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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 전보의 후속연구로써(Kim 등 2016) 기능성분의 생체이용효율을 상승시키면서도 기호성을 만족시킬 수 있는 식품 개발을 위한 모델시스템으로써 미세유동화법에 의하여 제조한 캡사이신 나노에멀션을 생면에 첨가하여 그 품질특성과 저장안정성을 검토함으로써, 나노에멀션의 식품산업에서의 실제적인 응용 가능성과 다양한 제품에 활용 가능한 기초자료를 제시하고자 하였다.
- 본 연구에서는 식품산업에 적용하기 위한 모델시스템으로 나노에멀션을 반죽수로 첨가한 생면을 제조하여 그 품질특성과 저장안정성을 검토하여 실제 산업화 적용 가능성을 연구하였다. 그 결과, 물반죽 생면과 비교하여 나노에멀션을 첨가한 생면군의 텍스처에서 탄력성이 높고 부착성이 낮아져 생면의 품질 개선에 도움을 주는 것으로 판단되었다.
가설 설정
- 2) Data with different superscript small letters (a,b) in a column are significantly different (p<0.05).
- 2) Data with different superscript small letters (a~c) in a column are significantly different (p<0.05).
- 2) Data with different superscript small letters (a~d) in a column are significantly different (p<0.05).
- 3) Data with different superscript capital letters (A~C) in a row are significantly different (p<0.05).
- 3) Data with different superscript capital letters (A~E) in a row are significantly different (p<0.05).
제안 방법
- Capsaicin과 dihydrocapsaicin의 혼합물(65:35, Fluka, Switzerland)을 표준물질로 하여, Fig. 2의 0, 20, 40, 60, 100μg/mL(R2=0.999)의 표준곡선식에 의하여 capsaicin과 dihydrocapsaicin의 합으로 정량하였다
- 본 실험에서 사용된 프로필렌글리콜은 습윤 · 유화 · 안정제로서 정균작용이나 보존목적에 사용되며, 저장성을 연장시키는데 도움을 줄 수 있는 것으로 알려져 있다(Yoon HY 2007). 그러므로 지용성 생리활성 성분이 포집된 O/W 나노에멀션을 반죽수로 이용하여 생면을 조제하고 생면의 품질특성과 저장안성정을 살펴봄으로써, 유화제 첨가에 의한 품질개량 효과와 동시에 나노에멀션 내에 포집된 지용성 생리활성 성분의 보호 효과를 살펴보고, 생면의 저장기간 연장 여부를 조사하였다. 단일층 나노에멀션, 알긴산 이중층 나노에멀션, 키토산 이중층 나노에멀션을 반죽수로 하여 만든 각각의 생면의 수분흡수율, 증가부피, 가용성 고형분 용출량은 Table 3과 같다.
- 나노에멀션 생면은 반죽의 최종 capsaicinoids 함량을 2 μg/g dough로 하여 반죽수를 조제하였다.
- 저장 중 생면의 pH 변화는 생균수 측정에 사용한 현탁액 20 mL를 pH meter(720A, ORION, USA)로 측정하였다. 미생물 변화는 평판배양법으로 하여, 총균은 PCA agar(Difco, USA)에 분주하여 37℃에서 48시간, 효모와 곰팡이는 PDA agar(Difco, USA)에 분주하여 25℃에서 72시간, 대장균은 3M film(3M, USA)에 분주하여 37℃에서 24~48시간 배양한 후 생성된 colony수를 측정하였다(KFDA 2010).
- 생면은 Lee 등(2008)의 방법에 따라 가정용 반죽기(5KSSS, Kitchen Aid, USA)를 사용하여 조제하였다. 밀가루 무게 100 g 기준으로 2%의 정제염을 생수에 녹여 소금물을 준비하고, 나노에멀션과 혼합하여 만든 나노에멀션 반죽수를 spiral dough hook로 교반 중인 밀가루에 서서히 투입하였다. 이때 교반속도는 speed control lever 2단으로 5분, 1단으로 5분간 작동하였다.
- 시료는 15 cm 길이로 하여 1가닥씩 10회 이상 반복하여 측정한 평균값으로 하였으며, Table 2와 같은 조건에 의하여 견고성(hardness), 부착성(adhesiveness), 탄력성(springiness), 응집성(cohesiveness), 씹힘성(chewiness) 항목을 평가하였다(Hwang & Jang 2001).
- 생면과 조리면은 15×25 cm 폴리에틸렌 필름에 150 g 단위로 진공 포장한 후 4℃ 냉장고에 저장하면서 사용하였다. 시료는 7일 간격으로 10 g을 무균상태에서 멸균백에 취하고 멸균 생리식염수 90 mL를 가하여 Stomacher(400P, Interscience, France)에서 5분간 교반한 현탁액을 pH 측정과 미생물 실험에 사용하였다. 저장 중 생면의 pH 변화는 생균수 측정에 사용한 현탁액 20 mL를 pH meter(720A, ORION, USA)로 측정하였다.
- 시료는 carbon tape를 붙인 금속판 위에 고정을 시키고, 진공상태에서 1분 30초간 ionsputter(Sputter Coater 108 AUTO; JEOL Ltd., Japan)로 백금 코팅하여, 20 kV의 주사전자현미경(JSM-6701F, JEOL Ltd., Japan)을 사용하여 1,000배 배율로 관찰하였다(Katagiri & Kitabatake 2010).
- 시료는 7일 간격으로 10 g을 무균상태에서 멸균백에 취하고 멸균 생리식염수 90 mL를 가하여 Stomacher(400P, Interscience, France)에서 5분간 교반한 현탁액을 pH 측정과 미생물 실험에 사용하였다. 저장 중 생면의 pH 변화는 생균수 측정에 사용한 현탁액 20 mL를 pH meter(720A, ORION, USA)로 측정하였다. 미생물 변화는 평판배양법으로 하여, 총균은 PCA agar(Difco, USA)에 분주하여 37℃에서 48시간, 효모와 곰팡이는 PDA agar(Difco, USA)에 분주하여 25℃에서 72시간, 대장균은 3M film(3M, USA)에 분주하여 37℃에서 24~48시간 배양한 후 생성된 colony수를 측정하였다(KFDA 2010).
- 조리면의 수분흡수율은 생면 30g을 300 mL의 끓는 증류수에서 3분간 가열 즉시 1분간 냉각하고, 10분간 자연 탈수하여 측정하였다. 조리 후 변화된 부피는 무게를 측정한 후, 300 mL 증류수가 담긴 500 mL 메스실린더에 담가 증가한 물 부피로 계산하였다. 가용성 고형분 용출량은 생면을 가열한 조리액 10 mL를 취하여 105℃ 상압가열건조법으로 분석하였다.
- 추출액은 10 mL를 취하여 5 g의 mixed resin(M8157, Sigma, USA)과 혼합하여 resin의 보라색이 호박색으로 변화하면, 0.2 μm PVDF Syringe filter(Whatman, England)로 여과한 후 Ha 등(2010)의 방법을 변형하여 HPLC(LC-NET Ⅱ/ADC, Jasco, Japan)에서 XDB-C18(Agilent Technologies, USA) 250 mm×4.6 mm, 5 μm particle size column으로 20 μL를 주입하여 35℃, 280 nm, 0.8 mL/min을 조건에서 분석하였다.
대상 데이터
- 나노에멀션 조제에 사용한 시약은 2010년 2월 (주)G&F에서 구매한 Oleoresin capsicum(OC, Capsicum Oleoresin from Capsicum frutescens L., SHU 100,000, India)을 사용하였고, Tween 80(P8074, polyoxyethylenesorbitan monooleate)과 알긴산(A2158, from brown algae, viscosity of 2% solution at 25℃: ~250 cps)은 Sigma(USA), propylene glycol(PG)은 Junsei(Japan)의 특급 시약을 사용하였다.
- 생면과 조리면은 국숫발을 1 mm 이내로 세로로 절단하여 동결건조한 시료를 이용하였다. 시료는 carbon tape를 붙인 금속판 위에 고정을 시키고, 진공상태에서 1분 30초간 ionsputter(Sputter Coater 108 AUTO; JEOL Ltd.
- , SHU 100,000, India)을 사용하였고, Tween 80(P8074, polyoxyethylenesorbitan monooleate)과 알긴산(A2158, from brown algae, viscosity of 2% solution at 25℃: ~250 cps)은 Sigma(USA), propylene glycol(PG)은 Junsei(Japan)의 특급 시약을 사용하였다. 키토산(Mw 330,000, deacetylation 93%)은 수용성 형태로 실험실에서 조제하여 이용하였다. 생면 반죽수로 이용한 단일층 나노에멀션, 알긴산 나노에멀션, 키토산 나노에멀션은 Kim 등(2016)의 전보에서와 동일한 방법에 의하여 제조하여 사용하였다(Fig.
- 나노에멀션으로 반죽한 조리면을 차이식별검사와 기호도 검사를 9점 척도법에 의하여 실시하였다. 패널은 한국식품연구원에서 재직 중인 25~35세 남녀연구원 30명이었다. 각 시료는 3자리 난수로 나타낸 일회용 컵에 담아서 제시하였다.
- 한국식품연구원에서 재직 중인 25~35세 연구원 30명을 대상으로 조리면의 차이식별검사와 기호도검사를 실시하여 Fig. 6과 Table 9에 나타내었다. Pre-emulsion 면의 강도 특성은 물반죽 면이나 나노에멀션 면과 비교하여 텍스처를 제외하고, 외관, 붉은색 강도, 매운 강도에서 유의적으로 높았으나, 기호도 측면에서는 나노에멀션 면과 비교하여 유의적으로 낮았다(p<0.
데이터처리
- 실험결과는 SAS system(Ver. 9.4, Cary NC, USA)의 분산분석(ANOVA)을 사용하였으며, Duncan’s multiple range test를 이용하여 각 처리구간 유의성을 검증하였다.
이론/모형
- 조리 후 변화된 부피는 무게를 측정한 후, 300 mL 증류수가 담긴 500 mL 메스실린더에 담가 증가한 물 부피로 계산하였다. 가용성 고형분 용출량은 생면을 가열한 조리액 10 mL를 취하여 105℃ 상압가열건조법으로 분석하였다. 면의 수분흡수율은 다음 식에 의하여 계산하였다(Hwang & Jang 2001).
- 나노에멀션으로 반죽한 조리면을 차이식별검사와 기호도 검사를 9점 척도법에 의하여 실시하였다. 패널은 한국식품연구원에서 재직 중인 25~35세 남녀연구원 30명이었다.
- 생면과 조리면의 수분함량은 105℃ 상압가열건조법에 의하여 분석하였다(KFDA 2010).
- 나노에멀션 생면은 반죽의 최종 capsaicinoids 함량을 2 μg/g dough로 하여 반죽수를 조제하였다. 생면은 Lee 등(2008)의 방법에 따라 가정용 반죽기(5KSSS, Kitchen Aid, USA)를 사용하여 조제하였다. 밀가루 무게 100 g 기준으로 2%의 정제염을 생수에 녹여 소금물을 준비하고, 나노에멀션과 혼합하여 만든 나노에멀션 반죽수를 spiral dough hook로 교반 중인 밀가루에 서서히 투입하였다.
성능/효과
- 4℃에서 28일 동안 나노에멀션을 반죽수로 하여 만든 생면의 저장 28일 후의 총균수는 키토산 나노에멀션 생면 1.5×106 CFU/g < pre-emulsion 생면 1.8×106 CFU/g < 단일층 나노에멀션 생면 2.5×106 CFU/g < 물반죽 생면 9.7×106 CFU/g < 알긴산 나노에멀션 생면 1.1×107 CFU/g으로 키토산 이중층 나노에멀션 생면의 미생물 증식 억제에 효과적으로 판단되었다.
- Pre-emulsion 면의 강도 특성은 물반죽 면이나 나노에멀션 면과 비교하여 텍스처를 제외하고, 외관, 붉은색 강도, 매운 강도에서 유의적으로 높았으나, 기호도 측면에서는 나노에멀션 면과 비교하여 유의적으로 낮았다(p<0.05).
- 18% 순서였다. 결과적으로 pre-emulsion 생면과 비교하여 에멀션 처리구의 capsaicinoids 포집효율이 높았고, 단일층 나노에멀션구와 비교하여 이중층 나노에멀션구의 포집효율이 더 높게 분석되었다.
- 결과적으로, 4℃에서 저장 28일 후 생면의 pH는 물반죽 생면< 알긴산 나노에멀션 생면< 단일층 나노에멀션 생면< 키토산 나노에멀션 생면< pre-emulsion 생면 순서로 변화하였고, 처리구 모두 pH가 6.00 이하로 감소하였다.
- 44로 변화하였다. 결과적으로, 시간이 지나면서 모든 시료구에서 초기 대조구에 비교하여 L, a, b값이 감소하였고, 색차이가 적어졌다.
- 국수의 텍스처 중 중요한 특성인 탄력성은 키토산 나노에멀션 생면에서 유의적으로 높게 나타났다(p<0.05), 그러나 물반죽 조리면과 pre-emulsion 조리면의 탄력성은 0.77~0.78 g/cm2, 에멀션반죽 면은 0.79~0.80 g/cm2로 약간 높은 경향이었으나, 유의적 차이는 보이지 않았다.
- 본 연구에서는 식품산업에 적용하기 위한 모델시스템으로 나노에멀션을 반죽수로 첨가한 생면을 제조하여 그 품질특성과 저장안정성을 검토하여 실제 산업화 적용 가능성을 연구하였다. 그 결과, 물반죽 생면과 비교하여 나노에멀션을 첨가한 생면군의 텍스처에서 탄력성이 높고 부착성이 낮아져 생면의 품질 개선에 도움을 주는 것으로 판단되었다.
- 기호도 특성은 단일층 나노에멀션 면과 이중층 나노에멀션 면이 붉은 색 정도, 향미, 텍스처, 매운 정도, 전체적인 기호도의 항목에서 물반죽 면이나 pre-emulsion 면과 비교하여 유의미하게 높게 평가되었다(p<0.05).
- 또한 단일층 나노에멀션 면과 이중층 나노에멀션 면의 관능적 기호도 특성은 붉은 색 정도, 향미, 텍스처, 매운 정도, 전체적인 기호도의 항목에서 물반죽 면이나 pre-emulsion 면과 비교하여 유의적으로 높았다(p<0.05).
- 97로 생면에 비교하여 색 차이가 줄어든 것으로 평가되었다. 또한 단일층 나노에멀션과 이중층 나노에멀션 생면은 0.09~0.37로 색 차이가 거의 없었으나, 조리 후 ∆E값은 물반죽 면을 기준으로 2.32~2.76으로 감지할 수 있을 정도의 색 차이를 나타내었다.
- 또한 물반죽 면이나 pre-emulsion 면과 비교하여 붉은 강도는 낮았으나 붉은 색에 대한 기호도는 나노에멀션 면이 유의적으로 높게 평가되었다(p<0.05).
- 키토산 나노에멀션 생면은 전체적으로 작은 전분 입자들이 균일하게 글루텐망 내부에 채워져 있었다. 또한 키토산 나노에멀션 면은 물반죽 면과 pre-emulsion 면과 비교하여 글루텐망과 상호작용으로 부드러운 표면구조를 관찰할 수 있었다.
- 이상의 결과로 볼 때, 키토산 이중층 나노에멀션 생면이 미생물 증식 억제에 매우 효과적인 것으로 판단되었다. 또한 키토산 이중층 나노에멀션 생면의 경우, 저장 28일 이후의 효모와 곰팡이수도 가장 적게 검출되었는데 이러한 결과는 키토산 고분자의 항균활성에 기인하는 것으로 판단되었다.
- 60으로 측정되었다. 또한, 물반죽 생면을 기준으로 ∆E값은 pre-emulsion 생면의 경우, 1.98로 감지할 수 있을 정도의 색 차이가 났으나, 조리 후에는 pre-emulsion 면의 ∆E값이 0.97로 생면에 비교하여 색 차이가 줄어든 것으로 평가되었다. 또한 단일층 나노에멀션과 이중층 나노에멀션 생면은 0.
- 물, pre-emulsion, 키토산 나노에멀션으로 조제한 생면과 조리면의 절단면을 전자주사현미경으로 관찰한 결과 키토산 나노에멀션 생면은 전체적으로 작은 전분 입자들이 균일하게 글루텐망 내부에 채워져 있었으며, 다른 처리구와 비교하여 글루텐망과 상호작용으로 부드러운 표면구조가 관찰되었다.
- 본 실험에서 생면의 초기 총 균수는 키토산 나노에멀션 생면 1.0×105 CFU/g, 단일층 나노 에멀션 생면 8.6×105 CFU/g, pre-emulsion 생면 8.8×105 CFU/g, 물반죽 생면 1.1×106 CFU/g), 알긴산 나노에멀션 생면 1.3×106 CFU/g이었다.
- 부착성은 물반죽 생면과 비교하여 4개의 에멀션반죽 생면에서 유의적으로 낮았고, 조리 후에도 물반죽 조리면의 부착성이 유의적으로 가장 높았다(p<0.05).
- 1×107 CFU/g로 변화하였다. 이상의 결과로 볼 때, 키토산 이중층 나노에멀션 생면이 미생물 증식 억제에 매우 효과적인 것으로 판단되었다. 또한 키토산 이중층 나노에멀션 생면의 경우, 저장 28일 이후의 효모와 곰팡이수도 가장 적게 검출되었는데 이러한 결과는 키토산 고분자의 항균활성에 기인하는 것으로 판단되었다.
- 80 g/cm2로 약간 높은 경향이었으나, 유의적 차이는 보이지 않았다. 이상의 측정 결과를 분석해 본 결과, 나노에멀션 첨가는 생면과 조리면의 부착성을 낮추고, 탄력성을 증가시켜 국수의 텍스처와 품질 개선에 효과적인 것으로 생각되었다.
- 저장 0일, 물반죽 생면과 pre-emulsion 생면의 수분함량은 단일층, 이중층 나노에멀션 생면과 비교하여 유의적으로 낮게 평가되었다(p<0.05).
- 저장기간에 따른 처리구별 수분함량 변화는 32.08±0.3~33.81±0.12%였고, 물반죽 생면, pre-emulsion 생면, 그리고 단일층 나노에멀션 생면은 저장 기간 동안 일정한 수분함량을 유지하였으나, 이중층 나노에멀션 생면은 저장기간이 길어질수록 수분함량이 유의적으로 감소하였다(p<0.05).
- 조리 전, 후 캡사이신 손실율은 키토산 이중층 나노에멀션 19.28% < 알긴산 이중층 나노에멀션 27.67% < 단일층 나노에멀션 34.89% < pre-emulsion 40.18% 순으로 pre-emulsion 구와 비교하여 모든 나노에멀션 첨가 생면의 capsaicinoids 포집효율이 높았고, 키토산 이중층 나노에멀션 첨가 생면의 capsaicinoids 포집효율이 가장 높게 평가되어, 알긴산과 키토산을 이용한 이중층 나노에멀션은 캡사이신 방출속도 지연과 보호가 가능하여 식품산업에서 광범위한 응용이 가능할 것으로 기대되었다.
후속연구
- 05). 그러므로 이상의 결과로 종합해 볼 때 지용성 생리활성 성분을 키토산과 같은 생체고분자물질로 나노에멀션화하여 생면에 적용할 경우, 기호도와 기능성을 동시에 만족시킬 수 있는 산업적 제품으로의 적용이 가능할 것으로 판단되었다. 또한 본 연구에서 밝혀진 결과와 결론을 바탕으로 하여 생체 전달 시스템에서의 방출효율 등에 대한 후속 연구가 더욱 진행되어야 할 것으로 생각되었다.
- 생면 조제 중 면대 제조과정에서 유화제를 첨가하면 면의 탄성과 유연성이 증가하며, 광택과 보존성이 향상되어 품질개선제로써의 역할을 하고, 제품의 rheological 특성에 영향을 준다는 연구 결과들이 보고되고 있다(Ding & Yang 2013; Choy 등 2010). 그러므로, 지용성 생리활성 성분을 가진 O/W 나노에멀션을 밀가루에 반죽수로 혼합하여 생면을 조제하면, 유화제로써의 면류의 품질개량 효과와 함께 나노에멀션 내에 포집되어 있는 지용성 생리활성 성분 보호와 경구 섭취 후 체내이용률의 증가 효과를 기대할 수 있을 것이다.
- 그러므로 이상의 결과로 종합해 볼 때 지용성 생리활성 성분을 키토산과 같은 생체고분자물질로 나노에멀션화하여 생면에 적용할 경우, 기호도와 기능성을 동시에 만족시킬 수 있는 산업적 제품으로의 적용이 가능할 것으로 판단되었다. 또한 본 연구에서 밝혀진 결과와 결론을 바탕으로 하여 생체 전달 시스템에서의 방출효율 등에 대한 후속 연구가 더욱 진행되어야 할 것으로 생각되었다.
- 이러한 결과로 미루어 볼 때 물반죽 생면이나 pre-emulsion 생면에 비교하여 나노에멀션의 유용성분 보호 효과와 이중층 나노에멀션을 구성하는 생고분자의 캡사이신 방출 속도 연장과 성분 보호 효과를 기대할 수 있을 것이다. 또한 본 연구에서 밝혀진 결과와 결론을 바탕으로 하여 생체전달 시스템에서의 방출효율 등에 대한 후속연구가 진행되어야 할 것으로 생각되었다.
- 나노에멀션은 생리활성 성분의 용해도와 저장안정성 증가, 잔류시간의 증가, 체내 흡수율 향상 등 기존 기술에서의 문제점이었던 지용성 생리활성성분의 경구 투여시 발생하는 낮은 체내 이용률의 문제점을 극복할 수 있는 식품소재이다. 또한 섭취 중 느껴지는 일차적인 작렬감과 향미를 완화시켜 매운맛에 취약한 집단에게 기호도 면에서 긍정적인 평가가 기대되며, 외부환경에 불안정한 지용성 생리활성성분의 효과적인 전달체로써 음료나 식품 형태로의 가공 및 적용이 가능할 것으로 판단된다(Kim 등 2016).
- Abrol 등(2005)은 약물을 이용한 나노에멀젼을 제조할 때 효과적인 방출 속도 지연에 대하여 연구하였고, Kelmann 등(2007)은 carbamazepine를 castor oil과 MCT에 용해시켜 레시틴과 polyoxyl 35 caster oil으로 나노에멀젼을 제조 후 in vitro release 실험을 진행한 결과, 나노에멀션이 대조구에 비하여 방출 속도가 지연되었다고 하여 본 연구와 유사한 결과를 보고하였다. 이러한 결과로 미루어 볼 때 물반죽 생면이나 pre-emulsion 생면에 비교하여 나노에멀션의 유용성분 보호 효과와 이중층 나노에멀션을 구성하는 생고분자의 캡사이신 방출 속도 연장과 성분 보호 효과를 기대할 수 있을 것이다. 또한 본 연구에서 밝혀진 결과와 결론을 바탕으로 하여 생체전달 시스템에서의 방출효율 등에 대한 후속연구가 진행되어야 할 것으로 생각되었다.
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