TW202412642A - 超吸收性材料及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供由一或多種水溶性多醣(諸如膠凝多醣及膠凝相容性多醣)以及一或多種不溶性纖維構成的超吸收性材料。所揭示之超吸收性材料具有多孔網狀結構及高度穩定的膠凝特性以及水合或再水合時的高吸收比及體積膨脹能力。亦提供用於製備該等超吸收性材料之方法及其用途。

Description

超吸收性材料及其製造方法

本發明係關於包含一或多種水溶性多醣及一或多種不溶性膳食纖維之超吸收性材料以及製造該等超吸收性材料之方法。水溶性多醣包括(1)膠凝多醣，(2)膠凝相容性多醣，或(3) (1)及(2)之組合。超吸收性材料在食品領域及健康補充劑行業中或作為遞送媒劑具有多種應用。

隨著生活標準提高、生活方式節奏加快且同時鍛煉減少及飲食不規律，肥胖或超重群體以驚人的速度增加。《新英格蘭醫學雜誌(The New England Journal of Medicine)》最近公開之研究預測當今兒童中有57.3%在35歲時將會肥胖。該不樂觀的預測凸顯肥胖症之破壞性健康問題。肥胖症為全世界主要社會及經濟負擔，每年花費在肥胖症相關疾病之醫療上的費用達兩萬億美元。肥胖症為許多醫學併發症之根本原因，該等併發症諸如糖尿病、高血壓、高膽固醇及各種心血管及腦血管疾病。肥胖症之健康風險現已得到公認，且作為對抗肥胖症之主要方式，藉由健康飲食及鍛煉控制體重已受到廣泛關注。大量研究表明，高碳水化合物及高脂肪飲食為肥胖症之主要原因。當所食用之食物含有過多卡路里時，身體攝入的卡路里多於其正常使用的卡路里，且過量的卡路里會以脂肪形式儲存，從而引起肥胖症。因此，控制食物卡路里攝入量為體重控制之關鍵策略。

市場上有許多不同類型之體重減輕的飲食。已知多種水溶性天然多醣作為具有零卡路里之膳食纖維具有健康益處，因為其不可由人類酶消化。已嘗試使用此等膳食纖維材料控制卡路里攝入、肥胖症及其他健康問題。然而，此等天然多醣材料在用水或胃液水合或再水合時無法維持某一形狀，或具有不良的水吸收及體積膨脹能力。因此，其由胃系統清除，產生不良的飽腹效應。因此，此項技術中需要開發可在食用少量產品時引發飽腹感的經改良之膳食產品。

本發明介紹超吸收性材料及相應方法及應用，其藉由提供下文所述之若干有利特點來克服當前技術中之各種缺點。

1)所揭示之超吸收性材料可根據本文所揭示之方法製備，該等方法產生呈其乾燥狀態之超吸收性材料。乾燥的超吸收性材料具有緻密的高度封裝之多孔網狀結構。該緻密的高度封裝之多孔網狀結構不同於含有大孔且特徵為輕及蓬鬆的多孔結構之其他海綿型超吸收性材料。由於乾燥的超吸收性材料之此緻密的高度封裝之多孔網狀結構，其使得乾燥的超吸收性材料在少於2小時(諸如少於30分鐘)內在室溫直至體溫下吸收至多200倍的水或酸性溶液；同時，水合或再水合時的體積膨脹可在少於2小時(諸如少於30分鐘)內達至至多150倍，正如本文將進一步描述。

2)當在水(例如pH 7)中或在酸性溶液(例如pH 2或更低)中水合或再水合時，形成具有高度多孔網狀結構之高度穩定的超吸收性材料。該多孔網狀結構之特徵在於以高度均一的圖案，諸如類似於蜂巢圖案之圖案密集地填入及組織化的複數個孔，且其特徵在於本文所述之孔密度及平均孔徑大小。

3)超吸收性材料高度穩定，因為其在水合或再水合之後形成定義明確的結構且將其維持至少24小時(或更久)，正如其特徵為本文所述之某些凝膠強度。

4)超吸收性材料亦高度穩定，因為在與冷凍之前的凝膠相比時，該超吸收性材料在再水合(或水合)之後呈現顯著增大的凝膠強度持續至少24小時(或更久)。併入不溶性纖維會增強超吸收性材料之凝膠網路，以使得與冷凍之前的凝膠相比，經再水合(或經水合)之超吸收性材料之凝膠強度顯著增大。

5)所揭示之超吸收性材料可容易地分散於水溶液中，且藉由在無需額外能量(例如均質化、高剪切混合或任何機械混合)之情況下形成包括膠凝且不溶性纖維之均質基質來展示優異的膠凝作用及凝膠穩定性。不溶性纖維一般需要該額外能量以避免在水合或再水合期間使不溶性纖維成束或再結晶。

6)超吸收性材料中之可溶性多醣及不溶性纖維可協調一致地膨脹，以使得當超吸收性材料吸收水且體積膨脹時，不溶性纖維膨脹且均勻地分散。不溶性纖維均勻地分佈於凝膠基質中，且充當與可溶膠凝多醣相互作用之填充劑，且因此進一步增強超吸收性材料中之凝膠網路。

7)在模擬人類胃條件之酸性條件下再水合或水合時，所揭示之超吸收性材料呈現高的凝膠強度維持。此證實所揭示之超吸收性材料在人類胃條件下具有強結構完整性，此可促進本文所述之各種應用，諸如抑制食慾、增強飽腹感或降低卡路里攝入之有效效能。

在一個態樣中，本文提供一種包含一或多種水溶性多醣及一或多種不溶性纖維之材料，其中水溶性多醣之總量與不溶性纖維之總量之間的重量比介於約1:1與約30:1之間；其中水溶性多醣包含(i)一或多種膠凝多醣，(ii)一或多種膠凝相容性多醣，或(iii)一或多種膠凝多醣及一或多種膠凝相容性多醣兩者；其中一或多種水溶性多醣及一或多種不溶性纖維在無化學交聯之情況下形成具有多孔網狀結構之超吸收性材料；其中超吸收性材料在少於2小時內具有至少10倍或至多150倍之體積膨脹比；且其中當超吸收性材料水合(或再水合)時，多孔網狀結構包含複數個二維孔密度介於1/100平方微米(µm ²)至500/100平方微米(µm ²)之範圍內的孔，且該等孔之平均直徑大小介於1微米(µm)至30微米(µm)之範圍內。

在本文所提供之超吸收性材料之一些實施例中，一或多種膠凝多醣選自由以下組成之群：瓊脂、角叉菜膠(carrageenan)、蒟蒻膠(konjac gum)、洋車前子殼(psyllium husk)、海藻酸鹽、果膠、結蘭膠(gellan)、聚葡萄胺糖(chitosan)及卡特蘭多醣(curdlan)。在某些實施例中，一或多種膠凝相容性多醣選自由以下組成之群：三仙膠(xanthan gum)、刺槐豆膠(locust bean gum)、瓜爾膠(guar gum)、大瑪琳籽膠(tamarind seed gum)、豆渣(okara)及阿拉伯膠(gum acacia)。在其他實施例中，一或多種不溶性纖維選自由以下組成之群：大豆纖維中之不溶性纖維、來自海藻之不溶性纖維、海藻複合材料中之不溶性纖維、纖維素、不溶性半纖維素；豆科、全穀物、蔬菜、水果、豆類、種子、種皮及全穀物之種子、種皮、根、莖、葉、樹皮的木質素；燕麥纖維、稻米纖維、玉米纖維、柑橘纖維、甜菜纖維、甘蔗纖維、椰子纖維及包含該等不溶性纖維之組合的組合物。

在本文所提供之超吸收性材料之某些實施例中，不溶性纖維在超吸收性材料中之總量介於約15% (w/w)與約85% (w/w)之間。在一些實施例中，水溶性多醣在超吸收性材料中之總量介於約15% (w/w)與約85% (w/w)之間。在本文所提供之超吸收性材料之其他實施例中，在室溫下水合或再水合時，超吸收性材料在少於2小時內體積膨脹，且在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為凝膠強度為至少50公克之定義明確的結構維持至少24小時。在本文所提供之超吸收性材料之又其他實施例中，在室溫下水合或再水合時，超吸收性材料在少於2小時內體積膨脹，且在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為儲存模數(G')為10 ³至10 ⁶Pa之定義明確的結構維持至少24小時。

在本文所提供之超吸收性材料之一些實施例中，在水合或再水合時，超吸收性材料可在不均質化或機械分散不溶性纖維之情況下形成凝膠。在本文所提供之超吸收性材料之某些實施例中，當超吸收性材料水合或再水合時，不溶性纖維均勻地分佈於超吸收性材料中。在一些實施例中，當超吸收性材料水合或再水合時，多孔網狀結構呈現蜂巢圖案。在本文所提供之超吸收性材料之其他實施例中，(i) 1立方毫米(mm ³)次體積之相同超吸收性材料之孔密度的變異係數小於1，(ii)孔徑大小之變異係數小於1，或(iii) 1立方毫米(mm ³)次體積之相同超吸收性材料之孔密度的變異係數小於1且孔徑大小之變異係數小於1。

在本文所提供之超吸收性材料之某些實施例中，多孔網狀結構具有在超吸收性材料中重複之均一圖案。在其他實施例中，超吸收性材料中之圖案重複，以使得：(i)超吸收性材料之一個區域之顯微照片可與超吸收性材料之另一未重疊區域之顯微照片形成交互關聯峰；(ii)不少於50%之相同超吸收性材料之顯微照片在包含相同超吸收性材料之顯微照片及來自對照材料之對照顯微照片兩者的影像設定之影像分類中分為一類，其中影像分類在適合之分類參數下係基於多變量統計分析、主成分分析或最大概似，且其中對照材料不為超吸收性材料；或(iii) (i)及(ii)兩者。

在本文所提供之超吸收性材料之一些實施例中，超吸收性材料具有高度封裝之多孔網狀結構，以使得在水合或再水合時，(i)孔密度減小5至150倍，(ii)孔大小增大2至50倍，或(iii) (i)及(ii)兩者。

在某些實施例中，本文提供之超吸收性材料經組態以使得：(i)水溶性多醣之總量與不溶性纖維之總量之間的重量比為2:1至5:1；(ii)水溶性多醣包含來自龍鬚菜( Gracilaria)之海藻複合材料的瓊脂、來自麒麟菜( Eucheuma)之海藻複合材料的角叉菜膠及蒟蒻膠；且(iii)不溶性纖維包含來自海藻複合材料之纖維素及不溶性半纖維素。

在一些實施例中，本文提供之超吸收性材料經組態以使得：(i)水溶性多醣之總量與不溶性纖維之總量之間的重量比為6:1至12:1；(ii)水溶性多醣包含來自龍鬚菜之海藻複合材料的瓊脂、三仙膠以及選自蒟蒻膠及刺槐豆膠之群的第三水溶性多醣；(iii)不溶性纖維包含來自龍鬚菜之海藻複合材料的纖維素及不溶性半纖維素。

在某些實施例中，本文提供之超吸收性材料經組態以使得：(i)水溶性多醣之總量與不溶性纖維之總量之間的重量比率為2:1至5:1；(ii)水溶性多醣包含瓊脂、蒟蒻膠、角叉菜膠及來自大豆纖維之可溶性半纖維素；且(iii)不溶性纖維包含來自大豆纖維之不溶性纖維。

在本文所提供之超吸收性材料之一些實施例中，材料在去離子水中之吸收比為其自身重量的至少10倍或至多200倍，或在人工胃液中之吸收比為其自身重量的至少5倍或至多100倍。

在本文所提供之超吸收性材料之某些實施例中，超吸收性材料使用以下步驟製備：將一或多種水溶性多醣或含有一或多種水溶性多醣之一或多種組合物溶解在水中以形成溶液；將一或多種不溶性纖維或含有一或多種不溶性纖維之一或多種組合物添加至水中以形成分散液；使含有一或多種可溶性多醣之溶液及含有一或多種不溶性纖維之分散液混合；使混合物經歷適合條件以形成凝膠；冷凍凝膠；且乾燥經冷凍之凝膠以獲得超吸收性材料。

在本文所提供之超吸收性材料之一些實施例中，冷凍引發低溫膠凝作用。在某些實施例中，在用pH為約7之水水合或再水合之後至少24小時，與冷凍步驟之前的凝膠之凝膠強度相比，超吸收性材料之凝膠強度增大至少90%。在其他實施例中，在酸性溶液中水合或再水合之後至少24小時，與冷凍步驟之前的凝膠之凝膠強度相比，超吸收性材料之凝膠強度維持百分比為80%。在一些實施例中，在超吸收性材料形成之前或期間，超吸收性材料既不用氣體膨脹亦不用酶消化。

本文亦提供包含本文所提供之超吸收性材料的膳食組合物。

本文提供包含一或多種水溶性多醣及一或多種不溶性膳食纖維之超吸收性材料。本文所揭示之水溶性多醣不含合成聚合物或經化學修飾之聚合物。水溶性多醣包括膠凝多醣、膠凝相容性多醣或其組合。因此，在一些實施例中，水溶性多醣為膠凝多醣，包括但不限於瓊脂、角叉菜膠(例如k-角叉菜膠)、蒟蒻膠、洋車前子殼、海藻酸鹽、果膠、結蘭膠、聚葡萄胺糖及卡特蘭多醣。膠凝多醣為自身可形成凝膠之多醣。在其他實施例中，水溶性多醣為膠凝相容性多醣。膠凝相容性多醣為可在與另一種多醣組合時由於該等多醣之間之協同作用形成凝膠的多醣。舉例而言，當三仙膠與刺槐豆膠組合時，集合三仙膠-刺槐豆膠組合物可由於三仙膠與刺槐豆膠之間之協同作用形成凝膠。然而，三仙膠及刺槐豆膠自身各自無法形成凝膠。因此，在一些實施例中，膠凝相容性多醣包括但不限於三仙膠、刺槐豆膠、瓜爾膠、大瑪琳籽膠、豆渣及阿拉伯膠。

在本文所提供之超吸收性材料之一些實施例中，一或多種水溶性多醣包含一或多種膠凝多醣。在一個具體實施例中，一或多種水溶性多醣包含一種膠凝多醣。在另一具體實施例中，一或多種水溶性多醣包含兩種膠凝多醣。在另一實施例中，一或多種水溶性多醣包含三種膠凝多醣。在又另一實施例中，一或多種水溶性多醣包含四種膠凝多醣。在又另一個實施例中，一或多種水溶性多醣包含五種膠凝多醣。在一些額外實施例中，一或多種水溶性多醣包含6、7、8、9或10種膠凝多醣。正如自本發明顯而易見，此段落中之膠凝多醣可為本文所提供之膠凝多醣中之任一者。

在某些實施例中，一或多種水溶性多醣包含一或多種膠凝相容性多醣。在一個具體實施例中，一或多種水溶性多醣包含一種膠凝相容性多醣。在另一具體實施例中，一或多種水溶性多醣包含兩種膠凝相容性多醣。在另一實施例中，一或多種水溶性多醣包含三種膠凝相容性多醣。在又另一實施例中，一或多種水溶性多醣包含四種膠凝相容性多醣。在又另一個實施例中，一或多種水溶性多醣包含五種膠凝相容性多醣。在一些額外實施例中，一或多種水溶性多醣包含6、7、8、9或10種膠凝相容性多醣。正如自本發明顯而易見，此段落中之膠凝相容性多醣可為本文所提供之膠凝相容性多醣中之任一者。

在本文所提供之超吸收性材料之一些其他實施例中，一或多種水溶性多醣包含一或多種膠凝多醣及一或多種膠凝相容性多醣兩者。在一個具體實施例中，一或多種水溶性多醣包含1種膠凝多醣及1、2、3、4、5、6、7、8或9種膠凝相容性多醣。在另一具體實施例中，一或多種水溶性多醣包含兩種膠凝多醣及1、2、3、4、5、6、7、8或9種膠凝相容性多醣。在另一實施例中，一或多種水溶性多醣包含三種膠凝多醣及1、2、3、4、5、6、7、8或9種膠凝相容性多醣。在又另一實施例中，一或多種水溶性多醣包含四種膠凝多醣及1、2、3、4、5、6、7、8或9種膠凝相容性多醣。在又另一個實施例中，一或多種水溶性多醣包含五種膠凝多醣及1、2、3、4、5、6、7、8或9種膠凝相容性多醣。在一些額外實施例中，一或多種水溶性多醣包含6、7、8、9或10種膠凝多醣及1、2、3、4、5、6、7、8或9種膠凝相容性多醣。正如自本發明顯而易見，此段落中之膠凝多醣可為本文所提供之膠凝多醣中之任一者，且此段落中之膠凝相容性多醣可為本文所提供之膠凝相容性多醣中之任一者。

在一些實施例中，超吸收性材料中之總水溶性多醣與總不溶性纖維之間的重量比為約1:1、約2:1、約3:1、約4:1、約5:1、約6:1、約7:1、約8:1、約9:1、約10:1、約11:1、約12:1、約13:1、約14:1、約15:1、約16:1、約17:1、約18:1、約19:1、約20:1、約21:1、約22:1、約23:1、約24:1、約25:1、約26:1、約27:1、約28:1、約29:1或約30:1，以使得所獲得之超吸收性材料仍能夠在水合或再水合時形成凝膠。因此，在一些實施例中，(i)總膠凝多醣、總膠凝相容性多醣或其組合與(ii)總不溶性纖維之間的重量比為約1:1、約2:1、或約3:1、或約4:1、或約5:1、或約6:1、或約7:1、或約8:1、或約9:1、或約10:1、或約11:1、或約12:1、或約13:1、或約14:1、或約15:1、或約16:1、或約17:1、或約18:1、或約19:1、或約20:1、或約21:1、或約22:1、或約23:1、或約24:1、或約25:1、或約26:1、或約27:1、或約28:1、或約29:1或約30:1，以使得所獲得之超吸收性材料仍能夠在水合或再水合時形成凝膠。

在一些實施例中，超吸收性材料中之總不溶性纖維介於約15% (w/w)與約85% (w/w)之間，諸如約15% (w/w)、約20% (w/w)、約25% (w/w)、約30% (w/w)、約35% (w/w)、約40% (w/w)、約45% (w/w)、約50% (w/w)、約55% (w/w)、約60% (w/w)、約65% (w/w)、約70% (w/w)、約75% (w/w)、約80% (w/w)或約85% (w/w)。舉例而言，當超吸收性材料經脫水時(例如在超吸收性材料根據本文所揭示之方法進行製備之後)，經脫水之超吸收性材料中之總可溶性多醣介於約15% (w/w)與約85% (w/w)之間，諸如約15% (w/w)、約20% (w/w)、約25% (w/w)、約30% (w/w)、約35% (w/w)、約40% (w/w)、約45% (w/w)、約50% (w/w)、約55% (w/w)、約60% (w/w)、約65% (w/w)、約70% (w/w)、約75% (w/w)、約80% (w/w)或約85% (w/w)。正如此項技術中通常所理解，「w/w」係指「重量/重量」，其為各別組分之重量除以樣品之總重量。

在一些實施例中，超吸收性材料中之總膠凝多醣、總膠凝相容性多醣或其組合介於約15% (w/w)與約85% (w/w)之間，諸如約15% (w/w)、約20% (w/w)、約25% (w/w)、約30% (w/w)、約35% (w/w)、約40% (w/w)、約45% (w/w)、約50% (w/w)、約55% (w/w)、約60% (w/w)、約65% (w/w)、約70% (w/w)、約75% (w/w)、約80% (w/w)或約85% (w/w)。舉例而言，當超吸收性材料經脫水時，經脫水之超吸收性材料中之總膠凝多醣、總膠凝相容性多醣或其組合介於約15% (w/w)與約85% (w/w)之間，諸如約15% (w/w)、約20% (w/w)、約25% (w/w)、約30% (w/w)、約35% (w/w)、約40% (w/w)、約45% (w/w)、約50% (w/w)、約55% (w/w)、約60% (w/w)、約65% (w/w)、約70% (w/w)、約75% (w/w)、約80% (w/w)或約85% (w/w)。

在一些實施例中，水溶性多醣包括但不限於瓊脂、角叉菜膠；諸如蒟蒻膠、刺槐豆膠、三仙膠、結蘭膠、阿拉伯膠、大瑪琳籽膠、瓜爾膠之膠；豆渣、海藻酸鹽(諸如海藻酸鈉)、果膠、β-葡聚糖、聚葡萄胺糖、聚半乳甘露糖、聚葡甘露糖及可溶澱粉或諸如洋車前子纖維之可溶膳食纖維。在一些實施例中，不溶性膳食纖維包括但不限於大豆纖維中之不溶性纖維、來自海藻(諸如紅藻(Rhodophyta)、褐藻(Phaeophyta)、綠藻(Chlorophyta))之不溶性纖維、海藻複合材料、纖維素、不溶性半纖維素；豆科、麥麩、全穀物、蔬菜、水果、豆類、種子、種皮之種子、種皮、根、莖、葉、樹皮的木質素；燕麥纖維、稻米纖維、橡木纖維、玉米纖維、柑橘纖維、甜菜纖維、甘蔗纖維、椰子纖維及包含該等不溶性纖維之組合的組合物。

在一些實施例中，不溶性膳食纖維及水溶性多醣，諸如總膠凝多醣、總膠凝相容性多醣及其組合存在於複合材料中，諸如海藻複合材料或大豆纖維，如本文及以下中所揭示：2021年1月21日申請之PCT第PCT/US2021/014388號，其以全文引用之方式併入本文中；2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257825之PCT申請案第PCT/US2020/070160號(其以全文引用之方式併入本文中)；及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257826之PCT申請案第PCT/US2020/070161號(其以全文引用之方式併入本文中)。因此，在某些實施例中，本文所揭示之超吸收性材料包括包含一或多種不溶性纖維(例如纖維素、不溶性半纖維素)及瓊脂之海藻複合材料，如本文所揭示且如2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257825之PCT申請案第PCT/US2020/070160號(其以全文引用之方式併入本文中)中進一步描述。在其他實施例中，本文所揭示之超吸收性材料包括包含一或多種不溶性纖維(例如纖維素、不溶性半纖維素)及角叉菜膠之海藻複合材料，如本文所揭示，2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257826之PCT申請案第PCT/US2020/070161號(其以全文引用之方式併入本文中)中進一步描述。WO2020/257825及WO2020/257826以及本發明亦揭示與習知方法相比處理較少之海藻複合材料的製造方法，因為所揭示之方法維持不溶性纖維(例如纖維素、不溶性半纖維素)與多醣(例如瓊脂、角叉菜膠)之間之天然締合而多醣自不溶性纖維中無任何實質性破壞或解離。因此，所獲得之海藻複合材料包含一或多種不溶性纖維及與不溶性纖維締合之多醣。類似地，如本文所揭示且如2021年1月21日申請之PCT申請案第PCT/US2021/014388號(其以全文引用之方式併入本文中)中所揭示，大豆纖維包含不溶性纖維及可溶纖維，諸如約70%-90% (w/w)不溶性纖維及5%-20% (w/w)可溶纖維。參見2021年1月21日申請之PCT申請案第PCT/US2021/014388號中之表5，該申請案以全文引用之方式併入本文中。

在一些實施例中，超吸收性材料經組態以使得：水溶性多醣之總量與不溶性纖維之總量的重量比為2:1至5:1；總量之水溶性多醣包括來自龍鬚菜之海藻複合材料的瓊脂、來自麒麟菜之海藻複合材料的角叉菜膠及蒟蒻膠；且總量之不溶性纖維包括來自海藻複合材料之纖維素及不溶性半纖維素。

在一些實施例中，超吸收性材料經組態以使得：水溶性多醣之總量與不溶性纖維之總量的重量比為6:1至12:1；總量之水溶性多醣包括來自龍鬚菜之海藻複合材料的瓊脂、三仙膠及選自蒟蒻膠及刺槐豆膠之群的第三水溶性多醣；且總量之不溶性纖維包括來自龍鬚菜之海藻複合材料的纖維素及不溶性半纖維素。

在一些實施例中，超吸收性材料經組態以使得：水溶性多醣之總量與不溶性纖維之總量的重量比為2:1至5:1；總量之水溶性多醣包括瓊脂、蒟蒻膠、角叉菜膠及來自大豆纖維之可溶性半纖維素；且總量之不溶性纖維包括來自大豆纖維之不溶性纖維。

所揭示之超吸收性材料具有多孔網狀結構，該多孔網狀結構在模擬人類胃條件之中性及低pH溶液下在乾燥及水合或再水合製程中高度穩定。超吸收性材料之特徵在於在室溫下(例如，在25℃、25±1℃、25±2℃、25±3℃、25±4℃、25±5℃、20-42℃或介於15℃與25℃之間之溫度下)或在人類體溫下(例如，在37℃、37±1℃、37±2℃或介於35℃與41℃之間之溫度下)及在中性pH條件或人類胃pH條件下溶脹能力高。舉例而言，在水合或再水合時，超吸收性材料可顯著，諸如以至少10倍至至多150倍之比率體積膨脹，且使其體積在少於2小時、少於1.5小時、少於1小時、少於30分鐘、少於25分鐘或少於15分鐘內快速膨脹，且在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為維持如下文進一步描述之某一凝膠強度或某一儲存模數(G')之定義明確的結構維持至少24小時、至少36小時或至少48小時。在一些實施例中，超吸收性材料能體積膨脹至少30倍，且其體積在少於30分鐘內快速膨脹，藉由在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為維持如下文進一步描述之某一凝膠強度或某一儲存模數(G')之定義明確的結構維持至少24小時在水合或再水合時形成高度穩定的凝膠。

關於在水合或再水合之後維持定義明確的結構，超吸收性材料可在中性pH條件或人類胃pH條件下將至少50公克(g)之凝膠強度維持至少24小時或更久。在其他實施例中，超吸收性材料可在中性pH條件或人類胃pH條件下將至少75 g、至少100 g、至少125 g、至少150 g、至少175 g、至少200 g、至少225 g、至少250 g、至少275 g、至少300 g、至少325 g、至少350 g、至少375 g、至少400 g、至少425 g、至少450 g、至少475 g、至少500 g或更多之凝膠強度維持至少24小時或更久。

此外，關於在水合或再水合之後維持定義明確的結構，超吸收性材料可在中性pH條件或人類胃pH條件下將10 ³Pa至10 ⁶Pa之儲存模數(G')維持至少24小時或更久。在一些實施例中，超吸收性材料可在低於40℃之溫度(例如人類體溫或室溫)下水合或再水合，且在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為維持10 ³Pa至10 ⁶Pa之儲存模數(G')之定義明確的結構維持至少24小時或更久。在某些實施例中，超吸收性材料可在低於40℃之溫度(例如人類體溫或室溫)下水合或再水合，且維持定義明確的結構，其特徵為維持約10 ³Pa、約1.5×10 ³Pa、約2×10 ³Pa、約2.5×10 ³Pa、約3×10 ³Pa、約3.5×10 ³Pa、約4×10 ³Pa、約4.5×10 ³Pa、約5×10 ³Pa、約5.5×10 ³Pa、約6×10 ³Pa、約6.5×10 ³Pa、約7×10 ³Pa、約7.5×10 ³Pa、約8×10 ³Pa、約8.5×10 ³Pa、約9×10 ³Pa、約9.5×10 ³Pa、約10 ⁴Pa、約1.5×10 ⁴Pa、約2×10 ⁴Pa、約2.5×10 ⁴Pa、約3×10 ⁴Pa、約3.5×10 ⁴Pa、約4×10 ⁴Pa、約4.5×10 ⁴Pa、約5×10 ⁴Pa、約5.5×10 ⁴Pa、約6×10 ⁴Pa、約6.5×10 ⁴Pa、約7×10 ⁴Pa、約7.5×10 ⁴Pa、約8×10 ⁴Pa、約8.5×10 ⁴Pa、約9×10 ⁴Pa、約9.5×10 ⁴Pa、約10 ⁵Pa、約1.5×10 ⁵Pa、約2×10 ⁵Pa、約2.5×10 ⁵Pa、約3×10 ⁵Pa、約3.5×10 ⁵Pa、約4×10 ⁵Pa、約4.5×10 ⁵Pa、約5×10 ⁵Pa、約5.5×10 ⁵Pa、約6×10 ⁵Pa、約6.5×10 ⁵Pa、約7×10 ⁵Pa、約7.5×10 ⁵Pa、約8×10 ⁵Pa、約8.5×10 ⁵Pa、約9×10 ⁵Pa、約9.5×10 ⁵Pa、約10 ⁶Pa之儲存模數(G')或此句中所列之任兩個儲存模數之間的任何範圍。在另一實施例中，超吸收性材料可在低於40℃之溫度(例如人類體溫或室溫)下水合或再水合，且將如此段落中所述之定義明確的結構維持至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、22、24、30、36、42、48、54、60、66或72小時。在其他實施例中，超吸收性材料可在低於40℃之溫度(例如人類體溫或室溫)下水合或再水合，且將如此段落中所述之定義明確的結構維持如此段落中所述之任何持續時間。

此外，有利地，超吸收性材料可在如上所述之室溫下體積快速膨脹而無需均質化或高剪切混合以使不溶性纖維活化。此為非常有利的，因為大部分不溶性纖維一般會需要由均質化或高剪切混合活化，以在包括該等不溶性纖維之材料水合或再水合時防止或減少不溶性纖維在凝膠中成束。在一些實施例中，超吸收性材料之溶脹能力由吸收比量測，該吸收比經下式計算：充分水合或再水合樣品之重量除以乾燥樣品之重量。在某些實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在去離子水中之吸收比為其自身重量的至少10倍或至多200倍。在本文所提供之超吸收性材料之其他實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在去離子水中之吸收比為至少5倍、至少10倍、至少15倍、至少20倍、至少25倍、至少30倍、至少35倍、至少40倍、至少45倍、至少50倍、至少55倍、至少60倍、至少65倍、至少70倍、至少75倍、至少80倍、至少85倍、至少90倍、至少95倍、至少100倍、至少105倍、至少110倍、至少115倍、至少120倍、至少125倍、至少130倍、至少135倍、至少140倍、至少145倍、至少150倍、至少155倍、至少160倍、至少165倍、至少170倍、至少175倍、至少180倍、至少185倍、至少190倍、至少195倍、至少200倍或至多200倍。在一些實施例中，超吸收性材料之體積膨脹能力由體積膨脹比量測，該體積膨脹比經下式計算：充分水合或再水合樣品之體積除以乾燥樣品之體積。在本文所提供之超吸收性材料之一些實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在去離子水中之體積膨脹比為至少5倍、至少10倍、至少15倍、至少20倍、至少25倍、至少30倍、至少35倍、至少40倍、至少45倍、至少50倍、至少55倍、至少60倍、至少65倍、至少70倍、至少75倍、至少80倍、至少85倍、至少90倍、至少95倍、至少100倍、至少105倍、至少110倍、至少115倍、至少120倍、至少125倍、至少130倍、至少135倍、至少140倍、至少145倍或至多150倍。超吸收性材料可藉由本文所揭示之製程獲得。

諸如水膠體固體基質材料之當前技術具有海綿樣組合物，其可吸收水但不具有體積膨脹能力。常識表明，乾燥海綿可吸收水且增加重量，但其體積在水合或再水合時不顯著膨脹。此不同於所主張之超吸收性材料，其在室溫或體溫下水合或再水合時形成凝膠，且體積顯著膨脹至多數百倍，同時在胃及中性pH下維持其結構及非聚集狀態。

在另一態樣中，本文提供包含上文所述之超吸收性材料的膳食組合物。在另一態樣中，本文提供包含本文所揭示之超吸收性材料或膳食組合物的容積飲食。

在另一態樣中，本文提供一種預防或治療與異常代謝相關聯之疾病或病況的方法。該方法包含向罹患與異常代謝相關聯之疾病或病況或處於該疾病或病況之高風險下的個體經口投與有效量之超吸收性材料、包含超吸收性材料之膳食組合物或上文所述之容積飲食。在一些實施例中，與異常代謝相關聯之疾病或病況包括但不限於糖尿病、肥胖症、超重、高膽固醇及高血壓。

在另一態樣中，本文提供一種抑制個體之食慾、增強飽腹感或降低卡路里攝入的方法。該方法包含向有需要之個體經口投與有效量之超吸收性材料、包含超吸收性材料之膳食組合物或上文所述之容積飲食。

在又另一態樣中，本文提供一種製備包含一或多種水溶性多醣，諸如膠凝多醣、膠凝相容性多醣或其組合以及一或多種不溶性膳食纖維之超吸收性材料的方法。所揭示之超吸收性材料可使用包含以下步驟之該方法製備：將一或多種水溶性多醣(諸如膠凝多醣、膠凝相容性多醣或其組合)或含有一或多種水溶性多醣(諸如膠凝多醣、膠凝相容性多醣或其組合)之一或多種組合物溶解在水中以形成溶液，將一或多種不溶性纖維或含有一或多種不溶性纖維之一或多種組合物添加至水中以形成分散液，使該分散液視情況(例如在10-50 MPa之壓力下)經歷高壓均質化，使含有一或多種可溶性多醣之溶液及含有一或多種不溶性纖維之分散液混合，使混合物經歷適合條件以形成凝膠，冷凍凝膠，且乾燥經冷凍之凝膠以獲得超吸收性材料。在一些實施例中，乾燥步驟包含將凝膠解凍且在50-60℃下在常壓下乾燥(「解凍-乾燥」)。在一些實施例中，冷凍凝膠步驟引發低溫膠凝作用。在一些實施例中，引發低溫膠凝作用之冷凍步驟在-5℃至-80℃之溫度下進行至少6小時。在一些實施例中，乾燥步驟包含藉由在未解凍之情況下凍乾來直接地乾燥經冷凍之凝膠(「冷凍-乾燥」)。在一些實施例中，該方法進一步包含粉碎乾燥凝膠以獲得呈具有各種篩孔大小之粉末形式的超吸收性材料。

在另一態樣中，本文提供一種製備超吸收性材料之方法，其包含：將一或多種水溶性多醣或含有一或多種水溶性多醣之一或多種組合物溶解在水中以形成溶液；將一或多種不溶性纖維或含有一或多種不溶性纖維之一或多種組合物添加至水中以形成分散液；使含有一或多種可溶性多醣之溶液及含有一或多種不溶性纖維之分散液混合；使混合物經歷適合條件以形成凝膠；冷凍凝膠；且乾燥經冷凍之凝膠以獲得超吸收性材料。

在本文所提供之方法之一個實施例中，冷凍會引發低溫膠凝作用。在本文所提供之方法之另一實施例中，冷凍引發低溫膠凝作用。在另一實施例中，冷凍步驟在-5℃至-80℃之溫度下進行至少6小時。在又另一實施例中，該方法進一步包含在與溶液混合之前使分散液在10-50 MPa之壓力下經歷高壓均質化。在本文所提供之方法之一個實施例中，乾燥步驟包含將凝膠解凍且在50-60℃下在常壓下乾燥。在本文所提供之方法之另一實施例中，乾燥步驟包含藉由在未解凍之情況下凍乾來直接地乾燥經冷凍之凝膠。在本文所提供之方法之另一個實施例中，該等方法進一步包含粉碎乾燥凝膠以獲得呈粉末形式之超吸收性材料。

在本文所提供之方法之一些實施例中，一或多種不溶性纖維選自由以下組成之群：大豆纖維中之不溶性纖維、來自海藻之不溶性纖維、海藻複合材料中之不溶性纖維、纖維素、不溶性半纖維素；豆科、全穀物、蔬菜、水果、豆類、種子、種皮及全穀物之種子、種皮、根、莖、葉、樹皮的木質素；燕麥纖維、稻米纖維、玉米纖維、柑橘纖維、甜菜纖維、甘蔗纖維、椰子纖維及包含該等不溶性纖維之組合的組合物。

在另一態樣中，本文提供一種藉由本文所提供之方法獲得之超吸收性材料。

有利地，在一些實施例中，在室溫下用水水合或再水合之後至少24小時，與上文所述之冷凍步驟之前的凝膠之凝膠強度相比，超吸收性材料之凝膠強度增大75%至250%或其中所含之任何範圍。在其他實施例中，該凝膠強度增量包括90%至200%。

在其他實施例中，在室溫下用水水合或再水合之後至少24小時，與上文所述之冷凍步驟之前的凝膠之凝膠強度相比，超吸收性材料之增大之凝膠強度增大至少75%、至少80%、至少85%、至少90%、至少95%、至少100%、至少105%、至少110%、至少120%、至少140%、至少160%、至少180%或更多。在其他實施例中，超吸收性材料可在水合或再水合之後將該等增大之凝膠強度維持至少36小時、至少48小時、至少72小時或更久。

在一些實施例中，水溶性多醣包括但不限於瓊脂、角叉菜膠；諸如蒟蒻膠、刺槐豆膠、三仙膠、結蘭膠、阿拉伯膠、大瑪琳籽膠及瓜爾膠之膠；豆渣、海藻酸鹽(諸如海藻酸鈉)、果膠、β-葡聚糖、聚葡萄胺糖、聚半乳甘露糖、聚葡甘露糖及可溶澱粉或諸如洋車前子纖維之可溶膳食纖維。在一些實施例中，水溶性多醣為膠凝多醣，包括但不限於角叉菜膠(例如k-角叉菜膠)、蒟蒻膠、洋車前子殼、海藻酸鹽、果膠、結蘭膠、聚葡萄胺糖及卡特蘭多醣。在其他實施例中，水溶性多醣為膠凝相容性多醣，包括但不限於三仙膠、刺槐豆膠、瓜爾膠、大瑪琳籽膠、豆渣及阿拉伯膠。在一些實施例中，不溶性膳食纖維包括但不限於大豆纖維中之不溶性纖維、來自海藻(諸如紅藻、褐藻、綠藻)之不溶性纖維、海藻複合材料、纖維素、不溶性半纖維素；豆科、麥麩、全穀物、蔬菜、水果、豆類、種子、種皮之種子、種皮、根、莖、葉、樹皮的木質素；燕麥纖維、稻米纖維、橡木纖維、玉米纖維、柑橘纖維、甜菜纖維、甘蔗纖維、椰子纖維及包含該等不溶性纖維之組合的組合物。

在一相關態樣中，本文提供藉由上文所述之方法產生之超吸收性材料。藉由所揭示之方法產生之超吸收性材料可用於食品或健康補充劑行業及/或用作用於治療劑及/或營養素之遞送媒劑。

相關申請案之交叉參考

本申請案主張2020年2月7日申請之美國臨時專利申請案第62/971,668號之優先權，該臨時專利申請案以全文引用之方式併入本文中。 複合超吸收性材料

在一個態樣中，本文提供一種包含一或多種水溶性多醣及一或多種不溶性纖維之材料，水溶性多醣之總量與不溶性纖維之總量之間的重量比介於約1:1與約30:1之間；水溶性多醣包含(i)一或多種膠凝多醣，(ii)一或多種膠凝相容性多醣，或(iii)一或多種膠凝多醣及一或多種膠凝相容性多醣兩者；一或多種水溶性多醣及一或多種不溶性纖維在無化學交聯之情況下形成具有多孔網狀結構之超吸收性材料；超吸收性材料在少於2小時內具有至少10倍或至多150倍之體積膨脹比；且當超吸收性材料水合(或再水合)時，多孔網狀結構包含複數個二維孔密度介於1/100平方微米(µm ²)至500/100平方微米(µm ²)之範圍內的孔，且該等孔之平均直徑大小介於1微米(µm)至30微米(µm)之範圍內。超吸收性材料中之一或多種水溶性多醣可為此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之該等多醣中之任一者或任何組合。超吸收性材料中之一或多種膠凝多醣可為此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之該等膠凝多醣中之任一者或任何組合。超吸收性材料中之一或多種膠凝相容性多醣可為此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之該等膠凝相容性多醣中之任一者或任何組合。水溶性多醣之總量與不溶性纖維之總量之間的比率可為此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之任何該等比率。超吸收性材料中之一或多種不溶性纖維可為此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之該等纖維中之任一者或任何組合。多孔網狀結構可為此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之任一該結構。孔密度(包括平均值、變化量及範圍)可為如此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之該超吸收性材料之任一孔密度。孔徑大小(包括平均值、變化量及範圍)可為如此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之該超吸收性材料之任一孔徑大小。體積膨脹比(包括膨脹倍數及達成該膨脹倍數之持續時間)可為如此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之該超吸收性材料之任一體積膨脹比。

在另一態樣中，本文提供一種包含一或多種水溶性多醣及一或多種不溶性纖維之材料，其中一或多種水溶性多醣及一或多種不溶性纖維形成具有多孔網狀結構之超吸收性材料；其中水溶性多醣包含(i)一或多種膠凝多醣，(ii)一或多種膠凝相容性多醣，或(iii)一或多種膠凝多醣及一或多種膠凝相容性多醣兩者；其中水溶性多醣之總量與不溶性纖維之總量之間的比率介於約1:1與約30:1之間；其中當超吸收性材料水合或再水合時，多孔網狀結構包含複數個密集地填入之孔，其中多孔網狀結構之二維孔密度介於1/100 µm ²至500/100 µm ²之範圍內，且該等孔之平均直徑大小介於1 µm至30 µm之範圍內；且其中超吸收性材料在少於2小時內具有至少10倍或至多150倍之體積膨脹比。

本發明規定，化學交聯及物理交聯為兩種獨特製程。化學交聯係指藉由材料內之額外鍵形成之交聯。化學交聯可為材料中之成分的反應或藉由添加此項技術中已知且使用之化學交聯試劑誘導的反應。在本文所提供之各種超吸收性材料之一個實施例中，超吸收性材料不包含化學交聯試劑。在本文所提供之各種超吸收性材料之另一實施例中，超吸收性材料在無化學交聯之情況下具有多孔網狀結構。物理交聯係指藉由材料形成彼此交叉或纏結的結構以使得材料因此聯結的交聯。舉例而言，若凝膠中之纖維彼此交叉及/或纏結以形成網狀結構，則凝膠可具有物理交聯結構。在本文所提供之各種超吸收性材料之一個實施例中，超吸收性材料具有藉由物理聯結形成之多孔網狀結構。

本文揭示一種超吸收性材料，其包含約15% (w/w)至約85% (w/w)一或多種水溶性多醣(諸如膠凝多醣、膠凝相容性多醣或膠凝多醣及膠凝相容性多醣兩者)及約15% (w/w)至約85% (w/w)一或多種不溶性纖維，包括例如不溶性膳食纖維。在一些實施例中，超吸收性材料中之總不溶性纖維為約15% (w/w)、約20% (w/w)、約25% (w/w)、約30% (w/w)、約35% (w/w)、約40% (w/w)、約45% (w/w)、約50% (w/w)、約55% (w/w)、約60% (w/w)、約65% (w/w)、約70% (w/w)、約75% (w/w)、約80% (w/w)或約85% (w/w)。在一些實施例中，超吸收性材料中之總可溶性多醣為約15% (w/w)、約20% (w/w)、約25% (w/w)、約30% (w/w)、約35% (w/w)、約40% (w/w)、約45% (w/w)、約50% (w/w)、約55% (w/w)、約60% (w/w)、約65% (w/w)、約70% (w/w)、約75% (w/w)、約80% (w/w)或約85% (w/w)。在其他實施例中，超吸收性材料中之總膠凝多醣為約15% (w/w)、約20% (w/w)、約25% (w/w)、約30% (w/w)、約35% (w/w)、約40% (w/w)、約45% (w/w)、約50% (w/w)、約55% (w/w)、約60% (w/w)、約65% (w/w)、約70% (w/w)、約75% (w/w)、約80% (w/w)或約85% (w/w)。在其他實施例中，超吸收性材料中之總膠凝相容性多醣為約15% (w/w)、約20% (w/w)、約25% (w/w)、約30% (w/w)、約35% (w/w)、約40% (w/w)、約45% (w/w)、約50% (w/w)、約55% (w/w)、約60% (w/w)、約65% (w/w)、約70% (w/w)、約75% (w/w)、約80% (w/w)或約85% (w/w)。在額外實施例中，超吸收性材料中之總膠凝多醣及膠凝相容性多醣為約15% (w/w)、約20% (w/w)、約25% (w/w)、約30% (w/w)、約35% (w/w)、約40% (w/w)、約45% (w/w)、約50% (w/w)、約55% (w/w)、約60% (w/w)、約65% (w/w)、約70% (w/w)、約75% (w/w)、約80% (w/w)或約85% (w/w)。

在一些實施例中，超吸收性材料中之總可溶性多醣(諸如膠凝多醣、膠凝相容性多醣或膠凝多醣及膠凝相容性多醣兩者)與總不溶性纖維之間的比率為約1:1、約2:1、約3:1、約4:1、約5:1、約6:1、約7:1、約8:1、約9:1、約10:1、約11:1、約12:1、約13:1、約14:1、約15:1、約16:1、約17:1、約18:1、約19:1、約20:1、約21:1、約22:1、約23:1、約24:1、約25:1、約26:1、約27:1、約28:1、約29:1或約30:1，以使得所獲得之超吸收性材料仍能夠在水合或再水合時形成凝膠。在一些實施例中，超吸收性材料中之(i)總膠凝多醣、膠凝相容性多醣或其組合與(ii)總不溶性纖維之間的比率為約1:1、約2:1、約3:1、約4:1、約5:1、約6:1、約7:1、約8:1、約9:1、約10:1、約11:1、約12:1、約13:1、約14:1、約15:1、約16:1、約17:1、約18:1、約19:1、約20:1、約21:1、約22:1、約23:1、約24:1、約25:1、約26:1、約27:1、約28:1、約29:1或約30:1，以使得所獲得之超吸收性材料仍能夠在水合或再水合時形成凝膠。在其他實施例中，超吸收性材料中之總膠凝多醣與總不溶性纖維之間的比率為約1:1、約2:1、約3:1、約4:1、約5:1、約6:1、約7:1、約8:1、約9:1、約10:1、約11:1、約12:1、約13:1、約14:1、約15:1、約16:1、約17:1、約18:1、約19:1、約20:1、約21:1、約22:1、約23:1、約24:1、約25:1、約26:1、約27:1、約28:1、約29:1或約30:1，以使得所獲得之超吸收性材料仍能夠在水合或再水合時形成凝膠。在其他實施例中，超吸收性材料中之總膠凝相容性多醣與總不溶性纖維之間的比率為約1:1、約2:1、約3:1、約4:1、約5:1、約6:1、約7:1、約8:1、約9:1、約10:1、約11:1、約12:1、約13:1、約14:1、約15:1、約16:1、約17:1、約18:1、約19:1、約20:1、約21:1、約22:1、約23:1、約24:1、約25:1、約26:1、約27:1、約28:1、約29:1或約30:1，以使得所獲得之超吸收性材料仍能夠在水合或再水合時形成凝膠。

在一些實施例中，本文所揭示之水溶性多醣不含合成聚合物或經化學修飾之聚合物。在一些實施例中，水溶性多醣包括但不限於瓊脂、角叉菜膠；諸如蒟蒻膠、刺槐豆膠、三仙膠、結蘭膠、阿拉伯膠、大瑪琳籽膠、瓜爾膠之膠；豆渣、海藻酸鹽(諸如海藻酸鈉)、果膠、β-葡聚糖、聚葡萄胺糖、聚半乳甘露糖、聚葡甘露糖及可溶澱粉或諸如洋車前子纖維之可溶膳食纖維。在一些實施例中，水溶性多醣為膠凝多醣，包括但不限於角叉菜膠(例如k-角叉菜膠)、蒟蒻膠、洋車前子殼、海藻酸鹽、果膠、結蘭膠、聚葡萄胺糖及卡特蘭多醣。在其他實施例中，水溶性多醣為膠凝相容性多醣，包括但不限於三仙膠、刺槐豆膠、瓜爾膠、大瑪琳籽膠、豆渣及阿拉伯膠。在一些實施例中，不溶性膳食纖維包括但不限於大豆纖維中之不溶性纖維、來自海藻(諸如紅藻、褐藻、綠藻)之不溶性纖維、海藻複合材料、纖維素、不溶性半纖維素；豆科、麥麩、全穀物、蔬菜、水果、豆類、種子、種皮之種子、種皮、根、莖、葉、樹皮的木質素；燕麥纖維、稻米纖維、橡木纖維、玉米纖維、柑橘纖維、甜菜纖維、甘蔗纖維、椰子纖維及包含該等不溶性纖維之組合的組合物。

如該領域中已知且實踐，可藉由例如如Tanja Wüstenberg, Cellulose and Cellulose Derivatives in the Food Industry: Fundamentals and Applications, First Edition, Chapter 1及Masakuni Tako, Advances in Bioscience and Biotechnology, 6: 22-36 (2015)中所述的多種分析中之任一者來如此確認膠凝多醣，該等文獻兩者以全文引用之方式併入本文中。在一些實施例中，可藉由在加熱或不加熱之情況下溶解在水中，冷卻至適合膠凝溫度，且判定膠凝多醣之溶液是否形成凝膠來如此確認膠凝多醣。

替代地，在另一實施例中，可藉由例如如G.I.T. Laboratory Journal 3-4/2007,第68-70頁中所述的流變學來如此確認膠凝多醣膠凝多醣。簡言之，可進行小振幅振盪掃描以測定相關於時間、溫度、頻率、應力及/或應變的G' (儲存模數，Pa)及G'' (損耗模數，Pa)。若在如前述段落中所述溶解及冷卻之後多醣之溶液(水合多醣)的G'大於G''，則水合多醣具有固體狀凝膠質地，且該多醣為膠凝多醣。

類似地，且如該領域中已知且實踐，可藉由例如如Tanja Wüstenberg, Cellulose and Cellulose Derivatives in the Food Industry: Fundamentals and Applications, First Edition, Chapter 1及Masakuni Tako, Advances in Bioscience and Biotechnology, 6: 22-36 (2015)中所述的多種分析中之任一者來如此確認膠凝相容性多醣，該等文獻兩者以全文引用之方式併入本文中。在一些實施例中，膠凝相容性多醣可藉由以下來如此確認：在加熱或不加熱之情況下與其他多醣一起溶解在水中，冷卻至適合膠凝溫度，且判定溶液是否可由於膠凝相容性多醣之間之協同相互作用而形成凝膠，否則將不能夠在測試條件下形成凝膠。

替代地，在另一實施例中，可藉由例如如G.I.T. Laboratory Journal 3-4/2007,第68-70頁中所述的流變學來如此確認膠凝多醣膠凝多醣。簡言之，可進行小振幅振盪掃描以測定相關於時間、溫度、頻率及/或應力的G' (儲存模數，Pa)及G'' (損耗模數，Pa)。若在如前述段落中所述溶解及冷卻之後多醣之溶液(水合多醣)的G'大於G''，則水合多醣具有固體狀凝膠質地，且該多醣為膠凝相容性多醣。

如該領域中所熟知，膠凝多醣及膠凝相容性多醣不相互排斥。一些膠凝多醣亦可為膠凝相容性多醣，因為此等膠凝多醣自身可形成凝膠，如該領域中已知且上文所述之分析可確認，且此等膠凝多醣亦可在與另一種多醣組合時由於該等多醣之間之協同作用而形成凝膠。該等多醣包括瓊脂、角叉菜膠、蒟蒻膠、果膠、海藻酸鹽及卡特蘭多醣。另一方面，一些膠凝相容性多醣不為膠凝多醣，因為其可在與另一種多醣組合時由於該等多醣之間之協同作用而形成凝膠，但其自身無法形成凝膠，此可藉由上文所述之分析測定。該等膠凝相容性多醣包括三仙膠、瓜爾膠、阿拉伯膠、大瑪琳籽膠、豆渣及刺槐豆膠。

在某些實施例中，本文所揭示之超吸收性材料由以下製造：大豆膳食纖維組合物，其由如本文所揭示且如2021年1月21日申請之PCT申請案第PCT/US2021/014388號(其以全文引用之方式併入本文中)中所揭示之製程揭示及製造；包含一或多種不溶性纖維及瓊脂之海藻複合材料，其由如本文所揭示且如2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257825之PCT申請案第PCT/US2020/070160號(其以全文引用之方式併入本文中)中所揭示之製程揭示及製造；包含一或多種不溶性纖維及角叉菜膠之海藻複合材料，其由如本文所揭示且如2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257826之PCT申請案第PCT/US2020/070161號中所揭示之製程揭示及製造；或其組合。

可溶及不溶性膳食纖維兩者可促進人類健康。人們愈來愈認識到，過量攝入高卡路里的碳水化合物食物(例如麵粉及大米或富含易消化澱粉之任何食物)會引起多種多樣的健康問題，包括肥胖症及糖尿病。包含天然豐富的本文所揭示之可溶及不溶性膳食纖維來源之超吸收性複合材料可用於傳統食物中以限制食物碳水化合物之攝入。可溶膳食纖維(SDF)具有益生菌活性，且可降低膽固醇含量且改善糖尿病之葡萄糖控制。其他研究表明，SDF具有抗炎性、抗氧化及抗癌作用以及許多其他潛在健康益處。已知不溶性膳食纖維(IDF)具有輕瀉劑功能，且可幫助改善胃腸道健康(例如預防腹瀉、便秘、憩室炎及痔瘡)。鑒於健康益處，開發含有不溶性膳食纖維之超吸收性材料至關重要。另外，包括不溶性膳食纖維亦向超吸收性材料提供新的功能特性，諸如針對不同分子之獨特吸收功能、溶脹能力、不同溶液及生理條件下之結構穩定性。

開發本文所揭示之複合超吸收性材料之重要態樣為尋找最佳比率的多醣(諸如膠凝多醣及膠凝相容性多醣)及不溶性膳食纖維之最佳成分混合物以及製造具有某一結構之所揭示之複合超吸收性材料的可變處理條件，使得在室溫下水吸收及體積膨脹能力較高。本文所揭示之複合超吸收性材料能體積快速膨脹，且維持其膨脹形狀，且對於個別成分在水合或再水合時保持非聚集狀態。針對超吸收性材料中之總水溶性多醣與總不溶性纖維之間之比率所涵蓋的一些實施例描述於本文中，例如描述於「發明內容」部分、此部分(「實施方式」)及「實例」部分中。另外，針對(i)總膠凝多醣、總膠凝相容性多醣或其組合與(ii)總不溶性纖維之間之比率所涵蓋的某些實施例亦描述於本文中，例如描述於「發明內容」部分、此部分(「實施方式」)及「實例」部分中。

某些類型之多醣，諸如膠凝多醣及膠凝相容性多醣在溶液中且在膠凝製程中具有協同作用。舉例而言，在角叉菜膠與刺槐豆膠之間或在三仙膠與刺槐豆膠之間觀察到協同作用，以使得混合溶液之系統黏度大於此系統中之各組分的總和，或混合物將產生比各個別組分強度更高的凝膠。亦觀察到刺槐豆膠、三仙膠、瓊脂或角叉菜膠之間之相互協同作用，其可改善複合凝膠之凝膠強度及結構。然而，協同作用視多醣之特定混合物而定，舉例而言，角叉菜膠及瓜爾膠之混合物無協同作用。

此外，增強複合超吸收性材料之結構穩定性以獲得針對優異水吸收、體積膨脹、結構穩定性及/或形狀穩定性及非聚集特點具有多孔網狀結構之高度穩定結構至關重要。許多習知超吸收性材料藉由使用外力，藉由酶消化材料且自酶消化之片段(其在食品及健康補充劑應用中為十分非所需的，且移除起來繁瑣且昂貴)散出而實現所需穩定性，該外力諸如經修飾或合成聚合物或化學交聯、空氣泵送、酵母菌醱酵、化學反應。因此，在超吸收性材料形成之前或期間，本文所揭示之超吸收性材料既不用氣體膨脹亦不用酶消化。在某些實施例中，本文所提供之超吸收性材料在無化學交聯之情況下具有多孔網狀結構。在一個實施例中，在超吸收性材料形成之前或期間，本文所揭示之超吸收性材料不用氣體膨脹。在另一實施例中，在超吸收性材料形成之前或期間，本文所揭示之超吸收性材料不用酶消化。在另一實施例中，在超吸收性材料形成之前或期間，本文所揭示之超吸收性材料不經歷酵母菌醱酵。在又另一實施例中，在超吸收性材料形成之前或期間，本文所揭示之超吸收性材料不經歷化學反應。在一額外實施例中，在超吸收性材料形成之前或期間，本文所揭示之超吸收性材料不經歷化學交聯。因此，在一些實施例中，本發明規定，本文提供之超吸收性材料不經歷此段落中所述之習知方式中之任一者或任何組合。

所揭示之複合超吸收性材料之結構穩定性可藉由冷凍處理凝膠來增強。物理交聯之水凝膠可藉由冷凍-解凍技術，亦稱為低溫膠凝作用或低溫結構化而形成。當聚合物或不同聚合物之混合物的溶液冷凍時，水變為冰且與聚合物分子相分離。因此，迫使聚合物分子彼此相互作用。冷凍及解凍製程之多次循環可用於引發凝膠形成，從而形成多種低溫凝膠。本發明人意外地發現，在冷凍溫度下處理一段延長的時間，諸如至少24小時、48小時、72小時、96小時、120小時或更久以使得超吸收性材料形成穩定的多孔網狀結構時，包含一或多種可溶性多醣(諸如膠凝多醣及膠凝相容性多醣)及一或多種不溶性膳食纖維之複合超吸收性材料之穩定性增大。儘管不希望受理論束縛，但穩定的多孔網狀結構之形成很可能係由於在冷凍及解凍循環期間可溶性多醣(諸如膠凝多醣及膠凝相容性多醣)與不溶性膳食纖維之間之相互作用增大。因此，所揭示之超吸收性材料可在室溫或體溫下用水或胃液水合或再水合時快速吸收大量液體，且體積快速溶脹，且維持其膨脹形狀，且對於個別成分在水溶液中維持非聚集狀態。

在一個具體實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為凝膠強度為至少50 g之定義明確的結構維持至少12小時。在一些實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為凝膠強度為至少50 g之定義明確的結構維持至少24小時。在另一實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為凝膠強度為至少50 g之定義明確的結構維持至少36小時。在另一實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為凝膠強度為至少50 g之定義明確的結構維持至少48小時。在又另一實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為凝膠強度為至少50 g之定義明確的結構維持至少60小時。在一額外實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為凝膠強度為至少50 g之定義明確的結構維持至少72小時。在一個實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為凝膠強度為至少50 g之定義明確的結構維持至少84小時。在一額外實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為凝膠強度為至少50 g之定義明確的結構維持至少96小時。在其他實施例中，定義明確的結構之維持之特徵可在於在如此段落中所述之中性pH條件或人類胃pH條件下至少25 g、至少50 g、至少75 g、至少100 g、至少125 g、至少150 g、至少175 g、至少200 g、至少225 g、至少250 g、至少275 g、至少300 g、至少325 g、至少350 g、至少375 g、至少400 g、至少425 g、至少450 g、至少475 g、至少500 g或更大之凝膠強度維持任何持續時間。在一些其他實施例中，定義明確的結構之維持之特徵可在於在如此段落中所述之中性pH條件或人類胃pH條件下約25 g、約50 g、約75 g、約100 g、約125 g、約150 g、約175 g、約200 g、約225 g、約250 g、約275 g、約300 g、約325 g、約350 g、約375 g、約400 g、約425 g、約450 g、約475 g、約500 g或更大之凝膠強度維持任何持續時間。

在一個具體實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為儲存模數(G')為10 ³至10 ⁶Pa之定義明確的結構維持至少12小時。在一些實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為儲存模數(G')為10 ³至10 ⁶Pa之定義明確的結構維持至少24小時。在另一實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為儲存模數(G')為10 ³至10 ⁶Pa之定義明確的結構維持至少36小時。在另一實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為儲存模數(G')為10 ³至10 ⁶Pa之定義明確的結構維持至少48小時。在又另一實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為儲存模數(G')為10 ³至10 ⁶Pa之定義明確的結構維持至少60小時。在一額外實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為儲存模數(G')為10 ³至10 ⁶Pa之定義明確的結構維持至少72小時。在一個實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為儲存模數(G')為10 ³至10 ⁶Pa之定義明確的結構維持至少84小時。在一額外實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在中性pH條件或人類胃pH條件下將特徵為儲存模數(G')為10 ³至10 ⁶Pa之定義明確的結構維持至少96小時。在其他實施例中，定義明確的結構之維持之特徵可在於在如此段落中所述之中性pH條件或人類胃pH條件下將至少10 ³Pa、至少1.5×10 ³Pa、至少2×10 ³Pa、至少2.5×10 ³Pa、至少3×10 ³Pa、至少3.5×10 ³Pa、至少4×10 ³Pa、至少4.5×10 ³Pa、至少5×10 ³Pa、至少5.5×10 ³Pa、至少6×10 ³Pa、至少6.5×10 ³Pa、至少7×10 ³Pa、至少7.5×10 ³Pa、至少8×10 ³Pa、至少8.5×10 ³Pa、至少9×10 ³Pa、至少9.5×10 ³Pa、至少10 ⁴Pa、至少1.5×10 ⁴Pa、至少2×10 ⁴Pa、至少2.5×10 ⁴Pa、至少3×10 ⁴Pa、至少3.5×10 ⁴Pa、至少4×10 ⁴Pa、至少4.5×10 ⁴Pa、至少5×10 ⁴Pa、至少5.5×10 ⁴Pa、至少6×10 ⁴Pa、至少6.5×10 ⁴Pa、至少7×10 ⁴Pa、至少7.5×10 ⁴Pa、至少8×10 ⁴Pa、至少8.5×10 ⁴Pa、至少9×10 ⁴Pa、至少9.5×10 ⁴Pa或至少10 ⁵Pa之儲存模數(G')維持任何持續時間。在一些其他實施例中，定義明確的結構之維持之特徵可在於在如此段落中所述之中性pH條件或人類胃pH條件下將約10 ³Pa、約1.5×10 ³Pa、約2×10 ³Pa、約2.5×10 ³Pa、約3×10 ³Pa、約3.5×10 ³Pa、約4×10 ³Pa、約4.5×10 ³Pa、約5×10 ³Pa、約5.5×10 ³Pa、約6×10 ³Pa、約6.5×10 ³Pa、約7×10 ³Pa、約7.5×10 ³Pa、約8×10 ³Pa、約8.5×10 ³Pa、約9×10 ³Pa、約9.5×10 ³Pa、約10 ⁴Pa、約1.5×10 ⁴Pa、約2×10 ⁴Pa、約2.5×10 ⁴Pa、約3×10 ⁴Pa、約3.5×10 ⁴Pa、約4×10 ⁴Pa、約4.5×10 ⁴Pa、約5×10 ⁴Pa、約5.5×10 ⁴Pa、約6×10 ⁴Pa、約6.5×10 ⁴Pa、約7×10 ⁴Pa、約7.5×10 ⁴Pa、約8×10 ⁴Pa、約8.5×10 ⁴Pa、約9×10 ⁴Pa、約9.5×10 ⁴Pa或約10 ⁵Pa之儲存模數(G')維持任何持續時間。

在一些實施例中，本文所提供之超吸收性材料可在少於5小時、少於4小時、少於3小時、少於2小時、少於1.5小時、少於1小時、少於30分鐘、少於25分鐘或少於15分鐘內體積快速膨脹，且維持如前述段落及此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中之段落中所表述之定義明確的結構。在其他實施例中，本文所提供之超吸收性材料可在約5小時、約4小時、約3小時、約2小時、約1.5小時、約1小時、約30分鐘、約25分鐘或約15分鐘內體積快速膨脹，且維持如前述段落及此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中之段落中所表述之定義明確的結構。

在某些實施例中，本文所揭示之超吸收性材料具有延伸的多孔結構，其特徵為高度組織化且互連之孔。

多孔網狀結構之特徵可在於孔隙率，其為材料中之空隙(空白空間或孔之空間)與總體積的比率。多孔網狀結構之基質或超吸收性材料之基質係指構成不為超吸收性材料之空隙(空白空間或孔之空間)之體積的物質。多孔網狀結構包括孔、基質以及孔及基質之空間分佈、圖案及排列。

超吸收性材料可根據本文所揭示之方法製備，該等方法產生呈其乾燥狀態(例如在冷凍乾燥之後或在真空冷凍乾燥之後)之超吸收性材料。呈其乾燥狀態之超吸收性材料具有緻密的高度封裝之多孔網狀結構。舉例而言，在某些實施例中，緻密的高度封裝之多孔網狀結構佔經乾燥之超吸收性材料之至少50%、至少55%、至少60%、至少65%、至少70%、至少75%、至少80%、至少85%、至少90%或至少95%的體積。在經乾燥之超吸收性材料之一些實施例中，多孔網狀結構之孔隙率為30%至95%或其中所含之任何範圍，包括但不限於40%至80%、40%至90%、60%至80%、50%至90%、50%至70%、60%至90%及70%至90%。在一些實施例中，超吸收性材料呈實質上乾燥的狀態。

當超吸收性材料水合或再水合時，超吸收性材料具有高度多孔網狀結構。在某些實施例中，水合或再水合超吸收性材料具有高度多孔網狀結構。舉例而言，超吸收性材料之至少50%、至少55%、至少60%、至少65%、至少70%、至少75%、至少80%、至少85%、至少90%或至少95%的體積形成高度多孔網狀結構。

在本文所提供之超吸收性材料之各種實施例中，超吸收性材料中之可溶性多醣及不溶性纖維可協調一致地膨脹，以使得當超吸收性材料吸收水且體積膨脹時，不溶性纖維膨脹且均勻地分散。在水合或再水合時，不溶性纖維均勻地分佈於凝膠基質中而無需額外能量(例如均質化或高剪切混合)。因此，在一個實施例中，超吸收性材料可在水合或再水合時形成凝膠而無需均質化不溶性纖維。在另一實施例中，超吸收性材料可在水合或再水合時形成凝膠而不機械分散不溶性纖維。在另一實施例中，超吸收性材料可在水合或再水合時形成凝膠而不混合不溶性纖維。在又另一實施例中，超吸收性材料可在水合或再水合時形成凝膠而不利用高剪切混合不溶性纖維。在另一實施例中，超吸收性材料可在水合或再水合時形成凝膠而不加熱不溶性纖維。在一個實施例中，超吸收性材料可在水合或再水合時形成凝膠而不藉由任何方式主動分佈或分散不溶性纖維。

在本文所提供之超吸收性材料之各種實施例中，當超吸收性材料水合或再水合時，超吸收性材料中之不溶性纖維均勻地分佈於超吸收性材料中。不溶性纖維在超吸收性材料中之該均勻分佈之特徵可在於超吸收性材料之一個次面積或次體積與超吸收性材料之另一次面積或次體積的超吸收性材料中之不溶性纖維之密度類似或相當。在一些實施例中，不溶性纖維在超吸收性材料中之均勻分佈可藉由複數個1立方毫米(mm ³)次體積之相同超吸收性材料的不溶性纖維之密度之變異係數小於1來表徵。在某些實施例中，不溶性纖維在超吸收性材料中之均勻分佈可藉由複數個1 mm ³次體積之相同超吸收性材料的不溶性纖維之密度之變異係數小於2、小於1.9、小於1.8、小於1.7、小於1.6、小於1.5、小於1.4、小於1.3、小於1.2或小於1.1、小於1、小於0.9、小於0.8、小於0.7、小於0.6、小於0.5、小於0.4、小於0.3、小於0.2或小於0.1來表徵。在一些額外實施例中，不溶性纖維在超吸收性材料中之均勻分佈可藉由複數個1 mm ³次體積之相同超吸收性材料的不溶性纖維之密度之變異係數為約2、約1.9、約1.8、約1.7、約1.6、約1.5、約1.4、約1.3、約1.2或約1.1、約1、約0.9、約0.8、約0.7、約0.6、約0.5、約0.4、約0.3、約0.2或約0.1來表徵。在其他實施例中，不溶性纖維在超吸收性材料中之均勻分佈可藉由複數個1 mm ³次體積之相同超吸收性材料的不溶性纖維之密度變化少於50%、少於40%、少於30%、少於20%或少於10%來表徵。在一些其他實施例中，不溶性纖維在超吸收性材料中之均勻分佈可藉由複數個1 mm ³次體積之相同超吸收性材料的不溶性纖維之密度變化約50%、約40%、約30%、約20%或約10%來表徵。在此段落中提供之超吸收性材料之一些額外實施例中，用於測定密度之次體積可為0.1 mm ³、0.2 mm ³、0.3 mm ³、0.4 mm ³、0.5 mm ³、0.6 mm ³、0.7 mm ³、0.8 mm ³、0.9 mm ³、1 mm ³、5 mm ³、10 mm ³、25 mm ³、50 mm ³、100 mm ³、500 mm ³或1000 mm ³之次體積。在此段落中提供之超吸收性材料之其他實施例中，密度可在相同超吸收性材料之次面積上進行測定及比較，且用於測定密度之次面積可為0.01 mm ²、0.02 mm ²、0.03 mm ²、0.04 mm ²、0.05 mm ²、0.06 mm ²、0.07 mm ²、0.08 mm ²、0.09 mm ²、0.1 mm ²、0.2 mm ²、0.3 mm ²、0.4 mm ²、0.5 mm ²、0.6 mm ²、0.7 mm ²、0.8 mm ²、0.9 mm ²、1 mm ²、5 mm ²、10 mm ²、25 mm ²、50 mm ²或100 mm ²之次面積。在此段落中提供之超吸收性材料之某些實施例中，密度可在3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20個該等次面積或次體積上進行測定及比較。

因此，在一個具體實施例中，在水合或再水合時超吸收性材料可形成凝膠，其中不溶性纖維均勻地分佈於基質中而無需均質化。正如自描述顯而易見，不溶性纖維在超吸收性材料中之該均勻分佈之特徵可如前述幾個段落中所描述。

當超吸收性材料水合或再水合時，多孔網狀結構之特徵在於複數個孔以高度均一圖案密集地填入及組織化。超吸收性材料之結構之特徵可在於孔密度、孔徑大小、孔密度之變化及/或孔徑大小之變化。另外，超吸收性材料之結構之特徵亦可在於超吸收性材料之一個次面積或次體積與超吸收性材料之另一次面積或次體積的多孔網狀結構之類似性，包括孔密度、孔徑大小及多孔網狀結構自身之類似性。

因此，在一些實施例中，當超吸收性材料水合或再水合時，多孔網狀結構之特徵在於二維孔密度介於1/100 µm ²至500/100 µm ²之範圍內，或其中所含之任何範圍。在某些實施例中，當超吸收性材料水合或再水合時，多孔網狀結構之特徵在於二維孔密度介於10/100 µm ²至450/100 µm ²之範圍內。在一個實施例中，當超吸收性材料水合或再水合時，多孔網狀結構之特徵在於二維孔密度介於20/100 µm ²至400/100 µm ²之範圍內。在另一實施例中，當超吸收性材料水合或再水合時，多孔網狀結構之特徵在於二維孔密度介於30/100 µm ²至350/100 µm ²之範圍內。在另一實施例中，當超吸收性材料水合或再水合時，多孔網狀結構之特徵在於二維孔密度介於40/100 µm ²至300/100 µm ²之範圍內。在又另一實施例中，當超吸收性材料水合或再水合時，多孔網狀結構之特徵在於二維孔密度介於50/100 µm ²至250/100 µm ²之範圍內。在一個實施例中，當超吸收性材料水合或再水合時，多孔網狀結構之特徵在於二維孔密度介於60/100 µm ²至200/100 µm ²之範圍內。在另一實施例中，當超吸收性材料水合或再水合時，多孔網狀結構之特徵在於二維孔密度介於70/100 µm ²至150/100 µm ²之範圍內。在另一實施例中，當超吸收性材料水合或再水合時，多孔網狀結構之特徵在於二維孔密度介於80/100 µm ²至100/100 µm ²之範圍內。在一些實施例中，當超吸收性材料水合或再水合時，多孔網狀結構之特徵在於二維孔密度為約10、約20、約30、約40、約50、約60、約70、約80、約90、約100、約110、約120、約130、約140、約150、約160、約170、約180、約190、約200、約210、約220、約230、約240、約250、約260、約270、約280、約290、約300、約310、約320、約330、約340、約350、約360、約370、約380、約390、約400、約410、約420、約430、約440、約450、約460、約470、約480、約490、約500或此句中所列之任兩個數字之間之任何範圍/100 µm ²。

可替代地且如上所述，超吸收性材料之結構之特徵亦可在於超吸收性材料之一個次面積或次體積與超吸收性材料之另一次面積或次體積的多孔網狀結構之孔密度的類似性(相同超吸收性材料內之孔密度的類似性或均一性)。在一些實施例中，相同超吸收性材料內之孔密度的類似性或均一性可藉由複數個次面積之相同超吸收性材料的二維孔密度之變異係數小於1來表徵。在某些實施例中，相同超吸收性材料內之孔密度的類似性或均一性可藉由複數個100 µm ²次面積之相同超吸收性材料的二維孔密度之變異係數小於2、小於1.9、小於1.8、小於1.7、小於1.6、小於1.5、小於1.4、小於1.3、小於1.2或小於1.1、小於1、小於0.9、小於0.8、小於0.7、小於0.6、小於0.5、小於0.4、小於0.3、小於0.2或小於0.1來表徵。在一些額外實施例中，相同超吸收性材料內之孔密度的類似性或均一性可藉由複數個100 µm ²次面積之相同超吸收性材料的二維孔密度之變異係數為約2、約1.9、約1.8、約1.7、約1.6、約1.5、約1.4、約1.3、約1.2或約1.1、約1、約0.9、約0.8、約0.7、約0.6、約0.5、約0.4、約0.3、約0.2、約0.1或此句中所列之任兩個數字之間之任何範圍來表徵。在其他實施例中，相同超吸收性材料內之孔密度的類似性或均一性可藉由複數個100 µm ²次面積之相同超吸收性材料的二維孔密度變化少於50%、少於40%、少於30%、少於20%、少於10%或此句中所列之任兩個數字之間之任何範圍來表徵。在一些其他實施例中，相同超吸收性材料內之孔密度的類似性或均一性可藉由複數個100 µm ²次面積之相同超吸收性材料的2維孔密度變化約50%、約40%、約30%、約20%、約10%或此句中所列之任兩個數字之間之任何範圍來表徵。在此段落中提供之超吸收性材料之一些額外實施例中，用於測定孔密度之次體積可為10 µm ²、20 µm ²、30 µm ²、40 µm ²、50 µm ²、60 µm ²、70 µm ²、80 µm ²、90 µm ²、100 µm ²、150 µm ²、200 µm ²、250 µm ²、300 µm ²、350 µm ²、400 µm ²、450 µm ²或500 µm ²之次面積。在此段落中提供之超吸收性材料之其他實施例中，孔密度可在3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20個該等次面積上進行測定及比較。

類似地，超吸收性材料之結構之特徵可在於孔徑大小及/或孔徑大小之變化。在超吸收性材料之某些實施例中，當該材料水合或再水合時，多孔網狀結構之孔之平均直徑大小介於1 µm至30 µm之範圍或其中所含之任何範圍內，包括但不限於1 µm至30 µm、1 µm至25 µm、1 µm至20 µm、1 µm至15 µm、1 µm至10 µm、2 µm至30 µm、2 µm至25 µm、2 µm至20 µm、2 µm至15 µm、2 µm至10 µm、3 µm至30 µm、3 µm至25 µm、3 µm至20 µm、3 µm至15 µm、3 µm至10 µm、4 µm至30 µm、4 µm至25 µm、4 µm至20 µm、4 µm至15 µm、4 µm至10 µm、5 µm至30 µm、5 µm至25 µm、5 µm至20 µm、5 µm至15 µm、5 µm至10 µm、6 µm至30 µm、6 µm至25 µm、6 µm至20 µm、6 µm至15 µm、6 µm至10 µm、7 µm至30 µm、7 µm至25 µm、7 µm至20 µm、7 µm至15 µm、7 µm至10 µm、8 µm至30 µm、8 µm至25 µm、8 µm至20 µm、8 µm至15 µm、8 µm至10 µm、9 µm至30 µm、9 µm至25 µm、9 µm至20 µm、9 µm至15 µm、9 µm至10 µm、10 µm至30 µm、10 µm至25 µm、10 µm至15 µm、10 µm至15 µm、15 µm至30 µm、15 µm至25 µm或15 µm至20 µm。在一些實施例中，當超吸收性材料水合或再水合時，多孔網狀結構之特徵在於平均直徑大小為約1、約2、約3、約4、約5、約6、約7、約8、約9、約10、約11、約12、約13、約14、約15、約16、約17、約18、約19、約20、約21、約22、約23、約24、約25、約26、約27、約28、約29、約30、約31、約32、約33、約34、約35、約36、約37、約38、約39、約40、約41、約42、約43、約44、約45、約46、約47、約48、約49、約50 µm或此句中所列之任兩個數字之間之任何範圍。

可替代地且如上所述，超吸收性材料之結構之特徵亦可在於超吸收性材料之一個次面積或次體積與超吸收性材料之另一次面積或次體積的多孔網狀結構之孔徑大小的類似性(相同超吸收性材料內之孔徑大小的類似性或均一性)。在一些實施例中，相同超吸收性材料內之孔徑大小的類似性或均一性可藉由複數個次面積之相同超吸收性材料之平均孔徑大小的變異係數小於1來表徵。在某些實施例中，相同超吸收性材料內之孔徑大小的類似性或均一性可藉由複數個100 µm ²次面積之相同超吸收性材料之平均孔徑大小的變異係數小於2、小於1.9、小於1.8、小於1.7、小於1.6、小於1.5、小於1.4、小於1.3、小於1.2或小於1.1、小於1、小於0.9、小於0.8、小於0.7、小於0.6、小於0.5、小於0.4、小於0.3、小於0.2或小於0.1來表徵。在一些額外實施例中，相同超吸收性材料內之孔徑大小的類似性或均一性可藉由複數個100 µm ²次面積之相同超吸收性材料之平均孔徑大小的變異係數為約2、約1.9、約1.8、約1.7、約1.6、約1.5、約1.4、約1.3、約1.2或約1.1、約1、約0.9、約0.8、約0.7、約0.6、約0.5、約0.4、約0.3、約0.2、約0.1或此句中所列之任兩個數字之間之任何範圍來表徵。在其他實施例中，相同超吸收性材料內之孔徑大小的類似性或均一性可藉由複數個100 µm ²次面積之相同超吸收性材料的平均孔徑大小變化少於50%、少於40%、少於30%、少於20%或少於10%來表徵。在一些其他實施例中，相同超吸收性材料內之孔徑大小的類似性或均一性可藉由複數個100 µm ²次面積之相同超吸收性材料的平均孔徑大小變化約50%、約40%、約30%、約20%、約10%或此句中所列之任兩個數字之間之任何範圍來表徵。在此段落中提供之超吸收性材料之一些額外實施例中，用於測定孔徑大小之次體積可為10 µm ²、20 µm ²、30 µm ²、40 µm ²、50 µm ²、60 µm ²、70 µm ²、80 µm ²、90 µm ²、100 µm ²、150 µm ²、200 µm ²、250 µm ²、300 µm ²、350 µm ²、400 µm ²、450 µm ²或500 µm ²之次面積。在此段落中提供之超吸收性材料之其他實施例中，孔密度可在3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20個該等次面積上進行測定及比較。

另外，在一些實施例中，相同超吸收性材料內之孔徑大小的類似性或均一性可藉由相同超吸收性材料之孔徑大小的變異係數小於1來表徵。在某些實施例中，相同超吸收性材料內之孔徑大小的類似性或均一性可藉由相同超吸收性材料之孔徑大小的變異係數小於2、小於1.9、小於1.8、小於1.7、小於1.6、小於1.5、小於1.4、小於1.3、小於1.2或小於1.1、小於1、小於0.9、小於0.8、小於0.7、小於0.6、小於0.5、小於0.4、小於0.3、小於0.2或小於0.1來表徵。在一些額外實施例中，相同超吸收性材料內之孔徑大小的類似性或均一性可藉由相同超吸收性材料之孔徑大小的變異係數為約2、約1.9、約1.8、約1.7、約1.6、約1.5、約1.4、約1.3、約1.2或約1.1、約1、約0.9、約0.8、約0.7、約0.6、約0.5、約0.4、約0.3、約0.2、約0.1或此句中所列之任兩個數字之間之任何範圍來表徵。在其他實施例中，相同超吸收性材料內之孔徑大小的類似性或均一性可藉由相同超吸收性材料之孔徑大小變化少於50%、少於40%、少於30%、少於20%或少於10%來表徵。在一些其他實施例中，相同超吸收性材料內之孔徑大小的類似性或均一性可藉由相同超吸收性材料之孔徑大小變化約50%、約40%、約30%、約20%、約10%或此句中所列之任兩個數字之間之任何範圍來表徵。

在本文所提供之超吸收性材料之一些特定實施例中，1 mm ³次體積之相同超吸收性材料之孔密度的變異係數小於1。在某一實施例中，孔徑大小之變異係數小於1。在其他實施例中，1 mm ³次體積之相同超吸收性材料之孔密度的變異係數小於1，且孔徑大小之變異係數小於1。

在多孔網狀結構之一些實施例中，密集地填入之孔以類似於蜂巢圖案、網眼圖案或其組合之高度均一圖案組織化。在某些實施例中，多孔網狀結構包括複數個互連孔，其中一個孔與另一孔經由一或多個通道或開孔互連。在超吸收性材料之一些實施例中，存在多孔網狀結構之兩個或更多個層，其中各層包含多孔網狀結構。有利地，如本文所述，所揭示之多孔網狀結構允許超吸收性材料具有優異的體積膨脹及水吸收特性。

如上文進一步描述，超吸收性材料之結構之特徵亦可在於超吸收性材料之一個次面積或次體積與超吸收性材料之另一次面積或次體積的多孔網狀結構之類似性。因此，在本文所提供之超吸收性材料之各種實施例中，超吸收性材料之多孔網狀結構具有在超吸收性材料中重複之均一圖案。在一個實施例中，超吸收性材料之多孔網狀結構之圖案重複，以使得未重疊超吸收性材料之一個區域之顯微照片可與相同超吸收性材料之另一未重疊區域之顯微照片形成交互關聯峰。在另一實施例中，超吸收性材料之多孔網狀結構之圖案重複，以使得不少於50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%或95%之相同超吸收性材料之顯微照片在包含相同超吸收性材料之顯微照片及來自對照材料之對照顯微照片兩者的影像設定之影像分類中分為一類，其中該影像分類在適合之分類參數下係基於多變量統計分析、主成分分析或最大概似，且其中對照材料不為超吸收性材料。在一些實施例中，對照材料不為超吸收性材料，諸如該領域中已知且使用之習知海綿。各種程式及演算法已知且在該領域中用於計算兩個影像之間之交互關聯性，且對一組影像進行分類，包括套裝軟體，諸如RELION、EMAN、SPIDER、Scipion及/或protomo，其應用多變量統計分析、主成分分析及/或最大概似之已知演算法。

孔之特徵可在於其直徑大小、其孔大小分佈、其表面積/孔體積或其孔密度。舉例而言，當超吸收性材料水合或再水合時，孔之平均直徑大小可介於1 µm至30 µm之範圍內或其中所含之任何範圍，包括但不限於2 µm至15 µm。幾個小孔可具有數十奈米至1 µm。當超吸收性材料水合或再水合時，二維孔密度之變化可小於1/100 µm ²至大於500/100 µm ²。此外，孔可呈任何適合之形狀，包括但不限於實質上六邊形、實質上五邊形、實質上圓形、實質上矩形或任何其他適合之孔形狀。在某些實施例中，孔可與另一孔經由一或多個通道互連。

在某些實施例中，超吸收性材料顆粒具有大的內腔體積，其可為未溶脹超吸收性材料之體積的至少10倍至至多150倍。在某些實施例中，本文所揭示之超吸收性材料不具有分層或片化結構。

如工作實例中所證實，結構分析表明，所揭示之超吸收性材料中之一些，諸如第1號第5-7號樣品及(在較低程度下)第9-11號樣品形成複合多孔組織化結構。意外地，超吸收性材料中之可溶性多醣及不溶性纖維可協調一致地膨脹，以使得當超吸收性材料吸收水且體積膨脹時，不溶性纖維膨脹且均勻地分散。此為出人意料的特點，因為不溶性纖維不可與水混溶，且預期不會在水吸收及體積膨脹過程期間與可溶性多醣在一起。不溶性纖維及可溶性多醣似乎形成吸收水之新穎複合材料結構，且協調一致地體積膨脹。此觀測結果表明，不同組分，包括可溶天然多醣及不溶性纖維之分子彼此相互作用以形成新穎物質，而非各種聚合物之簡單物理混合物，此將預期展示非均質結構特點及獨立膨脹行為。

在某些實施例中，超吸收性材料在室溫下(例如，在15℃與25℃之間的溫度下)或在人類體溫下(例如，在35℃與41℃之間的溫度下)及/或在中性pH條件或人類胃pH條件下在水吸收比及體積膨脹比方面具有優異的溶脹能力。在一些實施例中，本文所揭示之超吸收性材料具有高度多孔網狀結構，該多孔網狀結構在模擬人類胃條件之中性及低pH溶液下在乾燥及水合/再水合製程中穩定。在水合或再水合時，超吸收性材料可體積快速(在少於30分鐘內)膨脹，且在中性pH條件或人類胃pH條件下將不溶性纖維均勻地分佈之定義明確的形狀維持至少24小時。在一些實施例中，本文所揭示之超吸收性材料在酸性pH，諸如胃pH下穩定，且在酸性胃pH下維持結構及體積，以使得個體之所引發之飽腹效應延長。

如本文所用，溶脹能力由下式所量測之吸收比表示：吸收比=在水或特定緩衝液中溶脹至飽和之超吸收性材料之濕重除以超吸收性材料之乾重，且由下式所量測之體積膨脹比表示：體積膨脹比=在水或特定緩衝液中浸沒至飽和之充分水合/再水合超吸收性材料之體積除以初始乾燥超吸收性材料之體積。在一些實施例中，吸收比及/或體積膨脹比在室溫下量測。在一些實施例中，吸收比及/或體積膨脹比在約37℃下量測。在一些實施例中，吸收比及/或體積膨脹比在中性pH下量測。在一些實施例中，吸收比及/或體積膨脹比在生理pH下量測。在一些實施例中，吸收比及/或體積膨脹比在胃pH下量測。在一些實施例中，藉由本文所揭示之製程所獲得之超吸收性材料的水吸收比為溶脹之前的乾燥超吸收性材料之重量的至少10倍、至少20倍、至少30倍、至少40倍、至少50倍、至少60倍、至少70倍、至少80倍、至少90倍、至少100倍、至少110倍、至少120倍、至少130倍、至少140倍、至少150倍、至少160倍、至少170倍、至少180倍、至少190倍或至少200倍。在一些實施例中，藉由本文所揭示之製程所獲得之超吸收性材料在水中之體積膨脹比為溶脹之前的乾燥超吸收性材料之重量的至少10倍、至少20倍、至少30倍、至少40倍、至少50倍、至少60倍、至少70倍、至少80倍、至少90倍、至少100倍、至少110倍、至少120倍、至少130倍、至少140倍或至少150倍。

在本文所提供之超吸收性材料之各種實施例中，在水合或再水合之前為超吸收性材料的乾燥超吸收性材料具有高度封裝之多孔網狀結構，以使得在水合或再水合時，孔密度減小10至150倍，及/或孔徑大小增大10至150倍。在一個實施例中，乾燥超吸收性材料之多孔網狀結構以小的孔大小密集地封裝。在一些其他實施例中，乾燥超吸收性材料之多孔網狀結構之小的孔大小之特徵在於孔徑大小為水合或再水合之後的超吸收性材料之孔徑大小的1/10至1/150。在某些其他實施例中，乾燥超吸收性材料之多孔網狀結構之小的孔大小之特徵在於孔徑大小為水合或再水合之後的超吸收性材料之孔徑大小的1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/7、1/8、1/9、1/10、1/11、1/12、1/13、1/14、1/15、1/16、1/17、1/18、1/19、1/20、1/25、1/30、1/35、1/40、1/45、1/50、1/55、1/60、1/65、1/70、1/80、1/85、1/90、1/95、1/100、1/105、1/110、1/120、1/125、1/130、1/135、1/140、1/145、1/150、1/155、1/160、1/165、1/170、1/175、1/180、1/185、1/190、1/195、1/200或此句中所列之任兩個數字之間之任何範圍。在其他實施例中，乾燥超吸收性材料之多孔網狀結構之小的孔大小之特徵在於水合或再水合之後的超吸收性材料之孔徑大小為乾燥超吸收性材料之孔徑大小的2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、80、85、90、95、100、105、110、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200倍或此句中所列之任兩個數字之間之任何範圍。在一些額外實施例中，此段落中水合或再水合之後的超吸收性材料之孔徑大小可為如本文，包括「發明內容」部分、此部分(「實施方式」)及「實例」部分中所述之任一該孔徑大小。

類似地，在一個實施例中，乾燥超吸收性材料之多孔網狀結構以小的孔大小密集地封裝。在一些其他實施例中，乾燥超吸收性材料之多孔網狀結構中之孔的緻密封裝之特徵在於孔密度為水合或再水合之後的超吸收性材料之孔密度的10至150倍。在某些其他實施例中，乾燥超吸收性材料之多孔網狀結構中之孔的緻密封裝之特徵在於孔密度為水合或再水合之後的超吸收性材料之孔密度的2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、80、85、90、95、100、105、110、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200倍或此句中所列之任兩個數字之間之任何範圍。在一些額外實施例中，此段落中水合或再水合之後的超吸收性材料之孔密度可為如本文，包括「發明內容」部分、此部分(「實施方式」)及「實例」部分中所述之任一該孔密度。

本發明規定，超吸收性材料之優異的吸收特性可由本文所提供之超吸收性材料之多孔網狀結構支持，且多孔網狀結構可由多孔網狀結構內之各種鍵支持。在本文所提供之超吸收性材料之各種實施例中，乾燥超吸收性材料之多孔網路包含由黏彈性鍵連接之多醣鏈，且該等多醣鏈在幾個點處纏繞，從而產生持久的三維多孔網狀結構。 製造複合超吸收性材料之方法

在另一態樣中，本文揭示一種獲得包含一或多種可溶性多醣(諸如膠凝多醣及膠凝相容性多醣)及一或多種不溶性膳食纖維之超吸收性材料的製程。該製程包含以下步驟：將一或多種水溶性多醣(諸如膠凝多醣及膠凝相容性多醣)或含有一或多種水溶性多醣(諸如膠凝多醣及膠凝相容性多醣)之一或多種組合物以不同比率及質量濃度溶解在水中以形成溶液，將一或多種不溶性纖維或含有一或多種不溶性纖維之一或多種組合物以不同比率及質量濃度添加至水中以形成分散液，使該分散液視情況經歷高壓均質化，使含有一或多種可溶性多醣(諸如膠凝多醣及膠凝相容性多醣)之溶液及含有一或多種不溶性纖維之分散液混合，使混合物經歷適合條件以形成凝膠，冷凍凝膠，且乾燥經冷凍之凝膠以獲得超吸收性材料。在一些實施例中，冷凍凝膠步驟引發低溫膠凝作用。在超吸收性材料形成之前或期間，本文所揭示之超吸收性材料既不用氣體膨脹亦不用酶消化。所獲得之超吸收性材料具有高度多孔網狀結構及大的表面積，且可吸收大量其他分子，諸如水分子。在室溫或體溫下水合或再水合同時維持多孔網狀結構時，所獲得之超吸收性材料可吸收大量水，體積膨脹，且在室溫或體溫下及在中性或胃條件下維持定義明確的結構。即使在胃環境中，本文所揭示之超吸收性材料可在人類體溫下將其多孔網狀結構維持一段延長的時間。

本發明進一步規定，在方法步驟中之一個中將超吸收性材料製備為水合凝膠，隨後冷凍，且隨後乾燥為乾燥超吸收性材料。乾燥超吸收性材料可經水合為凝膠。鑒於該等超吸收性材料之前已水合，乾燥超吸收性材料亦可再水合回成凝膠。超吸收性材料可經歷一或多次(例如1、2、3、4、5、6、7、8或9次)冷凍及乾燥循環。在一個實施例中，超吸收性材料經歷一次冷凍及乾燥循環。在一些實施例中，本發明規定，任何冷凍及乾燥之前的水合凝膠可由於冷凍及乾燥而不同於冷凍及乾燥之步驟之後的水合(或再水合)超吸收性材料。在一些實施例中，冷凍及乾燥有助於超吸收性材料之多孔網狀結構。

本發明規定，本文所提供之方法的一或多種水溶性多醣可為此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之該等多醣中之任一者或任何組合。本文所提供之方法的一或多種膠凝多醣可為此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之該等膠凝多醣中之任一者或任何組合。本文所提供之方法的一或多種膠凝相容性多醣可為此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之該等膠凝相容性多醣中之任一者或任何組合。水溶性多醣之總量與不溶性纖維之總量之間的比率可為此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之任何該等比率。本文所提供之方法的一或多種不溶性纖維可為此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之該等纖維中之任一者或任何組合。藉由本文所提供之方法製造的超吸收性材料之多孔網狀結構可為此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之任一該結構。藉由本文所提供之方法製造的超吸收性材料之孔密度(包括平均值、變化量及範圍)可為如此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之該超吸收性材料的任一孔密度。藉由本文所提供之方法製造的超吸收性材料之孔徑大小(包括平均值、變化量及範圍)可為如此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之該超吸收性材料的任一孔徑大小。藉由本文所提供之方法製造的超吸收性材料之體積膨脹比(包括膨脹倍數及達成該膨脹倍數之持續時間)可為如此部分(實施方式)、「發明內容」部分及「實例」部分中所提供之該超吸收性材料的任一體積膨脹比。正如自本發明顯而易見，本文所提供之方法之各種實施例可用於製備本文所提供之超吸收性材料之各種實施例。

在某些實施例中，加熱至高於60℃之溫度及/或攪拌促進一或多種多醣完全溶解。在一些實施例中，在一段延長的時間內將含有多醣之溶液及含有不溶性纖維之分散液的混合物冷卻至介於20℃與25℃之間以形成凝膠(膠凝步驟之溫度及時間可視所用材料而最佳化)。在一些實施例中，凝膠在乾燥步驟之前完全冷凍。在一些實施例中，冷凍步驟包括在-5℃至-80℃之溫度下冷凍凝膠以引發低溫膠凝作用持續至少12小時、至少24小時、至少36小時、至少48小時、至少60小時、至少72小時、至少84小時、至少96小時、至少108小時、至少120小時、至少196小時或更久。在一些實施例中，凝膠在乾燥步驟之前完全冷凍。在一些實施例中，冷凍步驟包括在-5℃至-80℃之溫度下冷凍凝膠以引發低溫膠凝作用持續約6小時、約12小時、約24小時、約36小時、約48小時、約60小時、約72小時、約84小時、約96小時、約108小時、約120小時、約196小時或更久。在一些額外實施例中，冷凍步驟包括在約-5℃、約-10℃、約-15℃、約-20℃、約-25℃、約-30℃、約-35℃、約-40℃、約-45℃、約-50℃、約-55℃、約-60℃、約-65℃、約-70℃、約-75℃、約-80℃或此句中所列之任兩個溫度之間之範圍的溫度下冷凍凝膠以引發低溫膠凝作用。在其他實施例中，冷凍步驟包括冷凍凝膠以引發低溫膠凝作用持續約6小時、約12小時、約24小時、約36小時、約48小時、約60小時、約72小時、約84小時、約96小時、約108小時、約120小時、約196小時或更久。在其他實施例中，冷凍步驟包括冷凍凝膠以引發低溫膠凝作用持續至少6小時、至少12小時、至少24小時、至少36小時、至少48小時、至少60小時、至少72小時、至少84小時、至少96小時、至少108小時、至少120小時、至少196小時或更久。可使用可移除水而不損害多孔網狀結構及減弱水吸收能力及體積膨脹功能的任何乾燥方法。在一些實施例中，該方法進一步包含粉碎乾燥凝膠以獲得呈視特定應用需要而具有各種篩孔大小之粉末形式的超吸收性材料。在一些實施例中，乾燥步驟包括冷凍乾燥或真空冷凍乾燥經冷凍之凝膠。在一些實施例中，乾燥步驟包括解凍經冷凍之凝膠，過濾解凍凝膠以獲得濾餅，且乾燥濾餅。濾餅可藉由任何適合之方法，包括但不限於空氣乾燥、加熱乾燥、冷凍乾燥、真空乾燥或其組合經乾燥。

在本文所提供之方法之各種實施例中，在室溫下用pH為約7之水水合或再水合之後至少24小時，與冷凍步驟之前的凝膠之凝膠強度相比，超吸收性材料之凝膠強度增大至少90%。在本文所提供之方法之一些實施例中，在室溫下用pH為約7之水水合或再水合之後至少24小時，與冷凍步驟之前的凝膠之凝膠強度相比，超吸收性材料之凝膠強度增大至少90%、至少95%、至少100%、至少105%、至少110%、至少120%、至少125%、至少130%、至少135%、至少140%、至少145%、至少150%、至少160%、至少170%、至少180%、至少190%、至少200%、至少250%、至少300%、至少350%、至少400%或更多。在本文所提供之方法之一些實施例中，在室溫下用pH為約7之水水合或再水合之後約24小時，與冷凍步驟之前的凝膠之凝膠強度相比，超吸收性材料之凝膠強度增大約90%、約95%、約100%、約105%、約110%、約120%、約125%、約130%、約135%、約140%、約145%、約150%、約160%、約170%、約180%、約190%、約200%、約250%、約300%、約350%、約400%或更多。冷凍步驟之前之凝膠及水合或再水合之後之凝膠的凝膠強度可藉由本文所提供之任何方式，例如存藉由儲模數及/或凝膠斷裂力測定。

類似地，在本文所提供之方法之各種實施例中，在室溫下在酸性溶液中水合或再水合之後至少24小時，與冷凍步驟之前的凝膠之凝膠強度相比，超吸收性材料之凝膠強度為至少80%。在本文所提供之方法之一些實施例中，在室溫下在酸性溶液中水合或再水合之後至少24小時，與冷凍步驟之前的凝膠之凝膠強度相比，超吸收性材料之凝膠強度為至少90%、至少95%、至少100%、至少105%、至少110%、至少120%、至少125%、至少130%、至少135%、至少140%、至少145%、至少150%、至少160%、至少170%、至少180%、至少190%、至少200%、至少250%、至少300%、至少350%、至少400%或更多。在本文所提供之方法之一些實施例中，在室溫下在酸性溶液中水合或再水合之後約24小時，與冷凍步驟之前的凝膠之凝膠強度相比，超吸收性材料之凝膠強度為約90%、約95%、約100%、約105%、約110%、約120%、約125%、約130%、約135%、約140%、約145%、約150%、約160%、約170%、約180%、約190%、約200%、約250%、約300%、約350%、約400%或更多。冷凍步驟之前之凝膠及水合或再水合之後之凝膠的凝膠強度可藉由本文所提供之任何方式，例如存藉由儲模數及/或凝膠斷裂力測定。此段落中之酸性溶液可為pH為1、2、3、4、5或6之溶液。在一個實施例中，此段落中之酸性溶液可為胃pH之溶液。

在一些特定實施例中，本文所提供之方法可包含一些額外步驟，諸如均質化。在一個具體實施例中，本文所提供之方法包含在與溶液混合之前使分散液在10-50 MPa之壓力下經歷高壓均質化。在另一實施例中，本文所提供之方法包含在與溶液混合之前使分散液在10-40 MPa、10-30 MPa、10-20 MPa、10-15 MPa、5-50 MPa、5-40 MPa、5-30 MPa、5-20 MPa、5-15 MPa、15-50 MPa、15-40 MPa、15-30 MPa、15-20 MPa、20-50 MPa、20-40 MPa、20-30 MPa、25-50 MPa、25-40 MPa或25-30 MPa之壓力下經歷高壓均質化。在又另一實施例中，本文所提供之方法包含在與溶液混合之前使分散液在至少5、至少10、至少15、至少20、至少25、至少30、至少35、至少40、至少45、至少50、至少55或至少60 MPa之壓力下經歷高壓均質化。在又另一實施例中，本文所提供之方法包含在與溶液混合之前使分散液在約5、約10、約15、約20、約25、約30、約35、約40、約45、約50、約55、約60 MPa或此句中所列之任兩個數字之任何範圍的壓力下經歷高壓均質化。

因為最終產物不為凝膠，而實際上為可用於在水合或再水合時吸收水且以某一形狀體積膨脹的經脫水材料，所以所揭示之技術允許自複合凝膠移除水同時維持其結構完整性及功能性。本文所揭示之超吸收性材料藉由兩種類型之製程經脫水。在本文所提供之方法之一些實施例中，該等方法包含在常壓下在高溫(例如50-60℃)下解凍材料且乾燥而不熔融凝膠結構的步驟。在本文所提供之方法之其他實施例中，該等方法包含在真空下直接地冷凍乾燥經冷凍之凝膠的步驟。在一具體實施例中，本文所提供之不同方法之乾燥步驟包含藉由在未解凍之情況下凍乾直接地乾燥經冷凍之凝膠。兩種方法均產生具有良好至較大水吸收及體積膨脹特性之超吸收性材料。一般而言，冷凍乾燥樣品具有更多孔的結構及更高的水吸收能力，而解凍乾燥之樣品在乾燥狀態下具有更緊密的結構，但可在水合或再水合時恢復多孔結構，但水吸收能力低於冷凍乾燥樣品之水吸收能力。然而，解凍乾燥之材料具有比冷凍乾燥之材料更小的初始體積，且展示更大的體積膨脹倍數。

如工作實例中所證實，由可溶性多醣(諸如膠凝多醣及膠凝相容性多醣)及不溶性纖維構成之超吸收性材料可藉由以下獲得：以最佳比率或濃度選擇適當成分，使用冷凍技術以在無交聯之情況下物理增強凝膠穩定性，且藉由解凍及乾燥或藉由冷凍及乾燥以及其他適用於維持凝膠基質結構之乾燥方法來乾燥樣品，從而產生具有均一結構及強水吸收能力之最終產物。藉由所揭示之技術獲得之超吸收性材料可在水合或再水合時體積大大膨脹，且在室溫或體溫下在中性pH及胃pH條件兩者下在長時間段內維持形狀。

在某些實施例中，本文所揭示之超吸收性材料包括：包含一或多種不溶性纖維及瓊脂之海藻複合材料，其由如本文所揭示且如2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257825之PCT申請案第PCT/US2020/070160號(其以全文引用之方式併入本文中)中所揭示之製程揭示及製造；包含一或多種不溶性纖維及角叉菜膠之海草複合材料，其由如本文所揭示且如2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257826之PCT申請案第PCT/US2020/070161號中所揭示之製程揭示及製造；大豆膳食纖維組合物，其由如本文所揭示且如2021年1月21日申請之PCT申請案第PCT/US2021/014388號(其以全文引用之方式併入本文中)中所揭示之製程揭示及製造；或其組合。

本發明及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257825之PCT申請案第PCT/US2020/070160號(其以全文引用之方式併入本文中)及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257826之PCT申請案第PCT/US2020/070161號(其以全文引用之方式併入本文中)揭示與習知方法相比處理較少之海藻複合材料的製造方法，因為所揭示之方法維持不溶性纖維(例如纖維素、不溶性半纖維素)與多醣(例如瓊脂、角叉菜膠)之間之天然締合而多醣自不溶性纖維中無任何實質性破壞或解離。所獲得之海藻複合材料包含一或多種不溶性纖維及與不溶性纖維締合之多醣。術語「締合(associated/association)」意謂多醣結合至不溶性纖維之表面，不溶性纖維由多醣部分或完全囊封，或不溶性纖維部分或完全嵌入於多醣內。在一些實施例中，不溶性纖維形成「成束」光纖核心，其中多醣結合至海藻複合材料中之不溶性纖維核心之表面。

如本文及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257825之PCT申請案第PCT/US2020/070160號(其以全文引用之方式併入本文中)中所揭示，海藻複合材料之製造方法包含以下步驟：在酸處理之前用一或多種鹼處理新鮮或經乾燥之海藻，用一或多種酸處理新鮮或經乾燥之海藻，藉由濕式碾磨或乾式研磨來研磨經酸處理之海藻，使經研磨之海藻經歷高壓均質化(HPH)，且將均質化海藻乾燥且研磨至所需粒度以獲得海藻複合材料。其他細節提供於如2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257825之PCT申請案第PCT/US2020/070160號(其以全文引用之方式併入本文中)之[0025]-[0031]的製程1，鹼處理隨後酸處理中，且亦揭示於本文中。在一些實施例中，HPH在介於0℃與50℃之間，諸如介於20℃與40℃之間或介於25℃與30℃之間的溫度下進行。在一些實施例中，HPH在室溫下進行。所獲得之海藻複合材料具有高膠凝強度及高分子量。舉例而言，所獲得之海藻複合材料之平均分子量為100-1000 kDa，及/或在1.5%下之膠凝強度為200-1000 g/cm ²。在一些實施例中，在酸處理之前將海藻洗滌及/或清潔以移除碎屑。在一些實施例中，在HPH之前將海藻用一或多種漂白劑漂白。

海藻複合材料藉由本文及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257825之PCT申請案第PCT/US2020/070160號(其以全文引用之方式併入本文中)中所揭示之方法中之任一者，諸如此句中所提及之該PCT申請案之[0025]-[0052]的製程1-3產生。海藻複合材料包含一或多種不溶性纖維及瓊脂，其中瓊脂與不溶性纖維締合。在一些實施例中，不溶性纖維包括纖維素及不溶性半纖維素。在一些實施例中，不溶性纖維與瓊脂以與處理之前的海藻之天然狀態中之締合類似的方式締合。在一些實施例中，瓊脂結合至不溶性纖維，諸如海藻複合材料之纖維素的表面。在一些實施例中，不溶性纖維完全或部分嵌入於瓊脂內。在一些實施例中，不溶性纖維由瓊脂部分或完全囊封。在一些實施例中，海藻複合材料之粒度小於或為約100 µm、小於或為約90 µm、小於或為約80 µm、小於或為約70 µm、小於或為約60 µm、小於或為約50 µm、小於或為約40 µm、小於或為約30 µm、小於或為約20 µm、小於或為約10 µm、小於或為約5 µm、小於或為約4 µm、小於或為約3 µm、小於或為約2 µm或小於或為約1 µm。在一些實施例中，海藻複合材料之粒度介於0.1 µm與100 µm之間、介於1 µm與100 µm之間、介於10 µm與90 µm之間、介於20 µm與80 µm between 30 µm與70 µm之間、介於40 µm與60 µm之間、介於0.5 µm與20 µm之間、介於1 µm與15 µm之間、介於2 µm與10 µm之間、介於3 µm與8 µm之間、介於4 µm與7 µm之間或介於5 µm與6 µm之間。

如本文及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257826之PCT申請案第PCT/US2020/070161號(其以全文引用之方式併入本文中)中所揭示，海藻複合材料之製造方法包含以下步驟：在諸如在80-100℃下之熱量下用高濃度的鹽(諸如氯化鉀(KCl))預處理新鮮或經乾燥之海藻，使經預處理之海藻經歷高壓均質化(HPH)，且將經均質化之海藻乾燥及研磨至所需粒度以獲得海藻複合材料。在一些實施例中，海藻在鹽處理之前或之後藉由濕式碾磨或乾式研磨進行研磨。在一些實施例中，HPH在介於0℃與50℃之間，例如介於20℃與40℃之間、介於25℃與30℃之間之溫度下或在室溫下進行。在一些實施例中，KCl處理在高壓均質化之前在80-100℃下加熱下進行1-6小時，且HPH可在介於0-50℃之間之低溫下進行而不自包含不溶性纖維之其天然植物基質熔融出角叉菜膠。視初始海藻材料及製造方法而定，所獲得之海藻複合材料之膠凝強度介於200-1000 g/cm ²之範圍內。在一些實施例中，在研磨或鹽處理之前將海藻洗滌及/或清潔以移除碎屑。在一些實施例中，在HPH之前將海藻用一或多種漂白劑漂白。

如本文及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257826之PCT申請案第PCT/US2020/070161號(其以全文引用之方式併入本文中)中進一步揭示，海藻複合材料可藉由本文及WO2020/257826中所揭示之方法中之任一者，諸如WO2020/257826中之[0028]-[0049]的製程1-3產生。海藻複合材料包含一或多種不溶性纖維(諸如纖維素)及不溶性半纖維素及角叉菜膠，其中當HPH步驟在介於0℃與50℃之間，例如介於20℃與40℃之間、介於25℃與30℃之間之溫度下或在室溫下進行時，角叉菜膠與不溶性纖維締合。在一些實施例中，不溶性纖維與角叉菜膠以與處理之前的海藻之天然狀態中之締合類似的方式締合。在一些實施例中，角叉菜膠結合至不溶性纖維，諸如海藻複合材料之纖維素的表面。在一些實施例中，不溶性纖維完全或部分嵌入於角叉菜膠內。在一些實施例中，不溶性纖維由角叉菜膠部分或完全囊封。在一些實施例中，海藻複合材料之粒度小於或為約100 µm、小於或為約90 µm、小於或為約80 µm、小於或為約70 µm、小於或為約60 µm、小於或為約50 µm、小於或為約40 µm、小於或為約30 µm、小於或為約20 µm、小於或為約10 µm、小於或為約5 µm、小於或為約4 µm、小於或為約3 µm、小於或為約2 µm或小於或為約1 µm。在一些實施例中，海藻複合材料之粒度介於0.1 µm與100 µm之間、介於1 µm與100 µm之間、介於10 µm與90 µm之間、介於20 µm與80 µm between 30 µm與70 µm之間、介於40 µm與60 µm之間、介於0.5 µm與20 µm之間、介於1 µm與15 µm之間、介於2 µm與10 µm之間、介於3 µm與8 µm之間、介於4 µm與7 µm之間或介於5 µm與6 µm之間。

如本文及2021年1月21日申請之PCT申請案第PCT/US2021/014388號(其以全文引用之方式併入本文中)中所揭示，來自大豆渣或大豆殘餘物之膳食纖維組合物的製造方法包含以下步驟：在50℃與100℃之間之溫度下將新鮮或經乾燥之大豆渣或大豆殘餘物用濃度介於0.2%-5% (w/w)之間的鹼(諸如NaOH或KOH)處理介於0.5小時與20小時之間之時間段，視情況用漂白劑漂白經鹼處理之材料，視情況使材料經歷高壓均質化(HPH)，且將材料乾燥及研磨至所需粒度以獲得膳食纖維組合物。當鹼濃度低(例如低於0.2% (w/w))時，鹼與膳食纖維之間的反應較弱，僅在組合物之結構中產生較小變化，且因此黏度及水保留能力均較低。在低鹼性條件下，大豆渣或大豆殘餘物之原材料中之蛋白質無法有效地移除。藉由低濃度鹼處理獲得之組合物具有相對高的蛋白質含量及相對低的纖維含量。另一方面，當鹼濃度及溫度過高時，纖維結構容易受到破壞，使得纖維過度分解，使其難以製備黏度更高的膳食纖維。儘管高鹼濃度及低處理溫度之組合可產生具有高黏度之膳食纖維組合物，但製造效率低，且製造成本由於廢料處理之額外成本而較高。因此，該製程可在70℃與85℃之間之溫度下在介於0.3%與1.0% (w/w)之間之鹼濃度下進行介於2小時與6小時之間。因此，在某些實施例中，鹼處理在介於0.3%與1.0% (w/w)之間之鹼濃度下進行。在某些實施例中，鹼處理在介於70℃與85℃之間之溫度下進行。在某些實施例中，鹼處理進行一段介於2小時與6小時之間之時間。其他製程細節提供於本文中，且例如提供於如2021年1月21日申請之PCT申請案第PCT/US2021/014388號(其以全文引用之方式併入本文中)中之[0013]-[0018]及[0024]-[0034]。 複合超吸收性材料之應用

本文所揭示之超吸收性材料在醫療及食品行業中具有不同應用。舉例而言，超吸收性材料可用作醫療飲食或膳食補充劑，其可增加患者之飽腹感，從而減少攝入卡路里及碳水化合物。此類飲食或膳食補充劑在與療法組合使用時可增強對肥胖症及糖尿病之治療效果；且甚至在單獨使用時，可預防或延遲某些疾病(諸如肥胖症及糖尿病)之發作。在一些實施例中，本文所揭示之超吸收性材料可用作用於負載藥品之媒劑以製備醫療材料。

一種流行膳食策略為容積飲食，其為體重減輕之第二佳飲食，且在全球由一組健康專家在2018年U.S. News & World Report's Best Diet Rankings中評估之40種飲食中並列為第五佳飲食。容積飲食之主要概念為食用低卡路里及高纖維或水之天然食物，諸如水果、蔬菜及湯。儘管容積飲食已經證實在體重控制及預防肥胖症及糖尿病方面非常有效，但此策略之明顯限制為具有高體積及水含量但可能缺乏某些必需營養素的各食品中所含之營養素的多樣性。然而，容積飲食之兩個關鍵特點為卡路里密度低及水含量高。如本文所用，術語「卡路里密度」意謂每質量單位量度食品所提供之總卡路里。具有低卡路里密度之飲食意謂對於相同質量或相同重量，低卡路里密度飲食提供比常規飲食更低的卡路里。

本文所揭示之超吸收性材料之應用的一些實例包括但不限於以下：(1)可將本文所揭示之超吸收性材料添加至供人類食用之冷或溫熱的流食或飲料中，諸如水、果汁、牛奶、飲品、湯及布丁；(2)可直接食用呈粉末、錠劑、膠囊形式或任何其他適合形式的本文所揭示之超吸收性材料，隨後飲用適當量之液體以允許液體在胃中吸收及溶脹；(3)可將本文所揭示之超吸收性材料作為一種成分添加至不同食品產品中，諸如麵包、蛋糕、餅乾、能量棒及其他食品以製備低卡路里、富含膳食纖維之功能性食品及/或容積飲食(volumetric diet)以引發延長時間的飽腹感。因為本文所揭示之超吸收性材料可呈乾燥粉末形式，且具有優異的溶脹能力，所以少量食用(約5 g至20 g)即可實現令人滿意的飽腹效應。超吸收性材料在正常運輸及儲存條件下亦為穩定的。因此，超吸收性材料亦可用作遞送藥物及其他營養素之媒劑。

在一些實施例中，超吸收性材料或包含超吸收性材料之膳食組合物進一步包含一或多種包括大量營養素及微量營養素之額外必需營養素。該等營養素包括但不限於多種蛋白質及活性肽、維生素及痕量元素及礦物質以及益生菌。

如工作實例中所證實，超吸收性材料之不同樣品展示廣泛範圍之水吸收能力，表明組合物、質量比及濃度可影響超吸收性材料之特性。所揭示之超吸收性材料之特徵為高度穩定及均一結構，表明不同天然多醣之分子彼此相互作用以形成新穎及獨特物質，而非將預期展示非均質結構特點的不同聚合物之簡單物理混合物。由不同比率及濃度的不同可溶性多醣(諸如膠凝多醣及膠凝相容性多醣)及不溶性膳食纖維製成之不同複合超吸收性材料明顯具有不同結構，此解釋其不同功能性，諸如水吸收比及體積膨脹比以及形狀穩定性。

以下實例意欲說明本發明之各種實施例。因此，所論述之特定實施例不應理解為對本發明之範疇的限制。對熟習此項技術者將為顯而易見的，在不脫離本發明之範疇的情況下，可進行各種等效物、變化及修改，且應瞭解該等等效實施例將包括在本文中。此外，本發明中所引用之所有參考文獻以全文引用之方式併入本文中，如同本文完整闡述一般。 實例 實例 1

此實例證實各種超吸收性材料之製備及特徵。各樣品之成分揭示於下表1中。來自龍鬚菜之海藻複合材料如本文及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257825之PCT申請案第PCT/US2020/070160號(其以全文引入之方式併入本文中)中所描述獲得(樣品A-2)，且具有約29.4%不溶性纖維及約45.7%可溶纖維。來自麒麟菜之海藻複合材料如本文及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257826之PCT申請案第PCT/US2020/070161號(其以全文引入之方式併入本文中)中所描述獲得(樣品L)，且具有約39.5%不溶性纖維及約26.0%可溶纖維。大豆纖維如本文及2021年1月21日申請之PCT申請案第PCT/US2021/014388號(其以全文引用之方式併入本文中)中所述獲得(樣品D)，且具有約76.1%不溶性纖維及約12.2%可溶纖維。

表 1
樣品編號	成分及濃度 (w/w)	總水溶性多醣比總不溶性纖維	pH 為 7.0 之 WRC	pH 為 1.0 之 WRC
1	來自龍鬚菜之海藻複合材料(0.4%)、來自麒麟菜之海藻複合材料(0.4%)及蒟蒻膠(0.4%)	2.49	25.8	21.2
2	來自龍鬚菜之海藻複合材料(0.8%)、來自麒麟菜之海藻複合材料(0.4%)及蒟蒻膠(0.4%)	2.21	16.6	16.1
3	來自龍鬚菜之海藻複合材料(1.2%)、來自麒麟菜之海藻複合材料(0.3%)及蒟蒻膠(0.3%)	1.97	13.4	12.9
4	來自龍鬚菜之海藻複合材料(0.4%)、來自麒麟菜之海藻複合材料(0.2%)、蒟蒻膠(0.2%)及大豆纖維(0.8%)	0.66	14.5	12.7
5	瓊脂(0.4%)、蒟蒻膠(0.2%)、角叉菜膠(0.2%)及大豆纖維(0.8%)	1.47	19.0	13.9

樣品製備：將除了大豆纖維之可溶成分以如表1中詳述之濃度添加至水中，在高速下均勻地攪拌及分散，且加熱及煮沸5分鐘以充分溶解水溶性成分。對於第4號及第5號樣品，將可溶成分添加至用於製備凝膠之70%的水中。將大豆纖維添加至用於製備凝膠之30%的水中，加熱至高於60℃，且在10-50 MPa之壓力下均質化。將均質化大豆纖維材料添加至含有經溶解成分之膠態溶液中，均勻地攪拌及混合，且將混合物保持高於50℃以在混合過程期間防止凝膠形成。將第1-3號樣品不具大豆纖維及第4-5號樣品具有大豆纖維之各液體冷卻至20-25℃且使其靜置超過6小時以形成凝膠。將凝膠儲存在低於-10℃維持24小時以完全冷凍凝膠。將經冷凍之凝膠在20-30℃下在空氣中解凍且浸沒在20-30℃水中。隨後，將解凍凝膠過濾或離心且脫水，隨後在50-60℃下用熱空氣乾燥以達至低於約15%之水分含量。

水吸收測試：使如上文所揭示製備之1.0 g超吸收性材料之乾燥樣品與pH為7.0的250 g蒸餾水或pH為1.0的0.1 M HCl在燒杯中混合，且使混合物在25℃下靜置3小時。隨後，將燒杯中之樣品傾入120目之篩上，且在25℃下保持1小時以允許水自然滴落。將保持在篩上之濕潤樣品回收且稱重。如下計算吸收比： 水保留能力(WRC)=自篩回收之濕潤樣品之重量除以初始乾燥樣品之重量.

體積膨脹及形狀穩定性分析：將第1-5號樣品之顆粒浸沒在去離子水(ddw)或0.1 M HCl溶液中超過24小時。24小時之後的其乾燥及濕潤狀態之影像使用Leica MZ 125顯微鏡拍攝且展示於圖1中。

此實例證實，複合超吸收性材料之不同樣品在再水合時體積膨脹，且體積膨脹程度一般與藉由重量量測之水吸收比(參見表1)相關。第1號樣品及第5號樣品展示比第2-4號樣品更大的體積膨脹。一般而言，體積膨脹在0.1 M HCl中比在pH為7.0之水中更低。此觀測結果在比較第1號樣品及第5號樣品時更明顯。儘管第1號樣品在pH為7.0之水及0.1 M HCl中均具有良好的體積膨脹，但第5號樣品展示在0.1 M HCl中比在pH為7.0之水中更低的體積膨脹。另一觀測結果為不溶性纖維變得散開，且均勻地分佈於溶脹的水合樣品中。當不溶性纖維需要經由簡單再水合而均勻地分散，以使得無需機械力，例如高壓均質化、音波處理、加熱或微波時，此對於許多應用為顯著特性。

第1號樣品在此實例中亦在水吸收能力(藉由重量量測)、體積膨脹及在pH 7.0及pH 1.0兩者下以水性狀態長期培育之後維持定義明確的形狀的能力方面比其他樣品更佳。另外，如在圖2B中在偏振光下觀測到，樣品1中之不溶性纖維變得充分散開，且均勻地分佈在整個樣品中。

水吸收及體積膨脹動力學：第1號樣品針對其水吸收及體積膨脹時程進一步分析。將第1號樣品之單一顆粒浸沒在去離子水(pH 7.0)中超過四小時，且將顆粒在水中之狀態記錄在不同時間點下之Leica MZ125之圖片(圖2B)中且針對各時間點進行繪製(圖2A)。在少於30分鐘內體積膨脹約30倍(約2 (長度) × 2 (寬度) × 7.5 (高度) = 30倍)，且達至90%最大體積。

掃描電子顯微鏡 ( SEM ) 之分析：將第1-5號樣品之顆粒浸沒在pH為7.0之去離子水中24小時以允許充分吸收及膨脹。使水溶脹之樣品在液氮中快速冷凍且凍乾隔夜。將凍乾之乾燥顆粒噴塗，且藉由掃描電子顯微鏡(SEM)分析。在水中及在HCl中溶脹之第1-5號樣品之代表性SEM影像展示於圖3中。圖7展示第1號樣品在水中之另一代表性SEM影像。

如圖3及7中所示，在再水合之後，超吸收性材料形成且在溶液中保留其多孔網狀結構，其有利地可有助於其優異的體積膨脹及高水吸收能力。此外，延伸互連之網狀結構可有助於其形狀穩定性。此等特點在第1號樣品中最明顯，其在此實例中在第1-5號樣品中顯示最佳水吸收功能、體積膨脹及形狀穩定性。

特定言之，如圖7中所示，第1號樣品之代表性影像展示特徵為複數個孔以高度均一圖案組織化的多孔網狀結構，且該等孔密集地填入，其特徵為二維孔密度介於1/100 µm ²至500/100 µm ²之範圍內。該等孔呈現3 µm至15 µm之平均直徑大小。有時觀測到數十奈米至1 µm之小孔。該等孔由片狀及/或纖維狀結構包圍，且密集地排列。該等孔呈現六邊形、五邊形、環形及矩形。孔可與另一孔經由一或多個通道互連。密集地填入之孔以類似於蜂巢圖案之高度均一圖案組織化。 實例 2

此實例證實額外超吸收性材料之製備及特徵。第6-8號樣品藉由改變樣品1之成分及濃度製備以致力於進一步最佳化樣品1之特點。各樣品之成分揭示於下表2中。來自龍鬚菜之海藻複合材料如本文及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257825之PCT申請案第PCT/US2020/070160號(其以全文引入之方式併入本文中)中所描述獲得(樣品A-2)，且具有約29.4%不溶性纖維及約45.7%可溶纖維。來自麒麟菜之海藻複合材料如本文及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257826之PCT申請案第PCT/US2020/070161號(其以全文引入之方式併入本文中)中所描述獲得(樣品L)，且具有約39.5%不溶性纖維及約26.0%可溶纖維。

表 2
樣品編號	成分及濃度 (w/w)	總水溶性多醣比總不溶性纖維	pH 為 7.0 之 WRC	pH 為 1.0 之 WRC
6	來自龍鬚菜之海藻複合材料(0.2%)、來自麒麟菜之海藻複合材料(0.5%)及蒟蒻膠(0.5%)	2.82	32.1	27.9
7	來自龍鬚菜之海藻複合材料(0.3%)、蒟蒻膠(0.3%)及三仙膠(0.3%)	8.36	84.8	26.9
8	來自龍鬚菜之海藻複合材料(0.3%)、刺槐豆膠(0.3%)及三仙膠(0.3%)	8.36	52.3	19.3

樣品製備：將成分以表2中詳述之濃度添加至水中，且遵循與實例1中所揭示之相同的方案製備樣品。

將第9-11號樣品藉由變化包括大豆纖維之樣品5之成分及濃度來製備。各樣品之成分揭示於下表3中。大豆纖維如本文及2021年1月21日申請之PCT申請案第PCT/US2021/014388號(其以全文引用之方式併入本文中)中所述獲得(樣品D)，且具有約76.1%不溶性纖維及約12.2%可溶纖維。

	表 3
樣品編號	成分及濃度 (w/w)	總水溶性多醣比總不溶性纖維	pH 為 7.0 之 WRC	pH 為 1.0 之 WRC
9	瓊脂(0.6%)、蒟蒻膠(0.3%)、角叉菜膠(0.3%)及大豆纖維(0.8%)	2.13	25.3	18.8
10	瓊脂(0.4%)、蒟蒻膠(0.4%)、角叉菜膠(0.4及大豆纖維(0.8%)	2.13	38.4	23.1
11	瓊脂(0.2%)、蒟蒻膠(0.5%)、角叉菜膠(0.5%)及大豆纖維(0.8%)	2.13	46.0	27.1

樣品製備：將瓊脂、蒟蒻粉及角叉菜膠添加至用於製備凝膠之70%的水中(表3中之濃度係指與70%可溶成分及30%不溶性成分組合之後的最終濃度)，在高速下均勻地攪拌及分散，且加熱及煮沸5分鐘以充分溶解水溶性成分。將大豆纖維添加至用於製備凝膠之30%的水中，加熱至高於60℃，且在10-50 MPa之壓力下均質化。將均質化大豆纖維材料添加至含有經溶解瓊脂、蒟蒻及角叉菜膠之膠態溶液中，均勻地攪拌及混合，且將混合物保持高於50℃以在混合過程期間防止凝膠形成。將液體冷卻至20-25℃，且使其靜置超過6小時以形成凝膠。將凝膠儲存在低於-10℃維持24小時以完全冷凍凝膠。將經冷凍之凝膠在20-30℃下在空氣中解凍且浸沒在20-30℃水中。隨後，將解凍凝膠過濾或離心且脫水，隨後在50-60℃下用熱空氣乾燥以達至低於約15%之水分含量。

第12號及第13號樣品分別使用具有及不具有大豆纖維之來自龍鬚菜之海藻複合材料製備。各樣品之成分揭示於表4中。來自龍鬚菜之海藻複合材料如本文及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257825之PCT申請案第PCT/US2020/070160號(其以全文引入之方式併入本文中)中所描述獲得(樣品A-2)，且具有約29.4%不溶性纖維及約45.7%可溶纖維。大豆纖維如本文及2021年1月21日申請之PCT申請案第PCT/US2021/014388號(其以全文引用之方式併入本文中)中所述獲得(樣品D)，且具有約76.1%不溶性纖維及約12.2%可溶纖維。

	表 4
樣品編號	成分及濃度 (w/w)	總水溶性多醣比總不溶性纖維	pH 為 7.0 之 WRC	pH 為 1.0 之 WRC
12	來自龍鬚菜之海藻複合材料(1%)	1.55	11.8	10
13	來自龍鬚菜之海藻複合材料(1%)及大豆纖維(1%)	0.55	11.5	9.7

樣品製備：第12號樣品藉由遵循製備第6-8號樣品之方案製備，且第13號樣品藉由遵循製備第9-11號樣品之方案製備，兩者均在常壓下遵循解凍乾燥程序。第14-16號樣品使用來自龍鬚菜之海藻複合材料、大豆纖維或兩者，使用冷凍乾燥程序製備。各樣品之成分揭示於表5中。來自龍鬚菜之海藻複合材料如本文及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257825之PCT申請案第PCT/US2020/070160號(其以全文引入之方式併入本文中)中所描述獲得(樣品A-2)，且具有約29.4%不溶性纖維及約45.7%可溶纖維。大豆纖維如本文及2021年1月21日申請之PCT申請案第PCT/US2021/014388號(其以全文引用之方式併入本文中)中所述獲得(樣品D)，且具有約76.1%不溶性纖維及約12.2%可溶纖維。

	表 5
樣品編號	成分及濃度 (w/w)	總水溶性多醣比總不溶性纖維	pH 為 7.0 之 WRC	pH 為 1.0 之 WRC
14	來自龍鬚菜之海藻複合材料(1%)	1.55	27.3	25.7
15	來自龍鬚菜之海藻複合材料(1%)及大豆纖維(1%)	0.55	21	17.8
16	大豆纖維(2%)	0.16	23.7	14.9

樣品製備：對於第14號樣品，將來自龍鬚菜之海藻複合材料以如表5中詳述之濃度添加至水中，在高速下均勻地攪拌及分散，且加熱及煮沸5分鐘以充分溶解水溶性成分。對於第15號樣品，將來自龍鬚菜之海藻複合材料添加至用於製備凝膠之50%的水中，且在高速下均勻地攪拌及分散，且加熱及煮沸5分鐘以充分溶解水溶性成分。將大豆纖維添加至用於製備凝膠之50%的水中，加熱至高於60℃，且在10-50 MPa之壓力下均質化。隨後將均質化大豆纖維以1:1 (v/v)之比率添加至含有海藻複合材料之膠態溶液中，以使得各成分之最終濃度如表5中詳述。將經組合樣品均勻地攪拌及混合，且將混合物保持高於50℃以在混合過程期間防止凝膠形成。對於第16號樣品，將大豆纖維以如表5中所詳述之濃度添加至水中，加熱至高於60℃，且在10-50 MPa之壓力下均質化。

將上文對於各樣品所製備之液體冷卻至20-25℃，且使其靜置超過6小時以形成凝膠。將凝膠儲存在低於-10℃維持24小時以完全冷凍凝膠。在-20℃至-40℃下將經冷凍之凝膠在真空冷凍脫水器中脫水且乾燥至15%或更少之水分含量。

體積膨脹及結構穩定性分析：將第6-16號樣品之顆粒浸沒在去離子水(ddw)或0.1 M HCl溶液中超過24小時。再水合之前及之後的樣品之影像使用Leica MZ 125顯微鏡拍攝且展示於圖4中。下表6概述在水或0.1 M HCl中再水合之後的第6-16號樣品中之各者的觀測結果。

表 6
樣品編號	在水中再水合	在0 .1 M HCl 中再水合
6	如偏振光顯微鏡影像所示，定義明確的結構之體積膨脹高，不溶性纖維膨脹且均勻地分佈	定義明確的結構體積膨脹相對良好。
7	如偏振光顯微鏡影像所示，定義明確的結構之體積膨脹高，不溶性纖維膨脹且均勻地分佈	定義明確的結構體積膨脹相對良好。
8	體積膨脹高但產生不良結構穩定性。水合形式開始崩解，不溶性纖維亦似乎以水合狀態不均勻地分佈。此等觀測結果表明，可溶性多醣及不溶性纖維之此特定組合可能無法形成具有均一結構之真正複合物質，而實際上為鬆散混合物，其中各組分吸收水且獨立地膨脹，產生崩解及不均勻的不溶性纖維分佈。	中度良好的體積膨脹，但與在pH 7.0下在水中再水合時的相同樣品相比崩解程度更低，很可能係由於膨脹較少。
9	如偏振光顯微鏡影像所示，具有良好的結構穩定性之體積膨脹高，不溶性纖維膨脹且均勻地分佈，但不同於來自海藻之複合材料，其中天然海藻纖維展示為長纖維且以大致平行的定向排列，添加至第9號樣品中之大豆纖維展示為離散顆粒。	第9號樣品在pH 7.0下具有良好的結構穩定性，但似乎在pH 1.0下具有低結構穩定性。
10	高體積膨脹，但經膨脹結構似乎較不穩定，且以鬆散結合方式排列，且一些顆粒破裂為片段。	顆粒展示中度膨脹。更多顆粒在較低pH下破裂。
11	高體積膨脹，經膨脹結構似乎係有序的，但其破裂為片段。總體而言，此樣品似乎類似於第10號樣品。	顆粒展示相對良好的體積膨脹，且經膨脹結構亦展示一些崩解，但與在水中再水合之相同樣品相比程度較低。
12	在pH 7.0及pH 1.0兩者下緊密結構之膨脹較差。	緊密結構之膨脹有限。
13	類似於第12號樣品，在pH 7.0及pH 1.0兩者下緊密結構之膨脹較差。	類似於第12號樣品，緊密結構之膨脹有限。
14	在pH 7.0及pH 1.0兩者下體積膨脹較差。具有薄片狀分層結構之顆粒在浸泡在水中超過24小時之後不展示任何顯著體積膨脹。樣品展示在再水合之後膠凝。	顆粒展示在浸泡在0.1 M HCl中超過24小時之後無膨脹。樣品展示在再水合之後膠凝。
15	在pH 7.0及pH 1.0兩者下膨脹較差。浸沒在水中之初始粉末狀顆粒無可見體積膨脹。樣品展示在再水合之後膠凝。	顆粒展示在浸泡在0.1 M HCl中超過24小時之後無膨脹。樣品展示在再水合之後膠凝。
16	類似於第15號樣品，但粉末更細。粉末狀顆粒之初始聚結在浸沒在水中一段時間之後隨機分散，且體積膨脹較差。樣品不展示在再水合之後膠凝。	類似於第15號樣品，但粉末更細，其並未在0.1 M HCl中呈現膨脹。樣品不展示在再水合之後膠凝。

一般而言，此等樣品之體積膨脹在0.1 M HCl中再水合時小於在pH為7.0之水中再水合時。在pH 7.0下再水合時展示崩解之一些樣品似乎在pH 1.0下再水合時崩解較少。然而，此觀測結果可能係由於樣品在pH 1.0下具有較低體積膨脹。

水吸收及體積膨脹動力學：第6、7、9、10及11號樣品針對其水吸收及體積膨脹時程進一步分析。將各樣品之單一顆粒浸沒在去離子水(pH 7.0)或0.1 M HCl中超過四小時，且將顆粒在水或HCl中之狀態記錄在不同時間點下之Leica MZ125之圖片(圖5)中。在圖5中，「顆粒膨脹」亦指體積膨脹。一般而言，對於圖5中之第6、7、9、10及11號樣品，體積在少於30-120分鐘內膨脹約20-30倍且達至90%最大體積。特別地，樣品9、10及11在約30分鐘或更短內達至約90%最大體積。

掃描電子顯微鏡 ( SEM ) 之分析：將第6-16號樣品之顆粒浸沒在pH為7.0之去離子水中或0.1 M HCl中超過24小時以允許充分吸收及膨脹。水溶脹之樣品在液氮中快速冷凍且凍乾隔夜。將凍乾之乾燥顆粒噴塗，且藉由掃描電子顯微鏡(SEM)分析。在水中及在HCl中溶脹之樣品6-16之SEM影像展示於圖6中。對於各樣品，多個顆粒成像，但僅展示最高程度地表示給定樣品之觀測到之結構特點的影像。此外，第6、7、12、13及15號樣品之代表性影像提供於圖7中。

如圖6中所示，第6號及第7號樣品展示具有連接孔之延伸網路之特徵多孔網狀結構。自不同視角，多孔網狀結構展示蜂巢圖案或分層大孔。舉例而言，如圖7中所示，第6號樣品之代表性影像展示特徵為複數個孔以高度均一圖案組織化的多孔網狀結構，且該等孔密集地填入，其特徵為二維孔密度介於1/100 µm ²至500/100 µm ²之範圍內。該等孔呈現3 µm至15 µm之平均直徑大小。有時觀測到數十奈米至1 µm之小孔。該等孔由片狀及/或纖維狀結構包圍，且密集地排列。該等孔呈現六邊形、五邊形、環形及矩形。孔可與另一孔經由一或多個通道互連。

第8、9及11號樣品展示多孔結構但較低組織化圖案。第10號樣品展示略微多孔/分層結構但較低組織化圖案。第12號樣品展示無孔圖案之非晶形結構。第13號樣品展示具有一些局部孔但無孔圖案之非晶形結構。第14號樣品展示分層結構。第15號樣品展示非晶形結構。第16號樣品展示具有一些局部孔結構之非晶形蓬鬆結構。此外，第12、13及15號樣品之代表性SEM影像呈現較少多孔結構。僅觀測到分層結構或一些局部多孔結構。該等孔呈現2 µm至5 µm之平均直徑大小，且通常彼此分隔開。二維孔密度為約小於4/100 µm ²。各層之間之距離為約2 µm-5 µm。

因此，特別地，具有更多膠凝多醣及膠凝相容性多醣之樣品，諸如第6-7號樣品(以及第1號樣品)呈現多孔網狀結構及改良之體積膨脹。相比之下，具有更多不溶性纖維之樣品，諸如第12-16號樣品呈現分層、非晶形、片段、淺或小的孔結構及不良體積膨脹。

比較再水合之後對比冷凍之前的超吸收性材料之結構穩定性 .如所述，在室溫下再水合時，所揭示之超吸收性材料可體積快速膨脹，且將特徵為其凝膠強度之定義明確的結構維持至少24小時或更久。就此而言，如藉由其凝膠強度所量測，研究冷凍之前及(用去離子水/pH 7，或酸性條件/pH 2)再水合之後的超吸收性材料之結構穩定性。特定言之，研究第1、6、7及14號樣品，如下表7-8中所示，且藉由物性分析儀表徵凝膠斷裂力。 表 7 - 在室溫 ( RT ) 下冷凍之前及用去離子水 ( pH 7 ) 再水合之後的平均凝膠強度增量百分比 (%).

樣品編號	成分及濃度 (w/w)	冷凍之前的平均凝膠強度 ( g )	在室溫下用去離子水 (pH 7 ) 再水合之後24 小時時的平均凝膠強度 (g)	平均凝膠強度增量百分比
1	來自龍鬚菜之海藻複合材料(0.4%)、來自麒麟菜之海藻複合材料(0.4%)及蒟蒻膠(0.4%)	347 ± 18	922 ± 391	166%
6	來自龍鬚菜之海藻複合材料(0.2%)、來自麒麟菜之海藻複合材料(0.5%)及蒟蒻(0.5%)	534 ± 35	1043 ± 186	95%
7	來自龍鬚菜之海藻複合材料(0.3%)、蒟蒻膠(0.3%)及三仙膠(0.3%)	487 ± 42	1066 ±  87	119%
14	來自龍鬚菜之海藻複合材料(1%)	474 ± 14	1402 ±  479	196%

冷凍之前樣品之樣品製備：對於各樣品，將如表7中所示之各別成分添加至去離子(DI)水中且煮沸5分鐘。隨後，將所得混合物在室溫下冷卻15小時以形成凝膠。隨後將凝膠切為3 × 3 × 3 cm之立方體形，且藉由物性分析儀量測。

在室溫下用去離子水 ( pH 7 ) 再水合之樣品之樣品製備：對於各樣品，將如表7中所示之各別成分添加至去離子(DI)水中且煮沸5分鐘。隨後，將所得混合物在室溫下冷卻15小時以形成凝膠。隨後將凝膠在-5℃下保持冷凍48小時，隨後將為在室溫下解凍。隨後將其脫水至約10%之水分含量。獲得3 cm × 3 cm之立方體形凝膠片(其在冷凍之前為3 cm厚)，將凝膠片在室溫(約20℃)下浸沒在去離子水(pH 7)中24小時，隨後量測各樣品之凝膠強度。

凝膠強度量測：凝膠強度量測使用具有探針P/0.5之物性分析儀(TA.XT plus, Stable Micro Systems Ltd)進行。凝膠強度量測在0.3 mm/s之壓縮速度及15 mm之壓縮高度下進行。捕獲凝膠斷裂力(單位：g)。量測三至六個複本且獲得平均值。

有利地，如表7中所示，在用去離子水(pH 7)再水合之後24小時時，超吸收性材料呈現比冷凍之前形成的凝膠顯著更高的凝膠強度。特定言之，第1號樣品之平均凝膠強度增量為166%，第6號樣品為95%，第7號樣品為119%，且第14號樣品為196%。平均凝膠強度增量百分比(%) = (再水合之後之平均凝膠強度-冷凍之前之平均凝膠強度)/冷凍之前之平均凝膠強度。因此，此表明，在水中再水合時，形成穩定水凝膠，且強度在再水合之後至少24小時或更久維持且甚至改良。有利地，將不溶性纖維併入可溶膠凝多醣中增強凝膠網路，以使得超吸收性材料可在再水合之後至少24小時或更久顯著改善其在去DI水中之凝膠強度。

在下表8中，第1、6、7及14號樣品之凝膠強度在模擬人體中之胃條件之酸性條件(pH 2，HCl溶液)下利用再水合進一步測試，且與冷凍之前之凝膠強度進行比較。

表 8 - 在室溫下在酸性條件 ( pH 2 ， HCl 溶液 ) 下冷凍之前及再水合之後的平均凝膠強度維持百分比 .

樣品編號	成分及濃度 (w/w)	冷凍之前的平均凝膠強度 ( g )	在室溫下在酸性溶液 (pH 2 ，HCl ) 中再水合之後24 小時時的平均凝膠強度 (g)	平均凝膠強度維持百分比
1	來自龍鬚菜之海藻複合材料(0.4%)、來自麒麟菜之海藻複合材料(0.4%)及蒟蒻膠(0.4%)	347 ± 18	302 ± 66.7	87%
6	來自龍鬚菜之海藻複合材料(0.2%)、來自麒麟菜之海藻複合材料(0.5%)及蒟蒻(0.5%)	534 ± 35	682  ± 169.8	128%
7	來自龍鬚菜之海藻複合材料(0.3%)、蒟蒻(0.3%)及三仙膠(0.3%)	487 ± 42	324 ± 36.8	309%
14	來自龍鬚菜之海藻複合材料(1%)	474 ± 14	1466 ± 201.8	209%

冷凍之前針對樣品之樣品製備：對於各樣品，將如表7中所示之各別成分添加至去離子(DI)水中且煮沸5分鐘。隨後，將所得混合物在室溫下冷卻15小時以形成凝膠。隨後將凝膠切為3 × 3 × 3 cm之立方體形狀，且藉由物性分析儀量測。

在室溫下在酸性條件 ( HCl 溶液 ， pH 7 ) 下再水合之樣品之樣品製備：對於各樣品，將如表7中所示之各別成分添加至DI水中且煮沸5分鐘。隨後，將所得混合物在室溫下冷卻15小時以形成凝膠。隨後將凝膠在-5℃下保持冷凍48小時，隨後將為在室溫下解凍。隨後將其脫水至約10%之水分含量。獲得3 cm × 3 cm之立方體形凝膠片(其在冷凍之前為3 cm厚)，將凝膠片在室溫(約20℃)下浸沒在HCl溶液(pH 2)中24小時，隨後量測各樣品之凝膠強度。

凝膠強度量測：凝膠強度量測使用具有探針P/0.5之物性分析儀(TA.XT plus, Stable Micro Systems Ltd)進行。凝膠強度量測在0.3 mm/s之壓縮速度及15 mm之壓縮高度下進行。捕獲凝膠斷裂力(單位：g)。量測三至六個複本且獲得平均值。

有利地，如表8中所示，在酸性條件(pH 2，HCl溶液)下再水合之後24小時時，第1號樣品之平均凝膠強度維持百分比為87%，第6號樣品為128%，第7號樣品為309%，且第14號樣品為209%。平均凝膠強度維持百分比(%) =再水合之後之平均凝膠強度/冷凍之前之平均凝膠強度。特別地，此表明，此等超吸收性材料呈現在人類胃條件下之極佳耐受性，因為其能夠在再水合之後在酸性條件下將至少87%之凝膠強度維持百分比維持至少24小時。

此外，有利地，表8展示，當在酸性溶液中再水合時，與冷凍之前之凝膠相比，此等超吸收性材料可在再水合之後24小時時維持且甚至改善其凝膠強度。

使用來自昆布 ( Laminaria ) 之海藻複合材料的額外實例.

第17-18號樣品呈現含有屬於褐藻的來自昆布之海藻複合材料的額外實例。第17-18號樣品之各別成分及濃度(w/w)展示於表9中。來自昆布之海藻複合材料具有約4.7%不溶性纖維(纖維素)及約32.6%可溶纖維(聚海藻糖、葡聚糖及海藻酸鹽)。來自昆布之海藻複合材料可藉由本文及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257825之PCT申請案第PCT/US2020/070160號(其以全文引用之方式併入本文中)及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257826之PCT申請案第PCT/US2020/070161號(其以全文引用之方式併入本文中)中所揭示之方法產生。

來自龍鬚菜之海藻複合材料如本文及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257825之PCT申請案第PCT/US2020/070160號(其以全文引入之方式併入本文中)中所描述獲得(樣品A-2)，且具有約29.4%不溶性纖維及約45.7%可溶纖維。來自麒麟菜之海藻複合材料如本文及2020年6月19日申請且在2020年12月24日公開為WO2020/257826之PCT申請案第PCT/US2020/070161號(其以全文引入之方式併入本文中)中所描述獲得(樣品L)，且具有約39.5%不溶性纖維及約26.0%可溶纖維。

表 9
樣品編號	成分及濃度 (w/w)	總水溶性多醣比總不溶性纖維	pH 為 7.0 之 WRC	pH 為 1.0 之 WRC
17	來自龍鬚菜之海藻複合材料(1%)及來自麒昆布之海藻複合材料(1%)	約 2.30	21.1	12.8
18	來自龍鬚菜之海藻複合材料(0.2%)、蒟蒻膠(0.5%)、來自麒麟菜之海藻複合材料(0.5%)及來自昆布之海藻複合材料(1.0%)	約3.46	31.6	14.1

樣品製備：對於第17-18號樣品中之各者，將所有成分以如表9中提供之濃度添加至水中，在高速下均勻地攪拌及分散，且加熱及煮沸5分鐘以充分溶解水溶性成分。隨後將液體冷卻至20-25℃，且使其靜置超過6小時以形成凝膠。將凝膠儲存在低於-10℃維持24小時以完全冷凍凝膠。將經冷凍之凝膠在20-30℃下在空氣中解凍且浸沒在20-30℃水中。隨後，將解凍凝膠過濾或離心，隨後在50-60℃下用熱空氣乾燥以達至低於約15%之水分含量。

水吸收：第17-18號樣品各自在室溫下用水(pH 7.0)再水合24小時，且在酸性溶液(pH 1.0)下在室溫下再水合24小時。如表9中所證實，第17號樣品呈現在水(pH 7.0)中再水合之後在24小時時之水保留能力(WRC)為21.1，且在酸性溶液(pH 1.0)下在再水合之後24小時時之WRC為12.8。第18號樣品呈現在水(pH 7.0)中再水合之後在24小時時之WRC為31.6，且在酸性溶液(pH 1.0)下在再水合之後24小時時之WRC為14.1。 用於具有瓊脂之海藻複合材料，諸如來自龍鬚菜之海藻複合材料的製備方法 .

具有瓊脂之海藻複合材料，諸如來自龍鬚菜之海藻複合材料的製備方法一般包括用一或多種鹼及/或一或多種酸處理海藻之步驟。視需要，漂白步驟視情況移除海藻產物之天然顏色。使海藻在室溫下經歷包括乾式研磨或濕式碾磨之初步研磨、高壓均質化，且乾燥及研磨為具有所需粒度之最終瓊脂-纖維素複合材料。視需要，高壓均質化可在更高溫度下進行以熔融瓊脂，且製程進一步需要藉由使瓊脂凝膠冷卻及脫水來進行膠凝。適合於本發明之海藻包括屬於紅藻綱(Rhodophyceae class)，亦稱為瓊脂原料藻(agarophyte)或含瓊脂之海藻的所有新鮮或經乾燥之紅藻，實例包括但不限於龍鬚菜、石花菜(Gelidium)、紫菜(Porphyra)、細翼枝菜(Pterocladia)、伊谷草(Ahnfeltia)、鸊鷉玉石花菜(Gelidium micropterum)、克氏蕨藻(Gelidium pusillum)、匐枝凝石花菜(Gelidiella acerosa)、多變擬石花菜(Gelidiopsis variabilis.)、菊花心龍鬚菜(Gracilaria edulis)、縊龍鬚菜(Gracilaria Salicornia)、硬腦膜龍鬚菜(Gracilaria dura)、有皮龍鬚菜(Gracilaria corticate)、短豇豆有皮龍鬚菜(G. corticata v. cylindrica)、葉狀龍鬚菜(Gracilaria folifera)、扁龍鬚菜(Gracilaria textorii)、費格森龍鬚菜(Gracilaria fergusonii)、粗龍鬚菜(Gracilaria crassa. 柔弱角龍鬚菜(Gracilaria debilis)、隆起龍鬚菜(Gracilaria verrucose)及角質石花菜(Gelidium corneum)或紅藻之上述物種中之兩種或更多種之組合。

圖8提供一種製備方法，其中提供鹼處理隨後酸處理以及高壓均質化之前的乾式研磨。一般而言，圖8中之此等步驟包括：(1)原始的新鮮或經乾燥之海藻藉由洗滌及移除碎屑進行清潔；(2)經清潔之海藻用鹼溶液處理，隨後用水洗滌至中性pH以獲得經鹼處理之海藻；(3)經鹼處理之海藻用酸溶液處理，隨後洗滌至中性pH；(4)視情況，經酸處理之海藻用一或多種漂白劑處理，隨後洗滌以移除漂白劑；(5)所獲得之海藻經脫水且經乾燥至少於或為約20%之水含量，且粉碎為80目或更大以獲得粗海藻粉末；(6)將粗海藻粉末在0-50℃之溫度下分散於水中，且隨後在10-100 MPa之壓力下藉由高壓均質化處理，且隨後經歷壓力過濾或離心脫水，且經乾燥至20%或更少之水含量；且(7)將經乾燥之海藻粉碎為80目或更大以獲得最終海藻複合材料。

圖9提供一種製備方法，其中提供鹼處理隨後酸處理以及高壓均質化之前的膠體碾磨。一般而言，圖9中之此等步驟包括：(1)原始的新鮮或經乾燥之海藻藉由洗滌及移除碎屑進行清潔；(2)經清潔之海藻用鹼溶液處理，隨後用水洗滌至中性pH以獲得經鹼處理之海藻；(3)經鹼處理之海藻用酸溶液處理，隨後洗滌至中性pH；(4)視情況，經酸處理之海藻用一或多種漂白劑處理，隨後洗滌以移除漂白劑；(5)將海藻在0-50℃之溫度下添加至水中且藉由膠體碾磨進行濕式研磨；(6)將經研磨之海藻在10-100 MPa之壓力下藉由高壓均質化處理，且隨後經歷壓力過濾或離心脫水，且經乾燥至20%或更少之水含量；且(7)將經乾燥之海藻粉碎為80目或更大以獲得最終海藻複合材料。

圖10呈現海藻複合材料之另一種製備方法，且具體言之，酸處理而無鹼處理以及高壓均質化之前的乾式研磨。

一般而言，圖10中之此等步驟包括：(1)原始的新鮮或經乾燥之海藻藉由洗滌及移除碎屑進行清潔；(2)經清潔之海藻用酸溶液處理，隨後洗滌至中性pH；(3)視情況，經酸處理之海藻用一或多種漂白劑處理，隨後洗滌以移除漂白劑；(4)所獲得之海藻經脫水且經乾燥至少於或為約20%之水含量，且粉碎為80目或更大以獲得粗海藻粉末；(5)將粗海藻粉末在0-50℃之溫度下分散於水中，且隨後在10-100 MPa之壓力下藉由高壓均質化處理，且隨後經歷壓力過濾或離心脫水，且經乾燥至20%或更少之水含量；且(6)將經乾燥之海藻粉碎為80目或更大以獲得最終海藻複合材料。

圖11呈現海藻複合材料之另一種製備方法，且具體言之，酸處理而無鹼處理以及高壓均質化之前的膠體碾磨。一般而言，圖中之步驟包括：(1)原始的新鮮或經乾燥之海藻藉由洗滌及移除碎屑進行清潔；(2)經清潔之海藻用酸溶液處理，隨後洗滌至中性pH；(3)視情況，經酸處理之海藻用一或多種漂白劑處理，隨後洗滌以移除漂白劑；(4)將海藻在0-50℃之溫度下添加至水中且藉由膠體碾磨進行濕式研磨；(5)將經研磨之海藻在10-100 MPa之壓力下藉由高壓均質化處理，且隨後經歷壓力過濾或離心脫水，且經乾燥至20%或更少之水含量；且(6)將經乾燥之海藻粉碎為80目或更大以獲得最終海藻複合材料。

圖12呈現海藻複合材料之另一種製備方法，且具體言之，鹼處理隨後雙酸處理以及高壓均質化之前的乾式研磨。一般而言，圖12中之步驟包括：(1)原始的新鮮或經乾燥之海藻藉由洗滌及移除碎屑進行清潔；(2)經清潔之海藻用鹼溶液處理，隨後用水洗滌至中性pH以獲得經鹼處理之海藻；(3)經鹼處理之海藻用酸溶液處理，隨後洗滌至中性pH；(4)視情況，經酸處理之海藻用一或多種漂白劑處理，隨後洗滌以移除漂白劑；(5)所獲得之海藻經脫水且經乾燥至少於或為約20%之水含量，且粉碎為80目或更大以獲得粗海藻粉末；(6)將粗海藻粉末在0-50℃之溫度下分散於水中，且隨後在10-100 MPa之壓力下藉由高壓均質化處理；(7)將經均質化之液體在0-50℃之溫度下用酸溶液(0.1-3% w/w)處理5-20小時，隨後用鹼調整pH至中性；(8)使樣品經歷壓力過濾或離心脫水，且經乾燥至20%或更少之水含量；且(9)將經乾燥之海藻粉碎為80目或更大以獲得最終海藻複合材料。

圖13呈現海藻複合材料之另一種製備方法，且具體言之，鹼處理隨後雙酸處理以及高壓均質化之前的膠體碾磨。一般而言，圖13中之步驟包括：(1)原始的新鮮或經乾燥之海藻藉由洗滌及移除碎屑進行清潔；(2)經清潔之海藻用鹼溶液處理，隨後用水洗滌至中性pH以獲得經鹼處理之海藻；(3)經鹼處理之海藻用酸溶液處理，隨後洗滌至中性pH；(4)視情況，經酸處理之海藻用一或多種漂白劑處理，隨後洗滌以移除漂白劑；(5)將海藻在0-50℃之溫度下添加至水中且藉由膠體碾磨進行濕式研磨；(6)將經研磨之海藻在10-100 MPa之壓力下藉由高壓均質化處理；(7)將經均質化之液體在0-50℃之溫度下用酸溶液(0.1-3% w/w)處理5-20小時，隨後用鹼調整pH至中性；(8)使樣品經歷壓力過濾或離心脫水，且經乾燥至20%或更少之水含量；且(9)將經乾燥之海藻粉碎為80目或更大以獲得最終海藻複合材料。

對於上文關於具有瓊脂之海藻複合材料，諸如來自龍鬚菜之海藻複合材料的製備方法所揭示之所有三個製程，將HPH之前之各中間產物的樣品保存且添加至熱水中以自纖維素基質熔融及解離瓊脂，且隨後HPH在更高溫度(60-100℃)下進行，隨後冷卻、膠凝及脫水。纖維素纖維可在更高溫度下更有效地分解，或纖維素纖維可在室溫下在更嚴格的HPH條件(例如更高壓力或多個過道)下有效地分解。藉由此兩種不同方式所獲得之瓊脂-纖維素複合材料中存在可識別差異。室溫下之HPH使得瓊脂-纖維素複合顆粒更加均勻地分佈，其中含有纖維素纖維之粒狀顆粒主要由瓊脂囊封。另一方面，高溫下之HPH使得樣品之粒度及形狀高度可變，其中一些顆粒似乎具有由瓊脂薄層包圍之大量纖維素纖維，且其他顆粒似乎主要由瓊脂而非纖維製成。此樣品亦含有許多瓊脂凝膠片之薄片。此等觀測結果表明，高溫下之HPH引起瓊脂熔融及解離。在冷卻及膠凝過程期間，一些纖維素纖維顆粒彼此締合以在瓊脂凝膠中形成大團簇，使得一些區域具有高含量纖維素且其他區域缺乏纖維素。

因此，所揭示之技術需要在室溫下分解海藻細胞壁以暴露作為膠凝劑之瓊脂且藉由減小其大小及/或增大暴露表面積來改變纖維素纖維之結構，從而獲得天然海藻複合材料。儘管本發明之工作實例中使用高壓均質化，但該技術不限於HPH而實際上包括可分解海藻細胞壁同時維持瓊脂結合至纖維素之未熔融的天然狀態的任何方法。因為瓊脂係多孔的，且可透過水溶液，且粒度足夠小(直徑小於90 µm)以允許化學及機械處理經結合之纖維素，所以此製程與其他已確立方法相容，從而改變用於特定應用之瓊脂及纖維素的結構及功能。該製造製程可視海藻之物種及最終瓊脂-纖維素複合材料之所需特性而變化。

除增大膠凝強度之外，鹼處理亦可破壞生海藻中之色素及蛋白質之一部分以促進脫色作用及去蛋白作用。可用於所揭示之製程中之鹼包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣或其類似鹼。鹼之濃度及處理條件(諸如溫度及處理時間)可變化。舉例而言，可使用(A)低溫下之高的鹼濃度(例如在室溫下20-30%的氫氧化鈉持續5-10天)，(B)中等溫度下之中等鹼濃度(例如在60-70℃下20-30%的氫氧化鈉持續1-4小時)，及(C)高溫下之低的鹼濃度(例如在80-95℃下2-7%的氫氧化鈉溶液持續1-4小時)。條件(C)需要少量鹼及較短反應時間。然而，水膠體容易溶解及損失，且所獲得之海藻複合材料之膠凝強度及整體品質略微受損。此製程由於其製造效率而適合於大型製造。條件(A)減少水膠體之損失，且改良海藻複合材料之膠凝強度及品質，但製造週期長，效率低，且鹼消耗高。鹼處理條件可基於原材料及最終產物之所需特點進一步最佳化。

有或無鹼處理之海藻可經歷酸處理。酸為磷酸、鹽酸、硫酸、草酸、檸檬酸、乳酸、蘋果酸、乙酸及其類似酸中之一或多者。進行酸處理以移除海藻中之一些鹽組分，及/或軟化海藻以用於後續漂白處理。酸處理一般在50℃下在0.1-1% (w/w)之濃度下進行，且處理時間介於10分鐘與2小時之間。酸濃度及處理時間可基於生海藻材料之物種而變化。過度酸處理可引起水膠體損失及膠凝強度降低。

漂白處理視情況存在，且可移除海藻中之天然著色劑以增強產物之白度。漂白通常在室溫下進行。漂白劑為過氧化氫、次氯酸鈉、二氧化氯及其類似物中之一或多者。較佳地，次氯酸鈉溶液用作漂白溶液，有效氯濃度為約0.1-0.5%，且處理時間為約30分鐘至2小時。

經漂白海藻可首先經乾燥，粗略粉碎，且隨後添加至0-50℃水或60-100℃水中以進行高壓均質化。替代地，在移除漂白劑之後，可將濕潤海藻直接地添加至0-50℃水或60-100℃水中以使用膠體碾磨進行濕式碾磨，隨後進行高壓均質化。在0-50℃水中均質化之材料可藉由離心或壓力過濾進行乾燥，且隨後經乾燥且粉碎為最終產物。在60-100℃水中均質化之材料首先需要冷卻以形成凝膠，隨後藉由壓力過濾脫水或藉由凍乾冷凍乾燥。將經乾燥之樣品粉碎為最終產物。

在鹼處理及高壓均質化之後，均質化海藻液體可經歷第二次酸處理以獲得膠凝強度低(例如膠凝強度≤ 200 g/cm ²)的含有低分子量瓊脂之海藻複合材料。第二次酸處理可在較低溫度(0-50℃)下進行較長時間段，例如在0.1-3% (w/w)之酸濃度下進行5-20小時。其亦可在相對高溫度(60-100℃)下進行短時間段，例如在0.01-1.0% (w/w)之酸濃度下進行0.5-2小時。

膠體碾磨機為可藉由剪切及碾磨減小粒度之一種類型之濕式碾磨設備。高壓均質化可藉由高機械剪切力減小粒度。HPH亦可經由由與HPH相關聯之顯著壓降產生之熵效應使包括不溶性植物纖維之某些材料之結構鬆散。來自包括海藻之植物之天然纖維素纖維通常密集地封裝，產生硬質地、不良口感及水結合特性。已使用HPH處理以改變呈解離狀態之不同植物衍生之纖維，從而減小粒度，破壞纖維結構且增大表面積，進而增強其食品應用品質(例如水結合及保留能力及黏度及穩定性等)。意外地，正如本文所揭示，HPH可在天然結合之瓊脂存在之情況下對分解海藻纖維素纖維實現顯著作用。因此，製造天然瓊脂-纖維素複合材料之所揭示之製程，其中即使當纖維呈與瓊脂締合之狀態，且不管HPH之剪切力締合仍維持時，最初密集地封裝之海藻纖維束斷成小纖維片。

在將乾式研磨之海藻粉末分散於水中，或獲得經濕式研磨之海藻樣品之後，其藉由40目或更大，更佳地，80-100目或更大之布過濾，以製備用於HPH之樣品。HPH可在單一過道或多個過道中進行。對於單一過道，均質化壓力較佳為20至100 MPa，更佳為30至60 MPa。對於多個過道，均質化壓力較佳為10至60 MPa，更佳為20至40 MPa。

乾燥製程可以許多不同方式進行，且不受任何特定方法限制。將最終產物粉碎為80目或更大，更佳200目或更大。實際粒度可藉由特定應用測定。 用於具有角叉菜膠之海藻複合材料，諸如來自麒麟菜之海藻複合材料的製備方法 .

具有角叉菜膠之海藻複合材料，諸如來自麒麟菜之海藻複合材料的製備方法一般包括以下步驟：在加熱下用高濃度氯化鉀(KCl)處理海藻，隨後使海藻經歷高壓均質化(HPH)。本發明中所用之原材料包括傳統地用於提取角叉菜膠的新鮮或經乾燥之紅藻，包括卡帕菲克斯藻(Kappaphycus alvarezii)、齒狀麒麟菜(Eucheuma denticulatum)及其類似紅藻或其組合。更一般而言，本發明之原材料包含任何含角叉菜膠之紅色海藻(角叉菜膠原料藻)，包括但不限於來自杉海苔科(Gigartinaceae)、沙菜科(Hypneaceae)、紅翎菜科(Solieriaceae)、育葉藻科(Phyllophoraceae)及叉紅藻科(Furcellariaceae)及其組合之海藻。適用屬包括鹿角藻屬(Chondrus)、鳶尾屬(Iridaea)、杉藻屬(Gigartina)、卡帕藻屬(Kappaphycus)、珊瑚藻屬(Rhodoglossum)、沙菜屬(Hypnea)、麒麟菜屬(Eucheuma)、瓊脂菌屬(Agarchiella)、叉枝藻屬(Gymnogongrus)、膜育葉藻屬(Phyllophora)、伊谷草屬(Ahnfeltia)及叉紅藻屬(Furcellaria)及其組合。適用物種包括刺麒麟菜(Eucheuma spinosum)、耳突麒麟菜(Eucheuma cottonii)、皺波角叉菜(Chondrus Crispus)、斯科特杉藻(Gigartina skottsbergii)、卡帕菲克斯藻、齒狀麒麟菜及其組合。

視需要，漂白步驟視情況移除海藻產物之天然顏色。在KCl處理之前或之後使海藻經歷預先研磨，包括乾式研磨或濕式碾磨。KCl處理在高壓均質化之前在80-100℃下加熱下進行1-6小時，且HPH可在介於0-85℃之間之低溫下進行而不自包含不溶性纖維之其天然植物基質熔融出角叉菜膠。隨後使經HPH處理之海藻乾燥且研磨為具有所需粒度之最終角叉菜膠-纖維素複合材料。視需要，高壓均質化可在諸如60-100℃之高溫下進行以熔融角叉菜膠，且製程進一步需要藉由在低濃度KCl存在之情況下冷卻來進行膠凝。製程之特定細節可視不同初始原材料及最終產物之所需特點而變化。

氯化鉀處理之前之研磨具有通用流程，其包括：乾燥海藻→洗滌及清潔→漂白→乾燥→粉碎→KCl處理→高壓均質化→壓力過濾脫水(或加熱至高於60℃以熔融角叉菜膠且添加KCl以冷卻及形成凝膠，隨後壓力過濾脫水)→乾燥→粉碎為所需粒度。

該製程如下：(1)原始的新鮮或經乾燥之海藻藉由洗滌及移除雜質及碎屑進行清潔；(2)視情況，經清潔之海藻用一或多種漂白劑(例如次氯酸鈉，有效氯0.1-0.5%)處理30分鐘至2小時，隨後洗滌以移除漂白劑；(3)所獲得之海藻經乾燥且經粉碎為80目或更大以獲得粗海藻粉末；(4)將粗海藻粉末添加至5-20% (w/w)之氯化鉀溶液中，且在80-100℃下處理1-6小時，隨後壓力過濾或離心脫水；(5)在0-50℃下將經KCl處理之海藻粉末以1:20至1:100之質量比(以乾重計之海藻比水)均勻地分散在水中，在20-50 MPa之壓力下由高壓均質機處理，且均質化液體經壓力過濾以移除水；替代地，在60-100℃下將海藻粉末以1:20至1:100之質量比(以乾重計之海藻比水)均勻地分散在水中，在20-50 MPa之壓力下由高壓均質機處理，且將0.1%-1.0%氯化鉀添加至均質化液體中且冷卻至0-40℃以形成凝膠，將其藉由壓力過濾脫水；(6)藉由步驟(5)中之壓力過濾獲得之固體組分藉由熱空氣或其他乾燥方法經乾燥，且經粉碎為80目或更大以獲得最終海藻複合材料。

氯化鉀處理之後之研磨具有通用流程，其包括：乾燥海藻→洗滌及清潔→KCl處理→漂白→洗滌→乾燥→粉碎→分散在水中→高壓均質化→壓力過濾脫水(或加熱至高於60℃以熔融角叉菜膠且添加KCl以冷卻及形成凝膠，隨後壓力過濾脫水)→乾燥→粉碎為所需粒度。

該製程如下：(1)原始的新鮮或經乾燥之海藻藉由洗滌及移除雜質及碎屑進行清潔；(2)將經清潔之海藻添加至5-20% (w/w)之氯化鉀溶液中，且在80-100℃下處理1-6小時，隨後洗滌以移除KCl；(3)視情況，經KCl處理之海藻用一或多種漂白劑(例如次氯酸鈉，有效氯0.1-0.5%)處理30分鐘至2小時，隨後洗滌以移除漂白劑；(4)所獲得之海藻經乾燥且經粉碎為80目或更大以獲得粗海藻粉末；(5)在0-50℃下將海藻粉末以1:20至1:100之質量比(以乾重計之海藻比水)均勻地分散在水中，在20-50 MPa之壓力下由高壓均質機處理，且均質化液體經壓力過濾以移除水；替代地，在60-100℃下將海藻粉末以1:20至1:100之質量比(以乾重計之海藻比水)均勻地分散在水中，在20-50 MPa之壓力下由高壓均質機處理，且將0.1%-1.0%氯化鉀添加至均質化液體中且冷卻至0-40℃以形成凝膠，將其藉由壓力過濾脫水；(6)藉由步驟(5)中之壓力過濾獲得之固體組分藉由熱空氣或其他乾燥方法經乾燥，且經粉碎為80目或更大以獲得最終海藻複合材料。

KCl處理之前之濕式碾磨具有通用流程，其包括：新鮮或再水合海藻→洗滌及清潔→漂白→KCl處理→膠體碾磨→高壓均質化→壓力過濾脫水(或加熱至高於60℃以熔融角叉菜膠且添加KCl以冷卻及形成凝膠，隨後壓力過濾脫水)→乾燥→粉碎為所需粒度。

該製程如下：(1)原始的新鮮或經乾燥之海藻藉由洗滌及移除雜質及碎屑進行清潔；(2)視情況，經清潔之海藻用一或多種漂白劑(例如次氯酸鈉，有效氯0.1-0.5%)處理30分鐘至2小時，隨後洗滌以移除漂白劑；(3)將所獲得之海藻添加至5-20% (w/w)之氯化鉀溶液中，且在80-100℃下處理1-6小時，隨後洗滌以移除KCl；(4)將經KCl處理之海藻粉末分散於水中且膠體碾磨為80目或更大；(5)在0-50℃下將海藻以1:20至1:100之質量比(以乾重計之海藻比水)均勻地分散在水中，在20-50 MPa之壓力下由高壓均質機處理，且均質化液體經壓力過濾以移除水；替代地，在60-100℃下將海藻粉末以1:20至1:100之質量比(以乾重計之海藻比水)均勻地分散在水中，在20-50 MPa之壓力下由高壓均質機處理，且將0.1%-1.0%氯化鉀添加至均質化液體中且冷卻至0-40℃以形成凝膠，將其藉由壓力過濾脫水；(6)藉由步驟(5)中之壓力過濾獲得之固體組分藉由熱空氣或其他乾燥方法經乾燥，且經粉碎為80目或更大以獲得最終海藻複合材料。

不同於藉由熱鹼處理進行傳統角叉菜膠提取，本文所揭示之技術在高溫(80-100℃)下用高濃度鹽(諸如KCl (5-20% w/w))預處理海藻一段延長的時間(1-6小時)，隨後高壓均質化以獲得角叉菜膠-纖維素纖維複合材料。在不受理論束縛之情況下，本文中之高濃度KCl可用來使角叉菜膠穩定化以防止其高溫下溶解損失。其亦可具有其他作用，諸如增大經分離之角叉菜膠-纖維素纖維複合材料之膠凝強度。角叉菜膠連同纖維素纖維一起存在於海藻植物組織之細胞壁及細胞間基質中。在高溫下加熱可對植物基質結構具有一系列作用，包括多種生物巨分子之結構及其組裝相互作用，從而產生適合於藉由機械製程(諸如高壓均質化)進一步分解之鬆散結構。

KCl之濃度及處理時間可視初始海藻原材料之類型及狀態而變化。一般而言，當使用整個海藻植物時，所需KCl濃度更高，且處理時間更長。在海藻已粉碎(呈乾燥形式)或藉由膠體碾磨進行濕式碾磨之後，濃度可較低，且處理時間縮短。使用整個海藻之優勢為在製程之不同步驟(包括在高濃度KCl處理之後移除鹽)之間更易於進行洗滌。使用粉碎或碾磨海藻粉末之優勢為高鹽加熱處理可在相對溫和的條件(例如，較低KCl濃度及較短加熱時間等)下進行。因此，溫和條件有助於自海藻製備含有額外天然化合物之天然角叉菜膠/纖維素複合物，該等海藻可在惡劣條件(諸如較長加熱時間)下損失或變性。

漂白處理視情況存在，且可移除海藻中之天然著色劑以增強產物之白度。漂白通常在室溫下進行。漂白劑為過氧化氫、次氯酸鈉、二氧化氯及其類似物中之一或多者。較佳地，次氯酸鈉溶液用作漂白溶液，有效氯濃度為約0.1-0.5%，且處理時間為約30分鐘至2小時。

經漂白海藻可首先經乾燥，粗略粉碎，且隨後添加至0-50℃水或60-100℃水中以進行高壓均質化。替代地，在移除漂白劑之後，可將濕潤海藻直接地添加至0-50℃水或60-100℃水中以使用膠體碾磨進行濕式碾磨，隨後進行高壓均質化。在0-50℃水中均質化之材料可藉由離心或壓力過濾進行乾燥，且隨後經乾燥且粉碎為最終產物。在60-100℃水中均質化之材料首先需要在低濃度KCl存在之情況下冷卻以形成凝膠，隨後藉由壓力過濾脫水或藉由凍乾冷凍乾燥。將經乾燥之樣品粉碎為最終產物。

可將粗海藻粉末在0-50℃下或在60-100℃下分散於水中，且隨後經歷HPH。替代地，可將經預處理之整個海藻直接地添加至0-50℃或60-100℃水中以一種膠體碾磨機進行濕式碾磨，隨後進行高壓均質化。

在0-50℃下均質化時，包括角叉菜膠之水溶性多醣保持其天然未熔融狀態，且所得角叉菜膠-纖維複合材料可藉由離心或壓力過濾經分離，經乾燥且經粉碎為最終產物。在60-100℃下在水中均質化時，包括角叉菜膠之水溶性多醣部分或大部分溶解於水中且自其天然海藻植物基質分離。材料首先需要冷卻以形成凝膠，隨後藉由壓力過濾脫水或藉由凍乾冷凍乾燥。將經乾燥之樣品粉碎為所需粒度之最終產物。

膠體碾磨機為可藉由剪切及碾磨減小粒度之一種類型之濕式碾磨設備。高壓均質化可藉由高機械剪切力減小粒度。HPH亦可經由由與HPH相關聯之顯著壓降產生之熵效應使包括不溶性植物纖維之某些材料之結構鬆散。來自包括海藻之植物之天然纖維素纖維通常密集地封裝，產生硬質地、不良口感及水結合特性。已使用HPH處理以改變呈解離狀態之不同植物衍生之纖維，從而減小粒度，破壞纖維結構且增大表面積，進而增強其食品應用品質(例如水結合及保留能力及黏度及穩定性等)。意外地，正如本文所揭示，HPH可在天然結合之角叉菜膠存在之情況下對分解海藻纖維素纖維實現顯著作用。因此，製造天然角叉菜膠-纖維素複合材料之所揭示之製程，其中即使當纖維呈與角叉菜膠締合之狀態，且不管HPH之剪切力締合仍維持時，最初密集地封裝之海藻纖維束斷成小纖維片。

在將乾式研磨之海藻粉末分散於水中，或獲得經濕式研磨之海藻樣品之後，其藉由40目或更大，更佳地，80-100目或更大之布過濾，以製備用於HPH之樣品。HPH可在單一過道或多個過道中進行。對於單一過道，均質化壓力較佳為20至100 MPa，更佳為30至60 MPa。對於多個過道，均質化壓力較佳為10至60 MPa，更佳為20至40 MPa。

乾燥製程可以許多不同方式進行，且不受任何特定方法限制。將最終產物粉碎為80目或更大，更佳200目或更大。實際粒度可藉由特定應用測定。

本申請案含有至少一個彩製圖示。本申請案之彩色圖示之複本將藉由局所根據需要提供及支付必要之費用。

圖1A-1E展示浸泡在去離子水及0.1 M HCl中之前及之後的超吸收性材料之第1-5號樣品之光顯微鏡影像。圖中之量表之最小劃分為10 µm。

圖2A-2B展示在4小時之時段內第1號樣品之水吸收及體積膨脹之動力學。圖2A以曲線展示顆粒膨脹時程。體積在少於30分鐘內膨脹約2 (長度) × 2 (寬度) × 7.5 (高度) = 30倍，且達至90%最大體積。圖2B展示一系列影像，其證實大部分不溶性纖維膨脹，且在體積膨脹過程期間均勻地分佈。將第1號樣品之單一顆粒浸沒在去離子水中超過四小時，且將顆粒在水中之狀態在偏振光下記錄在不同時間點下之Leica MZ125之圖片中。在偏振光下展示之亮材料為不溶性纖維。圖中之量表之最小劃分為10 µm。

圖3展示在pH為7.0之水中及在pH為1.0之0.1 M HCl中溶脹的第1-5號樣品之SEM影像。展示各樣品在各pH條件下之兩個不同視角。將第1-5號樣品之顆粒置放於去離子水(pH = 7)或0.1 M HCl (pH = 1)中，且充分吸收及膨脹24小時。溶脹之樣品在液氮中快速冷凍且凍乾隔夜。將凍乾之乾燥顆粒噴塗，且藉由JOEL JSM-7001掃描電子顯微鏡(SEM)分析。SEM影像證實，超吸收性材料在溶液中形成多孔結構，解釋其高水保留能力，且延伸互連之網狀結構解釋其在中性或酸性pH條件下之形狀穩定性。此等特點在第1號樣品中最明顯，其呈現最佳水吸收功能、體積膨脹及形狀穩定性。

圖4展示浸泡在去離子水及0.1 M HCl中之前及之後的超吸收性材料之第6-16號樣品之光顯微鏡影像。圖中之量表之最小劃分為10 µm。

圖5展示在浸泡在水或HCl中至多4小時之時間段之後第6、7、9、10及11號樣品之水吸收及體積膨脹的動力學。

圖6展示在pH為7.0之水中及在pH為1.0之0.1 M HCl中溶脹的第6-16號樣品之SEM影像。為了捕獲水合狀態之結構特點，將來自第6-16號樣品之解凍乾燥之樣品浸沒在去離子水(pH=7.0)中或在0.1 M HCl (pH=1.0)中超過12小時，在液氮中急驟冷凍，且凍乾至乾燥，用鉑濺塗且在JOEL JSM-7001掃描電子顯微鏡上成像。對於各樣品，多個顆粒成像；展示最高程度地表示給定樣品之觀測到之結構特點的影像。對於各pH條件下之各樣品，展示兩個不同視角。

圖7展示第1、6、10、12、13及15號樣品之額外代表性SEM影像以進一步說明多孔多孔結構。

圖8展示海藻複合材料之製備方法之例示性實施例，該海藻複合材料使用鹼處理隨後酸處理以及高壓均質化之前的乾式研磨。

圖9展示海藻複合材料之製備方法之另一例示性實施例，該海藻複合材料使用鹼處理隨後酸處理以及高壓均質化之前的膠體碾磨。

圖10展示海藻複合材料之製備方法之另一例示性實施例，該海藻複合材料使用酸處理而不使用鹼處理，以及高壓均質化之前的乾式研磨。

圖11展示海藻複合材料之製備方法之另一例示性實施例，該海藻複合材料使用酸處理而不使用鹼處理，以及高壓均質化之前的膠體碾磨。

圖12展示海藻複合材料之製備方法之另一例示性實施例，該海藻複合材料使用鹼處理隨後雙酸處理以及高壓均質化之前的乾式研磨。

圖13展示海藻複合材料之製備方法之另一例示性實施例，該海藻複合材料使用鹼處理隨後雙酸處理以及高壓均質化之前的膠體碾磨。

Claims (9)

1. 一種製備超吸收性材料之方法，其包含： 將一或多種水溶性多醣或含有一或多種水溶性多醣之一或多種組合物溶解在水中以形成溶液； 將一或多種不溶性纖維或含有一或多種不溶性纖維之一或多種組合物添加至水中以形成分散液； 使含有該一或多種可溶性多醣之該溶液及含有該一或多種不溶性纖維之該分散液混合以形成凝膠； 冷凍該凝膠；且 乾燥經冷凍之凝膠以獲得該超吸收性材料。
2. 如請求項1之方法，其中該冷凍係要引發低溫膠凝作用。
3. 如請求項1之方法，其中該冷凍步驟係在-5℃至-80℃之溫度下進行至少6小時。
4. 如請求項1之方法，該方法進一步包含在與該溶液混合之前使該分散液在10-50 MPa之壓力下經歷高壓均質化。
5. 如請求項1之方法，其中該乾燥步驟包含將該凝膠解凍且在50-60℃下在常壓下乾燥。
6. 如請求項1之方法，其中該乾燥步驟包含藉由在未解凍之情況下凍乾來直接地乾燥該經冷凍之凝膠。
7. 如請求項1之方法，該方法進一步包含粉碎經乾燥之凝膠以獲得呈粉末形式之該超吸收性材料。
8. 如請求項1之方法，其中該一或多種不溶性纖維係選自由以下組成之群：大豆纖維中之不溶性纖維、來自海藻之不溶性纖維、海藻複合材料中之不溶性纖維、纖維素、不溶性半纖維素；豆科、全穀物、蔬菜、水果、豆類、種子、種皮及全穀物之種子、種皮、根、莖、葉、樹皮的木質素；燕麥纖維、稻米纖維、玉米纖維、柑橘纖維、甜菜纖維、甘蔗纖維、椰子纖維及包含該等不溶性纖維之組合的組合物。
9. 一種超吸收性材料，其藉由如請求項1至8中任一項之方法獲得。