CN110326791A - 一种半固态凝胶营养载体的制备方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半固态凝胶营养载体的制备方法及装置，所述方法为向水中加入食品凝胶多糖混匀后75℃以上充分溶胀，然后冷却至室温以下形成固态凝胶；将固态凝胶剪切破碎形成大颗粒凝胶；所述大颗粒凝胶被不断吸入设有针孔的压力腔中挤压，使大颗粒凝胶在压力下由针孔中挤出形成粒径均匀的小颗粒，即得半固态凝胶营养载体。本发明装置包括一个设有剪切装置的控温槽和一个挤压装置，所述控温槽的底部与挤压装置的压力腔连通。本发明结构简单、制备方法简便、制备的半固态凝胶营养载体具有弱凝胶的特征和较好的顺滑性、咀嚼性，适宜作为吞咽障碍功能食品。
Description
技术领域
本发明涉及一种凝胶生产方法和装置，具体的说是一种半固态凝胶营养载体的制备方法及装置。
背景技术
目前在吞咽障碍患者的食物调配方面，通常利用增稠剂的添加来提高其黏度，降低食团在消化道的移动速度，避免误吸。通过在食物中添加增稠剂改善食品质构特性，给临床和家庭护理提供了很多方便。增稠剂通常为黄原胶类的长链大分子，在水中发生溶胀后互相交联形成三维网络结构，将水或者食物颗粒裹挟到网络中，降低了水或食物颗粒移动速度。但是这类增稠剂在临床或家庭护理当中也有些局限性，(1)如屈服应力较小，有黏稠感，口感差、缺少咀嚼的乐趣；(2)顺滑性较差，附着在咽喉部位时也增加了吸入气管的危险性；(3)需要额外搭配营养物，给操作者在制备时带来不便。有研究者也开发了一些半固态的营养剂，如专利公开号104394844A记载了一种胃瘘用半固态化营养剂，将两种不同强度的凝胶与琼脂和加工淀粉混合制备一种用于管饲用的半固态化营养剂，以满足从注射器等挤出的情况下保形性也高，对管的附着性低，并且从管挤出时的阻力小的目的。该技术方案主要针对管饲病人，解决管饲时存在的保形性、附着性和阻力问题，但不适用于患者直接吞咽。
针对上述问题，需要开发一种兼具安全、口感、咀嚼性、顺滑性、有助于提升吞咽障碍患者食欲的功能食品。
发明内容
本发明目的是为了解决上述技术问题，提供一种制备方法简单、制备的半固态凝胶营养载体口感好、顺滑性好、易于吞咽、促进病人食欲、煅炼咀嚼能力的半固态凝胶营养载体的制备方法。
本发明还提供一种用于结构简单、控制简便、生产效率高、可连续化生产的、用于上述制备方法的生产装置。
本发明方法为：向水中加入食品凝胶多糖混匀后75℃以上充分溶胀，然后冷却至室温以下形成固态凝胶；将固态凝胶剪切破碎形成大颗粒凝胶；所述大颗粒凝胶被不断吸入设有针孔的压力腔中挤压，使大颗粒凝胶在压力下由针孔中挤出形成粒径均匀的小颗粒，即得半固态凝胶营养载体。
加入营养剂，所述营养剂为水剂、粉剂或悬浮液，加入时机为：在溶胀后冷却至60℃以下且尚未形成固态凝胶时加入营养剂混匀；或者直接向制得的半固态凝胶营养载体中添加营养剂混匀。
100g水中，食品凝胶多糖加入量为0.1-1g。
所述冷却温度为25℃-4℃。
直径小于1cm大颗粒凝胶被不断吸入设有针孔的压力腔中挤压，大于1cm大颗粒的凝胶继续被剪切破碎至1cm以下。
所述针孔内径在2mm以下，挤压后得到半固态凝胶营养载体直径小于2mm、初始复合动态黏度在10,000mPas-1,000,000mPas之间。
所述食品凝胶多糖为琼脂、结冷胶、海藻胶或卡拉胶中的至少一种。
一种用于半固态凝胶营养载体制备的装置，至少包括：
一个设有剪切装置的控温槽：用于在设定温度下对物料进行剪切；
一个挤压装置，所述挤压装置包括开有针孔的压力腔和挤压件，通过挤压件对压力腔内的物料进行挤压，使物料由针孔中挤出；
所述控温槽的底部与挤压装置的压力腔连通。
所述往复泵包括压力腔和挤压件，所述挤压件为活塞，所述压力腔的一侧开有针孔，另一侧设有与动力装置连接的活塞。
所述压力腔开有针孔的一侧具锥形有变径段，沿针孔方向截面变小。
所述控温槽的底部设有第一单向阀，所述第一单向阀直径为1cm，针孔处设有第二单向阀，所述针孔内径在2mm以下。
还包括有控制器，所述控制器分别与温控槽、剪切装置和挤压装置连接。
针对背景技术中存在的问题，发明人考虑对食品凝胶多糖加水混合溶胀后形成的固态凝胶进行了深入研究，发现为了适应吞咽障碍患者的吞食，将固态凝胶制成半固态为好，但这种半固态又并非加入增稠剂后所形成的粘糊状或是不易吞咽的软质块状，而是将固态凝胶进一步加工制成具有一定屈服应力、粒径均一的极小颗粒，这些极小颗粒能够形成半固态的微凝胶颗粒悬浮液，能够起到顺滑性好、易于吞咽、煅炼咀嚼能力的效果。
优选的，为了形成利于吞咽的半固态，这些极小颗粒的粒径优选在2mm以下，更为优选为1mm，过大则容易在消化道残留；更佳的口感和咀嚼感受与初始复合动态黏度有关，本发明中，初始复合动态黏度优选在10，000mPas到100，000mPas，过大则流动性差，过小则代表屈服应力较小，缺乏咀嚼感；初始复合黏度的的调节可根据食品凝胶多糖加入量进行控制，优选100g热水中，冷致凝胶加入量为0.1-1g营养剂加入量优选为5-10。
制备的半固态凝胶营养载体可以单独使用，也可掺入营养剂，加入时机为：在溶胀后冷却至60℃以下(优选为50-60℃)且尚未形成固态凝胶时加入营养剂混匀，此时营养剂会被包裹在凝胶中，这种包覆可以大大降低营养剂的服用不适，提升口感，适用口感较差或有异味的营养剂；或者直接向制得的半固态凝胶营养载体中添加营养剂混匀，此时营养剂均匀会附着于半固态凝胶营养载体表面，如果选择的是口感较好的营养剂，还能进一步提升半固态凝胶营养载体的适口性。所述营养剂的成份并不特别限定，可为营养成分或口服药物成分，添加量优选为7-10g,本领域技术人员可根据需要合理选择，水剂或粉剂或悬浮液均可。
破碎时，考虑到固态凝胶相较于其它原料具有粘度高、易于附着在壁面、屈服应力较高、流动性差的特点，通常无法通过简单的粉碎机或剪切搅拌装置将凝胶粉碎成极小颗粒，更无法保证粒径的均一性，因此发明人首先采用剪切装置对固态凝胶进行预剪切破碎，静态的固态凝胶被剪切成粒径不均一凝胶大颗粒，往复泵启动后，小于单向阀直径的颗粒被吸入往复泵，通过活塞的强力挤压作用，凝胶颗粒被推送到往复泵前端，其前端锥形变径段结构使凝胶大颗粒被挤压成更小颗粒，再在持续压力下经针孔挤出形成2mm以下的细小均匀凝胶颗粒。所述压力腔中锥形变径段的存在可提高局部挤压力，有利于凝胶在通过针孔前的挤压破碎，降低后续针孔挤出的阻力。
所述剪切装置可以使用常用的、兼具搅拌和剪切功能的搅拌剪切机，原料加入后可开启低速搅拌混合，形成固态凝胶后可开启高速剪切破碎；所述挤压装置可以使用往复泵，利用活塞回收时向压力腔进料，活塞挤压时由压力腔向外出料，可实现连续生产，保证出料粒径的均一稳定。所述控温槽优选为倒三角结构，解决了凝胶在控温槽的残留，往复泵和第一单向阀及第二单向阀的设计使进入往复泵的凝胶不能反流，相比单纯的剪切搅拌生产的微凝胶颗粒，本发明装置能够实现连续自动化生产，工作效率高，凝胶粒径大小及均一可控。
进一步地，可通过控制器对各部件进行控制，按照设计流程实现连续化生产。所述控制器优选为中央控制器。
有益效果：
本发明方法简单、生产成本低、制备的半固态凝胶营养载体特别适用于吞咽障碍患者服用，易于吞咽，既避免了直接饮用水剂的呛咳，也避免了普通增稠剂的吞咽不适。所用原料为天然食品多糖，安全性好、无异味、促进病人食欲、煅炼咀嚼能力。也可作为药物服用的辅助凝胶，解决药物的适口性问题，更可根据患者需要控制药物的释放时间。本发明装置结构简单、操作简便、可实现连续化生产。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
其中，1.搅拌剪切机、2.搅拌剪切头、3.第一单向阀、4.控温槽、5.活塞、6.往复泵、7.压力腔、8.第二单向阀、9.中央控制器、10.针孔、11.锥形变径段。
图2为实施例1的营养载体在不同扫描频率下的复合动态黏度图。
图3为实施例1的营养载体不同扫描频率下的存储模量和损耗模量图。
图4为实施例1的营养载体在不同应力对应变的影响图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明装置作进一步解释说明：
参见图1，搅拌剪切机1的搅拌剪切头2位于控温槽4内，所述控温槽4的底部经第一单向阀3(所述单向阀3内径为1cm)与往复泵6的压力腔7连接，所述压力腔7的一侧设有锥形变径段11并开有至少一个针孔10，所述针孔10处设有第二单向阀8，另一侧设有与动力装置连接的活塞5，活塞5在作用力下可在压力腔7中轴向往复移动。中央控制器9分别与温控槽4、搅拌剪切机1和往复泵6连接。其中，第一单向阀3可使物料由控温槽4向压力腔7单向流通，第二单向阀8可使物料由压力腔7向针孔10外单向流通。
工作原理:
先将食品凝胶多糖和水按比例投入控温槽4内,中央控制器9根据食品凝胶多糖的种类控制控温槽4温度在75-100℃,同时控制搅拌剪切机1低速搅拌(400转/分进行搅拌)使物料充分混合并溶胀；溶胀完成后,关闭搅拌剪切机1,启动控温槽4的降温程序缓慢降温(4℃/分钟以下)至25℃-4℃，保温20分钟形成固态凝胶,营养剂可在物料降温至60-40℃区间加入混匀，此时物料尚未凝固成型，此温度下也不会破坏营养剂的营养成分。
中央控制器9控制搅拌剪切机1使剪切搅拌头2以10000转/分进行高速剪切，固态凝胶被高速剪成直径小于1cm的大颗粒；中央控制器9控制关闭搅拌剪切机1，启动往复泵6，参见图1，活塞5在动力装置的带动下向左侧移动，压力腔7中产生负压，控温槽4中的大颗粒凝胶经第一单向阀3被吸入压力腔7中，然后动力装置带动活塞5向右侧移动(针孔方向)，第一单向阀关闭3，第二单向阀开启8，大颗粒凝胶在到达锥形变径段11后被进一步挤压碎裂，在持续活塞5压力作用下，凝胶颗粒最终经第二单向阀8由针孔10中不断挤出，得到直径在2mm以下的微凝胶颗粒，在挤压过程中凝胶发生脱水，最终形成粒径均一可控的凝胶颗粒悬浮液(即制得半固态凝胶营养载体)。此时也可直接混入营养剂拌匀即可制得吞咽障碍功能食品。不同的食品凝胶多糖浓度及降温速率可以获得不同黏弹特性的微凝胶颗粒悬浮液，本领域技术人员可根据需要进行设计，这些黏弹特性的悬浮液可以为吞咽障碍患者提供良好的摄食辅助。采用中央控制器9控制可实现连续自动化生产。
采用上述装置的工艺实施例：
向水中加入食品凝胶多糖，搅拌下充分溶胀，然后冷却至室温以下形成固态凝胶。启动剪切搅拌机1以10000转/分钟持续剪切破碎0.5分钟，将固态凝胶剪切破碎形成直径小于1cm的大颗粒凝胶，启动往复泵6，往复泵6产生的负压将初步破碎的凝胶颗粒通过第一单向阀3吸入往压力腔7，然后再控制往复泵6的活塞通过正压将大颗粒凝胶向针孔10端挤出，大颗粒凝胶在前端的锥形变径段11被进一步挤压破碎，最后从针孔10中挤出，在挤压过程中凝胶发生脱水，最终形成粒径均一可控的凝胶颗粒悬浮液状的半固态凝胶营养载体，营养剂在最后加入混匀或在固态凝胶冷却过程中(50℃-60℃)加入混匀。
采用上述方法的实施例1-5的各参数见表1：
表1
通过旋转流变仪(HAAKE RS6000)对样品(实施例1)进行频率扫描及屈服应力分析。复合黏度测试的结果(附图2)表明，样品具有非牛顿流体的剪切变稀特性，复合黏度随剪切频率的上升而下降，其黏度变化同当下以黄原胶为主材的吞咽障碍功能食品具有相同的规律性。
对实施例1进行频率扫描，存储模量和损耗模量测试结果(附图3)表明，其存在较低的频率依赖性，存储模量始终大于损耗模量，是一种典型的“弱凝胶”行为。其凝胶颗粒悬浮液的特性又决定了相对黄原胶等长链大分子具有更好的顺滑性。
对实施例1的屈服应力测试表明(图4)，其具有较好的屈服值，这是其表现为弱凝胶的主要原因。为其有良好的咀嚼性提供了基础。
对比例1：将黄原胶类增稠剂某商用品按其使用说明配置成浓稠态的样品，经流变仪测量，在50S-1剪切速率下黏度为420mPas。将实施例1的样品与对比例1的样品做感官分析。共10人感官评定小组，在两个样品之中二选一，评价指标为味道、咀嚼性、爽滑感、残留程度、后味。结果如表2表明，在上述5个指标中，实施例1的产品具有较大的优势，其无异味、咀嚼性好、具有爽滑感、残留程度低，后味更容易被接受。
表2感官评定结果
Claims (12)
1.一种半固态凝胶营养载体的制备方法,其特征在于,向水中加入食品凝胶多糖混匀后75℃以上充分溶胀，然后冷却至室温以下形成固态凝胶；将固态凝胶剪切破碎形成大颗粒凝胶；所述大颗粒凝胶被不断吸入设有针孔的压力腔中挤压，使大颗粒凝胶在压力下由针孔中挤出形成粒径均匀的小颗粒，即得半固态凝胶营养载体。
2.如权利要求1所述的半固态凝胶营养载体的制备方法,其特征在于,加入营养剂，所述营养剂为水剂、粉剂或悬浮液，加入时机为：在溶胀后冷却至60℃以下且尚未形成固态凝胶时加入营养剂混匀；或者直接向制得的半固态凝胶营养载体中添加营养剂混匀。
3.如权利要求1所述的半固态凝胶营养载体的制备方法,其特征在于,100g水中，食品凝胶多糖加入量为0.1-1g。
4.如权利要求1-3任一项所述的半固态凝胶营养载体的制备方法,其特征在于，所述冷却温度为25℃-4℃。
5.如权利要求1所述的半固态凝胶营养载体的制备方法,其特征在于，直径小于1cm大颗粒凝胶被不断吸入设有针孔的压力腔中挤压，大于1cm大颗粒的凝胶继续被剪切破碎至1cm以下。
6.如权利要求1或5所述的半固态凝胶营养载体的制备方法,其特征在于，所述针孔内径在2mm以下，挤压后得到半固态凝胶营养载体直径小于2mm、初始复合动态黏度在10,000mPas-1,000,000mPas之间。
7.如权利要求1-3任一项所述的半固态凝胶营养载体的制备方法,其特征在于，所述食品凝胶多糖为琼脂、结冷胶、海藻胶或卡拉胶中的至少一种。
8.一种用于半固态凝胶营养载体制备的装置，其特征在于，
至少包括：
一个设有剪切装置的控温槽：用于在设定温度下对物料进行剪切；
一个挤压装置，所述挤压装置包括开有针孔的压力腔和挤压件，通过挤压件对压力腔内的物料进行挤压，使物料由针孔中挤出；
所述控温槽的底部与挤压装置的压力腔连通。
9.如权利要求8所述的用于半固态凝胶营养载体制备的装置，其特征在于，所述挤压装置为往复泵，所述往复泵包括压力腔和挤压件，所述挤压件为活塞，所述压力腔的一侧开有针孔，另一侧设有与动力装置连接的活塞。
10.如权利要求9所述的用于半固态凝胶营养载体制备的装置，其特征在于，所述压力腔开有针孔的一侧具锥形有变径段，沿针孔方向截面变小。
11.如权利要求8-10任一项所述的用于半固态凝胶营养载体制备的装置，其特征在于，所述控温槽的底部设有第一单向阀，所述第一单向阀直径为1cm，针孔处设有第二单向阀，所述针孔内径在2mm以下。
12.如权利要求11所述的用于半固态凝胶营养载体制备的装置，其特征在于，还包括有控制器，所述控制器分别与温控槽、剪切装置和挤压装置连接。
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