본 연구에서는 서로 다른 성질을 지닌 기름(MO, CO, PO)을 선정한 후 산화방지제(아스코브산, 토코페롤)의 종류와 농도를 달리한 베타카로텐 함유 나노에멀션을 제조하여, 산화안정성을 검토하였다. 베타카로텐 나노에멀션은 낮은 pH에 비하여 높은 pH에서 화학적으로 더 안정하였다. 또한 베타카로텐의 산화는 기름의 특성에 많은 영향을 받았으며, 지방산 사슬길이가 길며 포화 지방산 함량이 낮은 CO를 유상(oil phase)으로 사용할 경우 베타카로텐 산화를 더욱 가속화시키는 것으로 나타났다. 에멀션 내의 베타카로텐의 분해는 아스코브산과 토코페롤 산화방지제를 첨가함으로써 지연시킬 수 있었다. 그러나 베타카로텐을 함유한 산성 상태의 음료와 식품을 제조하고 이를 장기간 보존하기 위해서는 높은 농도의 산화방지제 첨가가 요구됨을 확인하였다.
본 연구에서는 서로 다른 성질을 지닌 기름(MO, CO, PO)을 선정한 후 산화방지제(아스코브산, 토코페롤)의 종류와 농도를 달리한 베타카로텐 함유 나노에멀션을 제조하여, 산화안정성을 검토하였다. 베타카로텐 나노에멀션은 낮은 pH에 비하여 높은 pH에서 화학적으로 더 안정하였다. 또한 베타카로텐의 산화는 기름의 특성에 많은 영향을 받았으며, 지방산 사슬길이가 길며 포화 지방산 함량이 낮은 CO를 유상(oil phase)으로 사용할 경우 베타카로텐 산화를 더욱 가속화시키는 것으로 나타났다. 에멀션 내의 베타카로텐의 분해는 아스코브산과 토코페롤 산화방지제를 첨가함으로써 지연시킬 수 있었다. 그러나 베타카로텐을 함유한 산성 상태의 음료와 식품을 제조하고 이를 장기간 보존하기 위해서는 높은 농도의 산화방지제 첨가가 요구됨을 확인하였다.
In this study, we examined the effects of carrier oil type (MCT oil: MO, corn oil: CO, palm oil: PO), pH of dispersion solution, and antioxidants on the chemical degradation of ${\beta}$-carotene in oil-in-water nanoemulsions. The pH of the emulsion had a significant influence on the stab...
In this study, we examined the effects of carrier oil type (MCT oil: MO, corn oil: CO, palm oil: PO), pH of dispersion solution, and antioxidants on the chemical degradation of ${\beta}$-carotene in oil-in-water nanoemulsions. The pH of the emulsion had a significant influence on the stability of ${\beta}$-carotene, which showed rapid degradation in emulsions at low pH value and relatively higher stability at high pH values. The influence of the carrier oil type on ${\beta}$-carotene stability was assessed. The rate of ${\beta}$-carotene degradation increased in the following order: CO > PO > MO. The effect of antioxidants on ${\beta}$-carotene degradation was monitored during storage at $25^{\circ}C$ for 4 weeks. The rate of ${\beta}$-carotene degradation decreased upon addition of water-soluble (ascorbic acid) or oil-soluble (tocopherol) antioxidants. In general, tocopherol was more effective than ascorbic acid in reducing ${\beta}$-carotene degradation. To utilize this nanoemulsion for producing acidic beverages, adding a higher concentration of antioxidants is required.
In this study, we examined the effects of carrier oil type (MCT oil: MO, corn oil: CO, palm oil: PO), pH of dispersion solution, and antioxidants on the chemical degradation of ${\beta}$-carotene in oil-in-water nanoemulsions. The pH of the emulsion had a significant influence on the stability of ${\beta}$-carotene, which showed rapid degradation in emulsions at low pH value and relatively higher stability at high pH values. The influence of the carrier oil type on ${\beta}$-carotene stability was assessed. The rate of ${\beta}$-carotene degradation increased in the following order: CO > PO > MO. The effect of antioxidants on ${\beta}$-carotene degradation was monitored during storage at $25^{\circ}C$ for 4 weeks. The rate of ${\beta}$-carotene degradation decreased upon addition of water-soluble (ascorbic acid) or oil-soluble (tocopherol) antioxidants. In general, tocopherol was more effective than ascorbic acid in reducing ${\beta}$-carotene degradation. To utilize this nanoemulsion for producing acidic beverages, adding a higher concentration of antioxidants is required.
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문제 정의
특히 베타카로텐과 같은 기능성 물질들의 영양학적 손실을 최소화하기 위하여 이들을 함유한 식품군에 천연 산화방지제를 첨가하는 방법들이 제시되고 있다(Bou 등, 2011; Qian 등, 2012). 본 연구의 목적은 베타카로텐을 함유한 나노에멀션의 화학적 안정성을 향상시키기 위하여 서로 다른 종류의 산화방지제(지용성 또는 수용성 산화방지제) 첨가에 따른 효과를 알아보고자 하였다. 식품첨가물로써의 산화방지제는 각종의 지방질과 산화반응에 대한 유지의 산패, 즉식품의 이미, 이취, 변색, 부패 등을 방지하거나 지연시키는 목적으로 첨가하는 물질을 말한다(Uluata 등, 2015).
제안 방법
여러 저장조건에서의 안정성을 검토하기 위하여 25℃에서 4주간(저장유통 기간), 37℃에서 24시간(소화흡수 시간), 그리고 60℃에서 5시간(열처리 시간) 저장하며 안정성을 평가하였다. CO 나노에멀션에 서로 다른 산화방지제를 농도별로 처리하여 각 저장조건에 따라 저장한 후 CO 나노에멀션의 화학적 안정성(Fig. 5)과 물리적 안정성(Fig. 6)을 각각 평가하였다. Fig.
1에 나타내었다. Fig. 1A와 1B는 산화방지제를 함유하지 않은 베타카로텐 나노에멀션을 pH 7 용액과 pH 3용액에 각각 분산시켜 상온(25℃)에서 4주 동안 보관하면서 동일한 간격으로 시료를 취하여 베타카로텐 함량을 분석하였다. 나노에멀션 내의 베타카로텐함량은 저장기간에 따라 상당히 감소하는 양상을 나타내었으며, pH 3 용액에서의 베타카로텐 함량이 pH 7 용액에서의 베타카로텐 함량보다 낮게 나타났다.
다양한 저장 조건에서의 물리적 안정성과 산화안정성을 평가하기 위하여 베타카로텐 함유 나노에멀션을 25℃/4주(저장유통기한), 37℃/24시간(소화흡수시간) 60℃/5시간(가열처리시간)에서 보관하면서 입자크기 변화와 산화안정성을 평가하였다.
에멀션의 pH는 에멀션내 물질의 화학적 안정성에 중요한 영향을 미치는 것으로 보고되었다(Bou 등, 2011). 따라서 O/W 나노에멀션내의 베타카로텐의 안정성에 미치는 pH의 영향을 검토하기 위하여 아스코브산과 토코페롤을 0.01% 첨가한 에멀션을 제조하여 상온에서 4주 저장 후 초기농도 대비 베타카로텐 산화율를 비교하였다(Fig. 4). 베타카로텐 산화는 사용된 기름의 종류에 따라 상이한 결과를 보여주고 있으며, MO 나노에멀션은 토코페롤을 함유할 경우 베타카로텐 산화에 안정적이며, PO 나노에멀션과 CO 나노에멀션은 아스코브산을 함유할 경우 베타카로텐 산화에 더 안정적으로 나타났다.
제조된 마이크로에멀션을 초음파 균질기(SonoplusHD2200, Berlin, Germany) 20% power에서 3분간 처리함으로써 나노에멀션을 제조하였다. 또한 산화방지제 종류와 농도에 따른영향을 알아보기 위하여 수용성 산화방지제(아스코브산, 0.01-1.0%)와 지용성 산화방지제(토코페롤, 0.01-0.25%)를 에멀션 제조시 연속상과 분산상에 각각 서로 다른 농도로 첨가하였으며, 제조된 에멀션은 서로 다른 pH 용액(pH 7 또는 3)에 분산시켜 저장 안정성을 평가하였다.
베타카로텐 나노에멀션의 평균 입자크기와 제타전위는 동적광산란(dynamic light scattering) 원리에 의해 Zetasizer Nano-ZS 90(Malvern Instruments, Worcestershire, UK)로 분석하였다. 용매로 쓰인 증류수로 기준 광을 잡고 나노에멀션을 적절히 희석한 후1 mL을 취하여 3회 반복 측정하여 평균값으로 나타내었다.
베타카로텐 함량변화는 UV/Vis 분광광도계를 이용하여 베타카로텐 함유 나노에멀션 내의 소실되는 베타카로텐의 함량 추이를 관찰하였다. 제조된 나노에멀션은 에탄올과 헥세인(n-hexane)을 이용하여 추출하고 헥세인 층 용액을 적절히 희석한 후 450 nm파장에서 UV/Vis 분광광도계를 통해 흡광도를 측정하였다.
베타카로텐 함유 O/W 나노에멀션은 분산상(유상, oil phase)으로서 베타카로텐을 포함하는 MCT 기름, 옥수수기름, 팜기름을 이용하였으며, 연속상(수상, aqueous phase)으로서는 Tween 80을 증류수에 녹여 준비하였다. 베타카로텐(30% in corn oil)은 먼저140℃ 이상으로 가열된 각각의 기름에 분산시키고 몇 초간 용해시킨 후 바로 상온에서 냉각시켰다.
본 연구에서는 서로 다른 기름을 사용하여 제조된 베타카로텐 나노에멀션의 산화안정성을 비교하였으며, 그 결과를 Fig. 1에 나타내었다. Fig.
본 연구에서는 서로 다른 성질을 지닌 기름(MO, CO, PO)을 선정한 후 산화방지제(아스코브산, 토코페롤)의 종류와 농도를 달리한 베타카로텐 함유 나노에멀션을 제조하여, 산화안정성을 검토하였다. 베타카로텐 나노에멀션은 낮은 pH에 비하여 높은 pH에서 화학적으로 더 안정하였다.
서로 다른 종류의 기름을 사용하여 제조된 베타카로텐 나노에멀션에 다른 종류의 산화방지제(아스코브산, 토코페롤)를 각각 다른 농도로 첨가하여 준비한 나노에멀션의 입자특성을 검토하였다. 제조한 모든 나노에멀션의 입자분포는 단분산형태이며, 입자크기는 170 nm에서 198 nm 범위였으며, 입자분산지수(PDI)는 0.
아스코브산 함유 베타카로텐 나노에멀션의 산화 안정성은 서로 다른 기름과 pH 용액에 따른 베타카로텐 함량 변화로 측정하였으며, 그 결과는 Fig. 2에 제시하였다. 아스코브산은 연속상에 0%에서 1% 범위 내로 첨가하였으며, 상온(25℃)에서 4주 동안 저장하였다.
2에 제시하였다. 아스코브산은 연속상에 0%에서 1% 범위 내로 첨가하였으며, 상온(25℃)에서 4주 동안 저장하였다. pH 7 용액에 분산된 나노에멀션의 베타카로텐 함량을 측정한 결과, 0.
여러 저장조건에서의 안정성을 검토하기 위하여 25℃에서 4주간(저장유통 기간), 37℃에서 24시간(소화흡수 시간), 그리고 60℃에서 5시간(열처리 시간) 저장하며 안정성을 평가하였다. CO 나노에멀션에 서로 다른 산화방지제를 농도별로 처리하여 각 저장조건에 따라 저장한 후 CO 나노에멀션의 화학적 안정성(Fig.
베타카로텐 나노에멀션의 평균 입자크기와 제타전위는 동적광산란(dynamic light scattering) 원리에 의해 Zetasizer Nano-ZS 90(Malvern Instruments, Worcestershire, UK)로 분석하였다. 용매로 쓰인 증류수로 기준 광을 잡고 나노에멀션을 적절히 희석한 후1 mL을 취하여 3회 반복 측정하여 평균값으로 나타내었다.
베타카로텐 함량변화는 UV/Vis 분광광도계를 이용하여 베타카로텐 함유 나노에멀션 내의 소실되는 베타카로텐의 함량 추이를 관찰하였다. 제조된 나노에멀션은 에탄올과 헥세인(n-hexane)을 이용하여 추출하고 헥세인 층 용액을 적절히 희석한 후 450 nm파장에서 UV/Vis 분광광도계를 통해 흡광도를 측정하였다. 나노에멀션에 포함되어있는 베타카로텐 농도는 표준물질 베타카로텐을 이용하여 표준곡선을 작성하였으며, 초기농도 대비 퍼센트 함량으로 환산하여 나타내었다.
, Seoul, Korea)를 이용하여11,000 rpm에서 위 유화액을 약 3분간 교반하여 마이크로에멀션을 제조하였다. 제조된 마이크로에멀션을 초음파 균질기(SonoplusHD2200, Berlin, Germany) 20% power에서 3분간 처리함으로써 나노에멀션을 제조하였다. 또한 산화방지제 종류와 농도에 따른영향을 알아보기 위하여 수용성 산화방지제(아스코브산, 0.
토코페롤을 함유한 나노에멀션의 베타카로텐 함량을 70% 이상 유지하기 위해서, pH 7에 분산된 나노에멀션인 경우, MO, PO나노에멀션은 0.01% 이상, CO 나노에멀션은 0.05% 이상의 토코페롤을 필요로 하였다. 이와 달리 pH 3에 분산된 나노에멀션의 경우, MO 나노에멀션은 0.
대상 데이터
9%)에 비해 높은 함량의 포화지방산을 함유하고있어 상온에서 고체 상태로 존재하기 때문에 지방으로 분류되기도 한다. 또한 수용성 및 지용성 산화방지제인 아스코브산과 토코페롤은 Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다. 표준물질로 사용된 베타카로텐(>98%)은 Sigma ChemicalCo.
본 연구에서 사용한 베타카로텐(30% in corn oil)은 DSMNutritional Products Ltd. (Basel, Switzerland)에서 구입하였으며, 유화제로 사용된 폴리옥시에틸렌 소비탄모노올레에이트(polyoxyethylene sorbitan monooleate, Tween 80)는 Junsei (Tokyo, Japan)로 부터 제공받았다. 옥수수기름(CO)과 팜기름(PO)는 시중 마켓에서 구입하였으며, medium chain triglyceride (MCT) 기름(MO)은 SHS International Ltd.
(Basel, Switzerland)에서 구입하였으며, 유화제로 사용된 폴리옥시에틸렌 소비탄모노올레에이트(polyoxyethylene sorbitan monooleate, Tween 80)는 Junsei (Tokyo, Japan)로 부터 제공받았다. 옥수수기름(CO)과 팜기름(PO)는 시중 마켓에서 구입하였으며, medium chain triglyceride (MCT) 기름(MO)은 SHS International Ltd. (Liverpool, UK)로 부터 공급받았다. 옥수수기름과 팜기름은 긴 사슬 중성지방산(C16과 C18), MCT 기름은 중간사슬 중성지방산(C8과 C10)으로 분류된다.
데이터처리
본 실험의 모든 분석은 3회 실시하였으며, 각 분석결과의 측정은 3회 반복 수행된 평균값이며, 분석 결과에 대한 통계분석은 SAS (ver. 9.2, Statistic Analytical System, SAS Institute Inc.,Cary, NC) 프로그램을 사용하여 유의성 검정을 실시하였다.
성능/효과
5는 CO 나노에멀션의 화학적 안정성을 평가하기 위하여 베타카로텐 함량을분석한 결과이다. 25℃에서 4주간 저장하였을 경우, 산화방지제를 첨가하지 않은 CO 나노에멀션은 대부분의 베타카로텐이 소실되는 반면, 산화방지제를 첨가한 CO 나노에멀션은 75% 이상의 베타카로텐 함량을 유지하는 양상을 나타냈다. 또한, 0.
즉 CO 나노에멀션을 장기간 보존하기 위해서는 산화방지제의 첨가가 필수적이며, 소량의 토코페롤의 첨가로 베타카로텐 나노에멀션의 산화안정성을 상당히 증가시킬 수 있다고 사료된다. 37℃에서 24시간 저장 시(소화흡수 시간), 모든 CO 나노에멀션은 70%이상의 베타카로텐 함량을 유지하는 것으로 나타났다. 아스코브산과 토코페롤을 함유하지 않은 CO 나노에멀션의 베타카로텐 함량은 약 74-76% 범위이며, 산화방지제의 농도가 증가할수록 베타카로텐 함량도 증가하는 경향을 보여주었다.
3D, E와 F). 4주 저장 후 MO 나노에멀션의 베타카로텐 잔존농도는 토코페롤농도 증가에 따라 33%에서 100%까지 증가하였다(Fig. 3D). 그러나 CO 나노에멀션의 베타카로텐 함량은 저장기간에 따라 급격히 감소하는 경향을 보였으며, 4주 저장 후에는 모두 소실되는 것으로 나타났다(Fig.
4주 저장 후, 기름 종류에 따른 베타카로텐 함량 변화를 살펴보면, pH 7 용액에 분산된 나노에멀션은 PO 나노에멀션(68.4%) > MO 나노에멀션(53.5%) > CO 나노에멀션(7.2%) 순서로 베타카로텐이 잔존하였으며, pH 3 용액에분산된 나노에멀션은 MO 나노에멀션(33.9%) > PO 나노에멀션(11.4%) > CO 나노에멀션(0%) 순서로 베타카로텐이 잔존하였다.
이와 달리 pH 3에 분산된 나노에멀션의 베타카로텐함량은 기름의 종류와 아스코브산 농도에 따라 상이한 결과를 나타내었다. pH 3에 분산된 MO 나노에멀션과 PO 나노에멀션은 아스코브산 농도가 증가할수록 베타카로텐 함량이 증가하는 경향을 보여주었다(Fig. 2D와 F). 이와 달리 CO 나노에멀션은 1%아스코브산 함유 나노에멀션을 제외한 모든 CO 나노에멀션에서 단 2주 만에 베타카로텐이 모두 소실되었다(Fig.
아스코브산은 연속상에 0%에서 1% 범위 내로 첨가하였으며, 상온(25℃)에서 4주 동안 저장하였다. pH 7 용액에 분산된 나노에멀션의 베타카로텐 함량을 측정한 결과, 0.01% 이상의 아스코브산을 함유한 모든 나노에멀션은 베타카로텐 분해가 거의 발생하지 않았으며, 4주 후에도 80% 이상의 베타카로텐이 잔존하는 것으로 나타났다(Fig.2A, B와 C). 이와 달리 pH 3에 분산된 나노에멀션의 베타카로텐함량은 기름의 종류와 아스코브산 농도에 따라 상이한 결과를 나타내었다.
25% 범위내로 첨가하였으며, 상온(25℃)에서 4주 동안 저장하였다. pH 7용액에 분산된 나노에멀션의 베타카로텐 함량을 측정한 결과,0.05% 이상의 토코페롤을 함유한 모든 나노에멀션은 베타카로텐분해가 거의 발생하지 않았으며, 4주 후의 0.01% 토코페롤 함유MO, CO, PO 나노에멀션의 베타카로텐 함량은 각각 83, 51, 77%로 나타났다(Fig. 3A, B와 C). 그러나 pH 3에 분산된 토코페롤함유 나노에멀션의 베타카로텐 함량은 pH 7에 분산된 나노에멀션에 비하여 많이 분해되었음을 보여 주었다(Fig.
6에 제시하였다. 그 결과, 저장환경 조건은 베타카로텐 나노에멀션의 입자크기 변화에 큰 영향을 미치지 않았으므로 제조된 나노에멀션은 물리적으로 매우 안정한 상태를 유지함을 확인하였다.
3D). 그러나 CO 나노에멀션의 베타카로텐 함량은 저장기간에 따라 급격히 감소하는 경향을 보였으며, 4주 저장 후에는 모두 소실되는 것으로 나타났다(Fig. 3E). 그리고 0.
에멀션 내의 베타카로텐의 분해는 아스코브산과 토코페롤 산화방지제를 첨가함으로써 지연시킬 수 있었다. 그러나 베타카로텐을 함유한 산성상태의 음료와 식품을 제조하고 이를 장기간 보존하기 위해서는 높은 농도의 산화방지제 첨가가 요구됨을 확인하였다.
3E). 그리고 0.05% 토코페롤 함유 PO 나노에멀션은 3주간 90% 이상의 베타카로텐 함량을 유지하였으나, 4주 저장 후에는 0.25% 토코페롤 함유 나노에멀션을 제외한 모든PO 나노에멀션에서 20% 미만의 베타카로텐 함량을 나타내었다(Fig. 3F).
1A와 1B는 산화방지제를 함유하지 않은 베타카로텐 나노에멀션을 pH 7 용액과 pH 3용액에 각각 분산시켜 상온(25℃)에서 4주 동안 보관하면서 동일한 간격으로 시료를 취하여 베타카로텐 함량을 분석하였다. 나노에멀션 내의 베타카로텐함량은 저장기간에 따라 상당히 감소하는 양상을 나타내었으며, pH 3 용액에서의 베타카로텐 함량이 pH 7 용액에서의 베타카로텐 함량보다 낮게 나타났다. 4주 저장 후, 기름 종류에 따른 베타카로텐 함량 변화를 살펴보면, pH 7 용액에 분산된 나노에멀션은 PO 나노에멀션(68.
베타카로텐 나노에멀션은 낮은 pH에 비하여 높은 pH에서 화학적으로 더 안정하였다. 또한 베타카로텐의 산화는 기름의 특성에 많은 영향을 받았으며, 지방산 사슬길이가 길며 포화지방산 함량이 낮은 CO를 유상(oil phase)으로 사용할 경우 베타카로텐 산화를 더욱 가속화시키는 것으로 나타났다. 에멀션 내의 베타카로텐의 분해는 아스코브산과 토코페롤 산화방지제를 첨가함으로써 지연시킬 수 있었다.
25℃에서 4주간 저장하였을 경우, 산화방지제를 첨가하지 않은 CO 나노에멀션은 대부분의 베타카로텐이 소실되는 반면, 산화방지제를 첨가한 CO 나노에멀션은 75% 이상의 베타카로텐 함량을 유지하는 양상을 나타냈다. 또한, 0.25%토코페롤 함유 CO 나노에멀션(92% 잔존)은 1% 아스코브산 함유 나노에멀션(81% 잔존)보다 높은 산화안정성을 보여주었다. 즉 CO 나노에멀션을 장기간 보존하기 위해서는 산화방지제의 첨가가 필수적이며, 소량의 토코페롤의 첨가로 베타카로텐 나노에멀션의 산화안정성을 상당히 증가시킬 수 있다고 사료된다.
4). 베타카로텐 산화는 사용된 기름의 종류에 따라 상이한 결과를 보여주고 있으며, MO 나노에멀션은 토코페롤을 함유할 경우 베타카로텐 산화에 안정적이며, PO 나노에멀션과 CO 나노에멀션은 아스코브산을 함유할 경우 베타카로텐 산화에 더 안정적으로 나타났다. 사용된 기름의 종류에 관계없이 pH 3 용액에 대한 베타카로텐 산화율이 pH 7 용액에 대한 산화율보다 크게 나타났다.
특히 pH 7에 분산된 CO 나노에멀션의 베타카로텐 산화는 2주 후부터 급격하게 감소하였으며, pH 3에 분산된 CO 나노에멀션은 단 1주만에 베타카로텐이 모두 소실되는 경향을 보여주었다. 본 결과를 통해 베타카로텐의 산화는 사용된기름의 특성에 기여한다고 판단된다. 즉 지방산 사슬길이가 길며 포화지방산 함량이 낮을수록 지방산화를 더 가속화 시키는 것으로 나타났다
또 다른 연구에서는 O/W에멀션 시스템에서의 산화방지제가 에멀션 입자의 유상과 수상의계면에 위치할 때 가장 효과적으로 지방산패를 방지한다고 보고하였다(Kiralan 등, 2014; Laguerre 등, 2009). 본 연구에서는 나노에멀션에 함유된 베타카로텐의 분해는 산화방지제의 물리적 위치에 의한 영향보다는 사용된 기름의 종류 혹은 pH 용액에 의한 영향이 더욱 크게 나타남을 말해주고 있다
베타카로텐 산화는 사용된 기름의 종류에 따라 상이한 결과를 보여주고 있으며, MO 나노에멀션은 토코페롤을 함유할 경우 베타카로텐 산화에 안정적이며, PO 나노에멀션과 CO 나노에멀션은 아스코브산을 함유할 경우 베타카로텐 산화에 더 안정적으로 나타났다. 사용된 기름의 종류에 관계없이 pH 3 용액에 대한 베타카로텐 산화율이 pH 7 용액에 대한 산화율보다 크게 나타났다. Boon 등(2008)의 연구에서도 카로테노이드(라이코펜)을 함유한 O/W 에멀션의 라이코펜 분해속도가 산성pH에서 더 빠르다고 보고하였다.
37℃에서 24시간 저장 시(소화흡수 시간), 모든 CO 나노에멀션은 70%이상의 베타카로텐 함량을 유지하는 것으로 나타났다. 아스코브산과 토코페롤을 함유하지 않은 CO 나노에멀션의 베타카로텐 함량은 약 74-76% 범위이며, 산화방지제의 농도가 증가할수록 베타카로텐 함량도 증가하는 경향을 보여주었다. 특히 토코페롤 함유 CO 나노에멀션은 0.
2D와 F). 이와 달리 CO 나노에멀션은 1%아스코브산 함유 나노에멀션을 제외한 모든 CO 나노에멀션에서 단 2주 만에 베타카로텐이 모두 소실되었다(Fig. 2E).
01%)의 아스코브산 함유만으로도 충분히 베타카로텐 산화를 방지할 수 있음을 확인하였다. 이와 달리 pH 3에 분산된 나노에멀션의 경우, MO나노에멀션은 0.5% 이상, CO 에멀션과 PO 에멀션은 1% 이상의아스코브산을 필요로 함으로써 산성 상태의 음료와 식품을 제조하기 위해서는 고농도의 수용성 산화방지제의 첨가가 수반되어야 함을 예측할 수 있었다. Uluata 등(2015)의 연구에 따르면, 아스코브산이 에멀션 시스템에서 산화방지제로 사용될 때, 아스코브산은 산소 제거 역할을 수행함으로써 O/W 에멀션젼의 지방산화를 지연시킨다고 보고하였다.
서로 다른 종류의 기름을 사용하여 제조된 베타카로텐 나노에멀션에 다른 종류의 산화방지제(아스코브산, 토코페롤)를 각각 다른 농도로 첨가하여 준비한 나노에멀션의 입자특성을 검토하였다. 제조한 모든 나노에멀션의 입자분포는 단분산형태이며, 입자크기는 170 nm에서 198 nm 범위였으며, 입자분산지수(PDI)는 0.5이하로 나타났다(data not shown). 에멀션 제조에 사용된 기름의 종류, 산화방지제 종류와 농도는 베타카로텐 나노에멀션의 입자특성에 큰 영향을 주지 않았다.
즉 낮은 농도(>0.01%)의 아스코브산 함유만으로도 충분히 베타카로텐 산화를 방지할 수 있음을 확인하였다.
본 결과를 통해 베타카로텐의 산화는 사용된기름의 특성에 기여한다고 판단된다. 즉 지방산 사슬길이가 길며 포화지방산 함량이 낮을수록 지방산화를 더 가속화 시키는 것으로 나타났다
따라서 CO 나노에멀션은 pH 종류에 관계없이 가장 낮은 산화안정성을 나타내었다. 특히 pH 7에 분산된 CO 나노에멀션의 베타카로텐 산화는 2주 후부터 급격하게 감소하였으며, pH 3에 분산된 CO 나노에멀션은 단 1주만에 베타카로텐이 모두 소실되는 경향을 보여주었다. 본 결과를 통해 베타카로텐의 산화는 사용된기름의 특성에 기여한다고 판단된다.
후속연구
나노에멀션은 열역학적(thermodynamically)으로 불안정하나, 동역학적(kinetically)으로는 매우 안정된 상태로 부상(creaming), 침강(sedimentation), 응집(aggregation) 혹은 상분리에 대해 안정하며, 육안으로는 약간 불투명하거나 투명한 상태를 나타내기 때문에 최근 들어 음료에 응용하기 위한 많은 시도가 이루어지고 있다(Anarjan과 Tan, 2013;McClements 등, 2007; Uluata 등, 2015). 나노에멀션은 작은 입자크기로 인하여 제조과정뿐 아니라 유통과정에서 안정성과 보존성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있어 식품첨가물로서의 활용성이 증대될 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
베타카로텐은 어떤 단점을 갖는 가?
그러나 식품산업에서 베타카로텐과 같은지용성 생리활성 물질의 활용은 매우 제한적이다. 베타카로텐은 유지와 지용성 용매에 잘 녹고 물에는 녹지 않는 불용성 물질로써 식품에 직접적으로 첨가할 수 없는 단점을 지닌다. 특히 음료에서의 베타카로텐의 첨가는 제품의 상분리(separation) 현상을 야기시킬 수 있기 때문에 유통·저장과정 동안 제품의 초기 상태를 유지하기가 매우 어렵다.
베타카로텐 함유 나노에멀션을 제조하여 산화안정성을 검토한 결과는?
본 연구에서는 서로 다른 성질을 지닌 기름(MO, CO, PO)을선정한 후 산화방지제(아스코브산, 토코페롤)의 종류와 농도를 달리한 베타카로텐 함유 나노에멀션을 제조하여, 산화안정성을 검토하였다. 베타카로텐 나노에멀션은 낮은 pH에 비하여 높은 pH에서 화학적으로 더 안정하였다. 또한 베타카로텐의 산화는 기름의 특성에 많은 영향을 받았으며, 지방산 사슬길이가 길며 포화지방산 함량이 낮은 CO를 유상(oil phase)으로 사용할 경우 베타카로텐 산화를 더욱 가속화시키는 것으로 나타났다. 에멀션 내의 베타카로텐의 분해는 아스코브산과 토코페롤 산화방지제를 첨가함으로써 지연시킬 수 있었다.
베타카로텐의 특징은?
카로테노이드 계열의 생리활성 물질은 자연 색소로써의 역할뿐 아니라 영양학적으로 매우 중요한 식품성분으로 알려져 있기 때문에 이들을 활용하기 위한 다양한 방법들이 제시되고있다(Fathi등, 2014). 특히 베타카로텐은 녹황색 채소와 과일류에 많이 함유되어 있으며, 카로테노이드 계열 중 가장 프로바이타민 A의 활성이 높기 때문에 암, 심장질환, 황반변성과 백내장과 같은 질병을 예방하는 식품과 의약품의 첨가물로써 널리 이용된다(Jenning등, 2000; Rock, 1997). 그러나 식품산업에서 베타카로텐과 같은지용성 생리활성 물질의 활용은 매우 제한적이다.
참고문헌 (20)
Anarjan N, Tan CP. Chemical stability of astaxanthin nanodispersions in orange juice and skimmed milk as model food systems. Food Chem. 139: 527-531 (2013)
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Fathi M, Martin A, McClements DJ. Nanoencapsulation of food ingredients using carbohydrate based delivery systems. Trends Food Sci. Tech. 39: 18-39 (2014)
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