캡슐화(encapsulation)는 특정한 물질을 외부 환경에 대해 보호하고 안정적으로 운반하는 기술로, 본 연구에서는 기능성 물질인 분지쇄아미노산과 유산균을 코팅하여 각 코팅체의 안정성을 평가하고, 이들의 식품 적용 가능성에 대해 분석하고자 하였다. 기능성 물질로 알려진 분지쇄아미노산을 ...
Alginate/chitosan 코팅 및 동결 건조 보호제 종류에 따른 유산균의 보호효과
캡슐화(encapsulation)는 특정한 물질을 외부 환경에 대해 보호하고 안정적으로 운반하는 기술로, 본 연구에서는 기능성 물질인 분지쇄아미노산과 유산균을 코팅하여 각 코팅체의 안정성을 평가하고, 이들의 식품 적용 가능성에 대해 분석하고자 하였다. 기능성 물질로 알려진 분지쇄아미노산을 리포좀으로 캡슐화하여 생체 내에서 방출량을 조절하고자 하였다. 분지쇄아미노산의 등전점을 기준으로 pH 4와 pH 7조건 하에서 분지쇄아미노산을 포집한 리포좀을 제조 하였으며, 이들을 4, 25, 40°C에 5 일간 저장하면서 입자크기, 제타전위 및 누적 방출율을 측정하였다. 리포좀 입자의 크기는 pH 4보다 pH 7에서 더 크게 나타났는데, 이는 내부 포집물질인 분지쇄아미노산과 리포좀의 친수성 부분이 동일한 음전하를 띠므로 반발력이 발생했기 때문인 것으로 보인다. 제타전위의 절댓값은 pH 4에서 더 크게 나타나, pH 7에서보다 저장 안정성이 더 높을 것으로 예측되었다. 초기 포집율은 pH에 관계없이 96%이상으로 나타났고, 40°C에 저장 시 누적 방출율이 급격하게 증가하여, 제조된 리포좀이 온도의 영향을 받는 것으로 나타났다. 분지쇄아미노산을 코팅한 리포좀 제조기술을 바탕으로 유산균을 코팅하고자 하였으나, 유산균이 안정적으로 포집되지 않고 운동성을 가지므로 위 기술은 적절하지 않은 코팅기술로 생각되었다. 따라서 본 연구에서는 사람에게 유익한 작용을 하는 유산균인 Lactobacillus acidophilus 균을 alginate와 chitosan을 사용하여 extrusion방식으로 코팅한 뒤, in vitro 소화실험에서 이들의 생존율을 평가하고 in vitro 장 부착능실험을 통해 코팅균이 장 부착능 개선에 영향을 미치는지 평가하였다. Alginate로 제조한 1차 코팅균의 크기보다 alginate/ chitosan으로 제조한 2차 코팅균에서 입자 크기가 증가하였으며, 그 입자의 크기는 대체로 100 μm이하로 나타났다. 또한 이들의 균 포집효율은 99% 이상으로 나타났으며, 코팅과정 전 후의 활성도는 97%이상으로 나타나 extrusion 코팅과정이 균의 생존율에 큰 영향을 주지 않고 유산균을 안정적으로 포집한 것을 확인하였다. in vitro 소화 조건에서 인공타액, 위액 및 장액에 대한 코팅균의 보호작용은 2차 코팅균이 1차 코팅균보다 높게 나타났다. 또한 in vitro 장 부착능 실험결과, 코팅하지 않은 균에 비해 코팅된 균들에서 장 부착정도가 개선되었음을 확인하였다. 한편 코팅균들의 제타전위 값은 작게 나타나 액체상에서 저장안정성이 낮을 것으로 판단되었다. 따라서 이들의 저장성을 높이기 위해서 동결 건조하였고 건조과정 중 생존율을 높이기 위해 당류를 동결 건조 보호제로 사용하였다. 비코팅균 및 코팅균의 생존율을 종합적으로 고려했을 때 sucrose처리 시 가장 높은 생존율을 보였다. 또한 주사 전자 현미경을 사용하여 보호제 matrix 표면에 무작위적으로 균이 배열되어있음을 확인하였다. 따라서 본 코팅과정을 통해 in vitro 소화 과정에서 유산균을 안정적으로 보호할 뿐 아니라 균의 장 부착능을 향상시킬 수 있고, 최적의 보호제를 처리하여 동결 건조과정 중 그 생존율을 높일 수 있을 것이라 기대된다.
Alginate/chitosan 코팅 및 동결 건조 보호제 종류에 따른 유산균의 보호효과
캡슐화(encapsulation)는 특정한 물질을 외부 환경에 대해 보호하고 안정적으로 운반하는 기술로, 본 연구에서는 기능성 물질인 분지쇄아미노산과 유산균을 코팅하여 각 코팅체의 안정성을 평가하고, 이들의 식품 적용 가능성에 대해 분석하고자 하였다. 기능성 물질로 알려진 분지쇄아미노산을 리포좀으로 캡슐화하여 생체 내에서 방출량을 조절하고자 하였다. 분지쇄아미노산의 등전점을 기준으로 pH 4와 pH 7조건 하에서 분지쇄아미노산을 포집한 리포좀을 제조 하였으며, 이들을 4, 25, 40°C에 5 일간 저장하면서 입자크기, 제타전위 및 누적 방출율을 측정하였다. 리포좀 입자의 크기는 pH 4보다 pH 7에서 더 크게 나타났는데, 이는 내부 포집물질인 분지쇄아미노산과 리포좀의 친수성 부분이 동일한 음전하를 띠므로 반발력이 발생했기 때문인 것으로 보인다. 제타전위의 절댓값은 pH 4에서 더 크게 나타나, pH 7에서보다 저장 안정성이 더 높을 것으로 예측되었다. 초기 포집율은 pH에 관계없이 96%이상으로 나타났고, 40°C에 저장 시 누적 방출율이 급격하게 증가하여, 제조된 리포좀이 온도의 영향을 받는 것으로 나타났다. 분지쇄아미노산을 코팅한 리포좀 제조기술을 바탕으로 유산균을 코팅하고자 하였으나, 유산균이 안정적으로 포집되지 않고 운동성을 가지므로 위 기술은 적절하지 않은 코팅기술로 생각되었다. 따라서 본 연구에서는 사람에게 유익한 작용을 하는 유산균인 Lactobacillus acidophilus 균을 alginate와 chitosan을 사용하여 extrusion방식으로 코팅한 뒤, in vitro 소화실험에서 이들의 생존율을 평가하고 in vitro 장 부착능실험을 통해 코팅균이 장 부착능 개선에 영향을 미치는지 평가하였다. Alginate로 제조한 1차 코팅균의 크기보다 alginate/ chitosan으로 제조한 2차 코팅균에서 입자 크기가 증가하였으며, 그 입자의 크기는 대체로 100 μm이하로 나타났다. 또한 이들의 균 포집효율은 99% 이상으로 나타났으며, 코팅과정 전 후의 활성도는 97%이상으로 나타나 extrusion 코팅과정이 균의 생존율에 큰 영향을 주지 않고 유산균을 안정적으로 포집한 것을 확인하였다. in vitro 소화 조건에서 인공타액, 위액 및 장액에 대한 코팅균의 보호작용은 2차 코팅균이 1차 코팅균보다 높게 나타났다. 또한 in vitro 장 부착능 실험결과, 코팅하지 않은 균에 비해 코팅된 균들에서 장 부착정도가 개선되었음을 확인하였다. 한편 코팅균들의 제타전위 값은 작게 나타나 액체상에서 저장안정성이 낮을 것으로 판단되었다. 따라서 이들의 저장성을 높이기 위해서 동결 건조하였고 건조과정 중 생존율을 높이기 위해 당류를 동결 건조 보호제로 사용하였다. 비코팅균 및 코팅균의 생존율을 종합적으로 고려했을 때 sucrose처리 시 가장 높은 생존율을 보였다. 또한 주사 전자 현미경을 사용하여 보호제 matrix 표면에 무작위적으로 균이 배열되어있음을 확인하였다. 따라서 본 코팅과정을 통해 in vitro 소화 과정에서 유산균을 안정적으로 보호할 뿐 아니라 균의 장 부착능을 향상시킬 수 있고, 최적의 보호제를 처리하여 동결 건조과정 중 그 생존율을 높일 수 있을 것이라 기대된다.
Encapsulation of probiotics with alginate/chitosan and protective effect of lyoprotectant
Encapsulation is an effective way to protect sensitive materials against environmental stress and to deliver them stably into the target place. In this point, the purpose of this study was to evaluate ...
Encapsulation of probiotics with alginate/chitosan and protective effect of lyoprotectant
Encapsulation is an effective way to protect sensitive materials against environmental stress and to deliver them stably into the target place. In this point, the purpose of this study was to evaluate the stability of encapsulated materials and to find applicability to food industry. Branched-chain amino acid (BCAA) as a functional substance was encapsulated with liposome prepared at pH 4 or pH 7 on the basis of isoelectric point of BCAA. All the samples were stored respectively at 4°C, 25°C and 40°C for 5 days and measured encapsulation efficiency, changes in particle size, zeta potential value and cumulative release rate. The particle size of liposomes in pH 7 was larger than pH 4, due to repulsive force between BCAA and hydrophilic part of liposomes. Zeta potential value of liposomes was higher in pH 4 than pH 7, so it is predicted that stability of storage would be higher in pH 4. Encapsulation efficiency was over 96% in both pH 4 and 7. Cumulative release rate was increased in 40°C storage condition, therefore it is concluded that these liposomes were sensitive to thermal changes. From these research about liposomes containing BCAA, it was tried to encapsulate probiotic bacteria with liposome. However, probiotic bacteria have mobility with flagella so they were not encapsulated stably in liposomes. Therefore, it is concluded that liposome is not suitable method for encapsulating probiotic bacteria and performed the other way, extrusion. So, this study was conducted to evaluate the protective effect of encapsulated probiotics Lactobacillus acidophilus in simulated gastrointestinal tract. L. acidophilus were homogeneously encapsulated by extrusion device in alginate or alginate/chitosan microspheres, which size was larger than alginate microspheres and all the size of microspheres was smaller than 100 μm. Encapsulation efficiency was more than 99% and the viability of L. acidophilus after encapsulation was more than 97%. The protective effect of microspheres was higher than control in simulated gastrointestinal tract. Also, mucoadhesive ability was improved in alginate and alginate/chitosan-microspheres than control cells. To prolong the cell’s storage period, control and encapsulated cells were freeze-dried with saccharides as lyoprotectants. As a result, sucrose showed the highest survival rate among all the samples. Also, scanning electronic microscopic image showed L. acidophilus was randomly embedded in the matrix of lyoprotectant. Therefore, these encapsulation process could protect L. acidophilus from gastrointestinal tract and improve mucoadhesive ability in intestine. Moreover, opitmal lyoprotectant could help survive L. acidophilus during freeze drying process.
Encapsulation of probiotics with alginate/chitosan and protective effect of lyoprotectant
Encapsulation is an effective way to protect sensitive materials against environmental stress and to deliver them stably into the target place. In this point, the purpose of this study was to evaluate the stability of encapsulated materials and to find applicability to food industry. Branched-chain amino acid (BCAA) as a functional substance was encapsulated with liposome prepared at pH 4 or pH 7 on the basis of isoelectric point of BCAA. All the samples were stored respectively at 4°C, 25°C and 40°C for 5 days and measured encapsulation efficiency, changes in particle size, zeta potential value and cumulative release rate. The particle size of liposomes in pH 7 was larger than pH 4, due to repulsive force between BCAA and hydrophilic part of liposomes. Zeta potential value of liposomes was higher in pH 4 than pH 7, so it is predicted that stability of storage would be higher in pH 4. Encapsulation efficiency was over 96% in both pH 4 and 7. Cumulative release rate was increased in 40°C storage condition, therefore it is concluded that these liposomes were sensitive to thermal changes. From these research about liposomes containing BCAA, it was tried to encapsulate probiotic bacteria with liposome. However, probiotic bacteria have mobility with flagella so they were not encapsulated stably in liposomes. Therefore, it is concluded that liposome is not suitable method for encapsulating probiotic bacteria and performed the other way, extrusion. So, this study was conducted to evaluate the protective effect of encapsulated probiotics Lactobacillus acidophilus in simulated gastrointestinal tract. L. acidophilus were homogeneously encapsulated by extrusion device in alginate or alginate/chitosan microspheres, which size was larger than alginate microspheres and all the size of microspheres was smaller than 100 μm. Encapsulation efficiency was more than 99% and the viability of L. acidophilus after encapsulation was more than 97%. The protective effect of microspheres was higher than control in simulated gastrointestinal tract. Also, mucoadhesive ability was improved in alginate and alginate/chitosan-microspheres than control cells. To prolong the cell’s storage period, control and encapsulated cells were freeze-dried with saccharides as lyoprotectants. As a result, sucrose showed the highest survival rate among all the samples. Also, scanning electronic microscopic image showed L. acidophilus was randomly embedded in the matrix of lyoprotectant. Therefore, these encapsulation process could protect L. acidophilus from gastrointestinal tract and improve mucoadhesive ability in intestine. Moreover, opitmal lyoprotectant could help survive L. acidophilus during freeze drying process.
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