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Title Page 2

Contents 5

Abstract 10

1. Introduction 12

2. Materials and methods 14

2.1. Materials 14

2.2. Hydrolysis mediated by Enzymes 14

2.2.1. Hydrolysis of milk polar lipids using PLA₂ 14

2.2.2. Quantification of free fatty acids 14

2.2.3. Fourier transform infrared spectroscopy analysis (FT-IR) 15

2.3. Analysis of emulsifying properties of dairy emulsion 15

2.3.1. Preparation of dairy emulsion 15

2.3.2. Particle size 16

2.3.3. Viscosity 16

2.3.4. Emulsion stability 16

2.3.5. Quantitative and compositional analysis of interfacial proteins 17

2.3.6. Microstructure of dairy emulsion 18

2.4. Interaction analysis of milk protein and phospholipids 18

2.4.1. Preparation of milk protein-phospholipids complex 18

2.4.2. Fluorescence spectroscopy 19

2.4.3. Surface hydrophobicity 19

2.4.4. FT-IR 19

2.5. Characterization of ice cream 20

2.5.1. Preparation of ice cream 20

2.5.2. Fat destabilization 22

2.5.3. Overrun 22

2.5.4. Melt rate 22

2.6. Statistical analysis 23

3. Results and discussion 24

3.1. Hydrolysis mediated by enzymes 24

3.2. Emulsifying properties of different concentration of emulsifiers 27

3.3. Emulsifying properties of different pH values of emulsifiers 32

3.3.1. Particle size 32

3.3.2. Displacement capacity of proteins by emulsifiers 36

3.3.3. Emulsion Stability 38

3.3.4. Microstructure of emulsion by CLSM 39

3.4. Protein-phospholipids interaction 43

3.4.1. Fluorescence spectra of milk protein-phospholipids complex 43

3.4.2. Surface hydrophobicity 43

3.4.3. FT-IR 44

3.5. Ice cream application 46

3.5.1. Fat destabilization and partial coalescence 46

3.5.2. Overrun and protein displacement capacity 47

3.5.3. Melt rate 47

3.5.4. Air cell interface image using CLSM 48

4. Conclusion 54

5. References 55

국문 요약 60

List of Tables 9

Table 1. Ingredient proportions used in ice cream mix formulation 21

Table 2. Changes in particle size of emulsion according to concentration of added emulsifier 29

Table 3. Changes in creaming index of emulsion according to concentration of added emulsifier 30

Table 4. Mean particle size of fat globules in thawed ice cream mixes according to the type of emulsifier 49

List of Figures 8

Figure 1. Changes in (A) free fatty acids and (B) FT-IR in milk polar lipid solutions modified with MPL... 26

Figure 2. (A) Surface protein fraction, (B) total protein coverage and (C) protein compositions of... 31

Figure 3. Effects of h-MPL on (A) mean particle size, (B) viscosity, (C) creaming index, and (D) separation... 35

Figure 4. Effect of h-MPL on (A) adsorbed protein, (B) total surface protein, (C) SDS-PAGE of cream... 37

Figure 5. Particle size distribution and microstructure of milk protein-stabilized emulsions (A) Image of milk... 42

Figure 6. Structural changes of complex formation between hydrolyzed milk polar lipids and milk proteins (A)... 45

Figure 7. Evaluation of ice cream quality by type of emulsifier (A) Proportion of fat globule≥4µm, (B)... 50

Figure 8. (A) Adsorbed protein fractions in the ice cream mix and final product as affected by h-MPL,... 51

Figure 9. Fat structure of ice cream using CLSM 52

초록보기

 본 연구는 천연 유화제 개발을 위한 일환으로, 우유 유래 극성 지질(Milk Polar Lipid, MPL)을 Phospholipase A2(PLA₂)로 가수분해한 h-MPL(hydrolyzed MPL)의 다양한 pH 조건에서의 유화 특성과 안정성, 그리고 아이스크림의 적용 가능성을 평가하였다. MPL에 PLA₂를 처리한 결과, 유리지방산의 방출과 C=O ester 피크의 감소가 FT-IR 분석을 통해 확인되었으며, 이는 PLA2에 의하여 MPL이 효율적으로 가수분해되었음을 의미한다. 이후, 합성 유화제인 Diacetyl Tartaric Acid Ester of Mono- and Diglycerides (DATEM), MPL과 h-MPL을 각각 우유 단백질이 있는 유제품 emulsion에 첨가하여 다양한 pH(3, 5, 7)로 제조되었으며, 이는 평균 지방구 부피 직경, 계면 단백질 농도 및 조성, 점도, 그리고 일주일간 저장 후의 크리밍 및 상분리 현상을 통해 유화 특성이 평가되었다. pH 7에서는 h-MPL 첨가군이 대조군과 MPL 첨가군에 비해 유의적으로 높은 계면 단백질 탈착률을 보였고, 이로 인해 지방구 크기가 감소하며 크리밍 안정성이 향상되었다. pH 3의 산성 조건에서는 h-MPL이 모든 처리구 중 가장 우수한 유화 특성과 저장 안정성을 나타냈으며, 이는 형광감도 분석, 표면소수성 그리고 FT-IR을 통하여 단백질과 극성 지질의 상호작용으로 인한 것임이 확인되었다. 우유 단백질과 h-MPL 간의 상호작용을 통해 친수성이 증가한 복합체가 형성되었기 때문으로 분석되었다. 형광 스펙트럼 분석 결과, h-MPL 처리 시 단백질 구조가 변형되어 형광 감도가 감소하였고, 이는 내부 소수성 잔기가 극성 환경으로 이동했음을 시사한다. 또한, 표면 소수성 측정 결과에서도 h-MPL 복합체는 MPL보다 낮은 값을 나타내었으며, FT-IR 분석을 통해 amide Ⅰ 및 Ⅱ 피크의 이동올 통하여 이는 단백질 2차 구조의 변형되었음을 확인하였다. 이는 MPL보다 h-MPL이 친수성 복합체를 형성하여 단백질 간의 소수성 상호작용으로 인한 응집이 억제되었음을 보여주었다. 반면, pH 5에서는 우유 단백질의 등전점에 근접함에 따라 정전기 반발력이 약화되고, 단백질 간 응집이 증가하여 입자 크기 증가, 점도 상승, 크리밍 가속 등의 유화 안정성 저하 현상이 모든 처리군에서 관찰되었다. 아이스크림 적용 실험에서는 h-MPL이 MPL 대비 유의하게 높은 오버런과 지방구 불안정화를 유도하였고, 단백질 탈착 및 미세구조 측면에서도 긍정적인 효과를 보였다. 또한 DATEM과 비교하였을 때, 아이스크림의 녹는 속도에 부정적인 영향을 미치지 않아, 제품 품질을 유지하면서 천연 유화제로 기능할 수 있음을 확인하였다. 이와 같은 결과는 h-MPL이 합성 유화제를 대체할 수 있는 천연 유화제로서 높은 기능성과 적용 가능성을 지님을 시사하며, 다양한 식품 환경에서도 유효한 친환경 대체 소재로 활용될 수 있는 잠재력을 제시한다.

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