CN115918889A - 一种用于体重控制的复合凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合凝胶，原料包括多糖胶和纤维素或其衍生物，多糖胶为无支链或仅含有短支链的线性多糖。本发明提供的复合凝胶兼具吸水倍数高和储能模量大的特性，低用量下即可产生极强的饱腹感，降低热量摄入，减重效果更佳。

Description

一种用于体重控制的复合凝胶及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及食品技术领域，尤其涉及一种用于体重控制的复合凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

肥胖可引起众多慢性疾病，如糖尿病、高血压、高血脂、冠心病、脂肪肝和内分泌紊乱等。在中国，由这些慢性病导致的死亡数在2019年已经达到总死亡数的88.5％。由肥胖引起的健康问题必须得到足够重视，减重是应对肥胖相关问题的主要手段。

减重的基本原理是摄入的热量小于消耗的热量。目前，减重的方式主要有节食、运动、药物、手术等。节食减重需要减重者顽强的毅力，一旦恢复饮食容易反弹；运动减重大多数人无法坚持，难以达到预期减重效果；药物减重副作用极大，治标不治本；手术减重风险较大，99％的肥胖病人不接受。在上述诸多减重方法都不理想的情况下诞生了代餐食品。代餐食品顾名思义就是代替正餐的食品，以低热量为其特征，形式有冲剂粉、蛋糕和固体棒等。代餐食品的共同点是口味不太好，同时食用者只吃代餐食品不仅容易饿，而且还不能享受美味的饭菜，难以坚持。因此，一种本身无(或含有极低)热量，又能增加食用者饱腹感，减少食物摄入量的超高吸水倍数体重控制产品是减重的理想选择。

现有技术公开了一些用于减重的代餐食品，如CN111772180A，该发明产品所用原料为魔芋葡甘聚糖、果胶、麸皮和原花青素，这些原料的分子之间通过氢键结合形成三维网络结构，食用后在胃内吸水迅速膨胀，增加食用者饱腹感，减少食物摄入量，从而达到减重或控制体重的目的。该发明不足之处在于产品吸水倍数较低，仅为10-15倍左右，想要达到饱腹感需要多进食，但麸皮本身具有较高热量(282大卡/100g)，又不宜多进食，因此该专利产品在胃液中的吸水倍数等增加饱腹感的功能有待提升，含有较高能量的配方有待改进。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复合凝胶及其制备方法和应用，兼具吸水倍数高和储能模量大的特性，低用量下即可产生极强的饱腹感，降低热量摄入。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种复合凝胶，原料包括多糖胶和纤维素或其衍生物，多糖胶为无支链或仅含有短支链的线性多糖。

优选的，所述多糖胶中短支链的数均分子量不超过2000。

优选的，所述多糖胶为分子内可形成双螺旋结构的多糖胶。

优选的，所述多糖胶包括果胶、黄原胶、瓜尔胶、刺槐豆胶、卡拉胶、魔芋胶、结冷胶、琼脂、三赞胶和威兰胶中的一种或多种。

优选的，所述纤维素或其衍生物包括羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙甲纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羧甲基羟丙基纤维素和羧甲基乙基纤维素中的一种或多种。

优选的，所述多糖胶与纤维素或其衍生物的质量比为1-30:30-100。

本发明的第二方面提供了一种上述技术方案所述复合凝胶的制备方法，包括以下步骤：将所述原料以水溶解，在100℃以上的干燥温度下干燥1h以上，得到复合凝胶。

优选的，干燥温度为100-120℃。

优选的，干燥时间为1-12h。

本发明的第三方面提供了前述技术方案所述的复合凝胶或上述技术方案所述方法制备得到的复合凝胶在制备具有胃部填充、体重控制、提高饱腹感、血糖控制、延缓营养物质吸收、改善肠道菌群或治疗便秘等作用食品、药品或保健品中的应用。

本发明的第四方面提供了一种体重控制组合物，包括前述技术方案所述的复合凝胶或前述技术方案所述方法制备得到的复合凝胶，和辅料。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明提供了一种兼具高吸水倍数和高储能模量的复合凝胶，其原料中的线性多糖胶和纤维素或其衍生物通过物理交联形成如图1中a或b所示的三维网状结构，凝胶结构稳定，具有虹吸和毛细管效应，在胃内能够快速吸收和锁住水分，少量摄入即可产生较强的饱腹感，并且原料自身热量较低，有效减少食用者为了获得饱腹感而摄入的热量，提高减重效果。

2.本发明提供的复合凝胶吸水倍数达到50倍以上，仅需要少量摄入即可获得饱腹感。

3.本发明提供的复合凝胶储能模量1200Pa以上，储能模量与食糜相似。

4.在本发明的一些优选技术方案中，当原料中包括分子内可形成双螺旋结构的多糖胶作为原料时，复合凝胶的储能模量可进一步提升。

附图说明

图1为本发明中的线性多糖胶和纤维素或其衍生物物理交联的示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式；并且附图中所示的结构或性能仅仅是示意性的，并不代表本发明的全部。需要说明的是，基于本发明中的这些实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

本发明提供了一种复合凝胶，原料包括多糖胶和纤维素或其衍生物，多糖胶为无支链或仅含有短支链的线性多糖。本发明所述多糖胶可以是酸性或碱性的，其分子链中含有包括但不限于-OH、-COOH、-O-、-NH₂、

等极性基团，这些基团中电负性较强的O、N等原子可以H原子为媒介形成氢键；纤维素或其衍生物含有大量亲水基团如-OH、-COONa等，线性的多糖胶与纤维素或其衍生物在物理交联过程中二者形成氢键并且分子链互相卷曲、缠结，形成结构稳定、吸水倍数高、储能模量高的复合凝胶。本发明相比于常规多糖胶，本发明选用无支链或仅含有短支链的线性多糖作为原料能够增强复合凝胶的吸水倍数和储能模量。

在本发明中，术语“短支链”是指多糖胶母体碳链或碳环链上的侧枝。在本发明中，所述多糖胶中短支链的数均分子量优选的不超过2000。本发明优选的，所述多糖胶包括但不限于果胶、黄原胶、瓜尔胶、刺槐豆胶、卡拉胶、魔芋胶、结冷胶、琼脂、三赞胶和威兰胶中的一种或多种。在本发明的一些优选实施方式中，原料包括分子内可形成双螺旋结构的多糖胶，双螺旋结构之间依靠分子间作用力形成网状立体结构，物理交联时分子链卷曲、缠结更为紧密，分子间氢键作用极强，三维网络结构鲜明，可进一步提升复合凝胶的储能模量；在本发明的一些具体实施方式中，所述分子内可形成双螺旋结构的多糖胶包括黄原胶。在本发明的一些具体实施方式中，多糖胶的用量占多糖胶与纤维素或其衍生物总质量的1-30％。

在本发明中，所述纤维素或其衍生物包括但不限于羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙甲纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羧甲基羟丙基纤维素和羧甲基乙基纤维素中的一种或多种。在本发明的一些具体实施方式中，纤维素或其衍生物可以是羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素。

在本发明中，所述多糖胶与纤维素或其衍生物的质量比优选为1-30:30-100；质量比更优选为1-15:85-100。

本发明还提供了一种上述技术方案所述复合凝胶的制备方法，包括以下步骤：将所述原料以水溶解，在100℃以上的干燥温度下干燥1h以上，得到复合凝胶。原料在水中溶解后，随着快速加热失水使分子之间形成氢键，同时分子链卷曲缠绕，形成如图1所示的三维网状结构。在本发明中，所述反应温度优选为100-120℃，如100℃、105℃、110℃、115℃、120℃等；所述反应时间优选为1-12h，如1h、3h、5h、8h、10h、12h等。

本发明还提供了前述技术方案所述的复合凝胶或上述技术方案所述方法制备得到的复合凝胶在制备具有胃部填充、体重控制、提高饱腹感、血糖控制、糖尿病辅助控制、延缓营养物质吸收、改善肠道菌群、治疗便秘等作用的食品、药品或保健品中的应用。本发明提供的复合凝胶因吸水倍数高、储能模量大，进行少量食用即可获得较强的饱腹感，复合凝胶与食糜一起在胃肠道正常蠕动下约4.5h后从胃内排空，复合凝胶热量极低且几乎不参与人体代谢，在大肠中被酶和肠道菌分解后释放吸收的水分，排出体外，达到胃部填充、体重控制的作用。

本发明的第四方面提供了一种体重控制组合物，包括前述技术方案所述的复合凝胶或前述技术方案所述方法制备得到的复合凝胶，和辅料。在本发明中，所述复合凝胶在体重控制组合物中所占质量为0.01-99.99％。在本发明中，所述辅料包括但不限于填充剂、稳定剂、调味剂、分散剂、粘合剂。本发明所述的体重控制组合物可以制成本领域已知的各种食品、药品或保健品形式，包括但不限于片剂、胶囊剂、粉剂、溶液剂、颗粒剂。本发明所述体重控制组合物也可以作为添加剂添加在各类食品、药品或保健品中。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

1.取3g果胶置于3.33L超纯水中，搅拌溶解，取200g羧甲基纤维素钠加入果胶溶液中搅拌2h，然后置于鼓风干燥箱中110℃干燥8h，干燥后粉碎成20-50目的粒子，得到复合凝胶1。将复合凝胶1制成胶囊剂或压成片剂，得到组合物1。

2.吸水倍数测定：取1g复合凝胶1置于人工胃液:水为1:8的介质中，置于37℃保温箱中30分钟，用不锈钢筛滤掉水分后称重，得吸水后水凝胶的重量为72.7g。按照下述公式计算吸水倍数，复合凝胶1的吸水倍数为71.7。

吸水倍数＝(滤掉水分后粒子的重量-1g)/1g

3.储能模量测定：取一定量复合凝胶1置于模拟胃液：水为1:8的介质中，在37℃的保温箱中30分钟，取出后将复合凝胶1表面水分擦拭干净，置于旋转流变仪平行板(25mm)间，张力固定为0.5％，频率范围固定在1-50rad/s，取频率10rad/s对应储能模量值为产品的储能模量，测得结果为1363Pa。

实施例2

除鼓风干燥箱中干燥温度为105℃外，其他原料及方法均与实施例1相同，得到复合凝胶2和组合物2。

按照实施例1所示方法测定吸水倍数和储能模量，复合凝胶2的吸水倍数为77.7，储能模量为1247Pa。

实施例3

除鼓风干燥箱中干燥温度为105℃、干燥时间为12h外，其他原料及方法均与实施例1相同，得到复合凝胶3和组合物3。

按照实施例1所示方法测定吸水倍数和储能模量，复合凝胶3的吸水倍数为72.2，储能模量为1344Pa。

对比例1

除原料全部由203g果胶组成外，其他方法均与实施例1相同，得到对比凝胶1。

按照实施例1所示方法测定吸水倍数和储能模量，对比凝胶1的吸水倍数为9.7，储能模量为1554Pa。

对比例2

除原料全部由203g羧甲基纤维素钠组成外，其他方法均与实施例1相同，得到对比凝胶2。

按照实施例1所示方法测定吸水倍数和储能模量，对比凝胶1的吸水倍数为24.3，储能模量为112Pa。

实施例4

取1.5g果胶和2.5g黄原胶置于3.33L超纯水中，搅拌溶解，取200g羧甲基纤维素钠加入果胶和黄原胶的混合溶液中搅拌2h，然后置于鼓风干燥箱中110℃干燥8h，干燥后粉碎成20-50目的粒子，得到复合凝胶4。将复合凝胶4制成胶囊剂或压成片剂，得到组合物4。

按照实施例1所示方法测定吸水倍数和储能模量，复合凝胶4的吸水倍数为70.2，储能模量为1405Pa。

实施例5

取1.5g果胶和2.5g黄原胶置于3.33L超纯水中，搅拌溶解，取100g羧甲基纤维素钠和100g羟乙基纤维素加入果胶和黄原胶的混合溶液中搅拌2h，然后置于鼓风干燥箱中110℃干燥8h，干燥后粉碎成20-50目的粒子，得到复合凝胶5。将复合凝胶5制成胶囊剂或压成片剂，得到组合物5。

按照实施例1所示方法测定吸水倍数和储能模量，复合凝胶5的吸水倍数为62.8，储能模量为1547Pa。

表1实施例与对照组样品吸水倍数和储能模量值

样品	吸水倍数	储能模量(Pa)
			实施例1	71.7	1363
实施例2	77.7	1247
			实施例3	72.2	1344
对比例1	9.7	1554
			对比例2	23.3	112
实施例4	70.2	1405
			实施例5	62.8	1547

如表1所示，实施例1-5中的线性多糖胶和纤维素或其衍生物溶于水后，二者在搅拌作用下均匀分散，干燥过程中，多糖胶的分子链和纤维素或其衍生物的分子链由于较高温度下的快速水分散失而快速卷曲并缠结，二者分子链间的氢键作用极强，形成吸水倍数和储能模量较高的水凝胶，吸水倍数均在50倍以上，并且储能模量高于1200Pa。

实施例2略降低干燥温度，分子链卷曲速度和卷曲程度略有降低，得到的复合凝胶2吸水倍数相对于实施例1有所提高但会降低储能模量。

实施例3相较于实施例2延长了干燥时间，同样干燥温度下，较长的干燥时间增加了失水量，分子链卷曲程度有所增加，得到的复合凝胶3吸水倍数相较于实施例2有所下降，储能模量略有上升。

对比例1为100％果胶制备得到的水凝胶，果胶可通过分子间氢键形成物理交联的水凝胶，储能模量较大。但由于果胶中含有大量酯基，不易溶于水，所以吸水能力较差，需要服用大剂量才能获得饱腹感。

对比例2为100％羧甲基纤维素钠制备得到的水凝胶，羧甲基纤维素钠分子间作用力较弱，只产生微量水凝胶，几乎都是以羧甲基纤维素钠的形式存在，所以储能模量较低。但由于羧甲基纤维素钠极为亲水，所以吸水倍数较高。饱腹效果受产品吸水倍数和储能模量共同影响，仅吸水倍数高无法有效维持饱腹感，减重效果仍有待提升。

实施例4中黄原胶因自身分子内氢键作用产生双螺旋结构，双螺旋结构之间依靠分子间作用力形成网状立体结构。果胶、黄原胶和羧甲基纤维素钠溶解后，三者的分子链缠结在一起，在较高温度下干燥，水分快速散失，分子链缠结加速，分子链间的氢键作用极强，三维网络结构鲜明，因此得到的复合凝胶4吸水倍数和储能模量都较高。

实施例5中黄原胶、果胶、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素通过分子链缠结和极强的氢键作用形成三维网络结构，使得水凝胶吸水倍数和储能模量都较高。

超重或肥胖症患者仅需餐前30分钟服用本发明制备所得的2.1克复合凝胶1和500ml水。水凝胶颗粒遇水迅速膨胀70倍以上，膨胀后的水凝胶因其储能模量较大，可增加患者的饱腹感，从而减少食物的摄入量，达到减重的目的。水凝胶与食靡一起，在胃肠道的正常蠕动下约4.5小时后从胃内排空，水凝胶热量极低，几乎不参与人体代谢，在大肠中被酶和肠道菌分解后释放出吸收的水分，从而排出体外。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合凝胶，其特征在于，原料包括多糖胶和纤维素或其衍生物，多糖胶为无支链或仅含有短支链的线性多糖。

2.根据权利要求1所述的复合凝胶，其特征在于，所述多糖胶中短支链的数均分子量不超过2000。

3.根据权利要求1或2所述的复合凝胶，其特征在于，所述多糖胶为分子内可形成双螺旋结构的多糖胶。

4.根据权利要求1所述的复合凝胶，其特征在于，所述多糖胶包括果胶、黄原胶、瓜尔胶、刺槐豆胶、卡拉胶、魔芋胶、结冷胶、琼脂、三赞胶和威兰胶中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的复合凝胶，其特征在于，所述纤维素或其衍生物包括羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙甲纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羧甲基羟丙基纤维素和羧甲基乙基纤维素中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的复合凝胶，其特征在于，所述多糖胶与纤维素或其衍生物的质量比为1-30:30-100。

7.一种权利要求1-6任意一项所述复合凝胶的制备方法，包括以下步骤：将所述原料以水溶解，在100℃以上的干燥温度下干燥1h以上，得到复合凝胶。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，干燥温度为100-120℃；优选的，干燥时间为1-12h。

9.权利要求1-6任意一项所述的复合凝胶或权利要求7-8任意一项方法制备得到的复合凝胶在制备具有胃部填充、体重控制、提高饱腹感、血糖控制、延缓营养物质吸收、改善肠道菌群或治疗便秘作用食品、药品或保健品中的应用。

10.一种体重控制组合物，其特征在于，包括权利要求1-6任意一项所述的复合凝胶或权利要求7-8任意一项方法制备得到的复合凝胶，和辅料。

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