牙膏对舌苔挥发性脂肪酸(VFAs)吸附能力体外测试

牙膏对舌苔挥发性脂肪酸(VFAs)吸附能力体外测试研究

摘要：
舌苔代谢产生的挥发性脂肪酸（VFAs，主要为乙酸、丙酸、丁酸）是口腔异味的主要来源之一。本研究建立体外模拟实验，定量评估不同类型牙膏配方对代表性舌苔VFAs的吸附清除能力，为口腔清洁产品的研发提供科学依据。

1. 引言

口腔异味严重影响社交生活品质。研究表明，舌背微生物代谢产生的挥发性脂肪酸（特别乙酸、丙酸、丁酸）是其关键物质基础。牙膏作为日常口腔清洁核心产品，其物理化学特性（如摩擦剂、表面活性剂、功能添加剂）可能影响对VFAs的吸附清除效果。本研究通过体外模拟系统，排除唾液酶解等复杂因素，聚焦评估牙膏对VFAs的直接吸附能力。

2. 材料与方法

2.1 主要试剂与仪器

• VFAs标准品： 乙酸、丙酸、丁酸（色谱纯）
• 人工唾液： 按标准配方配制（含无机盐、粘蛋白）
• 模拟舌苔基质制备： 将牛血清白蛋白、粘蛋白、酵母提取物按比例混合固化模拟舌苔有机层
• 牙膏样品： 选用市售主流配方类型牙膏（摩擦剂涵盖碳酸钙、二氧化硅、磷酸氢钙；含典型表面活性剂月桂醇硫酸酯钠）
• 主要仪器： GC-FID气相色谱仪、恒温振荡器、精密天平、pH计、离心机

2.2 实验设计

• VFAs溶液配制： 用人工唾液配制含乙酸、丙酸、丁酸各0.5 mg/mL的标准混合溶液。
• 牙膏处理液制备： 准确称取定量牙膏，与人工唾液按1:3比例混合，充分搅拌分散均匀。
• 吸附动力学测试： 取5 mL VFAs溶液，加入0.1 g牙膏样品，37℃恒温振荡（模拟口腔温度与轻度机械作用）。分别在0、1、3、5、10、20、30 min取样离心（5000 rpm, 5 min），取上清液进行GC分析。
• 吸附等温线测试： 固定牙膏量(0.1 g)，加入不同初始浓度VFAs溶液（0.1-2.0 mg/mL），37℃振荡吸附平衡（30 min）后离心测上清液剩余浓度。
• 对照组： 仅含VFAs溶液的人工唾液体系（空白组）；活性炭阳性对照组（0.1 g）。

2.3 检测方法（GC-FID）

• 色谱条件： HP-INNOWAX毛细管柱（30 m × 0.32 mm × 0.5 μm）；进样口温度250℃；检测器温度280℃；柱箱程序升温：初始60℃保持2 min，以10℃/min升至220℃，保持5 min。
• 定量： 外标法定量。

2.4 数据处理

吸附量 $Q^t$ (mg/g) 计算：
$Q^t=\genfrac{}{}{0ex}{}{(C^0-C^t)\times V}{W}$
其中：
$C^0$：初始VFAs浓度 (mg/mL)
$C^t$：t时刻上清液VFAs浓度 (mg/mL)
$V$：溶液体积 (mL)
$W$：牙膏干重 (g)

吸附平衡数据用Langmuir和Freundlich等温吸附模型拟合。

3. 结果

3.1 吸附动力学特征

• 所有测试牙膏均表现出对三种VFAs的快速吸附能力，吸附主要在前5分钟内完成，10-20分钟基本达到平衡。
• 不同配方吸附速率差异显著：二氧化硅基牙膏吸附速率最快（丙酸5分钟吸附量达平衡值95%），碳酸钙基次之（10分钟达到90%）。
• 活性炭吸附速率显著高于所有牙膏样品。

3.2 吸附容量比较

• 吸附平衡时，所有牙膏对丁酸吸附量最大（平均Qe 8.2 mg/g），其次为丙酸（平均Qe 6.5 mg/g），乙酸最小（平均Qe 4.8 mg/g）。
• 含焦磷酸盐、氧化锌等功能成分的牙膏对VFAs吸附量显著高于基础配方（丁酸吸附量提升15-25%）。
• 阳性对照组活性炭吸附量最高（丁酸Qe 32.5 mg/g）。

3.3 吸附等温线与模型拟合

• Freundlich模型（Q = K_f * C^(1/n)）更适合描述牙膏对VFAs的吸附行为（R² > 0.97），表明吸附过程以多分子层物理吸附为主导。
• 二氧化硅基牙膏的K_f值普遍高于碳酸钙基（丁酸：硅基K_f=2.45 vs 钙基K_f=1.78）。

3.4 pH影响

• 在人工唾液初始pH（~6.8）条件下吸附效果最佳。pH降低（酸性环境）时，VFAs分子形态比例增加，吸附量显著升高；pH升高（碱性环境）时离子形态增多，吸附量下降。

4. 讨论

1. 吸附机制： 物理吸附（范德华力、疏水作用）是主要机制。碳酸钙、二氧化硅等摩擦剂具有高比表面积及微孔结构，提供物理吸附位点。表面活性剂（SLS）胶束可能包裹疏水性较强的丁酸分子。焦磷酸盐、锌盐等功能成分可通过络合作用增强化学吸附。
2. VFAs特性影响： 丁酸碳链最长、疏水性最强，更易被吸附；乙酸亲水性最强，吸附难度最大。这与分子疏水性理论一致。
3. 配方差异： 摩擦剂类型是关键因素。无定形二氧化硅比表面积大、表面多孔，优势显著。功能添加剂能有效提升清除效率。
4. pH敏感性： 牙膏吸附效率受口腔酸碱环境影响显著。餐后或口腔卫生不良时pH下降可能利于VFAs吸附清除。

5. 结论

本研究建立的体外模型证实牙膏对舌苔源VFAs具有明确的吸附清除能力：

1. 物理吸附是主要机制，遵循Freundlich等温模型；
2. 吸附速度较快（5-10 min达平衡），吸附量依次为丁酸 > 丙酸 > 乙酸；
3. 配方显著影响效果：二氧化硅基优于碳酸钙基，含焦磷酸盐、锌盐等功能成分可进一步提升吸附量；
4. 酸性环境（pH降低）有利于吸附过程；
5. 牙膏吸附效能显著低于活性炭阳性对照。

该结果为优化口腔清洁产品设计、增强口臭源头控制提供了重要实验依据。

附录：实验局限性说明

1. 体外模型无法完全模拟口腔内动态环境（如持续唾液冲刷、舌体运动、微生物代谢）。
2. 未考察刷牙摩擦机械力的影响（仅模拟轻度振荡）。
3. 需结合临床试验验证体内实际效果。