透明质酸(HA)是由葡糖醛酸和乙酰氨基葡萄糖为双糖单位组成的直链多糖,广泛存在于人体的各种组织中,具有天然的生物相容性及特殊的生理功能,如润滑关节和缓冲应力、调节蛋白质、水和电解质扩散及运转、促进创伤愈合、保持水分、调节渗透压、维持组织形态、屏障扩散等。特别是HA分子在水溶液中缠结形成的网络结构可以有效提高水溶液的黏度,起到良好的增稠效果。来自上海交通大学化学化工学院高分子科学与工程系的位元元、张洪斌*和上海交通大学附属第六人民医院南院的马爱勤、高山从流变学角度出发,通过建立液态肠内营养制剂模型,探究了HA多糖对营养制剂的增稠效果及其剪切变稀性质,讨论了HA增稠营养制剂黏度的剪切时间依赖性以及黏弹性,以期对HA增稠的营养制剂在吞咽困难患者临床护理方面提供理论数据和指导。
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增稠流体的流动行为和黏弹性分析
HA溶液流动曲线在较低的剪切速率下呈现出明显的牛顿平台,而在较高的剪切速率下呈现出剪切变稀的性质。未经增稠的营养制剂表观黏度很低,仅约为0.01 Pa·s(剪切速率为2 s-1时仅约为0.011 Pa·s),且基本不随剪切速率发生变化(剪切速率为1000 s-1时表观黏度约为0.009 Pa·s)。
少量添加HA即能起到很好的增稠效果,特别是HA质量分数为0.5%时,HA溶液的表观黏度可达1.2 Pa·s,而营养制剂的初始表观黏度相对未增稠的营养制剂提高了近3 个数量级,达8 Pa·s。此外,在相同的低剪切速率区,相比HA溶液,增稠营养制剂的表观黏度随剪切速率的增大而明显下降,牛顿平台消失,剪切变稀特征变得更为明显。
对于HA溶液,幂律指数随着HA质量分数的升高基本呈线性降低,但幅度不大(n介于0.66~0.54之间);而HA增稠的营养制剂虽然在较低的HA质量分数下具有较大的幂律指数(质量分数0.1%时n为0.85),但随着HA质量分数的升高,其幂律指数明显降低(质量分数0.5%时n为0.39)。特别是当HA质量分数大于0.3%时,增稠营养制剂的幂律指数均低于相同质量分数的HA溶液。
HA增稠的营养制剂G’<G”,tan δ>1,表现出类液体的性质,且随HA质量分数的增大tan δ趋向于1,营养制剂黏弹性上升。而应变较大时,tan δ显着增大,类液性增强。HA增稠的营养制剂始终保持类液体的性质,在具有较高黏度的同时,仍然具备良好的流动性。由此可见,HA增稠营养制剂的流变学性质更能满足吞咽困难患者进食的多方面需求。
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剪切对黏度的影响
样品分别在50 s-1和200 s-1的剪切速率下剪切5 min后静置1 min,然后再剪切1 min,其中50 s-1为文献报道流体食物在喉咙吞咽时的速率,并且该剪切速率可以类比流体食物在容器中被轻微搅动时受到的剪切作用;而200 s-1则对应于流体食物经历比较大强度搅拌时的剪切速率。
未经HA增稠的营养制剂在剪切速率为50 s-1和200 s-1时的表观黏度η50和η200很低,在所测的时间范围内无明显变化且相近。对于HA增稠后的营养制剂,尽管它们的表观黏度有大幅上升,但第2次剪切时的表观黏度与第1次剪切后无明显差别,且表观黏度随时间的延长变化不明显。这说明营养制剂内不存在微结构,其黏度不受剪切历史的影响,无明显的触变性。
未经HA增稠的营养制剂在剪切速率为50 s-1和200 s-1下表观黏度η50和η200变化不明显,说明剪切(搅拌)的剧烈程度和剪切时间的长短基本不会对其黏度造成影响,而对HA增稠的营养制剂,尽管恒定剪切速率下剪切时间的长短也对表观黏度无影响,但随着HA质量分数的升高,高剪切强度相较低剪切强度造成的表观黏度下降更明显。
HA质量分数为0.1%~0.5%时所对应的50 s-1和200 s-1剪切速率下表观黏度下降幅度为30%~60%。因此,通过调节增稠剂HA的质量分数可调控黏度下降程度,以满足不同吞咽困难患者对黏度和口感的多方面需求。
结 论
未经增稠的营养制剂是表观黏度很低(仅约为0.010 Pa·s)的牛顿流体,不能满足安全吞咽的要求;而透明质酸具有良好的增稠效果,当透明质酸质量分数为0.5%时,营养制剂的初始黏度可达8 Pa·s,增稠后营养制剂具有方便可调节的表观黏度、剪切变稀性质以及良好的黏弹性,流变学性质能满足安全吞咽的要求。