Abstract
The aim of this study was to compare the physicochemical properties of calcium carbonate nano- and micro-powders for safe food applications of nanomaterials. The morphologies and approximate sizes of calcium particles were observed by scanning electron and transmission electron microscopic methods, showing hexagonal shape with sharp and rough surface. The approximate sizes of the calcium nano- and micro-particles observed on the micrographs were around 100 nm and 100 nm to 3 ${\mu}m$, respectively. The average particle sizes of the calcium nano- and micropowders determined by the dynamic light scattering method were $440.2{\pm}73.8$ and $547.1{\pm}105.3 $nm at 0.5 mg/mL particle concentration and $388.8{\pm}123.2$ and $1001.9{\pm}160.4$ nm at 1.0 mg/mL particle concentration, respectively. The zeta-potential of the calcium nano- and micro-powders were $-9.94{\pm}1.78$ and $-2.42{\pm}2.38$ mV, respectively. It seemed that both calcium nano- and micro-powders were unstable in aqueous conditions but calcium nano-powder was relatively more stable. The results of specific surface area of the calcium nano- and micro-powders were 6.99 and 4.26 $m^2/g$ while the bulk densities of them were similar but the tap densities were $0.81{\pm}0.02$ and $0.97{\pm}0.02$ g/mL, respectively. The angles of repose were $35.40{\pm}1.32^{\circ}$ (nano-powder) and $39.37{\pm}2.46^{\circ}$ (micro-powder), implying that calcium nano-powder was more flowable. This study provides a potential of various mineral nanoparticles including calcium nanoparticles for future safe food applications.
본 연구에서는 분쇄공정에 의한 나노화에 따른 이화학적 특성 변화를 밝히기 위하여 칼슘 나노분말의 이화학적 특성을 칼슘 마이크로분말과 비교 분석하였다. 형태분석 위해 전자현미경을 이용한 결과 칼슘 나노입자의 크기는 약 100 nm였고 칼슘 마이크로 입자의 크기는 100 nm-$3\;{\mu}m$ 이었으며 칼슘 나노 및 마이크로 입자들의 형태는 육면체 모양의 표면이 날카롭고 거친 것으로 관찰되었다. 입도분석기를 이용해 크기 분포를 분석한 결과 칼슘의 농도가 0.5 mg/mL 일 때, 칼슘 나노 및 마이크로분말의 평균 입자크기는 각각 $440.2{\pm}73.8\;nm$, $547.1{\pm}105.3\;nm$이었으며 칼슘의 농도가 1.0 mg/mL 일 때, 칼슘 나노 및 마이크로분말의 평균 입자크기는 각각 $388.8{\pm}123.2\;nm$, $1001.9{\pm}160.4\;nm$이었다. 제타전위는 칼슘 나노 분말이 $-9.94{\pm}1.78\;mV$이였으며 칼슘 마이크로 분말은 $-2.42{\pm}2.38\;mV$으로 시료 두 가지 모두 수용액 상태에서 불안정 하지만 나노 분말이 상대적으로 안정한 것으로 나타났다. 칼슘 나노 및 마이크로 분말의 비표면적은 각각 $6.99m^{2}/g$, $4.26m^{2}/g$으로 나노 분말이 더 높게 측정되었다. 겉보기 밀도는 칼슘 나노($0.47{\pm}0.01$ g/mL)와 마이크로($0.45{\pm}0.03\;g/mL$)분말의 차이가 거의 없었으나, 다짐 밀도에서 칼슘 마이크로 분말이 $0.97{\pm}0.02\;g/mL$로 칼슘 나노분말 $0.81{\pm}0.02\;g/mL$ 보다 더 높았다. 안식각은 칼슘 나노분말이 $35.40{\pm}1.32^{\circ}$로 칼슘 마이크로 분말의 안식각 $39.37{\pm}2.46^{\circ}$ 보다 작아 유동성이 큰 것으로 분석되었다. 본 연구 결과들은 분쇄 공정에 따른 나노화에 의한 칼슘 나노분말을 비롯한 다양한 무기질 나노분말의 이화학적 특성 변화를 밝힐 수 있는 연구로 확대될 수 있는 가능성이 있다.
