《Food Science & Nutrition》：Development of Biodegradable Chewing Gum Using Plasticized Poly(Lactic Acid)/Pistacia atlantica Gum Blend: A Novel Gum Base Elastomer for Sustainable Formulation
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环境问题使得有必要探索咀嚼胶配方中新型可生物降解替代品。本研究聚焦于开发一种基于增塑聚乳酸（plasticized poly(lactic acid), PPLA）/大西洋黄连木胶（Pistacia atlantica gum）共混物的可生物降解咀嚼胶，旨在获
环境问题使得有必要探索咀嚼胶配方中新型可生物降解替代品。本研究聚焦于开发一种基于增塑聚乳酸（plasticized poly(lactic acid), PPLA）/大西洋黄连木胶（Pistacia atlantica gum）共混物的可生物降解咀嚼胶，旨在获得理想的物理和力学性能。研究中，采用具有约束配方范围的28次运行、四组分D-最优混料设计（D-optimal mixture design），评价了四种组分（弹性体可生物降解共混物、木糖醇、甘油和碳酸钙）的比例对咀嚼胶质构和感官特性的影响。研究人员还对优化后的组合物进行了表征，并通过质构、热学、形态学和生物降解性分析以及定量描述性分析（用于感官评价）将其与两种商业样品进行了比较。结果表明，可生物降解弹性体共混物和木糖醇总体上提高了所有感官属性的偏好，而甘油降低了咀嚼胶的硬度、咀嚼性和内聚性。确定的最佳配方为：39.40%增塑聚乳酸/萨克斯胶（Saqqez gum）共混物、30.59%木糖醇、20.00%甘油和10.00%碳酸钙。质构分析显示，最佳咀嚼胶表现出高内聚性、弹性和咀嚼性。最佳样品表现出较高的熔融温度，这归因于其与商业样品相比具有较低的水分含量。定量描述性分析表明，最佳咀嚼胶和萨克斯商业咀嚼胶在硬度、湿润度和砂砾感方面的强度相对相似，根据显著性水平将它们归入同一组。总体而言，结果表明，这种新型可生物降解咀嚼胶在食品工业中开发高效益产品方面具有显著前景，兼具环境可持续性和健康效益的潜力。
基于增塑聚乳酸/大西洋黄连木胶共混物的可生物降解咀嚼胶研究解读
一、研究背景与意义
商业咀嚼胶因胶基中含有石油基化合物而难以降解，造成显著环境负担。据统计，美国约56%的家庭消费咀嚼胶，人均年消费量达160至180片，相当于全球每年生产约1.74万亿片。传统胶基中的聚乙酸乙烯酯等合成聚合物在自然环境中极难分解，因此开发可生物降解、无蜡、无糖且具备健康功能的替代胶基成为食品科学领域的重要课题。萨克斯胶（Saqqez gum）来源于伊朗扎格罗斯地区的大西洋黄连木（Pistacia atlantica），是一种无毒、可再生、可生物降解的油胶树脂，具有抑菌、清新口气和缓解胃肠道不适等功效。研究人员前期已成功将萨克斯胶与含16%乙酰柠檬酸三丁酯的增塑聚乳酸（plasticized poly(lactic acid), PPLA）共混，获得了柔性弹性体共混物。在此基础上，本研究旨在利用该弹性体开发一种无糖、无蜡、可生物降解的咀嚼胶，并通过实验设计系统优化各组分比例，使其质构与感官特性达到商业产品水平。
二、研究内容与技术方法
研究人员采用四组分D-最优混料设计（D-optimal mixture design），在约束配方范围内设计了28次实验，考察弹性体共混物（PPLA/萨克斯胶）、木糖醇、甘油和碳酸钙四种组分配比对咀嚼胶质构与感官属性的影响。响应变量包括硬度、内聚性、弹性、咀嚼性、破裂点以及外观、质地、气味、颜色和总体接受度。基于模型预测获得最佳配方，并将优化样品（Op）与两种商业样品——天然胶基商业样品（SaC，伊朗Van公司）和合成胶基商业样品（SyC，伊朗Biodent公司）进行对比。主要技术方法包括：D-最优混料设计与响应面优化；质构剖面分析（texture profile analysis, TPA）；差示扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）测定玻璃化转变温度与熔融温度；场发射扫描电子显微镜（field emission scanning electron microscopy, FESEM）观察微观形貌；依据ASTM D5988-18标准进行需氧生物降解试验；采用经过培训的感官评价小组进行定量描述性分析。所有表征实验均设三次重复，数据经方差分析和Tukey检验（p<0.05）进行显著性比较。
三、主要研究结果
3.1 实验设计
所有感官与质构属性均以二次多项式模型拟合最佳。多数属性的决定系数R2接近0.9，校正决定系数大于0.8，预测决定系数也显示模型具有良好的预测能力。方差分析表明，所有属性均受组分间交互作用的显著影响，其中外观、质地、颜色和总体接受度的F值显著高于其他属性，说明模型能解释大部分数据变异。
3.2 咀嚼胶组分对响应的影响
弹性体共混物（X1）显著增强硬度、咀嚼性和破裂点，对内聚性影响较小；木糖醇（X2）总体上有益于所有感官属性，并增强硬度和咀嚼性；甘油（X3）作为增塑剂，显著降低硬度、咀嚼性和内聚性；碳酸钙（X4）作为填充剂，主要增加硬度，但会降低弹性。交互作用分析显示，PPLA/萨克斯胶与木糖醇的协同作用显著提高了总体接受度。
3.3 优化配方
基于期望函数法，以硬度、破裂点最小化，其余属性最大化作为目标，获得81.7%的期望值。最佳配方为：39.40% PPLA/萨克斯胶共混物、30.59%木糖醇、20.00%甘油和10.00%碳酸钙。预测响应值均落在目标范围内，且经实验验证与预测值接近，证明模型可靠。
3.4 表征结果
3.4.1 水分与灰分含量
优化样品（Op）的水分含量最低（0.50%），显著低于SaC（1.33%）和SyC（2.50%）；灰分含量Op（10.52%）与SyC（9.61%）接近，均显著高于SaC（0.84%），这与填充剂碳酸钙的加入有关。
3.4.2 热学性质
DSC结果显示，Op的玻璃化转变温度（Tg）为53.6℃，与SaC（54.4℃）接近，显著高于SyC（43.2℃）；熔融温度（Tm）Op最高（146.3℃），其次为SaC（141.3℃），SyC最低（91.2℃）。较高Tm与较低水分含量相关，表明Op在口腔温度下具有更强的抗软化能力，有利于维持咀嚼性。
3.4.3 形态学性质
FESEM观察显示，Op样品呈现典型的“海-岛”结构，这是PPLA/萨克斯胶共混物两相不相容的形态特征；SaC表面多孔且均匀，未出现海-岛结构；SyC表面粗糙且开裂，颗粒团聚明显，均匀性较差。形态差异主要源于各样品配方和加工工艺的不同。
3.4.4 生物降解性
在40天时，Op的生物降解率超过11%，SaC约为14.44%，而SyC仅为3.03%。经过6个月，Op降解率达到18.94%，仍低于SaC（22.78%），但远高于SyC（5.12%）。这说明基于天然胶基的Op具有显著优于合成胶基的可生物降解性，可减轻环境负担。
3.4.5 质构特性
TPA测试表明，Op的硬度（3168 g）显著高于SaC（2710 g）和SyC（1932 g）；粘附性Op较低，表明不易粘牙；内聚性Op最高（0.37），弹性（1.04）和咀嚼性（1219 J）也均为最高。SaC表现出中等硬度和最高粘附性，而SyC各项指标均最低。这说明Op具有坚实而富有弹性的咀嚼口感。
3.4.6 定量感官描述分析
经培训的感官小组对六种属性评分后，方差分析显示Op与SaC在硬度、湿润度和砂砾感方面无显著差异，归为同一组；SyC在湿润度、内聚性和咀嚼性方面强度最高。蜘蛛网图直观显示，Op的感官轮廓与天然胶基的SaC最为接近，表明其在感官上可替代传统天然口香糖。
四、讨论与结论
讨论部分指出，热学性质与水分含量密切相关，较低水分赋予Op更高的熔融温度，从而增强耐热性和结构完整性。形态学上，Op的海-岛结构源于PPLA与萨克斯胶的不相容性，但并未劣化其力学性能。生物降解性结果证实了天然组分对促进塑料降解的积极作用。质构与感官结果共同表明，优化配方在硬度和咀嚼性上甚至优于传统合成胶基产品，同时保持了与天然商业产品相似的感官接受度。
结论部分可翻译为：基于PPLA/萨克斯胶弹性体的可生物降解胶基中，常见成分对质构和感官属性的影响此前尚未通过D-最优混料设计系统研究。本研究发现，所有属性均受二次模型的显著影响。PPLA/萨克斯胶共混物和木糖醇能显著增强所有感官属性，并显著提高硬度、内聚性、咀嚼性和破裂点；二者的交互作用显著增加总体接受度。生成的81.7%期望值图显示，几乎所有属性值都落在目标响应范围内。将优化咀嚼胶与两种商业样品比较可知，优化样品最硬、最内聚、最具弹性和咀嚼性，且总无机矿物质含量更高。总之，这项研究表明，开发创新且可生物降解的咀嚼胶是食品工业的一条有前景的路径，此类产品在某些方面能与商业产品相当，甚至表现更优，值得进一步研究以完善其不足。
