이민혁 연구실은 식품공학과 생물고분자공학 기반에서 단백질-다당류 결합체 및 단백질 구조 변형 기술을 이용해 유화 안정성과 성분 전달 성능을 높이는 연구를 수행합니다. 마이야르 반응으로 형성한 공액체를 Pickering 또는 nanoemulsion의 안정화 매개로 활용하고, sodium alginate 기반 필름에서 미세구조 전환과 방출 거동을 분석합니다. 또한 고압 및 초음파 전처리로 myofibrillar 단백질, 곤충 유래 단백질의 구조와 리올로지를 제어하여 유화제 기능을 향상합니다. 더불어 단백질 하이드로젤과 emulsion gel을 3D 식품프린팅용 프린터블 잉크로 구현하고, 맞춤형 영양공급을 위한 bi-/tri-gel 기반 다중 기능성분 전달시스템 개발을 병행합니다.
Emulsion-loading-driven transitions in microstructure and release kinetics of sodium alginate films incorporating a succinylated pea protein–stabilized cinnamon essential oil Pickering emulsion
Hyea Young Lee, Yun Jeong Kim, Hyeong Do Kim, Yun Ye, Woo Su Lim, Min Hyeock Lee
IF 8.5 (2026)
International Journal of Biological Macromolecules
Effects of ultrasound-induced structural modifications on the emulsifying properties of Tenebrio molitor proteins
Yun Jae Jang, Hyeong Do Kim, Yun Ye, Ming Kong, Woo Su Lim, Min Hyeock Lee
IF 10.2 (2025)
Ultrasonics Sonochemistry
초음파 처리는 단백질의 물리화학적 특성을 변화시키는 유망한 기술로 부상했으며, 식품 응용에서 기능성을 향상시키는 데 기여한다. 본 연구는 식용 거저리(mealworm) 유래 단백질(MPs)에 대한 초음파 처리의 구조적 및 기능적 특성에 대한 영향과 유화제(emulsifier)로서의 잠재력을 평가하였다. 동적 광산란(dynamic light scattering) 결과, MP 입자 크기가 처리하지 않은 3464.3 nm에서 30분 초음파 처리 시 115.5 nm로 유의하게 감소하였고, 이에 더해 제타전위(zeta potential)가 증가하여 콜로이드 안정성이 개선됨을 시사하였다. 초음파 처리는 오일 보유 능력(oil-holding capacity)과 용해도(solubility)를 향상시켰으며, 이는 계면 흡착 및 유화 작용의 개선을 나타낸다. 원편광 이색성(circular dichroism) 및 FT-IR 분광분석(FT-IR spectroscopy)은 α-helix 함량의 증가와 수소 결합 상호작용 강화 등 구조적 변화를 확인하였다. 자유 설프히드릴(free sulfhydryl) 함량과 표면 소수성(surface hydrophobicity) 분석 결과는 초음파에 의해 단백질이 풀림(unfolding)으로 이어져, 유화 특성에 기여하는 기능기들이 노출됨을 보여주었다. 초음파 처리된 MPs는 온도, pH 및 이온 조건이 다양한 상황에서도 우수한 유화 안정성을 나타냈다. 또한 소화도(digestibility) 분석에서는 위장 소화가 72.7 %에서 82.8 %로 개선되었고, 소장에서는 지질 소화가 36.2 %에서 47.9 %로 향상되어 생체이용률(bioavailability)이 더 높을 가능성을 시사하였다. 이러한 물리화학적 변화는 기능성이 향상된 천연 유화제로서 초음파 처리된 MP를 사용하는 것이 가능함을 보여준다. 본 연구는 특히 영양이 강화된 유화 식품에서 이들의 식품 제형 내 활용 잠재력을 강조하며, 지속가능하고 기능적인 식품 원료 개발에 기여할 수 있음을 시사한다.
○ 맞춤형 영양공급을 위한 bi-/tri-gel 기반 다중 기능성분 전달시스템 개발- 생물고분자 기반 2상 및 3상 겔(bi-/tri-gel) 구조체화 메커니즘 규명 및 구획화 기술 연구- 다중 기능성 bi-/tri-gel 가용화 및 개별 기능성분 독자적 방출 제어 시스템 구축
전달시스템
하이드로겔
올레오겔
생물고분자
맞춤형 영양
2
주관|
2023년 6월-2024년 5월
|66,910,000원
대두단백질 구조변형 및 다당류와의 마이야르 공액체 형성을 통한 유화 특성 및 가공적성 개선
▶생물전환/물리적 처리기술을 이용한 대두단백질 구조변형
- 대두단백질 가수분해 효소 선정 및 생물전환 반응 최적 조건 확립
- 대두단백질의 구조변형을 위한 고압 및 초음파 등 물리적 처리 조건 확립
- 생물전환/물리적 처리 대두단백질의 구조 분석:
* 단백질 전기영동(SDS-PAGE), 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR), 원편광 이색성(Circular Dichroism, CD) 분석
- 생물전환/물리적 처리 대두단백질의 이화학적 특성 분석:
* 전계방사형 주사전자현미경(FE-SEM), 용해도, 혼탁도 및 표면 소수성도 분석, 입도(DLS) 분석 등
- 생물전환/물리적 처리 대두단백질의 유화 특성 평가:
* 유화능(EA, emulsifying activity), 유화안정성(ESI, emulsion stability index) 등
▶마이야르 반응을 이용한 대두단백질-다당류 공액체(conjugates) 형성
- 대두단백질과 마이야르 공액체 형성을 위한 다당류 후보물질(종류, 분자량 등) 선정
- 대두단백질 처리 조건 및 다당류와의 마이야르 공액체 생성 조건에 따른 접합 효율 평가:
* 마이야르 공액체 형광 분석(λem=400-500nm), 단백질 전기영동(SDS-PAGE), 푸리에 변환 적에선 분광법(FT-IR)
- 대두단백질-다당류 마이야르 공액체의 구조적 기능성 및 이화학적 특성 분석:
* 전계방사형 주사전자현미경(FE-SEM), 용해도, 표면 소수성도 분석, 항산화적 특성(DPPH, ABTS) 평가 등
- 대두단백질-다당류 마이야르 공액체의 유화 특성 평가:
* 유화능(EA), 유화안정성(ESI), 유변학적 특성, 분산 및 저장안정성 평가 등
▶대두단백질-다당류 공액체를 이용한 난용성 생리활성 물질 전달시스템 구축
- 영양 전달시스템 적용을 위한 난용성 생리활성 물질 후보군 선정
- 대두단백질-다당류 마이야르 공액체를 활용한 난용성 생리활성 물질 포집 제형 제조
* 고전단 및 초음파 분산을 활용한 마이크로 및 나노지질전달체 제조, 포집 효율(encapsulation efficiency) 평가
- 대두단백질-다당류 공액체 활용 포집 제형의 식품가공적성 및 저장안정성 평가
* 열처리(LTLT, HTST, autoclave 등), 냉·해동, pH(고산성~중성~약염기성), 염농도에 따른 대두단백질-다당류 공액체의 기능적 활성 및 유화능 평가, 생리활성 물질의 안정성 및 함량 변화 분석, Turbiscan을 활용한 유화안정성 메커니즘 분석 등
- 대두단백질-다당류 공액체 활용 포집 제형의 in vitro 소화 특성 평가
* pH-stat method를 이용한 3-step simulated GIT model 활용
○ 분리대두단백 가수분해물-키토산 복합체 형성
- 대두단백질 가수분해물(Soy Protein Hydrolysate, SPH) 생성 최적 조건 탐색
- 키토산 분자량 및 농도에 의한 분리대두단백 가수분해물과의 복합체 형성 평가
- 분리대두단백-키토산 복합체 형성을 위한 최적 조건(pH 등) 확립
○ 분리대두단백 가수분해물-키토산 복합체를 활용한 수중유형(O/W) 유화물 제조 및 이화학적 특성 평가
- 분리대두단백-키토산 복합체 활용 유화물의 입도 및 형태학적 분석
- 분리대두단백-키토산 복합체 활용 유화물의 유변학적 특성 분석
○ 분리대두단백 가수분해물-키토산 복합체 활용 유화물 가공적성 개선
- 열처리, pH 및 염 농도에 의한 분리대두단백-키토산 복합체를 활용 유화물의 안정성 평가
- 저장 기간에 따른 분리대두단백-키토산 복합체 활용 유화물의 분산안정성 평가
- 분리대두단백-키토산 복합체를 활용 유화물의 in vitro 소화 특성 평가