應用故事 | 可食用水凝膠流變行為研究

可食用水凝膠進入胃后會膨脹，從而使人產生飽腹感，減少零食餐飲攝入。可食用水凝膠由改性纖維素和檸檬酸組成基本結構單位，這種基質能夠迅速吸收胃中的水分，并與攝入的食物均勻混合，從而產生數千個小的單個水凝膠塊。這些水凝膠塊具備食物的彈性或硬度，但沒有熱量值，能夠占據胃和小腸內容物的空間，并引起飽腹感。凝膠塊一旦進入大腸就會被酶部分分解，失去三維結構，從而喪失大部分吸收能力。伴隨分解而釋放的水將被大腸重新吸收，剩余的纖維素材料則被排出到糞便中。

一般來說，水凝膠內部的相互作用是影響凝膠穩定性、藥物釋放等行為的關鍵因素之一，而水凝膠內部結構的變化又與材料黏度、模量等流變學性能密切相關。因此，對水凝膠進行流變學研究對新型水凝膠的設計和應用都提供了重要的支持。該產品關注樣品儲能模量和損耗模量。在測試原研品與仿制品模量后，可明顯發現仿制品儲能模量明顯低于原研品。低儲能模量樣品在胃中不易穩定存在，胃部蠕動時凝膠顆粒結構易被破壞。根據該結果建議客戶適當提高凝膠內部交聯度，增加樣品模量。吸飽水的凝膠顆粒形狀不規則且大小不一，測試時將多顆樣品裝載在上下轉子之間，因此推薦客戶使用表面為刻槽轉子，可有效避免樣品測試時發生滑移。

圖1. 溶脹后可食用水凝膠

圖1為使用模擬胃液溶脹后水凝膠顆粒，溶脹后過過濾掉多余溶液，直徑大約1-5mm且形狀不規則，分別使用如圖2所示表面光滑轉子及刻槽面轉子測試水凝膠。

圖2. 光滑面轉子和刻槽面轉子

圖3

使用兩種轉子測試結果如圖3所示，常規的表面光滑轉子測得模量明顯低于刻槽面轉子測試結果。因為凝膠顆粒表面含水，上轉子與凝膠間有水存在，測試時會發生滑移，也就是說轉子往復振蕩而樣品未發生相應形變，導致光滑轉子測試結果與刻槽轉子相比偏小。使用刻槽轉子，水凝膠顆粒卡在刻槽中，增大樣品與轉子間摩擦力，防止滑移現象，測試結果更加可靠準確。

圖4. 頻率掃描測試結果

水凝膠塊具備類似食物的彈性和硬度。競品在角頻率10 rad/s下的儲存模量（G’）為700 Pa左右，而自研的水凝膠1#的模量為290 Pa，2#的模量為230 Pa顯著低于竟品。自研樣品模量低說明水凝膠三維結構不穩定，可能會導致水凝膠還未進入腸道，在胃中結構已經破壞，無法達到鎖住水分的目的。可以通過增加自研水凝膠內部交聯度的方式提高儲存模量（G’），從而保證自研水凝膠在腸道中保持結構的穩定性。

作者

范博文

耐馳儀器公司應用實驗室