荆芥口香糖的工艺优化

2022-10-17张乐乐黄林玉陈美珠汪菲菲楚艳艳刘生杰

河南科技学院学报(自然科学版) 2022年5期

张乐乐,黄林玉,陈美珠,汪菲菲,楚艳艳,刘生杰

（1.阜阳师范大学生物与食品工程学院,安徽阜阳 236037;2.阜阳师范大学信息工程学院,安徽阜阳 236041;3.南京农业大学食品科技学院,江苏南京 210095）

在全球范围内,口腔癌在常见的恶性肿瘤中排名第六,据报道,每年新增口腔癌患者26.3万例,其中每年有13万人死于口腔癌[1].常见的口腔疾病包括:龋齿和牙周病,主要是由于不正确的口腔卫生习惯,使得口腔微生物附着在唾液膜上发展成牙菌斑[2].口腔微生物还能够直接代谢化学致癌物和引发炎症反应,参与癌症和其他慢性疾病的发生[3],例如幽门螺旋菌感染诱发胃癌[4],口腔细菌也会诱发支气管炎、肺炎、糖尿病、心脏病等疾病[5].常见的家庭牙齿护理方法主要有刷牙和使用漱口水来清洁牙齿,可以减少牙菌斑的积累,但是牙膏和漱口水在口腔中停留的时间较短.而药物口香糖则可以通过较长时间的机械咀嚼,减少牙菌斑的产生起到抗菌疗效.因此,口香糖在预防牙菌斑和减少口腔细菌方面发挥了重要作用[6].嚼口香糖可以缓解口腔卫生[7],提高注意力[8],缓解紧张[9],清新口气[10],减少吸烟冲动[11],作为低卡路里的零食,通过咀嚼摄入补充维生素或药物[12-13],同时有助于剖宫产后胃肠功能的恢复[14].除此之外,也发现口香糖具有提神醒脑、提高记忆力、有助于促进脸部健康和美容以及预防老年痴呆的功效[15].

过度使用合成化学抗菌剂,如氯已定漱口液或是使用抗生素,会引起口腔细菌耐药性问题,导致逐渐丧失药效,而天然产物是很好的抗菌剂[16].多酚化合物既可以预防微生物引起的口腔疾病,又可以维持口腔健康[17].荆芥（Schizone petatenuifolia Briq.）别名假苏,为唇形科荆芥属多年生草本植物,其干燥茎叶和花穗入药史久远[18].荆芥中主要化学成分为挥发油类,还含有黄酮及苷类化合物、萜类化合物及其他化合物,药理作用包括抗病毒、抗炎镇痛、抗肿瘤、免疫调节、抗菌、止血功效[19].研究发现荆芥应用到饮品中可以增强抑菌活性[20].因此开发具有清洁口腔、抑菌口香糖具有十分深远的社会意义.

本研究利用正交试验,以荆芥作为主要药效成分,添加木糖醇、抗坏血酸、麦芽糊精等物质开发具有抑菌作用的口香糖.

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂口香糖胶基,无锡市三喜胶基制造有限公司;抗坏血酸,石药集团维生药业有限公司;麦芽糊精,河南恩苗食品有限公司;木糖醇,天津阿尔发保健品有限公司;荆芥,阜阳颍州大润发超市;金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白假丝酵母菌均购买于北纳生物有限公司.

1.1.2 主要仪器设备HH-4J型水浴锅,金坛市杰瑞尔电器有限公司;SW-CJ-1G型超净工作台,苏州博莱尔净化设备有限公司;DZK-K30B型真空干燥箱,合肥华德利科学器材有限公司）;PWT-P75B型微生物培养箱,合肥华德利科学器材有限公司;DHP-9162型电热恒温培养箱,上海一恒科学仪器有限公司;TAXTC型质构仪,上海保圣实业发展有限公司.

1.2 试验方法

1.2.1 口香糖工艺流程口香糖的工艺流程如图1所示.

图1 口香糖的生产工艺流程Fig.1 Production process of chewing gum

1.2.2 试验过程

1.2.2.1 荆芥汁的制备取新鲜荆芥,去除腐败叶片,洗净晾干,置60℃烘箱内烘干6 h,研磨成粉末,过80目筛备用.精确称取200 g荆芥粉末,蒸煮20 min后纱布过滤取滤液,定容于500 mL,即得质量分数为40%荆芥汁.

1.2.2.2 胶基的预处理将事先称量好的胶基置于恒温烘箱内,保湿软化2~4 h.

1.2.2.3 辅料的制备准确称取木糖醇、麦芽糊精、抗坏血酸适量,用玻璃棒充分搅拌均匀.

1.2.2.4 主料与辅料调和将软化后的胶基与荆芥汁混合搅拌,再加入制备的辅料,使之充分混合均匀.

1.2.2.5 延压切割将混合物反复挤压制成组织结构紧密的口香糖,切割成1 cm×3 cm规格.

1.2.2.6 冷却老化将已切割好的块状口香糖片放在20℃,相对湿度30%~60%的条件下老化24 h.

1.2.2.7 灭菌将老化好的口香糖放在紫外线下灭菌30 min.

1.2.2.8 包装将灭菌好的口香糖用涂蜡锡箔纸包装,置于老化条件下贮藏.

1.2.3 单因素试验基础配方：胶基10 g,抗坏血酸添加量为0.3 g,麦芽糊精的添加量为3 g.荆芥汁的添加量为5 mL,木糖醇的添加量为6 g.在基础配方上进行优化,胶基10 g,抗坏血酸添加量为0.3 g,其中麦芽糊精添加量分别为1 g、2 g、3 g、4 g、5 g,荆芥汁的添加量分别是4 mL、5 mL、6 mL、7 mL、8 mL,木糖醇添加量分别为2 g、4 g、6 g、8 g、10 g,对口香糖感官评价和质构分析.

1.2.4 正交试验设计以单因素试验为基础,选择麦芽糊精、荆芥汁、木糖醇3个因素,选用L9（33）表进行正交试验.

1.2.5 感官评定感官试验使用10人评分法,邀请感官评价人员从荆芥口香糖的多个角度进行感官评价.根据文献[21]口香糖综合评分表标准,略加修改制定荆芥口香糖的感官评定标准,见表1.

表1 感官评价标准Tab.1 Standards of grading on sense

1.2.6 荆芥口香糖的全质构测定

1.2.6.1 样品的准备选用正交试验的试验样品进行全质构（TPA）测定,由于试验样品经过剪切包装处理大小形状一致,符合全质构测定要求,无需再进行特殊处理.

1.2.6.2 参数设置试验类型采用全质构（TPA）分析,探头TA/5,测试速度0.50 mm/s,测试前速度2.00 mm/s,测试后速度1.00 mm/s,目标模式为距离,测试类型为下压,目标值0.50 mm,时间2.00 s,接触点5.00 gf,接触点类型为力,测试口香糖的硬度、弹性、黏聚性、咀嚼性.

1.2.7 荆芥口香糖的抑菌效果选取金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白假丝酵母菌三种口腔中代表菌株,通过抑菌圈试验法探究荆芥口香糖的抑菌效果.

1.2.7.1 制备荆芥口香糖提取液称取最佳配方的口香糖2 g,切碎后放置在灭菌后的烧杯中,称量20 mL的无菌水,沸水浴1 h,取出用100目的纱网过滤,滤液浓缩至约2 mL,过0.22 μm滤膜备用.

1.2.7.2 抑菌步骤制备固体培养基灭菌→菌种的活化→涂布接种→滤纸片分别在质量分数为40%荆芥汁、口香糖提取液中沾湿→放在涂有菌液的固体培养基中→培养箱中培养24 h→观察结果→计算抑菌圈.根据同样的步骤以沾有无菌水的滤纸片为空白对照,方法参照国标GB/T 38483-2020[22].

1.2.8数据分析所有数据重复3次,用“平均值±标准差”表示.采用Origin Pro 8.6软件绘图分析,并用SPPS Statistics软件进行统计学分析处理,进行单向方差分析（ANOVA）.

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 麦芽糊精的添加量确定抗坏血酸量为0.3 g,木糖醇添加量为6 g,荆芥汁添加量为5 mL,麦芽糊精用量分别为1 g、2 g、3 g、4 g、5 g,共5组.进行感官评价,感官评价结果，如图2所示.

图2 麦芽糊精的添加量对感官评价和全质构的影响Fig.2 Influence of the maltodextrin dosage on sensory quality and texture of chewing gum

由图2-a可以看出，随着麦芽糊精的添加量在1~3 g范围内增加,感官评价分值数逐渐增大,当麦芽糊精添加量增加到3 g时,感官评价最好.硬度和咀嚼性的分析如图2-b所示,硬度是物体第一次被压缩时的最大峰值,是衡量食品保持形状的内部结合力[23],麦芽糊精的添加量在1~3 g范围内,硬度较大,与感官评价的分数是一致的.咀嚼性测试产品被咀嚼到可以吞咽时所需的次数和时间,数值上等于硬度、弹性、黏聚性的乘积,与硬度、弹性、黏聚性三个指标有关[24].弹性、黏聚性和回复性如图2-c所示.弹性在0.78~0.93之间,黏聚性在1.12~1.15之间,回复性在0.28~0.36之间,无显著性差异（P＞0.05）.所以,初步确定麦芽糊精的添加量为3 g.

2.1.2 荆芥汁添加量确定抗坏血酸添加量为0.3 g,木糖醇添加量为6 g,麦芽糊精添加量为3 g,荆芥汁添加量分别为4 mL、5 mL、6 mL、7 mL、8 mL,共5组.进行感官评价,结果如图3所示.

图3 荆芥汁的添加量对感官评价和质构的影响Fig.3 Influence of the volume of Schizonepeta tenuifolia Briq juice on sensory quality and texture of chewing gum

由图3-a可以看出,随着荆芥汁的添加量的增加,感官评价分数逐渐升高,添加量为6 mL时,感官评价最好.之后随着荆芥汁添加量的持续增大,感官评价分数持续下降,由于荆芥汁的含量过多,而导致口香糖质地十分软榻,口感不适.硬度和咀嚼性的分析如图3-b所示,弹性、黏聚性和回复性如图3-c所示.随着荆芥汁添加量从40 mL增加到80 mL,口香糖的硬度、咀嚼性以及弹性是逐渐下降的,硬度从2 360.07±115.26 gf下降到976.23±69.05 gf,咀嚼性从2 692.24±86.95 gf下降到614.22±80.41 gf,弹性从0.99±0.03下降到0.58±0.05,且显著性差异（P＜0.05）,可见水分的含量对口香糖的质构影响较大.黏聚性在1.08~1.15之间,回复性在0.32~0.37之间,无显著性差异（P＞0.05）.初步确定口香糖中荆芥汁的最佳添加量为6 mL.

2.1.3 木糖醇添加量确定抗坏血酸量为0.3 g,麦芽糊精量为3 g,荆芥汁量为6 mL,木糖醇添加量分别为2 g、4 g、6 g、8 g、10 g,共5组.进行感官评价,木糖醇添加量对口香糖的影响如图4所示.

图4 木糖醇的添加量对感官评价和质构的影响Fig.4 Influence of the xylitol dosage on sensory quality and texture of chewing gum

由图4-a可以看出,随着木糖醇的添加量的增加,感官评价分数先升高后降低,添加量为6 g时,感官评价最高.木糖醇的添加量过高使得口香糖的甜味过大,有一种齁甜的感觉,所以评价不高.因此可以初步确定木糖醇的添加量为6 g时甜味适中.硬度和咀嚼性的分析如图4-b所示,弹性、黏聚性和回复性如图4-c所示,当木糖醇的添加量在6~10 g范围内,口香糖的硬度从1 778.93±71.33 gf下降到1 422.34±103.72 gf,咀嚼性从1 762.17±49.11 gf下降到1 313.82±89.08 gf,弹性在0.65~0.94范围内、黏聚性在1.10~1.25范围内,回复性在0.28~0.47范围内,没有显著性差异（P＞0.05）.初步确定的木糖醇的添加量为6 g.

2.2 正交试验

麦芽糊精是淀粉的不完全水解产物,可以增加口香糖黏稠度和韧性,抑制口香糖的褐变,防止返砂的作用[25],荆芥汁的添加量对口香糖的口感、色泽和抑菌效果有重要影响,木糖醇无须胰岛素促进也能透过细胞膜,供细胞以营养和能量,且不会引起血糖值的上升[26],同时有助于预防龋齿和口腔溃疡[27].以单因素试验为基础,选择麦芽糊精、荆芥汁、木糖醇3个因素,选用L9（33）表进行正交试验.通过感官评价的方法,确定最优配方,试验设计因素水平表见表2.

表2 正交试验因素水平Tab.2 Factors and levels of the orthogonal test

正交试验结果见表3.

表3 荆芥口香糖配方的正交试验结果Tab.3 Orthogonal test results of the optimum formulation of chewing gum

由表3结果可知,影响荆芥口香糖的品质的因素大小为B＞C＞A,即荆芥汁的添加量＞木糖醇的添加量＞麦芽糊精的添加量.通过正交试验得出的最佳配比是A2B1C2,即荆芥汁添加量为5 mL,木糖醇6 g,麦芽糊精3 g.

2.3 荆芥口香糖质量标准

2.3.1 感官指标取适量荆芥口香糖置于白色盘中,在自然光下观察,口香糖色泽适宜,外观完整,表面光滑,质地均匀,无正常视力可见外来异物.带有荆芥特有的香气,无异味.此条件下制备的口香糖,硬度是1 951.24±89.22 gf,咀嚼性是1 763.37±89.73 gf,弹性是0.78±118.06,黏聚性是1.15±0.05,回复性是0.33±0.04.软硬适中,具有较强的弹性和咀嚼性.

2.3.2 理化指标减压干燥法测出干燥失质率为6.1%≤7%,符合固态咀嚼型口香糖干燥失质率的指标[28].

2.3.3 微生物指标检测5份荆芥口香糖菌落总数均小于1×104CFU/g,大肠杆菌均小于10 CFU/g,符合国家标准糖果中微生物的限量[29].

2.4 抑菌试验结果与分析

口腔中常见的细菌有金黄色葡萄球菌,为革兰氏阳性菌的代表菌.它能够不同程度入侵其他细胞,表现出不同的上皮细胞毒性[30].大肠杆菌是口腔颌面部手术术后感染的革兰阴性主要治病菌[31].口腔中的白假丝酵母菌为真菌代表菌,能诱发食道癌和口腔癌的发生[32].金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白假丝酵母菌的抑菌活性试验如图5所示.

图5 荆芥汁和荆芥口香糖的抑菌活性Fig.5 Antibacterial activity of Briq juice and Schizonepeta tenuifolia Briq chewing gum

由图5可知,抑菌试验表明含荆芥的口香糖对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白假丝酵母菌均具有抑菌效果,且对不同菌的抑菌效果有所差异.荆芥汁可以通过破坏细胞膜、增大菌体细胞膜的通透性以及完整性从而使细胞内容物外渗,细胞吸胀受损甚至死亡,从而达到抑菌作用[33].同时发现荆芥口香糖的抑菌作用稍弱于40%荆芥汁的抑菌效果,推测是口香糖在加工过程中,使得荆芥抑菌成分有所下降.荆芥汁与荆芥口香糖提取物对不同菌种的平均抑菌直径如表4所示.