葫蘆巴膠改善吞咽障礙者飲水安全性的流變學研究

郝路路 王 凌 商龍臣 李 斌

(華中農(nóng)業(yè)大學食品科學技術(shù)學院，湖北 武漢 430070)

吞咽功能障礙是指多種原因引起的與吞咽有關(guān)的神經(jīng)、器官受損，難以將固體或液體食物由口腔安全輸送到胃等癥狀[1]。中國吞咽障礙的發(fā)病率在基本能夠生活自理的65歲及以上人群中占15%～20%，而在失能老年人群(如阿爾茲海默癥或中風等)中的發(fā)病率高達54%～80%。進食困難會導致老年人營養(yǎng)缺乏、脫水等，損害機體健康，嚴重者會因飲水嗆食，造成吸入性肺炎[2-4]。因此，如何提高吞咽障礙患者的飲水安全性已成為亟待解決的科學問題，而已有的研究[5-6]表明，流體增稠是提高患者吞咽安全性的有效措施之一。

親水膠體常用于食品中以增加其黏度或改善其質(zhì)構(gòu)[7]，以減緩食物在吞咽過程中的運動速度，給予吞咽功能障礙患者充足的反應時間遮蔽氣管入口，從而防止食物進入氣管。《中國吞咽障礙膳食營養(yǎng)管理專家共識(2019版)》對有吞咽障礙風險患者的飲食進行了規(guī)范，要求保證食物能從口腔成功進入胃腔而非肺中且不在口腔中殘留。美國吞咽障礙膳食標準[8]規(guī)定，以η50黏度為依據(jù)，將增稠流體稠度等級分為稀薄型(1～50 mPa·s)、花蜜型(51～350 mPa·s)、蜂蜜型(351～1 750 mPa·s)以及布丁型(>1 750 mPa·s) 4類。因患者吞咽困難程度不同，輔助食品所需的增稠程度存在差異。目前市場上常見的增稠產(chǎn)品主要有黃原膠(XG)、結(jié)冷膠(GG)等，但是有關(guān)其在不同增稠級別的流變學特性研究有所欠缺。

葫蘆巴膠(fenugreek gum，F(xiàn)G)是從葫蘆巴籽中分離內(nèi)胚乳提取得到的一種多糖膠體，由甘露糖和半乳糖組成，摩爾比值為1∶1[9-10]，具有降血糖、降膽固醇、抗氧化[11]等藥理作用，還具有增稠、乳化、凝膠化、泡沫形成[12]等功能。葫蘆巴膠可以快速溶于冷水和熱水中，已有研究[13]表明不同溫度條件下制備的葫蘆巴溶膠，其黏度差異明顯。目前尚未見將葫蘆巴膠應用于改善吞咽困難者飲水安全方面的報道。

研究擬以美國吞咽障礙膳食標準為依據(jù)，以常用的增稠劑如黃原膠和結(jié)冷膠為參照，探究葫蘆巴溶膠在花蜜型、蜂蜜型以及布丁型3個不同增稠級別的流變特性，進一步探究不同溶解溫度下葫蘆巴膠的流變學性質(zhì)，以期為葫蘆巴膠作為增稠劑以改善吞咽困難患者的飲水安全提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

葫蘆巴膠、黃原膠：分析級，源葉生物科技有限公司；

結(jié)冷膠：食品級，邯鄲財鑫糖業(yè)有限責任公司。

1.1.2 儀器與設備

流變儀：AR2000ex型，美國TA儀器公司；

電動攪拌機：HD2010W型，上海司樂儀器有限公司；

電子天平：ME204E型，梅特勒—托利多儀器(上海)有限公司；

集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：DF-101S型，武漢德力祥儀器設備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品制備 取一定量葫蘆巴膠粉溶于水中，分別于25，80 ℃攪拌至完全溶解，配制成質(zhì)量分數(shù)為2%的葫蘆巴溶膠；參照美國吞咽障礙膳食標準，以η50黏度為依據(jù)，將葫蘆巴膠(FG)分別于25，80 ℃制備成黏度分別為(180±50)，(1 000±100)，(2 500±100) cP 3種增稠流體，黃原膠(XG)和結(jié)冷膠(GG)于25 ℃制備成3種增稠流體，250 r/min攪拌3 h，室溫放置1 h使其水合完全。

1.2.2 流變學測試 采用直徑為4 cm的平行板，間距0.5 mm，測試溫度25 ℃。測試前先將樣品轉(zhuǎn)移到平板上平衡5 min，每個樣品重復3次。

(1) 穩(wěn)態(tài)流動：參照臨床實踐中的流動條件[14]，剪切速率設置為0.1～100.0 s-1。

(2) 振蕩測試：應變范圍為0.1%～1 000.0%，頻率為1 Hz，通過動態(tài)應變掃描測試確定線性黏彈性區(qū)域(LVR)為1%，角頻率為0.62～62.30 rad/s。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 采用Origin Pro 2020b軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同增稠級別的葫蘆巴膠流變學性質(zhì)

研究[14]表明，性質(zhì)為表觀黏度隨剪切速率的增加而逐漸降低的非牛頓流體在吞咽安全性中起重要作用。由圖1～圖3可知，當溫度為25，80 ℃時，不同增稠級別的葫蘆巴膠均表現(xiàn)為剪切變稀，但剪切變稀的程度不同。在花蜜型、蜂蜜型及布丁型3種增稠級別中，80 ℃制備的葫蘆巴膠在0.62～62.83 rad/s內(nèi)表現(xiàn)出彈性性質(zhì)(G′>G″)，與黃原膠和結(jié)冷膠的性質(zhì)相似，其彈性性質(zhì)并未隨增稠級別的增加而發(fā)生變化。在花蜜型級別中，25 ℃ 制備的葫蘆巴膠在0.62～6.28 rad/s內(nèi)表現(xiàn)出黏性性質(zhì)(G′G″)，隨著增稠級別的增加，其由G′G″的角頻率也隨之降低，與黃原膠和結(jié)冷膠的黏彈性質(zhì)差異顯著。3種增稠級別的黃原膠、結(jié)冷膠以及80 ℃制備的葫蘆巴膠的tanδ<1，表現(xiàn)出弱黏彈性質(zhì)“凝膠”網(wǎng)絡的特征，而25 ℃制備的葫蘆巴膠在花蜜型級別中tanδ>1，蜂蜜型和布丁型級別tanδ<1，隨著增稠級別的增加，黏性行為轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥孕袨椤Ｒ虼耍芙鉁囟葘J巴膠的流變性質(zhì)是否滿足吞咽障礙者飲水安全的要求是關(guān)鍵。研究[15-16]表明適用于改善吞咽困難的增稠流體具有類似的弱凝膠彈性網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，此類流體在吞咽過程中可能具有更高的安全性和愉悅的口感。綜上，80 ℃ 制備的葫蘆巴膠具備能夠滿足吞咽障礙者安全飲水的流變學特性，且在不同增稠級別，其剪切變稀行為和黏彈性質(zhì)對增稠級別的依賴程度較小，在花蜜型、蜂蜜型以及布丁型增稠級別中具有普遍適用性。

圖1 花蜜型增稠級別的流變性質(zhì)曲線

圖2 蜂蜜型增稠級別的流變性質(zhì)曲線

圖3 布丁型增稠級別的流變性質(zhì)曲線

由表1可知，25 ℃制備的葫蘆巴膠的流動行為指數(shù)(n)大于80 ℃制備的，表明80 ℃制備的葫蘆巴膠具有更明顯的剪切變稀行為，且其對增稠級別的依賴性較小。黃原膠和結(jié)冷膠也具有相似的流變學性質(zhì)，即明顯的剪切變稀行為，且對增稠級別的依賴程度較小。對于吞咽困難患者，安全吞咽是第一考慮要素，其中稠度指數(shù)(K)是重要參數(shù)，較高的K可以顯著增加流體吞咽臨界流體體積的時間(第1 mL液體輸送到食道的時間)，使流體從口腔進入到食道中的速率減慢，患者有充足的時間關(guān)閉氣管，減少流體在吞咽過程中誤吸的風險[17]。當增稠級別增加時，K值也隨之增加。但是過度增稠也會產(chǎn)生負面影響，例如降低適口性，流動性等。在布丁型增稠級別中，80 ℃溶解葫蘆巴膠的K值明顯低于黃原膠和結(jié)冷膠的，因此，相較于黃原膠和結(jié)冷膠，80 ℃溶解的葫蘆巴膠適口性和流動性更佳。

2.2 制備溫度對葫蘆巴膠流變學性質(zhì)的影響

由圖4(a)可知，25，80 ℃制備的葫蘆巴膠是非牛頓流體，隨著剪切速率的增加其表觀黏度減小，且二者黏度差異顯著，與文獻[18]的結(jié)論一致。這是因為葫蘆巴膠分子鏈隨剪切力的方向變得排列有序，聚合物之間的相互作用減小，黏度下降[19]。相較于25 ℃，80 ℃制備的葫蘆巴膠表觀黏度更高，可能是因為高溫使分子鏈在水中的溶脹程度增加，膠液黏度提高[13]。對圖4(a)中兩條曲線分別進行冪律擬合，得到n25 ℃=0.52，n80 ℃=0.29，相同濃度下，80 ℃制備的葫蘆巴膠剪切變稀行為更明顯。有研究[20]證明，剪切變稀行為明顯的增稠流體有利于吞咽，減輕吞咽障礙者進食困難及嗆食風險，因此，80 ℃溶解的葫蘆巴膠更有利于吞咽，進一步驗證了溶解溫度是葫蘆巴膠用作改善吞咽困難增稠劑的關(guān)鍵。

表1 黃原膠、結(jié)冷膠與葫蘆巴膠的冪律擬合參數(shù)

圖4 25，80 ℃制備FG的流變性質(zhì)曲線

由圖4(b)可知，25 ℃制備的葫蘆巴膠在0.60～6.28 rad/s 內(nèi)表現(xiàn)出黏性行為(G′G″)，而80 ℃制備的葫蘆巴膠表現(xiàn)出明顯的不同，可能是因為較高溫度下，葫蘆巴膠分子鏈在水中伸展度增加，分子鏈之間纏結(jié)力度增加，形成了較強的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，使80 ℃制備的葫蘆巴膠在0.60～62.80 rad/s范圍表現(xiàn)出彈性行為(G′>G″)。

圖4(c)表明，不同溫度制備的葫蘆巴膠的G′和G″在線性黏彈區(qū)內(nèi)都保持恒定，當應變值較低時，25 ℃制備的葫蘆巴膠的G′G″。研究[21]表明，tanδ>1，主要表現(xiàn)出黏性行為；tanδ<1，主要表現(xiàn)出彈性行為。大分子聚合物體系的tanδ值可分為3類：較稀溶液的>1，無定形聚合物為0.2～0.3，而凝膠或玻璃狀結(jié)晶聚合物的接近0.01[22]。由圖4(d)可知，80 ℃ 制備的葫蘆巴膠的tanδ為0.5左右，25 ℃制備的為1左右，說明80 ℃制備的葫蘆巴膠處于稀流體和彈性凝膠之間的中間狀態(tài)，形成了較弱的凝膠，彈性占主導作用；而25 ℃制備的葫蘆巴膠處于黏性占主導作用的流體狀態(tài)，進一步驗證了80 ℃制備的葫蘆巴膠符合改善吞咽困難增稠劑應具備的弱凝膠彈性性質(zhì)的要求。

3 結(jié)論

探究了葫蘆巴膠在花蜜型、蜂蜜型及布丁型3種增稠級別中的流變學性質(zhì)，以及不同溫度制備的同一增稠級別下的流變學特性。結(jié)果表明，80 ℃制備的葫蘆巴膠具有與黃原膠、結(jié)冷膠相似的流變學性質(zhì)：明顯的剪切變稀行為且對增稠級別的依賴程度較小；具有G′>G″和tanδ<1的弱凝膠彈性性質(zhì)，說明80 ℃制備的葫蘆巴膠在不同增稠級別具有普遍適用性，且具有更好的流動性。后續(xù)可對葫蘆巴膠與食物體系中其他組分的相互作用進行深入研究，以期發(fā)現(xiàn)其在吞咽困難輔助食品設計中的重要作用。