[논문]분지쇄아미노산(BCAA)이 포집된 더블에멀션과 리포좀의 안정성 비교

이윤정; 이상윤; 신혜린; 강구현; 위기현; 고은영; 조영재; 최미정

doi:10.9721/kjfst.2018.50.6.636

분지쇄아미노산(BCAA)이 포집된 더블에멀션과 리포좀의 안정성 비교
Comparison of the stability between branched-chain amino acid (BCAA)-coated liposome and double emulsion 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.50 no.6, 2018년, pp.636 - 641

이윤정 (건국대학교 축산식품생명공학과) , 이상윤 (건국대학교 축산식품생명공학과) , 신혜린 (건국대학교 축산식품생명공학과) , 강구현 (건국대학교 축산식품생명공학과) , 위기현 (건국대학교 축산식품생명공학과) , 고은영 (건국대학교 축산식품생명공학과) , 조영재 (건국대학교 축산식품생명공학과) , 최미정 (건국대학교 축산식품생명공학과)

초록
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본 연구에서는 식품에 적용할 수 있는 코팅방법인 리포좀과 더블에멀션의 안정성을 연구하기 위해 기능성 아미노산인 BCAA를 함유한 리포좀과 더블에멀션을 제조하였다. 리포좀의 입자크기는 pH 7보다 pH 4에서 더 작게 나타났는데, 이는 양쪽성 이온인 BCAA가 pH 4에서는 양전하를, pH 7에서는 음전하를 띠기때문에 음전하인 레시틴과의 상호작용을 하여 그 크기에 차이가 있는 것으로 판단된다. 제타전위의 절댓값은 pH 7보다 pH 4에서 더 크게 나타나 pH 4에서 리포좀의 분산안정성이 더 높은 것으로 나타났다. 더블에멀션은 초기 입자의 크기가 $100{\mu}m$ 이내, 제타전위는 모두 절댓값이 30 mV 이상이었으나, 시간이 경과함에 따라 그 크기가 커지고, 제타전위의 절댓값은 감소하는 경향을 보였다. 리포좀과 더블에멀션의 BCAA 포집율은 모두 97% 이상이었고, 누적 방출율은 리포좀에서 더 크게 나타났으나 5일간 누적방출율은 30% 미만으로 나타났다. 따라서 리포좀과 더블에멀션은 높은 효율로 특정 기능성 물질을 안정적으로 포집한다는 특징을 가지며, 추후 계속적인 연구를 통해 이를 식품 산업에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to compare the stability between branched-chain amino acid (BCAA)-encapsulated liposome and double emulsion (DE). Liposome was produced by high-speed homogenization and ultrasonication whereas DE was prepared by homogenizing with surfactants. All samples were fixed at pH 4 and 7 and stored at 4, 25, and $40^{\circ}C$ for 5 days. Encapsulation efficiency and cumulative release rate were measured under $4^{\circ}C$ and at $25^{\circ}C$. The results showed that the size of BCAA-coated liposome was greater at pH 7 than at pH 4. The zeta-potential value of BCAA-coated liposome was greater at pH 4 than at pH 7. It was supposed that the negatively charged liposomes attracted the positively charged BCAAs at pH 4 resulting in the formation of the vesicle with smaller size. Particle size of DE was smaller than $100{\mu}m$. Encapsulation efficiencies of BCAA in DE or liposome were over 97%, approximately, and the cumulative release rates of them were below 30% for 5 days.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Changes in particle size of BCAA-coated liposome depending on the storage temperatures at 4℃ (A), 25℃ (B) and 40℃ (C).
그림 Fig. 2. Zeta-potential of BCAAs depending on pH values.
그림 Fig. 3. Changes in particle size of BCAA-coated double emulsion depending on the storage temperatures at 4℃ (A), 25℃ (B) and 40℃ (C).
그림 Fig. 4. Zeta-potential value of BCAA-coated liposome on storage conditions at 4℃ (A), 25℃ (B) and 40℃ (C).
그림 Fig. 5. Zeta-potential value of BCAA-coated double emulsion on storage conditions at 4℃ (A), 25℃ (B) and 40℃ (C).
그림 Fig. 6. Encapsulation efficiency of liposome and double emulsion containing BCAA.
그림 Fig. 7. Cumulative release rate of liposome containing BCAA adjusted to pH 4 (A) and adjusted to pH 7 (B).
그림 Fig. 8. Cumulative release rate of double emulsion containing BCAA adjusted to pH 4 (A) and adjusted to pH 7 (B)

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 식품에 적용할 수 있는 코팅방법인 리포좀과 더블에멀션의 안정성을 연구하기 위해 기능성 아미노산인 BCAA를 함유한 리포좀과 더블에멀션을 제조하였다. 리포좀의 입자크기는 pH 7보다 pH 4에서 더 작게 나타났는데, 이는 양쪽성 이온인 BCAA가 pH 4에서는 양전하를, pH 7에서는 음전하를 띠기 때문에 음전하인 레시틴과의 상호작용을 하여 그 크기에 차이가 있는 것으로 판단된다.

제안 방법

pH 4와 7 표준완충용액에 각각 4% BCAA (2:1:1=루신:아이소루신:발린)를 첨가하여 40^oC에서 30분간 교반하여 용해시켰다. 그 후 아미노산을 녹인 완충용액에 레시틴을 1%가 되도록 녹인 후 고속 균질기(T25 digital Ultra-turrax high-speed mixer, Staufen, Germany)를 사용하여 8,000 rpm으로 3분간 균질하였다.
그 후 초음파균질기(HD-2200, BANDELIN electronic GmbH & Co., Berlin, Germany)를 사용하여 60 W에서 3분간 균질하여 리포좀을 제조하였다.
, Berlin, Germany)를 사용하여 60 W에서 3분간 균질하여 리포좀을 제조하였다. 더블에멀션은 pH 4와 7 표준완충용액에 각각 4% BCAA를 녹인 후 1% 염화소듐을 첨가하여 W₁으로 사용하였고, 5% polyglycerol polyricinoleate (PGPR)이 함유된 옥수수유를 사용하여 각각을 3:7의 비율로 섞어 W₁/O를 제조하였다. 제조한 W₁/O 에멀션과 1% Tween 80 수용액을 W₂로 사용하여 각각 1:1의 비율로 섞은 후 10,400 rpm으로 3분간 균질하여 더블에멀션을 제조하였다.
따라서 본 연구에서는 수용성 아미노산인 BCAA를 리포좀과 더블에멀션으로 코팅한 뒤, pH 및 저장온도에 따른 입자의 크기 및 분산안정성을 측정하였다. 또한 기능성 물질에의 적용을 위해 BCAA를 함유한 리포좀과 더블에멀션을 제조하였으며, 이들의 포집효율 및 방출율 등을 측정하였다.
따라서 본 연구에서는 수용성 아미노산인 BCAA를 리포좀과 더블에멀션으로 코팅한 뒤, pH 및 저장온도에 따른 입자의 크기 및 분산안정성을 측정하였다. 또한 기능성 물질에의 적용을 위해 BCAA를 함유한 리포좀과 더블에멀션을 제조하였으며, 이들의 포집효율 및 방출율 등을 측정하였다.
)를 사용하였다. 리포좀과 더블에멀션 시료는 각각 4, 25, 40℃에 저장하면서 5일 동안 측정하였다.
리포좀의 입자크기, 입자분산도(Polydispersity Index, PDI) 및 제타전위를 측정하기 위해 큐벳(DTS1070, Malvern Instruments Ltds, Worcestershire, UK)에 각각 시료를 1 mL씩 분주하여 입도분석기(Zetasizer Nano ZS 90, Malvern Instruments Ltd.)로 3회 반복 측정하였다. 또한 더블에멀션의 입자크기를 측정하기 위해 입도 분석기(Mastersizer 3000E, Malvern Instruments Ltd.
더블에멀션은 에멀션이 다른 액체상에 구형의 입자로 분산되어 있는 형태를 의미하며, 주로 사용되는 형태에는 water-in-oil-in-water (W/O/W)와 oil-in-water-in-oil (O/W/O)이 있다(Garti와 Bisperink, 1998). 본 연구에서는 수용성 물질인 분지쇄아미노산(branched-chain amino acids, BCAA)을 코팅하기 위해 W/O/W 형태를 선정하였다. O'Regan과 Mulvihill(2010)에 따르면 더블에멀션은 수용성 및 지용성 물질을 안정적으로 포집할 수 있으며, 그 기능성으로는 이취를 저감시키고, 체내 지방의 흡수량을 줄이는 효과가 있다.
시료의 저장은 저장 및 유통온도를 고려하여 4℃와 25℃ 인큐베이터에서 각각 보관한 후 매일 유리되는 아미노산의 양을 산출하였다. 이때 누적된 방출율(cumulative release rate)로 나타내었다.
제조 직후 리포좀의 BCAA 포집효율(encapsulation efficiency)을 측정하기 위해 ultracentrifugation filter devices (Amicon Ultra-4 centrifugal filter units, Merck Millipore, Burlington, MA, USA)을 사용하여 포집되지 않은 BCAA를 분리하였다. 이 후 2,4,6-trinitrobenzene sulfonic acid (TNBSA)를 사용하여 BCAA의 양을 측정하였으며, 포집효율은 다음의 식과 같이 계산하였다.
제조 직후 리포좀의 BCAA 포집효율(encapsulation efficiency)을 측정하기 위해 ultracentrifugation filter devices (Amicon Ultra-4 centrifugal filter units, Merck Millipore, Burlington, MA, USA)을 사용하여 포집되지 않은 BCAA를 분리하였다. 이 후 2,4,6-trinitrobenzene sulfonic acid (TNBSA)를 사용하여 BCAA의 양을 측정하였으며, 포집효율은 다음의 식과 같이 계산하였다.

대상 데이터

또한 pH 4와 pH 7 표준완충용액은 Duksan Pure Chemical (Seoul, Korea) 에서 구입하여 사용하였고, 루신, 아이소루신, 발린(99.9%)은 Daejung Chemical & Metal Co., Ltd. (Siheung, Korea)에서 구입하였다.
리포좀의 주성분인 레시틴(LIPOIDS 75, fat free soybean phospholipids with 70% phosphatidylcholine)은 Lipoids GmbH (Ludwigshafen, Switzerland)에서 구입하여 사용하였고, 더블에멀션은 옥수수유(Sajo Haepyo, Seoul, Korea)를 구입하여 사용하였다. 또한 pH 4와 pH 7 표준완충용액은 Duksan Pure Chemical (Seoul, Korea) 에서 구입하여 사용하였고, 루신, 아이소루신, 발린(99.

데이터처리

SPSS 통계프로그램(Ver. 22.0 SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 사용하여 평균과 표준편차를 산출하였고, pH, 저장온도 및 기간에 따른 차이를 알아보기 위해 이원분산분석법(two-way ANOVA)을 실시하였다. 시료간의 유의적 차이를 검증하기 위해 ANOVA 분석시 Duncan’s multiple rage test (p<0.
시료간의 유의적 차이를 검증하기 위해 ANOVA 분석시 Duncan’s multiple rage test (p<0.05)를 실시하였다.

성능/효과

제타전위는 입자의 안정성을 나타내는 척도로, 절댓값이 클수록 입자간의 반발력이 증가하여 그 안정성이 높다고 알려져 있다(Lim 등, 2010). BCAA 비코팅 리포좀 입자의 제타전위는 pH4에서 절댓값이 20 mV 이상이었으며(Fig. 4), BCAA 코팅 리포좀은 그 절댓값이 20 mV보다 작은 경향성을 보였는데 이는 내부에 전하를 띠는 BCAA 입자가 포함되어 제타 전위를 감소시키는 것으로 보인다. 또한 pH 7에서는 BCAA 코팅여부와 관계없이 제타전위가 일정한 경향을 보이는데, 이는 완충용액에 있는 이온의 영향을 받은 것으로 추정된다(Burns와 Zydney, 2000).
입자크기의 경향성과 동일하게 BCAA를 함유한 pH 4 리포좀에서 제타전위는 25^oC에서 가장 작은 경향을 나타내었다. BCAA를 함유한 pH 7리포좀은 4^oC에서 제타전위가 가장 큰 경향을 보였고 저장온도가 높아질수록 그 값도 커지는 경향을 보였다. 1일 저장 시 BCAA를 함유한 pH 7 더블에멀션은 4^oC에서 그 값이 가장 컸으며, 25^oC와 40^oC 사이에는 유의적인 차이가 없었다.
7에 나타내었다. pH 4와 pH 7 저장기간이 지남에 따라 지속적으로 방출이 일어나, 5일 후에는 누적방출율이 약 30%에 도달하였으며 저장온도에 따른 방출율에 유의적인 차이가 없었다.
더블에멀션 크기는 1일 저장 시에 유의적인 차이(p<0.05)가 있었는데,BCAA 코팅 pH 4 리포좀에서 4oC 저장 시 입자의 크기가 가장 컸으며 온도가 높을수록 입자의 크기가 작은 경향을 보였다.
더블에멀션은 초기 입자의 크기가 100 µm 이내,제타전위는 모두 절댓값이 30 mV 이상이었으나, 시간이 경과함에 따라 그 크기가 커지고, 제타전위의 절댓값은 감소하는 경향을 보였다.
더블에멀션의 누적방출율은 5일 동안 저장 시 약 10% 이내로 나타나 리포좀보다 더 낮은 방출율을 보였다(Fig. 8). 또한 저장온도가 낮을수록 방출율이 감소하는 경향을 보였으며, 저장기간이 길어짐에 따라 뚜렷한 경향성을 보였다.
BCAA를 구성하는 아미노산인 루신, 아이소루신, 발린의 등전점은 pH 5와 6 사이 값을 가진다(Nelson과 Cox, 2008). 따라서 등전점 미만인 pH 4에서는 양전하, pH 7에서는 음전하를 띠며 등전점과 pH와의 차이가 클수록 전하의 절댓값이 높게 나타났다(Fig. 2). 따라서 BCAA가 포집된 pH 7인 리포좀은 BCAA의 음전하와 리포좀 이중층막을 구성하는 레시틴의 음전하 사이에 약한 반발력으로 인해 그 입자 크기가 증가한 것으로 생각된다.
5). 또 BCAA가 포함된 더블에멀션은 저장 5일 후 pH 4에서 입자의 제타전위의 절댓값이 약 10 mV 감소하였으나 pH 7에서는 약 20 mV 감소하여 그 감소폭이 크게 나타났다.
8). 또한 저장온도가 낮을수록 방출율이 감소하는 경향을 보였으며, 저장기간이 길어짐에 따라 뚜렷한 경향성을 보였다. Lutz 등(2009)에 따르면 내부상의 염화소듐 농도가 4.
더블에멀션은 초기 입자의 크기가 100 µm 이내,제타전위는 모두 절댓값이 30 mV 이상이었으나, 시간이 경과함에 따라 그 크기가 커지고, 제타전위의 절댓값은 감소하는 경향을 보였다. 리포좀과 더블에멀션의 BCAA 포집율은 모두 97% 이상이었고, 누적 방출율은 리포좀에서 더 크게 나타났으나 5일간 누적방출율은 30% 미만으로 나타났다. 따라서 리포좀과 더블에멀션은 높은 효율로 특정 기능성 물질을 안정적으로 포집한다는 특징을 가지며, 추후 계속적인 연구를 통해 이를 식품 산업에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
Colletier 등(2002)에 따르면 아세틸콜린분해효소는 약한 음전하를 띠는데, 이를 코팅한 난황레시틴 또한 음전하를 띠므로 둘 사이의 반발력이 발생하여리포좀 입자의 크기가 증가하였다고 보고한 바 있으며, 또한 리포좀 내부 물질의 전하와 레시틴의 전하의 반발력이나 인력으로 인해 리포좀의 크기를 조절할 수 있다는 연구 결과가 보고되었다(Vilasmil 등, 2013). 본 연구에서는 저장기간에 따라 BCAA를 코팅한 pH 4 리포좀에서는 크기가 감소하였고, pH 7에서는 증가하는 경향을 보였는데, 이는 pH 4에서는 BCAA가 방출되면서리포좀의 크기가 감소하고 pH 7에서는 이와 반대되는 현상이 나타나는 것으로 생각된다.
따라서 기름층에 사용된 옥수수유가 음전하를 띠므로, 옥수수유와 BCAA의 전하 간 상호작용으로 인해 크기에 차이가 있는 것으로 생각된다. 저장기간에 따라 입자의 크기가 증가하였으며, 저장 온도가 높을수록 입자의 크기가 급격하게 증가하며, 편차도 증가하는 경향을 띠었다(Fig. 3).
저장온도별 리포좀 크기에 유의적인 차이를 보이지 않았으나, 1일 저장 시 BCAA가 코팅된 pH 4 리포좀에서는 4^oC와 40^oC 저장에서 25^oC 저장보다 입자의 크기가 큰 경향을 보였다. 더블에멀션 크기는 1일 저장 시에 유의적인 차이(p<0.
제조 직후의 더블에멀션에서 제타전위는 모두 절댓값이 30 mV를 초과하여, 그 안정성이 높게 나타났다(Fig. 5). 또 BCAA가 포함된 더블에멀션은 저장 5일 후 pH 4에서 입자의 제타전위의 절댓값이 약 10 mV 감소하였으나 pH 7에서는 약 20 mV 감소하여 그 감소폭이 크게 나타났다.
제타전위는 1일 저장 시 BCAA를 함유한 pH 4, 7 리포좀에서 저장온도별로 유의적인 차이(p<0.05)가 있었다.
리포좀의 입자크기는 pH 7보다 pH 4에서 더 작게 나타났는데, 이는 양쪽성 이온인 BCAA가 pH 4에서는 양전하를, pH 7에서는 음전하를 띠기 때문에 음전하인 레시틴과의 상호작용을 하여 그 크기에 차이가 있는 것으로 판단된다. 제타전위의 절댓값은 pH 7보다 pH 4에서 더 크게 나타나 pH 4에서 리포좀의 분산안정성이 더 높은 것으로 나타났다. 더블에멀션은 초기 입자의 크기가 100 µm 이내,제타전위는 모두 절댓값이 30 mV 이상이었으나, 시간이 경과함에 따라 그 크기가 커지고, 제타전위의 절댓값은 감소하는 경향을 보였다.
초기 리포좀의 BCAA 포집효율은 pH 4와 pH 7에서 각각 97.5%와 96.6%로 나타났고, 더블에멀션은 각 pH에서 99.2%와 98.9%로 나타나 높은 포집율을 보였다(Fig. 6).

후속연구

리포좀과 더블에멀션의 BCAA 포집율은 모두 97% 이상이었고, 누적 방출율은 리포좀에서 더 크게 나타났으나 5일간 누적방출율은 30% 미만으로 나타났다. 따라서 리포좀과 더블에멀션은 높은 효율로 특정 기능성 물질을 안정적으로 포집한다는 특징을 가지며, 추후 계속적인 연구를 통해 이를 식품 산업에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	에멀션의 특징은 무엇인가?	이에 반해 에멀션은 서로 섞이지 않는 두 액상으로 구성되며,분산매에 분산상이 구형의 입자로 분포하는 형태로 그 입자의 크기는 나노에서 마이크로미터 단위로 다양하게 존재한다(McClements,2005). 더블에멀션은 에멀션이 다른 액체상에 구형의 입자로 분산되어 있는 형태를 의미하며, 주로 사용되는 형태에는 water-inoil-in-water (W/O/W)와 oil-in-water-in-oil (O/W/O)이 있다(Garti와Bisperink, 1998).
	기능성물질이 필요한 기술은 무엇인가?	경제성장과 더불어 건강에 대한 관심이 증대되면서 식품산업에서 산화방지, 항균 및 영양 강화 등의 기능성물질의 중요성이 대두되고 있다. 하지만, 대부분의 기능성물질들은 산화될 가능성이 높고, 제조 및 조리과정에서 영양손실 및 품질변화를 일으킬 수 있기 때문에 이를 적절하게 코팅할 수 있는 기술이 필요하다(Lee 등, 2008). 또한 적절한 코팅기술은 특정 물질들을 식품에적용하였을 때, 소비자들에게 냄새나 맛 등의 관능적인 요소에영향을 줄 수 있는 부가적인 효과도 있다(Ghorbanzade 등, 2017).
	리포좀의 코팅막으로서의 큰 장점은 무엇인가?	리포좀은 다른 코팅막의 역할처럼 온도나 pH와 같은 외부환경으로부터 물질을 보호하는 역할을 하고, 시간이 지남에 따라 코팅된 물질들을 방출한다는 특징이 있다. 가장 큰 장점은 다른 소재들과 달리 생체막과 그 구성이 유사하여 인체 내에서 흡수가 용이하고 독성이 없어 식품 및 제약 산업에서 그 활용도가 높다는데 있다(Oh 등, 2006).

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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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