JP2004537317A - カプセル化の改良 - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、ある種の製品のカプセル化に関し、特に、魚の幼生、並びに二枚貝、甲殻類動物及び微生物の如き他の水生生物用のカプセル化飼料に関する。
【背景技術】
【0002】
魚の幼生のための天然飼料源は主として種々の動物性プランクトンを基にしており、そしてある程度まで植物性プランクトンを基にしている。例えば、ノルウエーの水中では、動物性プランクトン種であるカラナス・フィンマルシカス(Calanus finmarcicus)及び様々な種類のかいあし類の動物がタラ、ニシン及びサバの如き商業的に重要な魚種用の生餌として重要な役割を果たしている。
【0003】
水産養殖産業では、種々の海水魚種を養殖するのに多くの努力がなされている。大部分の海水種、例えば、ハリバ、カレイ、タラ、シーバス、シーブリーム及びプローンは、それらの初期の餌付け期間には生餌に依存する。ふ化後の最初の期間では、幼生は卵黄の液嚢から栄養を取っている。餓死を回避するために、幼生は、卵黄の液嚢が空になる前に外部からの餌取りを開始しなければならない。魚の幼生は極めて小さく、そして最初の餌取りでは原始的である。この発展的段階では、それらはそれ自体では消化系統を有さず、そしてそれらの酵素の生成は極めて限定される。幼生が栄養分を消化するのを可能にするためには、栄養分は、食べることができ且つ容易に消化可能な形態になければならない。天然の餌は、消化酵素に富んでいる。幼生が餌を取った後には、それは、それ自身の酵素の使用によって消化される。この消化プロセスは、アミノ酸及びペプチドへのタンパク質の分解又は加水分解をもたらし、そして脂肪は分離されて脂肪酸になる。このプロセス後、栄養分は、エネルギー及び成長のために有効である。
【0004】
本件出願人等が知る限りでは、生餌の代替物として出発飼料として使用することができる公知の工業的処方された又は“人工”の飼料は存在しない。
【0005】
幼生がそれらの卵黄の液嚢を空にしそして外部の餌取りのために準備をしている期間では、幼生に供給される餌は、種々の方法で生成される生物よりなることができる。通常、この出発飼料は、次の1〜3のもののうちの1つ又はそれ以上を基にしている。
【0006】
1.ワムシ(Brachionus plicatilis)。これらの小さい生物は実験室で養殖され、そして藻類及び他の栄養素と共に給餌されてから、海水の未成熟種に対して最初の給餌期間において生餌として使用される。
2.アルテミア属の甲殻動物(Artemia)。この海水種の残りの段階又は“卵”である包嚢は、主としてアメリカ合衆国では塩湖において集められる。実験室では、包嚢は水中でふ化され、そして生餌として使用される。使用前に、アルテミア属の甲殻動物は、栄養素溶液によって富化されなければならず、しかしてそれは餌としてより好適にされる。アルテミア属の甲殻動物は、栄養素に対する生カプセルとして主に働く。
3.動物性プランクトン。この天然プランクトン種の混合物は、海水からそれを炉別することによって集めることができる。集められたプランクトンは、次いで、飼料として使用される。
【0007】
上記のものはすべて、幼生の飼料としてはいくつかの制限を有する。水産養殖産業では、生餌を出発飼料として使用すると、新しい水産養殖種の養殖が厳しく制限されるというのが共通した意見である。タラやハリバの如き種からの稚魚の養殖は、年ごとに絶えず変動している。このことは、次の説明から理解することができるように、海水産養殖種からの工業的生産を確立するのを困難にし且つリスクの多いものにしている。
【0008】
1.ワムシの生産は極めて労力を要し、且つ費用がかかる。ワムシ用の飼料として藻類を生産しなければならないのみならず、ワムシは極めて小さく、しかも幼生用の餌として極めて短期間の間適しているに過ぎない。
2.アルテミア属の甲殻動物は、最も普通に生産される水産養殖種用の天然飼料源ではない。しかしながら、包嚢の貯蔵性のために、それは、水産養殖飼料として世界的に極めて一般的になっている。アルテミア属の甲殻動物の生産の大部分は、甲殻類動物、例えば、プローン用の飼料として使用される。不幸にして、世界的なアルテミア属の甲殻動物の生産は極めて制限されており、そしてこの生産は、天然源がアメリカ合衆国に大部分位置されるごく少数の地域に地理的に制限されているために大いに増加することが期待されない。
【0009】
アルテミア属の甲殻動物は、栄養の面からみて、幼生の飼料としてはそれほど適していない。その栄養価値を向上させるために、アルテミア属の甲殻動物を栄養素で富化することが必要であり、これに対してかなりの供給源が用いられている。生産した稚魚の大部分がアルテミア属の甲殻動物からの不適切な栄養のために発育不良になるというのが水産養殖産業における共通した問題である。アルテミア属の甲殻動物を与えた海水稚魚では、悪い色素沈着及び他の奇形が一般的に共通している。
【0010】
加えて、アルテミア属の甲殻動物は極めて高価である。供給不足のために、その価格は、過去2年にわたって著しく高騰している。世界的なアルテミア属の甲殻動物の生産は年単位で3000トン未満であり、そして水産養殖産業は成長し続けている。この増加する需要は、アルテミア属の甲殻動物を餌として使用することによって満たすことができない。
【0011】
3.動物性プランクトンは、たいていの魚種の天然餌である。しかしながら、動物性プランクトンの使用は、餌の入手において多くの不確実さを引き起こす。加えて、この飼料源は、貯蔵することができない。また、動物性プランクトンの品質に関してかなりの不確実さが存在する。というのは、所望の高品質餌と一緒に、望まれない危険な種も集められる可能性があるからである。また、病原菌性微生物は病気の発生を引き起こす可能性があることが周知である。このような不確実な源に対して工業的な生産を確立することは困難である。
【0012】
生餌の代替物として配合又は“人工”飼料を開発するために多くの試みがなされている。いくつかの飼料製品は生餌を成功下に一部分代替しているが、しかし、幼生がある程度までそれ自身の酵素生産を展開しているときに、後の飼育段階に対して有効であるに過ぎない。
【0013】
不幸にして、アミノ酸及びペプチドの形態にある所要の加水分解タンパク質の十分な量を含む乾燥飼料を製造することは技術的に困難である。生産した飼料粒子から栄養素が漏出し、そして水溶性の栄養素は幼生がその飼料を消費する前に水中に大いに希釈される。
【0014】
乾燥飼料は、酵素を添加しないと、魚の幼生が消化することのできないタンパク質より主としてなる。飼料中の天然酵素は、生産プロセス中に加熱及び乾燥によって不活性化される。タンパク質を幼生に対して有効にするためには、タンパク質はアミノ酸及びペプチドに分解されなければならず、かくしてタンパク質は腸壁を効率的に通ることが可能になる。
【0015】
配合飼料を開発する目的を持った多くの実験は乾燥粉末の形態にある栄養素に基づいているが、しかしこれはいくつかの不利益を有する。粉末を形成する小さい粒子は、より大きい粒度と比較して極めて高い表面積/容積比を有する。このことは、水中への水溶性栄養素の極めて急速な漏出(これは、幼生に対して汚染や不適当な水条件を引き起こす)をもたらす。それ故に、必須の水溶性栄養素が幼生に対して有効にならない。
【0016】
栄養素の漏出の問題を解決するために多くの努力がなされている。この問題に対する一般的な解決策は、粒子の表面上で被覆を使用することであった。しかしながら、一般的に言って、これらの被覆は消化されず、それ故に、栄養素は幼生には有効でない。
【0017】
幼生は水を必要とし(それらは“飲まねばならず”)、そして乾燥飼料を使用する他の不利益は、配合飼料中の水の欠如を補うために幼生が海水を摂取しなければならないことである。しかしながら、魚の幼生は塩を分離するための限定された能力しか有しない。この早期の段階では、幼生の浸透圧調整系は、まだ完全には発達されていない。幼生は、それらの体液中に約0.9%の塩分を有する。海水は、通常、2.5〜3.5%の塩よりなる。これは、浸透圧調整機構で大きな問題を引き起こし、そして死命的になりうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0018】
必要とされるものは、幼生に対して要求時に与えることができ、容易に消化可能な栄養素を幼生に与えるのを可能にし、幼生が望まれない量の海水を摂取するのを必要とせず、所望の粒度で製造することができ、しかも病原菌性微生物が魚の幼生に移されるという危険性を減少するような人工飼料であることが理解されよう。このような人工飼料は、タンパク質のいくらかをアミノ酸及びペプチドの形態で有し(このことは、幼生が栄養素を消化してそれを代謝活性及び成長のために使用するのを可能にする)、浸透力を排除するのに適した量の水を含有し、そして栄養素を緩やかに放出するのを可能にする膜を有するであろう。水中に放出されたすべての栄養素は、幼生によって消費される前に、水中に溶解された状態になり、そして水の流れによって逸散され、このことは、最小限の汚染をもたらすに過ぎない。この問題はこのような飼料を製造することであり、そして本発明がカプセル化材料の新規な製造法を提案することによって取り組むのがこの問題である。
【課題を解決するための手段】
【0019】
本発明の1つの面に従えば、ある種の製品を保持するシェルであって、実質上全体的に単一重合体よりなる重合体材料より形成されるシェルからなるカプセルを製造するための製品の封入法において、
製品と単一プレポリマーとの液体混合物の液滴を形成し、そして
次いで、液滴をプレポリマー用の重合媒体に暴露して液滴の外面を重合させ、これによってシェルを形成し、かくして所望のカプセルを形成する、
ことを含む製品の封入法、
が提供される。
【0020】
この態様で、ある種の製品の内部コアと該製品を保持する単一重合体より実質上全体的になる外部重合体シェルとを含有するカプセルの形態で球状粒子を作ることが可能になる。本発明の第二の面に従えば、それ自体で、即ち、単一重合体より実質上全体的になる重合体物質からなる外部シェルと、ある種の製品よりなる内部コアとを含むカプセルが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
ある種の製品(即ち、封入しようとする物質)は、液体の形態(これは、いくらかの小さい固体粒子を含むことができる)にあるのが好ましい。それは、飼料又は薬剤の如き所望の内容物を有することができる。飼料、例えば、水生幼生用の飼料の場合には、液体は、栄養素を水、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、脂肪、脂肪酸、ミネラル、ビタミン、そして場合によっては酵素及び微生物のうちの1種又はそれ以上の形態で含有することができる。加えて、液体製品は、カプセルの外部シェルを形成する好適なプレポリマーと混合される。次の説明は、その大部分において、魚の幼生用の飼料として有用な製品のカプセル化に関する。
【0022】
製品の栄養素レベルは、広範囲の値内で変動させることができる。
【0023】
含水量は、5%〜99%の間で変動することができる。好ましくは、含水量は70%〜85%であり、これは、他の上記の栄養素の30%〜15%に相当する。この割合は、魚の幼生の自然餌である動物性プランクトンにおけると同じである。
【0024】
タンパク質含量は1%〜95%の間でかなり変動することができるが、しかし有益には10%〜20%である。これは、生餌におけると同じタンパク質含量である。
【0025】
タンパク質は、アミノ酸及びペプチドに完全又は部分分解される。タンパク質の分解又は加水分解の程度はかなり変動することができる。好ましい分解又は加水分解度は、タンパク質の10%〜70%である。これは、幼生の消化タンパク質についての通常の分解又は加水分解レベルである。水生微生物用の加水分解タンパク質飼料を製造するための特に有益な方法(この方法は、それ自体新規で且つ特許性がある)について、以下でより詳細に説明をする。
【0026】
幼生に対して栄養価値を最適にするために他の栄養素を添加することができる。例えば、1つの好ましい製品は、100KGの飼料当たり乾燥重量で、
ビタミンミックス:168.3g
ミネラルミックス:119.5g
アスタキサンチン:208.5g
魚油: 10000.0g
レシチン: 5000.0g
よりなる。
【0027】
ビタミン及びミネラルは幼生の健康を維持するのに必須であり、それ故に、幼生がそれらの飼料中に適当な量を有するのを確実にするために飼料に添加される。アスタキサンチンは、幼生を飼料に引きつける際に有用な赤色着色剤であり、そして脂肪及び脂肪酸が腐った状態になるのを防止するための酸化防止剤でもある。加えて、アスタキサンチンは、幼生によってビタミンAに変換されうる。魚油は重要なエネルギー源、並びに脂肪酸が細胞膜の構造成分を形成するEPA(エイコダペンタエン酸)及びDHA(ドコサヘキエン酸)のような重要なω3−脂肪酸である。レシチンは燐脂質であり、そして脂肪の消化に対する乳化剤として細胞膜のために極めて重要でもある。
【0028】
カプセルの寸法は、生物の要求に対して適応させることができる。魚の幼生では、典型的な粒度は、直径が0.1〜5mmである。軟体動物のような他の生物では、その粒度は有意により小さくてよい。
【0029】
カプセル寸法の好ましい範囲は、
軟体動物種では直径が0.10mm未満、
例えば、タラ、カレイ、シーバス、シーブリーム及びプローンの幼生に与えられるワムシの如き生餌の代替には直径が0.10〜0.25mm、
例えば、ハリバの幼生に与えられ、そしてワムシを飼料とする上記の幼生に対して後の生育段階においても与えられるアルテミア属の甲殻動物の如き生餌の代替には直径が0.25〜1.00mm、
他の人工飼料の代替には直径が1.00〜5.00mm、
である。
【0030】
カプセルを製造する方法は、液体栄養素に重合体シェル用の単量体又はオリゴマーの如き適当なプレポリマーを添加することを包含する。この液体栄養素は、いくつかの特性、例えば、適用したプレポリマーを溶解性にする適切なpHを有する。適切な量のプレポリマーの添加は、粘性栄養素液をもたらす。プレポリマーの添加は0.2〜10重量%を変動することができるが、しかし0.5〜3.0重量%が好ましい。好ましいプレポリマーは、陰イオン性プレポリマー及び陽イオン性プレポリマーに分類することができる。カプセル形成に好適な陰イオン性プレポリマーとしては、アルギン酸塩、カルボキシメチルセルロース、キサンチン、ヒアルウロン酸、ゲランガム、硫酸セルロース、カラゲナン及びポリアクリル酸のプレポリマーが挙げられる。好ましくは、このプレポリマーは、アルギン酸塩のものである。好ましい陽イオン性プレポリマーとしては、キトサン誘導体、ポリアリルアミン、四級化ポリアミン、塩化ポリジアリルジメチルアンモニウム、ポリトリメチルアンモエチルアクリレート−コ−アクリルアミド、ポリメチレン−コ−クアニジン及びポリビニルアミンのプレポリマーが挙げられる。最も好ましくは、プレポリマーはキトサンのプレポリマーである。
【0031】
キトサンは、化学的処理によって多糖類キチンから誘導される天然製品である。キチンは昆虫の外部シェル及びいくらかの甲殻動物に見い出される。キトサン繊維は、それらが陽イオン電荷(これは、キトサンに対して負に帯電したイオンと化学的に結合する能力を与える)を有するという点で他の繊維とは異なる。
【0032】
アルギン酸塩は褐色海藻及びケルプから抽出された天然ヒドロコロイド多糖類であり、そして様々な用途において増稠剤、安定剤及びゲル化剤として使用されつつある。
【0033】
本発明の方法では、適切な寸法を有する製品/プレポリマー混合物液滴は、液体をピペットで滴下することによって、ノズルによって液体を圧送して噴霧を形成することによって、又は他の適切な技術によって生成することができる。噴霧時に、液滴の寸法は、ポンプの圧力を調整することによって、異なるノズルのタイプを使用することによって、又は液体の粘度を変えることによって変動させることができる。周波数変成器を使用することによって、圧力を変えることができる。
【0034】
液滴は、液滴の外面を重合させるために重合媒体に暴露される。重合したシェルは、液滴を内部液体コアを持つカプセルに変える。適切な特性を有するカプセルを形成するために、製品/プレポリマー混合物中のプレポリマー及び反応条件と重合媒体との組み合わせを使用することができる。この重合媒体は、電磁線、酸、アルカリ、並びにカルシウム、バリウム及び鉄の如き金属のイオンのような任意尾適当な形態のものであってよい。
【0035】
重合媒体として粘性液を低いpHで使用することによって、ある種のキトサン塩が重合体の形成に使用することができる。粘性液をより高いpHで使用することによって、ある種のアルギン酸塩が重合体の形成に使用することができる。異なる特性を有するプレポリマーは、溶解させるためには異なるpHを必要とする。キトサンを使用すると、6.5よりも低いpHが適当であり、そしてアルギン酸塩を使用すると、6.0よりも高いpHが適当である。
【0036】
液体の形態にある重合媒体をアルカリ性pHで使用することによって、キトサンが重合される。これとは逆に、酸性pHにありそして金属イオンそして所望ならばキトサンのような他の重合体を含有する液体重合媒体を使用すると、アルギン酸塩が重合される。
【0037】
有益には、カプセルは、製品混合物の液滴を重合媒体中に導入することによって製造される。例えば、もしも製品混合物が栄養素とキトサン塩との粘性液体混合物であるならば、その液滴はアルカリ性溶液中に導入される。製品混合物の粘度はカプセルの寸法を決定するので、後者は、前者を適当に選択することによってある程度まで定めることができる。特定の海水種が小さいカプセル寸法を必要とするならば、そのカプセルは大気中において“化学的フォッグ”(chemical fog)で形成される。栄養素含有溶液の微細液滴を大気中に噴霧してそれらがその大気中で浮遊したままになるようにすることが可能である。重合媒体は、一方においては、フォッグ又はミストであってよい。それは、圧縮空気又は他の適当な推進剤によって、大気中に噴霧することができ、ここでカプセルが大気中で形成される。他方、重合媒体は大気の下にある浴であってもよい。液滴が大気中でそれらが浴中に沈殿するような寸法まで凝縮すると、このとき、カプセルは実際には浴中で形成される。
【0038】
製品混合物(都合よくは、粘性栄養素溶液として)は、それを直接にアルカリ性重合溶液中に滴下又は噴霧することによってカプセルを形成するのに使用されることができる。他のプレポリマーを使用する場合には、粘性溶液は、重合が起こるようにpH調整されなければならない。
【0039】
先に記載したように、栄養素製品混合物は、加水分解タンパク質、即ち、その成分であるペプチド及びアミノ酸に少なくとも部分的に分解されたタンパク質を含有することができる。第三の面では、本発明は、かかる加水分解タンパク質の製造法を提供する。より具体的に言えば、本発明のこの第三の面に従えば、タンパク質原料を加水分解して栄養素液体を含む物質を生成し、そしてその物質を処理してすべての望まれない固体粒子から栄養素液体を分離することを含む水生生物用液体飼料の製造法が提供される。
【0040】
タンパク質原料は、任意の魚種、例えば、ニシン、サバ、イワシ、タラ又はセイス(seith)から得られるタンパク質であるのが好ましい。しかしながら、他の高品質タンパク質、例えば、ミルクからのカゼインも、合成タンパク質及びアミノ酸、並びに微生物によって生成されるタンパク質と同様に使用することができる。
【0041】
原料は、天然産酵素及び/又は添加した酵素の使用によって加水分解される。このプロセスは、酸性又はアルカリ性条件下にあってよい。また、酸又はアルカリの単独使用は、タンパク質の加水分解を引き起こすことができるが、しかし酵素と組み合わせて行われるのが好ましい。加水分解は、タンパク質をその構成成分であるアミノ酸及びペプチドに分解する。このとき、消化系統が完全には発達していない水生幼生はその栄養素を利用することができる。
【0042】
ニシン及びニシン副産物を原料として使用する場合には、それは、酸の添加前に粉砕されるのが好ましい。魚中の天然産酵素は、アミノ酸及びペプチドへのタンパク質の分解を助ける。
【0043】
ある期間後、液体栄養素含部分と固体部分とを含む濁った粘性物質が生成される。この物質は、好ましくは遠心分離器を使用することによって2つの部分を分離するために処理される。所望ならば、液体を更に精製するセラミックフィルターを使用して追加的な処理を行うことができる。この方法を使用して、いかなる目に見える固体粒子も含まない透明な栄養素溶液が生成される。この栄養素溶液は、タンパク質、アミノ酸、ペプチド、脂肪、脂肪酸、ミネラル、ビタミン、水及び酸を含有する。
【0044】
先に記載したように、栄養要件を満たすために他の栄養素を添加することができる。
【0045】
この態様で、水生生物用の栄養素に富む液体飼料を生成しそして原料からの望まれない固体粒子を分離することが可能である。液体飼料は、コアにおいて液体飼料を有するカプセルの形成に特に適している。
【0046】
記載したように、本発明の方法は、ある種の製品と単一プレポリマーとの液体混合物の液滴を形成し、次いでその液滴をプレポリマーに対する重合媒体に暴露して液滴の外面を重合させ、これによってその周囲にシェルを形成し、かくして製品の各液滴を被包することを含む。この方法によって、製品を保持するシェルであって、実質上全体的に単一重合体よりなる重合体物質より構成されるシェルからなるカプセルが製造される。しかしながら、本発明は別法も提案し、この方法では先ず、所望の製品を含有しないカプセルが形成され、次いでこれらのカプセルは、製品が各カプセルの壁を通ってカプセル中に拡散するように製品に富む環境中に置かれ、そこで所望の被包製品が提供される。
【0047】
かくして、本発明の第四の面に従えば、ある種の製品を保持する重合体シェルよりなるカプセルを製造するために製品を被包する別法であって、
プレポリマーの液滴をそのプレポリマーに対する重合媒体に暴露して液滴の外面を重合させ、かくしてシェルを形成することによって製品を含有しないシェルを形成し、そして
これらのシェルを製品を含有する環境に暴露し、そして製品をシェルを通してその中に拡散させ、かくして所望のカプセルを形成する、
ことを含む別法が提供される。
【0048】
この態様で、製品の内部コアとその製品を保持する外部重合体シェルとを含むカプセルを製造することが可能である。
【0049】
プレポリマーの液滴を形成しそしてこの液滴を重合媒体に暴露することによりカプセルを生成することによって、製品を含有しないカプセルを形成することができる。もしも生成物不含カプセルを製品に暴露すると、その製品は、カプセル中に拡散させられる。この方法は、製品と生成物不含カプセルのコアとの間の拡散勾配によるものである。この製品は、例えば、魚の幼生用の液体飼料又は薬剤であってよい。
【0050】
この場合には、重合媒体としては、先に記載したように、電磁線、酸、アルカリ、並びにカルシウム、バリウム及び鉄の如き金属のイオンのみならず、反対に帯電したプレポリマーも挙げることができる。
【0051】
アルギン酸塩の前駆物質の形態にある重合媒体を使用することによって、キトサンの前駆物質が重合される。これとは逆に、キトサンの前駆物質の形態にある重合媒体を使用して、アルギン酸塩の前駆物質が重合される。
【0052】
有益には、カプセルは、先に記載したと同様の態様で浴中で又は大気中で形成される。
【0053】
一旦形成されると、本発明のカプセルは乾燥されるのが最も有益である。これはそれ自体で新規で且つ発明的な概念であり、かくして、本発明の第四の面に従えば、液体コアと重合体シェルとよりなるカプセルを乾燥させ、これによってカプセルのシェルの密度を増大させることを含むカプセルの処理法が提供される。増大されるのは、カプセルのシェルの密度である。
【0054】
この態様で、液体コアが重合体シェルから漏出する率を減少させることが可能である。それ故に、この方法は、例えば、海水幼生用の飼料カプセル又は薬剤カプセルを製造する際に多くの利益を有する。
【0055】
液体コアは典型的には75%〜90%の水を含有するが、これに対してシェルの含水量を測定することは技術的に困難である。例えば、真空蒸発器を使用してカプセルを乾燥させると、シェルの含水量を減少させることができ、且つシェルの密度、かくしてカプセルの密度を増大させることができる。
【0056】
本発明の第六の面に従えば、透過性重合体シェルと乾燥分を有する水生生物用の液体飼料コアとを有するカプセルを準備し、そのカプセルを水中環境中に入れ、ここで液体飼料がシェルを経て環境中に漏出し、その漏出が一旦実質上止むとコア材料の乾燥分の少なくとも40%がカプセル中に残留し、そしてカプセルが水生生物によって消費されることからなる方法が提供される。
【0057】
本発明のこの面によって、水生生物にカプセル形態にある液体飼料を給餌することができ、そしてこのカプセルは、液体飼料の漏出が実質上止んだ後でさえも、十分な栄養価値を有する。
【0058】
カプセルは、それらを入れようとする海水の関連する塩分度に適応した密度を有する。これは、海水中で極めて低い沈降速度を持つために、また水生生物に対してある期間の間有効になるために重要である。
【0059】
海水の塩分度は2.0%〜3.5%であり、これは、海水魚種の養殖に対する通常の塩分度である。他の水生生物は、異なる要求を有する場合がある。カプセルの密度は、乾燥すること、又は栄養素、ミネラル及び塩の濃度を変動させることによって調整することができる。
【0060】
栄養素の除放をもたらす外部シェルは、水生生物がカプセルを食べるために液体飼料を利用可能にするのを可能にする。全栄養素を放出するのに必要とされる時間は、カプセルの寸法及びシェルの特性に応じて変動する。例えば、0.22mmのカプセル直径では、タンパク質の乾燥分を50%に減少させるのに丁度5〜10分を要する。もしもカプセル直径が1.7mmであるならば、タンパク質の乾燥分の同様の減少は多くの時間を要する。
【0061】
カプセルは、飼料のpHを4.0未満に下げること、凍結又は乾燥を含めて様々な方法で貯蔵のために保存することができる。飼料中の脂肪が腐敗するのを防止するために、真空包装又は不活性雰囲気包装を使用することができる。加えて、飼料に酸化防止剤を添加することもできる。
【0062】
カプセルを魚の幼生のような生物に給餌すると、栄養素は、エネルギー及び成長のために有効になりそして利用される。
【0063】
本発明を明確に且つ完全に理解するために、一例として以下の実施例及び添付図面を参照されたい。
【実施例】
【0064】
例1.キトサン−加水分解生成物溶液をアルカリ性溶液中に滴下することによって製造されるカプセル
予備段階
新鮮なニシンの副産物を原料として使用した。これらを粉砕し、そして2.0%の塩酸及び0.5%の酢酸を添加した。得られた物質は、3.7のpHを有していた。
【0065】
この物質を撹拌し、そして40℃の温度に加熱して加水分解を最適化した。ニシン中の天然酵素は添加された酸と一緒になって、タンパク質をアミノ酸とペプチドとに分解した。2時間〜5日間で完全加水分解を行うことができた。この物質を90℃の温度に加熱した。トリキャンター遠心分離器によって、固体粒子から液体部分を分離した。この液体は、未溶解タンパク質及び骨の形態の小さな断片や添加された酸と一緒に、水、加水分解タンパク質、及び原料中に自然に含まれるミネラルを含有していた。
【0066】
液体部分を横断流膜セラミックフィルターに圧送して液体を精製した。可視の粒子を含まない透明な淡褐色又は黄色液体生成物(“透過液”と称する)が生成された。この液体は、4.12のpHにある酸性加水分解生成物であった。
【0067】
最終段階A
電磁撹拌機によって撹拌中の50mlの加水分解生成物液体に0.5gの1.0%キトサンプレポリマー溶液(プロノバ・バイオメデカルによって製造販売される「protasan G213」)を加えた。
【0068】
この溶液をピペットによって0.2モルの水酸化ナトリウム溶液(NaOH)の浴中に落下させて重合媒体に暴露した。
【0069】
キトサン及び加水分解生成物を含有する液滴は溶解し、そしてカプセルは全く形成されなかった。このための理由は、液滴の粘度がカプセル形成プロセス中に液滴の形状を保つには低すぎることであった。1%キトサンプレポリマー溶液は低すぎてカプセルを形成することができなかった。
【0070】
最終段階B
第二の実験では、図1を参照して、撹拌中の20mlの加水分解生成物に0.5gの2.5%キトサン塩(protasan G213)溶液を加えてキトサン−加水分解生成物溶液2を形成した。
【0071】
ピペット6によって、溶液2の液滴4を0.2モル水酸化ナトリウム溶液の浴8中に滴下した。
【0072】
直ちに、化学プロセスによって、液滴4の外面にシェル10が形成された。液滴は、実質上全体的にキトサンよりなる固体シェルと液体栄養素のコアとを有するカプセル12に変換された。
【0073】
このカプセルは、0.033gの平均重量及び約1.7mmの直径を有していた。
【0074】
キトサン塩は、液滴溶液の酸性条件において溶解性であった。酸性液滴4とアルカリ性溶液8との間の界面において、キトサンは不溶性であり、そして液滴の周囲に安定な重合体シェル10を形成した。
【0075】
たいていの動物性プランクトンは、キチンを含有するシェルを有する。このプロセスは、それ自体で再現性(copying nature)であった。
【0076】
例2.アルギン酸塩溶液をキトサン−加水分解生成物溶液中に滴下することによって製造されるカプセル
予備段階
図2を参照して、4%のキトサン塩(protasan Cl 213)溶液を取り、そしてそれを50mlの加水分解液にpH3.82で添加することによってキトサン−加水分解生成物溶液22を生成した。得られた溶液22を加熱し撹拌した。
【0077】
1gのアルギン酸塩(protanal RF 6650)を100mlの水中に溶解させ、そして加熱下に撹拌した。pHが6.7の粘性の透明な液体24が形成された。
【0078】
最終段階A
第一の実験では、溶液24の液滴26を溶液22中に滴下すると、溶液24のpHが低すぎるために弱く不安定なカプセルが形成された。
【0079】
最終段階B
第二の実験では、溶液24のpHを12.5に調整した。
【0080】
ピペット28の使用によって液滴26を溶液22中に滴下することによって、溶液24を重合媒体に暴露した。
【0081】
製品を全く含有しない安定で強力なシェル30が直ちに形成された。
【0082】
溶液22へのシェル30の暴露を維持することによって、溶液22のいくらかは、シェルを通ってカプセルのコア32中に拡散した。これは、シェル30のコアを形成した溶液24よりも溶液22のより高い浸透圧によって引き起こされた。溶液22での暴露期間後に、溶液22中に存在したアミノ酸、ペプチド及び他の望ましい水溶性栄養素を含有する栄養素に富むカプセル34が形成された。
【0083】
正に帯電したキトサン塩溶液22及び負に帯電したアルギン酸塩溶液24からの溶液を使用することによってカプセル34を形成すると、安定で良好な重合体複合シェルが形成された。
【0084】
製品を全く含有しないシェルを乾燥状態で7.41%の栄養素を含有する加水分解生成物中に入れそして異なる時間間隔で乾燥分について分析すると、カプセルは、以下の表1に示されるように2〜3時間の暴露後に加水分解生成物で飽和に近かった。
【0085】
【表1】
【0086】
製品を全く含有しないシェルを乾燥状態で18%の栄養素を含有する加水分解生成物中に入れそして異なる時間間隔で乾燥分について分析すると、カプセルは、以下の表2に示されるように4〜5時間の暴露後に飽和に近かった。
【0087】
【表2】
【0088】
例3.アルギン酸塩溶液を加水分解生成物溶液中に滴下することによって製造されるカプセル
図3を参照するに、上記の例2と同様の方法で栄養素に富むカプセルを形成したが、但し、加水分解生成物溶液42にキトサン塩を全く混合しなかった。その加水分解生成物は酸性であり、そして重合媒体を形成した魚骨からのカルシウムの如き金属イオンを少量含有していた。溶液24の液滴26を溶液42に暴露すると、液滴26の外面に重合体の合成物が形成され、かくして加水分解生成物溶液42を全く含有しないシェル44が形成された。
【0089】
例2を参照して記載した拡散法によって、栄養素に富むカプセル46を形成した。
【0090】
例4.化学的フォグの使用によるカプセルの製造
ある種の海水幼生によって要求される極めて小さいカプセルを製造するためには、比較的低い粘度を有するコア液体でカプセルを製造することが必要である。例1における最終段階Aでは、コア液体を浴中に滴下することによって方法を実施しようとする場合に低すぎる粘度を使用する際の問題について記載した。図4を説明すると、浴50は、0.5%アルギン酸塩溶液51を含有していた。浴50は、大気圧にある50Lの容器であった。溶液51は、管路52及びノズル54を経てタンク56に加圧下に圧送された。加えて、浴58は、水溶液60中に1%の塩化カルシウム及び0.6%の酢酸を含有していた。浴58は6バールの空気圧にある60Lの容器であり、そして同様に管路62及びノズル64を介してタンク56に連結されていた。溶液51及び60は、極めて小さいフォグ様の液滴として、管路52及び62並びにノズル54及び64を経てタンク56に強制送りされた。このタンク56は大気圧にある5000Lの容器であり、ここで溶液60の液滴がアルギン酸塩溶液51からの比較的より大きい液滴に出会い、そしてタンク56において重合反応が雰囲気66中で行われた。かくして、溶液51のコアを含むシェルが形成され、そして加水分解生成物溶液の浴68中に落下した。上記の例2を参照して記載した拡散法によって、直径が100ミクロン又はそれ以下の極めて小さい栄養素に富むカプセルが形成された。更に、粘性コア材料の必要性を減少又は排除することによって、プレポリマーの濃度を低下させることができ、そしてより広範囲のプレポリマーを使用することができる。何故ならば、粘性液体を形成することが必須ではないからである。その上、高い粘度では、カプセル形成のための反応時間は遅い。というのは、物質移動速度が低下されるからである。“フォグ(fog)”を使用する方法は、物質移動速度を向上させ、これによってより緻密なシェルを製造するための可能性を向上させる。これは、いくつかの用途に対して飼料として(小さい粒子状の幼生人工飼料を製造する業界では栄養素の漏れが大きな問題であるために)、またいくつかの医療用途に対して最も重要になりうる。加えて、この製造法を使用してカプセルの高収率が得られる。
【0091】
また、図1、2及び3に示されるカプセル製造法は、かかる“フォグ”雰囲気中で実施することもできる。
【0092】
試験結果
栄養素の浸出
図5を説明すると、海洋種用の飼料としてのカプセルの重要な特性は、それらが一旦水中に入れられると海水中への栄養素の浸出速度である。誘引剤として限定された浸出速度がなければならない。しかしながら、もしも浸出速度が高いと、カプセル中に残る水溶性栄養素の量は幼生の要求には低すぎるであろう。これは、乾燥飼料を使用する際の重要な問題である。カプセルシェルの密度は、カプセルを真空乾燥することによって増大させることができ、そしてこれは漏出速度を有意に低下させる。
【0093】
線70は、真空乾燥されていないシェルを有するカプセルから3分にわたるタンパク質の浸出率%を表わす。海水中に時間0で一旦入れると、タンパク質が1分で100%から約20〜30%に極めて急速に漏出され、その後には3分まで有意の変化が全くない。シェルの特性を変えるために真空乾燥する代わりに、10%の特定の脂肪酸DF20−22(オレオン・スカンジナビアASによって製造される)を含む被覆が適用されたカプセルを表わす線72でも同様の急速な漏出が生じる。線74は、10%のステアロール(WWRインターナショナルによって製造される)脂肪酸よりなる被覆を有しそして真空乾燥されたカプセルを表わす。図5は、線70及び72と比較してタンパク質の漏出が有意に減少され、時間0における100%は3分で約70%が残留することを明確に示す。線76は、真空乾燥だけされたカプセルからのタンパク質の漏出を表わす。漏出率は有意に低下され、そして線74の漏出率に接近して追跡して0時間で100%、3分で約60%を有する。これは、線74によって表わされるカプセル上のステアロル被覆によってなされる小さい追加的な寄与を示す。かくして、真空乾燥は、カプセルからの栄養素の漏出率に有意の影響を及ぼす。
【0094】
より長い時間にわたる漏出に関して、表3は、例2に従って製造されたカプセルを海水中に3.5%の塩濃度でそして異なる時間間隔で入れた場合の漏出を示す。これは、海水から11個のカプセルを集め、それらを吸取紙で乾燥して表面水を除去し、そしてそれらをHR73ハロゲン水分分析器で分析することからなる。
【0095】
【表3】
【0096】
表3は、海水中に入れてから75分後、カプセルがなお元の栄養素含量の約50%を含有したことを示す。浸出は、カプセルの表面積対容積比に左右され、かくして、小さい寸法のカプセルほど、より大きいカプセルよりも比較的高い浸出を有していた。
【0097】
カプセルの沈降速度
カプセルは、幼生が長い時間の間食べることができるようにするためにあまりにも速く沈降しないことも重要である。乾燥飼料では沈降速度が速すぎることが共通の問題であり、そしてその飼料は漂泳性の幼生が極めて限られた時間の間食べることができるだけである。
【0098】
120ミクロンのメッシュ寸法を有するナイロンシートで格付けしたカプセルを試験して異なる海水塩分における沈降速度を見い出した。既知密度を有するガラス球体を使用して海水の塩分レベルを制御した。海水及び淡水を異なる量で混合することによってある範囲の塩分濃度を作る。沈降速度を測定するためにカプセルを水柱に入れる。表4は、直径137ミクロンの平均粒度を有するカプセルの沈降速度を示す。
【0099】
【表4】
【0100】
この結果は、飼料を十分な時間の間食べることができるようにするのに適切な沈降速度を示す。3.66%の塩分では、カプセルは、塩水と実質上同じ密度を有し、そして水柱全体に長時間の間広がった。
【0101】
飼育発生率
表5は、50Lの水容量を有する2つの容器の各々に入れた5000匹の生後3日目のタラの幼生に対して09:00−22:00時間で10分毎に自動給餌した場合の飼育発生率の値を示す。各給餌では、各容器に0.33mlの同一の飼料を送出した。1mlの飼料は、23,000個のカプセルを含有していた。1時間の給餌後に容器のうちの1つから12匹の幼生を取り出すことによって、食べられたカプセルの数を顕微鏡下に調べることができた。2時間後、取り出した13匹の幼生を同じ方法で調べることができた。
【0102】
【表5】
【0103】
1〜2時間の給餌後、調べた幼生のすべてはそれぞれ1〜18個の粒子を食べていた。これは、カプセルの受け入れできる美味しさ及び沈降速度を示す。
【0104】
幼生の成長
表6は、51日の期間にわたるタラの幼生(Gadhus morhua)の成長速度を示す。1500匹の幼生の3つの群をそれぞれ、ふ化から4日後に50Lの循環タンク4に入れた。この群のうちの2つは、ふ化後4日目から初期に「Rotifer」を与え、その後にふ化後7日又は14日のどちらかでカプセルを与えた幼生よりなり、そして第三の群はふ化後4日〜21日まで「Rotifer」を与え、その後アルテミア属の甲殻動物(Artemia)を与えた対照群であった。ふ化から26日、43日及び51日後に幼生の試料を取った。この幼生を真空/凍結乾燥機で乾燥し、そして幼生の乾燥重量を量った。
【0105】
【表6】
【0106】
この結果は、幼生の成長がカプセルを与えた幼生では生餌だけを与えた対照群とほぼ同じであることを示す。
【0107】
カプセルの大量生産
カプセルを広範囲の水生幼生用の飼料として使用するために、様々な寸法のカプセルを製造することが可能である。適切なカプセル寸法は、カプセルを与えようとする生物及び種の年齢に左右される。
【0108】
図6を説明すると、様々な寸法のカプセルの大量製造に好適なパイロットプラント80は、管路84を介して高圧ポンプ86の入口に連結されたタンク82を含む。ポンプ86のポンプ圧は、周波数変圧器88で調整することができる。ポンプ86の出口には、ノズル92で止まる管路90が配置される。ノズル92の下側には第二タンク94が配置され、そしてこれは、出口管96及び弁98を介してフィルター102を収容する第三タンク100の上部端に連結されている。タンク94は、撹拌機112を収容している。タンク100の下方端から第二ポンプ106の入口まで出口管104が通じている。ポンプ106に連結された第二周波数変圧器108は、ポンプ106のポンプ容量を調節するように調整されることができる。ポンプ106の出口は、管路110を介してタンク94の上方端に連結される。
【0109】
例2に記載のごとくしてカプセルを製造するためにパイロットプラント80を使用する際には、ポンプ86のポンプ圧は、周波数変圧器88を調整することによって製造しようとする所望のカプセル寸法の適切なレベルに調整される。タンク82に収容されるアルギン酸塩が管路84、ポンプ86及び管路90を介してノズル92に圧送され、そしてノズル92は適切な寸法の液滴を形成する。形成された液滴は、撹拌機112によって撹拌されるキトサン−加水分解生成物溶液116を収容するタンク94中に落下する。溶液116中において、溶液116を全く含有しないシェルが形成される。溶液116を全く含有しないシェルはタンク94の溶液116中に残され、その結果、溶液116はシェル中に拡散することができ、かくしてカプセルが形成され、そしてこれはタンク94の底部に集まる。弁98を開くと、カプセルと溶液116との混合物が管路96に沿って流れてタンク100の上部端に入る。フィルター102によって、カプセルが溶液116から分離される。溶液116は、ポンプ106を使用することによってタンク94に圧送して戻される。
【0110】
プラント80は、異なる寸法のカプセルの効率的な製造を可能にする。
【0111】
パイロットプラント80によって製造されるカプセルの寸法は、次の3つの異なる方法で又はそれらの組み合わせで調整することができる。
1.周波数変圧器88を使用してポンプ86のポンプ圧を調整すること。
2.ノズル92のタイプを変更すること。
3.タンク82においてアルギン酸塩溶液114の粘度を調整すること。
【0112】
顕微鏡下で調べたカプセルは、6.5hzのポンプ86のポンプ周波数で製造されたカプセルでは直径が0.17mm〜0.51mm、そして10.1hzのポンプ86のポンプ周波数で製造したカプセルでは0.22mm〜0.37mmの寸法変動を有していた。
【図面の簡単な説明】
【0113】
【図1】カプセルを製造する方法の第一具体例の流れ図である。
【図2】カプセルを製造する方法の第二具体例の流れ図である。
【図3】第三の具体例の流れ図であって、図2と同様の流れ図である。
【図4】カプセルを製造する方法の第四具体例の流れ図である。
【図5】海水中において経時と共に4種の異なるカプセルからのタンパク質の量出量を示すグラフである。
【図6】カプセルを製造するためのパイロットプラントの流れ図である。
【符号の説明】
【0114】
4、26 液滴
8、22、42 重合媒体
10、30、44 シェル
12、34、46 カプセル
32 コア
Claims (28)
- ある種の製品を保持するシェルであって、実質上全体的に単一重合体よりなる重合体材料より形成されるシェルからなるカプセルを製造するための製品の封入法において、
製品と単一プレポリマーとの液体混合物の液滴を形成し、そして
次いで、この液滴をプレポリマー用の重合媒体に暴露して液滴の外面を重合させ、これによってシェルを形成し、かくして所望のカプセルを形成する、
ことを含む製品の封入法。 - 製品が水生生物用の液体飼料である請求項1記載の方法。
- 液体飼料が水、タンパク質、ペプチド及びアミノ酸を含む請求項2記載の方法。
- 製品が、タンパク質原料を加水分解して栄養素液を生成し、次いでこれからすべての望まれない固体粒子を分離することによって製造される液体飼料である請求項1〜3のいずれか一項記載の方法。
- タンパク質原料が加水分解し粉砕した魚物質である請求項4記載の方法。
- 分離が遠心分離及び/又はろ過によって行われる請求項4又は5記載の方法。
- プレポリマーがキトサン又はアルギン酸塩のどちらかの前駆物質である請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
- プレポリマーが液体混合物の0.2〜10重量%である請求項1〜7のいずれか一項記載の方法。
- 重合媒体が、選択したプレポリマーの電荷とは反対の電荷を有するイオン性又は帯電物質である請求項1〜8のいずれか一項記載の方法。
- プレポリマーがキトサンの前駆物質である場合には、重合媒体はアルカリ性液体であり、これに対してプレポリマーがアルギン酸塩の前駆物質である場合には、重合媒体は酸性液体である請求項9記載の方法。
- 液滴が、液滴混合物を液滴形性用ノズルによって圧送することによって形成される請求項1〜10のいずれか一項記載の方法。
- 圧送が、所望の寸法の液滴を形成するように調整される請求項11記載の方法。
- 重合媒体が液体であり、そして形成した液滴がその液体の浴中に噴霧され又は重力下に落下して暴露が行われる請求項1〜12のいずれか一項記載の方法。
- 製品及び重合媒体の各々が霧様の雰囲気の形態にあり、そしてその2つの雰囲気が混合されて暴露が行われる請求項1〜12のいずれか一項記載の方法。
- 形成したカプセルが分離されそして乾燥される請求項1〜14のいずれか一項記載の方法。
- カプセルが水生生物用の飼料として使用するためのものであり、そして形成したカプセルの直径が、それらの使用が意図される水生生物に依存して0.1mmまで、0.1mm〜0.25mm、又は0.25mm〜1.00mmである請求項1〜15のいずれか一項記載の方法。
- 上に実質上記載した如き請求項1〜16のいずれか一項記載の方法。
- ある種の製品を保持する重合体シェルからなるカプセルを製造するための製品の封入法において、
プレポリマーの液滴をプレポリマー用の重合媒体に暴露して液滴の外面を重合させ、かくしてシェルを形成することによって、製品を含有しないシェルを形成し、そして
これらのシェルを製品を含有する環境に暴露し、そして製品をシェルを通してその中に拡散させ、かくして所望のカプセルを形成する、
ことを含む製品の封入法。 - 製品、プレポリマー、重合媒体、液滴形成及び液滴暴露が請求項1〜17のいずれかに規定される如くである請求項18記載の方法。
- プレポリマーがキトサン又はアルギン酸塩の前駆物質であり、そして重合媒体がアルギン酸塩又はキトサンの前駆物質である請求項18又は19記載の方法。
- シェルが雰囲気中で形成され、そしてシェルを通ってその中に拡散する製品の浴中に沈殿する請求項18〜20のいずれか一項記載の方法。
- シェルが重合媒体と製品との液体混合物の浴中で形成され、そして製品が浴からシェルを通ってその中に拡散する請求項18〜20のいずれか一項記載の方法。
- 上に実質上記載した如き請求項18〜22のいずれか一項記載の方法。
- 請求項1〜23のいずれか一項記載の方法によって製造したカプセル。
- 実質上全体的に単一重合体よりなる重合体材料からなる外部シェルと、製品よりなる内部コアとを含むカプセル。
- タンパク質原料を加水分解して栄養素液体を含む物質を生成し、そしてかかる物質を処理して栄養素液体をすべての望まれない固体粒子から分離することを含む水生生物用の液体飼料の製造法。
- 液体コアと重合体シェルとからなるカプセルを乾燥し、これによってカプセルの密度を増大させることを含むカプセルの処理法。
- 透過性重合体シェルと乾燥分を有する水生生物用の液体飼料のコアとを有するカプセルを準備し、該カプセルを水中環境中に入れ、ここで液体飼料がシェルを介して環境中に漏出し、その漏出が一旦実質上止むとコア材料の乾燥分の少なくとも40%がカプセル中に残留し、そしてカプセルが水生生物によって消費されることからなる方法。
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