CN116807980A - 用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法及应用 - Google Patents
用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法及应用，属于水凝胶技术领域，所述的制备方法，包括(1)将水溶性多糖类高分子溶解，得到多糖水溶液；(2)向多糖水溶液加入交联剂溶液，高压均质，得到复合溶液，其中，所述交联剂溶液的加入速度为1‑3ml/min，所述高压均质的压力10000‑13000psi；(3)将复合溶液干燥，粉碎，即得所述的胃内占容水凝胶颗粒。本发明通过控制交联剂溶液的加入速度以及高压均质的压力，制备得到超强亲水性的多孔水凝胶颗粒。通过实验证明，本发明的胃内占容水凝胶颗粒具有高的吸水溶胀性能的同时凝胶强度高，可延长水凝胶在胃内的排空时间，有效延长饱腹持续时间。
Description
技术领域
本发明属于水凝胶技术领域，涉及一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法及应用。
背景技术
随着社会的发展和生活水平的提高，肥胖已经成为当今社会影响人们健康和生活质量的严重问题。病态肥胖的并发症包括睡眠呼吸暂停症、非胰岛素依赖型糖尿病、高血压、冠状动脉粥样硬化性心脏病、胆结石、血脂紊乱、退行性关节病等。肥胖干预治疗可以降低肥胖相关疾病的发生率和死亡率。目前，肥胖干预的方式主要包括改善生活习惯、药物治疗以及手术治疗。然而，单纯通过改善生活习惯对于病态肥胖的效果有限。药物治疗虽然具有一定的治疗效果，但常伴随一定副作用，如呕吐、腹泻以及内分泌紊乱。手术治疗能够有效减轻体重，但其创伤大，恢复周期长，并不是肥胖治疗的首选。因此，急需研发低副作用、非创伤性的肥胖治疗手段。
CN114432338A公开了一种高耐酸碱性能的聚合物水凝胶，由多糖和多价金属离子交联而成，多价金属离子与多糖的重量比为0.01-1％：所述水凝胶在pH 1.5-3条件下的溶胀率不低于100g/g，在pH 6-8条件下溶胀率不低于90g/g。该发明通过将多糖在多元醇的作用下空间结构半舒展完成分子内的交联，再加入铁离子实现多糖与铁离子分子间交联，内外兼顾，制得的水凝胶在胃液和肠液中均具有较高的溶胀率，从而延长饱腹感持续时间。
CN113854567A公开了一种可食用水凝胶，所述可食用水凝胶为多糖或多糖衍生物与二元酸的交联物，具有虹吸和毛细管功能的三维网络结构，在胃肠内具有极强的吸水、锁水能力，储能模量高，提供快速、持续的饱腹感。
水凝胶具有良好的生物相容性和亲水性，由于其含水量高，干燥脱水可使水凝胶载体的体积迅速缩小，再次吸水后水凝胶载体能够快速膨胀，实现了水凝胶的胃滞留，在减少进食量的同时，还可减慢胃内食物排空，降低进食欲望，从而达到了控制体重的目的。
为延长胃滞留时间，研究者尝试开发高强度水凝胶，但是高强度水凝胶面临溶胀性能与力学稳定性之间的矛盾。这主要是由于水凝胶的力学性能与分子链密度呈正相关，吸水溶胀会使水凝胶分子链密度下降，导致凝胶的力学稳定性变差。相反，若要保持水凝胶长期的力学稳定性，则需要牺牲水凝胶的高溶胀性能，这增加了水凝胶被胃排出的风险，不利于胃滞留应用。因此，研发一种兼具高溶胀性能和力学稳定性的长期胃滞留水凝胶用于肥胖干预具有重要的临床意义
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法及应用，本发明利用不同多糖高分子间的复配制备的胃内占容水凝胶颗粒亲水性好，具有高溶胀性能，同时，强度高，可延长水凝胶在胃内的排空时间，有效延长饱腹持续时间。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水溶性多糖类高分子溶解，得到多糖水溶液；
(2)向步骤(1)得到的多糖水溶液加入交联剂溶液，高压均质，得到复合溶液；
(3)将步骤(3)得到的复合溶液干燥，粉碎，即得所述的胃内占容水凝胶颗粒。
优选地，步骤(1)中所述水溶性多糖类高分子包括多糖胶、纤维素衍生物、硫酸软骨素、右旋糖酐、透明质酸、甲壳素、壳聚糖、聚葡萄糖、β-环糊精和海藻酸钠中的至少一种。
所述多糖胶包括魔芋胶、卡拉胶、瓜尔胶、槐豆胶、黄原胶、明胶、结冷胶、达瓦树胶、果胶、威兰胶、三赞胶和阿拉伯胶中的至少一种；
所述纤维素衍生物包括羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、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至少一种。
进一步优选地，所述水溶性多糖类高分子为达瓦树胶、果胶和羧甲基纤维素钠中的至少一种；更进一步优选地，所述水溶性多糖类高分子为达瓦树胶、果胶和羧甲基纤维素钠；更进一步优选地，所述达瓦树胶、果胶和羧甲基纤维素钠的质量比为6-10:1:0.8-2；最优选为8:1:1。
进一步优选地，步骤(1)中所述多糖水溶液的质量浓度为0.5％-2％。
优选地，步骤(2)中所述交联剂为柠檬酸、苹果酸、琥珀酸、酒石酸、辛二酸、磷酸钙、碳酸钙、硫酸钙、氧化钙、柠檬酸钙、乳酸钙、氯化钙、抗坏血酸钙、酒石酸钙、乙酸钙、葡萄糖酸钙和苹果酸钙中的至少一种；进一步优选地，所述交联剂为酒石酸和苹果酸；更进一步优选地，所述交联剂为质量比为1:3-5的酒石酸和苹果酸。
进一步优选地，步骤(2)中所述交联剂溶液的质量浓度为15％-20％。
进一步优选地，步骤(2)中所述交联剂溶液与多糖溶液的体积比为1：15-30。
优选地，步骤(2)中所述交联剂溶液的加入速度为1-3ml/min，所述高压均质的压力10000-15000psi，时间为80-120s。
优选地，步骤(3)中所述干燥为：在50-80℃下干燥6-8h，再在80-150℃下干燥10-60min。
本发明还提供了上述制备方法制备的胃内占容水凝胶颗粒在制备用于肥胖干预的食品和/或药品中的应用。
本发明还提供了一种用于肥胖干预的产品，由上述制备方法制备的胃内占容水凝胶颗粒制成。
本发明的有益效果为：
(1)本发明通过控制交联剂溶液的加入速度以及高压均质的压力，制备得到超强亲水性的多孔水凝胶颗粒。通过实验证明，本发明制备的胃内占容水凝胶颗粒具有高的吸水溶胀性能的同时凝胶强度高，可延长水凝胶在胃内的排空时间，有效延长饱腹持续时间。
(2)本发明的制备方法简单，工艺可控，产品质量稳定，适合规模化生产。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。
本发明对所采用原料的来源不作限定，如无特殊说明，本发明所采用的原料均为本技术领域普通市售品。
实施例1
一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水溶性多糖类高分子溶解于水中，得到质量浓度为0.5％的多糖溶液；
(2)按体积比15:1，向步骤(1)得到的多糖水溶液加入质量浓度为15％的交联剂水溶液，交联剂溶液的加入速度为1ml/min，高压均质，控制压力为10000psi，时间为120s，得到复合溶液；其中，交联剂为氯化钙。
(3)将步骤(3)得到的复合溶液在50℃下预干8h，过80目筛，筛上物在80℃下干燥60min，粉碎，即得所述的胃内占容水凝胶颗粒。
实施例1的具体工艺参数如表1所示。
表1实施例1的具体工艺参数
实施例2
一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于，具体的工艺参数不同，具体如表2所示。
表2实施例2的具体工艺参数
实施例3
一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于，具体的工艺参数不同，具体如表3所示。
表3实施例3的具体工艺参数
实施例4
一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于，具体的工艺参数不同，具体如表4所示。
表4实施例4的具体工艺参数
实施例5
一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于，具体的工艺参数不同，具体如表5所示。
表5实施例5的具体工艺参数
实施例6
一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于，具体的工艺参数不同，具体如表6所示。
表6实施例6的具体工艺参数
实施例7
一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于，具体的工艺参数不同，具体如表7所示。
表7实施例7的具体工艺参数
实施例8
一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于，具体的工艺参数不同，具体如表8所示。
表8实施例8的具体工艺参数
对比例1
一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于，交联剂溶液的速度为5ml/min。
对比例2
一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于，采用机械搅拌，转速为200rpm，时间20min。
对比例3
一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法，本实施例与实施例1的区别在于，交联剂溶液的加入速度为0.5ml/min，高压均质的压力为13000psi，时间90s。
对比例4
一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法，本实施例与实施例8的区别在于，所述水溶性多糖类高分子中达瓦树胶、果胶和羧甲基纤维素钠的质量比为1:1:1。
一、胃内占容水凝胶颗粒溶胀测试
(1)人工胃液的制备：取稀盐酸16.4ml，加水800ml与胃蛋白酶10g，摇匀后，加水稀释成1000ml，最终pH值约为2.0。
(2)胃内占容水凝胶颗粒：实施例1-8和对比例1-4制备的胃内占容水凝胶颗粒，直径1mm。
(3)测试方法：称量胃内占容水凝胶颗粒1g，记为m0，加入200ml人工胃液中，37℃下放置30min，过5目筛，滤水，静置60min，称重，记为m，根据公式计算溶胀度Q＝(m-m0)×100％/m0，每组重复3次，取平均值。
结果如表9所示。
表9胃内占容水凝胶颗粒溶胀数据
| 组别 | m0/g | m/g | 溶胀度％ |
| 实施例1 | 1.02 | 32.97 | 3132.4 |
| 实施例2 | 1.04 | 30.89 | 2870.2 |
| 实施例3 | 1.00 | 31.90 | 3090.0 |
| 实施例4 | 1.00 | 30.85 | 2985.0 |
| 实施例5 | 0.98 | 33.95 | 3364.3 |
| 实施例6 | 1.00 | 78.35 | 7735.0 |
| 实施例7 | 1.03 | 80.43 | 7713.6 |
| 实施例8 | 1.01 | 84.97 | 8312.9 |
| 对比例1 | 0.99 | 9.42 | 851.5 |
| 对比例2 | 1.00 | 9.31 | 831.0 |
| 对比例3 | 1.01 | 10.49 | 929.0 |
| 对比例4 | 1.00 | 62.29 | 6087.1 |
由上表9可知，本发明的胃内占容水凝胶颗粒在37℃的人工胃液中放置60min，溶胀度在2870.2-8312.9％，表明本发明提供的胃内占容水凝胶颗粒具有高的吸水溶胀性，可以有效占据胃体积，增加饱腹感。
同时，对比例1的溶胀度仅为851.5％，这或许是由于交联剂溶液的流速过大，凝胶形成速度过快，使凝胶网络结构变的致密，从而导致溶胀性能下降；由对比例2可知，相比常规的机械搅拌，本发明的高压均质可以显著提高胃内占容水凝胶颗粒的溶胀度，这或许是适当压力的高压均质处理，使凝胶在胶化过程中的聚集程度发现改变导致的。由对比例3可知，当交联剂溶液的流速过慢，在高压均质的条件下，形成凝胶聚集程度过大，导致溶胀度下降，仅为929.0％。
二、胃内占容水凝胶颗粒力学性能测试
将实施例1-8和对比例1-4制备的胃内占容水凝胶，分别制成高1cm，直径为2cm的圆柱型，在37℃下的人工胃液中浸泡120min后，滤水10min，擦拭表面液体后，利用质构仪进行凝胶硬度的测定，探头型号为P 0.5，探头触发力为1.0g，具体操作如下：压缩前测试速率为15mm/min，压缩时测试速率为60mm/min，压缩后测试速率为60mm/min，将凝胶破裂点对应的力的大小定义为凝胶强度。平行重复三份样品，结果取其平均值。结果如表10所示。
表10凝胶压缩强度的数据
| 组别 | 凝胶强度/g |
| 实施例1 | 868.3 |
| 实施例2 | 1031 |
| 实施例3 | 908 |
| 实施例4 | 985 |
| 实施例5 | 808.7 |
| 实施例6 | 1037.3 |
| 实施例7 | 1014.5 |
| 实施例8 | 1001.8 |
| 对比例1 | 1704.7 |
| 对比例2 | 1841.3 |
| 对比例3 | 1665 |
| 对比例4 | 504 |
由上表10可知，经120min溶胀后，本发明制备的胃内占容水凝胶颗粒的凝胶强度仍达到808.7-1037.3g，强度较高，在胃中可较好的保持固体形态，有效防止凝胶被排出，延长了水凝胶在胃内的排空时间，有效延长饱腹持续时间。
结合表9和表10可知，本发明的胃内占容水凝胶颗粒具有高吸水溶胀性能，可以有效占据胃体积，增加饱腹感，同时，凝胶强度高，在胃中可较好的保持固体形态，有效防止凝胶被排出，延长了水凝胶在胃内的排空时间，有效延长饱腹持续时间。
对比例1-3制备的胃内占容水凝胶颗粒虽然凝胶强度高，但其吸水溶胀性较差，饱腹体验感较差，对比例4的制备的胃内占容水凝胶颗粒吸水溶胀性较好，但其凝胶强度低，胃排空时间较短，无法满足持续饱腹感的需求。
综上可知，本发明通过控制交联剂溶液的加入速度以及高压均质的压力，有效平衡了高溶胀性和高凝胶强度的矛盾，制备得到的胃内占容水凝胶颗粒亲水性好，具有高溶胀性能，同时，强度高，可延长水凝胶在胃内的排空时间，有效延长饱腹持续时间。
以上是结合具体实施例对本发明进一步的描述，但这些实施例仅仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于肥胖干预的胃内占容水凝胶颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将水溶性多糖类高分子溶解，得到多糖水溶液；
(2)向步骤(1)得到的多糖水溶液加入交联剂溶液，高压均质，得到复合溶液，其中，所述交联剂溶液的加入速度为1-3ml/min，所述高压均质的压力10000-13000psi，时间为80-120s；
(3)将步骤(2)得到的复合溶液干燥，粉碎，即得所述的胃内占容水凝胶颗粒。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述水溶性多糖类高分子包括多糖胶、纤维素衍生物、硫酸软骨素、右旋糖酐、透明质酸、甲壳素、壳聚糖、聚葡萄糖、β-环糊精和海藻酸钠中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述多糖胶包括魔芋胶、卡拉胶、瓜尔胶、槐豆胶、黄原胶、明胶、结冷胶、达瓦树胶、果胶、威兰胶、三赞胶和阿拉伯胶中的至少一种；所述纤维素衍生物包括羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、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至少一种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性多糖类高分子为达瓦树胶、果胶和羧甲基纤维素钠中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述多糖水溶液的质量浓度为0.5％-2％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述交联剂为柠檬酸、苹果酸、琥珀酸、酒石酸、辛二酸、磷酸钙、碳酸钙、硫酸钙、氧化钙、柠檬酸钙、乳酸钙、氯化钙、抗坏血酸钙、酒石酸钙、乙酸钙、葡萄糖酸钙和苹果酸钙中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂为酒石酸和苹果酸。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述交联剂溶液的质量浓度为15％-20％；所述交联剂溶液与多糖溶液的体积比为1：20-30。
9.权利要求1-8任一项所述的制备方法制备的胃内占容水凝胶颗粒在制备用于肥胖干预的食品和/或药品中的应用。
10.一种用于肥胖干预的产品，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备的胃内占容水凝胶颗粒制成。
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