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Cold-set 겔화에 의해 제조된 에멀젼 함입 키토산/펙틴 하이드로겔의 특성연구 : Characterization of emulsion-filled chitosan-pectin hydrogel prepared by cold-set gelation

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Authors

김희수

Advisor
장판식
Issue Date
2021
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
chitosanpectinemulsion-filled hydrogeldelivery systemsodium caseinate emulsionbioaccessibility키토산펙틴에멀젼-함입 하이드로겔운반 시스템카제 인 나트륨 에멀젼
Description
학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 농업생명과학대학 농생명공학부, 2021.8. 장판식.
Abstract
수중유적형 에멀젼은 친유성 생리활성 물질의 운반체로서 널리 사용되어오고 있다. 그러나 에멀젼은 소화과정 중 불안정화가 발생하고 이는 생리활성 물질의 생체이용률에 영향을 미치게 된다. 최근 운반 시스템을 활용하여 위장관 내 에서 에멀젼의 안정성을 향상시키고 생리활성물질의 생체이용률을 높이기 위한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 산성조건에서 화학적 물질을 사용하지 않고 cold-set 겔화를 이용한 에멀젼-함입 하이드로겔을 제조하였다. 키토산과 펙틴을 하이드로겔 구조체로서 사용하고 카제인 나트륨을 유화제로서 사용하였다. 점탄성 측정을 통해 펙틴 농도가 0.75-1.50% (w/v) 범위에서 증가함에 따라 저장탄성률이 증가하였다. 미세구조 관찰결과, 펙틴 농도 증가에 따라 하이드로겔 내부 기공의 크기가 감소하고 더 조밀한 하이드로겔 구조가 생성되는 것을 확인하였다. FT-IR 분석을 이용하여 에멀젼-함입 하이드로겔을 구성하는 키토산과 펙틴간의 결합을 규명하였다. 키토산과 펙틴간의 수소결합과 정전기적결합은 각각 3,326 cm-1 과 1,500-1,600 cm-1 에 존재함을 확인하였다. 또한 하이드로겔 내부에 에멀젼의 존재 유무는 하이드로겔을 구성하는 고분자간의 결합에 영향을 주지 않았다. 하이드로겔 구조체로부터 에멀젼은 pH 2.0에서 방출되지 않은 반면 pH 7.4에서는 하이드로겔이 붕괴되면서 에멀젼이 방출되는 것을 관찰하였다. 또한 에멀젼-함입 하이드로겔의 방출특성은 펙틴농도에 영향을 받는 것을 확인하였다. 소화모델 내에서 에멀젼 및 에멀젼-함입 하이드로겔로부터 생성되는 자유지방산을 평가하였다. 에멀젼-함입 하이드로겔에서 방출된 자유지방산은 0.75, 1.00, 1.25 그리고 1.50% 펙틴농도에서 각각 58.67, 55.88, 48.87 및 43.76% 였다. 에멀젼과 비교하였을 때, 0.75% 펙틴을 함유하는 에멀젼-함입 하이드로겔에서의 방출된 자유지방산의 양이 에멀젼보다 더 높았다. 공초점 레이저 주사현미경을 이용하여 소화모델 내 구강 단계 및 위장 단계에서 에멀젼이 하이드로겔 구조체에 의해 불안정해 지지 않은 것을 관찰 하였다. 커큐민을 지용성 생리활성물질의 지표물질로서 사용하여 소장소화 후 bioaccessibility를 평가하였다. 에멀젼-함입 하이드로겔에 포집된 커큐민의 bioaccessibility는 펙틴 농도가 증가함에 따라 감소하였고 0.75% 펙틴 농도를 함유한 에멀젼-함입 하이드로겔에서 에멀젼에 함입되었을 때 보다 1.38배 증가하는 결과가 나타났다. 본 연구에서 에멀젼 함입 하이드로겔은 위장관 내에서 에멀젼의 안정성을 개선함으로써 생리활성물질의 bioaccessibility를 향상시킨 것을 입증했다. 결론적으로 에멀젼-함입 하이드로겔은 식품산업에서 친유성 생리활성물질들 위한 운반 시스템으로서 활용될 것으로 사료된다.
Oil-in-water (O/W) emulsions are widely utilized as a carrier for a lipophilic bioactive compound. However, destabilization of emulsion occurs during digestion, affecting on bioaccessibility of the lipophilic compound. Recently, delivery systems have been developed to improve the stability of emulsion within gastrointestinal (GI) tract and enhance the bioaccessibility of bioactive compounds. In this study, emulsion-filled hydrogel (EFH) was prepared through cold-set gelation under acidic conditions without any chemical agents. Chitosan and pectin were used as a hydrogel matrix and sodium caseinate as an emulsifier. The oscillation frequency sweep test showed that the elasticity (G') increased as pectin concentration increased (0.75-1.50%, w/v). Moreover, all EFH exhibited weak gel properties. Scanning electron microscope was used to observe the changes in the structure of EFH with different pectin concentrations. The microstructure of EFH showed that pore size decreased as the pectin concentration increased, indicating that the hydrogel networks of EFH became more compact as pectin concentration increased. FT-IR analysis was used to verify the interaction between chitosan and pectin in EFH. The hydrogen bond and electrostatic interaction between chitosan and pectin are assigned to 3,326 cm-1 and 1,500-1,600 cm-1, respectively. There was no significant difference depending on the presence or absence of the emulsion in the range from 1,500 to 1,800 cm-1, suggesting that the addition of emulsion did not affect the interaction between the polymers, which constitutes the hydrogel matrix. Release profile of emulsion indicated that the hydrogel matrix prevented the release of emulsion at pH 2.0. On the other hand, the emulsion was released at pH 7.4. Moreover, release rate and release amount of emulsion were influenced by the pectin concentration. The release of emulsion reduced as pectin concentration increased. During in vitro digestion, the free fatty acid release in EFH was 58.67, 55.88, 48.87, and 43.76% at pectin concentrations of 0.75, 1.00, 1.25, and 1.50%, respectively. The amount of free fatty acids was decreased as the pectin concentration increased. Compared with emulsion, the free fatty acid release in EFH with 0.75% pectin was significantly higher than that of emulsion (p < 0.05). Confocal laser scanning microscopy images showed that the hydrogel matrix protected the emulsion from destabilization within the oral and gastric stages. The bioaccessibility of curcumin, a model lipophilic compound, decreased as the pectin concentration increased, and the bioaccessibility in EFH with 0.75% pectin (23.95 ± 0.8%) was 1.38 fold higher than that in emulsion (17.25 ± 2.1%). Therefore, this study demonstrated that EFH improves emulsion stability in GI tract and enhances the bioaccessibility of lipophilic compound. Therefore, EFH is a potential carrier system for lipophilic bioactive compounds in the food industry.
Language
eng
URI
https://hdl.handle.net/10371/177528

https://dcollection.snu.ac.kr/common/orgView/000000167807
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Appears in Collections:
College of Agriculture and Life Sciences (농업생명과학대학)Dept. of Agricultural Biotechnology (농생명공학부)Theses (Master's Degree_농생명공학부)
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