荊芥口香糖的工藝優(yōu)化

張樂樂,黃林玉,陳美珠,汪菲菲,楚艷艷,劉生杰

（1.阜陽師范大學(xué)生物與食品工程學(xué)院,安徽 阜陽 236037;2.阜陽師范大學(xué)信息工程學(xué)院,安徽 阜陽 236041;3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,江蘇 南京 210095）

在全球范圍內(nèi),口腔癌在常見的惡性腫瘤中排名第六,據(jù)報(bào)道,每年新增口腔癌患者26.3萬例,其中每年有13萬人死于口腔癌[1].常見的口腔疾病包括:齲齒和牙周病,主要是由于不正確的口腔衛(wèi)生習(xí)慣,使得口腔微生物附著在唾液膜上發(fā)展成牙菌斑[2].口腔微生物還能夠直接代謝化學(xué)致癌物和引發(fā)炎癥反應(yīng),參與癌癥和其他慢性疾病的發(fā)生[3],例如幽門螺旋菌感染誘發(fā)胃癌[4],口腔細(xì)菌也會(huì)誘發(fā)支氣管炎、肺炎、糖尿病、心臟病等疾病[5].常見的家庭牙齒護(hù)理方法主要有刷牙和使用漱口水來清潔牙齒,可以減少牙菌斑的積累,但是牙膏和漱口水在口腔中停留的時(shí)間較短.而藥物口香糖則可以通過較長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)械咀嚼,減少牙菌斑的產(chǎn)生起到抗菌療效.因此,口香糖在預(yù)防牙菌斑和減少口腔細(xì)菌方面發(fā)揮了重要作用[6].嚼口香糖可以緩解口腔衛(wèi)生[7],提高注意力[8],緩解緊張[9],清新口氣[10],減少吸煙沖動(dòng)[11],作為低卡路里的零食,通過咀嚼攝入補(bǔ)充維生素或藥物[12-13],同時(shí)有助于剖宮產(chǎn)后胃腸功能的恢復(fù)[14].除此之外,也發(fā)現(xiàn)口香糖具有提神醒腦、提高記憶力、有助于促進(jìn)臉部健康和美容以及預(yù)防老年癡呆的功效[15].

過度使用合成化學(xué)抗菌劑,如氯已定漱口液或是使用抗生素,會(huì)引起口腔細(xì)菌耐藥性問題,導(dǎo)致逐漸喪失藥效,而天然產(chǎn)物是很好的抗菌劑[16].多酚化合物既可以預(yù)防微生物引起的口腔疾病,又可以維持口腔健康[17].荊芥（Schizone petatenuifolia Briq.）別名假蘇,為唇形科荊芥屬多年生草本植物,其干燥莖葉和花穗入藥史久遠(yuǎn)[18].荊芥中主要化學(xué)成分為揮發(fā)油類,還含有黃酮及苷類化合物、萜類化合物及其他化合物,藥理作用包括抗病毒、抗炎鎮(zhèn)痛、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)、抗菌、止血功效[19].研究發(fā)現(xiàn)荊芥應(yīng)用到飲品中可以增強(qiáng)抑菌活性[20].因此開發(fā)具有清潔口腔、抑菌口香糖具有十分深遠(yuǎn)的社會(huì)意義.

本研究利用正交試驗(yàn),以荊芥作為主要藥效成分,添加木糖醇、抗壞血酸、麥芽糊精等物質(zhì)開發(fā)具有抑菌作用的口香糖.

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑口香糖膠基,無錫市三喜膠基制造有限公司;抗壞血酸,石藥集團(tuán)維生藥業(yè)有限公司;麥芽糊精,河南恩苗食品有限公司;木糖醇,天津阿爾發(fā)保健品有限公司;荊芥,阜陽潁州大潤(rùn)發(fā)超市;金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白假絲酵母菌均購(gòu)買于北納生物有限公司.

1.1.2 主要儀器設(shè)備HH-4J型水浴鍋,金壇市杰瑞爾電器有限公司;SW-CJ-1G型超凈工作臺(tái),蘇州博萊爾凈化設(shè)備有限公司;DZK-K30B型真空干燥箱,合肥華德利科學(xué)器材有限公司）;PWT-P75B型微生物培養(yǎng)箱,合肥華德利科學(xué)器材有限公司;DHP-9162型電熱恒溫培養(yǎng)箱,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;TAXTC型質(zhì)構(gòu)儀,上海保圣實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司.

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 口香糖工藝流程口香糖的工藝流程如圖1所示.

圖1 口香糖的生產(chǎn)工藝流程Fig.1 Production process of chewing gum

1.2.2 試驗(yàn)過程

1.2.2.1 荊芥汁的制備 取新鮮荊芥,去除腐敗葉片,洗凈晾干,置60℃烘箱內(nèi)烘干6 h,研磨成粉末,過80目篩備用.精確稱取200 g荊芥粉末,蒸煮20 min后紗布過濾取濾液,定容于500 mL,即得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%荊芥汁.

1.2.2.2 膠基的預(yù)處理 將事先稱量好的膠基置于恒溫烘箱內(nèi),保濕軟化2~4 h.

1.2.2.3 輔料的制備 準(zhǔn)確稱取木糖醇、麥芽糊精、抗壞血酸適量,用玻璃棒充分?jǐn)嚢杈鶆?

1.2.2.4 主料與輔料調(diào)和 將軟化后的膠基與荊芥汁混合攪拌,再加入制備的輔料,使之充分混合均勻.

1.2.2.5 延壓切割 將混合物反復(fù)擠壓制成組織結(jié)構(gòu)緊密的口香糖,切割成1 cm×3 cm規(guī)格.

1.2.2.6 冷卻老化 將已切割好的塊狀口香糖片放在20℃,相對(duì)濕度30%~60%的條件下老化24 h.

1.2.2.7 滅菌 將老化好的口香糖放在紫外線下滅菌30 min.

1.2.2.8 包裝 將滅菌好的口香糖用涂蠟錫箔紙包裝,置于老化條件下貯藏.

1.2.3 單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)配方：膠基10 g,抗壞血酸添加量為0.3 g,麥芽糊精的添加量為3 g.荊芥汁的添加量為5 mL,木糖醇的添加量為6 g.在基礎(chǔ)配方上進(jìn)行優(yōu)化,膠基10 g,抗壞血酸添加量為0.3 g,其中麥芽糊精添加量分別為1 g、2 g、3 g、4 g、5 g,荊芥汁的添加量分別是4 mL、5 mL、6 mL、7 mL、8 mL,木糖醇添加量分別為2 g、4 g、6 g、8 g、10 g,對(duì)口香糖感官評(píng)價(jià)和質(zhì)構(gòu)分析.

1.2.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)以單因素試驗(yàn)為基礎(chǔ),選擇麥芽糊精、荊芥汁、木糖醇3個(gè)因素,選用L9（33）表進(jìn)行正交試驗(yàn).

1.2.5 感官評(píng)定感官試驗(yàn)使用10人評(píng)分法,邀請(qǐng)感官評(píng)價(jià)人員從荊芥口香糖的多個(gè)角度進(jìn)行感官評(píng)價(jià).根據(jù)文獻(xiàn)[21]口香糖綜合評(píng)分表標(biāo)準(zhǔn),略加修改制定荊芥口香糖的感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),見表1.

表1 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Standards of grading on sense

1.2.6 荊芥口香糖的全質(zhì)構(gòu)測(cè)定

1.2.6.1 樣品的準(zhǔn)備 選用正交試驗(yàn)的試驗(yàn)樣品進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)（TPA）測(cè)定,由于試驗(yàn)樣品經(jīng)過剪切包裝處理大小形狀一致,符合全質(zhì)構(gòu)測(cè)定要求,無需再進(jìn)行特殊處理.

1.2.6.2 參數(shù)設(shè)置 試驗(yàn)類型采用全質(zhì)構(gòu)（TPA）分析,探頭TA/5,測(cè)試速度0.50 mm/s,測(cè)試前速度2.00 mm/s,測(cè)試后速度1.00 mm/s,目標(biāo)模式為距離,測(cè)試類型為下壓,目標(biāo)值0.50 mm,時(shí)間2.00 s,接觸點(diǎn)5.00 gf,接觸點(diǎn)類型為力,測(cè)試口香糖的硬度、彈性、黏聚性、咀嚼性.

1.2.7 荊芥口香糖的抑菌效果選取金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白假絲酵母菌三種口腔中代表菌株,通過抑菌圈試驗(yàn)法探究荊芥口香糖的抑菌效果.

1.2.7.1 制備荊芥口香糖提取液 稱取最佳配方的口香糖2 g,切碎后放置在滅菌后的燒杯中,稱量20 mL的無菌水,沸水浴1 h,取出用100目的紗網(wǎng)過濾,濾液濃縮至約2 mL,過0.22 μm濾膜備用.

1.2.7.2 抑菌步驟 制備固體培養(yǎng)基滅菌→菌種的活化→涂布接種→濾紙片分別在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%荊芥汁、口香糖提取液中沾濕→放在涂有菌液的固體培養(yǎng)基中→培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h→觀察結(jié)果→計(jì)算抑菌圈.根據(jù)同樣的步驟以沾有無菌水的濾紙片為空白對(duì)照,方法參照國(guó)標(biāo)GB/T 38483-2020[22].

1.2.8數(shù)據(jù)分析所有數(shù)據(jù)重復(fù)3次,用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示.采用Origin Pro 8.6軟件繪圖分析,并用SPPS Statistics軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析處理,進(jìn)行單向方差分析（ANOVA）.

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 麥芽糊精的添加量確定抗壞血酸量為0.3 g,木糖醇添加量為6 g,荊芥汁添加量為5 mL,麥芽糊精用量分別為1 g、2 g、3 g、4 g、5 g,共5組.進(jìn)行感官評(píng)價(jià),感官評(píng)價(jià)結(jié)果，如圖2所示.

圖2 麥芽糊精的添加量對(duì)感官評(píng)價(jià)和全質(zhì)構(gòu)的影響Fig.2 Influence of the maltodextrin dosage on sensory quality and texture of chewing gum

由圖2-a可以看出，隨著麥芽糊精的添加量在1~3 g范圍內(nèi)增加,感官評(píng)價(jià)分值數(shù)逐漸增大,當(dāng)麥芽糊精添加量增加到3 g時(shí),感官評(píng)價(jià)最好.硬度和咀嚼性的分析如圖2-b所示,硬度是物體第一次被壓縮時(shí)的最大峰值,是衡量食品保持形狀的內(nèi)部結(jié)合力[23],麥芽糊精的添加量在1~3 g范圍內(nèi),硬度較大,與感官評(píng)價(jià)的分?jǐn)?shù)是一致的.咀嚼性測(cè)試產(chǎn)品被咀嚼到可以吞咽時(shí)所需的次數(shù)和時(shí)間,數(shù)值上等于硬度、彈性、黏聚性的乘積,與硬度、彈性、黏聚性三個(gè)指標(biāo)有關(guān)[24].彈性、黏聚性和回復(fù)性如圖2-c所示.彈性在0.78~0.93之間,黏聚性在1.12~1.15之間,回復(fù)性在0.28~0.36之間,無顯著性差異（P＞0.05）.所以,初步確定麥芽糊精的添加量為3 g.

2.1.2 荊芥汁添加量確定抗壞血酸添加量為0.3 g,木糖醇添加量為6 g,麥芽糊精添加量為3 g,荊芥汁添加量分別為4 mL、5 mL、6 mL、7 mL、8 mL,共5組.進(jìn)行感官評(píng)價(jià),結(jié)果如圖3所示.

圖3 荊芥汁的添加量對(duì)感官評(píng)價(jià)和質(zhì)構(gòu)的影響Fig.3 Influence of the volume of Schizonepeta tenuifolia Briq juice on sensory quality and texture of chewing gum

由圖3-a可以看出,隨著荊芥汁的添加量的增加,感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)逐漸升高,添加量為6 mL時(shí),感官評(píng)價(jià)最好.之后隨著荊芥汁添加量的持續(xù)增大,感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)持續(xù)下降,由于荊芥汁的含量過多,而導(dǎo)致口香糖質(zhì)地十分軟榻,口感不適.硬度和咀嚼性的分析如圖3-b所示,彈性、黏聚性和回復(fù)性如圖3-c所示.隨著荊芥汁添加量從40 mL增加到80 mL,口香糖的硬度、咀嚼性以及彈性是逐漸下降的,硬度從2 360.07±115.26 gf下降到976.23±69.05 gf,咀嚼性從2 692.24±86.95 gf下降到614.22±80.41 gf,彈性從0.99±0.03下降到0.58±0.05,且顯著性差異（P＜0.05）,可見水分的含量對(duì)口香糖的質(zhì)構(gòu)影響較大.黏聚性在1.08~1.15之間,回復(fù)性在0.32~0.37之間,無顯著性差異（P＞0.05）.初步確定口香糖中荊芥汁的最佳添加量為6 mL.

2.1.3 木糖醇添加量確定抗壞血酸量為0.3 g,麥芽糊精量為3 g,荊芥汁量為6 mL,木糖醇添加量分別為2 g、4 g、6 g、8 g、10 g,共5組.進(jìn)行感官評(píng)價(jià),木糖醇添加量對(duì)口香糖的影響如圖4所示.

圖4 木糖醇的添加量對(duì)感官評(píng)價(jià)和質(zhì)構(gòu)的影響Fig.4 Influence of the xylitol dosage on sensory quality and texture of chewing gum

由圖4-a可以看出,隨著木糖醇的添加量的增加,感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)先升高后降低,添加量為6 g時(shí),感官評(píng)價(jià)最高.木糖醇的添加量過高使得口香糖的甜味過大,有一種齁甜的感覺,所以評(píng)價(jià)不高.因此可以初步確定木糖醇的添加量為6 g時(shí)甜味適中.硬度和咀嚼性的分析如圖4-b所示,彈性、黏聚性和回復(fù)性如圖4-c所示,當(dāng)木糖醇的添加量在6~10 g范圍內(nèi),口香糖的硬度從1 778.93±71.33 gf下降到1 422.34±103.72 gf,咀嚼性從1 762.17±49.11 gf下降到1 313.82±89.08 gf,彈性在0.65~0.94范圍內(nèi)、黏聚性在1.10~1.25范圍內(nèi),回復(fù)性在0.28~0.47范圍內(nèi),沒有顯著性差異（P＞0.05）.初步確定的木糖醇的添加量為6 g.

2.2 正交試驗(yàn)

麥芽糊精是淀粉的不完全水解產(chǎn)物,可以增加口香糖黏稠度和韌性,抑制口香糖的褐變,防止返砂的作用[25],荊芥汁的添加量對(duì)口香糖的口感、色澤和抑菌效果有重要影響,木糖醇無須胰島素促進(jìn)也能透過細(xì)胞膜,供細(xì)胞以營(yíng)養(yǎng)和能量,且不會(huì)引起血糖值的上升[26],同時(shí)有助于預(yù)防齲齒和口腔潰瘍[27].以單因素試驗(yàn)為基礎(chǔ),選擇麥芽糊精、荊芥汁、木糖醇3個(gè)因素,選用L9（33）表進(jìn)行正交試驗(yàn).通過感官評(píng)價(jià)的方法,確定最優(yōu)配方,試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平表見表2.

表2 正交試驗(yàn)因素水平Tab.2 Factors and levels of the orthogonal test

正交試驗(yàn)結(jié)果見表3.

表3 荊芥口香糖配方的正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Orthogonal test results of the optimum formulation of chewing gum

由表3結(jié)果可知,影響荊芥口香糖的品質(zhì)的因素大小為B＞C＞A,即荊芥汁的添加量＞木糖醇的添加量＞麥芽糊精的添加量.通過正交試驗(yàn)得出的最佳配比是A2B1C2,即荊芥汁添加量為5 mL,木糖醇6 g,麥芽糊精3 g.

2.3 荊芥口香糖質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

2.3.1 感官指標(biāo)取適量荊芥口香糖置于白色盤中,在自然光下觀察,口香糖色澤適宜,外觀完整,表面光滑,質(zhì)地均勻,無正常視力可見外來異物.帶有荊芥特有的香氣,無異味.此條件下制備的口香糖,硬度是1 951.24±89.22 gf,咀嚼性是1 763.37±89.73 gf,彈性是0.78±118.06,黏聚性是1.15±0.05,回復(fù)性是0.33±0.04.軟硬適中,具有較強(qiáng)的彈性和咀嚼性.

2.3.2 理化指標(biāo)減壓干燥法測(cè)出干燥失質(zhì)率為6.1%≤7%,符合固態(tài)咀嚼型口香糖干燥失質(zhì)率的指標(biāo)[28].

2.3.3 微生物指標(biāo)檢測(cè)5份荊芥口香糖菌落總數(shù)均小于1×104CFU/g,大腸桿菌均小于10 CFU/g,符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)糖果中微生物的限量[29].

2.4 抑菌試驗(yàn)結(jié)果與分析

口腔中常見的細(xì)菌有金黃色葡萄球菌,為革蘭氏陽性菌的代表菌.它能夠不同程度入侵其他細(xì)胞,表現(xiàn)出不同的上皮細(xì)胞毒性[30].大腸桿菌是口腔頜面部手術(shù)術(shù)后感染的革蘭陰性主要治病菌[31].口腔中的白假絲酵母菌為真菌代表菌,能誘發(fā)食道癌和口腔癌的發(fā)生[32].金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和白假絲酵母菌的抑菌活性試驗(yàn)如圖5所示.

圖5 荊芥汁和荊芥口香糖的抑菌活性Fig.5 Antibacterial activity of Briq juice and Schizonepeta tenuifolia Briq chewing gum

由圖5可知,抑菌試驗(yàn)表明含荊芥的口香糖對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和白假絲酵母菌均具有抑菌效果,且對(duì)不同菌的抑菌效果有所差異.荊芥汁可以通過破壞細(xì)胞膜、增大菌體細(xì)胞膜的通透性以及完整性從而使細(xì)胞內(nèi)容物外滲,細(xì)胞吸脹受損甚至死亡,從而達(dá)到抑菌作用[33].同時(shí)發(fā)現(xiàn)荊芥口香糖的抑菌作用稍弱于40%荊芥汁的抑菌效果,推測(cè)是口香糖在加工過程中,使得荊芥抑菌成分有所下降.荊芥汁與荊芥口香糖提取物對(duì)不同菌種的平均抑菌直徑如表4所示.

表4 荊芥汁與荊芥口香糖提取物對(duì)不同菌種的平均抑菌直徑Tab.4 The antibacterial circle diameter of Schizonepeta tenuifolia Briq juice and Schizonepeta tenuifolia Briq chewing gum

3 結(jié)論

通過質(zhì)構(gòu)分析和正交試驗(yàn),確定了荊芥口香糖的最佳工藝配方：膠基10 g,木糖醇6 g,荊芥汁添加量為5 mL,麥芽糊精3 g,抗壞血酸0.3 g.抑菌試驗(yàn)結(jié)果表明該口香糖對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白假絲酵母菌均有抑菌效果.為今后荊芥在口腔護(hù)理品中的研發(fā)提供了新的研究路徑.