CN117547547A - 一种果胶短链脂肪酸酯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及食欲抑制剂技术领域，提供了一种果胶短链脂肪酸酯组合物及其制备方法和应用。本发明提供的组合物包括果胶短链脂肪酸酯40～96％和金属化合物4～60％。本发明采用果胶作为短链脂肪酸的载体，并与金属化合物进行配合，果胶在胃内能够与多价金属阳离子结合，提高食糜粘度，延缓胃排空，提高当餐饱腹感，帮助降低当餐进食量；同时，果胶短链脂肪酸酯在体内能够持久并定向释放短链脂肪酸，延长饱腹感时间，从而更有效地减少食欲。综上所述，本发明提供的组合物通过多重机制协同，在胃内和结肠部分均发挥作用，能够更有效地抑制食欲，帮助减少摄食量，在体重管理、肥胖治疗以及控制餐后血糖升高等方面具有巨大的潜力。
Description
技术领域
本发明涉及食欲抑制剂技术领域，尤其涉及一种果胶短链脂肪酸酯组合物及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，肥胖问题日益严重，成为全球性的健康挑战。在超重和肥胖的成年人中，即使是很小的体重减轻，如最初体重的10％，也会降低高血压、高血脂和高血糖等危险因素。肥胖的原因是复杂的和多因素的，越来越多的证据表明，肥胖并不是一个简单的自我控制问题，而是一个涉及食欲调节和能量代谢的复杂疾病。尽管肥胖的病因尚未明确确定，但遗传、代谢、生物化学、文化和心理社会因素被认为是有影响的。
目前针对超重和肥胖的体重管理，食欲控制并由此降低食物摄入量是一个有吸引力的策略。可溶性膳食纤维，如果胶、瓜尔胶以及一些低分子非淀粉多糖也被认为可以降低食物在胃内的消化率，增强饱腹感，降低胆固醇，并能调节餐后血糖反应。其中，可溶性膳食纤维可以通过增加胃内容物的粘性，来增强饱腹感，同时改善餐后血糖反应。酰胺化果胶(低酯果胶)与一些多价金属阳离子能够在胃酸环境下通过“架桥反应”或“蛋盒模型”形成粘度远远高于单纯果胶的凝胶物质，从而极大提升胃内食糜的粘度，延缓胃排空，保持较长时间的胃扩张体积，实现提高饱腹感、降低餐后血糖反应的效果。J.C.理查德森等人的专利(CN101631476A)中提供了一种将果胶和多价阳离子结合的组合物，能够在水性介质和胃内的酸性环境中形成耐受蠕动作用并长期维持在胃内的凝胶，以达到饱腹的作用。但是，该专利中的组合物要求必须在进入胃之前水合，一定程度上增加了进食的复杂性，同时这种情况下，果胶在肠道内产生的短链脂肪酸酯有限，饱腹作用的点位主要是在胃内，食欲抑制效果并不好。
目前，本领域中通常在食品中单纯使用膳食纤维，无论是是可溶性还是不可溶膳食纤维，被非常常见地用于宣称延缓胃排空、增强饱腹感、控制餐后血糖等。然而受到添加量和原理的限制，其效果非常有限，而且很多食品未做过研究验证。
短链脂肪酸(Short-Chain FattyAcids，SCFA)，包括乙酸、丙酸和丁酸等，作为可溶性膳食纤维在结肠内的代谢产物，在调节食欲和体重方面具有重要作用。然而，单独的SCFA在到达结肠前很容易被分解，难以达到降低食欲、减少能量摄入的目的。
综上所述，目前的食欲抑制剂无法实现多方位、快速和长效的食欲抑制效果，亟需发明一款既能在胃内延缓食物排空，同时又能更大程度上刺激肠道产生抑制食欲激素的食欲抑制剂，从而达到更加有效的食欲抑制、减重，甚至降低餐后血糖反应的效果。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种果胶短链脂肪酸酯组合物及其制备方法和应用。本发明提供的果胶短链脂肪酸酯组合物既能在胃内延缓食物排空，又能更大程度上刺激肠道产生抑制食欲激素，能够实现多方位、快速、长效的抑制食欲，在体重管理、肥胖治疗和降低血糖等方面具有广阔的应用前景。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种果胶短链脂肪酸酯组合物，包括以下质量百分含量的组分：果胶短链脂肪酸酯40～96％，金属化合物4～60％。
优选的，所述果胶短链脂肪酸酯中短链脂肪酸单元的质量百分含量为10％～60％。
优选的，所述果胶短链脂肪酸酯中短链脂肪酸的取代度为0.2～1；所述果胶的酯化度低于50％。
优选的，所述果胶短链脂肪酸酯的制备方法包括：
将果胶、酯化剂以及溶剂混合进行酯化反应，得到所述果胶短链脂肪酸酯；所述酯化剂为短链脂肪酸和短链脂肪酸酐中的至少一种。
优选的，所述酯化剂为短链脂肪酸酐，所述短链脂肪酸酐和果胶的摩尔比为(1～5.5):1；所述酯化反应的温度为30～65℃，时间为10～18h。
优选的，酯化反应完成后，还包括对所得反应液进行纯化处理，得到果胶短链脂肪酸酯；所述纯化处理包括：将所得反应液依次进行洗涤、萃取、浓缩和干燥，得到纯化后的果胶短链脂肪酸酯；所述萃取包括依次进行的有机溶剂萃取、饱和氯化钠溶液萃取和饱和碳酸氢钠溶液萃取；所述有机溶剂萃取采用的有机溶剂为乙酸乙酯或二氯甲烷。
优选的，所述金属化合物包括金属盐和金属氧化物中的一种或多种；所述金属化合物中的金属阳离子包括Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Al3+和Fe3+中的一种或多种。
本发明还提供了上述方案所述果胶短链脂肪酸酯组合物的制备方法，包括以下步骤：
将部分果胶短链脂肪酸酯与金属化合物进行第一混合，得到预混料；所述部分果胶短链脂肪酸酯与金属化合物的质量比为(1～3):1；
将所述预混料和剩余部分果胶短链脂肪酸酯进行第二混合，得到所述果胶短链脂肪酸酯组合物。
本发明还提供了上述方案所述的果胶短链脂肪酸酯组合物或上述方案所述制备方法制备的果胶短链脂肪酸酯组合物在食品、保健品或动物饲料中的应用或在制备药物中的应用；所述药物包括治疗肥胖的药物或降血糖的药物。
本发明还提供了一种食欲抑制产品，包括上述方案所述的果胶短链脂肪酸酯组合物或上述方案所述制备方法制备的果胶短链脂肪酸酯组合物；所述食欲抑制产品的剂型为粉剂、液体制剂、胶囊剂或片剂。
本发明提供了一种果胶短链脂肪酸酯组合物，包括以下质量百分含量的组分：果胶短链脂肪酸酯40～96％，金属化合物4～60％。本发明的有益效果如下：
本发明的组合物包括果胶短链脂肪酸酯，由果胶和短链脂肪酸(或酸酐)通过酯键结合得到，果胶短链脂肪酸酯不会在胃或上消化道中分解，而只能通过肠道中的细菌发酵来分解，果胶在肠道内被微生物分解后，能够释放短链脂肪酸，从而保证短链脂肪酸的释放率，且果胶在肠道内的分解也可以发酵生成一部分短链脂肪酸，确保更多的短链脂肪酸到达肠道中，刺激分泌更多的饱腹感相关的激素，如GLP-1，PPY等，从而更大程度地增强饱腹感；同时果胶短链脂肪酸酯还能保留果胶作为水溶性膳食纤维在胃内延缓食物排空速度的作用。
本发明将果胶短链脂肪酸酯和金属阳离子配合，具有多重机制的食欲抑制效果：所述组合物在上消化道和下消化道通过不同的原理共同发挥抑制食欲的效果，果胶与金属阳离子的胃内架桥反应，能够增加食糜粘度，延缓胃排空，更大程度增强胃内饱腹作用；短链脂肪酸在肠道中的定向释放能够诱导分泌抑制食欲的激素；多种作用叠加形成多重机制的协同效应，使得果胶短链脂肪酸酯相对于单一的短链脂肪酸酯或菊粉短链脂肪酸酯来说，更具成为有效食欲抑制剂的潜力。综上，本发明提供的组合物在胃内和肠道中均可发挥作用，能提供胃产生的即时和肠道产生的长期的食欲抑制效果。
本发明的组合物可溶于水也可作为粉剂应用在多种形式中，如固体饮料、胶囊、片剂，甚至作为原料加入普通食物中，果胶本身是一种天然食品成分，被广泛应用于食品工业，其对于提高胰岛素敏感性及抑制餐后血糖飙升也具有更大的健康价值，果胶短链脂肪酸酯作为果胶的衍生物，其除了抑制食欲的效果，还具有控制2型糖尿病的潜力；并且，果胶短链脂肪酸酯的脂肪蛋白含量较低，这对于减肥过程中的能量摄入控制非常有益，不会增加额外的减肥负担，更适合长期食欲调控和体重管理。
本发明实施例中的动物实验和人群试验表明，本发明的组合物在相同膳食纤维含量的情况下，可以刺激产生更多抑制食欲的激素，减少进食量。
附图说明
图1为本发明的果胶短链脂肪酸酯的制备流程示意图；
图2为本发明的果胶短链脂肪酸酯组合物的制备流程示意图；
图3为实施例3中试验样品1～4的粘度变化；
图4为实施例4中三组培养基体外发酵36h后，总SCFA(乙酸、丙酸、丁酸)含量；
图5为实施例4中三组培养基体外发酵36h后，产生的短链脂肪酸组成；
图6为实施例5中干预4周前后小鼠体重变化；
图7为实施例5中干预4周后小鼠粪便中短链脂肪酸含量；
图8为干预4周后各组小鼠血清PPY水平；
图9为干预4周后各组小鼠血清GLP-1水平；
图10为实施例6中各组饥饿感、饱腹感、预计进食量、饱足感、食欲抑制总分随时间的VAS评分；
图11为实施例6中各组进食后血糖增幅曲线；
图12为实施例6中各组进食后血糖反应曲线下面积增幅。
具体实施方式
本发明提供了一种果胶短链脂肪酸酯组合物，包括以下质量百分含量的组分：果胶短链脂肪酸酯40～96％，金属化合物4～60％。
如无特殊说明，本发明采用的各个原料均为市售。
以质量百分含量计，本发明提供的果胶短链脂肪酸酯组合物包括果胶短链脂肪酸酯40～96％，优选为50～90％。在本发明中，所述果胶短链脂肪酸酯中短链脂肪酸单元的质量百分含量优选为10％～60％，更优选为20％～50％；所述果胶短链脂肪酸酯中短链脂肪酸的取代度优选为0.2～1，更优选为0.25～0.9，更优选为0.3～0.8，所述短链脂肪酸的取代度具体是指果胶D-葡萄糖单元上的活性羟基被短链脂肪酸取代的数量。在本发明中，所述果胶的酯化度低于50％，更优选为10％～40％，即本发明采用的果胶为低酯果胶；所述酯化度具体是指果胶分子中酯化的半乳糖醛酸残基占总半乳糖醛酸残基的百分数；本发明对所述果胶的来源没有特殊要求，本领域常见来源的果胶均可，具体的来源包括但不限于苹果、橘子、柠檬。
在本发明中，所述果胶短链脂肪酸酯优选为果胶丙酸酯、果胶丁酸酯、果胶乙酸酯和果胶戊酸酯中的一种或多种。
在本发明中，所述果胶短链脂肪酸酯的制备方法优选包括：将果胶、酯化剂以及溶剂混合进行酯化反应，得到所述果胶短链脂肪酸酯；所述酯化剂为短链脂肪酸和短链脂肪酸酐中的至少一种；所述短链脂肪酸具体是指碳原子数小于6的脂肪酸，包括甲酸，乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸和戊酸中的一种或多种，优选包括乙酸、丙酸、丁酸和戊酸中的一种或多种；所述短链脂肪酸酐为上述短链脂肪酸的酸酐，优选包括乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐和戊酸酐中的一种或多种；所述短链脂肪酸酐和果胶的摩尔比优选为(1～5.5):1，更优选为(2～4):1；所述短链脂肪酸和果胶的摩尔比优选为(0.5～3.8):1；所述酯化反应的温度优选为30～65℃，更优选为40～60℃，所述酯化反应的时间优选为10～18h，更优选为12～15h。
在本发明中，所述溶剂优选包括水、吡啶、甲醇、乙醇、正丁醇、乙醚、氯仿、二甲基亚砜和甲苯中的一种或多种，更优选为吡啶；本发明优选先将果胶溶解于溶剂中，得到果胶溶解液，然后在向所述果胶溶解液中滴加酯化剂进行酯化反应；所述果胶和溶剂的质量比优选为1:(1～4.5)；所述溶解的温度优选为45～65℃，更优选为50～60℃；所述溶解优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的时间优选为20～35min。
酯化反应完成后，本发明优选还包括对所得反应液进行纯化处理；所述纯化处理包括：将所得反应液依次进行洗涤、萃取、浓缩和干燥，得到纯化后的果胶短链脂肪酸酯；所述洗涤用试剂优选为去离子水；所述萃取包括依次进行的有机溶剂萃取、饱和氯化钠溶液萃取和饱和碳酸氢钠溶液萃取；所述有机溶剂萃取采用的有机溶剂为乙酸乙酯或二氯甲烷；所述浓缩的方式优选为旋蒸浓缩；所述干燥优选为真空干燥。
纯化处理后，本发明优选将纯化后的产物过筛，得到最终成品；所述过筛用筛网的目数优选为30目。图1为本发明的果胶短链脂肪酸酯的制备流程示意图。
以质量百分含量计，本发明提供的果胶短链脂肪酸酯组合物包括金属化合物4～60％，优选为10～50％。在本发明中，所述金属化合物优选包括金属盐和金属氧化物中的一种或多种；所述金属化合物中的金属阳离子优选包括Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Al3+和Fe3+中的一种或多种；具体的，所述金属化合物优选包括磷酸氢钙、碳酸钙、氧化钙、柠檬酸钙、氯化钙、硫酸钙、硫酸锌、葡萄糖酸锌、氧化锌、碳酸锌、硫酸镁、氯化镁、氧化镁、碳酸氢镁、硫酸铜、柠檬酸铁、焦磷酸铁和柠檬酸铝中的一种或多种。
在本发明中，所述金属化合物中金属阳离子的质量和所述果胶短链脂肪酸酯中果胶单元的质量之比优选为(0.006～0.5):1，更优选为(0.01～0.4):1。
本发明还提供了上述方案所述果胶短链脂肪酸酯组合物的制备方法，包括以下步骤：
将部分果胶短链脂肪酸酯与金属化合物进行第一混合，得到预混料；所述部分果胶短链脂肪酸酯与金属化合物的质量比为(1～3):1；
将所述预混料和剩余部分果胶短链脂肪酸酯进行第二混合，得到所述果胶短链脂肪酸酯组合物。
在本发明中，所述第一混合的转速优选为6～10rpm，混合时间优选为15～40min；所述第二混合的转速优选为6～10rpm，混合时间优选为25～45min；本发明先将部分果胶短链脂肪酸酯和金属化合物混合，然后再加入剩余部分果胶短链脂肪酸酯进行混合，有利于提高混合的均匀性。
在本发明中，所述第二混合结束后，优选还包括将所得总混料进行过筛，过筛后所得筛下物即为所述果胶短链脂肪酸酯组合物；所述过筛用筛网的目数优选为30目。图2为本发明的果胶短链脂肪酸酯组合物的制备流程示意图。
本发明还提供了上述方案所述的果胶短链脂肪酸酯组合物或上述方案所述制备方法制备的果胶短链脂肪酸酯组合物在食品、保健品或动物饲料中的应用或在制备药物中的应用，具体的所述果胶短链脂肪酸酯组合物具体是作为食欲抑制剂应用；所述药物包括治疗肥胖的药物或降血糖的药物。在本发明中，所述食品和保健品具体为具有控制体重或减肥功效的食品或保健品；本发明对所述食品的种类没有特殊要求，具体如固体饮料、面包、饼干、液体饮料等；所述药物的剂型优选为胶囊或片剂。
在本发明的具体实施例中，所述果胶短链脂肪酸酯组合物可以与甜味剂、香精等复合应用，本发明不做具体限定。
在本发明的具体实施例中，当将所述果胶短链脂肪酸酯组合物应用于固体饮料中时，以质量份计，所述固体饮料优选包括以下组分：果胶短链脂肪酸酯组合物50份，抗性糊精20份，麦芽糊精20份，赤藓糖醇10份，橙子香精0.1份。
本发明还提供了一种食欲抑制产品，包括上述方案所述的果胶短链脂肪酸酯组合物或上述方案所述制备方法制备的果胶短链脂肪酸酯组合物食欲抑制产品的剂型为粉剂、液体制剂、胶囊剂或片剂；本发明对所述粉剂、液体制剂、胶囊剂或片剂的具体制备方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方法制备即可。
本发明提供的组合物采用低酯果胶作为短链脂肪酸的载体，并与金属化合物进行配合，低酯果胶在胃内能够与多价金属阳离子结合，提高食糜粘度，延缓胃排空，提高当餐饱腹感，帮助降低当餐进食量；同时，果胶短链脂肪酸酯在体内能够更持久并定向释放短链脂肪酸，延长饱腹感时间，从而更有效地减少食欲，帮助体重管理和肥胖治疗。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例中使用的原料试剂来源见表1。
表1实施例中主要原料信息
实施例1
本实施例制作一种果胶丙酸酯与钙盐的组合物，具体制备步骤如下：
将果胶和3倍果胶质量的吡啶在60℃的油浴加热环境中磁力搅拌25min，果胶完全溶解，得到果胶溶解液；保持温度60℃，在果胶溶解液中滴加丙酸酐，滴加过程中不断搅拌，体系反应14h。反应结束后，用去离子水对反应液进行洗涤，再将二氯甲烷倒入反应液中进行萃取，向所得二氯甲烷相中依次加入饱和氯化钠溶溶液、饱和碳酸氢钠溶液进行洗涤和萃取；下层萃取液利用旋转蒸发器进行旋蒸浓缩，所得浓缩物再通过真空干燥箱进行干燥，得到取代度为0.65，质地均匀，呈淡黄色的果胶丙酸酯(PPE)。该果胶丙酸酯中丙酸单元的质量百分比为31％。
将上述步骤制备得到的果胶丙酸酯3份，与1份磷酸氢钙二水合物在三维混合机中，以6rpm的转速混合15min，得到预混料；将预混料再与5.2份果胶丙酸酯在三维混合机中，以8rpm的转速混合30min，得到果胶丙酸酯组合物。
实施例2
本实施例制作一种果胶丁酸酯与钙盐的组合物，具体制备步骤如下：
将果胶和4倍果胶质量的吡啶在55℃的油浴加热环境中磁力搅拌25min，果胶完全溶解，得到果胶溶解液；保持温度55℃，在果胶溶解液中滴加丁酸酐，滴加过程中不断搅拌，体系反应16h。反应结束后，用去离子水对反应液进行洗涤，再将二氯甲烷倒入反应液中进行萃取，向所得二氯甲烷相中依次加入饱和氯化钠溶液、饱和碳酸氢钠溶液进行洗涤和萃取；下层萃取液利用旋转蒸发器进行旋蒸浓缩，所得浓缩物再通过真空干燥箱进行干燥，得到取代度为0.61，质地均匀，呈淡黄色的果胶丁酸酯(pectin butyrate ester，PBE)。该果胶丁酸酯的丙酸单元的质量百分比为26％。
将上述步骤制备得到的果胶丁酸酯3份，与1份磷酸氢钙二水合物在三维混合机中，以6rpm的转速混合15min，得到预混料；预混料再与4.8份果胶丁酸酯在三维混合机中，以6rpm的转速混合40min，得到果胶丁酸酯组合物。
实施例3
果胶短链脂肪酸酯组合物在模拟胃内的pH环境下的粘度测试。果胶丁酸酯及果胶丁酸酯组合物来源于实施例2。
试验样品1(P)：低酯果胶3g+蔗糖7g。
试验样品2(P-Ca)：低酯果胶3g+磷酸氢钙二水0.52g+蔗糖6.48g。
试验样品3(PBE)：果胶丁酸酯4.05g+蔗糖5.95g。
试验样品4(PBE-Ca)：果胶丁酸酯组合物4.57g+蔗糖5.43g。
注：1.根据果胶含量计算的样品量，样品1～4所含果胶量相同；2.样品2和样品4中钙和果胶的比例相同。
试验方案：在蒸馏水中滴入浓盐酸，将pH值调整至3，再将各样品10g分别倒入100mL上述溶液中，用玻棒搅拌，搅拌均匀后静置，利用粘度计测量不同时间点各个样品的粘度。
试验样品1～4的粘度变化如图3所示，图3中的结果表明：1)在pH＝3的溶液体系中，随着时间的延长，所有样品均表现出粘度上升的趋势，大约在1800s后粘度较为稳定；2)果胶与丁酸通过酯化反应结合后的产物(PBE)与单纯果胶相比，整体粘度会有所下降；3)果胶与钙盐混合(P-Ca)或果胶丁酸酯与钙盐混合(PBE-Ca)后，在酸性环境中出现粘度明显上升的现象，粘度显著高于单纯果胶或果胶丁酸酯；4)果胶丁酸酯与钙盐的组合物(PBE-Ca)粘度低于果胶与钙盐的混合物(P-Ca)。
以上研究结果说明，果胶短链脂肪酸酯与钙盐按一定比例组合后能极大提升酸性环境中的液体粘度，但粘度略低于低酯果胶与钙盐的组合物，可能是因为低酯果胶与SCFA结合后一定程度上降低了低酯果胶分子上与钙离子结合的化学键，从而部分减少了“架桥反应”的发生，但粘度依然显著高于果胶本身，提示果胶短链脂肪酸酯和钙盐的组合物在胃内酸性环境中与食物能形成粘度较高的食糜，提示该组合物具有很好的延缓胃排空的作用。
实施例4
体外发酵实验检测果胶短链脂肪酸酯在结肠释放短链脂肪酸的能力。采用的果胶丙酸酯和果胶丁酸酯来自于实施例1和实施例2。
试验方案：
双歧杆菌体外发酵：无菌条件下，在灭菌厌氧管中加入9.0mL无菌培养基(双歧杆菌BS培养基，Qingdao Hope Bio-Technology Co.,Ltd，货号HB0394)，加入冻干双歧杆菌菌粉0.1g，振荡灭菌厌氧管使菌体与培养基充分混合，然后再以10％的接菌量，接种到含有10mL培养基的无菌厌氧管中，在37℃环境中厌氧培养48h，传代2次后，重新接种，发酵16h后得菌种母液。以10g/1000mL的果胶有效成分含量相同的果胶(pectin)、果胶丙酸酯(PPE)、果胶丁酸酯(PBE)为碳源配置培养基，非碳源部分的营养成分与双歧杆菌BS培养基相同。在120℃条件下灭菌20min。取菌种母液以10％的接菌量，分别接种于以果胶、果胶丙酸酯、果胶丁酸酷为碳源的培养基中，混合均匀，然后分装到厌氧管中，依次标记0h、6h、12h、18h、24h、30h、36h，37℃厌氧培养，在上述时间拿出相应厌氧管，保存于-20℃备用。
测定发酵液中的短链脂肪酸：首先绘制出不同浓度下乙酸、丙酸、丁酸标准品曲线，建立回归方程。将各个时间点的发酵液样品解冻，离心(10000r/min，15min)，取上清液，用0.45μm滤膜过滤，液相色谱仪测定发酵液样品中短链脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸)的含量，每个样品设置三个平行。
色谱分析条件：色谱柱：Agilent反向C18柱(4.6mm×150mm，5μm)；流动相：0.02mol/mL磷酸二氢钾与甲醇，体积比98：2，磷酸二氢钾用磷酸调pH值为2.8；检测波长为215nm；流速控制在1.0mL/min；进样体积为20μL。
测试结果：
三组培养基体外发酵36h后，总SCFA(乙酸、丙酸、丁酸)含量如图4所示，产生的短链脂肪酸组成如图5所示。图4中的结果表明：1)所有试验组体外发酵产生的总SCFA随发酵时间的延长而增加；2)在0-6h发酵时间内，果胶和PPE组发酵液中SCFA增加速率显著高于PBE组(P<0.05)；3)发酵12h之后，果胶短链脂肪酸组(PPE、PBE)的总SCFA均高于果胶组；4)18～24h后，发酵速度均减慢，总SCFA含量趋于稳定；5)发酵18～36h后，产生总SCFA含量情况为：PPE>PBE>果胶，差异具有显著差异(P<0.05)。图5中的结果表明：PPE组发酵产生的丙酸水平显著高于果胶和PBE组(P<0.05)，PBE组发酵产生的丁酸水平显著高于PPE组(P<0.05)。
以上研究结果表明，短链脂肪酸与果胶通过酯键结合后，可以有效提升双歧杆菌发酵产生相应短链脂肪酸酯的水平，与单纯果胶相比，相同果胶含量的果胶短链脂肪酸酯通过体外发酵产生的总SCFA水平显著提升。提示果胶短链脂肪酸酯在肠道内能被益生菌发酵产生更多的SCFA，在增强饱腹感，控制体重方面具有巨大潜力。
实施例5
将实施例1和实施例2中得到的果胶丁酸酯组合物、果胶丙酸酯组合物、丙酸盐(丙酸钠)、丁酸盐(丁酸钠)以及果胶用于喂养小鼠。48只健康雄性小鼠(上海南方模式生物科技股份有限公司)，均为5周龄，体重21±1.9g，适应性喂养一周后随机分为6组，每组8只，开始正式干预，每组小鼠均进食同一饲料(Research Diets,Inc.；D11112201)，果胶组(P)灌胃低酯果胶3g/(kg.d)，果胶丙酸酯组合物组(PPE)灌胃PPE 3g/(kg.d)，果胶丁酸酯组合物组(PBE)灌胃PBE 3g/(kg.d)，丙酸盐组(Pr)灌胃丙酸盐3g/(kg.d)，丁酸盐组(Bu)灌胃丁酸盐3g/(kg.d)，给予果胶对照组(C)灌胃等体积的生理盐水。共喂养4周，观察干预前后小鼠的体重变化，喂养四周后餐后血清GLP-1、PPY，OGTT血糖反应和胰岛素反应情况，以及粪便中的短链脂肪酸含量。
指标收集：
体重：小鼠体重干预前测量一次，干预后每周称量一次。
粪便SCFA含量：在4周实验结束时，在无菌条件下，收集各组小鼠新鲜粪便，储存在无菌EP管中，立即保存于-80℃冰箱备用。检测时取0.2g冻存粪便，放入EP管中解冻，解冻后加入2mL甲醇溶液，使用涡旋仪震荡5min，制备成粪便悬液。用浓硫酸调节粪便悬液的pH值至2～3，然后再用漩涡仪混匀2min，离心机5000r/min转速离心20min。取1mL上清液用0.45μm滤膜过滤，收集滤液用于SCFA测定。
GLP-1、PPY：干预四周后采集各组小鼠眼眶静脉血，收集血液置于含肝素钠的抗凝管中。在4℃环境下静置2h后，3000r/min，离心10min分离出血清，收集上层血清。根据酶联免疫分析试剂盒说明书(上海江莱生物科技有限公司),检测小鼠血清中胰岛素(FastingInsulin,FIN)、胰高血糖素样肤(GLP-1)和肽YY(PYY)含量。
测试结果：
体重影响：干预4周前后小鼠体重变化如图6所示，图6中：*表示与干预前相比P<0.05，差异有统计学意义。图6中的结果表明：服用果胶丙酸酯组合物、丙酸钠和果胶丁酸酯组合物的小鼠，4周干预后体重明显下降，其余组变化差异不显著。其中，PPE组下降幅度最大，为4.7％。
粪便SCFA含量：干预4周后小鼠粪便中短链脂肪酸含量如图7所示，图7中：*表示与对照组相比P<0.05，#表示对照组相比P<0.01。图7中的结果表明：喂养4周果胶、果胶丙酸酯组合物、丙酸钠、果胶丁酸酯组合物、丁酸钠组的小鼠粪便中SCFA含量显著高于对照组(P<0.01)，携带相应的SCFA量也显著高于对照组(P<0.05)；喂养果胶丙酸酯组合物、果胶丁酸酯组合物的小鼠，粪便中总SCFA含量高于丙酸钠和丁酸钠组(P<0.05)，其中喂养物所携带的丙酸和丁酸含量也高于丙酸钠和丁酸钠组，说明直接喂养丙酸钠和丁酸钠，短链脂肪酸会在消化过程中有一定的损耗，从而也验证了果胶与SCFA以酯链结合后对SCFA的保护作用，能更有效地进入肠道。
GLP-1、PPY：干预4周后各组小鼠血清PPY水平如图8所示，图8中：*表示与对照组相比P<0.05。图8中的结果表明：喂养果胶、果胶丙酸酯组合物、丙酸钠、果胶丁酸酯组合物、丁酸钠组小鼠的血清PYY水平显著高于对照组(P<0.05)，其中果胶丙酸酯组合物和果胶丁酸酯组合物喂养的小鼠血清PYY水平最高，均显著丙酸钠、丁酸钠和果胶组(P<0.05)。
干预4周后各组小鼠血清GLP-1水平如图9所示，图9中：*表示与对照组相比P<0.05。图9中的结果表明：果胶丙酸酯组合物、丙酸钠、果胶丁酸酯组合物的GLP-1水平显著高于对照组(P<0.05)，其中组与对照组相比无明显差异，果胶丙酸酯、果胶丁酸酯组合物组小鼠GLP-1水平稍高与丙酸钠组，但无统计学差异。
以上结果验证了果胶短链脂肪酸酯组合物在饱腹感和体重控制的正向作用，同时也证实了通过酯化反应链接果胶与SCFA，能减少SCFA进入肠道之前的损耗，以保证更多的SCFA进入肠道发挥健康作用，并且短链脂肪酸酯组合物比单纯补充果胶或SCFA盐能更有效提升饱腹感，控制体重。果胶短链脂肪酸酯组合物在调节肠道菌群、提升饱腹感、控制体重甚至降低血糖反应的方面有巨大潜力。
实施例6
将实施例1所得到果胶丙酸酯组合物作为随餐制剂饮料，做人群预实验，观察其对饱腹感、餐后血糖的影响。
研究方案：
在10位健康人群中做双盲、随机对照、交叉试验。受试者进食的随餐制剂饮料分为三组，空白对照组(BC)为以甜味剂(赤藓糖醇)和橙子香精调制的粉剂(固体饮料)，为4.2g/份，标准对照组(P)为含果胶6g，同样用赤藓糖醇和橙子香精调味的粉剂12.5g/份，实验组(PPE-Ca)为含6g果胶丙酸酯组合物，同样用赤藓糖醇和橙子香精调味的粉剂15g/份。以赤藓糖醇和橙子香精调味，以保证三组口味相近，三组粉剂(固体饮料)均与150mL温水冲兑后再分发给受试者。所有受试者经过12～14h的空腹，在试验天早上8:30-9:00进食标准餐+固体饮料，每份固体粉剂兑150mL温水随餐服用。标准餐为市售豆沙包，提供能量为312kcal，蛋白质6.2g，碳水化合物58g，脂肪6.1g。10-15min进食完所有饮料和食物，研究人员记录受试者餐前及餐后2h血糖和餐前及餐后4h饱腹感情况。测试餐之间间隔3天作为清洗期。所有受试者根据统计人员操作的随机数字表自动生成的随机序列在同一试验天接受不同的测试餐，每位受试者均会接受所有的测试餐试验。
数据收集：
1)主观食欲评价：在RPG随餐制剂研究中，采用视觉模拟量表问卷(Visual analogscale，VAS)来评价受试者主观食欲和饱腹感等情况，具体指标包括饱足感(satiety)、饥饿感(hunger)、饱腹感(fullness)、预期进食量(prospective food consumption)。每个指标评价从0分到100分，表示两个极端，如饥饿感的评价，0分表示一点也不饿(I am nothungry at all)，100分表示极端的饿(I have never been more hungry)。从受试者在开始进食前5min内开始填写第一个问卷(t0)，并在接下来的一个小时内，每15min填写一次，一小时后每30min填写一次，共持续4h，即填写问卷时间点为：t0，t15，t30，t45，t60，t90，t120，t150，t180，t210，t240。总体食欲抑制评分(Overall Appetite Suppression Score，OASS)＝[饱足感评分+饱腹感评分+(100-饥饿感评分)+(100-预期进食量评分)]/4。
2)血糖指标：所有受试者提前2天佩戴硅基动感持续葡萄糖检测系统(CGM)(国械注准20213070871)以监测受试者试验天餐前10、5min，开始进食后15、30、45、60、90、120min的血糖数据，餐前两个血糖数据平均值作为餐前血糖数据。
3)不良事件：在所有试验天内，受试者被要求记录摄入测试食物的时间、不良事件(腹胀、打嗝、肠胃胀气、恶心、腹泻等)、疾病和用药情况。
测试结果：
各组饥饿感、饱腹感、预计进食量、饱足感、食欲抑制总分随时间的VAS评分如图10所示。图10中的结果表明：1)PPE-Ca组的饥饿感及预期进食量评分在进食30min后明显低于其他两组(P<0.05)，P组除了在预期进食量210、240min时显著低于BC组(P<0.05)，其余时间点评分总体来看略下降，但无统计学差异(P>0.05)；2)PPE-Ca组的饱腹感在45-180min时显著高于其余两组，P组在210、240min时显著高于BC组(P<0.05)，PPE-Ca组的饱足感在30、210、240min时显著高于BC组(P<0.05)，其余时间略高与BC组，但无统计学差异；3)食欲抑制总评分PPE-Ca组在45min之后相对于其他两组有明显的优势(P<0.05)。
各组进食后血糖增幅曲线如图11所示，图11中：*表示PPE-Ca组与BC组相比，有显著差异(P<0.05)；#表示P组与BC组相比，有显著差异(P<0.05)；各组进食后血糖反应曲线下面积增幅如图12所示，图12中：*表示与BC组相比，有显著差异(P<0.05)；#表示与BC组相比，有显著差异(P<0.05)。图11～图12中的结果表明：1)PPE-Ca组在30、45、60min的餐后血糖增幅明显低于空白对照组(P<0.05)，P组在餐后45min时的血糖增幅明显低于空白对照组(P<0.05)，餐后15、30、120min时，PPE-Ca组的血糖增幅小于P组，但无统计学差异；2)P组和PPE-Ca组餐后血糖反应曲线下面积增幅(IAUC)显著小于空白对照组(P<0.05)，PPE-Ca组IAUC显著小于P组(P<0.05)。
另外，试验期间，均为观察到恶心、呕吐、腹胀、腹泻、腹痛等胃肠道不良症状的发生。
以上研究结果表明，果胶短链脂肪酸酯与钙盐的组合物在血糖控制及提升饱腹感方面具有显著作用，其效果明显优于单纯果胶，提示了该组合物在减重和血糖管理中的巨大潜力。同时，该项实验在一定程度上验证了该组合物的安全性。
实施例7
果胶短链脂肪酸酯组合物可应用于固体饮料中，作为普通食品给消费者食用。将实施例1中的果胶丙酸酯组合物和其他原物料配合制作成固体饮料。兑水后即可服用，可餐前或随餐服用，以发挥其健康效益。具体配方及工艺如下：
称取果胶丙酸酯组合物50份，抗性糊精20份，麦芽糊精20份，赤藓糖醇10份，橙子香精0.1份。将所有原料进行逐级混合，以保证混合均匀性，具体如下：橙子香精与赤藓糖醇在进行预混，得到预混料1，预混料1再与麦芽糊精和1/2的抗性糊精进行混合，得到预混料2；预混料2再与果胶丙酸酯组合物及剩余1/2的抗性糊精进行混合，得到固体粉剂产品。
以上实施例结果表明，本发明提供的果胶短链脂肪酸酯组合物能够提高食欲抑制效果，并改善现有类似技术的一些局限性。本发明通过使用低酯果胶作为载体，在胃内与多价金属阳离子结合，提高食糜粘度，延缓胃排空，提高当餐饱腹感，帮助降低当餐进食量；同时，果胶短链脂肪酸酯在体内能够更持久并定向释放SCFA，延长饱腹感时间，从而更有效地减少食欲，帮助体重管理和肥胖治疗。此外，本发明的果胶短链脂肪酸酯制备过程操作简便、产物纯度高，有助于提高该技术在实际应用中的可行性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种果胶短链脂肪酸酯组合物，包括以下质量百分含量的组分：果胶短链脂肪酸酯40～96％，金属化合物4～60％。
2.根据权利要求1所述的果胶短链脂肪酸酯组合物，其特征在于，所述果胶短链脂肪酸酯中短链脂肪酸单元的质量百分含量为10％～60％。
3.根据权利要求1所述的果胶短链脂肪酸酯组合物，其特征在于，所述果胶短链脂肪酸酯中短链脂肪酸的取代度为0.2～1；所述果胶的酯化度低于50％。
4.根据权利要求1所述的果胶短链脂肪酸酯组合物，其特征在于，所述果胶短链脂肪酸酯的制备方法包括：
将果胶、酯化剂以及溶剂混合进行酯化反应，得到所述果胶短链脂肪酸酯；所述酯化剂为包括短链脂肪酸和短链脂肪酸酐中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的果胶短链脂肪酸酯组合物，其特征在于，所述酯化剂为短链脂肪酸酐，所述短链脂肪酸酐和果胶的摩尔比为(1～5.5):1；所述酯化反应的温度为30～65℃，时间为10～18h。
6.根据权利要求4所述的果胶短链脂肪酸酯组合物，其特征在于，酯化反应完成后，还包括对所得反应液进行纯化处理，得到果胶短链脂肪酸酯；所述纯化处理包括：将所得反应液依次进行洗涤、萃取、浓缩和干燥，得到纯化后的果胶短链脂肪酸酯；所述萃取包括依次进行的有机溶剂萃取、饱和氯化钠溶液萃取和饱和碳酸氢钠溶液萃取；所述有机溶剂萃取采用的有机溶剂为乙酸乙酯或二氯甲烷。
7.根据权利要求1所述的果胶短链脂肪酸酯组合物，其特征在于，所述金属化合物包括金属盐和金属氧化物中的一种或多种；所述金属化合物中的金属阳离子包括Ca2+、Mg2+、Zn2 +、Cu2+、Al3+和Fe3+中的一种或多种。
8.权利要求1～7任意一项所述果胶短链脂肪酸酯组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将部分果胶短链脂肪酸酯与金属化合物进行第一混合，得到预混料；所述部分果胶短链脂肪酸酯与金属化合物的质量比为(1～3):1；
将所述预混料和剩余部分果胶短链脂肪酸酯进行第二混合，得到所述果胶短链脂肪酸酯组合物。
9.权利要求1～7任意一项所述的果胶短链脂肪酸酯组合物或权利要求8所述制备方法制备的果胶短链脂肪酸酯组合物在食品、保健品或动物饲料中的应用或在制备药物中的应用；所述药物包括治疗肥胖的药物或降血糖的药物。
10.一种食欲抑制产品，其特征在于，包括权利要求1～7任意一项所述的果胶短链脂肪酸酯组合物或权利要求8所述制备方法制备的果胶短链脂肪酸酯组合物；所述食欲抑制产品的剂型为粉剂、液体制剂、胶囊剂或片剂。
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