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Reference: EURACHEM GUIDELINES,
Tested with VELP Scientifica OXITEST Oxidation Stability Reactor (Code F30900248) |
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OXITEST를 이용하여 오메가-3 지방산이 들어있는 치아씨드의 유통기한을 추정하였다.
추정된 유통기한은 1,018일 15시간 45분이었으며, 이는 매우 높은 설명력 (R2=0.999)을 갖는 결과였다.
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Introduction
치아씨드 (Salvia hispanical L.)는 불포화 지방산인 오메가-3 지방산 (Alpha-linolenic acid, ALA)과
식이섬유가 풍부하여 건강기능성 식품과 의약품에 다양하게 응용되고 있다. 치아씨드에 풍부하게 들어있는
오메가-3 지방산은 많은 연구를 통해 심혈관 질환의 예방 및 치료제로 입증되어 전문 의약품으로
소비자에게 공급되고 있다. 그러나 오메가-3 지방산은 불포화 지방산으로 화학적 특성 상 쉽게
산화되어 가공, 유통, 저장 중에 쉽게 변질된다는 단점을 가지고 있다. 따라서 치아씨드를 활용하여
고품질의 식품과 의약품을 제조하기 위해서는 산화 안정성 (oxidation stability)에 대한 확인이 매우
중요하다.
지방의 자동 산화는 산소, 빛, 고온, 미량금속, 효소에 의해 촉진되는 화학반응이다.
이러한 산화 반응은 어느 순간 반응 속도가 빠르게 증가하는 특징을 가지고 있는데, 가속화가
시작되는 시점에 도달하기까지 걸린 시간을 induction period (IP)라고 한다. 이 시간이 길다면
산화가 천천히 일어나는 것이므로 IP가 큰 경우 산화안정성이 높다고 할 수 있다.
IP를 측정하기 위해서는 일반적으로 수개월에서 수년이 걸리는데, OXITEST를 사용하면 전 처리 과정
없이 고온과 고압의 산소 (90℃, 8 bar) 조건에서 산화반응을 효과적으로 가속하여 단 시간 내에
자동으로 계산된 IP를 확인할 수 있다.
OXITEST의 유통기한 추정 (Estimation of shelf life) 기능은 동일한 압력과 3가지 다른 온도 조건
(예, 6 bar & 80, 90, 100℃)에서 각각 IP를 측정하고 IPs의 회귀식을 계산하여 제공하는 기능으로
25℃ 1 bar에서의 유통기한을 추정할 수 있다.
이 실험에서는 치아씨드 분말 (chia seed flour, 지방 함유량 30%)의 유통기한을 추정하였다.
※ 식약처가 고시하는 행정규칙에 “유통기간이라 함은 소비자에게 판매 가능한 최대기간으로써
설정 실험 등을 통해 산출된 기간을 말한다”라고 명시되어 있다. 이때 유통기한은 일반적으로
포장재질, 저장 및 유통 환경, 제조 방법, 제품 조성 등을 고려하여 결정되는 것이다.
그러므로 여기서 소개하는 OXITEST의 유통기한 추정 값은 유통기한 설정을 위한 자료로
활용될 수 있으나 유통기한과 동등한 수준으로 통용될 수 있는 것은 아니다
Methods
- Sample preparation
① 2개의 titanium 재질 sample holder에 각각 10g의 치아씨드 분말을 고르게 담는다
② 각 reaction chamber에 시료를 담은 sample holder를 1개씩 넣고, spacer는 2개씩 넣는다.
③ O-ring에 silicon grease를 바르고, 위치에 맞추어 놓는다.
Cover로 chamber를 닫고 cover의 discharge valve는 열어둔다.
④ OXISoft 소프트웨어를 사용하여 다음과 같이 조건을 설정한다.
- temperature : 80℃, 90℃, 100 ℃
- oxygen pressure : 6 bar
⑤ 설정 온도에 도달하면, cover의 discharge valve를 잠그고 산소를 주입한다. .
⑥ 조건이 안정화되면 OXISoftTM가 자동으로 측정을 시작하고, chamber 내 발생한 압력의
변화가 실시간으로 그래프로 보여진다..
⑦ 측정이 종료되면 OXISoftTM는 각 시료의 IP를 자동으로 계산한다. 계산된 IP를 가지고
OXISoftTM의 유통기한 추정 기능을 사용하면 분석 결과를 바로 확인할 수 있다. .
Results
- 치아씨드 분말의 IP는 80℃에서 62시간 55분, 90℃에서는 20시간 56분,
100℃일 때는 7시간 11분으로 나타났다.
- Software OXISoftTM 의 Estimated shelf life 기능을 사용하여 IP와 온도에 대한
회귀식을 다음과 같이 확인 할 수 있었다. 이를 근거로 25℃, 1 bar에서의 유통기한을
추정하였을 때 그 값은 1,018일 15시간 45분으로 계산되었다.
Conclusion
- OXITEST를 사용하여 치아씨드 분말의 산화 반응을 효과적으로 가속화하여 빠른
시간 내에 IP를 확인하였으며, 이를 통해 25℃, 1 bar 저장 조건에서의 산화안정성을
예측할 수 있었다.
- Software OXISoftTM를 통해 추정한 25℃, 1 bar 에서의 유통기한은 1,018일 15시간
45분이었으며, 이는 매우 높은 설명력 (R2=0.999)을 갖는 결과였다.
OXITEST 의 차별화된 장점
- 시료를 전 처리 (lipid extraction) 할 필요가 없어 실험 과정이 단순하고 매우 쉽다
- 시료의 성분 조성 변화나 구조 변형이 일어나지 않으므로, 시료의 성분과 내부
구조의 상호작용 및 품질을 유지한 상태에서 IP를 측정하여 더 실재적인 결과를
도출할 수 있다
- Titanium 재질의 sample holder는 내구성이 뛰어나 반영구적으로 사용 가능하다.
- 산화 반응을 고온, 고압 (high grade oxygen) 조건에서 가속시켜, 기존 측정 방식에 비해
분석 시간을 획기적으로 단축하였다.
- 제품 개발 과정에서 가공 공정 개선, 제품 배합 최적화, 원료 대체 등의 다양한
이슈에 대응하여 제품의 지방산화안정성을 쉽고 빠르게 직접 monitoring 할 수 있다.
- Software OXISoftTM의 다음과 같은 6가지 분석 tool은 제품 개발 및 연구와 품질
관리시 유용하게 사용될 수 있도록 고안되었다.
1. Repeatability test : 측정한 데이터의 재현성 확인
2. Freshness test : 다른 lots에서 생산된 제품 비교
3. Formula comparison : 가장 안정한 배합비 선정
4. Packaging comparison : 제품이 가장 신선한 상태를 유지하도록하는 포장 선정
5. IP during ageing : 제품 저장 후 IP의 감소 경향을 그래프로 확인
6. Estimated shelf life : 저장 혹은 유통기간 동안 산화안정성 예측
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