In this study, rapeseed extracts were obtained by supercritical carbon dioxide fluid extraction of defatted rapeseed to evaluate the stability and antioxidant activity of an oil-in-water (O/W) emulsion system. The oil-in-water emulsions were prepared from stripped soybean oil with different concentr...
In this study, rapeseed extracts were obtained by supercritical carbon dioxide fluid extraction of defatted rapeseed to evaluate the stability and antioxidant activity of an oil-in-water (O/W) emulsion system. The oil-in-water emulsions were prepared from stripped soybean oil with different concentrations (0.3, 0.4, 0.5, and 0.6%) of rapeseed extract as an emulsifier. Their emulsion stability was compared to that of emulsions prepared with the commercial emulsifier, Tween 20 (Polysorbate 20, 0.2%). After stripping the soybean oil, the total tocopherol content was reduced from 51.4 g/100 g to 1.1 g/100 g. Emulsion stability and oxidative stability of emulsions prepared with Tween 20 and rapeseed extract as emulsifiers were evaluated. For 30 days droplet sizes of emulsions containing rapeseed extract (0.4, 0.5, and 0.6%) were not significantly different (p > 0.05). Similar results were obtained for emulsion stability (ES) and Turbiscan analysis, suggesting that the addition of rapeseed extract increased emulsion stability. The addition of rapeseed extract at more than 0.4% resulted in an emulsion stability comparable to the addition of 0.2% Tween 20. The antioxidative ability of rapeseed extract increased with the amount added in the emulsion. Moreover, the addition of 0.6% rapeseed extract resulted in the lowest emulsion peroxide values (10.3 mEq/L) among all treatments. Therefore, according to the stability of its antioxidative and physical stability properties, rapeseed extract from super critical extraction could be successfully applied to the food and cosmetic industries.
In this study, rapeseed extracts were obtained by supercritical carbon dioxide fluid extraction of defatted rapeseed to evaluate the stability and antioxidant activity of an oil-in-water (O/W) emulsion system. The oil-in-water emulsions were prepared from stripped soybean oil with different concentrations (0.3, 0.4, 0.5, and 0.6%) of rapeseed extract as an emulsifier. Their emulsion stability was compared to that of emulsions prepared with the commercial emulsifier, Tween 20 (Polysorbate 20, 0.2%). After stripping the soybean oil, the total tocopherol content was reduced from 51.4 g/100 g to 1.1 g/100 g. Emulsion stability and oxidative stability of emulsions prepared with Tween 20 and rapeseed extract as emulsifiers were evaluated. For 30 days droplet sizes of emulsions containing rapeseed extract (0.4, 0.5, and 0.6%) were not significantly different (p > 0.05). Similar results were obtained for emulsion stability (ES) and Turbiscan analysis, suggesting that the addition of rapeseed extract increased emulsion stability. The addition of rapeseed extract at more than 0.4% resulted in an emulsion stability comparable to the addition of 0.2% Tween 20. The antioxidative ability of rapeseed extract increased with the amount added in the emulsion. Moreover, the addition of 0.6% rapeseed extract resulted in the lowest emulsion peroxide values (10.3 mEq/L) among all treatments. Therefore, according to the stability of its antioxidative and physical stability properties, rapeseed extract from super critical extraction could be successfully applied to the food and cosmetic industries.
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문제 정의
본 실험에서는 유채박 추출물의 산화안정성을 알아보기 위하여 유상인 soybean oil에 함유한 토코페롤 이성체들을 정제(stripped) 과정을 거쳐 분리, 제거하려 하였다. 정제 전 토코페롤 이성체들의 함량은 각각 8.
본 연구에서는 유채박 초임계 추출물로 제조된 emulsion의 유화안정성과 산화안정성을 측정하고자 유채박 추출물 함량을 달리하여 emulsion을 제조하고, 항산화 비교실험을 진행하였으며 turbiscan 등을 이용하여 emulsion의 유화안정성을 연구하였다.
제안 방법
20 μL emulsion에 3 mL methanol/butanol (2:1, v/v) 혼합용액을 첨가하여 섞은 후 15 μL ammonium thiocyanate (3.9 M)와 15 μL BaCL2 (0.1M) 와 FeSO4 (0.1 M)를 1:1 (v/v)로 혼합하여 얻은 투명한 상등액을 넣어 발색시키고, 실온에서 20 min동안 방치한 뒤 510 nm에서 UV- spectrophotometer를 이용하여 흡광도를 측정하였다.
Emulsion stability는 Lima et al. (2009)이 제시한 방법을 개선하여 측정하였다. Emulsion stability는 원심분리기(HA1000-3 Hanil Science Industrial Co.
, France)을 이용하여 측정하였다. Emulsion은 실제 농도에서 측정용기(50 mm)에 시료를 기포가 없이 15 mL 담은 후 실험온도는 45℃에서 일정하게 유지 하면서 3일간 multi scans 하였다. 분산안정성에 나타내는 transmission과 backscattering을 동시에 측정하였다.
Emulsion을 제조한 후 시료 bottom (0.5-10 mm) 부분의 시간에 따른 transmission (%)을 Fig. 2에 나타내어 0.2% Tween 20와 0.3% 유채박 추출물을 첨가하여 만들어진 emulsion A와 C를 비교해 보았다. Emulsion A-C의 transmission은 모두 2% 미만이었고, 상대적으로 emulsion A는 B와 C보다 낮은 값을 보였다(Fig.
Emulsion의 지방구 평균 입자 크기는 입도분석기(Mastersizer, Malvern Instrument, Worcestershire, UK)를 이용하여 emulsion의 volume-surface mean diameter (d32)를 측정하였다(McClements, 2004).
Gas chromatograph (Hewlett-Packard 6890 series, Avondale, PA, USA)를 이용하여 지방산 조성을 분석하였으며(KFDA, 2009), tocopherol 함량은 high performance liquid chromatograph (HPLC)를 이용하여 확인하였다(KFDA,2009).
1 M)를 1:1 (v/v)로 혼합하여 얻은 투명한 상등액을 넣어 발색시키고, 실온에서 20 min동안 방치한 뒤 510 nm에서 UV- spectrophotometer를 이용하여 흡광도를 측정하였다. Thiobarbituric acid reactive substances(TBARS value)의 값은 1,1,3,3-tetraethoxypropane (TEP) 표준물질을 이용한 표준 검량곡선에 의하여 산출하였다. 100 μL와 trichloroacetic acid/ thiobarbituric acid(TCA/TBA) 용액을 2 mL 가하고 수욕(90℃)에서 30 min 동안 가열한 다음 냉각수로 냉각 하였다.
(2007)은 energy density (J/m3) 가 높음에 따라 emulsion이 더 효율적으로 이루어진다고 하였다. 본 실험에서는 고압 균질기의 압력(psi)를 조절하여 6가지 emulsion을 Table 1와 같은 조건으로 제조하였고 제조된 emulsion A-F의 0일과 30일의 지방구 크기의 변화(d32)를 Table 3에 나타내었다. Emulsion A-E의 0일의 지방구 크기는 0.
본 실험은 유채박 초임계 추출물 첨가양을 달리하여 제조한 O/W emulsion의 유화 안정성과 산화 안정성을 측정하였다. 30일동안 지방구 크기의 변화, 그리고 emulsion stability와 turbiscan으로 유화 안정성을 측정한 결과 일정량 사용된 유채박 초임계 추출물은 emulsion의 유화 안정성을 향상시켰다.
Emulsion은 실제 농도에서 측정용기(50 mm)에 시료를 기포가 없이 15 mL 담은 후 실험온도는 45℃에서 일정하게 유지 하면서 3일간 multi scans 하였다. 분산안정성에 나타내는 transmission과 backscattering을 동시에 측정하였다.
제조된 emulsion A-F를 30일간 산화를 진행하면서 hydroperoxide의 변화량을 측정하였다(Fig. 4). 산화가 8일간 진행되었을 때 emulsion A와 C는 각각 32.
Stripped oil 제조를 위한 activated charcoal (Daejung Chemicals, Seoul, Korea)과 emulsion에서 항균제로aluminum oxide (Wako Chemical, Osaka, Japan)가 사용되었다. Tween 20, silicic acid, ammonium thiocyanate, barium chloride dihydrate, iron (Ⅱ) sulfate heptahydrate, trichloroacetic acid 등 표준 시약은 Sigma-Aldrich (St, Louis, MO, USA)의 제품을 사용하였으며, 2,6-di-tert-butyl-4-methyl phenol은 Junsei Chemical (Tokyo, Japan)로부터 구입하였다.
Stripped oil 제조를 위한 activated charcoal (Daejung Chemicals, Seoul, Korea)과 emulsion에서 항균제로aluminum oxide (Wako Chemical, Osaka, Japan)가 사용되었다. Tween 20, silicic acid, ammonium thiocyanate, barium chloride dihydrate, iron (Ⅱ) sulfate heptahydrate, trichloroacetic acid 등 표준 시약은 Sigma-Aldrich (St, Louis, MO, USA)의 제품을 사용하였으며, 2,6-di-tert-butyl-4-methyl phenol은 Junsei Chemical (Tokyo, Japan)로부터 구입하였다. Methanol, butanol, hexane등은 normal-grade를 사용하였다.
유상으로는 stripped soybean oil을 사용하였고, 수상으로는 20 mM bis-tris buffer (pH 7)을 사용하였다. 대조군으로써 Tween 20을 유화제로, catechin을 항산화제로 사용하였다. 유채박 초임계 추출물을 끓는 물에 5 min동안 중탕하였으며 고압균질기(M-110Y, Microfluidics, Newton, MA, USA)를 사용하여 emulsion을 제조하였다(Hong, 2008).
유상으로는 stripped soybean oil을 사용하였고, 수상으로는 20 mM bis-tris buffer (pH 7)을 사용하였다. 대조군으로써 Tween 20을 유화제로, catechin을 항산화제로 사용하였다.
Methanol, butanol, hexane등은 normal-grade를 사용하였다. 유채박은 농촌진흥청 바이오에너지센터(Mooan, Korea)에서 제공받았다. Soybean oil은 지역마켓에서 구입하였고 catechin은 일신웰스(Cheongju, Korea)에서 제공하였다.
데이터처리
SPSS (version 16.0, SPSS, Inc., Chicago, Illinois, USA)를 이용하여 Duncan's multiple range test (DMRT)로 p <0.05 수준에서 샘플 간 유의성을 검증하였다.
이론/모형
Hydroperoxide의 농도는 Mei et al. (1999)의 방법으로 H2O2표준곡선으로 정량하였다. 20 μL emulsion에 3 mL methanol/butanol (2:1, v/v) 혼합용액을 첨가하여 섞은 후 15 μL ammonium thiocyanate (3.
Lee et al. (2011)의 방법에 의하여 추출압력(350 bar), 온도(65℃), 보조용매로 에탄올(250 g), CO2의 flow rate(L/min) 6으로 하고 추출시간은 2 hr로 하여 표면활성물질을 추출하였다. 이후 Rotary vacuum evaporator (EYELA, N-1000, Tokyo, Japan)와 질소 가스로 용매를 제거하였다.
성능/효과
Fig. 1에서 Tween 20가 유화제로 사용된 emulsion A와 유채박 추출물(0.21 g, 0.3%)로만 제조된 emulsion C의 emulsion stability(ES)는 각각 22.0과 17.5를 나타내면서 안정도에 유의적인 차이를 보였지만(p < 0.05), 유채박 추출물을 0.35 g (0.5%) 첨가하여 제조한 emulsion E의 ES는 29.7을 나타내며 가장 큰 안정성을 보였다.
Fig. 5에서 TBARS 값을 나타내었는데 산화가 30일 진행되었을 때 Tween 20가 유화제로 사용되고 유채박 추출물이 첨가되지 않은 emulsion A는 0.153 mol/L emulsion을 보이며 catechin이나 유채박 추출물이 일정량 사용된 emulsion B(0.076 mol/L emulsion), C (0.085 mol/L emulsion), D (0.091 mol/L emulsion), E (0.090 mol/L emulsion), F (0.092mol/L emulsion)보다 유의적 차이를 나타내며 높은 값을 나타내었다(p < 0.05).
05). 결론적으로 유채박 추출물은 유화능력을 가지고 있으면서도 항산화 능력을 동시에 보여 천연물질의 사용이 선호되는 O/W emulsion 제조시에 효과적으로 사용될 수 있는 가능성을 보였다.
48 g) 사용한 emulsion F는 20 hr 까지는 emulsion D와 E의 BS 기울기와 비슷하였으나 이후 가장 안정하였다. 따라서 0.3% 첨가시 보다는 0.6%의 유채박 추출물을 첨가하였을 때 유화 안정성이 커졌음을 알 수 있었다(Fig. 3).
6%의 유채박 추출물이 첨가된 emulsion D-F보다 시간에 따른 BS 값 차이가 컸고, 이는 유채박 추출물의 첨가량이 많아질수록 유화 안정성이 커진 ES의 결과와 유사하였다. 따라서 emulsion D-F bottom 부분의 유화 안정도는 유채박 추출물 0.3% (0.21 g) 사용한 emulsion C가 가장 불안정하였고, emulsion D와 E는 큰 차이를 보이지 않았으며, 유채박 추출물을 0.6% (0.48 g) 사용한 emulsion F는 20 hr 까지는 emulsion D와 E의 BS 기울기와 비슷하였으나 이후 가장 안정하였다. 따라서 0.
7을 나타내며 가장 큰 안정성을 보였다. 따라서 추출물의 양이 많이 첨가될수록 유화 안정성이 커지는 경향을 보였다.
3에 나타내었다. 상대적으로 작은 양의 유채박 추출이 첨가된 emulsion C (0.3%)가 0.4-0.6%의 유채박 추출물이 첨가된 emulsion D-F보다 시간에 따른 BS 값 차이가 컸고, 이는 유채박 추출물의 첨가량이 많아질수록 유화 안정성이 커진 ES의 결과와 유사하였다. 따라서 emulsion D-F bottom 부분의 유화 안정도는 유채박 추출물 0.
정제 전 토코페롤 이성체들의 함량은 각각 8.0 mg/100 g (α-tocopherol), 1.0 mg/100 g (β-tocopherol), 37.9 mg/100 g (γ-tocopherol) 및 4.5 mg/100 g (δ-tocopherol)으로 총 토코페롤 함량은 51.4 mg/100 g 이었으나, 정제 후 총 토코페롤 함량은 1.1 mg/100 g soybean oil로 감소되었고, 각 isomer의 함량 모두 유의적 차이를 보였다(p < 0.05).
2). 지방구 크기결과 및 ES와 turbiscan으로부터의 transmission 결과를 같이 보면 유채박 추출물은 유화능력이 있지만, Tween 20보다는 낮을 것으로 판단된다.
30일동안 지방구 크기의 변화, 그리고 emulsion stability와 turbiscan으로 유화 안정성을 측정한 결과 일정량 사용된 유채박 초임계 추출물은 emulsion의 유화 안정성을 향상시켰다. 한편, hydroperoxide와 TBARS값을 측정한결과 유채박 추출물은 emulsion의 산화 안정성을 증가 시켰는데, 특히 emulsion 제조 시 유채박 추출물을 첨가하면 제조 후 첨가보다 더 우수한 항산화 효과를 나타내었다.
후속연구
(2013)은 유채박을 시료로 표면활성물질을 획득 후 유채박 추출물의 유화성질을 보고하였다. 따라서 산화 안정성에 기여 할 수 있는 물질과 인지질 등의 유화 안정성을 가지는 물질들을 같이 함유한 유채박 추출물을 이용한다면 식품 및 화장품 제조 시에 유용할 것으로 생각한다.
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