염화칼슘 농도에 따른 캡슐의 수율 변화를 연구하기 위해 알긴산, 굴 효소 가수 분해물 및 유화제의 농도를 각각 \(1.25\%\), \(0.5\%\), \(0.75\%\), (\(\mathrm{w} / \mathrm{w}\))로 고정하고, 교반 속도를 160 rpm으로 고정하였다. 이에 따라 캡슐 제조를 위해 \(0.25\%\), \(0.5\%\), \(0.75\%\), \(1.0\%\) (\(\mathrm{w} / \mathrm{w}\))의 염화칼슘 농도 범위로 실험을 진행하였다. 실험 결과, 제조된 캡슐의 수율은 전체적으로 \(70\%\) 이하의 낮은 값이었지만, 염화칼슘 농도가 증가함에 따라 수율도 증가하는 경향을 관찰할 수 있었다. 또한, 교반 속도에 따른 캡슐의 수율 변화를 확인하기 위해 알긴산, 굴 효소 가수 분해물, 유화제 및 염화칼슘의 농도를 각각 \(0.25\%\), \(0.5\%\), \(0.75\%\), \(1.0\%\) (\(\mathrm{w} / \mathrm{w}\))로 고정하였다.
<h2>염화칼슘 농도에 따른 수율 변화</h2> <p>염화칼슘 농도에 따른 캡슐의 수율 변화를 알아보기 위해 알긴산과 굴 효소 가수 분해물, 유화제의 농도를 각각 1.25, 0.5,0.75 \(\%\)\((\mathrm{w} / \mathrm{w}) \)로 고정하고, 캡슐 제조를 위한 교반 속도는 \( 160 \mathrm{rpm} \)으로 고정하였다. 이때의 염화칼슘 농도 변화는 0.25, 0.5, 0.75, 1.0 \(\%\)\((\mathrm{w} / \mathrm{w}) \)의 범위로 설정하여 캡슐을 제조하였다.</p> <p>염화칼슘은 캡슐화 과정에서 일어나는 알긴산의 gel화 반응에 경화제로 작용한다. 알긴산 나트륨 용액 내에 염화칼슘을 혼합하게 되면 알긴산 분자 내의 카르복실기에서 \( \mathrm{Na}^{+} \)이온이 떨어져 나오며 \( \mathrm{Ca}^{2+} \) 이온이 두 개의 카르복실기에 결합을 하여 알긴산 분자 구조를 망상 구조로 만든 후, 시간이 경화함에 따라 알긴산 분자내로 확산되어 단단한 gel 구조를 형성하게 된다.</p> <p>제조된 캡슐의 수율은 전체적으로 \( 70 \% \) 이하의 낮은 값을 나타냈으나, 염화칼슘 농도가 증가할수록, 수율도 증가하는 것을 확인할 수 있었다. Ana 등은 염화칼슘의 농도에 따른 알긴산 겔의 두께 변화에 대한 실험을 통해 칼슘 이온의 양이 많아질수록 gel의 두께는 증가하며 일정 임계점을 기준으로 gel의 두께가 일정해진다고 보고하였으며, 그 원인으로는 일정한 알긴산 분자 내에 결합할 수 있는 칼슘 이온은 한계가 있으며 알긴산과 결합하지 못한 칼슘 이온은 더 이상 알긴산의 gel화 반응에 관여하지 못하기 때문으로 판단하였다. 본 연구에서는 이러한 임계점은 찾을 수 없었으나, 조 등은 염화칼슘의 농도가 \( 0.5 \%\)\((\mathrm{w} / \mathrm{w}) \)에서 임계점을 찾을 수 있다고 보고하고 있다. 또한, 염화칼슘의 농도에 따라 수율이 증가하는 원인으로는 제조된 캡슐의 두께가 증가함에 따라 캡슐 내의 수분이 외부로 확산되지 못해, 수분에 용해되어 있던 굴 효소 가수 분해물도 함께 캡슐 내에 잔존하기 때문으로 생각된다.</p> <h2>교반 속도에 따른 수율 변화</h2> <p>교반 속도에 따른 캡슐의 수율 변화를 확인하기 위해 알긴산과 굴 효소 가수 분해물, 유화제, 염화칼슘의 농도를 각각 1.25, 0.5, 0.75, 0.5 \(\%(\mathrm{w} / \mathrm{w}) \)로 고정하였다. 이때의 교반 속도는 160, 640, 1,120, 1,600 \(\mathrm{rpm} \)의 범위로 선정하여, stirrer를 통하여 \( 2.5 \) 시간 동안 교반을 진행하였다(Fig. 7). 제조된 캡슐의 수율은 전체적으로 \( 60 \% \) 이하의 낮은 값을 나타냈으며, 교반 속도가 증가할수록 제조된 캡슐의 수율은 낮아지는 경향을 나타내었다.</p> <p>이러한 현상은 Chen과 Subirade의 연구 결과에서도 확인할 수 있다. Chen과 Subirade는 알긴산과 whey protein을 이용하여 제조한 microcapsule의 영양성분 방출실험에서 캡슐 제조 시 교반 속도를 높일수록 제조된 캡슐의 크기는 작아지는 반면, 수율은 낮아진다고 보고하고 있다. 본 연구에서도 교반 속도가 증가할수록 수율이 낮아지는 것을 확인할 수 있었으나, 캡슐의 크기 저하보다 형태의 일그러짐이 발생하여 점차 타원형으로 변해가는 것을 확인할 수 있었다. 특히 가장 빠른 \( 1,600 \mathrm{rpm} \)으로 교반하였을 경우 타원형의 정도가 가장 심해 형태의 일그러짐을 육안으로도 확인할 수 있었다. Ji 등도 연구 결과를 통해 교반 속도를 증가시킬수록 캡슐의 타원화가 심화되었으며, 캡슐의 크기나 외벽의 두께 변화에는 큰 영향을 미치지 못했다고 보고하고 있다.</p>