吞咽障碍是指因下颌骨、唇、舌、软腭、咽及食管等器官功能异常,导致食物从口腔向胃输送过程受阻的一种病理表现。吞咽障碍不仅会显著降低患者的生活质量,还可能引发吸入性肺炎、营养不良等严重并发症[1]。在吞咽障碍的康复治疗中,食物质地改良是重要干预手段,其中增稠剂通过提高流质食物的黏度,可有效延缓食团在口腔及食道内的流动速度,为吞咽障碍患者争取充足的吞咽协调时间,进而降低误吸风险[2]。

目前,增稠剂主要分为多糖类(黄原胶、结冷胶等)与淀粉基(羟丙基二淀粉磷酸酯、改性玉米淀粉等)两大类。多糖类增稠剂抗酶解能力强、黏度稳定性高,但存在成本较高,易产生“胶质感”口感,部分人群易过敏等缺点[3]。淀粉基增稠剂成本低廉,适口性更接近天然食物,且与牛奶、豆浆等常见饮品兼容性强,已在吞咽障碍患者的康复治疗及营养保障中发挥着重要作用。

然而,淀粉基增稠剂的增稠效果依赖于淀粉分子的吸水膨胀,而口腔环境中的唾液α-淀粉酶会水解淀粉链,导致增稠体系黏度降低。更关键的是,食团在吞咽障碍患者口腔中的滞留时间显著延长(>5 s,远高于健康人群的1～2 s),这加剧了唾液α-淀粉酶对淀粉的水解作用。已有研究证实,淀粉基增稠剂与唾液接触后,黏度可在10 s内下降50%以上[4];经唾液处理20 s后黏度降幅甚至超过90%,60 s时几乎丧失增稠能力[5]。因此,如何提高淀粉基增稠剂的抗唾液水解能力、维持增稠体系稳定性,已成为改善吞咽障碍专用食品品质的核心问题。

近年来,越来越多的研究证实,植物提取物具有高效抑制α-淀粉酶活性的能力。根据活性成分的差异,这类具有α-淀粉酶抑制作用的植物提取物可分为蛋白质类和非蛋白质类[6-7]。其中,蛋白质类提取物的抑制作用主要依赖其含有的特异性糖蛋白。研究表明,这类糖蛋白能与α-淀粉酶的活性位点特异性结合,形成稳定的酶-抑制剂复合物,从而阻断淀粉的水解进程[8-9]。例如,白芸豆提取物中的α-淀粉酶抑制剂就是一种典型的糖蛋白,其分子质量为32～55 kDa,且在pH值为2～10时均能保持稳定的抑制作用[10]。非蛋白质类植物提取物对α-淀粉酶的活性抑制归因于其含有的酚类化合物和生物碱等成分[11]。酚类化合物和生物碱等成分可通过与α-淀粉酶的活性中心结合,从而抑制其活性。例如,桑叶提取物中的黄酮类物质对α-淀粉酶表现出良好的抑制作用。然而,目前关于植物提取物对淀粉基增稠剂流变特性的影响研究仍较有限,尤其是不同提取物(蛋白质类、非蛋白质类)在调控淀粉黏度、抗酶解稳定性方面的差异及机制,尚未得到系统阐明。

流化床造粒技术能使细小粉末颗粒相互黏结,形成体积更大、物理强度更高的团聚体。通过该技术生产的粉末产品可迅速在液体中分散溶解并形成均匀的溶液,目前已广泛应用于商业食品增稠剂的生产。因此,本研究以淀粉基增稠剂羟丙基二淀粉磷酸酯(hydroxypropyl distarch phosphate,HDP)为基材,分别添加蛋白质类白芸豆提取物(white kidney bean extract,WKBE)和非蛋白质类桑叶提取物(mulberry leaf extract,MLE),采用流化床造粒技术制备HDP复合颗粒。通过测定其微观结构、流动特性、润湿性与分散性等探究两种提取物对复合颗粒功能特性的影响。此外,对HDP复合凝胶进行流变测试,按照《国际吞咽障碍饮食标准化倡议(IDDSI)》对其分级,并进行体外模拟口腔消化,进一步评估HDP复合凝胶在不同pH值、不同介质中的吞咽适配性,以探讨其在吞咽障碍食品中的应用潜力。本研究旨在明确两种植物提取物对羟丙基二淀粉磷酸酯的作用机制与改性效果,为开发高稳定性、高适配性的吞咽障碍用功能性淀粉基增稠剂提供理论依据与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

羟丙基二淀粉磷酸酯(HA-08,来源于木薯淀粉,羟丙基质量分数为3.43%),杭州普罗星淀粉有限公司;白芸豆提取物(蛋白质质量分数为90.3%、脂肪质量分数为1.4%、碳水化合物质量分数为0.1%、α-淀粉酶抑制剂酶活力为20 000 U/g),西安蓝力生物技术有限公司;桑叶提取物(黄酮质量分数为5%～10%、生物碱质量分数为5.24%、灰分质量分数为3.25%、1-脱氧野尻霉素质量分数为1%～2%),陕西三原天域生物制品有限公司;α-淀粉酶(A6380,1 500 U/mg),美国Sigma-Aldrich公司。实验所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

JK-MSH-Pro-6A型六联磁力搅拌器,上海精学科学仪器公司;TM4000型扫描电镜,日本Hitachi公司;LVS-100D型振动筛分仪,湖南莱锶达仪器设备有限公司;BT-313型粉末振实密度计,丹东百特仪器有限公司;DHR-1型流变仪,美国TA公司。

1.3 实验方法

1.3.1 HDP复合颗粒的制备

采用流化床造粒法,分别以WKBE或MLE作为黏合剂(添加量为HDP质量的6%),制备HDP-WKBE和HDP-MLE复合颗粒。对照组以去离子水作为黏合剂,在相同条件下制备,命名为HDP-C。造粒时,流化床内物料投放总量为1.54 kg,设置进风温度为50 ℃,雾化压力为0.53 MPa,蠕动泵转速为 20～50 r/min。

1.3.2 HDP复合颗粒微观结构观察

将复合颗粒固定在载样台上并进行喷金,使用扫描电子显微镜,在加速电压10.0 kV,放大100倍条件下观察样品的微观结构。

1.3.3 HDP复合颗粒粒径分布测定

采用振动筛分仪(配备20、40、60、80、100目标准筛)测定HDP复合颗粒的粒径分布。将100.0 g样品置于最上层标准筛上,振动直至每个标准筛上的样品质量达到平衡[12]。通过式(1)计算样品的粒径分布。

(1)

式(1)中,PSD为粒径分布,%;m为每个标准筛中样品的质量,g。

1.3.4 HDP复合颗粒流动特性测定

使用25 mL的玻璃量筒测定HDP复合颗粒的堆积密度和振实密度。取5.0 g样品,使其自由落入量筒,以100 Hz的频率振动至体积恒定。堆积密度与振实密度分别采用式(2)与式(3)计算。

(2)

(3)

式(2)和式(3)中,ρ堆积为堆积密度,g·cm-3;m为样品的质量,g;V1为样品初始体积,mL;ρ振实为振实密度,g·cm-3;V2为样品振实后的体积,mL。

为了进一步表征粉末性能,采用卡尔指数和豪斯纳比评估样品的流动性和黏结性[13]。计算方法如式(4)、式(5)。

(4)

(5)

式(4)和式(5)中,CI为卡尔指数,其值越低表明粉末流动性越好,%;HR为豪斯纳比,其值越高表明颗粒间黏结性越强。

1.3.5 HDP复合颗粒润湿性和分散性测定

1.3.5.1 HDP复合颗粒润湿性测定

HDP复合颗粒的润湿性根据Jeong等[14]的方法进行测定。将一块干净的玻璃板水平放置在烧杯上,烧杯中装有100 mL 25 ℃的去离子水。将0.5 g样品均匀铺在玻璃板上,以恒定速度移除挡板,使样品在2 s内自由落入水中。湿润时间记录为样品从初次接触水面到完全浸没的时间。

1.3.5.2 HDP复合颗粒分散性测定

分散性评价依据Tian等[15]的方法并稍加修改。将0.5 g复合颗粒加入50 mL 25 ℃去离子水中。将混合物以200 r/min的转速搅拌,从搅拌开始到颗粒完全溶解的时间为分散时间。

1.3.6 HDP复合凝胶流变特性测定

使用流变仪测量HDP复合凝胶的流变特性。参考GB 2760—2024《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》与商品化吞咽障碍专用增稠剂的推荐添加浓度,将复合颗粒(5.0 g,干基)与去离子水(100 mL)在室温下连续搅拌制备成均匀的复合凝胶。将复合凝胶在样品台上平衡60 s,然后在25 ℃下进行测试。

1.3.6.1 HDP复合凝胶动态流变特性测定

参考Kim等[16]的方法,在0.1～10.0 Hz的频率和1.0%的应变条件下对复合凝胶进行频率扫描测试。记录复合凝胶的储能模量(G′)、损耗模量(G″)和损耗因子(tanδ)。

1.3.6.2 HDP复合凝胶稳态流变特性测定

在剪切速率为0.1～100.0 s-1范围内对复合凝胶进行稳态流变特性测试。剪切速率与表观黏度的关系用幂函数方程进行拟合[17]。

η=Kγn-1 。

(6)

式(6)中,K为稠度系数,Pa·sn;n为流动性指数;η为表观黏度,Pa·s;γ为剪切速率,s-1。

1.3.7 HDP复合凝胶的国际吞咽障碍饮食标准化倡议分级测试

为了评估HDP复合凝胶的吞咽性能,根据《国际吞咽障碍饮食标准化倡议》(International Dysphagia Diet Standardization Initiative,IDDSI)框架对复合凝胶进行稠度分级[18]。按照1.3.6的方法制备HDP复合凝胶。在流量测试中,通过量化HDP复合凝胶在重力作用下10 s内流过注射器的体积评估其流动性能;在叉滴测试中,对样品的黏附性及内聚性进行评价。

1.3.8 HDP复合凝胶的体外模拟口腔消化

按照1.3.6的方法制备HDP复合凝胶,并将10 mL复合凝胶与预温(37 ℃)的人工唾液(1 mL)混合。人工唾液中含有α-淀粉酶(75 U/mL)和电解质[1.50 mmol/L CaCl2、0.06 mmol/L (NH4)2CO3、0.15 mmol/L MgCl2·6H2O、13.60 mmol/L NaHCO3、3.70 mmol/L K3PO4和15.10 mmol/L KCl,pH值为6.8～7.0][19]。将人工唾液与复合凝胶混合后涡旋10 s,再加入1 mL柠檬酸溶液(pH值为1.6,质量分数为10%)终止酶促反应。在25 ℃,剪切速率50 s-1的条件下测定样品的表观黏度(η50)。对照组采用不含α-淀粉酶的人工唾液,其他条件相同。

1.3.9 HDP复合凝胶在不同条件下的应用评价

1.3.9.1 HDP复合凝胶在不同pH值条件下的应用评价

按照1.3.5的方法,对HDP复合颗粒在pH值为3.0、4.0、5.0、6.0、7.0和8.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液中的润湿性和分散性进行测试。将复合颗粒(5.0 g,干基)分别与不同pH值的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(100 mL)混合后制备复合凝胶,测定样品的η50,并按照1.3.7的方法进行HDP复合凝胶的IDDSI分级测试。

1.3.9.2 HDP复合凝胶在不同分散介质中的应用评价

按照1.3.5的方法,测试HDP复合颗粒在常见市售饮品(纯净水、牛奶、豆浆、茶水和橙汁)中的润湿性和分散性。复合颗粒(5.0 g,干基)与各类饮品(100 mL)制备复合凝胶后,测定样品的η50,并按照1.3.7的方法进行IDDSI分级测试。

1.4 数据处理

所有实验测定3次,结果均以平均值±标准差表示。采用SPSS 19.0软件进行统计分析。样本间差异采用单因素方差分析,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 HDP复合颗粒的微观结构及粒径分布分析

WKBE和MLE对HDP复合颗粒形貌和粒径分布的影响分别如图1和表1所示。图1中,所有样品表面都显示出明显的孔隙结构,这归因于流化床造粒过程中的水分损失[20]。HDP-C呈不规则形态,HDP-WKBE和HDP-MLE呈团聚状。这是因为黏合剂(WKBE或MLE)在造粒过程中通过毛细管力和黏附力与淀粉颗粒结合,导致颗粒聚集[21]。表1中的粒径分布分析再次证实了HDP复合颗粒的特性。HDP-C的粒径分布主要为180～250 μm和250～380 μm。值得注意的是,WKBE和MLE的加入导致粒径分布发生变化。HDP-WKBE中较大颗粒(380～830 μm)的比例由HDP-C中的0.84%显著增加至1.33%(P <0.05)。此外,粒径为250～380 μm的颗粒所占比例也有所增加。相比之下,粒径较小(≤150 μm)的颗粒所占比例从14.26%显著下降到8.17%。这一现象表明,WKBE的加入可能会增强颗粒间的相互作用,促进颗粒聚集,导致颗粒尺寸分布向大颗粒方向移动。与HDP-C、HDP-WKBE相比,粒径范围在380～830 μm和150～180 μm的HDP-MLE颗粒比例显著增加。HDP-MLE和HDP-WKBE的复合粒径分布差异表明,WKBE和MLE对颗粒的形成有不同的影响,这可能是由于它们的化学成分与HDP的相互作用不同。

2.2 HDP复合颗粒的流动特性、润湿性和分散性分析

HDP复合颗粒的流动特性参数、润湿时间(t润湿)和分散时间(t分散)测定结果如表2所示。造粒过程中,颗粒内部会因空隙产生影响密度,空隙越大,颗粒的密度越低[22]。由表2可知,HDP-WKBE的ρ(堆积)和ρ(振实)最低,说明HDP-WKBE内部存在较大的空隙。同时,HDP-WKBE的CI(19.59%)和HR(1.24)均显著低于HDP-C(CI为22.82%,HR为1.29),而HDP-MLE与HDP-C的CI和HR无显著差异。这表明以WKBE作为黏合剂可以使HDP具有更好的流动性和更低的黏附性。结合粒径分布结果,HDP-WKBE的粒径更大,能够更好地减少颗粒间的黏附和摩擦,从而使其呈现出更好的流动特性[23]。

复合颗粒的润湿性与分散性可反映其溶解性能。通常情况下,具有较短润湿时间和分散时间的颗粒溶解性较好。表2显示,所有样品的分散时间均小于40 s,分散性良好。与HDP-MLE和HDP-C相比,HDP-WKBE 的润湿时间更短(27.12 s),吸湿能力更强,具有更好的溶解性。这主要归因于HDP-WKBE较大的颗粒和丰富的内部间隙能够使液体通过毛细作用更快地渗透进颗粒内部,使其能够快速润湿[24]。Freudig等[25]的研究也证明了颗粒内部的多孔结构有利于水分子的渗透,从而提升其溶解性与分散性。

2.3 HDP复合凝胶的流变特性分析

2.3.1 HDP复合凝胶的动态流变特性分析

动态流变特性能够反映食物在吞咽过程中的力学行为,为评估吞咽安全性提供关键指标[26]。图2为HDP复合凝胶的流变特性变化。由图2(a)可知,所有样品的储能模量(G′)和损耗模量(G″)均随频率增加而上升,表现出明显的频率依赖性。值得注意的是,所有样品的G′始终高于相应的G″,这表明体系呈现典型的类固体行为[27]。HDP-WKBE的G′和G″的增幅最为明显,反映出其机械强度的提升。这种现象可能归因于WKBE中的蛋白质成分与HDP之间通过分子相互作用形成了更加牢固的三维网络结构,从而增强了体系的黏弹性[28]。然而,HDP-MLE的G′和G″均低于HDP-C,表明MLE中的多酚和黄酮类物质可能通过抑制直链淀粉分子间的缠结作用和双螺旋结构的形成,进而阻碍了淀粉网络结构的形成,最终导致动态模量的降低[29]。此外,由图2(b)可知,所有样品的损耗因子(tanδ)均小于1,说明HDP-C、HDP-WKBE和HDP-MLE都易于被吞咽障碍患者咀嚼和控制。同时,这种流变特性能够保证食团在吞咽过程中具备良好的形变能力,从而确保其顺利通过食道[30]。在所有样品中,HDP-WKBE的tanδ值最低,说明HDP-WKBE在咀嚼和压缩过程中能量损耗更小,从流变学角度证明其更适合吞咽障碍患者食用。

2.3.2 HDP复合凝胶的稳态流变特性分析

由图2(c)可知,所有样品均表现出剪切变稀行为,其表观黏度随剪切速率的增加而降低,这种现象符合假塑性流体的典型特征。假塑性流体在稳定条件下可以保持较高的黏度和稳定性,而在外力作用(搅拌或吞咽等)时黏度降低,从而更易于加工和吞咽[31]。此外,采用幂律模型对稳态流变数据进行了拟合分析,稠度系数(K)和流动行为指数(n)的分析结果如表3所示。较高的黏度(高K值)能延缓食团在口腔中的流动速度,为吞咽提供更长的反应时间[5]。表3中HDP-WKBE的K值(13.276 Pa·sn)显著高于HDP-C(8.420 Pa·sn),说明WKBE与HDP之间形成了致密的网络结构,与动态流变结果一致。相反,HDP-MLE的K值最低,这可能是由于MLE中的多酚和黄酮类物质通过空间位阻效应阻碍了淀粉链间的聚集和有序排列[32]。此外,所有样品的n值均小于1。HDP-WKBE的n值最低(0.268),说明其剪切变稀行为最为显著。这是因为HDP与WKBE形成的网络结构在高剪切力作用下更易发生断裂与取向重排,从而导致黏度下降。Nishinari等[33]认为,剪切变稀行为可有效降低吞咽过程中的误吸风险,从这个角度看,HDP-WKBE更加适合作为吞咽障碍饮食的增稠剂。

2.4 HDP复合凝胶的IDDSI分级测试结果分析

根据IDDSI框架,增稠液体可依据流量测试和叉滴测试结果划分为0～4级(0级,稀薄型;1级,轻微稠型;2级,稍微稠型;3级,中度稠型;4级,高度稠型)。表4为HDP复合凝胶的IDDSI流量测试结果[V(IDDSI)]。由表4可知,HDP-C和HDP-MLE在注射器中流动10 s后的剩余体积分别为7.39、6.82 mL,均小于8 mL,属于2级。该级别的液体因黏度较低、流速较快,可能无法为中度或重度吞咽障碍患者提供足够的饮食安全保障[34]。对于HDP-WKBE,注射器中的剩余体积为9.87 mL,在IDDSI框架中应被分类为3级或4级。此外,通过叉滴试验进一步对HDP复合凝胶进行分级,结果见图3。图3表明,HDP-C和HDP-MLE的流速过快,无法堆积在叉子上方并通过叉齿迅速滴落,而HDP-WKBE能通过叉齿或叉尖呈股状缓慢滴落,符合IDDSI框架中3级的描述。中稠型流质食物具有更高的黏附性与内聚性,可以降低吞咽障碍患者进食时发生咳呛与误吸的风险进而提高吞咽安全性。

2.5 体外模拟口腔消化结果分析

吞咽障碍人群由于吞咽时间延长,唾液对食团的持续作用会导致增稠液体黏度显著衰减,进而影响吞咽安全性。因此,本研究评估了经人工唾液处理10 s后HDP复合凝胶的黏度稳定性,分析结果见图4。图4表明,WKBE和MLE的添加显著减缓了唾液引起的黏度降低,这是因为WKBE和MLE都是α-淀粉酶抑制剂。WKBE中菜豆素等蛋白质组分可通过特异性结合抑制α-淀粉酶的活性[35],而MLE所含的黄酮类多酚物质通过竞争性抑制干扰α-淀粉酶的水解作用[36-37]。由图4可知,经10 s人工唾液处理后,HDP-C的η50从204.53 mPa·s降至112.30 mPa·s (降低了45.09%),而HDP-WKBE和HDP-MLE的η50分别从301.64 mPa·s和183.87 mPa·s降至249.76 mPa·s和142.98 mPa·s(分别仅降低了17.20%和22.24%)。可见,HDP-WKBE表现出更优的抗水解能力,这与其稳定的网络结构有关。稳定的网络结构可能会限制水分子的流动,从而阻隔了酶与底物之间的接触[38]。本研究表明,HDP-WKBE和HDP-MLE相较于单独的HDP-C均表现出更强的抗人工唾液水解能力,其中HDP-WKBE的性能优于HDP-MLE。

2.6 HDP复合凝胶在不同条件下的应用评价

通过构建以不同pH值(3.0～8.0,覆盖常见饮品pH值范围)、不同分散介质(纯净水、牛奶、豆浆、茶水和橙汁)为代表的冲调体系,探究HDP复合凝胶在不同环境中的适应性。

2.6.1 HDP复合凝胶在不同pH值条件下的应用评价

通过研究不同pH值的冲调体系对HDP复合凝胶润湿性、分散性、表观黏度及IDDSI流量的影响,揭示HDP复合凝胶在不同饮品中的界面行为与流变特性变化规律,实验结果见图5。由图5(a)和(b)可见,在不同pH值环境下,所有样品均能在 40 s 内实现完全润湿与分散,表现出良好的溶解特性。在酸性条件(pH值为3.0～4.0)下,样品的润湿时间显著缩短,而pH值对分散时间的影响相对较小。该现象可能归因于酸性条件下淀粉分子发生降解,引起分子链断裂,从而促进了润湿的发生。此外,由图5(c)可知,HDP-C、HDP-WKBE、HDP-MLE三种体系的表观黏度(η50)呈现显著差异。对于HDP-C,pH值为3.0～6.0时,η50相对稳定,但pH值升至7时,η50显著提升,说明碱性条件促进了HDP-C黏度的提升,这是因为碱性环境有助于淀粉颗粒的膨胀。赵力超等[39]发现,在pH值为7.0～11.0时,慈菇淀粉的黏度随pH值增加而增高,与本研究结果相似。HDP-WKBE的η50对pH值变化较为敏感,pH值为3.0时黏度最低,随pH值升高黏度逐步上升,pH值为8.0时η50达峰值。这可能与WKBE中生物活性成分的酸碱稳定性有关:酸性条件下,α-淀粉酶抑制成分的稳定性降低[40],使其无法与HDP形成稳定的网络结构。同样地,HDP-MLE在pH值为3.0～6.0时黏度维持在较低水平,但pH值为7.0时黏度显著增加。这是因为MLE含黄酮类等多酚物质,酸性条件下多酚易与HDP分子竞争结合位点,干扰网络形成[41];碱性环境中,多酚与HDP的相互作用提高了体系黏度。HDP复合凝胶的IDDSI叉滴测试结果见图6。结合图5(d)的IDDSI流量测试结果和图6(a)可知,酸性环境(pH值为3.0～5.0)中复合凝胶的IDDSI流量测试结果均低于8 mL且通过叉齿迅速滴落,属于2级;而随着冲调体系pH值的增加,复合凝胶的稠度逐渐提升,当冲调体系的pH>7.0时,所有复合凝胶均可通过叉滴测试并被归类为3级,与η50的变化趋势一致。因此,冲调体系的pH值可以通过影响HDP与WKBE/MLE生物活性成分的稳定性、相互作用来调控体系黏度,从而更加有效地保障吞咽障碍患者的饮食安全。

2.6.2 HDP复合凝胶在不同分散介质中的应用评价

对于吞咽障碍患者而言,除饮用水外,还需摄入牛奶、果汁等饮品以满足营养需求[42]。图7为HDP复合凝胶在不同分散介质中的应用评价。图7(a)和(b)显示,所有样品在不同分散介质中均保持良好的润湿性和分散性,而HDP-WKBE与HDP-MLE在豆浆、牛奶中的润湿时间与分散时间明显长于在纯净水、茶水和橙汁中的时间。这可能是因为豆浆和牛奶中含有的蛋白质和脂肪等大分子物质,这些物质在一定程度上抑制了复合颗粒的溶解[43]。由图7(c)可知,以豆浆、牛奶为分散介质时,HDP-C、HDP-WKBE和HDP-MLE的η50最高,而在纯净水、茶水、橙汁中η50较低,其中以茶水为分散介质的η50最低。豆浆和牛奶富含蛋白质,可与HDP表面的羟基、磷酸基等基团通过氢键、静电作用发生相互作用,促进三维网络结构的形成,从而提升体系黏度;橙汁中的有机酸和电解质可能改变颗粒表面电荷分布,影响颗粒间斥力与分散稳定性,导致黏度下降;茶水中的茶多酚可能干扰颗粒分散,从而使黏度维持在较低水平。同时,图7(d)的IDDSI流量测试结果,以及图6(b)的IDDSI叉滴测试结果也表现出类似情况:在纯净水、茶水、橙汁中,复合凝胶的稠度较低,而以豆浆和牛奶作为分散介质时,HDP-C、HDP-WKBE与HDP-MLE均属于IDDSI的3级或4级。特别地,以豆浆为分散介质的HDP-C与HDP-WKBE在10 s内未流出注射器,且可稳定堆积在叉齿上方,属于IDDSI 4级。可见,分散介质的成分差异(蛋白质、电解质、多酚等)会通过改变颗粒分散状态与分子间相互作用,引起表观黏度的规律性变化,从而影响吞咽安全性。

3 结 论

本研究探讨了两种植物提取物对HDP流变特性与功能特性的影响。结果表明,两种提取物均能提升HDP复合颗粒中大粒径组分(380～830 μm)的占比,其中HDP-WKBE颗粒具有更小的堆积密度与振实密度、更短的润湿时间与分散时间、更好的流动特性和冲调性。流变学研究结果表明,HDP-WKBE和HDP-MLE凝胶体系是假塑性流体。WKBE可通过蛋白质与淀粉分子的相互作用,增强体系假塑性(流动行为指数n=0.268),同时提升动态模量(G′和G″)与表观黏度(稠度系数K=13.276 Pa·sn),强化淀粉凝胶的三维网络结构,更利于维持食团形态稳定;而MLE中的黄酮与生物碱会抑制淀粉链的缠结与有序排列,导致复合凝胶黏弹性与黏度显著降低(K=5.761 Pa·sn)。在IDDSI分级测试中,HDP-MLE凝胶归为2级(稍微稠型),适配轻度吞咽障碍患者;HDP-WKBE凝胶归为3级(中稠型),适配中度吞咽障碍患者,覆盖了临床常见的吞咽障碍程度需求。体外模拟口腔消化实验证实,两种复合凝胶均能有效抵抗α-淀粉酶水解,其中HDP-WKBE的黏度衰减率仅为17.20%(HDP-C为45.09%),抗酶解稳定性更优。同时,环境适应性测试表明,中性-弱碱性环境及牛奶、豆浆等蛋白类介质,更利于维持两种复合凝胶的黏度稳定并保障吞咽障碍患者的饮食安全,可为临床冲调提供明确的应用参考。本研究表明,WKBE对HDP的改性效果优于MLE,HDP-WKBE凝胶的抗酶解稳定性及吞咽适配性更具优势,可作为开发吞咽障碍用功能性淀粉基增稠剂的优选改性剂。本研究旨在利用不同植物提取物提升淀粉基增稠剂的功能特性,为辅助吞咽障碍患者安全饮食提供依据。后续研究将聚焦HDP-植物提取物复合颗粒及复合凝胶的风味优化,在确保其抗酶解活性与黏度稳定性的基础上,进一步改善其风味特性,从而拓宽淀粉基功能性增稠剂在吞咽障碍辅助饮食领域的应用场景。

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Influence of Plant Extracts on Functional Properties of Starch-Based Thickeners and Their Application in Dysphagia Diets

FAN Haoran, SUN Lin, CAI Yuchen, HUANG Wei, LI Hongyan*, WANG Jing

(School of Food and Health, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China)

Abstract：α-Amylase in the oral cavity hydrolyzes starch-based thickeners, leading to reduced viscosity and posing a threat to the dietary safety of patients with dysphagia. Studies have shown that some plant extracts can inhibit the activity of α-amylase, providing a direction for the improvement of starch-based thickeners. White kidney bean extract (WKBE, a protein-based inhibitor) and mulberry leaf extract (MLE, a non-protein-based inhibitor) were added to hydroxypropyl distarch phosphate (HDP), and the effects of the two plant extracts on the rheological and functional properties of HDP were investigated. The results showed that both plant extracts improved the flow characteristics of composite granules, and HDP-WKBE composite granules exhibited better fluidity, shorter wetting time, and shorter dispersion time. Rheological analysis indicated that WKBE enhanced the pseudoplasticity of starch, increased in the dynamic moduli (G′ and G″) and viscosity, and strengthened gel network. In contrast, MLE inhibited the entanglement of starch chains, resulting in decreased the viscoelasticity and viscosity of starch. According to the International Dysphagia Diet Standardization Initiative framework, the gel prepared from HDP-MLE was categorized as Level 2 (slightly thick, suitable for patients with mild dysphagia), while the gel prepared from HDP-WKBE was categorized as Level 3 (moderately thick, suitable for patients with moderate dysphagia). In vitro simulated oral digestion experiments confirmed that both gels effectively resisted the hydrolysis by α-amylase, with HDP-WKBE gel showing better stability (viscosity decay rate of only 17.20%). In addition, neutral to weakly alkaline environments and protein-containing media such as milk and soybean milk were more conducive to maintaining the viscosity stability of the gels and ensuring the dietary safety of patients with dysphagia. The findings of this study aimed to provide technical and theoretical support for the development of functional thickeners for patients with dysphagia.

Keywords：hydroxypropyl distarch phosphate; plant extract; rheological property; dysphagia; thickener

中图分类号：TS201.7

文献标志码：A

收稿日期：2025-07-20

基金项目：国家自然科学基金资助项目(32301987、32330081、32172236)。

Foundation: National Natural Science Foundation of China (32301987, 32330081, 32172236).

第一作者：范浩然,女,讲师,博士,主要从事谷物功能性配料开发方面的研究。

*通信作者：李洪岩,男,教授,博士,主要从事食源性功能因子挖掘与功能性食品配料开发方面的研究。

doi：10.12301/spxb202500384

文章编号：2095-6002(2026)01-0139-12

引用格式：范浩然, 孙林, 蔡钰辰, 等. 植物提取物对淀粉基增稠剂功能特性的影响及其在吞咽障碍饮食中的应用[J]. 食品科学技术学报,2026,44(1):139-150. FAN Haoran, SUN Lin, CAI Yuchen, et al. Influence of plant extracts on functional properties of starch-based thickeners and their application in dysphagia diets[J]. Journal of Food Science and Technology, 2026,44(1):139-150.

(责任编辑：叶红波)