用于制備甲基纖維素水溶液的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于制備某一甲基纖維素的水溶液的方法，并且涉及例如在誘發(fā) 飽腹感的方法中用作食物添加劑或食物替代物的某一甲基纖維素的水溶液。
【背景技術】
[0002] 在常規(guī)上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)甲基纖維素極其適用于各種應用，提供加厚、凍/融穩(wěn)定性、 潤滑性、保濕性和放濕性、膜形成、質(zhì)地、稠度、形狀保持性、乳化、粘合、膠凝和懸浮特性。甲 基纖維素的一種不尋常特性是其已知在水中展現(xiàn)逆向熱膠凝，換句話說，含水甲基纖維素 在較冷溫度下可溶并且在較熱溫度下膠凝。大部分級別的甲基纖維素在大約50到60°C下 膠凝。
[0003] 在水中在相對低的溫度38到44°C下膠凝的甲基纖維素級別一般可以商標名 METHOCEL SG或SGA(陶氏化學公司（The Dow Chemical Company))獲得。美國專利第 6, 235, 893號傳授低到31°C膠凝的甲基纖維素。美國專利第6, 235, 893號中所述的甲基纖 維素在溶解于水中時，具有增強的凝膠強度。測量凝膠強度的一種方式是凝膠穿刺力。
[0004] 已經(jīng)描述適于誘發(fā)個體飽腹感的特定級別的甲基纖維素。國際專利申請案 W02011/139763公開一種冷的含水藥劑或食物補充劑，當被個體攝入并溫熱時，在個體的胃 中形成凝膠塊，所述凝膠炔基本上由甲基纖維素和水組成。W02011/139763的實例中所用的 甲基纖維素的膠凝溫度是28 °C。
[0005] 在營養(yǎng)學方面，飽腹感是涉及個體是否已充分攝入的心理和生理感知的復雜反 應?？梢杂^察到呈以下形式的飽腹感：在攝食后食欲立刻減小或在下次用餐時食物攝入減 少?？梢岳斫猓趥€體攝食比需要更多的熱量的情況下，控制飽腹感是最恰當?shù)?。誘發(fā)飽腹 感可以適用于使得熱量攝入減少，即用于審美目的（即，作為體重減輕或體重管理的瘦身 助劑）或用于醫(yī)學治療（例如治療肥胖癥）。出于本說明書的目的，"飽腹感"是指個體熱 量攝入的凈減少或饑餓反應的穩(wěn)固減少。當飽腹感是通過特定級別的甲基纖維素誘發(fā)時， 其常常認為在足夠的凝膠破裂力F eF(37°C )下產(chǎn)生。
[0006] 雖然冊2011/139763和美國專利第6,235,893號中所述的甲基纖維素由于其在水 中的膠凝溫度低而極其適用，但是不利的是其難以完全水合，即難以將其引入水溶液中以 具有當溫熱到37°C時提供足夠凝膠破裂力的能力。如W02011/139763中所述，為了獲得膠 凝溫度僅為28°C的甲基纖維素的2%水溶液，在室溫下將相應量的經(jīng)研磨和干燥的甲基纖 維素添加到水中，同時在500rpm下攪拌，將摻合物冷卻到約1. 5°C并且逐步降低攪拌器的 速度：500rpm持續(xù)15分鐘，接著400rpm持續(xù)10分鐘，接著200rpm持續(xù)10分鐘并且接著 lOOrpm持續(xù)5小時。接著將溶液儲存在約0.5到約1°C下過夜。不利的是，此類方法耗時 過長并且需要過度的冷卻。可以商標名METHOCEL SG或SGA(陶氏化學公司）在市面上購 得并且略微較高的溫度下，通常在38到44°C下在水中膠凝的甲基纖維素可以在略微較高 的溫度下，例如在最多l(xiāng)〇°C的溫度下引入水溶液，但是這種類型的甲基纖維素同樣需要冷 卻并且將甲基纖維素引入水溶液的方法也耗時過長。
[0007] 因此，本發(fā)明的一個目的是提供更有效的用于制備具有低膠凝溫度的甲基纖維素 的水溶液的方法。
[0008] 所屬領域的技術人員已經(jīng)提出，將特定類型的化合物添加到飲料可以在攝取飲料 后化合物形成強胃凝膠時增強饑餓抑制。強凝膠可以通過在食物中包括高濃度（例如5重 量％或更高濃度）的膠凝甲基纖維素而在個體正常體溫的溫度下形成，但是高濃度的膠凝 甲基纖維素出于感官原因（確切地說，當膠凝甲基纖維素以高濃度并入在食物中時略微粘 滑的質(zhì)地）不被許多消費者所接受。因此，仍需要i)包含上文提及的甲基纖維素的含水 膠凝組合物的凝膠強度可以在不實質(zhì)上增加組合物中甲基纖維素的濃度的情況下增加，和 /或ii)組合物中甲基纖維素的濃度可以在不實質(zhì)上降低含水膠凝組合物的凝膠破裂力 F eF(37°C )的情況下降低。
[0009] 2012年10月11日提交的同在申請中的國際專利申請案PCT/US12/059714傳授如 果組合物中包括蛋白質(zhì)，使得重量比w(蛋白質(zhì)）/V(甲基纖維素）為至少0. 7/1. 0,那么包 含上文提及的甲基纖維素的含水膠凝組合物的凝膠強度可以顯著增加。然而，并不希望蛋 白質(zhì)存在于所有食物、食物成分或食物補充劑中。因此，仍需要無蛋白質(zhì)含水膠凝組合物的 凝膠強度可以增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 出人意料的是，已發(fā)現(xiàn)如果甲基纖維素在如下文所定義的高剪切下與水接觸，那 么可以在不將水和甲基纖維素的混合物長時間儲存在顯著低于甲基纖維素的膠凝溫度的 溫度下的情況下，產(chǎn)生具有低膠凝溫度的甲基纖維素的水溶液。甚至更出人意料的是，已 發(fā)現(xiàn)如下文所定義的某一甲基纖維素的水溶液的凝膠強度，例如凝膠穿刺力或凝膠破裂力 Fsf(37°C )可以通過這一方法增加。
[0011] 因此，本發(fā)明的一個方面是一種用于制備具有由1-4個鍵連接的脫水葡萄糖單元 的甲基纖維素的水溶液的方法，其中脫水葡萄糖單元的羥基經(jīng)甲基取代，使得s23/s26為 〇. 36或更小，其中s23是僅脫水葡萄糖單元的2和3位的兩個羥基經(jīng)甲基取代的脫水葡萄 糖單元的摩爾分數(shù)并且其中s26是僅脫水葡萄糖單元的2和6位的兩個羥基經(jīng)甲基取代 的脫水葡萄糖單元的摩爾分數(shù)，其中所述方法包含使甲基纖維素與含水液體在至少1000s 1 的剪切速率下混合的步驟。
[0012] 本發(fā)明的另一個方面是一種上文提及的甲基纖維素的無蛋白質(zhì)水溶液，其中以所 述水溶液的總重量計，所述甲基纖維素的濃度為〇. 2到2. 5重量％并且所述水溶液的凝膠 破裂力Fsf(37°C)為i)當所述甲基纖維素的濃度為0. 2到0.4重量％時，至少1.4N，ii)當 所述甲基纖維素的濃度為0.5到0.7重量％時，至少2. ON，iii)當所述甲基纖維素的濃度 為0. 8到1. 0重量％時，至少2. 5N，iv)當所述甲基纖維素的濃度為1. 1到1. 3重量％時， 至少3. 5N，v)當所述甲基纖維素的濃度為1.4到1.6重量％時，至少4. 5N，vi)當所述甲基 纖維素的濃度為1. 7到1. 9重量％時，至少9. ON，vii)當所述甲基纖維素的濃度為2. 0到 2. 2重量％時，至少11. 0N或viii)當所述甲基纖維素的濃度為2. 3到2. 5重量％時，至少 13. 0N〇
[0013] 本發(fā)明的又一個方面是包含或由上文提及的甲基纖維素水溶液制成的藥劑、食 物、食物成分或食物補充劑。
[0014] 本發(fā)明的又一個方面是一種個體減少熱量攝入、誘發(fā)飽腹感或可逆地減少胃空隙 容積、或治療胃潰瘍、胃食管反流疾病或肥胖癥、或輔助非肥胖個體瘦身、體重減輕或體重 控制的方法，其包含向所述個體投與上文提及的水溶液或上文提及的藥劑、食物、食物成分 或食物補充劑的步驟。
【具體實施方式】
[0015] 本發(fā)明的方法涉及一種用于制備甲基纖維素水溶液的高剪切方法。甲基纖維素水 溶液可以是液體樣或固體樣。溫度為約〇. 5到10°C的本發(fā)明的冷液體樣水溶液形式隨著其 溫度接近體溫（37°C)而變換成其溫固體樣物理凝膠形式，并且在體溫下其滿足或超過如 下文所進一步定義的與飽腹感應用有關的目標凝膠破裂力F eF(37°C )。
[0016] 用于制備本發(fā)明的水溶液的甲基纖維素具有由1-4個鍵連接的脫水葡萄糖單元。 每個脫水葡萄糖單元在2、3和6位處含有羥基。部分或完全取代這些羥基產(chǎn)生纖維素衍生 物。舉例來說，用苛性堿溶液、隨后用甲基化劑處理纖維素纖維得到經(jīng)一或多個甲氧基取代 的纖維素醚。如果不另外經(jīng)其它烷基取代，那么這種纖維素衍生物稱為甲基纖維素。本發(fā) 明的一個基本特征是使用特定甲基纖維素，其中脫水葡萄糖單元的羥基經(jīng)甲基取代，使得 s23/s26為0. 36或更小、優(yōu)選地0. 33或更小、更優(yōu)選地0. 30或更小、最優(yōu)選地0. 27或更 小或0. 26或更小、并且尤其0. 24或更小或0. 22或更小。通常，s23/s26為0. 08或更大、 〇. 10或更大、〇. 12或更大、0. 14或更大、或0. 16或更大。如本文所用，術語"其中脫水葡萄 糖單元的羥基經(jīng)甲基取代"意思指羥基中的氫經(jīng)甲基替換以形成甲氧基。
[0017] 在比率s23/s26中，s23是僅脫水葡萄糖單元的2和3位的兩個羥基經(jīng)甲基取代 的脫水葡萄糖單元的摩爾分數(shù)，并且s26是僅脫水葡萄糖單元的2和6位的兩個羥基經(jīng)甲 基取代的脫水葡萄糖單元的摩爾分數(shù)。對于測定s23,術語"僅脫水葡萄糖單元的2和3位 的兩個羥基經(jīng)甲基取代的脫水葡萄糖單元的摩爾分數(shù)"意思指2和3位的兩個羥基經(jīng)甲基 取代并且6位為未經(jīng)取代的羥基。對于測定s26,術語"僅脫水葡萄糖單元的2和6位的兩 個羥基經(jīng)甲基取代的脫水葡萄糖單元的摩爾分數(shù)"意思指2和6位的兩個羥基經(jīng)甲基取代 并且3位為未經(jīng)取代的羥基。
[0018] 下式I圖示脫水葡萄糖單元中羥基的編號。
[0020] 甲基纖維素的DS (甲基）為優(yōu)選地1. 55到2. 25、更優(yōu)選地1. 65到2. 20并且最優(yōu) 選地1. 70到2. 10。甲基纖維素的甲基取代度DS (甲基）（也表示為DS (甲氧基））為每一 脫水葡萄糖單元中經(jīng)甲基取代的0H基團的平均數(shù)。
[0021] 甲基纖維素⑶中甲氧基％的測定是根據(jù)美國藥典（United States Pharmacopeia，USP 34)執(zhí)行。所獲得的值是甲氧基％。其隨后轉換為甲基取代基的取代 度（DS)。已在轉換中考慮了殘余量的鹽。
[0022] 當以2重量％水溶液形式在5°C下在10s 1剪切速率下測量時，甲基纖維素的粘度 為優(yōu)選地至少50mPa ? s、更優(yōu)選地至少200mPa ? s、甚至更優(yōu)選地至少400mPa ? s或至少 500mPa ? s并且最優(yōu)選地至少600mPa ? s或至少700mPa ? s〇當如上文所指示測量時，甲基 纖維素的粘度為優(yōu)選地最多30000mPa ? s、更優(yōu)選地最多l(xiāng)OOOOmPa ? s、甚至更優(yōu)選地最多 7000mPa ? s并且最優(yōu)選地最多6000mPa ? s或最多3000mPa ? s或最多2000mPa ? s或甚至 僅最多 1500mPa ? s。
[0023] 在用于制備水溶液的方法中，通常采用呈研磨和干燥形式的上述甲基纖維素。甲 基纖維素與含水液體在至少 1()(K)S \優(yōu)選地至少5000s \更優(yōu)選地至少10000s \甚至更優(yōu) 選地至少15000s1并且最優(yōu)選地至少25000s 1或甚至至少35000s 1的剪切速率下混合。剪 切速率通常最多150, 000s \更通常最多100, 000s \甚至更通常最多80000s 1并且最通常 最多60, 000s1。甚至可以施加更高剪切速率，但是其并不提供任何額外優(yōu)勢。術語"剪切 速率"是更專業(yè)術語"剪切應變速率"的常用術語。
[0024] 上文提及的剪切速率可以在高剪切裝置中獲得，如高剪切混合器（也稱為轉 子-定子混合器或均質(zhì)器）、高剪切磨機或高剪切栗。高剪切裝置通常包含轉子以及剪切裝 置的固定部分，也稱為"固定物"，如定子或外殼。固定物在轉子和其自身之間產(chǎn)生密合間隙 并且在此間隙中形成材料的高剪切帶。固定物可以包括單行或多行開口、間隙或輪齒以誘 發(fā)一種剪切頻率并且增加湍流能。
[0025] 混合的程度或徹底性的一個度量是由混合裝置在高頂端速度下產(chǎn)生的剪切力。當 一個區(qū)域的流體以相對于相鄰區(qū)域的不同速度行進時，流體進行剪切。轉子的頂端速度是 根據(jù)下式由旋轉產(chǎn)生的動能的量度：
[0026] 頂端速度=轉子的旋轉速率X轉子周長。
[0027] 在本發(fā)明的方法中，轉子