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문제 정의
- 예비실험을 통하여 β-glucan에 OSA를 부가하는 에스테르화 반응은 β-glucan 수용액보다 β-glucan 에탄올 수용액에서 더 잘 진행됨을 관찰하였다. 따라서 반응에 적절한 에탄올 농도를 결정하기 위한 실험을 진행하였다. β-glucan과 OSA의 에스테르화 반응으로 인한 OSA-β-glucan의 구조는 Fig.
- 따라서 본 연구는 식품원료로 사용할 경우 이용성이 제한되었던 β-glucan을 유화제로 이용하기 위해 보리 β-glucan에 옥테닐 호박산을 에스테르화하여 옥테닐 호박산 β-glucan을 제조하고, 유화액 시스템에서의 계면특성을 조사하는데 목적이 있다.
- 본 연구는 β-glucan의 활용성을 높이고자 OSA-β-glucan을 합성하고 이의 계면 특성을 조사하였다.
제안 방법
- OSA-β-glucan 농도를 달리하여 제조한 유화액을 실온에 저장하면서 저장기간에 따른 지방구 크기 변화(d32)를 조사하였다(Table 2).
- OSA-β-glucan을 5 mM bis-tris buffer(pH 7.0)에 일정농도로 용해시켜 시료액을 제조하여 수상으로 사용하고, 유상으로 n-tetradecane을 사용하여 일정한 온도(25℃)에서 계면형성 30분 후 측정하였다.
- OSA-β-glucan의 계면에서의 특성을 알아보기 위해 OSA-β-glucan 수용액의 농도변화(1×10-5–2×10-1 wt%), pH 변화(pH 3.0–9.0), NaCl 첨가량 변화(0.01–0.10 M)에 따른 oil-water 계면에서 계면장력을 측정하였다.
- 반응액 에탄올 수용액 중 β-glucan의 농도는 예비실험을 통해서 9%로 설정하였고, 이를 위하여 β-glucan 9 g(dry base)를 0, 10, 20, 30, 40% 에탄올 수용액에 분산하였다.
- β-glucan과 OSA간의 에스테르결합을 확인하기 위해 FT-IR(Alpha-P, Burker Optic GmbH, Germany)을 사용하였다[23]. 스펙트럼파장은 700에서 3800 cm-1사이의 범위에서 조사하였고 수분의 간섭을 피하기 위해 분석 전에 시료를 45℃에서 건조시킨 후 사용하였다.
- 유화액 중 OSA-β-glucan 농도변화에 따른 표면흡착량은 Dunlap & Côté(2005)의 방법을 변형하여 측정하였다[26].
- 유화액을 원심분리(15000×g, 30 min)하여 수상과 유상으로 분리한 후 수상 중의 OSA-β-glucan함량을 megazyme kit(K-BGLU, Megazyme international Ireland Ltd., Ireland)를 이용하여 측정하였다[27].
- 유화액의 지방구 크기는 입도분석기(Mastersizer S, Malvern Instrument, Worcestershire, UK)를 이용하여 측정하였으며, 결과는 volume-surface mean diameter(d32) 및 weighted mean diameter(d43)로 다음과 같이 표시하였다.
- OSA-β-glucan을 증류수에 분산시키고 70℃ water bath에 1시간 동안 용해시킨 후 유상(카놀라유)과 9:1의 비율(w/w)로 혼합하였다. 이 혼합액을 silverson mixer(L4RT, Silverson Machines Ltd., Chesham, UK)를 이용하여 8000 rpm에서 15분간 예비유화하고, 최종 유화액은 고압균질기(M-110Y, Microfludics, MA, USA)를 이용하여 3,000 psi에서 2회, 500 psi에서 1회 통과시켜 제조하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 보리에서 추출한 β-glucan은 ADEKA(E70-S, Tokyo, Japan) 상용품(β-glucan: 79.7%)을 사용하였으며(Tabel 1) 옥테닐 호박산(이하 OSA), Bis-tris와 n-tetradecane은 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)에서 구입한 것을 사용하였다.
- Ltd.(Gyeonggi, Korea)에서 구입한 것을 사용하였다. 유화액의 유상인 카놀라유는 (주)오뚜기(Pyeong Teak, Korea)제품을 사용하였고 sodium azide는 Sigma사(st.
- (Gyeonggi, Korea)에서 구입한 것을 사용하였다. 유화액의 유상인 카놀라유는 (주)오뚜기(Pyeong Teak, Korea)제품을 사용하였고 sodium azide는 Sigma사(st.Louis, MO, USA)에서 구입하여 사용하였으며 실험에 사용된 모든 시약은 일급 이상의 등급을 사용하였다.
- 이를 70% 에탄올을 이용하여 2번, 증류수를 이용하여 1번 수세한 후 동결 건조(SFDSF06, Samwon Freezing Engineering. CO., Korea)하여 OSA-β-glucan 시료로 사용하였다.
데이터처리
- 1)Any means in the same column (A-B) or row (a-d) followed by different letters are significantly (p <0.05) different by Duncan’s multiple range test.
- 1)Any means in the same column followed by different letters are significantly different by Duncan's multiple range test(p<0.05).
- 모든 실험은 2회 반복 측정하였고, 각 실험구간의 유의성(p<0.05) 검증을 위해 SAS(statistical analysis system program, SAS Institute., Cary, NC, USA) 통계 프로그램을 이용하여 분산분석(analysis of variance, ANOVA) 후 Duncan's multiple range test로 다중비교를 실시하였다.
이론/모형
- OSA-β-glucan 농도에 따른 유화액 크리밍 안정도는 light scattering 법을 이용하여 측정하였다[25].
- OSA-β-glucan 유화액 제조는 Yun & Hong(2007)의 방법을 참조하였다[24].
- OSA-β-glucan의 제조는 Bhosale & Singhal(2006)의 방법을 참조하였다[21].
- 10 M)에 따른 oil-water 계면에서 계면장력을 측정하였다. 계면장력은 표면장력계(Sigma 700, Biolin Scientific Inc., Stokholm, Sweden)를 이용하여 Du Nouy ring 방법으로 측정하였다. OSA-β-glucan을 5 mM bis-tris buffer(pH 7.
성능/효과
- 9에서 관찰한 바와 같이 지방구의 합일 혹은 응집에 의한 결과로 사료되어 진다. 0.3% 유화액의 경우 응집과 합일이 동시에 관찰되었으며, 반면 0.5, 0.8% 유화액에서는 합일이 많이 관찰되었다. β-glucan은 분자량 약 105-107 dalton의 고분자 물질로서[40] 균질 과정의 짧은 시간 내에 물/기름 계면에 orientation하여 흡착하는 것은 용이하지 않을 것으로 추정된다.
- 1.0 wt% OSA-β-glucan 유화액의 경우 지방구 응집이 심하게 일어난 것을 확인할 수 있으며 이는 고갈응집으로 인해 지방구 크기가 현저하게 증가한 것으로 사료되었다.
- 2)The absorbed amount of OSA-β-glucan was calculated from the difference between the initial amount of OSA-β-glucan in the continuous phase and the amount in the subnatant after separation of the emulsion.
- OSA-β-glucan 농도 1×10-5wt%에서 계면장력은 39.0 mN/m으로 높게 나타났고, 농도가 증가할수록 계면장력은 다소 감소하는 경향을 보였으나, 농도 1×10-1~2×10-1wt%에서 32.7~33.4 mN/m으로 더 이상 감소하지 않았다.
- OSA-β-glucan 유화액(0.5% OSA-β-glucan, 10% 기름, pH 7)의 지방구 크기는 농도가 증가할수록 작아졌으며, 0.5% 이상에서는 임계지방구 크기를 나타내어 변화가 없었다.
- OSA-β-glucan 유화액을 저장할 경우 저장 기간에 따라 지방구 크기는 증가하였으며, 고농도(1.0%)로 첨가할 경우 고갈응집으로 인하여 지방구 크기가 현저하게 증가하였다.
- OSA-β-glucan 합성을 위한 반응용매는 에탄올 수용액을 이용하였으며, 10% 에탄올 수용액에서 합성하였을 때 가장 높은 치환도를 나타내었다.
- OSA-β-glucan 수용액 중 유화제 농도가 증가함에 따라 계면장력은 감소하였으나 그 정도는 크지 않았다. 또한 수용액에 NaCl을 첨가할 경우 계면장력은 낮아졌으며, 반면에 pH가 증가할수록 계면장력은 높아졌다. OSA-β-glucan 유화액(0.
- 본 실험에서 유화액 제조에 사용된 유화제는 농도의 증가와 함께 입도의 크기가 작아지는 것을 확인 할 수 있었으며, 0.5 wt% 이상의 농도에서 임계지방구 크기(d32: 0.32µm)에 도달하였다는 것을 알 수 있었다.
- 예비실험을 통하여 β-glucan에 OSA를 부가하는 에스테르화 반응은 β-glucan 수용액보다 β-glucan 에탄올 수용액에서 더 잘 진행됨을 관찰하였다.
- 0% 첨가 유화액의 경우 고갈 응집에 의해서 유화액 중 지방구의 움직임이 억제되어 크리밍 발생이 낮아졌다. 유화액 중 OSA-β-glucan 농도가 증가할수록 지방구 표면에 OSA-β-glucan 흡착량은 증가하였으며 이는 다층 흡착에 의한 것으로 사료되었다.
- 유화액 중 OSA-β-glucan의 농도가 증가 할수록 지방구 크기는 작아졌으며[d43: 9.28 ㎛(0.2%) → 0.71 ㎛(0.5%)] 0.5 wt% 이상 첨가할 경우 유화액의 지방구 크기는 큰 차이를 보이지 않았다.
- 이 결과는 β-glucan은 부분적 수용성 식이섬유로 증류수에 용해할 경우 점도가 증가하여[28] OSA와 균일한 반응이 어려워 치환도가 낮아지는 반면에, 적정한 농도의 에탄올 수용상에서는 β-glucan의 점도 상승이 억제되어 OSA와 반응이 원활하게 이루어지고, 그 결과 치환도가 증가한 것으로 추정하였다.
- 측정결과 0.3 wt%의 OSA-β-glucan 유화액의 경우 후방산란강도(ΔBS%)가 넓은 폭으로 감소하였고, 유화제 첨가 농도가 증가(0.5→1.0 wt%)하면서 폭이 좁아지는 경향을 보였다.
- 0%)로 첨가할 경우 고갈응집으로 인하여 지방구 크기가 현저하게 증가하였다. 크리밍 안정도 측정 결과 지방구 크기가 작을수록 안정하였으며, OSA-β-glucan 1.0% 첨가 유화액의 경우 고갈 응집에 의해서 유화액 중 지방구의 움직임이 억제되어 크리밍 발생이 낮아졌다. 유화액 중 OSA-β-glucan 농도가 증가할수록 지방구 표면에 OSA-β-glucan 흡착량은 증가하였으며 이는 다층 흡착에 의한 것으로 사료되었다.
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