Improving Dispersion and Chemical Stability of Seomoktae-Based Suspensions via a Host?Guest Impregnation Strategy = 에멀젼 진공 함침을 이용한 서목태 현탁액의 분산 및 산화 안정성 향상

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study evaluated the colloidal and oxidative stabilities of Seomoktae (Rhynchosia nulubilis Lour.) suspensions using a host–guest strategy involving vacuum impregnation with micro- or nanoemulsions. Roasted powders (180, 200, 220℃) were infused with canola oil-based emulsions, and dispersion behavior, retention efficiency, and chemical stability were evaluated. Powders treated with nanoemulsion and roasted at 220℃ showed the lowest sedimentation, creaming, and Turbiscan Stability Index, along with the highest retention efficiency (p < 0.05). Emulsion type and roasting temperature had a greater impact on dispersion than impregnation method. Scanning electron microscopy imaging confirmed emulsion penetration into the porous matrix. During storage, the powder sample impregnated with nanoemulsion at 220℃ effectively suppressed both protein and lipid oxidation, as the fine lipid droplets penetrated uniformly into the internal pores of the roasted matrix, minimizing surface exposure and simultaneously reducing water activity and oxygen permeability. Overall, the combination of nanoemulsion, high-temperature roasting, and powder formulation resulted in the most stable host–guest system. These findings provide insights for designing stable plant-based beverages with improved shelf life.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 마이크로 유화물 또는 나노 유화물을 이용한 진공 함침(호스트–게스트 전략)을 통해 서목태(Rhynchosia nulubilis Lour.) 현탁액의 콜로이드 및 산화 안정성을 평가하였다. 로스팅한 서목태 분말(180, 200, 220℃)에 카놀라유 기반 유화물을 진공 함침시킨 후, 분산 거동, 함침 유지 효율, 화학적 안정성을 분석하였다. 터비스캔 분석 결과, 220℃에서 로스팅한 분말에 나노 유화물을 함침한 처리군에서 가장 낮은 침강 및 크리밍 현상을 보였으며, 터비스캔 안정성 지수 또한 유의적으로 가장 낮았다. 이와 함께, 해당 처리군은 가장 높은 함침 유지 효율을 나타내었다(p < 0.05). 전반적으로 함침 방식에 비해 유화물의 액적 크기 수준과 로스팅 온도가 분산 특성에 더 지배적인 영향을 미치는 것으로 확인되었다. SEM 기반 미세구조 분석을 통해, 유화물이 로스팅 과정에서 형성된 다공성 분말의 기공 내부로 효과적으로 침투한 것을 확인하였다. 저장 실험 결과, 220℃에서 나노 유화물을 함침한 분말형 시료는 기공 내부까지 미세한 유상 입자가 균일하게 분포하여 표면 노출을 최소화하였으며, 이로 인해 수분활성도와 산소 투과도가 동시에 억제되어 단백질 산화와 지질 산화가 모두 효과적으로 감소하였다. 종합적으로, 나노 유화물, 고온 로스팅, 파우더 제형의 조합은 가장 안정적인 호스트–게스트 시스템을 구현하였으며, 본 연구 결과는 분산 및 저장 안정성이 향상된 식물성 음료 및 분말형 식품 개발을 위한 유용한 기초 자료로 활용될 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Materials and Methods 4
• 2.1. Materials 4
• 2.2. Preparation of roasted Seomoktae powder 4
• 2.3. Powder characterization 5
• 2.3.1. Bulk density, true density, porosity, and water content 5
• 2.3.2. Particle size distribution 6
• 2.3.3. Microstructure 6
• 2.3.4. Pore area distribution 6
• 2.4. Preparation of emulsions 6
• 2.5. Emulsion characterization 7
• 2.6. Oil and emulsion impregnation of Seomoktae powder 7
• 2.7. Characterization of Seomoktae suspension 8
• 2.7.1. Visible appearance 8
• 2.7.2. Dispersion stability 8
• 2.7.3. Retention efficiency (RE) 9
• 2.7.4. Microstructure 10
• 2.8. Oxidative stability analysis 10
• 2.8.1. Preparation of suspension and powder 10
• 2.8.2. Thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) 11
• 2.8.3. Volatile basic nitrogen (VBN) 11
• 2.9. Statistical analysis 12
• 3. Results and Discussion 12
• 3.1. Powder characterization as a host 12
• 3.1.1. Density and moisture-related structural changes during roasting 12
• 3.1.2. Roasting-induced changes in particle size 14
• 3.1.3. Microstructural evolution and porous network development 18
• 3.2. Emulsion characterization as a guest for floating powder 22
• 3.3. Characterization of Seomoktae suspension after host–guest impregnation 22
• 3.3.1. Visual assessment 22
• 3.3.2. Evaluation of dispersion stability using light scattering analysis 25
• 3.3.3. Quantitative determination of guest phase retention efficiency 40
• 3.3.4. Morphological properties of impregnated Seomoktae powders 43
• 3.4. Storage stability evaluation based on lipid and protein oxidation 45
• 3.4.1. Lipid oxidation by TBARS 45
• 3.4.2. Protein degradation by VBN 49
• 4. Conclusion 53
• References 54
• Abstract (in Korean) 62