睡眠后牙膏残留口气清新度电子舌分析研究
摘要：
本研究旨在利用电子舌技术客观评估不同类型牙膏在使用后，经过整夜睡眠，其残留成分对口腔气味清新度的维持效果。通过招募健康志愿者进行标准化口腔清洁与样本采集，结合电子舌传感器阵列对睡眠后口腔环境样本（主要为唾液）的响应信号分析，量化评估口气相关指标（特别是挥发性硫化合物VSCs的模拟响应）。结果显示，不同配方的牙膏在睡眠后对口气清新度的维持存在显著差异，电子舌分析可有效区分这些差异，为口腔护理产品的客观评价提供了新的技术路径。
一、引言
睡眠期间，口腔环境发生显著变化：唾液分泌减少导致自洁能力下降，微生物活动（特别是厌氧菌）增强，大量分解食物残渣、脱落上皮细胞和血液成分中的含硫氨基酸，产生以硫化氢、甲硫醇等为代表的挥发性硫化合物（VSCs）。这些物质是导致晨起口腔异味（俗称“起床气”）的主要化学根源。
消费者在选择口腔清洁产品时，越来越关注其效果的持久性，特别是对夜间口腔异味产生的抑制作用。传统的感官评价方法（如人工嗅辨）存在主观性强、易疲劳、难以标准化等缺点。电子舌作为一种模拟人类味觉感知的仿生传感器系统，通过多通道传感器阵列对复杂液体样本的整体响应模式进行采集和分析，具有客观、快速、可重复的优势。近年来，其在食品、药品、环境监测等领域应用广泛，但在口腔护理产品持久性效果评估方面，尤其是针对睡眠后口气的研究尚不多见。
本研究聚焦于睡眠后时段，利用电子舌技术，客观分析不同牙膏在使用后，其活性成分在口腔内的残留情况及其对睡眠后口气清新度的持续影响，为深入理解牙膏作用机制和优化产品设计提供科学依据。
二、材料与方法
- 受试者与分组： 招募30名18-45岁健康成年志愿者（无严重口腔疾病、系统性疾病、吸烟习惯，近期未服用抗生素）。采用随机交叉设计，每位志愿者在不同测试周期分别使用不同的待测牙膏。
- 待测牙膏： 选取市面上常见且配方侧重点不同的三种基础类型牙膏（例如：含氟基础型、含抑菌成分型、含特殊清新剂型）。所有牙膏仅以编号标识，避免品牌暗示。
- 实验流程：
- 准备期： 每次测试前48小时，受试者避免食用强烈气味食物（如大蒜、洋葱），并使用统一提供的无香型基础牙膏刷牙。
- 标准化清洁： 测试日晚间（约22：00），受试者使用指定编号的牙膏（1.5g）和标准软毛牙刷，按照改良Bass法刷牙3分钟，仅用清水漱口一次（10ml，5秒）。
- 睡眠期： 受试者正常睡眠（≥7小时），期间禁食禁水。
- 样本采集： 次日晨起后（约6：00-7：00），受试者立即静坐5分钟，不进行任何口腔活动。随后采集非刺激性混合唾液样本约5ml于无菌离心管中，冰上保存并尽快进行电子舌分析（2小时内）。
- 电子舌分析：
- 仪器： 采用商业化多通道味觉传感系统（配备对苦、咸、酸、甜、鲜味及金属味有特异性响应的传感器，并包含对VSCs类似物有交叉响应的传感器）。
- 样本前处理： 唾液样本经低速离心（3000 rpm, 5 min）去除大颗粒沉淀，取上清液进行测试。
- 测试过程： 将传感器阵列依次浸入待测唾液样本和标准参照液中，记录各传感器的响应电位值（ΔV）。每个样本重复测试3次。
- 关键指标： 重点关注与“苦味”、“涩味”及对VSCs模拟响应相关的传感器信号变化，这些信号被认为与口腔异味感知关联度较高。
- 感官评价（辅助验证）： 在采集唾液样本后，立即由两名经过培训的评价员在独立、无味环境中，对受试者口腔气味进行0-5分的评分（0：无异味，5：严重异味）。
- 数据分析： 采用主成分分析（PCA）和线性判别分析（LDA）对电子舌多传感器响应数据进行模式识别和分类。使用方差分析（ANOVA）比较不同牙膏组间传感器响应值及感官评分的差异。显著性水平设为p<0.05。
三、结果
- 电子舌传感器响应模式差异： PCA分析结果显示，不同编号牙膏使用后的晨起唾液样本在PCA得分图上呈现明显的聚类分布（图1），表明电子舌能够有效区分不同牙膏对睡眠后口腔环境的整体影响。LDA进一步提高了组间区分度。
- 关键传感器响应比较： 对与异味相关的特定传感器（如苦味、涩味及VSCs响应传感器）数据分析发现：
- 不同编号牙膏组间，这些传感器的响应值存在统计学显著差异（p<0.05）。
- 编号为B的牙膏组，其晨起唾液中与VSCs响应和苦味相关的传感器信号强度显著低于编号A和编号C的牙膏组（p<0.01）。
- 编号C牙膏组在涩味传感器上的响应值相对较高。
- 感官评价结果： 感官评分结果与电子舌关键传感器响应趋势一致。编号B牙膏组的平均感官评分显著低于编号A和编号C牙膏组（p<0.05），意味着该组受试者晨起口腔气味被评价为更清新。
- 相关性： 电子舌关键传感器（特别是VSCs响应和苦味传感器）的响应值与感官评价员给出的异味评分呈显著正相关（r > 0.7, p<0.001）。
四、讨论
本研究成功应用电子舌技术对睡眠后口腔唾液样本进行分析，客观地揭示了不同配方牙膏在抑制夜间口腔异味、维持晨起口气清新度方面的差异性效果。
- 电子舌评价的有效性： PCA和LDA结果清晰展示了不同牙膏处理组样本的可区分性，表明电子舌能够捕捉到睡眠后口腔环境中由牙膏残留成分和微生物活动共同作用产生的化学特征差异。与感官评价结果的高度相关性进一步验证了电子舌在评估口气清新度方面的可靠性和替代潜力。
- 牙膏成分与持久清新效果： 编号B牙膏组在电子舌VSCs响应/苦味传感器及感官评价中表现最佳，提示其配方中可能含有更有效的长效抑菌成分或VSCs中和/掩盖成分，能在唾液分泌减少的睡眠期持续作用，有效抑制产臭菌活性和/或减少异味物质的产生与释放。编号C牙膏组较高的涩味响应可能与其配方中某些收敛性成分有关，但其对VSCs的控制效果相对较弱。
- 睡眠期口腔环境特殊性： 睡眠导致的唾液流速降低是夜间异味加剧的关键因素。本研究表明，牙膏中活性成分在低唾液环境下的持续释放特性、对生物膜的渗透能力以及对微生物群落结构的调控作用，是决定其能否提供持久清新效果的核心。
- 技术优势与应用前景： 电子舌分析克服了传统感官评价的主观性，提供了客观、量化的数据，适用于大规模筛选和深入机理研究。未来可结合微生物组学、代谢组学技术，更全面地揭示牙膏成分-口腔微生物-代谢产物（异味物质）-电子舌响应之间的关联，为开发更高效的持久清新型口腔护理产品提供精准指导。
五、结论
本研究证实，电子舌技术是一种客观、有效的工具，可用于评估牙膏在睡眠后对口腔气味清新度的持续影响。通过分析晨起唾液样本，电子舌能够灵敏地检测并区分不同配方牙膏在抑制夜间口腔异味产生方面的性能差异，其结果与感官评价具有良好的一致性。研究发现，牙膏配方对睡眠后口气清新度的维持效果至关重要，某些特定配方的长效作用更为显著。电子舌分析为深入理解口腔护理产品的持久性机制和优化产品性能提供了强有力的技术支持。未来的研究可进一步拓展电子舌在评估其他口腔护理产品（如漱口水）持久效果及探索异味产生分子机制中的应用。
图表说明：
- 图1： 不同编号牙膏（A， B， C）使用后晨起唾液样本的电子舌PCA得分图（示例：PC1 vs PC2）。
- 图2： 关键电子舌传感器（如VSCs响应传感器）对三组晨起唾液样本的平均响应值（±SD）比较（***表示p<0.001）。
- 图3： 电子舌关键传感器响应值与感官异味评分的散点图及回归线（显示显著正相关）。
- 表1： 受试者基本信息统计表。
- 表2： 不同牙膏组感官评分的比较结果（平均值±标准差）。
致谢： （此处可添加对提供仪器支持或技术协助的机构或人员的感谢，注意不出现具体企业名称，可使用“相关实验室”、“技术支持人员”等称谓）
参考文献： （列出相关领域的学术文献，同样避免引用明显带有商业倾向的文章）
关键点说明：
- 绝对中立性： 全文未提及任何企业、品牌或具体产品名称。牙膏仅以编号（A， B， C）或“不同类型”、“不同配方”指代。
- 科学聚焦： 核心围绕睡眠后口腔环境变化、口气产生机理、电子舌技术原理及应用、实验结果与讨论展开。
- 完整性： 包含研究背景、目的、方法、结果、讨论、结论等科研论文标准结构。
- 电子舌核心地位： 明确阐述电子舌的工作原理、在实验中的具体应用（测试样本、关键指标）、数据分析方法及其在评估口气中的优势。
- 睡眠后特殊性： 强调了睡眠期唾液减少和微生物活动增强对口腔异味产生的关键影响，以及评估牙膏在该时段持续效果的意义。
- 术语规范： 使用“挥发性硫化合物（VSCs）”、“口腔异味”、“口气清新度”、“感官评价”、“主成分分析（PCA）”、“线性判别分析（LDA）”等标准科学术语。