CN111902131A - 用于降低所摄取物质的生物利用度和吸收的方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于在对象中降低从食品中摄取的脂肪、碳水化合物和不期望物质中至少一种的生物利用度和吸收中至少之一的方法。本文中所述的方法包括向对象例如人对象施用足以降低所摄取的脂肪、碳水化合物和不期望物质的生物利用度和吸收中至少之一的量的纳米生物聚合物或纳米生物聚合物组合。

Description

用于降低所摄取物质的生物利用度和吸收的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年11月10日提交的美国临时申请No.62/584,504和2018年7月13日提交的美国临时申请No.62/697,827的权益，二者均通过引用并入，如同其在本文中完整地整体阐述一样。

政府支持的声明

本发明是在由国立卫生研究院(National Institutes of Health)授予的基金号U24ES026946的政府支持下完成的。政府在本发明中具有一定的权利。

背景技术

许多食物都含有纳米尺寸的颗粒，它们天然地存在于食物中、在加工过程中产生或从环境中引入。工程化的纳米材料(engineered nanomaterial，ENM)越来越多地被有意添加，以利用其独特特性来改善食品品质或安全性。然而，到目前为止，尚未探索将ENM用于食品中作为所摄取物质(包含脂肪)的生物利用度和吸收的调节剂。

发明内容

现在将详细参照所公开主题的某些实施方案。尽管将结合所列举的权利要求描述所公开的主题，但是应理解，示例的主题并不旨在将权利要求限制于所公开的主题。

本公开内容涉及用于在对象中降低从食品中摄取的脂肪(例如甘油三酯和游离脂肪酸)、碳水化合物和不期望物质中至少一种的生物利用度和吸收中至少之一的方法。对象是动物，包括但不限于：属于脊椎动物群羊膜动物的那些，其包括所有哺乳动物(包括但不限于人、非人灵长类、牛、猪、马、狗、猫、小鼠、大鼠、兔和豚鼠)；以及所有鸟类和爬行动物。该方法包括向对象经口施用足以降低所摄取的脂肪、碳水化合物和不期望物质的生物利用度和吸收中至少之一的量的纳米生物聚合物。

本文中使用的术语“不期望物质”包括但不限于葡萄糖和毒素，例如重金属和农药，尽管在一些情况下，脂肪和碳水化合物可被认为是“不期望物质”。重金属通常被定义为具有相对高的密度、原子量或原子序数的金属。重金属在地壳中相对罕见，但存在于现代生活的许多方面。重金属的一些实例包括汞(Hg)、镉(Cd)、砷(As)、铬(Cr)、铊(Tl)和铅(Pb)，所有这些都可有剧毒。

足以降低从食品中摄取的脂肪、碳水化合物和不期望物质中至少一种的生物利用度和吸收中至少之一的纳米生物聚合物的量可以是任何合适的量，例如按食品重量计少至或少于约0.01％至高达或高于约10％。例如，足以降低从食品中摄取的脂肪、碳水化合物和不期望物质中至少一种的生物利用度和吸收中至少之一的纳米生物聚合物的量可以为按食品重量计的约0.75％至约5％、约0.75％至约1.5％、约1％至约2％、约1％至约3％、约2.5％至约5％或约0.9％至约1.5％。

足以降低从食品中摄取的脂肪、碳水化合物和不期望物质中至少一种的生物利用度和吸收中至少之一的纳米生物聚合物的量可以是任何合适的量，例如这样的量，其使所摄取的脂肪、碳水化合物和不期望物质中至少一种的生物利用度和吸收中至少之一降低所摄取的脂肪、碳水化合物和不期望物质中至少一种的生物利用度和吸收中至少之一的至少约10％、至少约15％、至少约20％、至少约25％、至少约30％、至少约35％、至少约40％、至少约50％、至少约60％或更多。例如，足以降低从食品中摄取的脂肪、碳水化合物和不期望物质中至少一种的生物利用度和吸收中至少之一的纳米生物聚合物的量可以是这样的量，其足以使所摄取的脂肪、碳水化合物和不期望物质中至少一种的生物利用度和吸收中至少之一降低所摄取的脂肪、碳水化合物和不期望物质中至少一种的生物利用度和吸收中至少之一的约10％至约99％、约20％至约50％、约30％至约90％、约35％至约80％、约50％至约90％或约40％至约90％。

可通过例如以下任何机制降低所摄取的脂肪的生物利用度和吸收中至少之一：(i)如果物质例如甘油三酯、葡萄糖或毒素穿过对象的肠上皮，则降低所述物质的移动(translocation)；(ii)调节消化酶(包含蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶)的活性；(iii)另外地，抑制甘油三酯、多肽或淀粉聚合物的水解；或者机制(i)至(iii)中的两种或更多种的组合或其他机制。因此，本公开内容还涉及用于降低甘油三酯、葡萄糖或其他所摄取物质的血清水平的方法，所述方法包括：向对象施用足以降低血清甘油三酯、葡萄糖或其他所摄取物质的血清水平的量的纳米生物聚合物。

本文中使用的术语“纳米生物聚合物”通常是指由生物聚合物构成的纳米材料。纳米材料可以为纳米纤维、纳米板、纳米粒等及其组合的形式，例如通过(例如木浆的)机械研磨制备的纤维状纳米纤维素(fibrillar nanocellulose)、或通过化学手段制备的纳米晶纤维素或其组合。

当纳米材料为纳米纤维的形式时，纳米纤维可具有任何合适的长径比(例如，一个尺寸(例如宽度或长度)与另一尺寸(例如厚度或直径)的比)，例如至少约0.5、至少0.7、至少0.9、至少1或更大。例如，纳米纤维可具有大于1的长度与直径的长径比，并且直径范围为1nm直至约1000nm，直至500nm或甚至直至100nm，包括约15nm至约500nm。

“纳米板”通常是指具有一般的板形状的纳米材料，其具有两个大尺寸(长度和宽度)和一个小尺寸(厚度)。例如，纳米板可具有小于约1000nm、小于100nm或甚至小于10nm；或者约10nm直至约1000nm的厚度。

“纳米粒”通常是指任何合适的形态(包含基本上球形)的纳米材料。但是纳米粒也可具有不规则或基本上无定形的形状。在包含多个纳米粒的一些实例中，单独的纳米粒的主要部分可以是基本上球形的。例如，约80％至约100％的纳米粒可具有基本上球形的形态。

单独的纳米粒的颗粒尺寸为约20nm至约200nm、约40nm至约60nm，或者小于、等于或大于约20nm、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190或约200nm，例如直径为约或小于约1nm至约或大于约250nm。

单独的金属纳米粒的“颗粒尺寸”是指纳米粒的最大尺寸。例如，纳米粒的最大尺寸可以指纳米粒的直径、宽度或高度。在包含多个纳米粒的一些实例中，第一纳米粒可具有不同于第二纳米粒的颗粒尺寸(以最大尺寸计)的颗粒尺寸(以最大尺寸计)。

本文中考虑的纳米生物聚合物包括但不限于纤维素，包括纤维素纳米纤维和纤维素纳米晶体，其中所述纤维素具有下式：

其中n是聚合度并且表示葡萄糖基团的数目。

本文中考虑的纳米生物聚合物还包括但不限于壳聚糖、开菲尔多糖(kefiran)和豆渣(okara)。壳聚糖包含从水生有壳动物(包括蟹、龙虾和小虾(shrimp))的硬外部骨骼中获得的多糖。开菲尔多糖包含开菲尔(Kefir)中乳酸细菌分泌的胞外多糖。豆渣包含来源于豆腐/大豆加工的多糖。不希望受任何特定理论的束缚，认为这些生物聚合物中的每一种都可提供大表面积用于与以下相互作用：可溶性消化分子(例如酶、胆汁盐等)、参与消化和吸收的细胞表面生物分子、以及可导致特定目标物质的消化和吸收的调节的食物组分和毒素。由于其天然存在或由于天然产生，为其天然形式的这些生物聚合物中的每一种都可具有独特的表面化学，其可确定这些相互作用的程度和多样性并从而确定调节目标物质(例如脂肪、碳水化合物和不期望物质(例如毒素))的效力。

在一些情况下，可对纤维素纳米纤维和纤维素纳米晶体进行化学修饰，以使得纤维素纳米纤维或纤维素纳米晶体包含烷基、羧基、羧烷基和羟烷基化的纤维素中的至少一种。因此，纤维素纳米纤维和纤维素纳米晶体可包含纤维素酯和纤维素醚中的至少一种。

纤维素酯的一些实例包括衍生自有机酸的酯，例如乙酸纤维素、三乙酸纤维素、丙酸纤维素、乙酸丙酸纤维素和乙酸丁酸纤维素，其中，例如，(二)乙酸纤维素具有通式：

并且

三乙酸纤维素具有通式：

其中“Ac”表示基团OC(O)CH₃。

纤维素醚的一些实例包括：衍生自烷基卤化物(例如氯甲烷和氯乙烷)的那些，例如甲基纤维素、乙基纤维素和乙基甲基纤维素；衍生自环氧化物(例如环氧乙烷和环氧丙烷)的那些，例如羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和乙基羟乙基纤维素；以及衍生自卤代羧酸(例如氯乙酸)的那些，例如羧甲基纤维素，并且纤维素醚具有通式：

其中R是H、烷基(例如甲基或乙基)、羟烷基(例如CH₂CH₂OH)和羧烷基(例如CH₂CO₂H)。

纳米生物聚合物，例如本文中所述的多种纤维素，可具有至少约10,000、至少约20,000、至少约30,000或多至约200,000的数均分子量(Mn)。重均分子量(Mw)可以为例如至少约10,000、至少约20,000、至少约30,000或多至约200,000。分子量分布(Mw/Mn)为例如约1.1或更大、约1.4或更大或者高至约4.0。分子量可通过凝胶渗透色谱法(gel permeationchromatography，GPC)使用例如氯仿作为溶剂(基于聚苯乙烯标准样品进行校准)来测量。

本文中所述的纳米生物聚合物可在使用或不使用可药用赋形剂和载体的情况下施用。“药物赋形剂”或“可药用赋形剂”是可在其中配制本文中所述的纳米生物聚合物的载体，有时是液体。赋形剂通常不向制剂提供任何药理活性，但是其可提供化学和/或生物学稳定性和释放特征。合适的制剂的一些实例可见于例如Remington，The Science AndPractice of Pharmacy，第20版，(Gennaro，A.R.，主编)，Philadelphia College ofPharmacy and Science，2000中，其通过引用整体并入。

本文中使用的“可药用载体”或“赋形剂”包括但不限于生理学上相容的任何和所有溶剂、分散介质、包衣、抗细菌剂和抗真菌剂、等张剂和吸收延迟剂。可药用载体包括无菌水溶液或分散体以及用于临时制备无菌分散体的无菌粉末。除非任何常规介质或试剂与本文中考虑的纳米生物聚合物不相容，否则考虑其在本文中所述的组合物中的使用。

本文中考虑了经口施用形式。本文中所述的纳米生物聚合物可作为以下经口施用：胶囊剂(硬或软)、片剂(膜包衣、肠溶包衣或未经包衣)、散剂或颗粒剂(经包衣或未经包衣)或者液体剂(溶液剂或混悬剂)。制剂可方便地通过本领域公知的任何方法来制备。本文中考虑的组合物可包含一种或更多种合适的生产助剂或赋形剂，包括填充剂、黏合剂、崩解剂、润滑剂、稀释剂、流动剂、缓冲剂、润湿剂、防腐剂、着色剂、甜味剂、矫味剂和药学相容性载体。

本文中考虑的纳米生物聚合物可通过本领域已知的多种剂型施用。考虑了本领域普通技术人员已知的任何生物学上可接受的剂型及其组合。这样的剂型的一些实例包括但不限于：可咀嚼片剂、速溶片剂、泡腾片剂、可重构散剂、酏剂、液体剂、溶液剂、混悬剂、乳剂、片剂、多层片剂、双层片剂、胶囊剂、软明胶胶囊剂、硬明胶胶囊剂、囊片剂、珠剂、散剂、胶剂、颗粒剂、粒剂、微粒剂、可分散颗粒剂、扁囊剂，及其组合。

可通过混合而包含在内的其他化合物为例如医学上惰性的成分(例如，固体和液体稀释剂)，例如用于片剂或胶囊剂的乳糖、右旋糖-蔗糖、淀粉或磷酸钙，用于软胶囊剂的橄榄油或油酸乙酯，以及用于混悬剂或乳剂的水或植物油；润滑剂，例如二氧化硅、滑石、硬脂酸、硬脂酸镁或硬脂酸钙和/或聚乙二醇；胶凝剂，例如胶体黏土(colloidal clay)；增稠剂，例如西黄蓍胶或藻酸钠；黏合剂，例如淀粉、阿拉伯胶、明胶、甲基纤维素、羧甲基纤维素或聚乙烯吡咯烷酮；崩解剂，例如淀粉、藻酸、藻酸盐类或羟基乙酸淀粉钠；泡腾复合剂(effervescing mixture)；染料；甜味剂；润湿剂，例如卵磷脂、聚山梨酯或月桂基硫酸盐；及其他治疗上可接受的辅助成分，例如保湿剂、防腐剂、缓冲剂和抗氧化剂，其均是用于这样的制剂的已知添加剂。

本文中考虑的纳米生物聚合物可被并入到食品中；可与食品分开施用；或者可被并入到食品中并且与食品分开施用。例如，本文中所述的纳米生物聚合物可添加至非可食用组合物或非食用产品，例如补充剂、营养品和功能性食品(例如，声称具有超出补充营养物的基本营养功能的促进健康和/或预防疾病的特性的任何新鲜食品或加工食品)。本文中考虑的纳米生物聚合物也可添加至动物饲料和宠物食品。

例如，本文中所述的纳米生物聚合物可添加至食品，例如食物或饮料产品或制剂。食物和饮料产品或制剂的一些实例包括但不限于：用于可食用产品的包衣、糖霜(frosting)或糖皮(glaze)，或者包含在以下类别中的任何实体：汤类、干燥加工食品类、饮料类、即食餐食(Ready Meal)类、罐装或保藏食品(Canned or Preserved Food)类、冷冻加工食品类、冷藏加工食品类、零食类、烘焙食品类、糖食类、乳制品类、冰淇淋类、餐食替代品(Meal Replacement)类、面食和面条类，以及酱(Sauce)、调料(Dressing)、调味品(Condiment)类、婴儿食品类和/或涂抹酱(spread)类。

通常，汤类是指罐装/保藏、脱水、速溶、冷藏、UHT和冷冻的汤。出于该定义的目的，汤(类)意指由在液体中烹饪的肉、家禽、鱼、蔬菜、谷类、水果和其他成分制备的食物，其可包含这些成分中的一些或所有的可见块(piece)。其可以是澄清的(如肉汤(broth))或稠的(如杂烩(chowder))、滑的、浓浆(pureed)或有大块的(chunky)、即可食用的(ready toserve)、半浓缩或浓缩的，并且可以热食或冷食，作为餐食的第一道菜或作为餐食的主菜或作为餐间小吃(像饮料一样啜饮)。汤可用作用于制备其他餐食组分的成分，并且可从肉汤(清汤(consommé))到酱汁(基于奶油或奶酪的汤)。

“脱水和烹饪用的食品类”通常意指：(i)烹饪辅助产品，例如：粉末、颗粒、糊状物、浓缩液体产品，包括为压制的块、片或粉末或颗粒形式的浓缩的肉汤(bouillon)、肉汤和肉汤样产品，其作为最终产品或作为产品、酱和配方混合物中的成分单独出售(与技术无关)；(ii)餐食溶液产品，例如：脱水和冷冻干燥的汤，包括脱水汤混合物、脱水速溶汤、脱水即煮(ready to cook)汤、现成菜品(ready-made dish)、餐食和单份主餐(包括面食、马铃薯和米饭菜品)的脱水或环境制剂；以及(iii)餐食装饰产品，例如：调味品、腌料、沙拉调料、沙拉浇头(topping)、蘸料、挂面包糠(breading)、面糊混合物(batter mix)、贮存稳定的涂抹酱、烧烤酱、液体配方混合物、浓缩物、酱或酱混合物，包括沙拉的配方混合物，其作为最终产品或产品中的成分销售，无论是脱水的、液体还是冷冻的。

饮料类意指饮料、饮料混合物和浓缩物，包括但不限于碳酸饮料和非碳酸饮料、酒精性和非酒精性饮料、即饮(ready to drink)饮料、用于制备饮料的液体浓缩制剂例如苏打，以及干粉状饮料前体混合物。饮料类还包括酒精性饮料、软饮料、运动饮料、等渗饮料和热饮料。酒精性饮料包括但不限于啤酒、苹果酒(cider)/梨酒(perry)、FAB、葡萄酒和烈酒。软饮料包括但不限于碳酸饮料(carbonate)，例如可乐和非可乐碳酸饮料；水果汁，例如果汁、花蜜、果汁饮料和水果风味饮料；瓶装水，其包括气泡水、泉水和纯化水/饮用水；功能性饮料，其可以是碳酸饮料，或者仍然并且包括运动、能量或万能饮料(elixir drink)；浓缩物，例如即饮量的液体和粉末浓缩物。热饮料包括但不限于咖啡，例如新鲜(例如，冲泡的)、速溶、混合咖啡，液体、即饮型、可溶性和干咖啡饮料，咖啡饮料混合物和浓缩物(糖浆、纯的、配制的或粉末形式；“粉末形式”的实例是包含咖啡、甜味剂和增白剂(全部为粉末形式)的产品；茶，例如红茶、绿茶、白茶、乌龙茶和调味茶；以及其他热饮料，包括与乳或水混合的基于风味、麦芽或植物的粉末、颗粒、块剂或片剂。

零食类通常是指可以是非正式便餐(light informal meal)的任何食品，包括但不限于甜味及咸味的零食和零食棒(snack bar)。零食的一些实例包括但不限于水果零食、薄片食品(chip)/松脆食品(crisp)、挤压零食、玉米饼(tortilla)/玉米片、爆米花、椒盐卷饼(pretzel)、坚果和其他甜味及成味零食。零食棒的一些实例包括但不限于格兰诺拉麦片(granola)/木斯里(muesli)条、早餐棒、能量棒、水果棒和其他零食棒。

烘焙产品类通常是指制备过程涉及暴露于热或过度阳光的任何可食用产品。烘焙食品的一些实例包括但不限于：面包、小圆面包(bun)、曲奇饼(cookie)、松饼(muffin)、谷类、土司糕点、糕点、华夫饼、玉米饼、饼干(biscuit)、派、百吉饼(bagel)、果馅饼(tart)、乳蛋饼(quiche)、蛋糕、任何烘焙食品及其任意组合。

冰淇淋类通常是指包含奶油和糖以及调味剂的冷冻甜品。冰淇淋的一些实例包括但不限于：冲动购买型冰淇淋(impulse ice cream)；家庭装冰淇淋(take-home icecream)；冷冻酸奶和手工冰淇淋；基于大豆、燕麦、豆类(例如红豆和绿豆)和米的冰淇淋。

糖食类通常是指味道是甜味的可食用产品。糖食的一些实例包括但不限于糖果、明胶、巧克力糖食、糖类糖食、口香糖等以及任何组合产品。餐食替代品类通常是指旨在替代正常餐食的任何食品，特别是对于那些出于健康或健身考虑的人。餐食替代品的一些实例包括但不限于减肥产品和恢复期产品。

即食餐食类通常是指可无需大量制备或加工而用作餐食的任何食品。即食餐食包括制造商已向其添加了食谱(recipe)“技能”使得具有高的准备程度、完备性和便利性的产品。即食餐食的一些实例包括但不限于罐装/保藏、冷冻、干燥、冷藏的即食餐食；正餐混合物；冷冻披萨；冷藏披萨；以及预制沙拉(prepared salad)。

面食和面条类包括任何面食和/或面条，包括但不限于罐装、干燥和冷藏/新鲜的面食；以及普通面条、速食面条、冷藏面条、冷冻面条和零食面条。

罐装/保藏食品类包括但不限于罐装/保藏的肉和肉制品、鱼/海鲜、蔬菜、番茄、豆类、水果、即食餐食、汤、面食和其他罐装/保藏食品。

冷冻加工食品类包括但不限于冷冻加工红肉、加工家禽、加工鱼/海鲜、加工蔬菜、肉替代品、加工马铃薯、烘焙产品、甜品、即食餐食、披萨、汤、面条以及其他冷冻食品。

干燥加工食品类包括但不限于米、甜品混合物、干燥的即食餐食、脱水汤、速食汤、干燥的面食、原味面条和速食面条。

冷藏加工食品类包括但不限于冷藏加工肉、加工鱼/海鲜产品、午餐套餐(1unchkit)、鲜切水果、即食餐食、披萨、预制沙拉、汤、新鲜面食和面条。

酱、调料和调味品类包括但不限于番茄酱和泥、肉汤/浓缩固体汤料(stockcube)、药草和香料、味精(monosodium glutamate，MSG)、餐桌调味酱、基于大豆的酱、面食酱、湿/烹饪酱、干酱/粉末混合物、番茄酱、蛋黄酱、芥末、沙拉调料、醋、蘸料、腌制产品，以及其他酱、调料和调味品。

婴儿食品类包括但不限于基于乳或大豆的配方食品；以及预制的、干燥的和其他婴儿食品。

涂抹酱类包括但不限于果酱(jam)和腌制酱(preserve)、蜂蜜、巧克力涂抹酱、基于坚果的涂抹酱和基于酵母的涂抹酱。

乳制品类通常是指由哺乳动物的乳汁生产的可食用产品。乳制品的一些实例包括但不限于：饮用乳制品、奶酪、酸奶和酸乳饮料，以及其他乳制品。

如下提供可食用组合物，特别是食品和饮料产品或制剂的另外的实例。示例性的可食用组合物包括一种或更多种糖食、巧克力糖食、片剂、countline、装袋selfline/softline、盒装什锦(assortment)、标准盒装什锦、扭结包装之微型食玩(twist wrappedminiature)、季节性巧克力、带玩具的巧克力、美洲夹心饼(alfajore)、其他巧克力糖食、薄荷糖、标准薄荷糖、强力薄荷糖(power mint)、硬糖果(boiled sweet)、软果糕、口香糖、果冻及求斯糖、太妃糖、焦糖及牛轧糖、药制糖食、棒棒糖、甘草、其他糖类糖食、口香糖、橡皮糖、糖化口香糖、无糖口香糖、功能型口香糖、泡泡糖、面包、包装/工业面包、散装/手工面包、糕点、蛋糕、包装/工业蛋糕、散装/手工蛋糕、曲奇饼、巧克力涂层饼干、夹心饼干、注心饼干(filled biscuit)、咸味饼干及梳打饼、面包替代品、早餐谷类食品、即食谷类食品(rte cereal)、家庭早餐谷类食品、薄片状食品(flake)、木斯里、其他谷类食品、儿童早餐谷类食品、热谷类食品、冰淇淋、冲动购买型冰淇淋、单份乳制冰淇淋、单份水冰淇淋、多包装乳制冰淇淋、多包装水冰淇淋、家庭装冰淇淋、家庭装乳制冰淇淋、冰淇淋甜品、散装冰淇淋(bulk ice cream)、家庭装水冰淇淋、冷冻酸奶、手工冰淇淋、乳制品、乳、新鲜/巴氏杀菌乳、全脂新鲜/巴氏杀菌乳、半脱脂新鲜/巴氏杀菌乳、长保存期/uht乳、全脂长保存期/uht乳、半脱脂长保存期/uht乳、无脂肪长保存期/uht乳、山羊乳、炼乳/淡炼乳、原味炼乳/淡炼乳、调味、功能型及其他炼乳、调味乳饮料、仅乳制调味乳饮料、含水果汁的调味乳饮料、豆乳、酸乳饮料、发酵乳制饮料、咖啡增白剂(例如，用于咖啡饮料的基于乳制品和非乳制品的奶精或增白剂)、乳粉、调味乳粉饮料、奶油、奶酪、加工奶酪、可涂抹加工奶酪、不可涂抹加工奶酪、未经加工奶酪、可涂抹的未经加工奶酪、硬质奶酪、包装硬质奶酪、散装硬质奶酪、酸奶、原味/天然酸奶、调味酸奶、加水果的酸奶、益生菌酸奶、饮用酸奶、普通饮用酸奶、益生菌饮用酸奶、冷藏及贮存稳定甜品、基于乳制品的甜品、基于大豆的甜品、冷藏零食、清爽干酪及凝乳(fromage frais and quark)、原味清爽干酪及凝乳、调味清爽干酪及凝乳、咸味清爽干酪及凝乳、甜味及咸味零食、水果零食、薄片食品/松脆食品、挤压零食、玉米饼/玉米片、爆米花、椒盐卷饼、坚果、其他甜味及咸味零食、零食棒、格兰诺拉麦片棒、早餐棒、能量棒、水果棒、其他零食棒、餐食替代产品、减肥产品、恢复期饮料、即食餐食、罐装即食餐食、冷冻即食餐食、干燥即食餐食、冷藏即食餐食、正餐混合物、冷冻披萨、冷藏披萨、汤、罐装汤、脱水汤、速溶汤、冷藏汤、热汤、冷冻汤、面食、罐装面食、干燥面食、冷藏/新鲜面食、面条、原味面条、速食面条、杯装/碗装速食面条、袋装速食面条、冷藏面条、零食面条、罐装食品、罐装肉及肉制品、罐装鱼/海鲜、罐装蔬菜、罐装番茄、罐装豆类、罐装水果、罐装即食餐食、罐装汤、罐装面食、其他罐装食品、冷冻食品、冷冻加工红肉、冷冻加工家禽、冷冻加工鱼/海鲜、冷冻加工蔬菜、冷冻肉替代品、冷冻马铃薯、烘箱烘焙马铃薯片、其他烘箱烘焙马铃薯产品、非烘箱冷冻马铃薯、冷冻烘焙产品、冷冻甜品、冷冻即食餐食、冷冻披萨、冷冻汤、冷冻面条、其他冷冻食品、干燥食品、甜品混合物、干燥即食餐食、脱水汤、速溶汤、干燥面食、原味面条、速食面条、杯装/碗装速食面条、袋装速食面条、冷藏食品、冷藏加工肉类、冷藏鱼/海鲜产品、冷藏加工鱼、冷藏涂覆鱼(chilled coated fish)、冷藏熏鱼、冷藏午餐套餐、冷藏即食餐食、冷藏披萨、冷藏汤、冷藏/新鲜面食、冷藏面条、油及脂肪、橄榄油、植物油及籽油、烹调用脂肪、黄油、人造黄油(margarine)、可涂抹油及脂肪、功能性可涂抹油及脂肪、酱、调料及调味品、番茄酱和泥、肉汤/浓缩固体汤料、浓缩固体汤料、肉汁颗粒、液体汤料及汤头(fond)、药草和香料、发酵酱、基于大豆的酱、面食酱、湿酱、干酱/粉末混合物、番茄酱、蛋黄酱、普通蛋黄酱、芥末、沙拉调料、普通沙拉调料、低脂沙拉调料、醋、蘸料、腌制产品、其他酱、调料及调味品、婴儿食品、配方乳、标准配方乳、后续配方乳(follow-onmilkformula)、幼童配方乳、低变应原配方乳、预制婴儿食品、干燥婴儿食品、其他婴儿食品、涂抹酱、果酱和腌制酱、蜂蜜、巧克力涂抹酱、基于坚果的涂抹酱及基于酵母的涂抹酱。可食用组合物的一些实例还包括糖食、烘焙产品、冰淇淋、乳制品、甜味及咸味零食、零食棒、餐食替代产品、即食餐食、汤、面食、面条、罐装食品、冷冻食品、干燥食品、冷藏食品、油及脂肪、婴儿食品或涂抹酱或其混合物。可食用组合物的一些实例还包括早餐谷类食品、甜味饮料或用于制备饮料的固体或液体浓缩物组合物。可食用组合物的一些实例还包括咖啡风味食品(例如咖啡风味冰淇淋)。

以范围形式表示的值应该以灵活的方式解释，以不仅包含明确列举作为范围的限制的数值，而且还包含涵盖在该范围内的所有单独的数值或子范围，如同每个数值和子范围都被明确列举出来一样。例如，“约0.1％至约5％”或“约0.1％至5％”的范围应解释为不仅包括约0.1％至约5％，还包括单独的值(例如，1％、2％、3％和4％)和指定范围内的子范围(例如，0.1％至0.5％、1.1％至2.2％、3.3％至4.4％)。除非另有说明，否则“约X至Y”的表述与“约X至约Y”具有相同的含义。同样，除非另有说明，否则“约X、Y或约Z”的表述与“约X、约Y或约Z”具有相同的含义。

在本文件中，除非上下文另有明确规定，否则没有数量词修饰的名词表示一个/种或更多个/种。除非另有说明，否则术语“或/或者”用于指非排他性的“或/或者”。此外，应理解，本文中所用并且未以其他方式限定的措词或术语是用于仅描述而非限制的目的。章节标题的任何使用旨在帮助阅读文件而不应被解释为限制。此外，与章节标题相关的信息可在该特定章节之内或之外出现。此外，本文件中提及的所有出版物、专利和专利文献均通过引用整体并入本文，如同通过引用单独并入一样。如果本文件与通过引用并入的那些文件之间的用法不一致，则所并入的参考文献中的用法应被视为对本文件的用法的补充，对于不可调和的不一致性，以本文件中的用法为准。

在本文中所述的方法中，除当时间或操作顺序被明确记载时之外，否则步骤可在不脱离本发明原理的情况下以任意顺序进行。此外，特定步骤可同时进行，除非明确的权利要求语言记载其是分开进行的。例如，要求保护的进行X的步骤和要求保护的进行Y的步骤可在单个操作中同时实施，并且所得的方法将落入所要求保护方法的文字范围内。

本文中使用的术语“约”可允许值或范围有一定程度的可变性，例如，在指定的值或指定的范围界限的10％内、5％内或1％内。

已经使用的术语和表达作为描述而非限制的术语使用，并且使用这样的术语和表达不旨在排除所示出和所描述的特征的任何等同形式或其部分，而是应认识到，在本公开内容的实施方案的范围内可以进行多种修改。因此，应理解，尽管已经通过一些具体实施方案和任选的特征具体公开了本公开内容，但是本领域普通技术人员可以对本文中公开的概念进行修改和变化，并且这样的修改和变化被认为是在本公开内容的实施方案的范围内。

现在参考以下实施例描述本发明。因此，提供以下工作实施例出于仅举例说明的目的，并且具体指出本发明的某些实施方案，并且不应被解释为以任何方式限制本公开内容的其余部分。因此，实施例应被解释为涵盖由于本文中提供的教导而变得明显的任何和所有变化。

实施例

通过参考以举例说明的方式提供的以下实施例可更好地理解本发明。本发明不限于本文中给出的实施例。

材料和方法

所使用的纳米尺寸纤维素材料包含两种尺寸的纤维状纳米纤维素(CNF 50nm和CNF 80nm)和纤维素纳米晶体(CNC 25nm)。作为对照/比较纤维，由相同的纤维，小麦糊精纤维和车前子(psyllium)壳纤维合成的微米尺度纤维素(micron-scale cellulose，CMF)也包括在该研究中。

食物模型的准备和与测试纤维的组合。

浓厚奶油(heavy cream)、蛋黄酱和椰子油是从超市购买的。玉米油是从Sigma，Inc购买的。将这些上述脂肪食物模型与纳米纤维素或其他对照纤维(包括车前子壳(Sigma)和小麦糊精(Sigma)或脂肪酶抑制剂奥利司他(orlistat)(Sigma))组合。为了将测试材料与奶油组合，将水、奶油和测试材料组合以达到各自的期望终浓度，并将混合物涡旋30秒。

为了将测试纤维与玉米油组合，首先将油和水组分组合并在高速下均浆1分钟。然后将纤维或奥利司他添加至乳液，并将混合物涡旋30秒。

体外消化。

使用3阶段(口腔、胃、小肠)方法进行体内模拟消化。简而言之，在胃肠道(gastrointestinal tract，GIT)模拟器的口腔阶段中，将实现纳米功能(nano-enabled)的食物与模拟唾液流体混合，并在37℃下孵育10秒。然后将所得口腔消化物合并并且与模拟胃流体一起孵育，并在定轨振荡器上于37℃下孵育2小时以完成胃阶段。对于小肠阶段，将胃消化物与模拟肠流体的胆汁盐和蛋白质组合，并在7.0的恒定pH下孵育。使用pH Stat装置维持7.0的恒定pH，并追踪作为时间的函数添加的NaOH滴定剂的量。使用荧光测定试剂盒(Cayman Chemical Cat#700310)测量肠阶段开始时(添加脂肪酶之前)和最终消化物中的游离脂肪酸(Free fatty acid，FFA)。

体外生物动力学。

使用生长在transwell插入物上的小肠上皮的三培养模型评估甘油三酯(triglyceride，TG)和FFA的生物动力学。先前已详细描述了用于生成三培养模型的开发和方法。Caco-2、HT-29MTX和Raji B细胞获自Sigma，Inc。将Caco-2和HT29-MTX细胞在补充有10％热灭活胎牛血清(fetal bovine serum，FBS)、10mM HEPES缓冲液、100IU/ml青霉素、100μg/ml链霉素和非必需氨基酸(100X溶液的1/100稀释液，ThermoFisher)的高葡萄糖DMEM中培养。将Raji B细胞在补充有10％FBS、10mM HEPES缓冲液、100IU/ml青霉素和100μg/ml链霉素的RPMI 1640培养基中培养。将Caco-2和HT-29MTX细胞胰蛋白酶化并以3×10⁵个细胞/cm³重悬于DMEM培养基中，并以3∶1(Caco-2：HT29-MTX)的比例组合。将1.5ml的细胞混合物接种在顶室中，并将2.5ml的完全DMEM培养基添加至6孔transwell板(Corning)的基底外侧室。四天之后更换培养基，并随后每隔一天更换，直到第15天。在第15天和第16天时，用在1∶1DMEM：RPMI完全培养基中的浓度为1×10⁶个细胞/ml的2.5ml Raji B细胞悬液替换基底外侧室中的培养基。在第17天时进行生物动力学实验。

将来自模拟消化的最终消化物与DMEM培养基以1∶3的比例组合，并将1.5ml的混合物施加于三培养细胞的顶表面。在添加消化混合物之后2和6小时，使用荧光测定试剂盒(Cayman Chemical Cat#700310)测量基底外侧流体中的FFA，并使用比色测定试剂盒(Cayman Chemical，Cat#10010303)测量TG。在添加消化物之前，以及在2和6小时时，使用具有筷子电极组(Chopstick Electrode Set)的EVOM2上皮伏/欧姆表(World PrecisionInstruments)测量跨上皮电阻(Transepithelial electrical resistance，TEER)，以确保在整个实验中维持完整的单层。

使用大鼠模型的CNF对脂肪吸收的影响的体内评价。

在该研究中使用的方案经哈佛医学领域动物护理和使用委员会(HarvardMedical Area Animal Care and Use Committee)批准。雄性Wistar Han大鼠(12周龄)获自Charles River Laboratories(Wilmington，MA)，并饲养在哈佛比较医学中心(HarvardCenter for Comparative Medicine)处的受控的温度、湿度和光照条件下的标准微隔离笼中。给它们饲喂商业食物(commercial chow)(PicoLab Rodent Diet 5053，Framingham，MA)，并不限量提供反渗透纯化水。在实验开始之前，使动物在设施中适应7天。

在实验之前将大鼠禁食24小时。每只大鼠用异氟烷(Piramal Healthcare，Bethlehem，PA)麻醉并称重。使用具有2.25mm球尖的4英寸、19G灌胃针(gavage needle)，将奶油或将奶油与CNF测试混悬液一起经食管递送至胃(n＝5只大鼠/组)。体积剂量为10ml/kg。在灌胃之前以及灌胃之后1、2和4小时，通过尾静脉收集静脉血液样品(100μL)。使血液样品凝结，然后通过以5000×g离心10分钟分离血清。使用比色测定试剂盒(CaymanChemical，Cat#10010303)测量血清甘油三酯。

DMD模拟

DMD是分子动力学(molecular dynamic，MD)的子类，其仅在原子参与碰撞时，采用包括以下的计算效率的数种改进：隐式溶剂模型、离散势函数和原子弹道方程的重新计算。¹这些特征产生计算速度和效率的显著提高，从而允许在更长的时间标度内模拟更大的分子系统。原子间势包括静电、范德瓦尔斯(van der waals，VDW)、氢键和溶剂化相互作用。德拜-休克尔近似(Debye-Hückel approximation)用于模拟静电筛选，其德拜长度为

，对应于溶液离子强度为约100mM×e²。使用Lazaridis-Karplus EEF1(有效能函数1)模型计算了这些隐式溶剂模拟中的溶剂化能。²

用MedusaScore力场在全原子DMD模拟中对系统进行建模，³该力场先前对一大组配体进行了参数化，并可以转移至不同的分子系统。MedusaScore的预测能力已在多种基准研究中得到验证，所述研究包括最近的CSAR(社区结构活性资源)盲配体-受体对接预测练习^4-5，其中MedusaScore的性能是预测近乎天然的配体结合姿势和结合亲和力的最佳方法之一。

在周期性边界条件的情况下在

尺寸的模拟盒中进行模拟。除非另有说明，否则每次模拟的温度均为0.603kcal/(mol·k_B)，其约相当于37℃。使用安德森(Anderson)恒温器维持恒温⁶。初始化之后，进行能量最小化，持续1000个时间步，每个时间步为约500ps。随后运行了生产模拟，持续500,000个时间步(约25ns)。然后在整个模拟过程中提取时间依赖性数据，用于估计模拟成分之间的结合能(ΔE)和原子接触的数目。当两个原子在彼此的

之内时，该两个原子被定义为接触。所有模拟都是在杜克大学容纳的杜克计算集群(Duke Compute Cluster)上进行的。每个模拟都在单个CPU核上进行，并且完成时间为3至130小时。

人胰脂肪酶的初始结构获自蛋白质数据库(Protein Data Bank，PDB，条目leth)⁷。所有其他分子均使用Avogadro分子构建器(v 1.1.1)构建，⁸并且包含所有重原子和氢。对于具有潜在带电部分的那些种类，假定pH为7.4，并将钠离子并入到模拟中以使系统净电荷平衡。通过首先在3×3网格中模拟9个棕榈酸甘油三酯(分子最初彼此不接触)，并使胶束自组装超过300,000个时间步来预先形成甘油三酯胶束，然后将其引入到模拟系统中。该胶束随后用于所有合适的模拟中，并且所有甘油三酯分子被允许自由且独立地移动。

为了估计结合能，通过计算组分彼此远离时的所有时间点的平均值和标准偏差值来获得未结合系统的势能(E)。当原子间接触的值不为零时，两个分子被认为是结合的。在所有这样的时间点期间，再次计算束缚态势能的平均值和标准偏差。然后将这两个平均值用于计算结合的ΔE。

纤维素纳米纤维形成

模型纤维素纳米纤维是由9种相同的纤维素聚合物的组形成。每种聚合物由40个重复的葡萄糖单元构建。由于纤维素纤维主要是通过氢键网络构建的，因此通过执行一系列温度循环模拟可使这样的网络进行自组装。首先在平行的3×3网格中对九种相同的聚合物进行初始化，并在0.1kcal/(mol·k_B)的温度下进行500,000个时间步模拟。这种低温允许在所有9种聚合物中形成初始氢键组。随后进行另外的模拟持续300,000个时间步，其中每个模拟将温度升高0.15kcal/(mol·k_B)，直到达到0.55kcal/(mol·k_B)的温度，之后以相同的方式降低温度。该循环重复了完整的三次。缓慢地升高温度以破坏初始氢键的一些部分，并随后再次降低温度以允许新的键网络形成。每个循环导致更完整的网络和更低的净系统势能。有效地，温度循环使得纤维系统达到局部能量最小值，并且升高温度迫使系统脱离该局部最小值。重复的循环导致系统对许多可能的配置进行采样，直到找到系统的最低可能能量为止。该过程在三个循环之后终止，因为进一步的温度循环仅提供净系统势能的名义上的降低。结果是自组装的纤维素纳米纤维长19nm、高约4.5nm并且宽3.5nm，具有稳健的氢键网络。在随后的模拟中，纤维保持静态以保持这种自组装状态，因为假定了长得多的纤维在溶液中比该短片段更难破裂。

概述

本文中描述了这样的实例：其中将纳米生物聚合物，特别是纳米纤维素(nanocellulose，NC)添加至脂肪食物以观察纳米生物聚合物对尤其是胰脂肪酶活性的作用，从而显著降低所摄取脂肪的生物利用度和吸收。在使用pH Stat装置以维持7.0的pH的体外模拟小肠消化实验中最初观察到纳米生物聚合物降低脂肪酶对甘油三酯(TG)的作用的能力。在该方法中，根据需要通过添加NaOH滴定剂将pH维持在7.0的恒定值。通过胰脂肪酶，通过来自甘油三酯的脂肪酸的水解使pH降低。因此，维持7.0的pH所需的滴定剂的量可用于确定TG水解的程度和所释放的游离脂肪酸(FFA)的量。在脂肪食物模型(例如浓厚奶油)消化期间，当食物中包含纳米纤维素时，观察到所使用的NaOH滴定剂显著降低。另外，使用荧光测定在消化结束时测得的FFA显著降低。此外，当将所得消化物施加于肠上皮的体外三培养模型的顶表面时，FFA和TG二者的移动均显著降低，从而证实了来自消化实验的数据。最后，在用大鼠进行的体内实验中，观察到当餐食中包含NC时，在单次灌胃浓厚奶油餐食之后1小时，血清TG显著降低，这进一步证实了NC抑制脂肪吸收的能力。

总的来说，因为用作食品添加剂或用作与脂肪餐食一起服用的独立补充剂的潜力，本研究中开发并使用的自然来源的NC提供了安全且有效的措施来降低从餐食中吸收的脂肪，这可帮助减肥并改善健康。

实施例1

为了评估NC和用作对照/比较材料的其他纤维类型对脂肪酶活性(FFA释放以及因此的脂肪生物利用度)的作用，使用三阶段模拟消化方法对具有或不具有0.75％w/w的纤维(或4.8mg/ml的阳性对照脂肪酶抑制剂奥利司他)的最终脂肪浓度为13.3％的高脂肪食物模型(浓厚奶油)进行处理。就在小肠阶段期间如通过pH-stat滴定确定的所释放的脂肪酸而言，脂肪酶抑制剂奥利司他(4.8mg/ml)几乎完全消除了脂肪酶活性(降低91.5％，p＜0.0001)，如由所使用的NaOH滴定剂和在消化过程中所释放的总游离脂肪酸的百分比所指示的。三种纳米尺度NC材料，CNC、80nm CNF和50nm CNF，也导致所使用的NaOH和所释放的总脂肪酸百分比相当大和显著的降低。在这些材料中，在50nm CNF的情况下观察到最强的作用，其与对照相比使脂肪酸水解降低了48.4％(p＜0.0001)，但在以下情况下也观察到了相当大和显著的作用：80nm CNF(降低40.6％，p＜0.0001)和CNC(降低34.4％，p＜0.0001)。相反，微米尺度纤维素导致FFA水解明显且显著的提高(提高38.4％，p＜0.0001)。葡聚糖纤维还导致FFA水解适度但显著的提高(15.8％，p＜0.05)，并且车前子壳纤维没有显著作用。这些发现表明甘油三酯消化的干扰是纳米尺度纤维素材料特有的。

在具有和不具有50nm CNF的消化物上进行FFA的直接荧光测定以证实不太直接的pH Stat消化结果。通过这种方法，在小肠消化阶段开始时(在添加脂肪酶之前)存在少量FFA，具有50nm CNF(817μM)和不具有CNF(758μM)的消化物中FFA浓度之间没有显著性差异。添加脂肪酶并随后消化两个小时之后，不含CNF的消化物中FFA提高至20,567μM的平均值，并且在含有50nm CNF的消化物中提高至8,954μM，这意味着平均降低56％，这与pH stat结果一致。尽管由于实验之间最终FFA的差异，这些结果没有达到统计学显著性，但在所有单独实验中均观察到了明显降低(51％、23％和69％)。

为了评估食物模型和/或脂肪类型的作用，在具有和不具有0.75％w/w50nm CNF的情况下，用数种不同的食物模型(浓厚奶油、蛋黄酱、椰子油和玉米油，初始总脂肪全部为13.3％)进行了模拟消化。用浓厚奶油食物模型观察到最强的体外作用(降低50％，p＜0.0001)。对于以下观察到较小的作用：蛋黄酱(降低19％，p＜0.001)、玉米油乳剂(降低12.8％，p＜0.05)和椰子油乳剂(降低11.2％，p＞0.05)。这些结果表明，食物模型的脂肪类型或其他组分部分地决定了CNF对脂肪消化的干扰程度。但是，脂肪酸饱和程度显示出不是主要因素，因为在测试的食物模型中，饱和脂肪酸的最高分数发生在浓厚奶油(65％)和椰子油(90％)中，对于它们CNF分别具有最大和最小的作用，而蛋黄酱和玉米油主要包含不饱和脂肪。

实施例2

为了测试在用CNF消化期间观察到的TG消化和FFA释放的降低是否会影响TG和FFA跨上皮的运动(脂肪吸收)，将来自浓厚奶油模拟消化的消化物施加于三培养小肠上皮模型的顶室，并在2小时和6小时时测量了基底外侧室中的TG和FFA浓度。由于存在CNF，在2和6小时时，基底外侧室中的FFA浓度均降低了＞50％(在2小时时p＜.05)。同样地，在2和6小时二者时，基底外侧室中的TG浓度降低了30％(在2小时时p＜0.05)。

实施例3

为了确认胃肠道(GIT)模拟实验和上述肠上皮细胞数据并评估在动物模型中纳米纤维素是否会影响高脂肪餐食的脂肪吸收，给大鼠灌胃3mL具有或不具有1％50nm CNF的浓厚奶油，并在灌胃之后0、1、2和4小时时进行抽血用于TG分析。在灌胃之前(0小时)，两组大鼠中的平均血清TG均相同。在灌胃之后一小时，平均而言，在接受了CNF以及浓厚奶油灌胃的大鼠中血清甘油三酯浓度低30％。在灌胃之后两小时，在接受了CNF的动物中血清TG低15％。在灌胃之后4小时，各组之间的平均TG水平再次相同。在1和2小时时，各组之间的TG差异与体外消化和生物动力学结果一致。

实施例4

为了提供对所观察到的纳米尺度现象的机械学见解，进行了分子动力学(molecular dynamic，MD)以评估某些生物分子与纳米纤维素纤维的结合动力学。由三个温度循环组成的模拟产生了自组装的纤维素纳米纤维。该纤维为约19nm长、4.5nm高以及3.5nm宽。这些尺寸确保了纤维比单独的脂肪酸和甘油三酯以及甘油三酯胶束(直径3.0nm)长得多。该纤维也显著长于胰脂肪酶的最长轴(约10nm)。

进行MD模拟以检查纤维素纳米纤维与棕榈酸、棕榈酸甘油三酯和人胰脂肪酶之间的相互作用。产生的结合能在表1中示出。

表1

棕榈酸模拟包括3种游离脂肪酸以匹配甘油三酯模拟的脂肪酸含量，并且甘油三酯模拟由单分子模拟和胶束模拟二者组成。

棕榈酸与纤维素纳米纤维弱地相互作用，其中结合能为-2.2±2.3kcal/mol。因为由于热波动该结合能的量值小于能量标准偏差，因此除了相互作用的高瞬态性质之外，还认为游离棕榈酸与纤维素纳米纤维不结合。然而，棕榈酸甘油三酯表现出与纤维素纳米纤维的统计学上显著的(-4.4±2.5kcal/mol)结合能。该相互作用与棕榈酸-纤维素纳米纤维相互作用相比，明显更频繁且长期存在。棕榈酸甘油三酯胶束进而表现出与纤维素纳米纤维的最强相互作用。这些相互作用是长期存在的，因为在与纤维表面快速接触之后，它们在模拟持续期间未离开表面。该相互作用也很强，其中结合能为-14.8±2.2kcal/mol，显著高于前两个种类中的任一种。

由于其大的尺寸和多样性的残基，胰脂肪酶与纤维素纳米纤维之间的相互作用比与脂肪酸的显著更复杂。尽管系统能量与原子间接触数目之间存在一些明显的相关性，但游离酶系统中也存在显著的能量波动。这是由于热波动导致酶的三级和二级结构的变化。这些波动导致酶-纳米纤维结合能的大的标准偏差。然而，在检查与净系统能量降低相关的那些结合事件时，得出的结论是，胰脂肪酶以-55±41kcal/mol的结合能与纤维素纳米纤维结合。这种相互作用主要通过与有限数目的更具体的配体-纤维素和VDW相互作用组合的短期存在的氢结合来驱动。因此，尽管酶-纳米纤维相互作用的结合能的量值最大，但在相同的模拟温度下，这些相互作用的短期存在性与系统的大的热波动相关，使我们得出结论：纤维素纳米纤维-胶束相互作用是测试种类中最显著的。

尽管纤维素纳米纤维与胰脂肪酶之间只有适度的结合，但是酶的结构存在明显变化。

多个体外和体内研究表明，向高脂肪餐食添加纳米纤维素通过阻碍甘油三酯消化降低脂肪生物利用度和吸收。这种作用是纳米特有的，因为其在使用来源于相同初始纤维的微米尺度纤维素时不会存在。此外，在商业微米尺度纤维小麦糊精和车前子壳的情况下未观察到作用。在50nm CNF的情况下该作用最明显(降低48.4％)，而在80nm CNF和CNC的情况下则不太明显。

尽管不希望受到任何特定理论的束缚，但认为这种作用存在许多潜在的机制。例如，CNF可与脂质结合或将其隔离(sequester)，包被脂滴，在脂滴周围形成水凝胶，或使脂滴絮凝，从而降低胆汁盐或脂肪酶与甘油三酯的接近。或者，CNF可与脂肪酶结合并改变其活性或可用性，或者与胆汁酸结合或将其隔离。最后，CNF可提高食品的黏度，从而阻碍消化组分的扩散。上面示出的分子动力学研究的结果表明，TG或TG胶束与NC纤维之间存在相互作用，纳米纤维素与脂肪酶或胆汁酸之间的相互作用很小或仅微弱，但脂肪酶的三级结构发生了变化。这些发现表明，该机制可涉及通过NC来隔离或包被TG，或改变脂肪酶活性。但是，需要进一步的研究来确定所涉及的具体机制。

还观察到，纳米纤维素对脂肪消化的作用取决于食物模型或脂肪类型，其中最突出的是浓厚奶油(乳脂肪)，其中脂肪消化和生物利用度降低了48％，并且在蛋黄酱、玉米油和椰子油乳剂的情况下不那么明显(分别降低19％、12％和11％)。不同食物模型的效果之间存在差异的原因可与食物模型的其他组分或脂肪类型的差异相关。但是，脂肪酸饱和程度显示出没有影响，因为椰子油和乳脂肪二者具有比玉米油或蛋黄酱更高的饱和脂肪酸百分比，但在存在纳米纤维素的情况下具有最低(椰子油)和最高(奶油/乳脂肪)的FFA水解降低。乳脂肪的独特结构可部分地归因于这种食物模型的更大效果。未均质的乳脂肪由在被乳腺排泄期间获得的脂质双层包被的TG小球组成。均质之后(如本研究中所使用的样品一样)，脂质双层被破坏，并且小球部分地被酪蛋白胶束包被。纳米纤维素与乳脂肪脂质双层或酪蛋白胶束的剩余物之间的相互作用可增强纳米纤维素对脂肪的隔离，或本文中提及的其他可能机制之一。

实施例5

食物中的淀粉作为小颗粒(直径为数微米)存在，这些小颗粒由包含葡萄糖聚合物的多个同心交替的结晶和无定形层构成。淀粉的葡萄糖聚合物包含直链淀粉(通过α1-4键连接的线性聚合物)和支链淀粉(包含α1-4和α1-6键联二者的支链聚合物)。淀粉不能直接从GIT吸收。仅葡萄糖单体(和其他糖单体)可以直接吸收。因此，为了使淀粉(葡萄糖)的热含量可用于吸收，必须首先将淀粉颗粒中包含的直链淀粉和支链淀粉聚合物分解为单独的葡萄糖分子。这是通过外部加工(烹饪)、机械作用(咀嚼)和酶消化的组合来实现的。烹饪使得淀粉颗粒被水膨胀并破坏其晶体结构。该过程称为糊化，这对于允许其在口腔和小肠中消化开始的酶(α-淀粉酶)接近直链淀粉和支链淀粉聚合物是必需的。在没有先前烹饪和糊化的情况下，淀粉的消化以大大降低的速率发生，并且可能不完全。α-淀粉酶在淀粉酶和支链淀粉中切割α1-4键以释放葡萄糖二聚体(麦芽糖)、三聚体(麦芽三糖)和其他小的葡萄糖寡聚体。麦芽糖和小的线性葡萄糖寡聚体随后被肠衬细胞(肠上皮细胞)的绒毛(刷状边界)表面上的麦芽糖酶-葡糖淀粉酶酶系统完全消化成葡萄糖。支链寡聚体(包含未被α-淀粉酶切割的α1-6键)被称为蔗糖酶-异麦芽糖酶的另一种刷状边界酶系统消化为葡萄糖单体。作为所有上述酶的组合作用的结果而产生的游离葡萄糖单体随后通过肠上皮细胞表面上的钠葡萄糖连接的转运蛋白(sodium glucose linked transporter，SGLT)转运到肠上皮细胞中。SGLT是由肠腔与细胞质之间的钠梯度驱动的协同转运蛋白，并且其每转运两个钠离子就会将一个葡萄糖分子移动到细胞中。一旦葡萄糖通过细胞的腔或顶表面被如此运输，其然后通过GLUT2转运蛋白从相对(基底外侧)侧被转运出细胞，至黏膜下空间，葡萄糖从此处进入毛细血管并到达血流。

尽管不希望受到任何特定理论的束缚，但认为本文中所公开的纳米纤维素和其他生物聚合物可以以多种方式干扰本文中所述的复杂过程。首先，它可与糊化的淀粉颗粒结合，以防止α-淀粉酶与颗粒表面的支链淀粉和直链淀粉接近。在未经烹饪淀粉的情况下，纳米纤维素还可通过防止GIT内的糊化或再次通过阻止淀粉酶与有限量的潜在可接近的直链淀粉和支链淀粉接近来提高消化的难度。纳米纤维素还可与α-淀粉酶相互作用以改变其活性，这可以以多种方式发生，包括在纳米纤维素的网或水凝胶内酶的隔离，与活性酶位点结合和阻断，或在活性位点之外以改变3D构象并因此改变活性位点的活性的方式结合。纳米纤维素还可与覆盖肠上皮细胞的黏膜层结合，潜在地提高其黏度，或以其他方式降低麦芽糖和α-淀粉酶消化的其他葡萄糖寡聚产物与麦芽糖酶-葡糖淀粉酶和/或蔗糖酶-异麦芽糖酶系统的接近。另外，纳米纤维素可与麦芽糖酶-葡糖淀粉酶或蔗糖酶-异麦芽糖酶结合并改变其活性。最后，纳米纤维素可与SGLT转运蛋白结合并改变其活性。通过这些机制中的任何一种或组合，或通过其他未知机制，在高淀粉餐食之前或与其一起的纳米纤维素的摄取可降低淀粉对葡萄糖的消化和/或所产生的葡萄糖的吸收，并因此降低由淀粉餐食产生的热量负荷和血糖负荷。

Claims (20)

1.用于在对象中降低从食品中摄取的脂肪、碳水化合物和不期望物质中至少一种的生物利用度和吸收中至少之一的方法，所述方法包括：

向对象施用足以降低所摄取的脂肪、碳水化合物和不期望物质的生物利用度和吸收中至少之一的量的纳米生物聚合物或纳米生物聚合物组合。

2.权利要求1所述的方法，其中所述不期望物质是葡萄糖、重金属和农药中的至少一种。

3.权利要求1所述的方法，其中所述纳米生物聚合物是未经化学修饰的纳米生物聚合物。

4.权利要求1所述的方法，其中所述纳米生物聚合物选自纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶体、壳聚糖、开菲尔多糖和豆渣。

5.权利要求1所述的方法，其中所述纳米生物聚合物是纤维素纳米纤维或纤维素纳米晶体。

6.权利要求5所述的方法，其中所述纤维素纳米纤维或纤维素纳米晶体包含烷基、羧基、羧烷基和羟烷基化的纤维素中的至少一种。

7.权利要求6所述的方法，其中所述纤维素纳米纤维或纤维素纳米晶体包含甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、乙酸纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和乙基甲基纤维素中的至少一种。

8.权利要求1所述的方法，其中所述纳米生物聚合物被并入到食品中；与食品分开施用；或者被并入到食品中并且与食品分开施用。

9.权利要求1所述的方法，其中足以降低从食品中摄取的脂肪、碳水化合物和不期望物质中至少一种的生物利用度和吸收中至少之一的纳米生物聚合物的量为按所述食品重量计的约0.75％至约1.5％。

10.权利要求1所述的方法，其中所摄取的脂肪、碳水化合物和不期望物质中至少一种的生物利用度和吸收中至少之一降低了至少30％。

11.权利要求1所述的方法，其中所述脂肪包含甘油三酯。

12.权利要求1所述的方法，其中所摄取的脂肪的生物利用度和吸收中至少之一通过降低来自甘油三酯的游离脂肪酸在所述对象的肠上皮中的移动来降低。

13.权利要求1所述的方法，其中所摄取的脂肪的生物利用度和吸收中至少之一通过调节胰脂肪酶活性来降低。

14.权利要求1所述的方法，其中所摄取的脂肪的生物利用度和吸收中至少之一通过抑制甘油三酯的水解来降低。

15.用于降低甘油三酯血清水平的方法，所述方法包括：

向对象施用足以降低甘油三酯血清水平的量的纳米生物聚合物。

16.权利要求15所述的方法，其中足以降低甘油三酯血清水平的纳米生物聚合物的量为按食品重量计的约0.75％至约1.5％。

17.任一前述权利要求所述的方法，其中所述纳米生物聚合物包含通过机械研磨制备的纤维状纳米纤维素、通过化学手段制备的纳米晶纤维素或其组合。

18.权利要求17所述的方法，其中所述纤维状纳米纤维素的纤维直径为约15nm至约500nm。

19.权利要求17所述的方法，其中所述纳米晶纤维素的直径为约1nm至约250nm。

20.权利要求1所述的方法，其中所述对象是人对象。