一种控制饮食及诱导饱腹感的水凝胶及其制备方

本发明属于食品，具体涉及一种控制饮食及诱导饱腹感的水凝胶及其制备方法和应用。背景技术：1、肥胖是由多种因素引起的一种营养代谢性疾病，通常是由能量消耗、能量摄入和能量储存之间的不平衡造成的。大量研究表明，肥胖可导致高血压、血脂异常、内分泌代谢紊乱，同时肥胖还是癌症、肾脏疾病等的诱发因素，对人们的健康和生命构成巨大威胁。在众多诱发肥胖病因中，饮食结构和生活方式改变已逐渐成为引起肥胖的主要因素。2、目前大多数人会选择节食、减肥药物甚至减肥手术来控制肥胖，但节食可能会损害认知；而化学减肥类药物具有很多副作用，会导致肺动脉高压、中风、心血管疾病、神经精神疾病等；减肥手术虽然效果显著，也能降低减肥药物所引起的疾病和死亡，但手术带来的风险不容忽视。因此，需要寻找绿色天然、安全、高效的减肥或预防肥胖的食品产品。3、水凝胶是一种由亲水性或水溶性高分子聚合或交联而成的三维网络结构，它能在水中溶胀并保持结构完整性，且结构中保持一定的水分。水凝胶具有许多的优点，如生物相容性、可生物降解等。此外，水凝胶具有一定的机械性能，它的表面类似于生物的软组织。由于水凝胶广泛的理化特性和生物学性质，使得水凝胶在食品、生物医学等领域受到广泛关注。其中纤维素类凝胶因具有天然无毒害作用、高吸水性、高粘性和吸水膨胀的作用，被广泛研究并应用于减肥食品中。4、中国发明专利cn116162289a公开了一种多重交联羧甲基纤维素钠可食用凝胶，以羧甲基纤维素钠为原料，通过与多种多元醛酸进行三重交联从而形成稳定的三维交联结构；第一重柠檬酸交联形成能够吸水的网络结构，第二重琥珀酸交联固化三维结构，防止水分出现外溢，第三重苹果酸交联增加三维结构上的吸水基团，增加了整个凝胶的吸水性能。但是该方法存在工艺繁琐，耗时较长的问题。并且，酯化交联反应程度对形成的凝胶吸水性能影响较大，当酸添加量使酯化反应充分进行时，通过控制酸种类和添加量对凝胶吸水性能提升有限。5、中国发明专利cn115429815a公开了一种长效饱腹组合物，以羟丙甲纤维素或羟甲纤维素为骨架材料，以交联羧甲基纤维素钠为崩解剂，再辅以稳定剂、助流剂等压制成素片。其被人体摄入后，在胃部纤维素凝胶吸水溶胀诱导饱腹感，减少进食量与过多热量摄入。但是由于片剂紧密性较高，服用后素片在外部吸水膨胀形成粘性胶团黏在食道中阻碍其进入胃部。此外，由于素片质量较小需要大量服用才能满足功能需求。6、因此，有必要开发一款饱腹感更强、安全性高且制备成本较低的，能够控制饮食以及诱导饱腹感的水凝胶产品。技术实现思路1、本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种控制饮食及诱导饱腹感的水凝胶及其制备方法和应用，所制备得到的水凝胶是一种具有双重交联的饱腹型水凝胶，其制备方法为：用羧甲基纤维素钠、醋酸和壳聚糖为原料在超声处理下构建物理交联体系，再以苹果酸为交联剂，与所得物理交联体系进行进一步的化学交联，得到具有双重交联结构的水凝胶。具有高溶胀倍率、饱腹效果良好、安全无毒的有益效果。此外，本发明的水凝胶还具有广泛适用性，可以以原料形式应用至不同类型食品的制备中，以满足多种食品应用需求。2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：3、首先，本发明提供一种控制饮食及诱导饱腹感的水凝胶的制备方法，包括步骤：4、（1）制备壳聚糖、醋酸和羧甲基纤维素钠混合溶液：将壳聚糖与醋酸溶液混合、溶解，然后与羧甲基纤维素钠搅拌混合、超声处理，得到混合溶液；5、（2）第一重物理交联反应：将步骤（1）中的混合溶液在保温条件下搅拌，进行物理交联反应，得到物理交联水凝胶；6、（3）真空干燥：从步骤（2）的物理交联水凝胶中分离壳聚糖/羧甲基纤维素钠复合物，真空干燥，粉碎过筛，得到壳聚糖/羧甲基纤维素钠复合物；7、（4）制备壳聚糖/羧甲基纤维素钠复合物和苹果酸混合液：将苹果酸与热水混合得到苹果酸溶液，然后与步骤（3）的壳聚糖/羧甲基纤维素钠复合物混合、超声处理，得到壳聚糖/羧甲基纤维素钠复合物和苹果酸混合液；8、（5）真空干燥：将步骤（4）的壳聚糖/羧甲基纤维素钠复合物和苹果酸混合液进行真空干燥；9、（6）第二重化学交联反应：在步骤（5）后进行加热，进行化学交联反应，得到水凝胶。10、优选地，步骤（1）中，所述醋酸溶液，其质量浓度为0.5-2%。11、进一步优选地，醋酸溶液的质量浓度为1%。12、优选地，步骤（1）中，壳聚糖与羧甲基纤维素钠的质量比为1-3:7-10；进一步优选地，所述壳聚糖与羧甲基纤维素钠的质量比为1-2:8-9；更进一步优选地，所述壳聚糖与羧甲基纤维素钠的质量比为2:8。13、优选地，步骤（1）中，壳聚糖与羧甲基纤维素钠的总质量，为混合溶液总质量的2-7%，即质量浓度为2-7%。14、进一步优选地，所述壳聚糖与羧甲基纤维素钠的总质量，为混合溶液总质量的5%，即质量浓度为5%。15、优选地，步骤（1）中，所述超声处理，具体为：超声水浴搅拌处理，超声功率500-700w；搅拌时间1-3h。16、进一步优选地，所述超声处理，超声功率为600w，搅拌时间为2h。17、优选地，步骤（1）中，羧甲基纤维素钠的分子量为50-75kda，壳聚糖的分子量为50-90kda。18、优选地，步骤（2）中，所述保温条件下搅拌，具体为：保温温度50-65℃，搅拌时间1-3h。19、进一步优选地，保温条件下搅拌，具体为：保温温度60℃，搅拌时间2h。20、优选地，步骤（3）中，所述的真空干燥，温度为60-70℃，干燥时间8-24h。21、进一步优选地，所述的真空干燥，温度为65℃，干燥时间12-24h。22、优选地，步骤（3）中，所述过筛，过60-100目筛；进一步优选为过80目筛。23、优选地，步骤（4）中，所述的热水，温度为55-65℃；温度进一步优选为60℃。24、优选地，步骤（4）中，所述超声处理，具体为：超声水浴搅拌处理，超声功率500-700w；搅拌时间1-3h。25、进一步优选地，所述超声处理，超声功率600w，搅拌时间2h，至溶解为透明混合溶液。26、优选地，步骤（4）中，苹果酸的质量为壳聚糖/羧甲基纤维素钠复合物质量的0.3-0.7%，优选为0.6%。27、优选地，步骤（4）中，壳聚糖/羧甲基纤维素钠复合物与水的质量之比为8-12:180-200；质量比进一步优选为9-10:190。28、优选地，步骤（5）中所述的真空干燥，温度为60-70℃，干燥时间8-24h；进一步优选地，所述的真空干燥，温度为65℃，干燥时间12-24h；更进一步优选地，所述的真空干燥，温度为65℃，干燥时间12h。29、本发明中，步骤（5）经真空干燥后的产物，呈现蓬松多孔的状态。30、优选地，步骤（6）中，所述的加热为高温加热，温度为85-120℃，加热4-8h。31、进一步优选地，所述的加热，温度为105-120℃。32、更进一步优选地，所述加热，温度为115-120℃，加热6h。33、优选地，在第二重化学交联反应后，将产品进行粉碎、过筛，具体为：用高速粉碎机粉碎成颗粒，过50-80目筛；优选过60目筛，得到双重交联的饱腹型水凝胶。34、然后，本发明提供上述制备方法所制备得到的水凝胶，该水凝胶为双重交联的饱腹型水凝胶。35、最后，本发明提供上述水凝胶在制备具有控制饮食、诱导饱腹感、减肥作用的食品中的应用。36、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：37、1、本发明的制备方法，对比利用单一物理或者化学交联制备的羧甲基纤维素水凝胶，本发明具有的有益效果在于：利用带正电的壳聚糖和聚阴离子羧甲基纤维素在酸性条件下先进行物理交联，形成表面连接紧密、内部疏松结构；在物理交联的基础上，利用苹果酸作为交联剂交联，进一步交联羧甲基纤维素钠，使线性的羧甲基纤维素钠通过化学键形式链接成网络状三维结构，同物理交联一起形成了羧甲基纤维素钠/壳聚糖双重交联水凝胶。本发明所制备的水凝胶吸水溶胀率得到进一步提高，力学性能得到增强；另一方面，双重交联的存在，在酸性的胃部环境中，本发明制备水凝胶克服单一交联出现的占位停留时间短、溃散时间短等现象，具有在胃液和小肠环境中达到长时间占位停留、不易溃散，达到饱腹支撑时间长的效果。38、2、本发明提供的制备方法中，使用真空干燥和超声辅助搅拌，具有显著的有益效果：在第二重化学交联反应前，以真空干燥取代传统的热风干燥，相较于采用的40-72h的热风干燥，真空干燥只需18-32h，缩短了干燥时间；并且由于热风干燥水分迁移速率不一致，制备的水凝胶为紧致坚硬的颗粒，颗粒密度大、表面光滑致密，而真空干燥制备的水凝胶则是蓬松多空的表面结构，且在微观上形成均匀的蜂窝状孔隙结构，相较于热风干燥提高了吸水溶胀性能；超声辅助搅拌相较于传统搅拌，加速了分子间的运动，使壳聚糖和羧甲基纤维素分子分散更均匀，提高了交联效率、减少了未交联分子量，降低了交联度。39、3、本发明的水凝胶的制备方法，采用羧甲基纤维素钠、醋酸、壳聚糖和苹果酸作为原料进行交联反应，不仅制备成本低，而且生产可实现性强，溶胀率高；本发明采用高温干燥进行化学交联形成分子间三维网络结构，真空干燥增加物质多孔结构，进一步提高溶胀性能。40、4、本发明提供的水凝胶，是可食用饱腹型水凝胶，壳聚糖、羧甲基纤维素钠、醋酸和苹果酸均为天然、安全原料，相较于现有技术中利用醛类（如甲醛、乙醛）作为交联剂和在原料中引入乙醇制备的水凝胶，本发明制备的水凝胶安全、绿色、无毒，应用广，可应用于功能性食品的制备中。