Optimization of Onion Oil Microencapsulation by Response Surface Methodology

Using agar and gelatin as wall materials, onion oil was microencapsulated using the extrusion spraying technology. A sensitive methodology was developed for quantitative determination of the microencapsulation yield through ethyl acetate extraction and gas chromatographic analyses. Optimal conditions for the microencapsulation process consisting of the ratio of [core material, Cm] to [wall material, Wm] ($X_1$), temperature of dispersion fluid ($X_2$), detergent concentration in dispersion fluid ($X_3$), and concentration of emulsifier $(X_4)$ were determined using response surface methodology. The regression model equation for the yield of microencapsulation (Y, %) of onion oil could be predicted as $Y\;=\;97.028571-0.775000\;(X_1)-0.746726\;(X_1){\cdot}(X_1)\;-\;1.100000\;(X_3){\cdot}(X_2)$. The optimal conditions for the microencapsulation of the onion oil were determined as the ratio of [core material] to [wall material] of 4.5 : 5.5 (w/w), the temperature of dispersion fluid of $17.1^{\circ}C$ detergent concentration in dispersion fluid of 0.03%, and the concentration of emulsifier of 0.42%. Results revealed the most stable microcapsule of onion oil could be formed with the highest yield of microencapsulation (more than 95%) under optimal conditions.

반응표면분석법에 의한 양파유 미세캡슐화 공정의 최적화

생체내에서 각종 생리활성이 있는 양파유의 기능성 및 저장성 향상을 위하여 agar와 gelatin이 혼합되어 있는 물질을 피복물질로 사용하여 양파유(중심물질)를 미세하게 캡슐화하는 작업을 수행하였으며, 먼저 양파유 미세캡슐화 수율을 예민하게 측정할 수 있는 방법을 ethyl acetate 추출 및 gas chromatography 기술을 사용하여 확립하였다. 확립된 미세캡슐화 수율 측정법을 사용하여 양파유 미세캡슐화를 위한 제반 공정조건들, 즉 [중심물질, Cm] : [피복물질, Wm]의 비율($X_1$), 분산액의 온도($X_2,\;^{\circ}C$), 분산액내의 detergent 농도($X_3$, %(w/v)), 유화체의 농도($X_4$, %(w/w)) 등의 최적화를 수행하였으며, 공정 최적화를 위해서는 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)을 이용하였다. RSREG 처리 결과, 4가지 독립변수가 각각 변화함에 따른 미세캡슐화 수율(Y, %)에 대한 회귀식은 $Y=97.028571-0.775000(X_1)-0.746726(X_1){\cdot}(X_1)-1.100000(X_3){\cdot}(X_2)$으로 표현되었으며, 반응표면분석 결과 양파유 미세캡슐화를 위한 최적화 조건으로서 [중심물질, Cm] : [피복물질, Wm]의 비율은 4.5 : 5.5(w/w), 분산액의 온도는 $17.1^{\circ}C$, 분산액내 detergent농도는 0.037%(w/w), 유화제(sorbitan monolaurate, HLB 16.7)의 농도는 0.42%(w/w)인 것으로 판명되었으며(미세캡슐화 수율의 최대 예측값은 95.7%), 이상의 최적조건하에서 양파유 미세캡슐화를 실제 수행한 결과 96.2%의 미세캡슐화수율 실측값을 얻을 수 있었다. 따라서, RSM에 의하여 결정된 미세캡슐화 최적 조건은 ${\pm}5%$ 오차범위내에서의 높은 신뢰성을 갖는 것으로 판명되었으며, 실제 미세캡슐화 공정에 적용가능한 것으로 판단되었다.