Introduzione
Disturbi della deglutizione dovuti a una malattia, recupero dopo un'operazione alla gola o all'esofago, nascita prematura e così via: sono molte le ragioni per cui un paziente potrebbe non essere in grado di mangiare da solo, e un prodotto nutrizionale liquido viene fornito direttamente nel tratto gastrointestinale, senza assunzione orale.
Le formulazioni per l'alimentazione con sondino soddisfano le esigenze nutrizionali del paziente e contengono nutrienti essenziali come carboidrati e proteine. Non solo la loro composizione è fondamentale per garantire il comfort e la sicurezza del paziente, ma devono anche soddisfare le aspettative in termini di fluidità, stabilità e biodisponibilità degli ingredienti. Le formulazioni devono scorrere facilmente attraverso i tubi. Inoltre, devono essere stabili a riposo per garantire che non avvengano né sedimentazione né separazione di fase. Infine, il comportamento del flusso nello stomaco è di fondamentale importanza, per ridurre i rischi di vomito, di problemi di aspirazione e di passaggio attraverso la laringe al sistema respiratorio. La digestione nell'ambiente acido dello stomaco comporta processi chimici che determinano cambiamenti strutturali e reologici negli alimenti.
Di seguito, la digestione di una formulazione commerciale per l'alimentazione in sondino viene simulata ex-situ nel reometro rotazionale Kinexus. Dopo questo processo di digestione, il campione così preparato viene caratterizzato mediante sweep di frequenza. Ciò consente di studiare l'influenza della digestione sulle caratteristiche reologiche.
Digestione ex-situ sul reometro rotazionale Kinexus
Il setup per la simulazione della digestione è costituito da:
- Il reometro rotazionale Kinexus dotato di un agitatore in acciaio inossidabile con 2 lame, con un diametro di 32 mm (figura 1). La tazza è stata introdotta nella cartuccia del cilindro per garantire un controllo accurato della temperatura.
- Una coppa in acciaio inossidabile con un diametro di 34 mm.
- Una trappola per solventi riempita d'acqua per ridurre al minimo l'evaporazione del campione.
L'ambiente acido dello stomaco è stato simulato aggiungendo una soluzione con un valore di pH 2 (soluzione acida) alla formulazione del mangime in provetta (soluzione 3; vedi anche tabella 1). La digestione è stata simulata agitando questa miscela a 37°C per tre ore a una velocità di taglio di 1 s-1.
Una seconda soluzione è stata preparata come descritto nella tabella 1 per garantire che eventuali differenze tra le misurazioni derivino dall'acido presente e non dalla preparazione.
Tabella 1: Preparazione delle soluzioni
| Soluzione n. | Formulazione del tubo di alimentazione | Condizione di agitazione | ||
|---|---|---|---|---|
| Durata | Temperatura | Velocità di taglio | ||
| 1 | Puro | - | - | - |
| 2 | Miscelato con acqua distillata in un rapporto formulazione/acqua: 100/3 (p/p) | 3 ore | 37°C | 1 s-1 |
| 3 | Miscelato con la soluzione acida in un rapporto formulazione/soluzione acida: 100/3 (p/p) | 3 ore | 37°C | 1 s-1 |
Influenza della digestione sulle proprietà reologiche
Sono stati condotti sweep di frequenza sulle tre soluzioni preparate in base alla tabella 1. A tale scopo, è stata utilizzata una geometria a piastra da 60 mm. Anche in questo caso, la geometria è stata dotata di una trappola per solventi riempita d'acqua. Questo accessorio può essere adattato a tutti i tipi di geometrie Kinexus. Le misure sono state eseguite a 25°C con una deformazione dell'1%. Questa deformazione è stata trovata nella regione lineare-viscoelastica dei materiali per mezzo di uno sweep di ampiezza (non presentato). La Figura 2 mostra la curva del modulo di taglio elastico misurata durante lo sweep di frequenza sulle tre soluzioni.
Le curve del modulo di taglio elastico delle misurazioni del tubo-alimento puro (triangoli verdi) e della soluzione di riferimento (agitata per 3 ore dopo l'aggiunta del 3% di acqua; quadrati blu) non presentano differenze visibili. L'aggiunta di una soluzione acida alla formulazione del mangime e l'agitazione della miscela per 3 ore causano una diminuzione di G´ (croci nere).
Conclusioni e prospettive
È stato utilizzato un setup che simula la digestione con il reometro rotazionale Kinexus. La soluzione preparata con il sistema dedicato è stata confrontata reologicamente con una soluzione di riferimento sulla base di sweep di frequenza. L'agitazione in ambiente acido per 3 ore (simulando lo stomaco) determina una diminuzione del modulo di taglio elastico.
Le geometrie e gli accessori standard del reometro rotazionale Kinexus possono essere utilizzati sia per simulare la digestione sia per eseguire la successiva caratterizzazione reologica a temperatura controllata e senza evaporazione. Grazie alla bassa capacità di torsione del reometro Kinexus, è possibile testare con precisione anche materiali dalla struttura molto debole.
Come possibile ulteriore sviluppo di questo approccio, va menzionata in particolare la possibilità di incorporare enzimi digestivi per descrivere in modo ancora più dettagliato l'ambiente nello stomaco.