KR100810868B1 - 오메가 -3 지방산의 포접체 형성 방법과 이를 이용한유화제 조성물 및 유화액 제조방법, 오메가 -3 지방산의미세분말, 가공식품 첨가물 제조방법과 이를 첨가한가공식품 - Google Patents
오메가 -3 지방산의 포접체 형성 방법과 이를 이용한유화제 조성물 및 유화액 제조방법, 오메가 -3 지방산의미세분말, 가공식품 첨가물 제조방법과 이를 첨가한가공식품 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 오메가 -3 지방산의 포접체 형성 방법과 이를 이용한 유화제 조성물 및 유화액 제조방법, 오메가 -3 지방산의 미세분말, 가공식품 첨가물 제조방법과 이를 첨가한 가공식품에 관한 것으로, 어류로부터 분리한 오메가-3 지방산을 고속으로 교반하여 지방구를 균질화 시킨 다음 여기에 천연고분자화합물(β-cyclodextrin)을 가하여 고속으로 교반, 혼합한다. 그 후 주정에 대하여 4배량의 물을 혼합한 주정혼합물을 오메가-3 지방산과 β-cyclodextrin 혼합물에 가하여 20,000-25,000rpm의 속도로 60-120초간 교반하여 포접체를 형성한다. 이 포접체를 0.1-1.0% arabic gum 용액/0.25% 녹차 추출물에 30-50% 농도로 혼합, 교반하여 유화액으로 제조하고, 이를 산업용 분무건조기를 이용하여 미세 분말화하여 가공식품에 첨가함으로써, 어취가 발생되지 않고, 산화안전성이 우수하도록 한 것이다.
오메가 3, 마이크로캡슐, 분말, DHA, EPA
Description
도 1은 β-cyclodextrin를 이용한 포접물을 나타내는 사진
도 2는 β-CD, DHA, 및 포접체의 FT-IR분석결과를 나타내는 도면
도 3은 DHA를 포함한 포접체를 SEM으로 관찰한 결과를 나타내는 사진
도 4는 광학현미경으로 본 유화액의 미세구조(1,200배율) 사진
도 5는 포접체의 마이크로캡슐화 사진
도 6은 미세캡슐 분말의 주사현미경사진
본 발명은 어류 유래의 오메가-3 지방산인 DHA와 EPA를 마이크로캡슐화하고 유화액을 제조하여 미세분말화하는 것과 이를 이용하여 유방암과 대장암의 예방 및 치료보조제의 효과를 가지는 조미식품의 개발에 관한 것으로, 특유의 어취가 현저히 완화되고, 산화안정성이 증가되어 식품에 이용 가능하도록 하는 오메가 -3 지방 산의 포접체 형성 방법과 이를 이용한 유화제 조성물 및 유화액 제조방법, 오메가 -3 지방산의 미세분말, 가공식품 첨가물 제조방법과 이를 첨가한 가공식품에 관한 것이다.
최근 등푸른 생선기름의 오메가-3계 지방산인 Eicosapentaenoic acid(EPAA)와 Docosahexaenoic acid(DHA)가 암과 성인병 및 기타 생리적 질병을 예방하고 학습능력향상과 수명연장효과가 크다는 것이 임상학적으로 확인되면서 제약계나 건강식품시장에서 이들 제품에 대한 판촉과 홍보로 오메가-3계 지방산 열기는 국내외를 막론하고 붐을 이루고 있는 실정이다(한찬규. 1983, 저콜레스테롤 및 omega 지방산 강화 계란 생산을 위한 사료개발, 식품기술 6(3): 68-77)(Yeo YK, Philbrick DJ, Holub BJ. 1989. Effects of dietary n-3 fatty acids on mass changes and 〔3H〕 glycerol incorporation in various glycerolipid classes in rat kidney in vivo. Biochim. Bio-phys. Acta, 1006: 9-14)(이정일, 류수노. 1994. 오메가-3 지방산 함유 국내 자원식물. Korean J. Breed. 26(1): 89-96).
오메가-3 지방산이 인체에 미치는 영향에 대한 연구는 대단히 다양하나 대체로 몇 가지 부분으로 구분해 볼 수 있다.
우선 오메가- 3 지방산의 주요한 영향은 동맥경화, 혈전증, 혈압 등의 심혈관계 질환의 예방과 치료에 매우 효과가 있는 것으로 밝혀졌으며, 이들이 영향을 미치는 기전은 혈액 중의 중성지방, 콜레스테롤, HDL-콜레스테롤, HDL-triglyceride 등을 감소 혹은 상승시키는 것과 오메가-3 지방산으로부터 생성되는 eicosanoid 중 항혈전 작용이 있는 물질 합성의 촉진 및 혈전생성 촉진물질의 생성억제를 통해 이들 질병의 치료 및 예방효과를 가져오는 것으로 보고된다(Glomset JA. 1985. Fish, fatty acids and human health (Editional). N. Engl , J. Med . 312: 1253-1261).
한편 오메가-3 지방산은 인체의 성장과 발달에 중요한 영향을 미치는데 특히 뇌, 망막, 기타 신경조직의 성정과 발달에 직접적인 영향을 주는 것으로 보고(이양자. 1994. 식이성 지방과 건강- 한국인의 지방산섭취 현황. 건국대학교 동물자원연구센터 국제 심포지움. p 87)(이희애, 유익종, 이복희. 1997. 오메가-3계 지방산강화 식품류의 연구개발 동향. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr., 26(1): 161-174)되고 있으며, 또한 DHA와 EPA를 포함한 오메가-3계의 다중불포화지방산은 정상적인 성장과 발육에 필수적이며, 심장 관련 질환, 고혈압, 면역이상, 당뇨병 및 유방암, 대장암의 예방과 치료에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다(이창문, 이기영, 최창남, 김동운, 이인영. 2002, 커들란을 이용한 β-cyclodextrin에 포접된 DHA의 캡슐화. Korean J. Biotechnol. Bioeng, 17(1): 54-58).
뿐만 아니라 세계 최대의 오메가-3 지방산 공급업체의 하나로 꼽히는 노르웨이 프로노바 바이오케어(Pronova Biocare)사는 마우스를 대상으로 진행했던 연구에서 어류 유래의 오메가-3 지방산이 지방파괴 관련 유전자의 활성을 촉진시켜 체중감소에 효과가 인정된다고 보고하고 있다(Lipids, 12월호, 2005).
그 외에도 오메가-3 지방산은 경부통, 요통 및 류마티스와 일부 관절염 환자에게 효과가 있음을 입증하고 있다(Surgical Neurology, 04.10.2006).
따라서 여러 기능을 가지고 있는 이들 오메가-3 지방산인 DHA를 식품에 응용하여 기능성 식품 소재로 이용하려는 연구가 시도되고 있다.
그러나 어류 유래의 오메가-3 지방산인 DHA와 EPA의 강한 어취는 식품에의 이용을 어렵게 할 뿐만 아니라 어유의 지방산은 탄소수가 많고 불포화도가 높아 쉽게 산화가 되어 고분자의 산화물을 생성하여 음식이나 첨가물의 품질을 저하시키므로 직접적인 이용을 어렵게 하는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기위해 수십 ㎛의 직경을 갖는 마이크로캡슐을 제조하는 방법인 미세캡슐화가 시도되고 있다.
미세캡슐화 기술은 특정조건하에서 고체, 액체, 기체 상의 물질을 피복물질로 포장하는 기술로서 빛, 산소, 수분 등의 외부환경으로부터 불안정한 향료나 영양성분 등을 안정화시켜 그 손실을 줄이고, 반응성이 큰 물질을 격리시키며 독성, 냄새 맛을 차단시킨다. 또한 고형화 함으로써 취급을 간편하게 하고 내용물의 용출속도를 조절하는 등의 목적으로 이용되고 있다(Shahi FS, Han X, 1993, Encapsulation of food ingredients. CRC Cri. Rev in Food Scii. Nutr. 33: 501-547)(Dziezak JD. 1988. Microencapsulation and encapsulated ingredients. Food Technol. 42: 136-151)
식품산업에 있어서 미세캡슐화 기술은 산(Dziezak JD. 1988. Microencapsulation and encapsulated ingredients. Food Technol. 42: 136-151)(Cordray JD, Huffman DL. 1985. Restructured pork form hot processed sow meat; Effect of encapsulated food acids. J. Food Trot. 48: 965-968), 색 소(Lori AW, Joseph JW. 1995. Stability of spray-dried encapsulated carrot carotenes. J. Food Scii. 60: 1048), 효소(Kim TJ, Kim YS, Pyun YR. 1996. Liposome-microencapulation of lisozyme and its stimulated release. Korean J. Food Scii. Technol. 28: 399-404), 미생물(Chang PS. 1992. Microencapsulation and food industry. Bulletin of Food Technol. 5: 67-70), 향기성분(Cho YH, Shin DS, Pa가 JY. 2000. Optimization of encapsulation spray drying process for the microencapsulation of flavor compounds. Korean J. Food Sci. Technol., 32: 132-139), 비타민(De Man JM, De Man L, Wygerde T. 1986. Stability of vitamin A beadlets in nonfat dry milk. Milchwissenschaft. 41: 468-469), 무기질(Harrison BN, Pla GW, Clark GA, Fritz JC. 1976. Selection of iron sources for cereal enrichment. Cereal Chem. 53: 78-84), 유지(Lin CC, Lin SY, Hwang LS. 1995. Microencapulation of squid oil with hydrophilic macromolecules for oxidative and thermal stabilization. J. Food Sci. 60: 36-39) 등에 다양하게 이용되고 있으며, 미세캡슐 제조방법은 분무건조법(spraying process), 코팅법(coating process), 압출성형법(extrusion) 등이 보고되고 있으나, 분무건조법이 가장 경제적인 상용화 공정으로 알려지고 있다(Risch SJ. 1993. Encapsulation . Overview of uses techniques. In: Encapsulation and controlled release of food ingredients. Risch SJ and Reineccius GA(eds). ACS symposium series No 590. American Chemical Society, Washington DC, USA, pp. 2-7).
분무건조에 의한 미세캡슐화는 수화시킨 피복물질에 핵물질을 분산시켜 포접 물을 제조하고, 이 포접물을 고온의 챔버(chamber)로 분무하면 포접물이 분무시스템에 의해 미립화되면서 전체 면적이 증대하여 열풍에 의해 급속한 증발이 일어나고 미세캡슐이 형성되어 사이클론 분리기로 회수된다(Cho YH, Shin DS, Park JK. 1997. Microencapsulation technology in the food industry. Food Science and Industry. 30: 98-111).
분무건조는 용해성과 유동성이 좋은 구형의 분말을 만들 수 있으며, 건조온도가 130-300℃범위로 비교적 높음에도 불구하고 원료와 열풍과의 접촉시간이 5-20초 이내로서 열에 의한 성분의 변화는 미미한 것으로 보고된다(Bang WE, Reineccius GA. 1990. Gharacterization of selected materials for lemon oil encapsulation by spray drying. J. Food Sci. 55: 1356-1358)(Boatright WL, Hettiarachchy NS. 1995. Spray-dried soy protein isolate solubility, gelling characteristics and extractable protein as affected by antioxidants. J. Food Sci. 60: 806-809).
뿐만 아니라 미립화에서 분말제품에 이르기까지 단일공정으로 이루어지므로 연속공정이 가능하여 분말의 물성을 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있다.
미세캡슐화에 관한 연구로는 쿠키의 지방산 강화를 위해 계란흰자를 피복물질로 하여 오메가-3 계 지방산이 풍부한 정어리유를 미세캡슐화하여 저장성을 높이고자 하였으며(Taguchi K, Iwami K, Kawabata M, Ibuki F. 1992. Oxidative stability of sardine oil embedded in spray-dried egg white powder and its use for n-3 unsaturated fatty acid fortification of cookies. Biosci. Biotech. Biochem. 56: 560-563), 오징어유의 저장성과 열안정성을 높이기 위해 젤라틴과 카제인을 사용한 연구도 있다(Lin CC, Lin SY, Hwang LS. 1995. Microencapsulation of squid oil with hydrophilic macromolecules for oxidative and termal stabilization. J. Food Scci. 60: 36-39).
Yoshii 등(Yoshii H, Furuta T, Kawasaki K, Hirano H, Funatsu Y, Toyomi A, Nakkayama S. 1997. Oxidative stability of powdery tridocosahexaenoin included in cyclodextrin and its application to fish meal paste. Biosci. Biotech. Biochem. 61: 1376-1378)은 사이클로덱스트린(cyclodextrin)을 피복물질로 하여 DHA oil을 미세캡슐화시켜 산화방지제 없이 20일 동안 안정성이 있다고 보고하였다.
또 다른 연구로는 Kim 등(Kim CH, Lee KW, Baick SC, Kwak HS, Kang JO. 1996. Studies on the microencapsulation of ω-3 polyunsaturatted fatty acid. Korean J. Food Sci. Technol. 28: 743-749)은 어유에 함유된 오메가-3계 지방산을 식품에 첨가물로 활용하기 위해 미세캡슐화 조건을 확립하였으며, 또한 Chang 등(Chang PS, Ha JS. 2000. Otimization of fish oil microencapsulation by response surface methodology and its storage stability. Korean J. Food Sci. Technol. 32: 646-653)도 정제어유의 미세캡슐화 공정을 최적화하고 미세캡슐화된 정제어유의 저장안정성에 관한 연구를 보고하는 등 유지의 미세캡슐화 기술을 적용하여 산업적 응용성을 증가시킨 연구가 다양하게 이루어지고 있다.
그리고, 상기한 DHA등을 미세분말화하는 기술이 대한민국 특허출원 10-1994- 0026262호와 대한민국 특허출원 10-1993-0009668호에 공개되어 있다.
상기한 특허출원 10-1994-0026262호에 공개된 기술은 α-옥수수전분 50-80%를 담체로하여 냄새포접물질(싸이클로덱스트린)1-9%와 DHA유 10-35%를 포함하는 것을 특징으로 하는 DHA과립분말 및 DHA유를 포함하는 유상부를 수상부에 분당 150-200g씩 투입하면서 교반하여 분산시킴으로써 유화물을 만드는 공정과; 상기 유화물을 75-90℃의 온도에서 배풍압력 1.0-1.4bar,분무압력 0.6-1.4bar 분무압력 0.6-1.4bar 로 과립기내의 담체에 분당 100-180g씩 공급하여 5-15분간 건조, 과립화하는 공정으로 이루어지는 DHA과립분말의 제조방법에 관한 것이다.
그리고, 특허출원 10-1993-0009668호에 공개된 기술에는 본 발명은 식품의 영양소를 강화하기 위하여 가공식품에 EPA, DHA, r-리놀렌산을 첨가함에 있어서 직접적으로는 첨가물의 유리현상으로 균일한 분포로 분산 혼합되게 첨가하기 어렵던 문제를 해결할 목적으로 싸이크로 댁스트린에 같은 량의 물을 가하여 가열 용융하고 Ph3.5-5.5로 조절한 다음 유화된 싸이크로 댁스트린 100중량부에 EPA, DHA, r-리놀렌산의 혼합물 10-30중량부를 가하여 균질기로 교반하여 포접시킨 다음 식품에 대하여 본 발명의 첨가물 0.1-3% 중량%를 첨가하여 식품의 영양소를 보강한 것이다
그러나 이와 같은 다양한 연구에도 불구하고 어류 유래의 오메가-3계 지방산이 식품에 이용되기 어려운 이유는 분무건조에 의한 미세캡슐 기술만으로는 어유의 산패방지 및 어취가 완벽하게 제거되지 못하므로 산업적 적용이 제한적이며, 분무건조에 의해 제조된 미세분말이 5-100㎛ 정도로 미세하여 물에 대한 분산성이 낮아 표면에 떠있게 되어 용해성이 낮은 문제점이 발생한다.
이와 같은 문제점을 해결하기위해 유동층 코팅 및 과립기를 이용한 미세코팅기술을 적용할 수 있으나 사용되는 코팅물질이 methylcellulose(MC), ethylcellulose(EC), hydroxypropylmethylcellulose(HPMC), hydroxypropylcellulose(HPC) 등의 고분자 탄수화물과 zein 등과 같은 단백질로 다양하나 대부분이 제약용으로 식품에는 사용이 제한적이다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 어류 유래의 오메가-3계 지방산 특유의 어취, 산화되기 쉬운 특성 및 미세분말로 제조했을 때 물에 대한 용해성과 분산성, 상품의 기호도와 저장성 문제를 해결하기위해 어류유래의 오메가-3 지방산을 별도의 유화제를 첨가하지 않고 고속 교반으로 베타-사이클로덱스트린(β-cyclodextrin)과의 포접체를 형성하고, 0.1-0.5% 녹차추출물에 0.1-1.0%의 아라빅 검(arabic gum)을 포함하는 유화제를 제조하여 이에 포접체를 30-50%의 농도로 혼합하여 유화액으로 만든 후 이를 산업용 분무건조장치를 이용하여 회수율 95% 이상의 오메가-3 지방산 미세분말로 제조하고, 이를 이용하여 건강 기능성, 즉 유방암과 대장암 등의 예방 및 치료효과 및 기호성이 높은 전통 조미식품 및 기타 가공품을 제조하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 어류로부터 분리 정제한 오메가-3 지방산 40-60중량%, 천연고분자화합물(β-cyclodextrin) 60-40중량%를 교반하여 혼합한다. 그 후 주정에 대하여 3-5배량의 물을 혼합한 주정혼합물 60-80중 량%에 오메가-3 지방산과 β-cyclodextrin 혼합물을 20-40중량% 가하여 20,000-25,000rpm의 속도로 60초-120초간 교반하여 포접체를 형성하는 것이다.
상기에서 오메가-3지방산과 천연고분자화합물의 교반과정은 바람직하게 오메가-3 지방산을 고속으로 교반하여 지방구를 균질화 시킨 다음, 균질화시킨 오메가-3지방산 40-60중량%에 60-40중량%의 천연고분자화합물(β-cyclodextrin)을 가하고 교반하여 혼합한다
그리고, 본 발명의 두 번째 특징은 0.1-0.5% 항산화제 용액40-60중량%에 0.1- 1.0%의 arabic gum 용액 60-40중량%를 혼합하여 유화제를 제조하고, 상기한 혼합용액에 상기한 포접체를 전체 용액에 30-50%의 농도로 혼합하여 유화액으로 만드는 유화제 조성물과 유화액 제조방법에 있다.
상기한 구성에서 Arabic gum은 인도, 수단 등에서 자라는 아카시아속의 아라비아 고무나무 수액에서 얻어지는 다당류이다. 이 gum의 주요 구성단위 당은 β-galactose이며, 이 galactose가 β-1,3 결합을 통하여 연결된 galactose의 중합체에 L-arabinose, 그리고 소수의 L-ramnose, D-glucuronic acid 이 β-1,6 결합한 가지가 많은 분자구조를 하고 있다. 이 gum의 용도는 물에 매우 잘 녹으나 점성이 낮아서 맥주 거품 안정제, 설탕의 석출방지제, 천연 유화제 등으로 이용된다(김광수, 김순동, 서권일, 신승렬, 윤광섭, 조영수. 2000. 식품화학. 학문사. pp. 97-98)(Yang ST, Kim MS, Park CO. 1993. Sodium alginate, gum karaya 및 gum arabic이 sodium caseinate의 거품성에 미치는 효과. Korean J. Food Sci. Technol, 25(2) 109-117).
그리고, 상기한 유화제는 물에 대하여 친화성을 가지는 친수기와 기름에 대하여 친화성을 가지는 소수기로 이루어지며 적당한 균형을 가지게 되면 기름과 물의 계면에 흡착되기 쉽고, 계면장력을 현저하게 저하시켜 기름 또는 물의 분산을 도와주며, 분산된 입자를 안정화하여 특정형태의 에멀젼(emulsion)을 형성한다. 그리고 최근에 와서는 자연친화적인 well-being제품이 시장점유율이 높아가고 있는 상황이므로 상기한 arabic gum의 사용은 합성유화제를 사용하지 않는 현대인의 요구를 만족시켜 줄 수 있다.
유지의 산화속도를 억제하는 물질을 항산화제(antioxidant)또는 산화방지제라고 한다. 항산화제는 천연 항산화제와 합성 항산화제로 나눌 수가 있다. 대부분의 항산화제는 페놀(phenol)류를 갖고 있는 것들로서, 대표적인 것은 토코페롤(tocopherol), 폴리페놀(polyphenol) 화합물, 아스코르브산(ascorbic acid), 참깨에 함유되는 세사몰(sesamol), 면실유의 고씨폴(gossypol) 등으로서, polyphenol 화합물을 가지는 녹차와 비타민 C 등을 함유하는 과채류가 천연 산화방지제(Lee SH, Lee MS, Park SK, Bae DH, Ha SD, Song KB. 2004. 녹차추출물을 첨가한 protein film의 물성 및 어묵에 대한 산패억제효과. J. Korean Soc Food Sci Nutr., 33(6): 1063-1067)(Lim DK, Choi Ung. 1996. 국내산 약용식물 추출물의 항산화효과 검색과 용매 분획물의 비교. Korean J. Food Sci. Technol., 28(1): 83-89)로서 이용되며, 본 발명의 실시예에서 항산화제의 역할을 하는 0.1-0.5%의 녹차 추출물은 가루녹차를 이용하여 80℃에서 2시간 우려내고 여과하여 제조하였다.
그리고, 본 발명의 세 번째 특징은 상기한 유화액을 분무건조장치를 이용하 여 회수율 95% 이상의 오메가-3 지방산 미세분말로 만들고, 이를 된장, 고추장, 간장소스 및 분리액상 드레싱류 등의 가공식품에 첨가하되, 첨가량은 총질량에 대하여 20% 이하가 되도록 하고 미세분말을 식용유지와 5~7:1의 중량비로 혼합하여 유막을 형성하여 첨가하는 가공식품 첨가물 제조방법에 있다.
상기한 바와 같은 특징을 갖는 본 발명의 실시 예를 하기에서 보다 상세하게 살펴본다.
1. 오메가-3 계 지방산과 β-
cyclodextrin
과의
포접물
제조
① 시약
DHA(Docosahexaenoic acid, 10% EPA 함유)는 (주)동우산업에서 구입하여 냉동보관하면서 실험에 사용하였고, β-cyclodextrin은 (주)대상에서 제조한 싸이덱스-S를 구입하였다. 그 밖의 모든 실험재료는 특급시약을 구입하여 정제 공정 없이 사용하였다.
② β-cyclodextrin(β-CD)을 이용한 DHA의 포접화
β-CD와 DHA를 아래의 표 1의 혼합비에 따라 혼합하였다. 혼합의 방법은 두가지 방법으로 행하였다. 즉, 먼저는 DHA를 고속으로 충분히 교반한 후 β-CD를 교반속도를 낮추어 천천히 첨가하고 물과 주정의 혼합물을 가해 교반하여 포접체를 형성하였으며(시료 번호 1,2,3), 다른 방법은 β-CD와 DHA를 고속 교반기로 충분히 혼합하여 paste상으로 만든 후 물과 주정의 혼합물을 가하여 교반하여 포접체를 형성하였다(시료 번호 4,5,6).
상기 표 1은 포접체 형성을 위한 재료 배합비를 나타낸다.
③ 포접확인
DHA의 포접을 확인하기 위해 포접체를 HCl 원판 상에 도말하여 Nicolet 520 FT-IR spectrophotometer(USA)를 사용하여 분석하였다. 조건은 Scan range 400~4000cm-1로 하였다.
④ 포접체의 수율
포접된 DHA의 양을 측정하기위해 건조된 포접체의 분말을 0.05g 취하여 demethy sulfonyl oxide에 녹여서 원심분리(1,500xg, 25분)한 후 전체부피에 대한 방출유지부피를 뺀 것을 수율 %로 나타내었다.
⑤ 포접체의 색상
포접체를 petry dish에 담아 색차계(Minolta CR-300)로 측정하였다.
⑥ 포접체의 미세구조
포접체의 형태는 주사전자현미경(JSM-6335F, Joel, Japan)을 이용하여 관찰하였다.
⑦ 포접체의 관능적 특성
25명의 관능요원에 의해 포접체의 색상, 주정냄새, 어취, 기름의 분리정도, 및 종합적인 포접체의 품질에 대하여 5점법으로 즉 1점; 매우 약하다, 또는 매우 나쁘다, 2점; 약하다, 나쁘다, 3점; 보통, 4점; 강하다, 좋다, 5점; 매우 강하다, 매우 좋다로 평가하였다.
2. Gum을 이용한
포접체의
마이크로캡슐화
① 유화액의 제조
0.1-1% arabic gum(Junsei Chemical Co., LTD, Japan) 용액을 제조하여, 포접물을 30-50 Brix 되도록 혼합하고 20,000-25,000rpm에서 교반하여 유화액을 제조하였으며, 0.5% arabic gum/0.25% 녹차추출물 용액을 제조하여 포접물을 30-50% 되도록 혼합하고 20,000-25,000rpm에서 교반하여 유화액을 제조하였다.
② 유화액의 점도
유화액의 점도는 viscometer(LVDV-∏+, Brookfield, USA)를 사용하였으며, spindle은 No. 18을 사용하였고, 20rpm, 30℃에서 측정하였다.
③ 유화액의 안정성
유화액을 50mL 메스실린더에 담고 마개를 한 후에 100℃ oven에서 10시간 동안 두었다가 꺼내어, 실온에서 48시간 동안 방치한 후 유화액으로 부터 분리되어지는 수용액 층의 부피를 측정하였으며, 그 측정값은 아래 식에 대입하여 유화안정지수(emulsion stability index, ESI)로 나타내었다(Chang PS, Shin MG, Lee WH. 1994. Relationship between emulsion stability index and HLB value of emulsifier in the analysis of W/O emulsion stability. Anal. Sci. Technol. 7: 237-243).
ESI = (1- Volume of separated water layer/ Volume of water in inclusion complex) x 100
④ 유화액의 미세구조
유화액의 형태를 관찰하기위해 광학 현미경(Eclipse E 200, Nikon, Japann)을 이용하여 1200배 배율에서 관찰하였다.
3. 미세캡슐화 분말제조
① 분무건조
제조된 유화액을 분무건조기(Pilot spray dryer KL-8, 서강 엔지니어링(주))를 이용하여 분말화 하였으며, 기기 운용조건은 inlet temperature 160-180℃로 조절하여 outlet temperature 80-90℃로 설정하였고, 시료 공급속도는 16.7 mL/min, 공기압력은 90 kPa로 고정하였다.
② 미세캡슐의 생산효율
유화액에 함유된 포접물 무게(g)에 대한 분무 건조된 미세코팅분말 무게(g)의 백분율로 나타내었다.
③ 수분함량
수분함량은 유화액의 미세캡슐분말을 적외선 수분측정기(HG53, Mettler Toledo, USA)를 이용하여 측정하였다.
④ 색상
미세캡슐분말을 petry dish에 담아 색차계(Minolta CR-300)로 측정하였다.
⑤ 흡습안정성
흡습안정성은 미세코팅분말 0.5g을 취하여 포화상태로 조절된 데시케이터 안에 방치하면서 1시간 단위로 10시간 동안 무게변화를 측정하여 미세코팅 분말의 흡습정도를 관찰하였다.
⑥ 미세캡슐분말의 미세구조
미세캡슐 분말의 형태는 주사전자현미경(JSM-6335F, Joel, Japan)을 이용하여 관찰하였다.
⑦ 저장안정성
저장안정성은 유화액의 미세코팅분말을 70℃에서 7일간 저장하면서 24시간마다 산가, 과산화물가를 측정하였다. 산가는 시료 0.5g을 용매(ethanol : diethyl ether = 1 : 2) 50mL에 용해한 뒤 1% phenolphthalein 지시약을 가한 후 0.01N KOH/ethanol(F=1.000)로 적정하여 엷은 분홍색이 30초간 지속될 때를 종말점으로 하였으며(The korean society of food science and nutrition . Handbook of experiments in food science and nutrition. Hyoil Seoul Korean pp. 203-205, 2000), 과산화물가는 AOAC법(AOAC. Official Methods and Recommended Practices of the American Oil Chemists' Society 4th ed. Cd 3-25. American Oil Chemists' Society, Champaign, IL, USA, 1990)에 의해 시료 5g을 용매(acetic acid : chloroform = 3 : 2) 30mL에 용해한 후 포화 KI용액 0.5mL를 가하여 1분간 교반한 후 증류수 30mL를 가하고 1% 전분 지시약을 가하여 0.01N sodium thiosulfate(Na2S2O3·5H20)용액으로 적정하였다.
4.
미세캡슐분말
함유 오메가 keep-캡슐 조미식품의 제조
① 미세캡슐화된 오메가-3계 지방산의 첨가방법
미세캡슐분말과 식용유지(올리브유, 참기름)를 5-7:1의 비율로 혼합하여 미세캡슐분말에 유막을 형성하여 개발된 조미식품에 첨가하였다.
② 4가지 소스의 배합비
표 2 내지 5에 따라 배합하고 70-80℃에서 15분간 살균하고 18-20℃의 물을 이용하여 급냉한 후 오메가-3 지방산 미세분말을 첨가하여 된장소스, 초고추장 소스, 간장 드레싱소스, 및 분리액상소스를 개발하였다.
표 2는 omega-3 keep-capsule을 함유하는 된장소스의 구성을 나타낸다.
표 3은 omega-3 keep-capsule을 함유하는 초고추장소스의 구성을 나타낸다.
표 4는 omega-3 keep-capsule을 함유하는 간장드레싱의 구성을 나타낸다.
표 5는 omega-3 keep-capsule을 함유하는 분리액상드레싱의 구성을 나타낸다.
③ 4가지소스의 품질 특성
(1) pH와 산도
pH는 소스와 물을 1:1의 비율로 혼합하여 pH meter로 직접 측정하였으며, 적정산도는 pH 8.2까지의 0.1N NaOH 소비 mL수를 젖산의 %로 환산하였다.
(2) 관능적 특성
소스의 관능적 특성은 제일식품의 연구원, 대구가톨릭대학교 대학원생으로 구성된 관능요원에 의해 맛, 향미, 어취, 색상, 및 종합적인 품질에 대해 5점 척도법으로 평가하였으며, 평점의 구성은 1점; 매우 약하다, 또는 매우 나쁘다 2점; 약하다, 나쁘다, 3점; 보통, 4점; 강하다, 좋다, 5점; 매우 강하다, 또는 매우 좋다 로 하였다. data의 유의성 검증은 Duncan's multiple range test에 의하여 하였다.
상기의 결과를 살펴본다.
1. 오메가-3계 지방산과 β-
cyclodextrin
과의
포접체
형성
① DHA를 포접한 β-CD 포접체
표 1의 배합비에 따라 DHA를 고속으로 충분히 교반한 후 교반속도를 낮추어β-CD를 천천히 첨가하고 완전히 혼합이 된 후 물과 주정의 혼합물을 가해 교반하여 포접체를 형성하는 방법(시료 번호 1,2,3)과, β-CD와 DHA를 고속 교반기로 충분히 혼합하여 paste상으로 만든 후 물과 주정의 혼합물을 가하여 교반하여 포접체를 형성하는 방법(시료 번호 4,5,6)으로 포접체를 만들어 관찰한 결과 DHA를 고속으로 충분히 교반한 후 교반속도를 낮추어 β-CD를 천천히 첨가하고 완전히 혼합이 된 후 물과 주정의 혼합물을 가해 20,000-25,000에서 교반하여 포접체를 형성하는 방법 가운데 DHA와 β-CD의 비율이 1:1로서 동량이고, 물과 주정이 4:1의 비율로 혼합된 시료 번호 1이 도 1에 나타내는 바와 같이 교반이 끝난 후 paste가 우유와 같은 유백색을 띄면서 paste상부에 기름이 분리되지 않고 특유의 어취가 현저히 완화된 포접체를 형성한 것으로 나타났다.
② 포접체의 FT-IR 확인
포접체의 형성을 확인하기위해 FT-IR분석을 행하였다. 도 2에 나타내는 바와 같이 IR spectrum에서 β-CD에서 관찰되지 않고, DHA에서 관찰되었던 1740 cm-1의 C=O peak가 포접체에서 관찰되었을 뿐만 아니라 β-CD와 DHA에서 공통으로 보였던 1400 cm-1의 CH2가 포접체에서도 모두 관찰되는 특징을 보였다. 이와 같은 특징은 β-CD내로 DHA가 포접되었음을 보여주는 결과로 판단된다.
③ 포접체의 색상
포접체의 색상을 색차계를 이용하여 측정한 결과는 표 6과 같다. 샘플들의 lightness를 나타내는 L*값은 시료 1이 74.69로 가장 컸으며, 황색도를 나타내는 b*값의 경우는 시료 1이 가장 낮아 6개의 시료들 가운데 포접이 가장 양호한 상태인 것으로 나타났다.
표 6은 포접체의 색상을 나타내고, a-f는 군 간의 차이가 통계학적인 유의성(p<0.05)이 있음을 나타낸다.
④ 포접체의 수율
포접체를 형성하기위한 각각의 배합비에 따라서 일정한 교반속도와 시간에 따라 포접체를 형성한 결과 표 7에 나타내는 바와 같이 시료 1은 거의 기름이 거의 분리되지 않고 포접이 되어 여과 시에 여분의 주정이 빠져나오는 이외의 기름의 분리는 없었으나 사용한 β-CD가 식품첨가물 싸이데스-S로 순수 정제된 β-CD가 아닌 결과로 수율이 100%에 미치지 못하는 것으로 보여진다. 그 밖에 시료 2, 3은 포접 되지못한 기름이 다소 분리 방출되었으며, 시료 4, 5, 6의 경우는 기름의 분리 방출되는 양이 많아 포접체의 수율이 낮게 나타났다.
표 7은 포접체의 수율을 나타내고, a-f는 군 간의 차이가 통계학적인 유의성(p<0.05)이 있음을 나타낸다.
⑤ 포접체의 관능적 특성
포접체 Sample 들의 관능적인 특성을 이미, 알코올냄새, 비린냄새, 오일의 분리정도 및 전체적인 품질에 대하여 5점 척도법으로 표 8에 나타내었다. 그 결과 시료 1이 어취 즉 비린냄새가 거의 없으면서 오일의 분리도 없는 것으로 평가되어 전체적인 품질이 평점 4,7로 가장 양호한 포접체를 형성한 것으로 평가되었다.
표 8은 포접체의 관능적 특성을 나타내고, a-f는 군 간의 차이가 통계학적인 유의성(p<0.05)이 있음을 나타낸다.
⑦ 포접체의 미세구조
도 3은 DHA를 포함한 포접체를 SEM으로 관찰한 결과이다. β-CD와 DHA가 교반, 혼합되어있는 혼합물에 물과 주정이 첨가되어 포접체를 형성하면 포접체의 크기는 80nm(0.08㎛)이고, 둥근 원형을 이루고 있는 것으로 보였다. 사진 Ⅰ은 시료 번호 1을 찍은 사진으로서 포접체가 미세하게 흩어져 있으면서 가장 포접의 상태가 양호하였으나 주사현미경에 진공상태가 걸리면서 포접체가 깨어지는 현상이 나타나서 포접체 하나만 도출을 시켜서 나타내었다. 시료 번호 2, 4, 5(사진 II, IV, V)는 포접은 되어 있으나 β-CD와 고르게 분산이 되지 않은 상태로 보이며, 시료 번호 3, 6(사진 III, VI)은 β-CD에서 기름이 방출된 것으로 판단된다.
2. Gum을 이용한
포접체
마이크로캡슐의 특성
① 유화액의 점도
상기의 실험결과에 따라 시료번호 1의 방법에 의해 포접체를 형성하고 이를 분무건조를 통해 마이크로캡슐화하기 위해 arabic gum 용액으로 유화액을 제조하였다. 그 결과 표 9에 나타내는 바와 같이 0.1-1.0% arabic gum을 이용한 유화액의 점도는 1.0% gum용액으로 유화한 시료 4가 가장 점도가 높았으며, 0.25%, 0.5% arabic gum 용액으로 유화한 시료 2, 3 그리고 0.5% arabic gum/0.25% 녹차 추출물 용액으로 유화한 시료 5의 점도는 유의차가 없었다.
표 9.는 유화액의 점도를 나타내는 것으로, a-d는 군 간의 차이가 통계학적인 유의성(p<0.05)이 있음을 나타낸다.
② 유화액의 유화안정성
유화안정지수는 유화액으로부터 분리되는 수용액층의 비율로 나타내었는데 표 10에 나타내는 바와 같이 모든 시료의 유화안정지수가 90% 이상으로 안정된 상태를 나타내었으며, 0.5% arabic gum 용액을 이용한 시료 3의 유화액 안정성이 99.2%로 가장 높았다.
표 10은 유화액의 유화안정성을 나타내는 것으로, a-d는 군 간의 차이가 통계학적인 유의성(p<0.05)이 있음을 나타낸다.
③ 유화액의 미세구조
도 4에 나타내는 바와 같이 시료 3,5의 경계가 뚜렷하게 보였으며, 시료5의 경우가 유화액의 크기가 작고 균일하며, 가장 경계가 뚜렷하였다.
도 4에서 1은 0.1% arabic gum 용액 유화액, 2는 0.25% arabic gum 용액 유화액, 3은 0.5% arabic gum용액 유화액, 4는 1.0% arabic gum 용액 유화액, 5는 0.5% arabic gum/ 0.25% 녹차 추출물 유화액을 나타낸다.
3. 미세 캡슐화 분말제조 및 품질특성
아래에서 나타내는 시험결과에서 시료 1은 0.1% arabic gum 용액 유화액, 2는 0.25% arabic gum 용액 유화액, 3은 0.5% arabic gum용액 유화액, 4는 1.0% arabic gum 용액 유화액, 5는 0.5% arabic gum/ 0.25% 녹차 추출물 유화액을 나타낸다.
① 분무건조한 미세분말
도 5에 나타내는 바와 같이 Arabic gum만 사용한 것에 비하여 녹차 추출물을 함유한 유화액의 분산도가 양호하다.
② 미세캡슐의 생산효율
마이크로캡슐화한 미세분말의 수율은 표 11에 나타내는 바와 같이 0.5% arabic gum 용액으로 유화한 시료3의 유화액의 생산효율이 54.1%로 가장 높았으며, 시료2, 4, 5의 미세분말의 수율은 유의적인 차이가 없었다.
표 11에서 a-d는 군 간의 차이가 통계학적인 유의성(p<0.05)이 있음을 나타낸다.
③ 미세캡슐분말의 수분함량
마이크로캡슐화한 미세분말의 수분함량은 표 12에 나타내는 바와 같이 1.0% arabic gum 용액으로 유화한 시료 4를 제외한 모든 시료가 수분함량 3% 미만으로 안정된 상태를 보였다.
표 12에서 a-d는 군 간의 차이가 통계학적인 유의성(p<0.05)이 있음을 나타낸다.
④ 미세캡슐분말의 색상
모든 시료의 밝기 정도는 표 13에 나타내는 바와 같이 85.75-93.58의 범위에 있었고, a*로 표시되는 적색도는 -2.37-0.10 이었으며, b*로 표시되는 황색도는 8.36-15.74로 나타났는데, 밝기 정도의 경우 0.25%, 0.5% 및 1.0% arabic gum 용액 유화액 간에는 유의적인 차이는 없었고, 0.5% arabic gum/ 0.25% 녹차 추출물 유화액인 시료 5의 밝기 정도가 가장 낮게 나타났다. 적색도의 경우는 시료 1,2,3,4는 유의적인 차이가 없었고, 시료 5의 적색도가 가장 높게 나타났으며, 황색도도 시료 5가 가장 높아 유의적인 차이를 나타내었는데, 이는 녹차추출물의 색상에 의한 것으로 판단된다.
표 13에서 a-d는 군 간의 차이가 통계학적인 유의성(p<0.05)이 있음을 나타낸다.
⑤ 미세캡슐분말의 흡습안정성
모든 시료의 흡습성은 표 14에 나타내는 바와 같이 별 차이를 보이지 않고 안정성을 나타내었다.
상기 표 14에서 a-d는 군 간의 차이가 통계학적인 유의성(p<0.05)이 있음을 나타낸다.
⑥ 미세캡슐분말의 미세구조
모든 시료의 미세캡슐화 분말은 도 6에 나타내는 바와 같이 구형을 나타내고 있는데, 이는 캡슐이 형성되어 오메가-3계 지방산이 안전하게 싸여 있음을 알 수 있었고, 특히 시료 5의 경우는 구형 입자의 크기가 고르며, 또한 구형 입자의 표면 경계가 가장 뚜렷하게 나타났다.
⑦ 저장안정성
저장안정성검사를 위한 산가의 경우 표 15에 나타내는 바와 같이 (주)동우산업으로부터 제공받은 DHA 27% 함유 정제어유인 대조군은 70℃ 7일간 저장했을 때 산가가 2.03 mg KOH/g으로 모든 실험구보다 유의하게 높게 나타났으며, 실험구는 모두 산가가 1.0 mg KOH/g 미만으로서 저장안정성이 있었다.
과산화물가 역시 표 16에 나타내는 바와 같이 산가와 같은 경향을 나타내어 대조구는 저장 기간의 경과에 따라 과산화물가가 현저하게 증가하여 저장 7일째에 57.1 meq/kg이었으며, 실험구의 경우는 저장 7일이 경과한 후에도 15 meq/kg 미만으로서 저장안정성을 나타내었으며 특히 0.5% arabic gum/ 0.25% 녹차 추출물 유화액을 미세분말화 한 시료 5의 산가와 과산화물가가 가장 낮아 저장 안정성이 가장 높은 것으로 나타났다.
상기 표 15 및 표 16에서 a-f는 군 간의 차이가 통계학적인 유의성(p<0.05)이 있음을 나타내고, 대조군은 동우실업에서 공급받은 정제 DHA 오일을 나타낸다.
4. 오메가-3계 지방산 함유 오메가 keep-캡슐 조미식품의 제조
① 미세캡슐화된 오메가-3계 지방산의 첨가방법
시료 5인 0.5% arabic gum/ 0.25% 녹차 추출물 유화액을 사용하여 미세분말화한 오메가-3계 지방산을 된장소스, 초고추장소스, 간장소스 및 분리액상소스에 첨가할 때 오메가-3 지방산 미세분말과 올리브유 및 참기름을 1: 6의 비율로 혼합하여 미세분말표면에 얇은 유막을 형성한 후 소스류에 첨가한다.
② 미세캡슐화된 오메가-3계 지방산이 첨가된 4가지 소스의 품질 특성
(1) pH와 산도
표 17에 나타내는 바와 같이 4가지 종류의 소스 모두 pH가 3.72-4.40으로서 상품화 되어있는 기존의 무침소스, 또는 야채 드레싱소스로서의 품질 특성과 유사한 것으로 나타났다.
표 17에서 1)은 표준편차값을 나타낸다.
(2) 4가지 소스의 관능적 특성
캡슐화된 오메가-3계의 지방산인 DHA를 주재료의 20%를 함유한 된장소스, 초고추장소스, 간장 드레싱소스 및 분리액상드레싱소스를 맛, 향미, 어취, 색상기호도 및 전체적인 품질에 대하여 시판되고 있는 된장소스(청정원), 초고추장소스(청정원), 간장 드레싱소스(CJ) 및 분리액상 드레싱소스(CJ)를 대조구로하여 각각 5점 척도법으로 관능검사한 결과를 표 18에 나타내었다.
그 결과 된장소스의 경우는 전체적인 품질이 대조구와 유의적인 차이를 나타내지 않았으며, 초고추장 소스의 경우는 맛과 향미에서 대조구와 유의적인 차이를 보이면서 전체적인 품질이 대조구 평점 4.6인 반면에 실험구는 3.7로 나타났다. 간장 드레싱 소스는 색상기호도에서 대조구와 유의적인 차이를 나타내어 종합적인 기호도가 낮게 나타났으며, 분리액상 드레싱소스는 거의 어취가 느껴지지 않으면서 전체적인 품질에 있어서도 대조구와 실험구간에 유의적인 차이가 없었다.
표 18에서 a-h는 군 간의 차이가 통계학적인 유의성(p<0.05)이 있음을 나타낸다.
본 발명에 의해 제조된 어류 유래의 오메가-3 지방산의 마이크로캡슐화 미세분말은 특유의 어취가 현저하게 완화되어 관능적인 특성이 향상되는 효과가 있었으며, 또한 산패가 지연되어 저장안정성이 높아졌다.
게다가 수분함량이 3% 미만으로서 분말식품의 특성과 흡습안정성을 가지는 것으로 평가되어 오메가-3계 지방산이 가지는 유방암과 대장암 등의 항암효과, 심혈관계 질환의 개선 효과 및 비만조절과 같은 건강 기능성식품의 제조에 새로운 소재로서 적극적으로 활용될 수 있다.
그리고, 포접체를 만들 때 별도의 인공유화제를 사용하지 않으므로 천연식품 을 선호하는 현대인의 기호에도 적합하다.
뿐만 아니라 미세분말의 평균 입자가 8~80㎛로 미세하고, 유화용액에 포함된 녹차 추출물과 점성은 낮으나 용해성이 큰 arabic gum의 영향으로 비교적 물에 쉽게 분산되고 녹아서 식품에의 이용 시 기호성과 적응성이 현저히 향상될 수 있으며, 또한 유화용액의 회수율이 95% 이상으로 산업적 이용시 경제성과 대량생산을 위한 공정에 무리가 따르지 않는 효과가 있다.
Claims (8)
- 0.1-0.5% 항산화제 용액 40-60중량%와 0.1- 1.0%의 천연 유화제인 아라빅 검(arabic gum) 60-40중량%를 혼합하여 구성되는 유화제에오메가-3 지방산과 베타-사이클로덱스트린 포접체를 전체 용액에 30-50%의 농도로 혼합하여 유화액으로 만드는 유화액 제조과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오메가-3 지방산의 유화액 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기한 오메가-3 지방산과 베타-사이클로덱스트린 포접체는,어류로부터 분리 정제한 오메가-3 지방산 40-60중량%, 베타-사이클로덱스트린 60-40중량%를 교반하여 혼합한 혼합물 20-40중량%와;주정에 대하여 3-5배량의 물을 혼합한 주정혼합물 60-80중량%를 교반하여 형성하는 것을 특징으로 하는 오메가-3 지방산의 유화액 제조방법.
- 제 2항에 있어서, 상기한 오메가-3 지방산과 베타-사이클로덱스트린의 혼합과정은어류로부터 분리 정제한 오메가-3 지방산을 고속으로 교반하여 지방구를 균질화 시키는 과정과,균질화시킨 오메가-3 지방산 40-60중량%에 60-40중량%의 천연고분자화합물(β-cyclodextrin)을 가하고 교반하여 혼합하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 오메가-3 지방산의 유화액 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기한 항산화제는 토코페롤(tocopherol), 폴리페놀(polyphenol) 화합물, 아스코르브산(ascorbic acid), 참깨에 함유되는 세사몰(sesamol), 면실유의 고씨폴(gossypol)을 하나 이상 혼합하여 사용하거나, 상기한 토코페롤, 폴리페놀, 아스코르브산, 세사몰, 고씨폴이 하나 이상 함유된 녹차와 과채류 중에서 택일하는 것을 특징으로 하는 오메가-3 지방산의 유화액 제조방법.
- 오메가-3 지방산, 베타-사이클로덱스트린, 유화제를 포함하여 구성된 청구항 1의 유화액을 분무건조장치를 이용하여 회수율 95% 이상의 오메가-3 지방산 미세분말로 만드는 것을 특징으로 하는 오메가 -3 지방산의 미세분말 제조방법.
- 오메가-3 지방산, 베타-사이클로덱스트린, 유화제를 포함하여 구성되는 청구항 5의 미세분말을 식용유지와 5~7:1의 중량비로 혼합하여 유막을 형성하는 것을 특징으로 하는 오메가 -3 지방산의 가공식품 첨가물 제조방법.
- 오메가-3 지방산, 베타-사이클로덱스트린, 유화제를 포함하여 구성되는 청구항 5의 미세분말이 총 중량에 대하여 0.1-20중량% 첨가된 것을 특징으로 하는 오메가 -3 지방산이 첨가된 가공식품.
- 오메가-3 지방산, 베타-사이클로덱스트린, 유화제, 식용유지를 포함하여 구성되는 청구항 6의 유막이 형성된 미세분말이 총 중량에 대하여 0.1-20중량% 첨가된 것을 특징으로 하는 오메가 -3 지방산이 첨가된 가공식품.
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한국생물공학회지 Vol.17, No 1, pp.54-58 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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