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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 지용성 성분인 coenzyme Q10을 초고압균질기 조건에 따라 coenzyme Q10 나노에멀젼을 제조하고, 품질특성 및 안정성 평가를 하여 앞으로 다양한 제형의 제품에 활용할 수 있도록 연구를 진행하였다.
- 본 연구에서는 coenzyme Q10을 나노에멀젼화 하기 위해 초고 압균질기를 이용하여 3가지 다른 형태의 밸브를 대상으로 평가를 진행하였으며, 선정된 밸브를 사용하여 제조된 coenzyme Q10나노에멀젼의 품질 특성 및 안정성 평가를 하였다. 초고압균질기를 이용한 coenzyme Q10나노에멀젼 제조 시 최적 조건은 150 MPa, C 밸브, 통과 횟수 3회이었다.
제안 방법
- Coenzyme Q10 나노에멀젼 중의 지방구 크기 및 비표면적 측정은 particle size analyzer(Nanotrac, NPA-210, Montgomeryville, PA, USA)를 이용하여 용매로 쓰인 증류수로 기준광을 잡아주어 입자를 측정한 후, coenzyme Q10 나노에멀젼의 측정 농도는 coenzyme Q10 하루 섭취량인 약 100 mg/100 mL의 함량으로 희석한용액을 30초간 voltexing 한 후 4 mL을 취하여 3회 측정하여 평균값으로 나타내었다.
- Coenzyme Q10 나노에멀젼은 lecithin과 polyglycerin fatty acid ester를 monosaccharide와 증류수(distilled water)로 이루어진 용매에 분산시키고, 75℃로 유지하면서 coenzyme Q10 분말을 첨가하여 용해시켰다.
- Coenzyme Q10 농도가 100 mg/100 mL가 되도록 각각의 pH2.0, 4.0, 6.0, 8.0 및 10.0의 완충용액을 가하여 시료액을 제조하였다.
- Copper Grid를 핀셋을 이용하여 고정한 후, 시료, distilled water, uranyl acetate 2% solution의 순서로 점적한다. 상온에서 건조 후 copper grid를 TEM(Transmission Electron Microscopy)의 진공관 device에 올려놓은 후 관찰하였다.
- 제조한 시료액을 갈색 바이알에 넣고 밀봉한 후 water bath에 넣어 95℃로 유지하며 1, 2, 3, 5 및 7시간 마다 입자 크기, 투과도 및 제타 전위를 측정하여 pH와 열처리에 따른 coenzyme Q10 나노에멀젼의 안정성을 평가하였다.
- 제조한 시료액을 갈색 바이알에 넣고 밀봉한 후 냉동실에 넣어 −20℃로 유지하며 1, 3, 5및 10일 마다 입자 크기, 투과도 및 제타 전위를 측정하여 동결 처리에 따른 coenzyme Q10 나노에멀젼의 안정성을 평가하였다.
- 제타 전위의 측정은 Zeta Potentiometer(Brookhaven Instruments Corporation, ZetaPlus, Holtsville, NY, USA)를 이용하였고, 25℃에서 전기장은 자동으로 설정 한 후 coenzyme Q10이 100 mg/100 mL의 함량으로 희석한 용액을 플라스틱 재질의 1 mL 일회용 셀에 샘플 0.8 mL를 채우고 3회 측정하여 평균값으로 나타내었다.
- 초고압균질기를 이용하여 최적의 조건(150 MPa, C 밸브, 통과 횟수 3회)으로 제조한 coenzyme Q10 나노에멀젼을 각각 4, 25, 및 40℃의 암소에 12주 동안 보관하면서 일정 기간마다 그 입자 크기 및 coenzyme Q10 함량 변화를 측정하였다.
- 초고압균질기를 이용하여 최적의 조건(150 MPa, C 밸브, 통과 횟수 3회)으로 제조한 coenzyme Q10 나노에멀젼의 안정성 평가를 위해 다양한 pH(2-10) 처리와 열(95℃) 처리한 후 입자 크기, 투과도 및 제타 전위를 측정하였다.
- 투과 전자현미경(Phillips, TECNAI 12, Eindhoven, Netherlands)을 이용하여 coenzyme Q10 나노에멀젼의 입자를 관찰하였다.
- 함량 변화 측정은 12주 동안 일정 기간 마다 Coenzyme Q10 HPLC(Jasco, UV-2075, PU-2089, AS-2057, CO-2060, Ishikawa, Japan)를 이용하여 Table 1의 조건으로 시간이 지남에 따라 coenzyme Q10 나노에멀젼 중의 소실되는 coenzyme Q10의 함량 추이를 관찰하였다.
대상 데이터
- 이 때 분산된 입자는 밸브의 모양에 따라 전단작용을 받아 분쇄 되며 출구에서 임펙트 링(impact ring)에 직각으로 충돌하여 충격에 의해 분산된 입자는 더욱 미세하게 된다. 본 실험에서는 밸브의 간격 및 모양에 따라 각각의 전단력이 다른 밸브 형태(Fig. 1) 를 이용하여 실험을 진행하였다. 일반적으로 압력이 클수록 입자 크기가 작아지고 안정한 에멀젼을 만드는 것으로 알려져 있음으로(32,33), 초고압균질기(Sanwa machine Co.
- 본 연구에 사용한 coenzyme Q10은 Kaneca(Kaneca Co., Ltd, Osaka, Japan)에서 생산된 순도 98% 이상 제품을 사용하였다. 유화제는 분말형태의 HLB 값이 9.
- , Ltd, Osaka, Japan)에서 생산된 순도 98% 이상 제품을 사용하였다. 유화제는 분말형태의 HLB 값이 9.7인 lecithin(Food Tech, Yokkaichi, Japan)과 HLB 값이 12인 polyglycerin fatty acid ester(Riken Vitamin Co., Ltd, Tokyo, Japan)를 사용하였고, 용매로 monosaccharide(Food Tech, Yokkaichi, Japan)와 순수 제조 장치(Young Lin Instrument Co., Ltd, Basic 360, Anyang, Korea)에 의해 제조된 증류수(distilled water)를 사용하였다.
데이터처리
- 모든 분석 결과는 3반복으로 수행된 평균값이며, 각 분석 결과에 대한 통계분석은 SAS(Statistical Analytical System version 9.1, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) 통계프로그램을 이용하여 분산분석을 하고 Duncan’s multiple range test로 시료간의 유의차를 검증하였다.
- 투과도 측정은 UV-vis spectrometer(Mecasys, Optizen 2120UV PLUS, Seongnam, Korea)를 사용하여 660 nm 파장에서 증류수로 기준광을 잡아준 후, coenzyme Q10이 100 mg/100 mL의 함량으로 희석한 용액을 30초간 voltexing 한 후 1.5 mL을 취하여 3회 측정하여 평균값으로 나타내었다.
성능/효과
- 4 ℃ 및 25℃에서 보관한 coenzyme Q10나노에멀젼은 12주의 저장 기간 동안 coenzyme Q10의 함량에 변화가 없었지만(p<0.01), 40 ℃에서12주 동안 저장한 coenzyme Q10나노에멀젼의 coenzyme Q10 의함량은 1주 이후 약간씩 감소하는 경향을 보이다 6주 이후부터는 coenzyme Q10의 함량이 약 15%까지 감소하다가 일정해지는 경향을 보였다(p<0.01).
- 4℃ 및 25℃에서 보관한 coenzyme Q10 나노에멀젼의 입자 크기는 12주의 저장 기간 동안 유의적인 변화가 없었으나(p<0.01), 40℃에서 12주 동안 저장한 coenzyme Q10나노에멀젼의 입자 크기는 2주 후부터 조금씩 커지는 경향을 보이다 4주부터는 입자 크기가 급속하게 커졌다(p<0.01)(Fig. 6).
- 7에 나타내었다. Coenzyme Q10 성분은 제시된 HPLC 조건하에서 잘 분리되었으며, 검량선 작성 농도 범위에서 양호한 직선상을 나타내었다. 4 ℃ 및 25℃에서 보관한 coenzyme Q10나노에멀젼은 12주의 저장 기간 동안 coenzyme Q10의 함량에 변화가 없었지만(p<0.
- pH 4, 6, 8 및 10용액에 희석하여 열처리한 coenzyme Q10나노에멀젼은 7시간의열처리 후에도 pH와 열처리 하지 않은 coenzyme Q10나노에멀젼의 입자 크기와 균일한 경향을 나타냈으나, pH2 용액에 희석한 coenzyme Q10나노에멀젼을 1시간 열처리 했을 때, 입자가 커지기 시작하여 7시간 후에는 coenzyme Q10나노에멀젼이 깨지는 현상을 확인하였다(p<0.01).
- 동결처리가 coenzyme Q10나노에멀젼의 안정성에 미치는 영향은 Table 3에 나타난 바와 같이 10일의 저장기간 동안 동결처리 하지 않은 coenzyme Q10나노에멀젼과 입자 크기, 투과도 및 제타전위 값이 유의적인 차이를 보이지 않아 동결처리에 대한 안정성을 확인하였다(p<0.01).
- pH2 용액을 제외하고는 pH(4-10) 처리와 열(95℃)처리 및 동결(−20℃)처리 시에도 안정하였다. 따라서 제조된 coenzyme Q10 나노에멀젼은 액체 형태 등 다양한 식품에 적용할 수 있는 가능성을 확보하였으며, 유통시에는 상온보다는 냉장 보관이 더 적합할 것으로 판단된다.
- 밸브 형태(A, B, C)에 따라 150 MPa 압력 하에서 3회씩 통과시켜 제조한 coenzyme Q10 나노에멀젼의 입자를 투과 전자현미경(TECNAI, Phillips, Yokohama, Japan)을 이용하여 관찰한 결과 (Fig. 2), particle size analyzer로 측정한 평균 입자 크기 값과 비슷한 경향을 나타내는 결과를 볼 수 있었다.
- 밸브 형태에 따라 제조한 coenzyme Q10 나노에멀젼의 제타 전위를 측정한 결과(Table 2) 3가지 밸브 형태 모두공정 횟수가 증가함에 따라 제조된 나노에멀젼의 입자크기가 작아지고, 제타 전위 절대치가 증가하는 경향을 나타내었다(p<0.01).
- 밸브 형태와 공정횟수에 따라 제조된 coenzyme Q10 나노에멀젼의 유화안정성을 확인하기 위해 입자크기를 측정한 결과 Table 2에서 보는 바와 같이 A, B, C 밸브 모두 공정 횟수가 증가함에 따라 평균 입자 크기가 작아지는 경향을 보였으며, C 밸브를 3번 통과시켜 제조한 coenzyme Q10 나노에멀젼의 평균 입자 크기가 40 nm로 가장 작은 값을 나타냈다(p<0.01).
- 01). 이 결과로 보아 coenzyme Q10나노에멀젼은 40℃에서 온도의 영향을 받아 유화액의 에너지 장벽이 파괴되어 입자끼리 응집하는 속도가 빨라져 입자 크기가 커지고, 유화 입자가 깨지면서 안정하게 포집되어 있던 coenzyme Q10이산화되어 coenzyme Q10함량이 감소하는 것으로 판단된다.
- 초고압균질기를 이용한 coenzyme Q10나노에멀젼 제조 시 최적 조건은 150 MPa, C 밸브, 통과 횟수 3회이었다. 제조된 나노에멀젼은 평균 입자 크기가 40 nm, 제타 전위 값이 -57 mV을 나타내어 콜로이드 상태가 충분히 안정하다고 볼 수 있었다. 또한 수용액에 빠르게 분산되었으며, 이때 coenzyme Q10 100 mg을 함유한 증류수 100 mL의 투과도 값이 90(%T)로 투명한 용액을 얻을 수 있었다.
- 또한 수용액에 빠르게 분산되었으며, 이때 coenzyme Q10 100 mg을 함유한 증류수 100 mL의 투과도 값이 90(%T)로 투명한 용액을 얻을 수 있었다. 제조한 coenzyme Q10 나노에멀젼은 4℃ 및 25℃에서 12주 동안 보존하여도 침전 또는 부유물을 발생시키지 않았고 coenzyme Q10함량이 변하지 않았으며, 10일간의 동결처리 후에도 안정하였다. pH2 용액을 제외하고는 pH(4-10) 처리와 열(95℃)처리 및 동결(−20℃)처리 시에도 안정하였다.
- 초고압 균질기의 공정 횟수가 증가함에 따라 투명해지는 경향을 보였으며, C 밸브를 3번 통과시켜 제조한 coenzyme Q10 나노에멀젼의 투과도 값은 90(%T)으로 A, B 밸브에 비해 높은 투명성을 나타냈는데, 이는 C 밸브로 제조한 coenzyme Q10 나노에멀젼의 평균 입자 크기가 가시광선의 한계파장(120 nm)보다 작은 40-95 nm의크기를 나타냈고 A, B 밸브를 이용하여 제조한 coenzyme Q10 나노에멀젼의 평균 입자 크기는 151-253 nm로 가시광선의 한계파장보다 입자 크기가 크기 때문에 투과도가 낮은 경향을 나타낸 것이라 판단된다.
- 투과도와 제타전위 역시 pH(4-10) 처리군에서는 안정하였으나, pH2 용액에서는 불투명해져 투과도 값이 낮아졌고(Fig. 4), 제타 전위가 -20 mV 이하의 값으로 2시간열처리 후에는 제타 전위 측정을 할 수 없었다(p<0.01)(Fig. 5).
- 이는 입자 크기가 작을수록 활발한 브라운 운동으로 인하여 입 자 침강 속도가 늦어지게 되고, 균일한 농도로 분포되어 안정한 계가 유지되어 제타 전위 절대치가 증가했다고 판단된다. 특히 C 밸브에 3회 통과시켜 제조한 coenzyme Q10나노에멀젼의 제타 전위 값은 -57 mV을 나타내어 콜로이드 상태가 충분히 안정하다고 볼 수 있었다.
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