，所需营养物质摄入量被输送到营养分配器，该营养分配器将特定量的特定粉末状成分结合，从而产生所需的营养组合物。在本实施方案中，营养分配器可发送信号到液体供给源和出口，以便将确定量的液体和每种粉末状成分释放到混合器中，然后再将所得组合物分配到容器中。
在另一个的实施方案中，营养分配器可以是如WO 03/056493中所述的设备。WO03/056493描述了一种装置，其包括数据库装置、用户界面以及营养物质和/或药物分配器，该分配器包括用于存储不同营养物质和/或医疗物质的小室。营养分配器被布置成限定用于人食用的营养物质和/或药物的最佳剂量，其中营养物质的成分、量和比例至少部分地由数据库装置协助限定。该装置还可包括用于测量出特定营养物质的设备。在本发明的实施方案中，控制器可包括基于WO 03/056493中所描述布置的数据库装置和处理器，例如，其能够接收输入并确定来自特定存储器的所需量的特定营养物质，以混合成营养组合物。然而，与WO 03/056493中描述的设备形成对照的是，根据本发明的设备通过控制器可操作地连接到营养物质测量设备，因此，营养分配器会基于受试者营养物质水平测量结果和所需营养物质摄入量，而生产个性化营养组合物。随后该装置生产并分配出包含营养物质的特定组合的营养组合物。
在另一个实施方案中，该营养分配器可以是US 2011/0137242中所描述的设备，该专利文献涉及用于基于受试者遗传图谱而制备营养物质和补充剂成分的个性化组合的系统。该系统包括：输入设备，以将用户的遗传信息输入到系统中；识别设备，以基于用户输入信息识别遗传图谱；处理设备和混合设备，该处理设备处理由用户输入的信息，并识别存储于系统中的成分的组合及浓度，该混合设备混合营养物质和补充剂成分的定制组合，从而将其以饮料的形式递送给用户。因此，在本发明的实施方案中，控制器和营养分配器可包括根据US 2011/0137242所描述的处理设备和混合设备。然而，与US 2011/0137242中描述的设备形成对照的是，根据本发明的设备通过控制器可操作地连接到营养物质测量设备，因此，营养分配器会基于受试者的营养物质测量结果和所需营养物质摄入量，而生产个性化营养组合物。因此，本发明中，为了针对受试者生成个性化营养组合物(例如饮料)，控制器使用该类型的输入，以选择营养物质成分的正确的组合和浓度。
在又一个实施方案中，营养分配器可以包括如WO 2005/111955中所描述的设备。WO 2005/111955公开了一种用于分配定制的分份营养食物的系统，该营养食物由存储在一种并入该系统中的设备之内的成分构成。该设备包括成分存储模块、成分处理模块和分份食物分配器。此外，该设备包括用户界面和控制器，该控制器可操作地连接到用户界面并被编程为控制存储模块、加工模块和分配器的操作。在使用时，客户通过界面选择定制的分份食物，控制器基于预定的约束条件，查找存储在其存储器中的信息以配制与客户所选分份食物最匹配的分份食物，然后控制器指导来自成分存储模块的所需成分在处理模块中的混合，并将分份食物分配给客户。在本发明的实施方案中，可以采用类似于WO 2005/111955中所描述的控制器、处理模块和分配器布置方式来布置控制器和营养分配器。然而，与WO2005/111955中所描述的方法形成对比的是，在本发明的实施方案中，营养分配器被配置成从控制器接收与受试者所需营养物质摄入量相关的信息，并被配置成基于来自受试者样品的营养物质水平的测量结果而分配营养组合物。
在另一个实施方案中，营养分配器可基于如WO 2005/053608中所述的用于为患者制备个性化剂型的设备。WO 2005/053608描述了一种系统，该系统包括存储有与以下方面相关的记录的三个数据库：患者个人的用药需求；药物的制造、赋形剂和包装细节；颗粒的胶囊制剂，该颗粒由药物和赋形剂构成。处理器与第一数据库、第二数据库和第三数据库相关联，以接收可识别特定用户的输入并选择所需的胶囊剂或颗粒，从而满足该用户的用药需求。然后，将所选颗粒在装置内的分配站中结合，再交给患者个人。在本发明的实施方案中，可以采用类似于WO 2005/053608中所描述的处理器和分配站的布置方式来布置控制器和营养分配器。然而，与WO 2005/053608中所描述的方法形成对照的是，在本发明的实施方案中，营养分配器被配置成从控制器接收与受试者所需营养物质摄入量相关的信息，并被配置成基于来自受试者样品的营养物质水平的测量结果来分配包含营养物质的组合的营养组合物。因此，在本发明中，控制器可以访问这样的数据库：其存储有与受试者特定营养物质的目标水平相关的记录，以及例如缺乏特定水平营养物质的受试者所需的营养物质摄入量。因此，为生成包含受试者缺乏的至少一种营养物质的个性化营养组合物，控制器可将待结合的特定营养物质的量指示给营养分配器。
在又一个实施方案中，营养分配器可以是植入型设备，其能够产生所需水平的受试者缺乏的营养物质。该植入型分配器可被配置成从控制器接收与受试者营养需求相关的信息，并被配置成由此基于来自受试者样品的营养物质水平的测量结果，来分配包含营养物质的组合的营养组合物。
营养组合物
营养组合物可以呈施用单位的形式。术语“施用单元”是指任选地由若干子单元组成的单元，通过所述单元将营养物质的剂量(即，对应于营养物质水平的目标值和实际值之间的差值的量)递送给受试者。
在一些实施方案中，包含营养组合物的施用单位无需经口吞咽或喷出。因此，施用单元在放入受试者口中后可迅速崩解，从而释放营养物质进入口腔流体中，使营养物质随口腔流体被吞咽并在消化道中被吸收(肠吸收)。出于这一目的，施用单元和营养组合物可基于水溶性材料，尤其基于可溶于口腔流体(如唾液)中的材料。除此之外或作为另外一种选择，营养物质至少部分地由口腔黏膜吸收(胃肠外吸收)。
“箔”或“膜”是指一张或一片柔性材料薄层。任选地，可提供超过一层的相同或不同材料(多层箔或膜)。
在一些实施方案中，个性化营养组合物可以是来自食物的处于其自然、天然基质中的营养物质的天然复杂集合。
在另一个实施方案中，个性化营养组合物可包含有利于输送营养物质的蛋白质和/或脂质载体。
营养组合物可以是以饮料、片剂、胶囊、膜形式生产的产品，以及喷墨生产或3D打印生产的产品。
营养组合物可以呈适合于局部施用的形式。例如该组合物可以是洗剂、霜剂或软膏剂。
营养组合物可以是食物混合物或食物产品，其根据来自受试者样品的营养物质水平的测量结果而提供营养物质的组合。营养组合物可以是食物产品或其他可食用产品的形式。
受试者
受试者可以包括婴幼儿、儿童、成人和中老年人。受试者可以是健康人或患有疾病的人，例如受试者可以是正常健康的受试者或疗养院居住者和/或长期卧床者。该术语还可包括动物，尤其是伴侣动物，诸如猫或狗。
根据下面的实施例及附图，本发明的其他优点和特征对本领域的技术人员来说将是显而易见的。
实施例
图1示出了根据本发明的系统1的实施方案。该系统包括诊断测量设备3、控制器4和营养分配器5。诊断测量设备3被可操作地连接到控制器4，而控制器4被可操作地连接到营养分配器5。
在操作时，从受试者1获取样品2。该样品可以是例如来自受试者的血液、尿液或其他组织样品。诊断测量设备3(例如质谱仪)测量样品中的一种或多种营养物质的水平，并将与受试者的营养物物质水平有关的数据传输到控制器4，例如使用通讯网络传输。
控制器4处理来自受试者的营养物质数据，并可确定特定的营养物质的水平是否高于或低于该受试者的目标值。例如，控制器可访问含有健康受试者的特定营养物质的目标水平的数据库，并将目标水平与受试者中测得的实际水平进行比较。通过计算每种营养物质的目标水平和实际水平之差，控制器例如通过访问含有与营养物质补充水平相关的信息的第二数据库，来确定受试者所需营养物质摄入量。
控制器4然后将与受试者的所需营养物质摄入量有关的信息传输到营养分配器5，例如使用通讯网络传输。营养分配器5可例如是3D食品打印机或其他能够产生营养物质成分的特定且具体的组合的装置。
营养分配器5接受与受试者的所需营养物质摄入量有关的信息，并基于该信息生产个性化应用组合物6。因此，营养分配器5根据受试者体内的营养物质水平是否高于或低于目标水平而在组合物6中包括特定水平的每种营养物质。
个性化应用组合物6然后由该受试者食用。在一些实施方案中，可采集另外的样品2，并且再次测量营养物质水平。通常，施用个性化营养组合物应该使得受试者的每种营养物质的目标值与实际值趋于一致。如果目标值和实际值之间仍有显著差异，则可以生产另一种营养组合物并施用给受试者。因此，在一些实施方案中，可以反复地或屡次执行该方法，直到目标值和实际值趋于一致。在其他实施方案中，为了将目标值和实际值保持尽可能无限地接近的范围内，可连续地或以规律的周期执行该方法。
图2示出了根据本发明的示例性方法的一个实例。
步骤1：确定来自受试者的样品中的营养物质水平
通过营养物质水平测量(例如通过质谱测量)来确定受试者的营养状态。使用例如通信网络将所确定的营养物质水平和与受试者的年龄、性别和体重有关的数据一起发送到控制器。
步骤2：计算受试者所需营养物质摄入量
控制器基于检测设备所发送的营养物质水平，计算受试者所需营养物质摄入量。借助数据处理系统(例如计算机)执行计算和量化步骤。
步骤3：制造喷墨打印的箔或膜
制备营养组合物，该营养组合物呈营养物质的打印溶液形式，该打印溶液具有预定的浓度(量/体积，例如g/L、mg/mL、mol/L或mmol/L)。然后，将预定体积的营养组合物(因此将所需量的营养物质)打印到作为支承物的箔或膜上。该打印工艺可在一个打印步骤中完成，也可重复该打印步骤若干次而完成。
步骤4：制造3D打印的施用形式
制备含有预定浓度的营养物质的3D打印溶液。然后，通过相续铺设叠预定体积的打印溶液来构建三维物体，从而产生含有所需量的营养物质的施用形式。

Claims (26)

1.一种用于生产营养组合物的系统，所述系统包括：
(a)测量设备，其用于确定来自受试者的样品中一种或多种营养物质的水平；
(b)控制器，其用于计算所述受试者所需的营养物质摄入量，其中所述控制器可操作地连接到所述测量设备，并被配置成基于来自所述受试者的所述样品中所述营养物质的水平而计算所述所需的营养物质摄入量；
(c)营养分配器，其用于制备包含所述受试者所需营养物质的组合的个性化营养组合物；
其中所述营养分配器可操作地连接到所述控制器，并被配置成基于通过所述控制器计算的所述受试者所需营养物质摄入量来产生包含所述营养物质的组合的个性化营养组合物。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置为(i)计算所述样品中所述营养物质水平的目标值与实际值之差；并且(ii)基于目标值与实际值之差，计算所述受试者所需营养物质的摄入量。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中所述系统包括反馈回路，所述反馈回路在所述个性化营养组合物的递送之后，反馈到所述测量设备以监测所述受试者的营养物质状态，从而确保所述一种或多种营养物质水平的所述目标值和所述实际值趋于一致。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述个性化营养组合物是打印的营养组合物，优选为2D打印的、喷墨打印的或3D打印的营养组合物。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述营养组合物用于口服施用，优选为舌下、经舌或口含施用。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述营养组合物以选自片剂、箔、膜和薄片的施用形式提供。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述营养组合物是食物产品或其他可食用产品。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述测量设备包括光谱仪、质谱仪或核磁共振波谱仪。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述一种或多种营养物质选自：微量营养素、常量营养素、必需营养素、条件必需营养素和植物营养素。
10.根据权利要求9所述的系统，其中至少一种营养物质为微量营养素。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的系统，其中所述一种或多种微量营养素选自：脂肪酸、氨基酸、核苷酸、维生素、抗氧化剂、矿物质、痕量元素和电解质。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的系统，其中至少一种微量营养素为选自以下项的水溶性维生素：维生素B1(硫胺素)、维生素B2(核黄素)、维生素B3(烟酸或烟酰胺)、维生素B5(泛酸)、维生素B6(吡哆醇、吡哆醛P或吡哆胺)、维生素B8(生物素)、维生素B9(叶酸)、维生素B12(钴胺素)和维生素C(抗坏血酸)。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的系统，其中至少一种微量营养素为选自以下项的脂溶性维生素：维生素K3(2-甲基萘醌)、维生素K2(甲基萘醌类)、维生素K1(叶绿醌)、维生素E(α-生育酚或d-生育酚)、维生素D2或维生素D3。
14.根据权利要求9至11中任一项所述的系统，其中至少一种微量营养素为选自以下项的矿物质：钙、氯化物、铬、钴、铜、碘、铁、氟化物、镁、锰、钼、磷、钾、硒、钠、硫和锌。
15.根据权利要求9至11中任一项所述的系统，其中至少一种微量营养素为选自以下项的氨基酸：丙氨酸、精氨酸单甲基精氨酸、非对称二甲基精氨酸、对称二甲基精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、瓜氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、组氨酸、高半胱氨酸、亚牛磺酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、鸟氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、牛磺酸、苏氨酸、色氨酸、酪氨酸和缬氨酸。
16.根据权利要求9至11中任一项所述的系统，其中至少一种微量营养素为选自C4:0、C6:0、C8:0、C10:0、C11:0、C12:0、C13:0、C14:0、C15:0、C16:0、C17:0、C18:0、C20:0、C21:0、C22:0、C24:0、C14:1n-5、C15:1n-5、C16:1n-7、C17:1n-7、C18:1n-9反式、C18:1n-9顺式、C20:1n-9、C22:1n-9、C24:1n-9、C18:2n-6反式、C18:2n-6顺式、C18:3n-6、C18:3n-3、C20:2n-6、C20:3n-6、C20:3n-3、C20:4n-6、C22:2n-6、C20:5n-3和C22:6n-3脂肪酸的脂肪酸。
17.根据权利要求9所述的系统，其中至少一种营养物质为常量营养素。
18.根据权利要求9或权利要求17所述的系统，其中所述一种或多种常量营养素选自：碳水化合物、脂肪、蛋白质、氨基酸和水。
19.根据权利要求9至18中任一项所述的系统，其中至少一种营养物质为必需营养素。
20.根据权利要求9至19中任一项所述的系统，其中至少一种营养物质为植物营养素。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述一种或多种植物营养素选自：萜类(类异戊二烯)，诸如类胡萝卜素、三萜类化合物、单萜和类固醇；酚类化合物，例如天然一元酚、多酚(例如类黄酮、异黄酮类、黄酮木脂素、木脂素、茋类、姜黄素类、芪类和可水解单宁)；芳族酸(例如酚酸和羟基肉桂酸)；辣椒素；苯乙醇苷类；烷基间苯二酚；芥子油甙；甜菜红碱和叶绿素。
22.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述营养分配器包括3D食物打印机。
23.一种用于生产营养组合物的方法，所述方法包括：
(a)确定来自受试者的样品中一种或多种营养物质的水平；
(b)基于来自所述受试者的所述样品中的所述营养物质水平，计算所述受试者所需的营养物质摄入量；
(c)制备用于所述受试者的个性化营养组合物；
其中所述个性化营养组合物包含基于来自所述受试者样品中的营养物质水平所计算的所述受试者所需营养物质的组合。
24.根据权利要求23所述的方法，其中重复所述方法，直到目标营养物质摄入量和实际营养物质摄入量趋于一致。
25.一种设备，包括：
(a)控制器，其用于计算受试者所需的营养物质摄入量，其中所述控制器被配置成接收来自测量设备的、涉及来自所述受试者的样品中的一种或多种营养物质的水平的数据，并被配置成基于来自所述受试者的所述样品中的所述营养物质的水平而计算所述所需的营养物质摄入量；
(b)营养分配器，其用于制备包含所述受试者所需营养物质的组合的个性化营养组合物；其中所述营养分配器可操作地连接到所述控制器，并被配置成基于通过所述控制器计算的所述受试者所需营养物质摄入量来产生包含所述营养物质的组合的个性化营养组合物。
26.根据权利要求25所述的设备，其中所述设备包括反馈回路，所述反馈回路在所述个性化营养组合物的递送之后，反馈到所述测量设备以监测所述受试者在接收所述个性化营养组合物之后的营养物质状态，从而确保所述一种或多种营养物质水平的目标值和实际值趋于一致。
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