[논문]유화제 종류에 따른 nanoemulsion의 형성과 Ostwald ripening에 관한 연구

박은정; 이의석; 홍순택

doi:10.12925/jkocs.2015.32.3.536

유화제 종류에 따른 nanoemulsion의 형성과 Ostwald ripening에 관한 연구
A study on the formation and Ostwald ripening stability of nanoemulsion with various emulsifiers 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.32 no.3, 2015년, pp.536 - 545

박은정 (충남대학교 농업생명과학대학 식품공학과) , 이의석 (충남대학교 농업생명과학대학 식품공학과) , 홍순택 (충남대학교 농업생명과학대학 식품공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study aimed to investigate the effect of various emulsifiers on the formation of nanoemulsions and their stability properties. MCT (medium chain triglyceride) nanoemulsions were prepared (10 wt% oil, 10 wt% emulsifiers, 20 mM bis-tris, pH 7) with emulsifier such as Tween 20 (Polyoxyethylene(20) sorbitan monolaurate), Almax 3800 (Sorbitan monooleate), soy lecithin, and SSL (sodium stearoyl lactylate) and changes in fat globule size with respect to storage period and stability properties by Turbiscan were investigated. In case of control nanoemulsion with 10 wt% Tween 20, the initial fat globule size was 89.0 nm and 113.4 nm after 28 day of storage and this large increase (ca. 24 nm) was thought to be caused by Ostwald ripening. When Tween 20 was partially replaced with Almax 3800, lecithin and SSL in nanoemulsions, their physicochemical properties (i.e., fat globule size and stability) were changed accordingly. In general, the intial fat globule size was decreased with increasing the concentration of the emulsifiers and the stability against Ostwald ripening increased. The most stable nanoemulsions against Ostwald ripening could be prepared with emulsifiers of Tween 20 and Almax 3800 or lecithin in the ratio of 6:4 (wt%), which was verified with Ostwald ripening rate (${\omega}$). In addition, the emulsion stability by Turbiscan was observed to be consistent with results of changes in fat globule size with storage period.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 MCT 나노에멀션의 저장 안정성 증진을 목적으로 일련의 비이온계 혹은 이온성 유화제를 복합적으로 사용하여 에멀션을 제조하고, 이에 대한 Ostwald ripening 안정도를 평가하고자 하였다. 즉, 여러 가지 유화제를 병용 하여 초기 지방구 입자 크기가 100 nm 이하의 나노에멀션을 제조하고, 저장기간에 따른 입자크기 변화 및 터비스캔에 의한 후방 산란 강도 변화(△backscaterring intensity, △BS)를 측정하여 Ostwald ripening 안정도에 대한 유화제의 영향을 조사하고자 하였다.
본 연구는 유화제 종류에 따른 나노에멀션 형성 및 이의 유화안정도를 평가하기 위해 수행하 였다. Tween 20(Polyoxyethylene(20) sorbitan monolaurate), Almax 3800((Sorbitan monooleate), 대두 레시틴, SSL(sodium stearoy lactylate) 등의 유화제를 이용하여 MCT (medium chain triglyceride) 나노에멀션을 제조 (기름 10 wt%, 유화제 10 wt%, 20 mM bis-tris, pH 7)하고 저장 기간에 따른 지방구 크기의 변화를 조사하였으며, 또한 Turbiscan을 이용하여 각 나노에멀션의 유화안정도를 평가하였다.
따라서 본 연구는 MCT 나노에멀션의 저장 안정성 증진을 목적으로 일련의 비이온계 혹은 이온성 유화제를 복합적으로 사용하여 에멀션을 제조하고, 이에 대한 Ostwald ripening 안정도를 평가하고자 하였다. 즉, 여러 가지 유화제를 병용 하여 초기 지방구 입자 크기가 100 nm 이하의 나노에멀션을 제조하고, 저장기간에 따른 입자크기 변화 및 터비스캔에 의한 후방 산란 강도 변화(△backscaterring intensity, △BS)를 측정하여 Ostwald ripening 안정도에 대한 유화제의 영향을 조사하고자 하였다.

제안 방법

본 연구는 유화제 종류에 따른 나노에멀션 형성 및 이의 유화안정도를 평가하기 위해 수행하 였다. Tween 20(Polyoxyethylene(20) sorbitan monolaurate), Almax 3800((Sorbitan monooleate), 대두 레시틴, SSL(sodium stearoy lactylate) 등의 유화제를 이용하여 MCT (medium chain triglyceride) 나노에멀션을 제조 (기름 10 wt%, 유화제 10 wt%, 20 mM bis-tris, pH 7)하고 저장 기간에 따른 지방구 크기의 변화를 조사하였으며, 또한 Turbiscan을 이용하여 각 나노에멀션의 유화안정도를 평가하였다. 대조구 나노에멀션(Tween 20 10 wt% 첨가) 의 경우 초기 지방구 크기는 89.
에멀션의 제조는 Tim의 방법을 변형하여 제조 하였다[9]. 수상(aqueous phase)으로 20 mM bis-tris 완충용액(pH 7.

대상 데이터

본 실험에 사용된 MCT oil(Medium chain triglyceride)은 ㈜일신웰스(Chung-buk, Korea)에서 제공받아 사용하였고 유화제로 Tween 20(Polyoxyethylene(20) sorbitan monolaurate)은 Sigma-aldrich사(St. Louis, MO, USA)에서 구입 하여 사용하였고, Soy lecithin(이하 Lecithin), SSL(Sodium Stearoyl Latylate) 및 Almax 3800(Sorbitan monooleate, 이하 Almax)은 일신웰스(Chung-buk, Korea)에서 제공받아 사용하였다. 그리고 이외 실험에 사용된 모든 시약들은 특급이상의 시약을 사용하였다.

성능/효과

4 nm로 약 24 nm 증가하여 Tween 20 나노에멀션은 Ostwald ripening 현상에 취약 하였다. Tween 20 유화제의 일부를 Almax 3800, 레시틴 혹은 SSL로 대체하여 제조한 나노 에멀션의 특성(지방구 크기 및 유화안정도)은 대체 유화제의 종류 및 첨가 농도에 따라 다르게 나타났다. 일반적으로 대체 유화제 첨가 농도의 증가와 더불어 나노에멀션의 초기 지방구 크기는 작아졌고 Ostwald ripening에 대한 안정도는 증가하였다.
일반적으로 대체 유화제 첨가 농도의 증가와 더불어 나노에멀션의 초기 지방구 크기는 작아졌고 Ostwald ripening에 대한 안정도는 증가하였다. 그중 Tween 20과 Almax 3800 혹은 레시틴을 6:4(wt%) 비율로 혼합 사용할 경우 Ostwald ripening에 대한 안정도가 상대적으로 높게 나타났으며, 그 결과를 Ostwald ripening 속도(ω)로 표현하였다. 한편, Turbiscan을 이용 하여 저장에 따른 나노에멀션의 후방산란 강도 (backscattering intensity) 변화를 기준으로 유화 안정도를 평가하였을 때 그 결과는 전술한 저장에 따른 나노에멀션의 지방구 크기 변화 경향과잘 일치하는 것으로 나타났다.
Tween 20(Polyoxyethylene(20) sorbitan monolaurate), Almax 3800((Sorbitan monooleate), 대두 레시틴, SSL(sodium stearoy lactylate) 등의 유화제를 이용하여 MCT (medium chain triglyceride) 나노에멀션을 제조 (기름 10 wt%, 유화제 10 wt%, 20 mM bis-tris, pH 7)하고 저장 기간에 따른 지방구 크기의 변화를 조사하였으며, 또한 Turbiscan을 이용하여 각 나노에멀션의 유화안정도를 평가하였다. 대조구 나노에멀션(Tween 20 10 wt% 첨가) 의 경우 초기 지방구 크기는 89.0 nm, 저장 28 일 후 113.4 nm로 약 24 nm 증가하여 Tween 20 나노에멀션은 Ostwald ripening 현상에 취약 하였다. Tween 20 유화제의 일부를 Almax 3800, 레시틴 혹은 SSL로 대체하여 제조한 나노 에멀션의 특성(지방구 크기 및 유화안정도)은 대체 유화제의 종류 및 첨가 농도에 따라 다르게 나타났다.
Tween 20 유화제의 일부를 Almax 3800, 레시틴 혹은 SSL로 대체하여 제조한 나노 에멀션의 특성(지방구 크기 및 유화안정도)은 대체 유화제의 종류 및 첨가 농도에 따라 다르게 나타났다. 일반적으로 대체 유화제 첨가 농도의 증가와 더불어 나노에멀션의 초기 지방구 크기는 작아졌고 Ostwald ripening에 대한 안정도는 증가하였다. 그중 Tween 20과 Almax 3800 혹은 레시틴을 6:4(wt%) 비율로 혼합 사용할 경우 Ostwald ripening에 대한 안정도가 상대적으로 높게 나타났으며, 그 결과를 Ostwald ripening 속도(ω)로 표현하였다.
그중 Tween 20과 Almax 3800 혹은 레시틴을 6:4(wt%) 비율로 혼합 사용할 경우 Ostwald ripening에 대한 안정도가 상대적으로 높게 나타났으며, 그 결과를 Ostwald ripening 속도(ω)로 표현하였다. 한편, Turbiscan을 이용 하여 저장에 따른 나노에멀션의 후방산란 강도 (backscattering intensity) 변화를 기준으로 유화 안정도를 평가하였을 때 그 결과는 전술한 저장에 따른 나노에멀션의 지방구 크기 변화 경향과잘 일치하는 것으로 나타났다. Almax 3800 혹은 레시틴 첨가에 의한 나노에멀션의 유화안정도 향상은 이들 유화제에 의해 MCT 지방구가 수용액으로 확산ㆍ용해하는 것을 억제하여 초래된 것으로 추정하였으며, 본 연구의 결과는 향후 curcumin 등의 생리활성물질을 첨가한 나노에멀 션의 안정성과 생리활성 연구에 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

후속연구

한편, Turbiscan을 이용 하여 저장에 따른 나노에멀션의 후방산란 강도 (backscattering intensity) 변화를 기준으로 유화 안정도를 평가하였을 때 그 결과는 전술한 저장에 따른 나노에멀션의 지방구 크기 변화 경향과잘 일치하는 것으로 나타났다. Almax 3800 혹은 레시틴 첨가에 의한 나노에멀션의 유화안정도 향상은 이들 유화제에 의해 MCT 지방구가 수용액으로 확산ㆍ용해하는 것을 억제하여 초래된 것으로 추정하였으며, 본 연구의 결과는 향후 curcumin 등의 생리활성물질을 첨가한 나노에멀 션의 안정성과 생리활성 연구에 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	MCT란 무엇인가?	Medium chain triglyceride (MCT)는 소화 과정 중 간문맥을 통하여 직접 인체 내에 흡수되어 간에서 산화ㆍ분해되는 건강한 기름으로[15] 식ㆍ의약품 제조에 널리 이용되고 있으며, 또한 비교적 낮은 점도, 저분자량 특성으로 인하여 나노 에멀션 형성에 적합한 기름으로 알려져 있다. 그러나 MCT는 비교적 높은 수용해성을 나타내어 전술한 Ostwald ripening 현상에 매우 취약하므로 MCT 나노에멀션의 저장 안정성 증진을 위한 연구가 지속적으로 수행되고 있다[16].
	에멀션은 어떻게 구분되는가?	최근 나노과학(nano science) 및 기술(nano technology)에 대한 연구가 각 분야에서 다양하게 발전하면서 식품 에멀션 분야에서도 한층 중요한 트렌드로 부상하고 있다. 일반적으로 에멀션은 분산상인 지방구의 크기에 따라 매크로에멀션 (100 nm-100 μm), 나노에멀션(10-1000 nm), 마이크로에멀션(2-100 nm) 등으로 구분하는데, 이중 후자는 분산상이 유화제의 미셀형태로 존재 하여 열역학적으로 안정한 시스템으로 알려져 있다[1]. 상기 언급한 에멀션 중 나노에멀션은 매크로에멀션에 비해 지방구의 크기가 작아 다양한 장점이 있다.
	나노에멀션의 장점은 무엇이 있는가?	상기 언급한 에멀션 중 나노에멀션은 매크로에멀션에 비해 지방구의 크기가 작아 다양한 장점이 있다. 첫째, 물리적 측면에서 중력의 영향 보다 브라운 운동이 지배적으로 작용하여 크리밍 (creaming), 합일(coalescence), 상전환(phase inversion) 등의 유화 불안정화 현상이 적게 발생 하며 O/W 유화시스템에서 안정성이 매우 우수 하다. 둘째, 체내(피부와 몸속)에서 흡수율을 높여주며 따라서 식품분야 뿐만 아니라 화장품, 의약 산업 등에서 다양하게 연구 되고 있다[2-4]. 특히, 식품 분야에서는 β-carotene, curcumin 등의 생리기능성물질을 나노에멀션에 포함시켜 생체 이용률을 높이는 연구가 다수 진행되었다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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