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문제 정의
- 따라서, 본 논문에서는 유신 균의 생존율을 높여 장내에 도달할 수 있도록 미세캡슐화 공정을 개발하고 그 공정에 관련된 중요 변수들을 최적화하였다. 즉, 옥배 경화유를 이용해 유산균을 1차 캡슐화한 후 최종의 피복 물질로 2차 캡슐화함으로써 내산성 및 저장.
제안 방법
- 예비실험 결과, 단일종류의 피복 물질보다 복합물질 사용법이 더 효율적인 것으로 판명되었으며, 따라서 본 연구에서의 최종 바깥층 피복물질(본 연구에서의 2차 피복 물질이며 1차 피복 물질 과 구분하기 위하여 WM으로 표기함)은 sweet potato starch와 gelatin을 l:4(w/w)의 비율로 혼합하여 65"C에서 호화 시켜 제조하였다.
- 증류수에 HLB가 "(polyoxyethylene sorbitanmonostearate)인 유 화제를 0.025% 농도로 첨가하여 강하게 교반 하여 용해시킨 후 UTC로 유지하여 보관하면서 2 중층 미세캡슐 형성을 위한 분산 매로 사용하였다.
- 6)와 함께 첨가하여 8, 000 rpm의 고속으로 균질화시켰다. 0.025%(w/w)의 oil red O로 염색시킨 녹는점이 30℃인 옥배 경화유(Wm, 본 연구에서의 1차 피복 물질이며 Wm으로 표기하였음)를 첨가하여 다시 균질화시킴으로써 2 중층 미세캡슐 형성을 위한 전 단계인 W/O형 유화액 내의 중심물질(Cm, 본 연구에서의 1차 중심물질이며 Cm으로 표기하였음)을 제조하였다.
- 미세캡슐화 공정에 첨가되는 유화제의 최적농도를 결정하기 위하여 HLB값이 0.6인 1차 유화제 PGPR과 HLB값이 16.7인 2차 유화제 PSML의 농도를 동시에 변화시킴은 물론, 1차 유화제 농도를 고정시킨 후 2차 유화제 농도를 변화시키거나 또는 2차 유화제농도를 고정시킨 후 1차 유화제 농도를 변화 시켜 미세캡슐화 수율이 변화되는 양상을 검토하였다. 이상의 실험군을 각각 3회 반복하여 얻은 결과는 Fig.
- 본 연구에서 사용한 중심물질인 Lactobacillus sp를 증류수에 1차 유화제(polyglycerol polyricinoleate, PGPR, HLB 0.6)와 함께 첨가하여 8, 000 rpm의 고속으로 균질화시켰다. 0.
- 본 연구에서의 2차 중심물질은 전술한 방법에 의하여 준비한 W/ 0형 유화액이며 1차 중심물질과 구분하기 위하여 본 논문에서는 CM으로 표기하였음)과 유화제를 혼합하여 Ulti-a-tun-ax T25(Janke & Kunkel, Staufen, Germany)를 사용하여 8, 000 rpm의 고속으로 50초간 강하게 교반 하였으며 미리 준비한 최종 피복 물질(2차 피 복 물질, WM)을 첨가하여 60초간 교반 함으로써 W/O/W형의 2중 층 미세캡슐 제조를 위한 유화액 형성을 완성하였다.
- 즉, 옥배 경화유를 이용해 유산균을 1차 캡슐화한 후 최종의 피복 물질로 2차 캡슐화함으로써 내산성 및 저장. 운반 성을 향상시키도록 유산균을 함유하는 2 중층 미세캡슐을 제조하되, 2 중층 미세캡슐화의 전 단계인 유화(emulsification) 단계 및 미세캡슐화와 관련된 분산액 내로의 분무 공정 요인들을 최적화하였다.
- 유산균의 일종인 Lactobacillus sp. 을 중심물질로 하고 그 바깥을 2 중층으로 미세캡슐화하는 공정을 위한 최적 조건을 확립하였는데, [중심물질]과 [피복 물질]의 혼합비율과 유화제 첨가농도, 2 중층 유화계내의 2종류 유화제(PGPMSML)에 의한 상승효과, 분산액의 온도 및 분산액의 교반 속도가 유산균함유 2 중층 미세 캡슐화 수율에 미치는 영향을 검토하였다. W/O형 및 W/0/W형 유화계내에서의 중심물질과 피복물 질의 혼합비율과 유화제 첨가 농도에 따른 최적 조건을 탐색한 결과, Lactobacillus sp.
- 의 최적농도를 결정하기 위하여 Lactobacillus sp.의 농도가 각각 10, 20, 30, 40, 50% 되게 현탁액을 준비하고, 농도당 3회 반복하여 미세캡슐화 수율을 측정하였다. 그 결과, 10-20% 농도에서 91.
- 미세캡슐화 공정을 완성한 후 비극성 유기용매인 /사lexane을 50 mL 첨가하되, 미세캡슐이 함유된 현탁액과의 비율이 1 :l(v/v)이 되게 혼합하였으며 50 rpm 이하의 저속으로 교반한 후 30분 동안 정치시켰다. 정치 후, 미세캡슐화되지 못한 중심물질을 함유하고 있는 추출액인 〃-hexane층 일정량을 취해 5l0nm에서 홉 광도를 측정하였으며 그 측정값(A)을 아래 계산식에 적용시켜 미 세 캡슐 화 수율(yield of microencapsulation, YM)로 나타내었다.
- 즉, 유산균 함유 수분층-1차 유화제-옥배유 함유 기름 충의 W/ O형 단일 충 유화계와 유산균을 둘러싼 옥배유 유회 층-2차 유화 제-다당류 호화 액으로 이루어진 W/0/W형 2 중층 유화 계를 형성시킨 후, 시간이 경과함에 따라 분리되어지는 유산균 층과 옥배유 층의 부피를 각각 측정하여 그 측정값을 아래 식에 대입하여 ESI 값을 산출하였다.
대상 데이터
- 7) 등은 (주)일신 유 하.(서울, 한국)에서 제공 받았으며 모두 95.0% 이상의 순도를 갖는 제품을 사용하였다. 1차 피복 물질(wall material, Wm)로 사용한 옥배 경화유는 (주)영미산업(용인, 경기도)에서 구입하였으며, 2차 피복 물질로서는 sweet potato starch(Sigma Chemical Co.
- 0% 이상의 순도를 갖는 제품을 사용하였다. 1차 피복 물질(wall material, Wm)로 사용한 옥배 경화유는 (주)영미산업(용인, 경기도)에서 구입하였으며, 2차 피복 물질로서는 sweet potato starch(Sigma Chemical Co. Ltd., St. Louis, MO, USA)와 gelatin((주)덕산화학, 김포, 한국)을 사용하였고, 유산균의 일종인 Lactobacillus sp를 중심물질로 사용하였다. 피복 물질 제조 및 분산 매에 사용한 물은 pH 6.
- 미리 준비한 W/0/W형 유화액을 Fig. 2의 미세캡슐화 장치에 적용시키도), 분무기를 사용하여 분산매내로 분무함으로써 직경 10|im 내외의 미세한 캡슐을 제조하였다.
- 본 연구에 사용된 식품 유화제인 poly glyceroll polyricinoleate(HLB 0.6), glycerol monooleate(HLB 2.8), propyleneglycol monoester (HLB 3.4), glycerol monolaurate(HLB 4.0), sorbitan monooleate (HLB 4.3), sorbitan nionostearate(HLB 4.7), glycerol monostearate (HLB 5.0), sorbitan monopalmitate(HLB 6.7), polyoxyethylene sorbitan monostearate(HLB 9.6), polyglycerol monooleate(HLB 13.0), polyoxyethylene sorbitan monolaurate(HLB 16.7) 등은 (주)일신 유 하.(서울, 한국)에서 제공 받았으며 모두 95.
이론/모형
- W/O형 및 W/0/W형 유화계의 유화안정성올 결정하기 위한 유 화 안 정지 수 산출법은 Chang 등이 보고한 아래의 계산식을 이용하였다 (18).
성능/효과
- W/O형 및 W/0/W형 유화계내에서의 중심물질과 피복물 질의 혼합비율과 유화제 첨가 농도에 따른 최적 조건을 탐색한 결과, Lactobacillus sp.(Cm) 와 옥 배 경화유(Wm)와의 혼합비율이 [W/O형 Cm]:[W/O형 Wm] = 3:2 (w/w), 1.00%의 유화제(PGPR) 첨가농도에서 최대의 수율을 나타내었으며, 유산균을 옥배 경화유가 단일 층으로 둘러싼 W/O형 유 화계와 다당류 호화액의 혼합비율 즉, [W/0/W형 중심물질, CM]: [W/0/W형 피복 물질, WM] = 1 : 3(w/w), 0.65%의 유화제(PSML) 농도에서 가장 높은 미세캡슐화 수율을 얻을 수 있는 것으로 판명되었다. 최종적으로, 유산균 2 중층 미세캡슐화 공정을 위한 여러 가지 요인들 중 물리적인 조건의 변화를 살펴본 결과, 분 산매 의 온도가 UTC이며, 미세캡슐을 함유히는 분산액 제조 시의 교반 정도가 270 rpm일 때 2중 미세캡슐화의 가장 높은 수율을 확인할 수 있었다.
- 1차 유화제인 PGPR의 농도를 변화 시켜 Fig. 6의 결과를 얻었는데, 1%의 농도일 때 미세캡슐화 수율이 가장 효율적인 것으로 나타났다. 반면, 친수성이 강한 2차 유화제인 PSML의 첨가농도를 변화 시켜 Fig.
- 9의 결과를 얻었다. Fig. 9에서 보는 바와 같이 교반 속도에 따른 수율은 증가 후 감소하는 양상을 나타냈으며, 중속(270 rpm)에서 미세캡슐화 수율이 97% 수준으로 가장 높은 것으로 판명되었다. 저속 (90-210 rpm)으로 교반하였을 경우, 형성된 미세캡슐들의 융합으로 인한 불안정성 때문에 미세캡슐화 수율이 낮은 것으로 판단되었으며, 고속(390 rpm 이상)으로 교반하였을 경우, 미세캡슐의 파괴로 인하여 미세캡슐화 수율이 낮아지는 것으로 판단되었다.
- W/0/W鬼 유화액의 경우도 위와 동일한 방법에 의하여 유화 안 정성을 측정히여 Table 2의 결과를 얻었는데, HLB값이 16.7°1 친 수성이 강한 polyoxyethylene sorbitan monoIaurate(PSML)가 가장 안정한 유화 계를 형성하였으며, W/0/W형의 중심물질(2차 중심 물질, CM)과 피복 물질(2차 피복 물질, WM)을 제조한 후 미세캡슐화 수율을 측정한 결괴-, Lactobacillus sp를 옥배 경화유가 둘러싼 W/0/W형 중심물질과 최종 피복 물질인 sweet potato stai'ch 호화 및 gelatin 첨가액과의 혼합비율, 즉 [W/O/We CM]: [W/0/W 형 WM]= 1 :3(w/w)이 최적인 것으로 판명되었다(Fig. 4).
- 의 농도가 각각 10, 20, 30, 40, 50% 되게 현탁액을 준비하고, 농도당 3회 반복하여 미세캡슐화 수율을 측정하였다. 그 결과, 10-20% 농도에서 91.0-91.2%의 수율을 보였으며, 30% 농도에서는 90.0%의 수 율을 보였다. 반면, 40-50% 농도에서는 87.
- 따라서, 본 연구에서는 미세캡슐화 수율을 가장 높게 하는 270 rpm의 분 산매 교반 속도를 최적인 것으로 결정하였다.
- 또한 1, 2차 유화제 농도를 동시에 변화시킨 결과, Fig. 8에서 보는 바와 같이 1.00% PGPR과 0.65% PSML인 경우(전체 유화 제 농도는 1.65%)에 미세캡슐화 수율이 94.1 %로 가장 높았다.
- 65% 이상의 높은 농도에서는 Tharwat와 Brian의 보고(19)와 동일한 현상을 나 타내었으며 이들의 결과분석에 의해, 유화 형성 이후의 일정 농도 이상에서는 유화제가 W/O/W願 유화 입자의 표면장력을 증가 시켜 파괴하는 분산제로 작용한 것으로 판단하였다. 또한, 단일 종류 유화제보다 2종류 유화제를 함께 사용하였을 때 전체적으로 미세캡슐화 수율이 더 높은 것으로 나타났는데 이는 2종류 유 화제 사용에 의한 유화 안정성의 상승효과(synergistic effect)에 의한 것으로 예상된다.
- 6의 결과를 얻었는데, 1%의 농도일 때 미세캡슐화 수율이 가장 효율적인 것으로 나타났다. 반면, 친수성이 강한 2차 유화제인 PSML의 첨가농도를 변화 시켜 Fig. 7의 결과를 얻을 수 있었으며, 0.65%의 농도에서 극대의 수율을 나타내는 가장 효과적인 미세캡슐을 형성하는 것으로 판명되었다.
- 이상의 결과로 볼 때, W/O형 유화계의 안정성을 위해서는 HLB 값이 낮은 소수성 유화제가 적절하며, 반면 W/0/W형 유화계와 같이 최종의 껍질층이 수분층이면 HLB값이 높은 친수성 유화제가 적합한 것으로 판단되었는데, 이러한 결과는 Tharwat와 Brian의 보고(19)와 일치하는 경향을 보였다.
- 이상의 결과로부터, 유화제의 전체 첨가농도가 1.65% 이상의 높은 농도에서는 Tharwat와 Brian의 보고(19)와 동일한 현상을 나 타내었으며 이들의 결과분석에 의해, 유화 형성 이후의 일정 농도 이상에서는 유화제가 W/O/W願 유화 입자의 표면장력을 증가 시켜 파괴하는 분산제로 작용한 것으로 판단하였다. 또한, 단일 종류 유화제보다 2종류 유화제를 함께 사용하였을 때 전체적으로 미세캡슐화 수율이 더 높은 것으로 나타났는데 이는 2종류 유 화제 사용에 의한 유화 안정성의 상승효과(synergistic effect)에 의한 것으로 예상된다.
- 분산액 온도가 10。(?일 때 최대의 수율을 얻을 수 있었는데, 이러한 결과는 10℃ 이하에서는 미세캡슐의 형성에 필요한 시간이 부족하여 형성 중인 미세캡슐의 모양이 불균일해지는 불안정성이 높아지며 반면, 10l, C 이상의 온도는 미세캡슐의 피복 물질 형 성을 저해함에 기인하는 것으로 판단하였다. 이러한 결과는 단일 층 미세캡슐 형성의 연구 보고(20)와도 일치하는 것이다.
- 65%의 유화제(PSML) 농도에서 가장 높은 미세캡슐화 수율을 얻을 수 있는 것으로 판명되었다. 최종적으로, 유산균 2 중층 미세캡슐화 공정을 위한 여러 가지 요인들 중 물리적인 조건의 변화를 살펴본 결과, 분 산매 의 온도가 UTC이며, 미세캡슐을 함유히는 분산액 제조 시의 교반 정도가 270 rpm일 때 2중 미세캡슐화의 가장 높은 수율을 확인할 수 있었다.
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