Remineralization effect of maltitol and xylitol on tooth surface and their application to cookie as sugar substitute

Abstract

치아우식증은 치아에서 수산화인회석이 산에 의하여 분해되어 타액 내로 녹아나오는 과정과 타액 내 무기성분이 치면에 침착되는 과정의 균형이 깨어져서 나타나는 질환으로, 재결정화와 광질이탈 현상이 가역 적으로 발생되므로, 이때보다 많은 재광화(再鑛化)를 유도할 수 있는 적절한 조치를 취한다면 치아우식증은 예방될 수 있다. 치아우식증의 측면에서 볼 때 츄잉껌을 저작하는 행위는 치면을 물리적으로 닦아내는 효과가 있어서 치아우식 예방효과를 나타낼 가능성이 기대되나, 껌에 배합되는 당분으로 인하여 오히려 치아우식증 발생을 촉진하는 효과가 우려되기도 하였다. 그러나, 자일리톨 등의 당알콜이 껌속의 설탕성분을 대체함으로써 츄잉껌으로 인한 치아우식 발생우려는 감소되는 추세에 있으며, 일부 연구에서는 당알콜이 배합된 츄잉껌을 저작함으로써 치아 법랑질 표면의 재광화 효과가 나타났다는 보고가 있다. 그러나, 자일 리톨과 같은 당알콜에 비하여 말티톨을 배합한 츄잉껌을 저작하였을 때 치아 법랑질 표면의 재광화 효과에 대해 보고된 바는 거의 없으며, 각 개별성분의 효과에 대해서도 산발적인 결과만이 소수 보고되었을 뿐이다. 이에 본 연구에서는 말티톨, 자일리톨, 설탕, 껌베이스를 배합한 껌의 저작이 치아법랑질의 미세경도변화 및 타액과 치면 세균막 내의 streptococcus mutans수에 미치는 효과를 측정 비교함으로써 치아표면의 재광화 효과를 검토하였다.

4가지 실험껌은 껌베이스, 말티톨, 자일리톨, 설탕에 페퍼민트, 멘톨, 검아라빅, 글리세롤, 소이레시틴, 연화제를 배합한 후 색, 향을 첨가 하여 동일한 크기로 제조하였다. 24명의 실험대상자를 4군 (실험군: 말티톨군, 자일리톨군, 설탕군, 대조군: 껌베이스군)으로 나누어 구강 내 유지장치에 광질이탈시킨 우치시편 3개를 장착한 상태에서 말티톨, 자일리톨, 설탕을 함유한 각각의 껌을 정규식사 사이에 하루에 7회 (9시, 11시, 13시, 15시, 17시, 19시, 21시, 2시간 간격, 1회 저작 분량: 2정, 1회 저작시간: 5분, 총 12정/1일) 1주간 저작하게 하고, 1주간의 휴지기를 두어 구강상태를 안정화시켰다. 껌을 저작한 후 미세경도, streptococcus mutans 의 변화를 측정하고, 주사전자 현미경과 공초점 레이저전자현미경으로 치아표면의 상태를 관찰하였다. 또한,쿠키에서 설탕의 대체가능성을 알아보기 위하여 자일리톨이나 말티톨을 각각 설탕에 대하여 25%, 50%, 75%, 100% 대체하여 쿠키를 제조한 후 쿠키의 물리적 (퍼짐성, 색도, 조직감, 주사전자형미경), 관능적 특성 (정량적 묘사분석)에 미치는 영향을 살펴보았다． (1)말티톨이나 자일리톨 배합껌을 7일간 저작한 결과, 설탕껌에 비하 여 치아표면의 미세경도(輕度)가 증가되었다 (p<0.001). (2)말티톨이나 자일리톨 배합껌을 저작 후 공초점레이저주사 현미경 으로 치아표면을 관찰한 결과 설탕껌에 비하여 시편의 표면 조도 (照度)가 감소하였다 (p<0.001). (3)실험군과 대조군껌을 저작 후 치아표면을 주사전자현미경 (走使電 子顯微鏡)으로 관찰한 결과 말티톨, 자일리톨, 껌베이스 배합껌의 손상된 법랑소주구조(琺瑯小柱構造)가 설탕껌에 비하여 더 많이 복구되었다 (p<0.001). (4)말티톨, 자일리톨 배합껌은 설탕껌에 비해 streptococcus mutans의 수를 감소시켜 치아법랑질의 재광화 효과가 있었다 (p<0.001). (5)100% 말티톨 대체쿠키의 퍼짐성이 가장 컸고, 50% 말티톨과 25% 자일리톨 대체쿠키의 퍼짐성은 설탕쿠키와 유사했으며, 대체비가 낮아질수록 퍼짐성이 줄어들었다 (p<0.001). (6)비환원성이고 열안정성이 높은 말티톨이나 자일리톨 대체쿠키의 표면색이 설탕 쿠키보다 연했으며, 말티톨과 자일리톨의 대체비가 증가할수록 적색도와 황색도는 감소하고, 명도는 증가하였다 (p<0.001). (7)말티톨이나 자일리톨의 대체비가 증가할수록 텍스쳐는 감소하는 경향을 나타내었고, 75% 자일리톨 대체쿠키는 설탕쿠키의 텍스쳐 와 유사하였다 (p<0.001). (8)75% 말티톨 대체쿠키의 바삭함, 부드러움, 단맛, 향미, 뒷맛은 설탕쿠키와 유사한 경향을 나타내었다 (p<0.001).

말티톨과 자일리톨을 배합한 껌을 저작한 결과 설탕껌(대조군)에 비하여 광질이탈 법랑질(狂疾離脫琺瑯質) 표면구조의 회복정도와 미세 경도를 증가시키고, Streptococcus mutans 의 수를 감소시켜 치아표면의 재광화 효과가 있었으며, 75%말티톨 첨가쿠키는 설탕쿠키와 유사한 물리적, 관능적 특성을 가지고 있어 쿠키의 제조에 적합하였다.

The purpose of this study was to investigate the remineralization effects of chewing gum containing maltitol, xylitol and sugar through clinical trials and to determine the applicability of maltitol and xylitol as sugar substitute in cookies through physical measurements and sensory evaluation.

Twenty four volunteers were subjected to use an acrylic mandibular removable appliance, which was mounted with enamel specimens in the recesses of the lingual surface, and to chew 2 gum pellets for 5 minutes at a time and 7 times a day (at 9:00, 11:00, 13:00, 15:00, 17:00, 19:00, 21:00, 2 hours intervals). After each test week, there was a 7 day-washout period, in which the subjects could follow their own personal oral hygiene measures with the allocated toothpaste and toothbrush. In order to evaluate the remineralization effect of the gum chewed on the enamel specimens, Vickers' microhardness measurement, SEM (scanning electronic microscopy), and CLSM (confocal laser scanning microscopy) were conducted just after gum chewing. The results were as follows: The Vickers' microhardness of the enamel specimens that chewed the experimental chewing gum containing maltitol or xylitol was significantly higher than that of the sugar gum (p<0.001). The surface roughness of the enamel specimens that chewed the experimental chewing gum containing maltitol or xylitol was significantly lower than that of the control (p<0.001). Unlike those images for the sugar gum, the images for the confocal micro-radiography and SEM of the enamel specimens that chewed gums containing maltitol, xylitol, or gum base only showed the remineralization effect (p<0.001). The SM (Streptococcus mutans) score showed the inhibition effect of the gums containing maltitol or xylitol compared to that of the sugar gum (p<0.05).

Application of maltitol or xylitol as a possible substitution for sucrose in cookies was investigated. The characteristics of the cookies prepared with a maltitol or xylitol substitute at 25, 50, 75, and 100% of sucrose were investigated by physical tests (spread ratio, color profile, hardness, and SEM) and sensory evaluation. The results were as follows: the spread ratios of cookies with 50% maltitol and 25% xylitol substitution were similar to that of sucrose cookies (p<0.001). As the substitution level of the maltitol or xylitol increased, the a*(redness) and b*(yellowness) value decreased and the L* (lightness) value of the cookies increased (p<0.001). As the substitution level of the maltitol increased, the hardness of the cookies tended to decrease (p<0.001). The brittleness, softness, sweetness, flavor and aftertaste (sweetness and non-sweetness) of the 75% maltitol-substituted cookies were similar to those of the sucrose cookies by the QDA (quantitative descriptive analysis) profile (p<0.001).

These results showed that the gums containing maltitol or xylitol were more effective in the remineralization than that of sucrose. Cookies that maltitol or xylitol substituted for sucrose were of good quality and comparable to the sucrose cookies. Especially, the characteristics of the 75% maltitol-substituted cookies were similar to that of the sucrose cookies and superior to the other cookies that had used various levels of sugar alcohol. Therefore, it is recommended that 75% maltitol cookie could be used as sugar cookie substitute.