Gastrointestinal and rheological properties of emulsion-filled starch gels

Abstract

Emulsion-filled gel is a system that collects emulsion in hydrogel, and has both high stability, which is an advantage of hydrogel, and fat-soluble material transportability, which is an advantage of emulsion. In this study, the emulsion-filled gel was stabilized by using modified corn starch, which can act as emulsifier and gelide at the same time, and the physical and storage stability and intestinal digestion characteristics of this emulsion gel were analyzed. The modified corn starch was manufactured through the reflux process of octhenyl succinic acid for the emulsification of corn starch and the sedimentation and freezing drying process, and the heat treatment process was used to act as a gelling agent. When the modified starch was used less 3 wt%, the water's interfacial surface was stabilized by starch, and if more than 4 wt% were used, emulsion gel, in which oil drops were collected in gel, was manufactured. The higher the concentration of replaced starch and oil, the higher the storage modulus and loss modulus, and the storage modulus of emulsion gel reached about 10,000 Pa when the maximum of 8 wt% starch was used. Experiments in quantifying free fatty acids released by emulsion gel in the in vitro small intestinal environment confirmed that the higher the concentration of starch created a more rigid network structure, the lower the initial digestion rate of the oil inside the emulsion gel and the 150-minute digestion rate (78% with 3 wt% starch; 70% with 8 wt% starch). In addition, after stored at room temperature for 60 days, it was observed that oil particles were dispersed without causing layer separation, and confirmed that they formed a stable emulsion. In summary, these results suggest that emulsion-filled gel developed in this study can be used as a carrier with both the properties of emulsion and hydrogel, so this study could serve as a basis for the study of developing gel-type carriers using health functional substances.

에멀션 젤은 하이드로젤 내에 에멀션이 포집된 것으로, 하이드로젤의 장점인 뛰어난 안정성과 에멀션의 장점인 지용성 물질 운반성을 모두 지니는 시스템이다. 본 연구에서는 유화제 역할과 겔화제 역할을 동시에 할 수 있는 변성 옥수수전분을 사용하여 에멀션 젤을 안정화하였고, 이 에멀션 젤의 물성학적 특성과 저장 안정성, 그리고 장내 소화 특성을 분석하였다. 변성 옥수수전분은 옥수수전분이 유화능을 지니도록 하기 위하여 옥테닐호박산 치환 과정과 침전 및 동결 건조과정을 거쳐 제조하였고, 열처리 과정을 통해 겔화제로 작용하도록 하였다. 변성 옥수수전분을 3 wt% 이하로 사용해 에멀션 제조 시 기름(20 wt%)과 물의 계면이 전분에 의해 안정화 되었고, 4 wt% 이상 사용할 경우에는 연속상이 젤화되면서 기름 방울이 젤에 포집된 형태인 에멀션 젤이 제조되었다. 에멀션 젤은 치환된 전분과 기름의 농도가 높을수록 높은 저장탄성률과 손실탄성률을 나타냈으며, 최대치인 8wt%의 전분을 사용할 경우 에멀션 젤의 저장탄성률은 약 10,000 Pa 에 달했다. In-vitro 소장 환경에서 에멀션 젤이 방출하는 자유지방산을 정량하는 실험을 통해 전분의 농도가 높아 더 견고한 3 차원 네트워크 구조를 형성할수록 에멀션 젤 내부 기름의 장내 초기 소화 속도와 150 분 동안의 소화율(3 wt% 전분 사용 시 78%; 8 wt% 전분 사용 시 70%)이 유의미하게 감소함을 확인하였다. 또한 60 일간 상온에서 저장한 경우, 층 분리를 일으키지 않고 오일 입자가 분산되어 있음을 관찰하여 에멀션의 안정성이 유지됨을 알 수 있었다. 요컨대, 이 결과들은 본 연구에서 개발된 에멀션 젤이 에멀션의 특성과 하이드로젤의 특성을 모두 갖춘 운반체로서 활용될 수 있다는 것을 시사하여, 본 연구는 건강기능성물질을 이용하여 식품용 젤 형태의 운반체를 개발하려는 연구에 기초 자료를 제공할 수 있을 것이다.