학술논문
Effects of Chondroitin sulfate on Properties of BSA-Stabilized Oil-in-Water Emulsion System / BSA를 첨가한 수중유적형 유화액 특성에 미치는 Chondroitin sulfate의 효과
Document Type
Dissertation/ Thesis
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English
Abstract
Chondroitin sulfate (CS) is an anionic mucopolysaccharide, consisting of repeating disaccharide units of [→4GlcAβ1→3GalNAcβ1→] with sulfated group (Figure 1), and is usually derived from shark's cartilage, sea cucumber wall, bovine organ, or snail (1-8). CS has been used as a dietary supplement for improving symptoms and reversing the degenerative process of osteoarthritis, (1) but its use in food is few and far between.In this study, we intended to research the possible use of CS in a model emulsion as a functional ingredient for age-targeted formula. In order to collect biochemical information on commercially available CS, the molecular weight and purity of CS were determined using capillary electrophoresis (Beckman Coulter, USA) and static light scattering (Brookhaven Instruments Co. New York, USA). Also, an oil-in-water emulsion was formulated with a mixture of 0.5 % (w/w) BSA and various concentrations of CS (0 to 0.10%, w/w) under different pH conditions. Emulsion Activity Index (EAI) and Emulsion Stability Index (ESI) were spectrophotometrically determined (Ultrospec 2100 pro, UK), and creaming stability was scanned by using Turbiscan (Formulaction, France). Zeta-potential and particle size were measured by a dynamic light scattering (DLS) instrument (ELS Z, Otsuka electronics, Hirakata, Japan).A single CS peak appeared around 6 min by CE analysis, the molecular weight measured approximately 20,800 Da through Zimm plot, and CS purity was determined to be at 52.96%. At pH 3.0, and 7.0, only a BSA-stabilized emulsion has no phase-separation, but CS concentration increased and caused visible phase-separation. On the other hand, better phase stabilization was observed at pH 5.0 while CS was present. This was confirmed by the analytical results of spectroturbidity & Turbiscan. The pH dependence of the phase-separation of the BSA-stabilized emulsion was related to the isoelectric point of BSA (pH 4.8). The addition of CS prevented phase-separation at surrounding pI values, suggesting the negative charges of CS, stabilized the dispersion stability through electrostatic interaction with BSA. At pH 5.0, the mean particle size rapidly decreased in relation to the increasing CS concentration. The zeta-potential was related to the change of the mean droplet size when a polyelectrolyte was added to an emulsion containing oppositely charged droplets, and this could be confirmed by the adsorption of the polyelectrolyte to the droplet surfaces (14). As a consequence, it is possible that BSA-CS emulsion can be used in a functional beverage, dressing, or soup by the food industrial field.
Chondroitin sulfate 는 sulfate group을 가진 N-acetylgalactosamine 과 glucuronic acid [→4GlcAβ1→3GalNAcβ1→] 단위가 반복되는 구조의 음이온을 띤 고분자 다당체로서 주로 상어 연골, 해삼 체벽, 소의 기관 그리고 달팽이로부터 얻어지는 물질이다. 지금까지 Chondroitin sulfate는 퇴행성 관절염의 진행을 저하시키고 관절의 기능을 향상시키는 기능성 식이 보충물로 이용되어 왔지만 식품분야에서는 흔히 사용되지 않았다.이 실험에서는 연령 target형 모델 emulsion을 통해서 기능적 첨가물로서의 CS의 가능성을 찾고자 하였다. 따라서 CS의 생화학적 정보는 상업적 제품으로부터 얻었고 분자량, 순도는 Capillary electrophoresis(Beckman Coulter, USA)와 Static light scattering (Brookhaven Instruments Co, New York, USA)에 의해서 결정되었다. 그리고 수중 유적형 emulsion 은 0.5 %의 BSA (Bovine Serum Albumin) 와 다양한 pH 에서 0 ~ 0.1 %, w/w 농도의 Chondroitin sulfate를 혼합하여 준비하였다. Emulsion Activity Index (EAI) 와 Emulsion Stability Index (ESI) 는 분광 광도법으로 측정하였고 Creaming 안정성은 Turbiscan (Formulaction, France)으로 분석하였다. Zeta - potential and Particle size 는 dynamic light scattering (DLS)장비 (ELS Z, Otsuka electronics, Hirakata, Japan)를 이용하여 측정하였다.CS의 CE 분석은 단일 peak 가 6.3 분에 나타났으며 평균분자량은 SLS 의 Data를 Zimm plot을 이용한 결과 20,800 ± 460 Da 이었다. 또 glucuronic acid 방법에 의한 순도는 52.96 %를 나타냈다.pH 7.0과 5.0에서 BSA만 첨가하여 안정화된 emulsion에서 층 분리가 일어나지 않았지만 CS 첨가량이 증가할수록 층 분리가 일어나는 현상을 보였다. 이와 반대로 보다 향상된 안정성은 pH 5.0 에서 CS가 존재하는 상태에서 나타났다. 이 결과는 Spectroturbidity와 Turbiscan에 의해 분석된 결과이다. BSA에 안정된 emulsion 층 분리의 pH 의존성은 BSA 등전점과 관련이 있다. CS의 첨가가 등전점 부근에서 층 분리를 막아주는데 이것은 CS의 음전하와 BSA가 정전기적 상호작용을 통하여 분산 안정성을 안정하게 하기 때문이다. pH 5.0에서는 평균미립자 크기가 CS 농도 증가에 따라 빠르게 감소한다. Zeta-potential 은 고분자 전해질이 대립되는 전하를 띤 droplet 을 포함하고 있는 유화액에 가해질 때 평균 미립자 크기의 변화를 나타낸다. 이것은 droplet 표면에 고분자 전해질의 흡착에 의해 일어난다. 이러한 결과를 바탕으로 BSA-CS emulsion은 식품분야에서 기능성 음료, dressing, soup 등에 적용할 수 있을 것이다.
Chondroitin sulfate 는 sulfate group을 가진 N-acetylgalactosamine 과 glucuronic acid [→4GlcAβ1→3GalNAcβ1→] 단위가 반복되는 구조의 음이온을 띤 고분자 다당체로서 주로 상어 연골, 해삼 체벽, 소의 기관 그리고 달팽이로부터 얻어지는 물질이다. 지금까지 Chondroitin sulfate는 퇴행성 관절염의 진행을 저하시키고 관절의 기능을 향상시키는 기능성 식이 보충물로 이용되어 왔지만 식품분야에서는 흔히 사용되지 않았다.이 실험에서는 연령 target형 모델 emulsion을 통해서 기능적 첨가물로서의 CS의 가능성을 찾고자 하였다. 따라서 CS의 생화학적 정보는 상업적 제품으로부터 얻었고 분자량, 순도는 Capillary electrophoresis(Beckman Coulter, USA)와 Static light scattering (Brookhaven Instruments Co, New York, USA)에 의해서 결정되었다. 그리고 수중 유적형 emulsion 은 0.5 %의 BSA (Bovine Serum Albumin) 와 다양한 pH 에서 0 ~ 0.1 %, w/w 농도의 Chondroitin sulfate를 혼합하여 준비하였다. Emulsion Activity Index (EAI) 와 Emulsion Stability Index (ESI) 는 분광 광도법으로 측정하였고 Creaming 안정성은 Turbiscan (Formulaction, France)으로 분석하였다. Zeta - potential and Particle size 는 dynamic light scattering (DLS)장비 (ELS Z, Otsuka electronics, Hirakata, Japan)를 이용하여 측정하였다.CS의 CE 분석은 단일 peak 가 6.3 분에 나타났으며 평균분자량은 SLS 의 Data를 Zimm plot을 이용한 결과 20,800 ± 460 Da 이었다. 또 glucuronic acid 방법에 의한 순도는 52.96 %를 나타냈다.pH 7.0과 5.0에서 BSA만 첨가하여 안정화된 emulsion에서 층 분리가 일어나지 않았지만 CS 첨가량이 증가할수록 층 분리가 일어나는 현상을 보였다. 이와 반대로 보다 향상된 안정성은 pH 5.0 에서 CS가 존재하는 상태에서 나타났다. 이 결과는 Spectroturbidity와 Turbiscan에 의해 분석된 결과이다. BSA에 안정된 emulsion 층 분리의 pH 의존성은 BSA 등전점과 관련이 있다. CS의 첨가가 등전점 부근에서 층 분리를 막아주는데 이것은 CS의 음전하와 BSA가 정전기적 상호작용을 통하여 분산 안정성을 안정하게 하기 때문이다. pH 5.0에서는 평균미립자 크기가 CS 농도 증가에 따라 빠르게 감소한다. Zeta-potential 은 고분자 전해질이 대립되는 전하를 띤 droplet 을 포함하고 있는 유화액에 가해질 때 평균 미립자 크기의 변화를 나타낸다. 이것은 droplet 표면에 고분자 전해질의 흡착에 의해 일어난다. 이러한 결과를 바탕으로 BSA-CS emulsion은 식품분야에서 기능성 음료, dressing, soup 등에 적용할 수 있을 것이다.