牙膏預(yù)防外源性色素沉積功效的預(yù)測模型建立與應(yīng)用研究

謝 宇 簡銳東 李慧怡 周 悅 葉蓉姿 杜麗鏑 黎錦蘭 謝嘉穎 譚建華

(廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院，廣州 廣東 511447)

牙齒的外源性色斑主要是由于食物中帶入的有色物質(zhì)長期積累附著于牙齒表面的菌膜，久而久之生成難以去除的色斑[1]。外源性色斑大多數(shù)可在牙膏中的磨擦劑與表面活性劑共同作用下將其去除，但預(yù)防外源性色素的沉積對(duì)牙齒保持潔白同樣關(guān)鍵[2]。對(duì)于預(yù)防外源性色素沉積作用的體外評(píng)價(jià)手段也有不同方法，如紫外吸收光譜法[3,4]和色差法[5]。理論上，牙膏中功效成分的種類越多以及其含量越高均會(huì)具有更好的預(yù)防功效?；谠撍悸?，本研究嘗試探究功效成分的含量與功效結(jié)果之間的關(guān)系，并建立相應(yīng)的預(yù)測模型，隨后通過5款市售牙膏對(duì)預(yù)測模型進(jìn)行檢驗(yàn)，以望對(duì)早期的牙膏配方開發(fā)提供指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

單一功效成分(焦磷酸鈉)的牙膏樣品1號(hào)；單一功效成分(三聚磷酸鈉)的牙膏樣品2號(hào)；單一功效成分(植酸鈉)的牙膏樣品3號(hào)；5款市售牙膏(A、B、C、D、E)。

紅茶，立頓；胃粘蛋白(CAS84082-64-4)，美國Sigma；氯化鈉(NaCl)，二水合氯化鈣(CaCl2·2H2O)，磷酸二氫鉀(KH2PO4)，氯化鉀(KCl)，廠商均為廣州化學(xué)試劑廠；焦磷酸鈉，三聚磷酸鈉，植酸鈉，廠商均為麥克林公司；羥基磷灰石片(Hydroxyapatite Piece,HAPP)，美國Clarkson。

電子天平，BSA3202S-CW，德國Sartorius；色差計(jì)，CM-2600D，日本MINOLTA。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

分別制備焦磷酸鈉含量梯度為0%、1%、1.5%、2%、5%、8%、10%的牙膏樣品1號(hào)各100g；三聚磷酸鈉含量梯度為0%、1%、1.5%、2%、5%、8%、10%的牙膏樣品2號(hào)各100g；植酸鈉含量梯度為0%、1%、1.5%、2%、5%、8%、10%的牙膏樣品3號(hào)各100g。

配置紅茶溶液，取1包紅茶(約2.5g)加入100mL沸水中浸泡10min，過濾冷卻備用。

配置人工唾液，先稱取胃粘蛋白2.20g、氯化鈉0.38g、二水合氯化鈣0.21g、磷酸二氫鉀0.74g和氯化鉀1.11g溶解于1L去離子水中，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至7.0，置于4℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

按1∶1.6(牙膏∶水)的比例配置相應(yīng)的牙膏漿，將HAPP隨機(jī)分為不同實(shí)驗(yàn)組，每組8片，將HAPP浸泡于人工唾液，放置于37℃恒溫箱中5min后取出，放入相應(yīng)的牙膏漿液中3min，取出后洗凈吸干水分。將各組HAPP浸泡在紅茶中1min，取出后洗凈吸干水分，用色差計(jì)測量各HAPP的L*值。計(jì)算每組HAPP的L*平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1預(yù)測模型的建立

牙膏預(yù)防外源性色素沉積的作用機(jī)理根據(jù)功效成分的不同而有所差異，但以磷酸鹽為主要功效成分的牙膏主要是通過吸附獲得性膜，從而改變唾液獲得性膜的組成來抑制新的色源吸附，如三聚磷酸鈉能螯合鈣離子，而鈣離子能與蛋白質(zhì)、茶褐素和多酚等陰離子結(jié)合并附著于羥基磷灰石表面的獲得性膜形成色斑[6]。本研究首先制備3款單一功效成分的，不同含量梯度的牙膏樣品，并對(duì)其預(yù)防外源性色素沉積效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，3種不同功效成分的牙膏其L*平均值與含量關(guān)系如表1所示和圖1所示。

表1 不同含量的三種功效成分牙膏處理后HAPP的L*平均值

圖1 不同功效成分牙膏處理后HAPP的L*平均值與功效成分含量關(guān)系

結(jié)果表明，焦磷酸鈉、植酸鈉和三聚磷酸鈉3種功效成分都有一定的預(yù)防外源性色素沉積作用，而且隨著含量的增大HAPP的白度值亦呈現(xiàn)增大的趨勢。由圖1可以看出，焦磷酸鈉和三聚磷酸鈉的效果相比植酸鈉更好，當(dāng)含量高于2%時(shí)兩者處理后的HAPP白度值均高于植酸鈉處理的HAPP。

為建立預(yù)測模型，進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。采用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)對(duì)各組數(shù)據(jù)的正態(tài)性進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05，發(fā)現(xiàn)各組數(shù)據(jù)經(jīng)檢驗(yàn)后P值均大于0.05，說明數(shù)據(jù)均呈正態(tài)分布，進(jìn)而采用Pearson檢驗(yàn)分析三種功效成分的L*值與含量的相關(guān)關(guān)系，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05，如表2和圖2所示。

表2 三種功效成分的L*值與含量的正態(tài)性分析及相關(guān)性分析

(A:焦磷酸鈉; B:植酸鈉; C:三聚磷酸鈉)

圖2中可看到，3款牙膏的功效測試結(jié)果L*值均分布在擬合線兩側(cè)，而隨著功效成分含量的增大而呈現(xiàn)升高的趨勢。相關(guān)系數(shù)r是一個(gè)評(píng)價(jià)兩個(gè)變量線性相關(guān)度的指標(biāo)，其取值范圍為[-1,1]，正負(fù)表明正相關(guān)或負(fù)相關(guān)，r越接近-1或1表明線性相關(guān)程度越高。表2結(jié)果進(jìn)一步說明，牙膏預(yù)防外源性色素沉積的效果與牙膏中功效成分的含量具有顯著性正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，以焦磷酸鈉、植酸鈉和三聚磷酸鈉作單一功效成分的牙膏相關(guān)系數(shù)分別為0.783、0.790、0.860。

線性回歸是確定兩種或兩種以上變量間相互依賴的定量關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)分析方法，以決定系數(shù)R2作為評(píng)價(jià)擬合好壞的指標(biāo)，其含義是自變量所能解釋的方差在總方差中所占的百分比，取值越大說明模型的效果越好[7]。決定系數(shù)R2取值范圍在[0,1]，R2越接近1表明擬合性越好。該研究的預(yù)測模型采用SPSS20.0軟件包，對(duì)3種成分的L*值與含量的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果見表3。

表3 三種功效成分的L*值與含量的線性回歸分析結(jié)果

由表3所知，三聚磷酸鈉的預(yù)測模型擬合程度較好，回歸方程：L*=78.49+0.85×含量；功效成分含量對(duì)L*值的影響有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；牙膏中功效成分的含量可以解釋L*值變異的74%，影響程度中等(R2=0.740)，更具體來說是導(dǎo)致L*值變化的因素中，三聚磷酸鈉含量的改變占其中的74%。焦磷酸鈉和植酸鈉的預(yù)測模型亦有中等程度的擬合度，R2分別為0.613和0.623。為對(duì)建立的預(yù)測模型進(jìn)行檢驗(yàn)，該研究購買了5款市售牙膏，并對(duì)牙膏中的焦磷酸鈉、植酸鈉和三聚磷酸鈉的含量進(jìn)行了測定，以及對(duì)市售牙膏預(yù)防外源性色素的沉積作用進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2預(yù)測模型的應(yīng)用與檢驗(yàn)

建立牙膏預(yù)防外源性色素沉積效果的預(yù)測模型本意是通過牙膏中功效成分的添加量以預(yù)估該牙膏對(duì)外源性色素沉積的預(yù)防作用，從而可節(jié)省牙膏新品的開發(fā)成本與周期。為應(yīng)用并檢驗(yàn)該預(yù)測模型，先采用離子色譜法對(duì)市售5款牙膏中的焦磷酸鈉、植酸鈉和三聚磷酸鈉的含量進(jìn)行測定，結(jié)果列于表4。

表4 五款市售牙膏中三種功效成分的含量

結(jié)果表明，5款牙膏中僅牙膏A采用了焦磷酸鈉、植酸鈉和三聚磷酸鈉三種作為預(yù)防外源性色素的功效成分，其他牙膏僅含其中一種或兩種成分。將結(jié)果代入模型的公式中，可計(jì)算出5款牙膏對(duì)外源性色素沉積預(yù)防功效的預(yù)測值；進(jìn)一步地，評(píng)價(jià)5款牙膏對(duì)外源性色素沉積的預(yù)防效果，結(jié)果作為實(shí)測值如表5所示。

表5列出了3種功效成分的預(yù)測模型所計(jì)算的L*值結(jié)果，以及牙膏處理HAPP后實(shí)際測試的L*值，其中表明，焦磷酸鈉預(yù)測模型的結(jié)果更接近于實(shí)際結(jié)果，結(jié)合牙膏配方中各成分的含量比例，說明幾款市售牙膏對(duì)預(yù)防外源性色素沉積起主要作用的是焦磷酸鈉；另一方面，相比集多種功效成分于同一配方的牙膏，單一的功效成分牙膏實(shí)際的預(yù)防色素沉積效果較弱。

表5 五款市售牙膏預(yù)防外源性色素沉積功效的預(yù)測L*值與實(shí)測L*值

3 結(jié)論

該研究以羥基磷灰石片為底物，采用CIE LAB1976色空間體系作為指標(biāo)，對(duì)5款市售牙膏預(yù)防外源性色素沉積的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并結(jié)合離子色譜探究各牙膏中功效成分的含量與預(yù)防色素沉積的作用之間的關(guān)系。結(jié)果表明，焦磷酸鈉、植酸鈉和三聚磷酸鈉是所測牙膏中添加的功效成分，其含量與預(yù)防外源性色素沉積的作用具有顯著性正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；而3種成分建立的預(yù)測模型均具有中等程度的擬合度，R2分別為0.740、0.613和0.623。經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，焦磷酸鈉預(yù)測模型的結(jié)果更接近于實(shí)際結(jié)果；此外，多種成分配伍的牙膏相比單一功效成分牙膏對(duì)外源性色素的預(yù)防效果更理想。