一种甲壳素牙膏及其制备方法

技术领域

本发明涉及日用品技术领域，具体涉及一种甲壳素牙膏及其制备方法。

背景技术

在当今社会，人们对口腔保健的认识逐步增强，牙齿表面的生物膜(菌斑)和口腔卫生不良是龋齿和牙周病的主要病因。变形链球菌被认为是主要的致龋细菌之一。这种微生物是酸性和酸性的，并在细胞表面产生蛋白质，使其能够粘附在牙齿上，最终形成生物膜，并产生细胞内和细胞外多糖，后者作为其他细菌(二次定殖菌)附着在生物膜上的锚点。生物膜中的胞外聚合物基质降低了其对宿主防御系统、抗生素等药物的敏感性，使细菌感染长期存在，并发展为慢性。

牙膏是人们常用的口腔护理产品，它具有刷新口气，保持口腔健康和保护牙齿的基本功能。此外，有特定功效的功效型牙膏还具有抑制牙菌斑生长，减少菌斑生长，预防龋齿，减缓已生成龋齿的进一步恶化，抵抗牙本质过敏，改善牙齿变色，提亮美白和保护牙釉质的功能和其他特殊功能。预防口腔疾病的最简单，最有效的方法是注意口腔卫生。选择合适的口腔护理产品可以有效地控制口腔细菌的生长，使我们可以轻松地预防日常生活中口腔疾病的发生。

目前，很多功效型牙膏中会添加一些抗菌物质，通过抑制有害菌的生长来预防和缓解常见的口腔问题。通常在牙膏中添加的抗菌物质主要分为以下三种类型：植物天然抗菌剂，植物天然抗菌剂对我们来说既熟悉又陌生，以一些中草药为主，黄连、鱼腥草等都是常见的中药抗菌物；动物抗菌剂主要有氨基酸类、天然肽类与高分子糖类等，如从甲壳类生物外壳加工，提取的带阳离子天然高分子的壳聚糖就是一个研究热点，壳聚糖的抗菌机理一般认为有两种：一种是其分子的-NH

动物抗菌剂中的甲壳素(Chitin)是一种含氮的多糖物，又称甲壳质、几丁质、壳蛋白、壳多糖、明角质等，是自然界第二大丰富的生物聚合物，分布十分广泛，是许多低等动物特别是节肢动物如虾、蟹、昆虫等外壳的重要成分，虾壳约含15％～30％，蟹壳约含15％～20％。也是许多低等植物菌类细胞膜的组成部分，地衣、绿藻酵母、水母及乌贼体内也含有。据估计每年的生物合成量超过10亿吨，是一种巨大的可再生资源。甲壳素于1811年由法国学者布拉克诺发现，1823年由欧吉尔从甲壳动物外壳中提取并命名。

甲壳素不溶于一般的酸碱，化学性质非常稳定，是制约甲壳素长期得不到开发的重要原因。后来人们在不断的探索研究中发现经脱乙酰基后的壳聚糖，呈白色至淡黄色的粉末，虽也不溶于水、碱溶液和有机溶剂，但可溶于稀酸溶液，包括无机稀酸(盐酸、硝酸等)和有机稀酸(醋酸、乳酸、甲酸、抗坏血酸、苹果酸等)；在柠檬酸、酒石酸等多价有机酸的水溶液中，则在加热高温时溶解，在温度下降后则呈凝胶状。经脱乙酰基后的甲壳素(壳聚糖)可溶于体液中，被人体所利用。

中国专利CN 102513215 A公开了一种甲壳素护齿牙膏，该牙膏的组成物及重量百分比为：甲壳素0.2％～0.4％、山梨醇糖液68％～72％、二氧化硅14％～16％、十二烷基硫酸钠2％～3％羧甲基纤维素钠1％-1.2％、去离子水5.45％～13.35％、糖精钠0.25％～0.35％、灌荷脑0.15％～0.25％、丁香0.9％～1.1％、尼泊金脂0.15％～0.25％，该牙膏除具有普通牙膏清洁口腔的功能外，更具有防治口腔溃疡、牙龈肿痛、出血等功效；中国专利CN 105168019 A公开了一种甲壳素牙膏及其制备方法，包括海洋生物田壳素衍生物、海藻酸钠和原配料，其中甲壳素衍生物包括羧甲基壳聚糖和壳寡糖。该牙膏不仅可以防止牙龈出血、牙龈肿痛、蛀牙、解决口腔异味、牙齿发黄、牙周敏感和口腔炎症等问题，还可以美白牙齿，养护牙龈。但现有技术牙膏原料中，部分化学试剂如阴离子表面活性剂等频繁使用也可能引发过敏和中毒，且甲壳素的抑菌效果较为局限，因此制备出一款天然添加，具有良好的抑菌效果，能有效预防各种牙周疾病的牙膏是当务之急。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种甲壳素牙膏及其制备方法，技术方案如下：

一种甲壳素牙膏的制备方法，包括下述步骤：

S1预混液的配制：取40～65重量份的保湿剂与5～10重量份水混合后于温度为60～75℃，转速为550～700r/min下搅拌20～30min混合均匀；

S2预混物的配制：称取18～22重量份摩擦剂、0.05～1重量份甜味剂、0.3～1.2重量份马鞭草提取物，然后搅拌均匀得到预混物Ⅰ，称取1.0～2.5重量份增稠剂、2.5～5重量份表面活性剂以及0.2～0.5重量份甲壳素一起混合均匀得到预混物Ⅱ；

S3物料混合、均质：将步骤S2制备得到的预混物Ⅰ与步骤S1制备得到的预混液混合搅拌30～40min，再向其中加入S2制备得到的预混物Ⅱ进行均质；

S4灌装牙膏：将步骤S3均质后得到的膏体中加入0.2～0.4重量份精油搅拌均匀，进行真空脱气后无菌灌装、封尾即得甲壳素牙膏。

进一步的，步骤S2中的甜味剂为阿斯巴甜、甜菊糖或糖精钠中的任意一种；增稠剂为羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素钠、羟丙基纤维素钠中的任意一种；摩擦剂为水合二氧化硅。

所述马鞭草提取物采用如下方法制备：将干燥的马鞭草粉碎成200～400目的马鞭草粉，称取5～10重量份马鞭草粉加到50～100mL无水乙醇中，搅拌均匀后，于20～25℃250～400W下超声提取2～3h，提取后静置10～12h；再真空抽滤后于50～55℃减压浓缩得到马鞭草提取物浸膏，将马鞭草提取物浸膏于﹣30～﹣40℃下冷冻干燥20～24h得到马鞭草提取物。

马鞭草中有效化学成分主要包括环烯醚萜糖苷类、苯丙素糖苷类、三萜类、黄酮类、甾醇雷、挥发油类、有机酸等。其中马鞭草的提取物可同时具备抗炎镇痛、抗菌、止血及抗病原微生物的作用，对牙齿、口腔的健康保护具有很好的功效。

进一步优选的，所述甲壳素牙膏的制备方法，包括如下步骤：

S1预混液的配制：取15～30重量份山梨醇、15～20重量份聚乙二醇、10～15重量份丙二醇与5～10重量份水混合后于温度为60～75℃，转速为550～700r/min下搅拌20～30min混合均匀；

S2预混物的配制：称取18～22重量份水合二氧化硅、0.05～1重量份阿斯巴甜、0.3～1.2重量份马鞭草提取物，然后搅拌均匀得到预混物Ⅰ，称取1.0～2.5重量份羧甲基纤维素钠、2.5～5重量份生物表面活性剂以及0.2～0.5重量份甲壳素一起混合均匀得到预混物Ⅱ；

S3物料混合、均质：将步骤S2制备得到的预混物Ⅰ与步骤S1制备得到的预混液混合搅拌30～40min，再向其中加入S2制备得到的预混物Ⅱ于5000～6000rpm下均质15～20min；

S4灌装牙膏：将步骤S3均质后得到的膏体中加入0.2～0.4重量份薄荷精油搅拌均匀，进行真空脱气，真空度为﹣0.096～﹣0.09Mpa脱气时间为40～50min，然后无菌灌装、封尾即得甲壳素牙膏。

所述生物表面活性剂采用如下方法制备：取3～4重量份的铜绿假单胞菌接种于500～600重量份的蒸馏水培养基中，培养基中还含有4～5重量份的植物油精炼厂污泥和0.5～0.7重量份的玉米粉，以200～220r/min的速度在25～28℃下搅拌100～120小时；发酵结束后，取发酵液在转速为8000～10000rpm下离心取上清液，再将上清液用1.5～2mol/L的浓盐酸调节pH至1.5～2.0，在温度为2～4℃下静置过夜，然后在8000～10000rpm下离心15～20min弃其上清，用少量蒸馏水重悬沉淀，用1～1.5mol/L的NaOH水溶液调节pH至7之后将样品于﹣20～﹣30℃下放置5～6h后，在﹣40～﹣30℃下冷冻干燥20～24h。

牙膏中阴离子表面活性剂如十二烷基硫酸钠是牙膏的主要成分之一。除了作为发泡剂，该化合物还具有感官特性和抗菌活性。然而,长期使用本品可引起多种过敏和毒性反应如皮炎、炎症、粘膜刺激和溃疡。生物表面活性剂是在一定的条件下，由微生物产生的一种具有表面活性的代谢产物。生物表面活性剂的分子结构是由极性亲水基团和非极性亲油基团两部分组成，其中极性亲水基团主要包括氨基酸、磷酸基、糖等，非极性亲油基团主要包括长链脂肪酸以及脂肪酰基链。极性亲水基团和非极性亲油基团位于分子的两端，使分子具有不对称性，在相界面上可以形成分子层，降低溶液的表、界面张力。

本发明人经过试验发现，选用铜绿假单胞菌进行发酵培养得到的生物表面活性剂具有较好的起泡性、乳化性，提升了牙膏的清洁作用。此外，铜绿假单胞菌产生的生物表面活性剂本身带负电荷，能与甲壳素发生相互作用，而甲壳素表面结合了生物表面活性剂后有效提升了其抑菌性能，尤其是对变形链球菌起到了明显的抑制作用，可以有效预防龋齿。

最优选的，所述甲壳素牙膏的制备方法，包括如下步骤：

S1预混液的配制：取15～30重量份山梨醇、15～20重量份聚乙二醇、10～15重量份丙二醇与5～10重量份水混合后于温度为60～75℃，转速为550～700r/min下搅拌20～30min混合均匀；

S2预混物的配制：称取18～22重量份水合二氧化硅、0.05～1重量份阿斯巴甜、0.3～1.2重量份马鞭草提取物，然后搅拌均匀得到预混物Ⅰ，称取1.0～2.5重量份羧甲基纤维素钠、2.5～5重量份生物表面活性剂以及0.2～0.5重量份改性甲壳素一起混合均匀得到预混物Ⅱ；

S3物料混合、均质：将步骤S2制备得到的预混物Ⅰ与步骤S1制备得到的预混液混合搅拌30～40min，再向其中加入S2制备得到的预混物Ⅱ于5000～6000rpm下均质15～20min；

S4灌装牙膏：将步骤S3均质后得到的膏体中加入0.2～0.4重量份薄荷精油搅拌均匀，进行真空脱气，真空度为﹣0.096～﹣0.09Mpa脱气时间为40～50min，然后无菌灌装、封尾即得甲壳素牙膏。

所述改性甲壳素采用如下方法制备：称取5～8重量份的甲壳素加入20～25重量份30～40wt％的氢氧化钠溶液，于80～120℃下反应1.5～2.3h后得到去乙酰甲壳素；再称取3～5重量份的一水合柠檬酸和3～8重量份一水次亚磷酸钠，向其中加入30～40重量份蒸馏水摇匀，再加入1.5～2.0重量份去乙酰甲壳素，完全溶解后混匀；将其置于110～120℃下反应2.5～3h后，取出冷却至20～25℃；用80～85％的乙醇沉淀、洗涤并抽滤，收集滤渣置于-50～﹣40℃条件下真空冷冻干燥30～36h即得改性甲壳素。

发明人发现在甲壳素的改性过程中，去乙酰甲壳素与柠檬酸发生了酰化反应，甲壳素分子中不仅引入了亲水基团羧基，而且破坏了分子中原有的分子间及分子内氢键，所以改性甲壳素的水溶性明显增强，黏度明显降低，能更好的与生物表面活性剂结合，此外，甲壳素-生物表面活性剂聚合物的抑菌性得到了进一步增强。

本发明还提供了一种甲壳素牙膏，采用上述制备方法制备而成。

本发明将铜绿假单胞菌进行发酵培养得到了生物表面活性剂并将其添加在牙膏中，能有效替代传统的合成表面活性剂，降低表面活性剂的致敏作用以及毒性作用，且该生物表面活性剂具有较好的起泡性、乳化性，提升了牙膏的清洁作用。其次，将生物表面活性剂与改性甲壳素进行复配，得到了聚合物有效提升了牙膏的抑菌性能，尤其是对变形链球菌起到了明显的抑制作用，可以有效预防龋齿。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中涉及的操作如无特殊说明，均为本领域常规技术操作。

本发明对照例及实施例中部分原材料参数如下：

聚乙二醇-400，CAS：25322-68-3，购于郑州祺临化工产品有限公司；

水合二氧化硅，CAS：10279-57-9，购于如皋市飞达化工厂；

阿斯巴甜，CAS：22839-47-0，购于中山朗特森生物科技有限公司；

十二烷基硫酸钠，CAS：151-21-3，购于河南铭之鑫化工产品有限公司；

薄荷精油，CAS：68917-18-0，购于青岛德信化学有限公司；

铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)，CICC 10204，来源于中国工业微生物菌种保藏管理中心。

实施例1

一种甲壳素牙膏的制备，包括以下步骤：

S1预混液的配制：30重量份山梨醇、20重量份聚乙二醇、15重量份丙二醇与7重量份水混合后于温度为65℃，转速为550r/min下搅拌30min混合均匀；

S2预混物的配制：称取22重量份水合二氧化硅、0.05重量份阿斯巴甜、0.5重量份马鞭草提取物，然后搅拌均匀得到预混物Ⅰ，称取1.5重量份羧甲基纤维素钠、2.5重量份十二烷基硫酸钠以及0.5重量份改性甲壳素一起混合均匀得到预混物Ⅱ；

S3物料混合、均质：将步骤S2制备得到的预混物Ⅰ与步骤S1制备得到的预混液混合搅拌30min，再向其中加入S2制备得到的预混物Ⅱ于6000rpm下均质15min；

S4灌装牙膏：将步骤S3均质后得到的膏体中加入0.2重量份薄荷精油搅拌均匀，进行真空脱气，真空度为﹣0.096Mpa脱气时间为50min，然后无菌灌装、封尾即得甲壳素牙膏。

所述马鞭草提取物采用如下方法制备：将干燥的马鞭草粉碎成300目的马鞭草粉，称取10重量份马鞭草粉加到100mL无水乙醇中，搅拌均匀后，于25℃300W下超声提取2h，提取后静置12h；再真空抽滤后于50℃减压浓缩得到马鞭草提取物浸膏，将马鞭草提取物浸膏于﹣40℃下冷冻干燥24h得到马鞭草提取物。

所述改性甲壳素采用如下方法制备：称取6重量份的甲壳素加入20重量份35wt％的氢氧化钠溶液，于110℃下反应2h后得到去乙酰甲壳素；再称取3重量份的一水合柠檬酸和5重量份一水次亚磷酸钠，向其中加入30重量份蒸馏水摇匀，再加入1.5重量份去乙酰甲壳素，完全溶解后混匀；将其置于110℃下反应2.5h后，取出冷却至20℃；用85％的乙醇沉淀、洗涤并抽滤，收集滤渣置于-50℃条件下真空冷冻干燥36h即得改性甲壳素。

实施例2

一种甲壳素牙膏的制备，包括以下步骤：

S1预混液的配制：30重量份山梨醇、20重量份聚乙二醇、15重量份丙二醇与7重量份水混合后于温度为65℃，转速为550r/min下搅拌30min混合均匀；

S2预混物的配制：称取22重量份水合二氧化硅、0.05重量份阿斯巴甜、0.5重量份马鞭草提取物，然后搅拌均匀得到预混物Ⅰ，称取1.5重量份羧甲基纤维素钠、2.5重量份生物表面活性剂以及0.5重量份改性甲壳素一起混合均匀得到预混物Ⅱ；

S3物料混合、均质：将步骤S2制备得到的预混物Ⅰ与步骤S1制备得到的预混液混合搅拌30min，再向其中加入S2制备得到的预混物Ⅱ于6000rpm下均质15min；

S4灌装牙膏：将步骤S3均质后得到的膏体中加入0.2重量份薄荷精油搅拌均匀，进行真空脱气，真空度为﹣0.096Mpa脱气时间为50min，然后无菌灌装、封尾即得甲壳素牙膏。

所述马鞭草提取物的制备方法同实施例1。

所述生物表面活性剂采用如下方法制备：取3重量份的铜绿假单胞菌接种于500重量份的蒸馏水培养基中，培养基中还含有4重量份的植物油精炼厂污泥和0.5重量份的玉米粉，以220r/min的速度在28℃下搅拌120小时。发酵结束后，取发酵液在转速为10000rpm下离心取上清液，再将上清液用1.5mol/L的浓盐酸调节pH至2.0，在温度为4℃下静置过夜，然后在10000rpm下离心15min弃其上清，用少量蒸馏水重悬沉淀，用1.5mol/L的NaOH水溶液调节pH至7之后将样品于﹣20℃下放置5h后，在﹣40℃下冷冻干燥24h。

所述改性甲壳素制备方法同实施例1。

实施例3

一种马鞭草牙膏的制备，包括以下步骤：

S1预混液的配制：30重量份山梨醇、20重量份聚乙二醇、15重量份丙二醇与7重量份水混合后于温度为65℃，转速为550r/min下搅拌30min混合均匀；

S2预混物的配制：称取22重量份水合二氧化硅、0.05重量份阿斯巴甜、0.5重量份马鞭草提取物，然后搅拌均匀得到预混物Ⅰ，称取1.5重量份羧甲基纤维素钠以及2.5重量份生物表面活性剂一起混合均匀得到预混物Ⅱ；

S3物料混合、均质：将步骤S2制备得到的预混物Ⅰ与步骤S1制备得到的预混液混合搅拌30min，再向其中加入S2制备得到的预混物Ⅱ于6000rpm下均质15min；

S4灌装牙膏：将步骤S3均质后得到的膏体中加入0.2重量份薄荷精油搅拌均匀，进行真空脱气，真空度为﹣0.096Mpa脱气时间为50min，然后无菌灌装、封尾即得马鞭草牙膏。

所述马鞭草提取物的制备方法同实施例1。

所述生物表面活性剂制备方法同实施例2

对比例1

一种马鞭草牙膏的制备，包括以下步骤：

S1预混液的配制：30重量份山梨醇、20重量份聚乙二醇、15重量份丙二醇与7重量份水混合后于温度为65℃，转速为550r/min下搅拌30min混合均匀；

S2预混物的配制：称取22重量份水合二氧化硅、0.05重量份阿斯巴甜、0.5重量份马鞭草提取物，然后搅拌均匀得到预混物Ⅰ，称取1.5重量份羧甲基纤维素钠、2.5重量份十二烷基硫酸钠一起混合均匀得到预混物Ⅱ；

S3物料混合、均质：将步骤S2制备得到的预混物Ⅰ与步骤S1制备得到的预混液混合搅拌30min，再向其中加入S2制备得到的预混物Ⅱ于6000rpm下均质15min；

S4灌装牙膏：将步骤S3均质后得到的膏体中加入0.2重量份薄荷精油搅拌均匀，进行真空脱气，真空度为﹣0.096Mpa脱气时间为50min，然后无菌灌装、封尾即得马鞭草牙膏。

所述马鞭草提取物的制备方法同实施例1。

对比例2

一种甲壳素牙膏的制备，包括以下步骤：

S1预混液的配制：30重量份山梨醇、20重量份聚乙二醇、15重量份丙二醇与7重量份水混合后于温度为65℃，转速为550r/min下搅拌30min混合均匀；

S2预混物的配制：称取22重量份水合二氧化硅、0.05重量份阿斯巴甜、0.5重量份马鞭草提取物，然后搅拌均匀得到预混物Ⅰ，称取1.5重量份羧甲基纤维素钠、2.5重量份生物表面活性剂以及0.5重量份甲壳素一起混合均匀得到预混物Ⅱ；

S3物料混合、均质：将步骤S2制备得到的预混物Ⅰ与步骤S1制备得到的预混液混合搅拌30min，再向其中加入S2制备得到的预混物Ⅱ于6000rpm下均质15min；

S4灌装牙膏：将步骤S3均质后得到的膏体中加入0.2重量份薄荷精油搅拌均匀，进行真空脱气，真空度为﹣0.096Mpa脱气时间为50min，然后无菌灌装、封尾即得甲壳素牙膏。

所述马鞭草提取物的制备方法同实施例1。

所述生物表面活性剂同实施例2。

测试例1

对实施例1-3及对比例1、2的牙膏进行起泡性测试，测试方法参考硕士论文(酞基氨基酸表面活性剂的性及应用研究，作者：陈娟娟，大连工业大学，2020)在室温25℃下，取5g牙膏于250mL具塞量筒中，再加入20mL蒸馏水溶解，盖好旋塞，180°上下猛烈震荡15次，观察起泡性，记录不同时间的泡沫高度H

H＝H

式中H

表1牙膏起泡性

由表1可知，在牙膏中采用铜绿假单胞菌产的生物表面活性剂会增加牙膏的起泡性，且泡沫稳定性较好，可能与生物表面活性剂具有更小的表面张力有关，且将甲壳素与生物表面活性剂复配使用后更进一步增强了牙膏的泡沫稳定性。

测试例2

对实施例1-3及对比例1、2的牙膏进行抑菌测试，具体测试方法为：选取干净无污染的滤纸片，用打孔器将滤纸片打成直径为6mm的滤纸片，装入试管内，高压灭菌锅121℃20min，取出置于80℃干燥箱干燥，每片滤纸上添加50mg牙膏。然后用经过灭菌的镊子将滤纸片轻轻平放于清洁的无菌玻璃培养皿内，最后放置于恒温箱(37℃)中自然干燥5min，取经恒温箱(37℃)干燥后的含不同牙膏的抑菌片，然后用无菌镊子夹取分别在金黄色阴性葡萄球菌ATCC 25923、白假丝酵母菌ATCC 90029和变形链球菌ATCC 25175的营养琼脂培养基平板的表面中接种，各抑菌片的中心之间的距离不应小于25mm，同时与培养基平板的周缘相距不小于15mm。各牙膏抑菌片贴放好后，为有效的使其完全紧贴于平板培养基的表面，需用无菌镊子轻轻的将其压下阴性对照样片。盖好培养平皿，置37℃的恒温培养箱中，培养24h后即可观察其结果。测量抑菌环的大小并进行记录。整个试验过程重复3次，测试结果如表2。

表2牙膏抑菌测定结果表

马鞭草提取物本身具备抗炎镇痛、抗菌、止血及抗病原微生物的作用，对牙齿、口腔的健康保护具有很好的功效，由表2可知，牙膏中添加甲壳素，尤其是改性甲壳素后对牙膏的抑菌能力有较大的提升，且将生物表面活性剂与改性甲壳素进行复配后能有效抑制金黄色阴性葡萄球菌、白假丝酵母菌以及变形链球菌，能有效改善口腔环境，预防龋齿。

测试例3

对实施例1-3及对比例1、2的牙膏进行感官及理化测试，测试方法参考参考《牙膏(GB/T 8372-2017)》中的理化指标和感官指标，对牙膏进行评价，测试结果如表3。

表3牙膏感官评价

由表3可知，添加了生物表面活性剂和改性甲壳素的牙膏膏体粘稠度适中，质地细腻，有较好的铺展性，能有效调节口腔的酸碱环境，抑制腐败微生物的生长，有益口腔健康。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。