一种辅助吞咽的凝胶的制备方法

本发明涉及凝胶的制备，容易地制造吞咽、咀嚼困难者容易摄取的食品，属于食品领域，含特殊医学用途配方食品。

背景技术：

1、老年人群由于生理机能的退化，其饮食选择需要特别关注口腔加工的安全性。患有中枢神经系统变性疾病或者癌症术后的患者，常因病变等生理或病理性原因导致口咽部及喉部肌肉运动异常，吞咽困难，轻者表现为饮水呛咳、进食缓慢；重者易诱发吸入性肺炎、脱水、营养不良等。

2、不同质构的食物在口服加工(即进食或摄入)期间可能存在各异的安全隐患。例如，食用流体食物时，如果液体太稀可能发生呛食，而太稠的液体又会有窒息的风险；食用固体食品时，应避免选择干燥、坚硬、纤维状的食物，因为这些食物可能存在难以咀嚼吞咽、硬度过高、消化困难等特点；而质构柔软潮湿的食品，需要的咀嚼力较小并且易于吞咽，因此更适合老年人群，特别是有咀嚼吞咽障碍的老年人群。因此，针对老年人群、咀嚼吞咽障碍人群、疾病或术后护理人群等特殊人群的饮食安全问题，增稠液体和质构改良食品的相关研究越来越深入，致力于优化食物质构特性获得相应的咀嚼和吞咽适配性，保障饮食的安全。

3、现有技术更多的是在日常护理中将食材剁碎或粉碎来进行烹饪，除普通食物以外，提供剁碎的食物、剁得极碎的食物、混合食物、糊状食物、液态食物等。但是，要将这些剁碎或粉碎的食材制作成市场可以流通售卖的食物或产品还有很多很深入的研发难点需要深入探究，比如此类高水分活度的食品的货架期问题，如何解决该类型复杂食品体系的菌落生长和抑制问题等，如果其中同时含有蔬菜和肉类则如何保持蔬菜的色泽问题等等，总之此类现有技术制备得到辅助吞咽的食物的方法只适宜家庭、养老院、康养院、医院等场所现场处理食材后提供消费和食用。在商品化辅助吞咽的食物生产中，则通常在食物配制时需要利用增稠剂的添加来提高其黏度，降低食团在消化道的移动速度，避免误吸。通过在食物中添加增稠剂改善食品质构特性，给临床和家庭护理提供了很多方便。但增稠剂在临床或家庭护理当中也有些局限性：(1)如屈服应力较小，有黏稠感，口感差、缺少咀嚼的乐趣；(2)顺滑性较差，附着在咽喉部位时也增加了吸入气管的危险性：(3)需要额外搭配营养物，给操作者在制备时带来不便。增稠剂的添加也不利于辅助吞咽凝胶作为普通食品进行推广，现阶段的食品行业越来越关注清洁标签的食物设计。另外，还有研究者也开发了一些半固态的营养剂，如cn104394844a记载了一种胃痿用半固态化营养剂，将两种不同强度的凝胶与琼脂和加工淀粉混合制备一种用于管饲用的半固态化营养剂，以满足从注射器等挤出的情况下保形性也高，对管的附着性低，并且从管挤出时的阻力小的目的。该类型的技术方案主要针对管饲病人，帮助解决管饲时存在的保形性、附着性和阻力问题，但不适用于患者直接吞咽。

4、食品凝胶因其独特的半固体性质，已被广泛用于制备质构改良食品。同时，凝胶也是研究结构-质构关系的良好模型。凝胶的网络结构会对其质构特性产生影响，例如弹性、断裂等。不同的网络结构也导致了不同的咀嚼特性、3d打印特性和组织工程应用特性。通过改变凝胶网络的微观结构，可以影响食物基质的质构特性，进而影响该食品在口腔加工和/或其他加工时的性能。这也意味着，通过调控网络构建单元的结构或者单元之间的相互作用，有望调控宏观凝胶的三维网络结构和质构性能，从而获得期望的口腔加工和/或其他加工性能，帮助吞咽困难者进食，改善饮食需求特殊人群的饮食感受，减少呛咳的发生，预防吸入性肺炎等。通过在凝胶基质中加入其他组分，可以设计不同的功能食品，例如传统的营养素增强食品。该凝胶还能服务3d打印食品和未来食品的创制。

5、针对上述问题，需要开发一种兼具安全、口感、咀嚼性、顺滑性、可根据患有不同吞咽障碍程度的患者的不同需求进行调整的凝胶食品，既可当作凝胶直接食用，也可包埋不同营养物质满足不同人群的营养需求。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种辅助吞咽的蛋白凝胶的制备方法，以及其作为质构可调控的食物的多场景应用。

2、本发明所述辅助吞咽的蛋白凝胶的制备方法，是以乳蛋白粉为原料，基于温和的酶促反应成功地构建了具有相同组分和不同质构特征的凝胶，是利用质构调控技术调控凝胶网络基本构成单元的结构及其相互作用，成功获得具有高凝胶特性或者低凝胶特性的凝胶，能够为老年人、吞咽障碍人群、疾病或术后护理人群提供质构适宜、营养全面的凝胶食品，还能作为可调软凝胶在更多的场景中进行应用。

3、本发明所述辅助吞咽的蛋白凝胶的制备方法，是利用乳蛋白粉在酶的作用下发生蛋白交联反应，制得软凝胶材料；所述酶为凝乳酶，凝乳酶是一种天门冬氨酸蛋白酶，可专一地切割乳中κ-酪蛋白的phe105-met106之间的肽键，破坏酪蛋白胶束使蛋白凝结，可以来源于动物、植物和微生物。此外，包括调节蛋白的浓度、调整凝乳酶的添加浓度、在凝胶化的不同阶段添加不同种类和不同量的调控剂(包括ca2+或mg2+等)等在内的调控技术可用于调控蛋白凝结形成的三维网络结构以获得不同的质构特性。例如，调节蛋白浓度可以调节网络构成单元(蛋白质)的浓度从而影响构成网络(蛋白链段构成网络)的链的粗细，调节酶的添加浓度和调控剂浓度可以调节网络构成单元之间的作用力及调节构成网络的链的粗细和强度等，最终影响凝胶的咀嚼和吞咽性能，适宜不同的咀嚼和吞咽障碍的人群食用。所述不同的质构特性至少包括：①iddsi 4级，不需要咀嚼，通常用勺子吃(也可以用叉子)，但是不能从杯子里喝，因为该质构不容易流动不能用吸管吸；适合具有咀嚼或吞咽疼痛、牙齿脱落以及假牙不合适的缺少舌头推力的人群)；②iddsi 5级，可以用叉子或勺子吃，在某些情况下可以用筷子吃，可以舀出来，放在盘子里成形，需要用舌头力来帮助咀嚼吞咽；适合咀嚼时疼痛或疲劳、牙齿脱落以及假牙不合适的人群；③iddsi 6级，可以用叉子、勺子或筷子吃，可以用叉子、勺子或筷子压碎或打碎，不需要用刀切这种食物，但可以用来帮助装叉子或勺子，吞咽前需要咀嚼以及舌头推力来移动食物；适合咀嚼时疼痛或疲劳，缺牙，假牙贴合的人群。

4、本发明所述辅助吞咽的蛋白凝胶的制备方法，主要包括以下步骤：

5、(1)原料处理：将乳蛋白粉充分水合后，使用均质机进行处理得到蛋白溶液；

6、mpc或者乳蛋白粉在应用中的大问题，是原料自身在储藏期间的溶解度会劣化，生产得到的产品无法获得稳定的质量保证，经过充分水合后的蛋白原料再经过一定压力和均质次数的处理后得到蛋白溶液备用能保证产品的稳定性；

7、所述乳蛋白粉包括但不限于酪蛋白胶束粉、乳浓缩蛋白粉、脱脂乳粉或全脂乳粉等，其来源包括不限于牛乳、水牛乳、山羊乳、绵羊乳、单峰驼乳、双峰驼乳、驴乳和獐子乳等，可以是乳蛋白粉；

8、所述乳蛋白粉也可以替换为液态乳，当生产原料是液态乳时，则不需要经过水合和均质，可以直接连续化生产，但需要经过稀释或者浓缩蒸发到一定的蛋白浓度后再进行加工，一般乳品工厂收奶后经过标准化乳(即原料乳经过离心分离机得到脂肪含量0.05％的脱脂乳和脂肪含量40％的稀奶油的工艺步骤，原料乳经过标准化后可以根据产品的蛋白和脂肪含量进行后续的产品加工，原料乳的标准化是每一个乳品工厂收乳和净乳后必须进行的加工)的处理以得到乳蛋白质量在3％以下的蛋白溶液；

9、(2)凝胶制备：将步骤(1)所述的蛋白溶液与凝乳酶混合，进行酶促反应，以制备凝胶，待凝胶形成后，进行灭酶处理；

10、所述凝乳酶，可以是各种动物、植物和微生物来源的凝乳酶，不限于牛胃、猪胃和羊胃来源的凝乳酶、生姜蛋白酶、木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶、菠萝蛋白酶、合欢蛋白酶、朝鲜蓟蛋白酶、干酪霉菌和酵母菌等。

11、在步骤(2)中蛋白溶液与凝乳酶混合时，可以调控蛋白浓度以调节网络构成单元的浓度，或调节酶的添加浓度，或在添加凝乳酶之前调节调控剂的种类和用量(主要指无机盐离子，包括ca2+和mg2+等)，以调控网络构成单元之间的作用力及调节网络构成的链的粗细和强度等，从而调控凝胶网络的基本构成单元，进而影响步骤(2)凝胶的形成。

12、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中凝乳酶的添加量为每克蛋白0.1～100u·g-1。优选每克蛋白5～20u·g-1。

13、在本发明的一种实施方式中，所述调控剂包括但不限于ca2+、mg2+等的无机盐，ca2+范围是每克乳浓缩蛋白或酪蛋白胶束中加入0～0.688g。

14、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)将乳浓缩蛋白或酪蛋白胶束充分水合后进行均质，然后，在步骤(2)中，将蛋白溶液和无机盐离子调控剂混合，搅拌均匀后加入凝乳酶，混匀，在35～55℃下进行反应0.5～24h，反应结束后灭酶。优选反应温度50℃，时间1～6h。

15、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)水合时，乳浓缩蛋白或酪蛋白胶束相对水的质量分数为0.1％～15％w/w。优选3％～12％w/w。

16、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)反应时的ph为4.0～8.0。优选ph 6.0～8.0。

17、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述均质的压力为5～150mpa，均质1～8次。优选均质压力为90～120mpa，均质3次。

18、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述灭酶是高温短时灭酶，可选地，置于60～80℃恒温水浴锅中灭酶10～20min。

19、在本发明的一种实施方式中，以生姜蛋白酶为所用的酶：

20、(1)酪蛋白胶束或浓缩乳蛋白溶液充分水合，浓度为70～150g·l-1(7％～15％w/w，低于7％w/w则无法形成纯蛋白凝胶)，使用高压均质机进行均质，均质压力为120mpa，均质3次；

21、(2)生姜蛋白酶的添加量为每克乳浓缩蛋白或酪蛋白胶束5～20u·g-1，乳浓缩蛋白或酪蛋白胶束与生姜蛋白酶的混合溶液ph为6.0～8.0，混合溶液置于50℃恒温水浴锅中反应2h，反应结束后，将样品取出，置于80℃恒温水浴锅中灭酶10min，迅速冷却至室温即可得到凝胶食品。

22、在本发明的一种实施方式中，以生姜蛋白酶为所用的酶，以ca2+调控凝胶网络基本构成单元(酪蛋白胶束)的结构及其相互作用，该方法包括以下步骤：

23、(1)酪蛋白胶束或浓缩乳蛋白溶液充分水合，浓度为30～150g·l-1(3％～15％w/w)，使用高压均质机进行均质，均质压力为120mpa，均质3次；

24、(2)氯化钙的添加量分别为每克乳浓缩蛋白或酪蛋白胶束添加0～0.688g，生姜蛋白酶的添加量为每克乳浓缩蛋白或酪蛋白胶束添加5～20u·g-1，混合溶液的反应ph为6.0～8.0，然后置于50℃恒温水浴锅中反应2h，反应结束后，将样品取出，置于80℃恒温水浴锅中灭酶10min，迅速冷却至室温即可得到质构不同的凝胶食品。

25、本发明所述方法制备得到的辅助吞咽的蛋白凝胶可以作为食品使用，也可以作为食品基质使用，所述作为食品基质使用是指可以作为营养物质载体。所述食品基质可应用于满足有特殊饮食需求的人群。所述营养物质包括水溶性的营养元素，利用辅助吞咽的蛋白凝胶融入水溶性的营养元素可以得到功能增强型食品进行市场推广和消费。

26、本发明所述方法制备得到的辅助吞咽的蛋白凝胶在3d打印和未来食品创制等更多场景中也可以应用。例如，将上述制得的凝胶食品分别进行3d打印，可得到硬度不同的即食3d打印食品。称取30g左右的不同的凝胶样品放入3d打印机的料筒中，选取直径为0.84mm的打印喷头。制作3d模型，并进行软件切片等参数设置，打印速度设为30mm/s，打印温度为25℃，打印平台高度为1mm，打印内部填充率设为40％，回抽速度为50mm/s，可得到硬度不同的即食3d打印食品。

27、本发明有益效果：

28、相比于现有技术中的添加增稠剂，本发明可以生产满足清洁标签需求的食品；本发明基于绿色化学改性技术制备了酶法和质构调控技术改性的凝胶食品基质，该凝胶的创新之处在于仅利用乳蛋白就可以创制出不同强度(也就是对应了不同吞咽咀嚼障碍困难症的消费者需求)的凝胶，制备方法简单、易操作、可实现，不需要不停改换合适的食品助剂去获得特定的质构，不需要额外改变增稠剂类型或增添其他可能导致复杂食品组分体系相分离或者微相分离的食品助剂、或者改变制造方式(有可能导致生产机器等固定资产的额外开支)等，不会导致固定成本的骤增。简单来讲，如果有一类人需要同一个营养配方的产品，那么采用本发明的方法就可以生产完全相同的营养配方但是不同质构的凝胶，提供给不同吞咽咀嚼障碍能力的人群使用，不会涉及到费时费力的配方的复杂改换，配方的改动是有风险的，可能导致不理想的风味/质地等产品缺陷。另外，部分食品助剂也会导致特定人群的身心健康问题。甚至，有时配方的改动会直接影响食品的分类，比如，许多国家加了糖替代品的奶巧克力和黑巧克力不能标记为“奶巧克力”或“黑巧克力”，因为在标准化巧克力中不允许使用糖替代品，这类产品不满足“一致性标准(standard of identity)”的要求。

29、本发明制备得到的兼具粘性和弹性的凝胶可作为食物基体材料使用。凝胶是由少量的固体状成分吸收大量作为连续相的液体成分并膨胀到一定限度的容积而成的，与其说是液体，不如说是呈现出弹性固体的特性。固体状成分被称为胶凝剂，胶凝剂形成的三维网眼结构将液体包含在其中，因此可以很容易的获得包埋不同营养物质的凝胶。通过调节凝胶的构成单位、交联密度等，在不添加增稠剂的条件下制备出可以直接吞咽的凝胶食品，还可以包埋递送特定的活性营养成分。