Влияние напитков с различным уровнем рН на структуру и минерализацию зубной эмали



В статье автор изучает влияние напитков с различным уровнем рН на состояние зубной эмали, используя в качестве биологической модели куриные яйца.

Ключевые слова: зубная эмаль, уровень рН, напитки.

Было доказано, что сиропы с сахаром вызывают значительное снижение целостности твердых тканей зубов по сравнению с сиропами без сахара. Это свидетельствует о потенциальном риске развития кариеса и других повреждений зубов из-за воздействия сахара, особенно у детей, так как молочные зубы имеют более тонкую эмаль, чем постоянные 6, с. 75].

В то же время исследования показали, что газированные и фруктовые напитки нарушают механическую целостность зубной эмали, одновременно увеличивая шероховатость ее поверхности 5, с. 491], а употребление сладких напитков снижает ее кислотоустойчивость 3, с. 193]. К тому же исследования ученых демонстрируют, что уровень рН влияет на эрозивный потенциал напитков 4, с. 56].

Исследователи указывают, что зубная эмаль по своему химическому составу представляет собой биоминерал. Аналогично скорлупа куриных яиц также относится к категории биоминералов. Ее механические свойства аналогичны свойствам человеческого дентина и зубной эмали в условиях нагрузки, возникающей при жевании обычной пищи. Яичная скорлупа обладает двумя природными поверхностями, морфологическая структура которых напоминает призматическое строение зубной эмали 2, с. 2]. Именно поэтому в качестве модели зубной эмали в нашем эксперименте выступила скорлупа куриного яйца.

Целью настоящего исследования являлось изучение влияния напитков с различным уровнем рН и составом на структуру и минерализацию зубной эмали. Полученные результаты дают возможность разработать практические рекомендации по предотвращению потенциальных рисков для здоровья полости рта. Выводы, сделанные в исследовании, могут найти применение на уроках биологии, а также использоваться педагогами и родителями для формирования принципов здорового питания у подрастающего поколения.

Методика

В эксперименте использовались куриные яйца столовые категории 1, приобретенные в розничной торговой точке г. Челябинска, которые, по описанию, были доставлены с птицеводческого комплекса «Чебаркульская птица». Срок хранения используемых яиц не превышал пределы сроков гарантированного использования. Экспериментальный биологический материал (куриные яйца) хранился не более двух суток в домашнем холодильнике в условиях, рекомендованных производителем. Для оценки рН выбранных напитков использовался метод определения с помощью индикаторных тест-полосок РН test strips 1–14 (производство Китая).

В исследовании использовано 30 яиц, которые были распределены на шесть групп по пять яиц в каждой: пять экспериментальных и одна — контрольная. Экспериментальные группы подвергались воздействию напитков с разным уровнем pH: апельсинового сока с добавлением сахара, натурального черного кофе, огуречного маринада, а также двух видов газированной воды — сладкой «Дюшес» и несладкой минеральной «Ессентуки № 4». Контрольная группа помещалась в фильтрованную негазированную питьевую воду. Яйца погружали в выбранные жидкости на 48 часов, после чего анализировали произошедшие изменения.

Перед началом эксперимента была проведена процедура очистки яиц от загрязнений. Для этого они очищались мягкой губкой и теплой водой, после чего тщательно высушивались. Затем яйца были случайным образом распределены в одну из пяти групп: первая группа была погружена в «Дюшес», вторая — в черный кофе, третья — в минеральную воду, четвертая — в апельсиновый сок, пятая — в огуречный маринад. Контрольная группа находилась в питьевой фильтрованной негазированной воде.

После извлечения яиц из раствора их поверхность была тщательно осмотрена: как визуально без увеличительных приборов, так и под микроскопом. Результаты осмотра показали следующее.

1. Первая группа («Дюшес»).

Без увеличительных приборов: поверхность яиц имела липкую текстуру и была покрыта слоем слизи; также замечены небольшие коричневые пятна. Слизь была удалена теплой водой, но поверхность скорлупы была шероховатой, с неоднородными пятнами от светло-серого до темно-коричневого цвета.

Под микроскопом: шероховатость скорлупы была вызвана частичной эрозией верхнего слоя минералов; светлые пятна оказались участками частичного разрушения минералов в местах, где кристаллы кальция растворились, образуя углубления; более темные пятна представляли собой налет, образованный напитком и содержащимся в нем сахаром.

2. Вторая группа (кофе).

Без увеличительных приборов: цвет скорлупы всех яиц изменился на темно-коричневый, появились темные пятна; поверхность яиц стала слегка шероховатой. Было обнаружено, что налет и пятна невозможно удалить обычной водой.

Под микроскопом: шероховатость поверхности обусловлена частичным растворением кальциевых структур, что привело к ее неравномерной текстуре. Наблюдались нарушения в кристаллической структуре кальция, а кофейный краситель глубоко проник в оболочку, что привело к неравномерному окрашиванию.

3. Третья группа (минеральная вода с газом).

Без увеличительных приборов: поверхность яичной скорлупы имела шероховатую текстуру, на ней присутствовал тонкий прозрачный слой слизи и небольшие светло-коричневые пятна. Слизь легко удалялась с помощью воды, однако присутствие пятен оставалось неизменным.

Под микроскопом: поверхность стала рыхлой и неровной, была покрыта светлыми пятнами за счет частичной деминерализации. Видны отложения солей минеральной воды на поверхности скорлупы.

4. Четвертая группа (апельсиновый сок).

Без увеличительных приборов: скорлупа была покрыта значительным слоем слизи, которая имела липкую консистенцию. После удаления слизи теплой водой на поверхности скорлупы остались светло-коричневые пятна.

Под микроскопом: структура оболочки яиц местами нарушена. Присутствуют участки полного разрушения верхнего слоя скорлупы из-за воздействия кислот апельсинового сока.

5. Пятая группа (маринад).

Без увеличительных приборов: яйца увеличились в объеме, их оболочка полностью (до яичной мембраны) разрушена, вследствие чего они стали мягкими. Поверхность яиц была покрыта слизью, которая удалилась с помощью теплой воды.

Под микроскопом: видны мелкие остатки минералов скорлупы на мембране. Сама мембрана выглядела деформированной и потерявшей свою первоначальную прочность.

6. Контрольная группа: никаких видимых изменений не наблюдалось.

Полученные перед исследованием значения рН выбранных напитков составили: для апельсинового сока — 4,5; для кофе — 5; для маринада — 4; для «Дюшеса» — 5,5; для минеральной воды «Ессентуки № 4» — 9; для фильтрованной негазированной воды — 7 (см. рисунок 1).

Рис. 1. Измерения рН напитков

Анализ значений рН помогает интерпретировать наблюдаемые изменения. Напитки с кислым рН, такие как маринад и сок, привели к значительному разрушению кальция из-за воздействия на него кислоты. Одновременно с этим в результате воздействия сахаросодержащих напитков произошло частичное разрушение верхнего слоя оболочки и образование участков деминерализации. Кофе с нейтральным показателем рН за счет кофеина глубоко окрасил скорлупу, что привело к несмываемому коричневому налету. Наличие в кофе кислот способствовало частичной деминерализации поверхности яиц 1, с. 1]. Минеральная вода из-за слабощелочной среды практически не оказала влияния на разрушение скорлупы, но привела к появлению отложений солей минералов на поверхности яиц. Таким образом, определение рН позволило связать химический состав напитков с наблюдаемыми изменениями, произошедшими со скорлупой.

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что продолжительное пребывание минеральных структур в средах с низкой кислотностью вызывает существенные повреждения их структуры. Сахар, содержащийся в некоторых напитках, способствовал формированию липкого налета и частичной деминерализации поверхностного слоя скорлупы. Кофе изменил цвет скорлупы, и появившийся темный налет не удавалось устранить обычной водой.

На основе проведенного исследования можно дать следующие рекомендации:

1. Избегать частого употребления сахара и сладких напитков.
2. Снизить употребление напитков, содержащих кофеин.
3. Проводить регулярную гигиену полости рта для снижения негативных последствий.
4. Следить за здоровьем зубов и проводить профилактику кариеса.

Литература:

1. Acids in brewed coffees: Chemical composition and sensory threshold / J.Birke Christina, Giacalone Davide, Steen Ida [и др.]. — Текст: непосредственный // Current Research in Food Science. — 2023. — № 6. — С. 1–13. — URL: https://doi.org/10.1016/j.crfs.2023.100485 (дата обращения: 09.01.2025).
2. Bending Deformation Behavior of Eggshell and Eggshell–Polymer Composites / Panfilov, P., Zaytsev, D., Mezhenov, M. [и др.]. — Текст: непосредственный // Journal of Composites Science. — 2023. — № 7 (8), 336. — С. 1–11. — URL: https://doi.org/10.3390/jcs7080336 (дата обращения: 01.01.2025).
3. Малежик, М. С. Влияние жидкостей с различным уровнем кислотности на твердые ткани постоянных зубов / М. С. Малежик, А. М. Петрова. — Текст: непосредственный // Теория и практика современной стоматологии. — Чита: РИЦ ЧГМА, 2022. — С. 190–194. — URL: http://www.zabstom.ru/sites/default/files/docs/sbornik_2022.pdf#page=191 (дата обращения: 01.01.2025).
4. Манак, Т. Н. Воздействие кислотности напитков на твердые ткани зубов / Т. Н. Манак, А. С. Редер, В. В. Кривонощенко. — Текст: непосредственный // Современная стоматология. — 2022. — № 4. — С. 54–57. — URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vozdeystvie-kislotnosti-napitkov-na-tverdye-tkani-zubov (дата обращения: 07.01.2025).
5. Муслов, С. А. О влиянии напитков и питьевой воды на механические свойства зубной эмали / С. А. Муслов, Л. А. Бабайцева, Ф. К. Хасанов. — Текст: непосредственный // Актуальные вопросы биологической физики и химии. — 2020. — Т. 5, № 3. — С. 485–493. — EDN PUOOMP. — URL: https://elibrary.ru/item.asp?Id=46597926 (дата обращения: 01.01.2025).
6. Муслов, С. А. Влияние сахара и сладких продуктов на микробную адгезию и твердость зубной эмали / С. А. Муслов, В. Н. Царев, С. Д. Арутюнов. — Текст: непосредственный // Эндодонтия today. — 2020. — № 18 (3). — С. 71–79. — URL: https://www.researchgate.net/profile/Sergey-Muslov/publication/346200468_Influence_of_sugar_and_sweet_foods_on_the_hardness_of_tooth_enamel/links/5fc910c9a6fdcc697bdb69bf/Influence-of-sugar-and-sweet-foods-on-the-hardness-of-tooth-enamel.pdf?_sg %5B0 %5D=started_experiment_milestone&origin=journaldetail (дата обращения: 01.01.2025).