KR101460544B1 - 토코페롤-전분 나노 복합체 및 이를 포함하는 기능성 음료 - Google Patents
토코페롤-전분 나노 복합체 및 이를 포함하는 기능성 음료 Download PDFInfo
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- A23V2250/00—Food ingredients
- A23V2250/70—Vitamins
- A23V2250/712—Vitamin E
Abstract
본 발명은 토코페롤-전분 나노 복합체 및 이를 포함하는 항산화용 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로, 물에 잘 녹지 않는 성질을 가진 토코페롤을 전분을 이용하여 균일하고 안정적으로 물에 분산되는 토코페롤-전분 나노 복합체로 제조하는 방법 및 이를 포함하는 항산화용 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 토코페롤-전분 나노 복합체를 제조하는 공정에 전분과 물 외에 별도의 물질이나 고가의 장비를 필요로 하지 않으며 조작방법이 간편하고, 또한 분산액에 초음파 처리를 수행함으로써, 입자 크기를 감소시켜 용액의 분산 안정성과 저장 안정성을 확보할 수 있다는 이점이 있고, 뿐만 아니라, 토코페롤-전분 나노 분산수용액은 물을 용매로 사용하였기 때문에 체내에서의 독성을 일으키지 않으며, 뛰어난 친수성이 있고, 세포 산화에 의해 야기되는 질환인 관상동맥질환 및 피부노화 방지 등의 효과가 있는 토코페롤이 함유되어 있어, 음료로 사용될 경우, 자연스럽게 섭취함으로써 항산화 효과를 기대할 수 있고, 화장품으로 이용될 경우, 직접적으로 피부에 흡수시킴으로써 피부미용에 도움을 줄 수 있으므로 음료사업과 같은 식품, 화장품 산업 및 의약품 산업에서 다양한 형태로 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 토코페롤-전분 나노 복합체 및 이를 포함하는 항산화용 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로, 물에 잘 녹지 않는 성질을 가진 토코페롤을 전분을 이용하여 균일하고 안정적으로 물에 분산되는 토코페롤-전분 나노 복합체로 제조하는 방법 및 이를 포함하는 항산화용 조성물에 관한 것이다.
비타민 E는 대표적인 항산화 비타민으로서, α-, β-, γ-, δ-토코페롤과 α-, β-, γ-, δ-토코트리에놀을 총칭하는 비타민으로 알려져 있으며, 주로 식물의 종실이나 녹색 옆채소, 견과류, 콩 등에 다량 함유되어 있다. 이 중에서 알파-토코페롤(α-토코페롤)은 1922년 Evans 와 Bishop이 처음 보고한 물질로서, 가장 생리활성이 높고 체내에서 주로 활성산소를 제거하는 기능을 함으로써 지질 산화를 억제하는 항산화 기능의 효능이 가장 뛰어난 것으로 알려져 있다.
또한, 상기 알파-토코페롤은 장에서의 흡수율이 가장 뛰어나고, 혈중에서도 오랫동안 잔류하는 것으로 보고된 바 있고(Chemical discrimination in the exchange of α-tocopherol stereoisomers between plasma and red bloo cells, Chen, S.C., et. al., Lipids, 22, 469-475(1987)), 알파-토코페롤을 2개월간 복용하였을 때 LDL 산화속도가 감소한다고 보고된바 있으며(Effect of oral supplementation with D-alpha-tocopherol on the vitamin E content of human low density lipoproteins and resistance to oxidation, Dieber-Rotheneder, M., et. al., Journal of Lipid Research, 32, 1325-32(1991)), 알파-토코페롤은 항산화 영양소와 SOD 및 카탈라아제(catalase)의 활성도를 증가시키고 과산화지질을 감소시킴으로써 지질산화를 방지하여 동맥경화를 예방하는 효과가 있다고 알려져 있다(항산화 영양제의 보충이 관상동맥질환 환자의 지질 산화 정도와 항산화계 효소의 활성도에 미치는 영향, 전재은, et. al., Korean Circulation J, 31(11), 1215-1224(2001)). 뿐만 아니라, 알파-토코페롤은 체내에 흡수되어 피부 노화의 직접적인 원인 중 하나인 자외선으로 인한 손상으로부터 피부를 보호하며, 피부 탄력에 도움을 주고 주름을 예방하는 효과를 나타낸다고 보고되었다.
이에, 최근 알파-토코페롤은 화장품원료로서 집중적으로 연구되고 있는 성분 중 하나이며, 화장품 산업, 식음료 산업 및 제약산업에 다양하게 응용되고 있다. 그러나, 상기 토코페롤은 신체 내에서 중요한 역할을 하는 이점이 있음에도 불구하고, 물에 대한 용해도가 낮고 또한 물에 현탁 하여 복용한다 하더라도 표면에 뭉치거나 컵의 기벽에 달라붙어 손실되는 양이 많다는 결점이 있어서 제품으로의 개발이 어려운 문제가 있다. 이에 따라 토코페롤의 효과를 극대화하기 위한 여러 연구가 수행되고 있다.
종래 난용성 물질들에 대하여 가용화 방법으로써, 대한민국 공개특허 제2011-0065055호에서는 올리고머 복합체의 형성을 통한 난/불용성 활성물질의 가용화 방법을 제시하고 있고, 대한민국 공개특허 제2009-0009722호에서는 안정화된 항산화제-함유 입자, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 조성물을 제시하고 있으며, 대한민국 공개특허 제2008-0058326호에서는 나노에멀젼 조성물 및 이의 제조 및 사용방법을 제시하고 있다. 그러나, 상기의 방법들은 유기용매를 사용하거나 유화제 또는 계면활성제를 사용하므로 잠재적인 독성을 나타낼 수 있어 식음료, 화장품 및 제약 산업에서의 사용 가능성이 제한적인 문제점이 있다.
이에, 난용성 물질인 토코페롤에 유기용매나 유화제의 첨가 없이, 저렴한 가격에 얻을 수 있고, 체내에 독성을 전혀 일으키지 않으며 체내에서 토코페롤의 흡수를 높이고자 하는 방법들이 요구되고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 체내에서의 토코페롤 흡수를 높이기 위하여 전분을 사용하여 지용성인 토코페롤과의 반응을 유도하여 물에 용해되거나 안정하게 분산되는 토코페롤-전분 나노 복합체의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은
(a) 전분용액을 가열한 후, 토코페롤을 첨가 혼합하여 토코페롤과 전분의 혼합물을 얻는 단계;
(b) 상기 단계 (a)에서 얻은 토코페롤과 전분 혼합물을 교반하여 반응시킨 후, 상온으로 냉각하여 토코페롤과 전분의 분산액을 얻는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b)에서 얻은 토코페롤 전분 분산액을 저장 또는 원심분리한 후 상등액을 수득하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 토코페롤-전분 나노 복합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 본 발명의 토코페롤-전분 나노 복합체를 제조하는 공정에 전분과 물 외에 별도의 물질이나 고가의 장비를 필요로 하지 않으며 조작방법이 간편하고, 또한 분산액에 초음파 처리를 수행함으로써, 입자 크기를 감소시켜 용액의 분산 안정성과 저장 안정성을 확보할 수 있다는 이점이 있고, 뿐만 아니라, 토코페롤-전분 나노 분산수용액은 물을 용매로 사용하였기 때문에 체내에서의 독성을 일으키지 않으며, 뛰어난 친수성이 있고, 세포 산화에 의해 야기되는 질환인 관상동맥질환 및 피부노화 방지 등의 효과가 있는 토코페롤이 함유되어 있어, 음료로 사용될 경우, 자연스럽게 섭취함으로써 항산화 효과를 기대할 수 있고, 화장품으로 이용될 경우, 직접적으로 피부에 흡수시킴으로써 피부미용에 도움을 줄 수 있으므로 음료사업과 같은 식품, 화장품 산업 및 의약품 산업에서 다양한 형태로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 토코페롤-전분 나노 복합체의 제조단계를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 토코페롤-전분 나노 복합체의 원심분리한 용액(실시예 1) 또는 원심분리 과정 없이 저장한 용액(비교예 4)의 상태를 비교하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 토코페롤-전분 나노 복합체의 원심분리한 용액(실시예 1) 또는 원심분리 과정 없이 저장한 용액(비교예 4)의 상태를 비교하는 도면이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 토코페롤의 친수성을 증가시키고, 분산 안정성과 저장 안정성을 확보할 뿐만 아니라, 체내에서의 토코페롤 흡수를 높이기 위해 도 1에 나타낸 바와 같이, 하기 단계를 포함하는 입자 크기가 작은 토코페롤-전분 나노 복합체의 제조방법을 제공한다. 이때, 상기 토코페롤-전분 나노 복합체는 나노 분산 수용액 형태로 제조될 수 있다:
(a) 전분용액을 가열한 후, 토코페롤을 첨가하고 혼합하여 토코페롤과 전분의 혼합물을 얻는 단계;
(b) 상기 단계 (a)에서 얻은 토코페롤과 전분 혼합물을 교반하여 반응시킨 후, 상온으로 냉각하여 토코페롤과 전분의 분산액을 얻는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b)에서 얻은 토코페롤 전분 분산액을 저장 또는 원심분리한 후 상등액을 수득하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻는 단계.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 (a)는 가열한 전분용액과 토코페롤을 혼합시키는 단계이다.
상기 단계 (a)에서 사용 가능한 전분은 옥수수전분, 고구마전분, 감자전분, 타피오카전분, 쌀전분, 밀전분, 밤전분 및 호밀전분을 포함하는 천연전분; 또는 산화전분, 호화전분, 히드록시프로필전분, 인산전분, 옥테닐호박산 전분 및 초산전분을 포함하는 변성전분으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나이고, 바람직하게는 천연전분을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 옥수수전분을 사용할 수 있다.
또한, 상기 단계 (a)에서 사용 가능한 토코페롤은 알파토코페롤, 베타토코페롤, 감마토코페롤, 델타토코페롤로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이고, 바람직하게는 생리활성이 가장 뛰어난 것으로 보고되어 있는 알파-토코페롤을 사용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
나아가, 상기 단계 (a)에서 전분 용액은 물에 대한 전분의 중량/용적비가 물 : 전분 = 100 : 0.2-5.0(w/v%)이다.
여기서, 전분의 함량이 토코페롤과 반응에 있어서 상당히 중요한데, 혼합물 100 w/v%에 대하여 사용되는 전분이 0.2 w/v% 미만인 경우, 토코페롤과의 반응이 충분치 않고, 안정제로서의 역할을 수행할 수 없어 반응 후 표면에 뜨거나 기벽에 붙는 토코페롤이 관찰되는 문제점이 발생할 수 있고, 5.0 w/v% 초과되는 경우, 저장함에 따라 침전하는 전분으로 인해 저장 안정성이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 토코페롤은 소수성 물질로, 어떠한 처리를 하지 않고 물에 분산시켰을 시에는 기름 방울처럼 표면에 뜨는 현상이 관찰된다. 그러나, 용액 상에서 전분과 토코페롤의 반응을 유도하게 되면 토코페롤의 친수성과 분산성이 증가되어 짙은 하얀색을 띄는 용액이 형성된다.
이에, 상기 단계 (a)에서 상기 토코페롤과 전분의 비율은 중량비로 토코페롤 : 전분 = 1 : 1-10의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 토코페롤과 전분의 중량비가 1 : 1 미만인 경우, 토코페롤과 전분의 반응이 충분치 않아 다량의 토코페롤이 뭉치거나 침전하는 문제점이 있고, 토코페롤과 전분의 중량비가 1 : 10을 초과하는 경우, 저장 기간에 따라 침전하는 전분이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 상기 단계 (a)의 전분용액 가열 온도는 50-150 ℃이다.
상기 범위를 벗어나는 경우, 특히, 50 ℃ 미만의 온도에서 가열되는 경우, 전분이 물에 분산되지 않아 추후 토코페롤과의 반응성이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다. 150 ℃ 초과의 온도에서 가열되는 경우, 색이 변하고 이취가 형성된다는 문제점이 발생할 수 있다.
바람직한 예시로, 중량/용적비로 물 : 전분 = 100 : 0.8이 되도록 혼합한 다음, 121 ℃에서 20 분 동안 상압 가열한 전분용액을 토코페롤과 혼합한다. 이때, 상기 토코페롤과 전분은 중량비로 토코페롤 : 전분 = 1 : 4 가 되도록 한다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 단계 (b)는 토코페롤 전분 분산액을 제조하는 단계로써, 상기 단계 (a)에서 얻은 혼합물의 반응온도 및 반응시간을 조절하여 토코페롤과 전분과의 반응성을 증가시켜 불투명한 흰색의 토코페롤 전분 분산액을 제조하는 단계이다.
이때, 상기 단계 (b)의 반응은 50-150 ℃의 온도에서 이루어지고, 반응시간은 0.5-72 시간이다.
이때의 반응온도 및 반응시간은 토코페롤-전분 나노 복합체의 제조방법에서 매우 중요한 요인으로서, 상기 혼합물의 반응이 50 ℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우, 토코페롤이 전분 용액에 떠 있는 형태가 되거나, 설사 이를 강하게 교반하더라도 전분 용액 안에 토코페롤이 잘게 나누어져 있는 상태가 되기 때문에 토코페롤과 전분의 안정한 분산액 제조에 있어서 어려운 점이 있고, 150 ℃ 초과의 온도에서 수행되는 경우, 색이 변하고 이취가 형성된다는 문제점이 있다.
또한, 반응시간이 0.5 시간 미만으로 반응시키는 경우, 토코페롤과 전분의 분산액의 뭉침 현상이 발생해 분산 안정성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다. 토코페롤과 전분의 반응은 대부분의 경우 24시간 이내에 반응이 충분이 일어나지만, 토코페롤의 농도가 높거나 반응온도가 현저히 낮을 시, 필요에 따라 반응을 72시간까지 더 지속할 수 있다.
본 발명은 상기 단계 (b)에서 얻은 토코페롤 전분 분산액에 초음파 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 초음파의 처리 강도는 10-90% 진폭이고, 처리 시간은 0.5-10 분이다.
본 발명에서는 초음파를 처리함으로써, 토코페롤-전분 나노 복합체의 입자 크기를 조절할 수 있으며, 특히, 상기에 나타낸 초음파 에너지 및 시간을 함께 조절함으로써, 입자 크기가 작은 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻을 수 있다.
특히, 상기 초음파 처리 강도 및 초음파 처리시간 범위를 벗어나는 경우, 뭉치거나 파괴되는 현상이 발생될 수 있고, 분산 안정성이 떨어지며 저장 안정성이 낮아질 뿐 아니라 토코페롤-전분 나노 복합체 내 토코페롤의 수율이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 (c)는 토코페롤-전분 나노 복합체를 수득하는 단계이다. 상기 단계 (c)에서는 상기 단계 (b)로부터 얻어진 분산액을 보관한 후, 원심분리가 된 상등액을 회수하는 단계이다.
여기서, 상기 단계 (b)에서 반응이 끝난 후 얻어진 토코페롤과 전분의 분산액은 원심분리 과정을 거치지 않을 경우, 저장기간 동안 용액 내에 뭉치는 토코페롤이 관찰되며, 혼합물의 저장안정성이 확보되지 않기 때문에 이러한 공정이 반드시 필요하다.
상기 방법 중 한 예시로 제조된 토코페롤-전분 나노 복합체는 입자 직경이 130 nm - 220 nm이고, 제타포텐셜이 약 -60 mV - -20 mV이고, 토코페롤-전분 나노 복합체 내 토코페롤 수율이 약 30-50%로 매우 우수하다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 토코페롤-전분 나노 복합체를 유효성분으로 함유하는 세포 산화에 의해 야기되는 질환의 예방 또는 개선용 건강식품 조성물, 치료용 약학 조성물 또는 피부 노화 예방 또는 개선용 화장품 조성물을 제공한다.
이때, 상기 조성물에서 세포 산화에 의해 야기되는 질환으로는 노화, 암, 심장질환, 당뇨, 동맥경화 및 고지혈증 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 질환이다.
본 발명의 토코페롤은 종래 가장 생리활성이 높고 체내에서 주로 활성산소를 제거하는 기능을 함으로써 지질 산화를 억제하는 항산화 기능의 효능이 가장 뛰어난 것으로 알려져 있다. 또한 알파-토코페롤은 장에서의 흡수율이 가장 뛰어나고, 혈중에서도 오랫동안 잔류한다고 보고된 바 있다(Chemical discrimination in the exchange of α-tocopherol stereoisomers between plasma and red bloo cells, Chen, S.C., et. al., Lipids, 22, 469-475(1987)). 이러한 알파-토코페롤을 2개월간 복용하였을 때 LDL 산화속도가 감소한다고 보고된 바 있고(Effect of oral supplementation with D-alpha-tocopherol on the vitamin E content of human low density lipoproteins and resistance to oxidation, Dieber-Rotheneder, M., et. al., Journal of Lipid Research, 32, 1325-32(1991)), 알파-토코페롤은 항산화 영양소와 SOD, 또한 카탈라아제(catalase)의 활성도를 증가시키고 과산화지질을 감소시킴으로써 지질산화를 방지하여 동맥경화를 예방하는 효과가 있다고 알려져 있다(항산화 영양제의 보충이 관상동맥질환 환자의 지질산화정도와 항산화계 효소의 활성도에 미치는 영향, 전재은, et. al., Korean Circulation J, 31(11), 1215-1224(2001)). 뿐만 아니라, 알파-토코페롤은 체내에 흡수되어 피부 노화의 직접적인 원인 중 하나인 자외선으로 인한 손상으로부터 피부를 보호하며, 피부 탄력에 도움을 주고 주름을 예방하는 효과를 나타낸다고 보고된 바 있다.
토코페롤-전분 나노 복합체를 제조하는 공정에 전분과 물 외에 별도의 물질이나 고가의 장비를 필요로 하지 않으며 조작방법이 간편하고, 또한 분산액에 초음파 처리를 수행함으로써, 입자 크기를 감소시켜 용액의 분산 안정성과 저장 안정성을 확보할 수 있다는 이점이 있고, 뿐만 아니라, 토코페롤과 전분의 나노 분산수용액은 물을 용매로 사용하였기 때문에 체내에서의 독성을 일으키지 않으며, 뛰어난 친수성이 있고, 세포 산화에 의해 야기되는 질환인 관상동맥질환 및 피부노화 방지 등의 효과가 있는 토코페롤이 함유되어 있어, 음료로 사용될 경우, 자연스럽게 섭취함으로써 항산화 효과를 기대할 수 있고, 화장품으로 이용될 경우, 직접적으로 피부에 흡수시킴으로써 피부미용에 도움을 줄 수 있으므로 음료사업과 같은 식품, 화장품 산업 및 의약품 산업에서 다양한 형태로 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.
하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 하기 실시예 및 실험예에 의해서 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
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실시예
1> 토코페롤-전분 나노 복합체 제조-1
단계 1: 토코페롤과 전분의 혼합물 제조
메옥수수 전분 240 mg을 물 30 mL에 분산시킨 후, 121 ℃에서 20 분 동안 상압 가열한 후, 토코페롤 60 mg과 혼합하였다.
단계 2: 토코페롤과 전분의 혼합용액의 제조
상기 단계 1에서 얻은 토코페롤 전분 혼합물을 80 ℃에서 1시간 동안 강하게 교반하면서 반응시킨 뒤, 6시간 동안 지속적으로 상기 용액을 교반해주면서 실온까지 천천히 냉각시켜서 혼합물을 생성하였다.
단계 3: 토코페롤-전분 나노 복합체 수득
상기 단계 2에서 얻은 용액을 상온에서 1일 보관한 후, 10,000 rpm의 조건으로 30 분 동안 원심 분리한 후, 토코페롤-전분 나노 복합체를 포함하는 상등액을 얻었다.
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실시예
2> 토코페롤-전분 나노 복합체 제조-2
상기 실시예 1의 단계 1에서 메옥수수 전분 240 mg을 사용하는 대신 300 mg을 사용하는 것을 제외하고는 동일한 방법을 수행하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻었다.
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실시예
3> 토코페롤-전분 나노 복합체 제조-3
상기 실시예 1의 단계 1에서 메옥수수 전분 240 mg을 사용하는 대신 180 mg을 사용하는 것을 제외하고는 동일한 방법을 수행하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻었다.
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실시예
4> 토코페롤-전분 나노 복합체 제조-4
상기 실시예 1의 단계 1에서 메옥수수 전분 240 mg을 사용하는 대신 120 mg을 사용하는 것을 제외하고는 동일한 방법을 수행하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻었다.
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실시예
5> 토코페롤-전분 나노 복합체 제조-5
상기 실시예 1의 단계 2에서 80 ℃에서 60 분 동안 반응을 수행하는 대신, 70 ℃에서 60 분 동안 반응을 수행하는 것을 제외하고는 동일한 방법을 수행하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻었다.
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실시예
6> 토코페롤-전분 나노 복합체 제조-6
상기 실시예 1의 단계 2에서 80 ℃에서 60 분 동안 반응을 수행하는 대신, 70 ℃에서 30 분 동안 반응을 수행하는 것을 제외하고는 동일한 방법을 수행하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻었다.
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실시예
7> 토코페롤-전분 나노 복합체 제조-7
상기 실시예 1의 단계 2에서 80 ℃에서 60 분 동안 반응을 수행하는 대신, 80℃에서 30 분 동안 반응을 수행하는 것을 제외하고는 동일한 방법을 수행하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻었다.
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실험예
1> 전분의 함량이 토코페롤-전분 나노 복합체 내 토코페롤 수율에 미치는 영향
본 발명에 따른 토코페롤-전분 나노 복합체 제조에 있어서, 전분 농도가 분산액에 안정적으로 분산되어 있는 토코페롤의 수율에 미치는 영향을 알아보기 위해 하기 실험을 수행하였다.
상기 실시예 1의 단계 1에서 메옥수수 전분 240 mg을 사용하는 대신 60 mg(비교예 1)을 사용하는 것을 제외하고는 동일한 방법을 수행하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻었다.
본 발명에 따른 실시예 1-4 및 비교예 1, 각각의 분산액 내의 토코페롤의 정량을 UV-HPLC (C-18 column(Shiseido 4.6 mm×250 mm, 5 μm)를 사용하였으며, 이동상은 메탄올을 이용하였고, 조건은 25 ℃, 20 분(run time), 유속 1.2 mL/분, 295 nm 로 설정)에 의해 수행하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
한편, 토코페롤-전분 나노 복합체에서의 토코페롤의 수율은 하기 수학식 1을 이용하여 계산하였다.
| 구분(전분 mg) | 토코페롤 수율(%) | |
| 실시예 1 | 240 mg | 37.5% |
| 실시예 2 | 300 mg | 35.4 % |
| 실시예 3 | 180 mg | 32.8 % |
| 실시예 4 | 120 mg | 30.3 % |
| 비교예 1 | 60 mg | 7.6 % |
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1-4에서 전분을 각각 240 mg, 300 mg, 180 mg 및 120 mg을 첨가하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 제조하는 경우, 토코페롤 수율이 약 30-38%로 확인된 반면, 전분을 60 mg(비교예 1) 첨가하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 제조하는 경우, 토코페롤 수율이 각각 7.6 %로 나타나는 것으로 확인되었다. 이는 전분 함량이 너무 낮을 경우 토코페롤과 전분의 반응이 잘 유도되지 않음을 나타내는 결과이다.
따라서, 본 발명에 따른 토코페롤-전분 나노 복합체는 분산액 내 토코페롤의 수율이 매우 우수하므로 토코페롤을 포함하는 기능성 음료 및 화장품의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
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실험예
2> 반응 온도와 시간이 토코페롤-전분
나노 복합체 내 토코페롤 수율에 미치는 영향
본 발명에 따른 토코페롤-전분 나노 복합체 제조에 있어서, 반응 온도와 시간이 분산액에 안정적으로 분산되어 있는 토코페롤의 수율에 미치는 영향을 알아보기 위해 하기 실험을 수행하였다.
상기 실시예 1의 단계 2에서 80 ℃에서 1시간 동안 반응을 수행하는 대신, 60 ℃에서 60 분(비교예 2), 30 분(비교예 3) 동안 반응을 수행하는 것을 제외하고는 동일한 방법을 수행하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻었다.
각각의 분산액 내의 토코페롤의 정량을 UV-HPLC를 이용하여 실시예 1과 동일하게 수행하였고, 3회 반복하여 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2 및 도 3에 나타내었다.
| 구분(반응온도, 시간) | 토코페롤 수율(%) | |
| 실시예 1 | 80 ℃, 60 분 | 37.5 |
| 실시예 5 | 70 ℃, 60 분 | 45.8 |
| 실시예 6 | 70 ℃, 30 분 | 32.0 |
| 실시예 7 | 80 ℃, 30 분 | 33.9 |
| 비교예 2 | 60 ℃, 60 분 | 28.9 |
| 비교예 3 | 60 ℃, 30 분 | 5.2 |
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 반응시간이 증가함에 따라 수율이 증가하는 것으로 확인되었다. 한편, 본 발명에 따른 실시예 1 및 5-7의 반응온도가 70-80 ℃의 경우, 토코페롤의 수율이 약 32-46%로 매우 우수한 것으로 확인된 반면, 비교예 2 및 3과 같이 반응온도가 60 ℃로 낮은 경우에는 토코페롤의 수율이 낮아지는 것으로 확인되었다.
본 발명에 따른 토코페롤-전분 나노 복합체는 분산액 내 토코페롤의 수율이 매우 우수하므로 토코페롤을 포함하는 기능성 음료 및 화장품의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
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실험예
3> 토코페롤-전분
나노 복합체의 분산상태 비교
본 발명에 따른 토코페롤-전분 나노 복합체의 분산 상태를 확인하기 위하여 하기 실험을 수행하였다.
상기 실시예 5에서 원심분리하여 상등액을 수득하는 과정 대신 원심분리를 수행하지 않고, 저장하여 상등액을 수득(비교예 4)하는 것을 제외하고는 동일한 방법으로 수행하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻었다. 그 결과를 도 2에 나타내었다.
결과
도 2에 나타낸 바와 같이, 원심분리를 통해 얻은 상등액인 실시예 1의 토코페롤-전분 나노 복합체의 분산액의 경우, 균일하고 4주의 저장 기간 동안 표면에 뜨거나 기벽에 붙는 토코페롤이 관찰되지 않았다. 그러나, 원심분리 과정을 거치지 않은 비교예 4의 토코페롤-전분 나노 분산수용액의 경우, 반응 직후에는 균일하고 안정한 상태의 용액으로 실시예 1의 분산액과 유관상으로 큰 차이가 없었으나, 4주의 시간이 경과한 후 표면에 부분적으로 뭉치는 토코페롤이 발생하는 것으로 확인 되었다.
따라서, 본 발명에 따른 토코페롤-전분 나노 복합체는 시간이 경과한 후에도 토코페롤이 균일하고 안정적인 상태로 존재하므로 토코페롤을 포함하는 화장품 첨가물, 기능성 음료 및 다양한 제품에 유용하게 사용될 수 있다.
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실시예
8> 토코페롤-전분
나노 복합체-1
단계 1: 토코페롤과 전분의 혼합물 제조
메옥수수 전분 240 mg을 물 30 mL에 분산시킨 후, 121 ℃에서 20 분 동안 상압 가열한 후, 토코페롤 60 mg과 혼합하였다.
단계 2: 토코페롤과 전분 혼합용액의 제조
상기 단계 1에서 얻은 토코페롤 전분 혼합물을 70 ℃에서 1 시간 동안 강하게 교반하면서 반응시킨 뒤, 6 시간 동안 지속적으로 상기 용액을 교반해주면서 실온까지 천천히 냉각시켜서 혼합물을 생성하였다.
단계 3: 초음파 처리
상기 단계 2에서 얻은 용액을 80% 진폭으로 1분 동안 초음파 처리를 수행하였다.
단계 4: 토코페롤-전분 나노 복합체 수득
상기 단계 3에서 얻은 용액을 상온에서 1일 동안 보관한 후, 10,000 rpm의 조건으로 30 분 동안 원심 분리한 후, 상등액을 얻었다.
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실시예
9> 토코페롤-전분
나노 복합체-2
상기 실시예 8의 단계 3에서 80% 진폭으로 1분 동안 초음파 처리하는 대신, 20% 진폭에서 1 분 동안 초음파 처리하는 것을 제외하고는 동일한 방법을 수행하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻었다.
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실시예
10> 토코페롤-전분
나노 복합체-3
상기 실시예 8의 단계 3에서 80% 진폭으로 1분 동안 초음파 처리하는 대신, 20% 진폭에서 3 분 동안 초음파 처리하는 것을 제외하고는 동일한 방법을 수행하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻었다.
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실시예
11> 토코페롤-전분
나노 복합체-4
상기 실시예 8의 단계 3에서 80% 진폭으로 1분 동안 초음파 처리하는 대신, 50% 진폭에서 1 분 동안 초음파 처리하는 것을 제외하고는 동일한 방법을 수행하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻었다.
<
실시예
12> 토코페롤-전분
나노 복합체-5
상기 실시예 8의 단계 3에서 80% 진폭으로 1분 동안 초음파 처리하는 대신, 50% 진폭에서 3 분 동안 초음파 처리하는 것을 제외하고는 동일한 방법을 수행하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻었다.
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실시예
13> 토코페롤-전분
나노 복합체-6
상기 실시예 8의 단계 3에서 80% 진폭으로 1분 동안 초음파 처리하는 대신, 80% 진폭에서 3 분 동안 초음파 처리하는 것을 제외하고는 동일한 방법을 수행하여 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻었다.
<
실험예
3> 초음파 처리가 토코페롤-전분 나노 복합체의 분산수용액 내 토코페롤 수율에 미치는 영향
본 발명에 따른 토코페롤-전분 나노 복합체의 분산수용액의 제조에 있어서, 초음파 처리가 분산액에 안정적으로 분산되어 있는 토코페롤의 수율에 미치는 영향을 알아보기 위해 하기 실험을 수행하였다.
각각의 분산액 내의 토코페롤의 정량을 UV-HPLC를 이용하여 실시예 1과 동일하게 수행하였고, 3회 반복하여 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
| 구분(초음파처리 조건) | 토코페롤 수율(%) | |
| 실시예 8 | 80% 진폭, 1 분 | 42.8 % |
| 실시예 9 | 20% 진폭, 1 분 | 34.6 % |
| 실시예 10 | 20% 진폭, 3 분 | 33.3 % |
| 실시예 11 | 50% 진폭, 1 분 | 39.4 % |
| 실시예 12 | 50% 진폭, 3 분 | 40.1 % |
| 실시예 13 | 80% 진폭, 3 분 | 34.2 % |
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 초음파 진폭이 20-80% 이고, 처리시간이 1-3 분인 경우(실시예 8-13), 수율이 약 33-43%로 매우 우수한 것으로 확인되었다. 이는 실시예 5(45.8%)에 비해 다소 낮은 토코페롤의 수율을 나타내지만, 입자 크기를 감소시켜 나노 분산수용액을 제조하였다는 점에서 높이 평가될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 토코페롤-전분 나노 복합체의 분산수용액은 분산액 내 토코페롤의 수율이 매우 우수하므로 토코페롤을 포함하는 기능성 음료 및 화장품의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
<
실험예
5> 초음파 처리가 토코페롤-전분 나노 복합체의 분산수용액의 입자 크기에 미치는 영향
초음파 처리 조건에 따라 토코페롤-전분 나노 분산수용액의 입자 크기 변화를 확인하기 위하여 하기 실험을 수행하였다.
입자 크기는 Dynamic light scattering(Dynapro Titan, Wyatt Technology, Santa Barbara, CA) 를 사용하여 측정하였다.
| 구분(초음파처리 조건) | 평균 입자 크기(nm) | |
| 실시예 8 | 80% 진폭, 1 분 | 151.7 |
| 실시예 9 | 20% 진폭, 1 분 | 221.3 |
| 실시예 10 | 20% 진폭, 3 분 | 179.9 |
| 실시예 11 | 50% 진폭, 1 분 | 170.2 |
| 실시예 12 | 50% 진폭, 3 분 | 173.9 |
| 실시예 13 | 80% 진폭, 3 분 | 133.2 |
상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 분산액 제조시 초음파 처리 조건의 진폭이 커질수록, 시간이 길어질수록 평균 입자 크기가 감소하는 것으로 확인되었으며, 적정 조건은 80% 진폭에서 1-3 분인 것으로 확인되었다. 특히 본 발명에 따른 실시예 8의 분산액의 경우, 토코페롤 수율은 42.8%이면서 평균 입자 크기가 151.7 nm로 가장 우수한 것으로 확인되었다.
따라서, 본 발명에 따른 토코페롤-전분 나노 분산수용액은입자 크기가 작아 토코페롤을 포함하는 기능성 음료 및 화장품의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
<
실험예
6> 초음파 처리가 토코페롤-전분
나노 복합체의 저장 안정성에 미치는 영향
초음파 처리 조건에 따라 토코페롤-전분 나노 분산수용액의 저장 안정성을 확인하기 위하여 하기 실험을 수행하였다. 상기 실시예 2에서 초음파 처리 조건이 다른 것을 제외하고는 동일한 방법으로 수행하여 토코페롤-전분 나노 분산수용액을 얻었다. 그 결과는 표 5에 나타내었다.
| 구분(초음파처리 조건) | 제타 포텐셜(mV) | |
| 실시예 8 | 80% 진폭, 1 분 | -60.5 |
| 실시예 9 | 20% 진폭, 1 분 | -23.4 |
| 실시예 10 | 20% 진폭, 3 분 | -24.8 |
| 실시예 11 | 50% 진폭, 1 분 | -28.1 |
| 실시예 12 | 50% 진폭, 3 분 | -34.4 |
| 실시예 13 | 80% 진폭, 3 분 | -47.6 |
상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 분산액 제조 시, 초음파 처리의 강도가 증가하고 처리 시간이 길어질수록 대체적으로 제타 포텐셜의 값이 증가하는 것으로 확인되었다.
특히, 본 발명에 따른 실시예 8의 분산액의 경우, 분산액의 제타 포텐셜 값이 -60.5 mV로 가장 우수한 것으로 확인되었다. 일반적으로 제타 포텐셜 값이 ±30 mV일 경우에 용액이 안정하다고 판단하므로, 안정한 나노 분산수용액을 얻기에 적정한 초음파 처리 조건은 80% 진폭 1분(실시예 8)을 포함하여 50% 진폭 3분 처리군(실시예 12)과 80% 진폭 3분(실시예 13) 이라고 판단된다.
본 발명에 의하면, 토코페롤-전분 나노 복합체를 제조하는 공정에 전분과 물 외에 별도의 물질이나 고가의 장비를 필요로 하지 않으며 조작방법이 간편하고, 또한 분산액에 초음파 처리를 수행함으로써, 입자 크기를 감소시켜 용액의 분산 안정성과 저장 안정성을 확보할 수 있다는 이점이 있고, 뿐만 아니라, 토코페롤-전분 나노 분산수용액은 물을 용매로 사용하였기 때문에 체내에서의 독성을 일으키지 않으며, 뛰어난 친수성이 있고, 세포 산화에 의해 야기되는 질환인 관상동맥질환 및 피부노화 방지 등의 효과가 있는 토코페롤이 함유되어 있어, 음료로 사용될 경우, 자연스럽게 섭취함으로써 항산화 효과를 기대할 수 있고, 화장품으로 이용될 경우, 직접적으로 피부에 흡수시킴으로써 피부미용에 도움을 줄 수 있으므로 음료사업과 같은 식품, 화장품 산업 및 의약품 산업에서 다양한 형태로 유용하게 사용될 수 있다.
Claims (13)
- 토코페롤-전분 나노 복합체의 제조에 있어서,
(a) 물에 대한 전분의 중량/용적비가 물 : 전분 = 100 : 0.2-5.0(w/v%)인 전분용액을 가열한 후, 토코페롤을 토코페롤 : 전분 = 1 : 1-10의 중량비로 첨가하고 혼합한 다음, 50-150 ℃ 온도로 가열하여 토코페롤과 전분의 혼합물을 얻는 단계;
(b) 상기 단계 (a)에서 얻은 토코페롤과 전분 혼합물을 교반한 후, 50-150 ℃의 온도에서 0.5-72 시간 동안 반응시킨 후, 상온으로 냉각하여 토코페롤과 전분의 분산액을 얻는 단계;
(c) 상기 단계 (b)에서 얻은 토코페롤 전분 분산액에 초음파를 10-90% 진폭의 강도로 0.5-10분 동안 처리하는 단계; 및
(d) 상기 단계 (c)에서 얻은 토코페롤 전분 분산액을 원심분리한 후 상등액을 수득하여 액상의 토코페롤-전분 나노 복합체를 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 토코페롤-전분 나노 복합체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 전분은 옥수수전분, 고구마전분, 감자전분, 타피오카전분, 쌀전분, 밀전분, 밤전분 및 호밀전분을 포함하는 천연전분; 또는 산화전분, 호화전분, 히드록시프로필전분, 인산전분, 옥테닐호박산 전분 및 초산전분을 포함하는 변성전분으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 토코페롤은 알파토코페롤, 베타토코페롤, 감마토코페롤, 델타토코페롤로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 단계 (c)에서 수득한 복합체의 입자 직경은 100 nm - 1 μm인 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
Priority Applications (1)
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| KR1020120136039A KR101460544B1 (ko) | 2012-11-28 | 2012-11-28 | 토코페롤-전분 나노 복합체 및 이를 포함하는 기능성 음료 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020120136039A KR101460544B1 (ko) | 2012-11-28 | 2012-11-28 | 토코페롤-전분 나노 복합체 및 이를 포함하는 기능성 음료 |
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ID=51124220
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| KR1020120136039A KR101460544B1 (ko) | 2012-11-28 | 2012-11-28 | 토코페롤-전분 나노 복합체 및 이를 포함하는 기능성 음료 |
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