Effect of the emulsifier-type on physicochemical properties of solid lipid nanoparticles applied as food-Pickering stabilizers

Abstract

최근 고형지질나노입자을 피커링 안정제로서 사용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 고형지질나노입자는 식용이며 저렴하고 제작 과정이 간편한 장점이 있다. 또한 고형지질나노입자는 제작 조건에 따라 특성과 형태의 조절이 간편하다. 피커링 안정제로서 고형지질나노입자는 특성에 따라 수중 유적, 유중 수적 시스템 양쪽 모두에 적용이 가능하며 고형지질나노입자로 안정화된 에멀젼은 일반적인 유화제로 안정화된 에멀젼에 비하여 뛰어난 물리적 안정성을 가진다. 이번 연구에서 고형 지질 나노 입자를 안정화시키기 위해 필수적으로 필요한 유화제로 인해 부여되는 특성에 대한 연구를 진행하였다. Tween 60, Brij S20, Brij S100 3가지 유화제의 농도를 조절하고 고형 지질(트리스테아린)과 함께 고온에서 초음파 처리 방법을 이용해 고형지질나노입자를 제작하였다. 사용된 유화제의 농도가 높아짐에 따라 surface load와 α/β-형태 결정의 형성이 증가하고 β-형태 결정이 감소하는 경향이 나타났다. 유화제에 의한 안정화 효과를 최소화하기 위하여 투석을 통해 잔여 유화제를 제거하고 접촉각을 측정하였다. 고형지질나노입자의 접촉각은 유화제의 surface load와 α/β-형태 결정의 형성이 증가할수록, β-형태 결정이 줄어들수록 작아지는 경향이 나타났다. 유화제의 포화 농도에서 접촉각은 Tween 60, Brij S20, Brij S100에서 각각 140 °, 135 °, 150 ° 수준으로 나타났다. 또한 고형지질나노입자의 접촉각은 유화제의 surface load보다 형성되는 지질 결정 구조에 더 크게 영향을 받는 것으로 보인다. 고형지질나노입자로 안정화된 수중 유적 피커링 에멀젼의 안정성도 평가되었다. 실험 조건에서 피커링 에멀젼의 안정성은 고형지질나노입자의 접촉각이 작을수록, 제타 포텐셜 값이 클수록 높아지는 경향이 나타났다. 또한 각 유화제의 포화 농도에서 제작된 고형지질나노입자를 피커링 안정제로 사용하는 경우 4주 이상 일정한 입도 분포를 유지하여 높은 안정성을 나타내었다. 우리의 결과는 고형지질나노입자를 사용한 피커링 에멀젼의 활용에 있어서 범용성있게 적용이 가능할 것이며 새로운 전달 시스템 제작에 있어 새로운 시각을 만들어줄 것이다.

Many studies using solid lipid nanoparticles (SLNs) as a Pickering stabilizer have been conducted. SLNs have the advantage of food-grade, inexpensive, ease of preparation and easy for adjusting the characteristics. As a Pickering stabilizer, SLNs can be applied to both oil-in-water and water-in-oil system depending on characteristics such as wettability. SLNs-stabilized Pickering emulsion has enhanced physical stability than conventional emulsifier-stabilized emulsion. In this study, I verified effects of type/concentration of the emulsifiers (Tween 60, Brij S20, and Brij S100) on physicochemical characteristics of SLNs and investigated the properties of the emulsion stabilized by the SLNs. With increase of the emulsifier-concentration, surface load and α-form crystal increased while the β'/β-form crystals tended to decrease. In order to minimize the stabilizing effect of free emulsifier, the remaining emulsifier was removed via dialysis and the contact angle was measured. The contact angle of SLNs tended to decrease as the surface load of the emulsifier and the formation of α-form crystal increased and β'/β-form crystal decreased. The contact angles of SLNs stabilized with Tween 60, Brij S20 and Brij S100 at the saturation concentration of emulsifier were about 140, 135 and 150 °, respectively. The contact angle of SLNs seem to be more influenced by the type of lipid crystal formed than the surface load of emulsifier. The stability of SLNs-stabilized oil-in-water Pickering emulsion was also evaluated. Under the experimental conditions, the stability of Pickering emulsion showed a tendency to become higher as the contact angle of SLNs and the negative value of ζ-potential decreased. When SLNs made with saturated concentration of each emulsifier were used as a Pickering stabilizer, it maintained a constant size distribution for more than 4 weeks. Our results can be versatilely applied in utilizing Pickering emulsion using SLNs and will create a new viewpoint in the production of new delivery system.