不同藻酸盐球化方法制备负载维生素B9和B12的水凝胶珠以支持吞咽困难老年人的水合作用

《Gels》：Different Alginate Spherification Methods for Producing Hydrogel Beads Loaded with Vitamins B9 and B12 to Support Hydration in Older Adults with Dysphagia

　　

充足的水合作用和营养对于预防老年人（尤其是患有吞咽困难者）的健康并发症和功能衰退至关重要。本研究探讨了使用冷冻直接球化和反向球化技术，结合不同停留时间，制备基于藻酸盐的高含水量（>95%）一口大小结构，这些结构可安全吞咽，并能封装维生素B₉和B₁₂，在胃肠道中实现延迟释放。停留时间显著影响珠体的微观结构和质地。反向球化的液体核珠体柔软且稳定，保持高含水量；然而，由于其不均匀的质地以及在压缩或咬合时释放水分，这些珠体不适合吞咽困难患者。相反，冷冻直接球化产生了固体核藻酸盐珠体，具有低硬度（77.46–136.25 g）、最低粘附性（~11 g·s）、良好的内聚性（>0.3）以及与吞咽相容的流变学特性。纤维内镜吞咽评估发现，患者将这些固体核珠体评为易于咀嚼和舒适吞咽。在六周储存期内，维生素B₉的保留率为59.4–79.4%，维生素B₁₂为69.6–97.0%，在模拟消化过程中释放了80–90%。这些结果突显了冷冻直接球化在制备吞咽困难友好型、高含水量手指食物方面的潜力，可改善水合作用、营养和维生素封装。

**论文解读：基于藻酸盐球化技术的高含水量水凝胶珠用于吞咽困难老年人的水合与维生素递送**

**研究背景、问题与目的**

全球人口加速老龄化，老年人面临吞咽困难（dysphagia）这一常见综合征，其特征为吞咽安全性下降，易导致误吸和窒息。同时，低摄入性脱水在65岁以上住院患者中发生率约40%，而水溶性维生素B₉（叶酸）和B₁₂（钴胺素）的缺乏与认知衰退和痴呆风险增加相关。传统解决方案包括增稠液体以减缓食团流速，但增稠剂受温度、pH和唾液淀粉酶影响，粘稠度不稳定，且部分患者（如阿尔茨海默病者）倾向于用手抓取食物，即“手指食物”（finger foods）需求凸显。因此，亟需开发兼具高含水量、安全吞咽特性及维生素靶向递送能力的新型凝胶型产品。藻酸盐（alginate）因其安全性、低成本、高生物相容性和凝胶化能力被广泛用于食品和医药领域。然而，现有商业水凝胶并非专为吞咽困难设计，且缺乏针对维生素长期储存和消化释放的系统研究。本研究旨在利用冷冻直接球化和反向球化技术，制备一口大小、高含水量的藻酸盐基水凝胶珠，评估其作为吞咽困难膳食的适用性，以及维生素B₉和B₁₂的封装、储存稳定性和消化释放行为。论文发表在《Gels》期刊。

**主要关键技术方法**

研究人员采用冷冻直接球化（将冷冻的海藻酸钠溶液浸入钙离子交联浴）和反向球化（将冷冻的钙离子溶液浸入海藻酸钠浴）两种方法，设置5、8、15分钟不同停留时间。关键技术包括：质地剖面分析（TPA）测定硬度、内聚性和粘附性；国际吞咽困难饮食标准化倡议（IDDSI）框架下的叉压和分离测试；流变学测量（粘度、频率扫描、应变扫描、屈服应力、结构恢复）；纤维内镜吞咽评估（FEES）——基于单个78岁轻度至中度口咽吞咽困难患者（来自LSMU Kaunas医院老年中心）的案例研究；高效液相色谱（HPLC）定量维生素B₉和B₁₂；以及基于INFOGEST方案的模拟体外消化模型（针对老年人）。

**研究结果**

**2.1.1 外观**：通过视觉观察，直接球化产生固体核、半球形珠体，表面光滑；反向球化产生液体核、椭圆形珠体，表面粗糙且有可见凝胶沉积。停留时间对珠体球形度无明显影响。珠体呈亮红色（来自樱桃-苹果汁浓缩物），可增强对老年患者的吸引力。

**2.1.2 pH、重量损失与接触角**：pH测量显示，直接球化珠体在六周储存期内pH稳定在3.7–4.0酸性范围；反向球化珠体pH始终低于4.1。重量损失评估表明，直接球化中15分钟停留时间珠体重量损失最大（25.24%），5分钟最小（15.69%），归因于钙离子交联增强导致水分子保留能力下降。反向球化珠体在储存液中，首周损失约50%总质量（4.27–6.66%），随后持续缓慢损失，表明界面膜未能有效阻止水分渗透。接触角测量验证了反向球化珠体球形度降低较少。

**2.1.3 质地**：质地剖面分析显示，无论球化方法，硬度随停留时间增加而增加，但所有珠体硬度低于150 g，易于被舌头力压缩。直接球化珠体的内聚性从0.35降至0.29（随停留时间延长），但均符合日本改良膳食指南的0.2–0.9范围；粘附性极低（~11 g·s），表明不粘附口腔或咽喉表面。反向球化珠体因结构特性未评估内聚性和粘附性。

**2.1.4 IDDSI测试**：通过叉压和分离测试，反向球化珠体在压力下塌陷并释放水分（“水爆”效应），不适合吞咽困难者；直接球化珠体被叉齿压碎后不恢复原状，且不碎成多块，符合IDDSI Level 6软食标准。

**2.2.1 吞咽相关流变学性质**：在剪切速率50 s^-1下，所有直接球化珠体粘度为716–930 mPa·s，属于蜂蜜稠度。振荡频率扫描显示储能模量G′>损耗模量G″，且tan δ在0.1–1.0之间，表明弱凝胶性质，利于食团通过咽和食管。应变扫描表明长停留时间（15分钟）珠体临界应力（20.8 Pa）和屈服应力（29.2 Pa）更高，可能需要更大舌头力。触变恢复测试显示结构恢复率约30%，模拟口腔处理后的永久性变化。

**2.2.2 吞咽安全性评估——案例研究**：选择8分钟停留时间的直接球化珠体进行FEES。患者吞咽后延迟启动，食团落在会厌上，但无“白窗”无误吸。根据Yale咽部残留严重程度评分量表（YPRSRS），无残留；根据8点评分穿透-误吸量表（PAS），评分为1分（无穿透或误吸）。患者报告无不适，易于吞咽。

**2.2.3 储存期间维生素稳定性**：维生素B₉和B₁₂的封装效率分别为58%和45%。六周储存后，5分钟停留时间珠体保留率最高（B₉ 79.4%，B₁₂ 97%）；长停留时间导致保留率下降至60–70%，与重量损失和交联密度变化有关。

**2.2.4 体外消化过程中的维生素释放**：模拟消化中，8分钟停留时间珠体在胃期前120分钟延迟释放，但胃期结束时（180分钟）释放量达78.6%（B₉）和80.8%（B₁₂），接近对照组（非凝胶溶液）。在肠期，最终释放率为86.9–89.6%。过量胃期释放归因于低pH下钙钠交换导致珠体溶胀崩解，以及小分子维生素的快速扩散。

**总结与结论**

讨论部分指出，反向球化液体核珠体因结构不稳定不适合吞咽困难；直接冷冻球化可定制质地，实现安全吞咽和维生素保留。停留时间是最关键因素，影响硬度、重量损失和维生素稳定性。尽管藻酸盐封装在胃期初期延缓了维生素释放，但未提供胃期全程保护，需通过涂层或混合生物聚合物增强靶向递送。未来研究应优化配方以改善胃保护而不影响吞咽安全性，并评估老年人群的感官接受度。研究结论翻译如下：本研究证明，冷冻直接球化是制备高含水量藻酸盐结构的有效方法，可定制质地，实现水合作用和安全吞咽，同时在储存期间维持满意的维生素B₉和B₁₂保留。相反，反向球化液体核珠体因口腔处理时的结构不稳定性而被认为不适合吞咽困难。停留时间被确定为影响珠体微观结构、机械性能和稳定性的关键因素：增加藻酸盐与钙离子的接触时间增加了硬度，但也增加了重量损失并降低了六周储存期间的维生素稳定性。虽然藻酸盐封装在胃消化初期延迟了维生素释放，但未在胃期提供持续保护，表明对维生素在特定部位递送的控制有限。未来研究应优化水凝胶珠配方以增强胃保护和靶向肠道递送，而不影响吞咽安全性，并评估老年人群对感官特性和食用舒适度的可接受性。