식품 및 생체 매트릭스 내 성상 규명

출처 Freepic

 

SiO 2 NPs의 식품 및 생체 매트릭스 내 성상 규명

SiO 2 NPs의 물리 화학적 특성을 분석하기 위해 사용된 SiO 2 NPs은 제조방법이 다른 fumed SiO 2 NPs과 precipitated SiO 2 NPs을 각각 선정하였으며 fumed SiO 2 NPs (Aerosil 200F)과 precipitated SiO 2 NPs (Sipernat 22S)은 Evonik Industries AG (Essen Germany)에서 구매하여 사용하였고 SiO 2 NPs의 구성 입자 크기 및 입자 형태는 FE-SEM (JSM-7100F JEOL)을 이용하여 관찰하였으며 구성 입자 크기 분포도는 FE-SEM 이미 지에서 100개 이상의 입자를 무작위로 선택하여 측정하였고 수분산 입자 크기 및 zeta potential 분석을 위해 SiO 2 NPs을 1 mg/mL의 농도로 30분간 교반 시킨 뒤 이어서 15분간 bath sonication (Bransonic 5800 Branson Ultrasonics) 처리하여 분산시켰으며 최종적으로 0.1 mg/mL의 농도로 희석한 뒤 Zetasizer Nano System (Malvern Instruments)을 이용하여 측정하였다.

 

SiO 2 NPs의 정량분석을 위한 전처리 방법

생체 조직 등의 복잡한 유기물 내 존재하는 SiO 2 NPs 정량분석의 정밀 성을 검증하기 위하여 fumed SiO 2 NPs을 이용하여 검정 곡선을 작성하였는데 생체 조직 중 저농도로 존재하고 있는 SiO 2 NPs을 고려하여 0.2g의 간 조직 sugar 및 skim milk에 spiking 하여 샘플을 준비하였고 유기물을 분해하고 SiO 2를 Si 4+ ion으로 이온화시켜 정량 분석하기 위하여 microwave system (ETHOS EASY Milestone SrL Sorisole Italy)을 통해 분해하였고 먼저 샘플 1g을 Teflon perfluoroalkoxy (PFA) 재질의 microwave tube 취한 뒤 6 mL의 70% nitric acid (Junsei Chemical Co Tokyo Japan) 및 1 mL의 40% 불산 (hydrofluoric acid Samchun Pure Chemical)을 첨가하였고 이어서 microwave system에 도입하여 1600W에서 총 55분간 분해하였으며 온도 시스템의 경우 먼저 15분 동안 120 ℃로 상승시킨 뒤 10분 동안 160 ℃로 상승시켰으며 30분 동안 210 ℃로 상승시킨 다음 1분 동안 210 ℃로 유지시키고 상온이 될 때까지 cooling하였고 이후 DDW를 이용하여 50 mL까지 mass up 한 뒤 가볍게 흔들어 섞은 후 추가적으로 DDW를 이용하여 2배 희석한 다음 정량 분석하여 검정 곡선을 작성하였다.

 

클라우드 포인트 기반의 추출방법개발

SiO 2 NPs은 100 µg/mL의 농도로 DDW에 분산시켜 준비하였으며 30분 간의 교반 및 15분간의 bath sonication 처리 후 실험에 이용하였고 먼저 분산시킨 SiO 2 NPs 7 mL을 15 mL conical-bottom glass centrifuge tube에 옮긴 뒤 희석된 nitric acid를 이용하여 pH를 3으로 조정하였고 이어서 0.5 mL의 5% (w/v) Triton X-114 및 0.75 mL의 sodium chloride를 첨가한 뒤 DDW를 이용하여 최종 부피 10 mL이 되도록 희석하고 가볍게 vortexing 하였고 SiO 2 NPs을 분리하기 위하여 45 ℃에서 30분간 incubation 시킨 후 25 ℃에서 5분 동안 3500 rpm으로 원심분 리하였고 이후 분리한 침전물과 상등액을 전처리 후 표준 방법에 따라 ICP-AES (JY2000 Ultrace HORIBA Jobin Yvon)로 정량 분석하였다.

 

 

식품 매트릭스 내 성상 규명

SiO 2 NPs을 spiking 하기 위한 식품 매트릭스로는 sugar (Samyang Co) 및 casein (Sigma-Aldrich)을 사용하였고 식품 매트릭스 중 spiking 되는 SiO 2 NPs의 양은 FDA에서 권고하고 있는 식품 내 최대 함유 량(2% (w/w))을 기반으로 설정하였으며 파우더 제형 식품 매트릭스에 spiking 된 SiO 2 NPs의 경우 SiO 2 NPs 0.1g을 sugar 및 casein 4.9g에 각각 spiking 시켰으며 이후 마노 유발에서 혼합한 파우더 0.1g을 취하여 7 mL의 DDW에 분산시켜 준비하였고 준 비 된 각 식품 매트릭스 중 spiking 된 SiO 2 NPs을 30분간의 교반 및 15분 간의 bath sonication을 처리 뒤에 CPE에 적용함으로써 식품 매트릭스 내에서의 성상을 규명하였고 SiO 2 NPs의 식품 매트릭스에서의 용해도 분석을 위해서는 SiO 2 NPs을 균일하게 분산시킨 후 30분간 교반 하였고 이후 SiO 2 NPs 분산액을 16000 ×g으로 15분간 원심 분리하여 상등액을 취했고 상등액과 60% nitric acid를 160 ℃로 가열하여 유기물을 분해 하였으며 34.5% hydrogen peroxide를 함께 사용하여 분해를 촉진했고 DDW로 희석한 뒤 용해된 Si 4+ ion을 정량 분석하였다.

 

상업용 식품 내 성상 규명

상업용 식품에 첨가된 SiO 2의 성상을 규명하기 위하여 총 4개의 가공 식품을 시중에서 구매하여 사용하였고 SiO 2 가 첨가된 상업용 식품으로 cream soup coffee creamer coffee mix 및 milk tea를 선정하였고 SiO 2 가 첨가된 파우더 제형 식품 10 g을 마노유발에서 균질화시킨 뒤 파우더 0.1 g을 취하여 7 mL의 DDW에 분산시켜 준비하였고 준비된 샘플을 30분간의 교반 및 15분간의 bath sonication 처리 뒤에 CPE에 적용하여 상업용 식품 내 SiO 2 의 성상을 규명하였고 동물모델 및 사육조건은 평균 몸무게가 130-170g인 7 주령의 암컷을 구매하였고 동물은 사육실의 환경에 적응할 수 있도록 7일의 순화 기간을 거쳐 8 주령에 실험을 진행하였으며 온도 20±2 ℃ 및 상대습도 60±10% 가 유지되는 환기실의 플라스틱 케이지에서 사육하였으며 12시간 주기의 명암을 유지하였고 물과 사료는 동물이 자유롭게 이용할 수 있도록 하였으며 모든 동물 실험은 서울여자대학교 동물윤리위원회의 승인하에 수행하였다(SWU IACUC-2020A-8).

 

* 참조 문헌 : Cloud_point_extraction 방법 최적화 (전예린 2021)