KR100395633B1 - 다공성 전분을 내부 매트릭스로한 마이크로캡슐 및 그의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다공성 전분을 내부 매트릭스로한 마이크로캡슐(microencapsulation) 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 다공성 전분을 매트릭스로 이용하고 이것을 콜로이드성의 오일이나 유성물질에 넣고 분산시켜 교반하면 전분과 유성물질은 구형으로 유지되면서 용액상에 존재하다가 pH를 조절하여 젤라틴과 아라비아 검이 서로 반대의 전하를 띄게 하여 코아서베이션을 일으키면 전분을 중심으로 캡슐화가 진행된다. 전기의 캡슐에 포름알데하이드와 글루타알데하이드를 첨가하여 젤라틴의 아미노기와 가교반응시켜 캡슐을 경화시키면 강도가 높은 우수한 캡슐을 제조할 수 있다.

본 발명은 캡슐의 강도를 증가시켜 캡슐의 파괴로 인한 저장물질의 방출을 방지하고, 단위 질량 당 저장공간이 크고, 비용이 저렴하고, 전분은 쉽게 생분해되므로 환경오염이 적을 뿐만 아니라, 또한 인체에 사용하더라도 독성이 없고 부작용이 없다.

Description

다공성 전분을 내부 매트릭스로한 마이크로캡슐 및 그의 제조방법{Microencapsulation Using Porous Dextrin with Matrix Inside and Manufacturing Method the Same}

본 발명은 다공성(多孔性) 전분을 내부 매트릭스로한 마이크로캡슐(microencapsulation) 및 그의 제조방법에 관한 것으로서 다공성 전분의 기공 안에 향수, 의약품 등을 저장한 후 마이크로인캡슐레이션시킨 후 담배필터, 방출속도를 조절할 수 있는 의약품 등에 사용한다.

보다 상세하게는 다공성 전분을 매트릭스로 이용하고 그 매트릭스 외부를 젤라틴과 아라비아 검으로 코아서베이션을 일으켜 코팅함으로써 액상의 오일이나 유성물질을 마이크로 캡슐화한 것이다. 코아서베이션은 친수성 콜로이드(수용액에 녹아 분산될 수 있는 천연 또는 합성고분자)가 용액속에서 pH 변화에 따라 응집되는 현상을 말하는데, 코팅하고자 하는 유성물질과 친수성 콜로이드는 수용액 상태에서 코아서베이션이 일어날 때 자연스럽게 유성물질을 중심으로 응집이 일어나면서 마이크로캡슐이 만들어진다. 친수성 콜로이드로는 젤라틴과 아라비아 검을 사용하였다. 젤라틴은 18개의 아미노산이 펩타이드 결합한 기본골격에 또 다른 아미노산이 측쇄를 이루고 있어 아미노기와 카르복실기를 모두 가지고 있으며 수용액의 pH에 따라 이온화 정도가 달라진다. 도 1을 보면 pH 변화에 따라 전기적으로 플러스 전하, 마이너스 전하 또는 중성을 띠게 됨을 알 수 있다. 반면에 아라비아 검은 아라비노스(L-Arabinose), 람노스(L-Rhamnose), 갈락토스(D-Galactose), 글루크론산(D-Glucuronic acid)로 이루어져있는데 이들 성분은 모두 염기성기가 전혀 없으므로 수용액상태에서 전기적으로 마이너스 전하만을 띠게 된다(도 1 참조). 다공성전분은 내부에 많은 공간들을 갖고 있기 때문에 다공성전분에 유성물질을 함침시키면 전분 안의 공간에는 유성물질이 채워지게 된다. 유성물질이 채워진 전분을 수용액에 분산시키고 앞의 친수성콜로이드와 같이 교반하고 코아서베이션을 일으켜주면 내부에 다공성 매트릭스를 가진 마이크로캡슐이 만들어진다.

종래의 마이크로캡슐화 방법은 내부에 다공성 매트릭스를 사용하지 않고 저장물질을 단순 코팅하는 것이 대부분이었으나 본 발명은 코아서베이션법으로 다공성 전분 매트릭스를 사용하여 코팅함으로써 마이크로인캡슐의 강도를 높이고 저장물질의 방출시간(release time)을 용이하게 조절할 수 있도록 하기 위하여 다공성 전분을 담체(carrier) 및 매트릭스로 사용하고 그것을 다시 코팅한 마이크로 캡슐로서인체에 안전하고 생분해되므로 환경에 무해한 마이크로인캡슐레이션에 관한 것이다.

본 발명은 다공성 전분을 매트릭스로 사용하여 수용성콜로이드를 코아서베이션법으로 코팅하여 피막을 강화시켜 캡슐을 형성시키는 것과, 이 캡슐에 포름알데하이드와 글루타알데하이드를 첨가하여 콜로이드의 아미노기와 가교반응시켜 캡슐을 경화시켜 강도 높은 캡슐을 제조하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 캡슐은 캡슐내부에 유용물질의 저장과 방출을 용이하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 인체에 안전하고 생분해되는 마이크로 캡슐을 제공할 수 있다.

도 1은 젤라틴과 아라비아 검이 수용액상에서 pH 변화를 나타낸 것이다.

도 2는 전분의 SEM 촬영 사진으로 다공성임을 나타낸 것이다.

도 3(a) 및 도 3(b)는 전분을 매트릭스로 하고 젤라틴과 아라비아 검을 피막으로 하여 제조한 마이크로 캡슐의 SEM 촬영 사진이다(도 3(a)는 2000배, 도 3(b)는 3000배 확대사진임)

도 4(a)는 캡슐이든 수용액의 IR그래프이다.

도 4(b)는 캡슐피막을 벗겨낸 후의 IR그래프로서, 콩기름의 IR피크가 나타나므로서 캡슐 내부의 콩기름 존재를 확인해주는 것이다.

도 5(a), 도 5(b) 및 도 5(c)는 완성된 캡슐의 피막을 벗겨서 다공성인 내부를 SEM 촬영한 사진이다.

도 6은 완성된 캡슐을 진공 처리하여 내부의 기름을 제거하고 표면을 상하게 한 뒤 SEM 촬영하여 다공성인 내부를 확인한 사진이다.

도 7은 본 발명에 이용한 실험장치 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

R1 : 반응기 R2 : 냉수저장조

M1 : 혼합 모터 M2 : 서보딘 모터

P1 : 회전 및 배출펌프 P2 : 반응기 냉각수 펌프

본 발명의 다공성 전분을 메트릭스로 하는 마이크로인캡슐은 다공성 전분이 유성용액 중에서 피막제와 함께 코아서베이션에 의하여 형성된 미립구를 경화제로 피막을 강화시킨 것이다.

다공성 전분은 감자전분, 고구마전분, 옥수수전분 중에서 선택된 어느 하나이고, 유성용액은 콩기름, 옥수수기름, 들기름 중에서 선택된 어느 하나이고, 피막제는 젤라틴, 아라비아 검, 메틸비닐에테르/무수말레인산 공중합체, 알부민, 카제인, 알긴산, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌 이민, 에틸렌 말레인산 공중합체, 메틸 비닐에테르 무수말레인산 공중합체, 스티렌 무수말레인산 공중합체 중에서 선택된 어느 하나이며, 경화제는 포름알데히드와 글루타알데히드를 사용한다.

한편 본 발명의 다공성 전분을 내부 매트릭스로한 마이크로인캡슐레이션의 제조방법은 젤라틴에 정제수를 넣고 1∼24시간 동안 수화시켜 40∼60℃로 가열교반하여 용해한 후, pH 8.0∼10.0으로 조절하여 젤라틴 용액을 제조하는 단계와,

전기의 젤라틴 용액에 전분과 콩기름의 혼합용액을 첨가하여 1∼24시간 동안 교반한 후, 40∼60℃로 가열하고 3,000∼6,000rpm으로 30분∼60분간 교반하여 젤라틴 전분 유성용액을 제조하는 단계와,

아라비아 검을 정제수에 넣고 1∼24시간 동안 수화시켜 40∼60℃로 가열교반하여 용해한 후, pH 8.0∼10.0으로 조절하여 아라비아 검 용액을 제조하는 단계와,

메틸비닐에테르에 무수말레인산을 넣고 상온에서 1∼24시간 동안 3,000∼6,000 rpm으로 교반하여 PMVE/MA 용액을 제조하는 단계와,

전기의 pH 8.0∼10.0의 젤라틴 전분 유성용액과 아라비아검 용액을 혼합하여 정제수를 첨가하여 40∼60℃로 3,000∼6,000 rpm으로 교반하면서 4∼6μ크기의 미립구를 제조하는 단계와,

전기의 미립구의 pH를 4.0∼5.0으로 조절하여 코아서베이션을 일으킨 후, 온도를 50℃에서 5℃로 서서히 내려 캡슐의 피막을 이루고 있는 코아서베이트를 30분∼2시간 동안 2,000∼4,000 rpm으로 교반시켜 겔 상태의 캡슐로 만드는 단계와, 전기의 겔 상태의 캡슐을 경화시키기 위하여 포름알데히드를 첨가하여 가교반응시키고 PMVE/MA 용액을 첨가한 후에 글루타알데히드를 첨가하고 2,000∼4,000 rpm으로 교반하면서 pH를 9.0∼11.0으로 조절하여 4∼8℃로 냉각시킨 후 실온에서 10∼24시간 방치하여 캡슐의 경화를 가속화시키는 단계를 포함한다.

상기에서 pH를 4.0∼5.0 으로 조절하기 위하여 초산을 사용하고, pH를 9.0∼11.0으로 조절하기 위하여 NaOH를 사용하며, 전분과 유성용액의 비는 1 : 1 내지 1:2로 한다.

상기에서 언급한 본 발명의 다공성 전분을 내부 매트릭스로한 마이크로인캡슐레이션의 제조방법을 간략히 설명하면 다공성 전분과 유성물질의 혼합에 의한 미립구의 제조, 친수성콜로이드의 코아서베이션에 의한 캡슐화, 전기의 캡슐에 포름알데하이드와 글루타알데하이드를 첨가하여 젤라틴의 아미노기와 가교반응시켜 캡슐을 경화시켜 완전한 캡슐을 제조하는 단계로 구성된다.

＜전분과 콜로이드 물질의 미립구＞

다공성 전분에 유성물질(예 콩기름, 향수, 유산균, 각종의약품 등)을 혼합하여 24시간 정도 함침시키면 전분의 내부 공간으로 유성물질이 차게 된다. 유성물질이 함침된 다공성 전분을 친수성 콜로이드에 의하여 미립구가 된다. 전분은 도 3에서 볼 수 있듯이 매우 다공성이기 때문에 캡슐의 매트릭스로 사용하면 저장공간의 효율성도 유지하면서 캡슐의 강도를 높일 수 있기 때문에 캡슐의 성능을 향상시킬 수 있다.

캡슐의 피막을 형성하는 친수성 콜로이드는 수용액에 녹아 분산될 수 있는 천연 또는 합성 고분자로서 대표적인 천연 친수성 콜로이드로는 젤라틴(gelatin), 알기네이트(alginate), 알부민(Albumin), 카제인(Casein), 아라비아 고무(Gum arabic)등이 있으며 합성 수용성 고분자로는 폴리아크릴산(Polyacrylic acid), 폴리에틸렌 이민(Polyethylene imine), 에틸렌/무수말레인중합체(ethylene/maleic anhydride copolymer), 메틸비닐에테르/무수말레인공중합체(methyl vinyl ether/maleic anhydride copolymer), 스티렌/무수마레인공중합체(styrene/maleicanhydride copolymer)등이 있다. 이들 친수성 콜로이드들은 분자사슬을 따라 몇 개의 이온화 될 수 있는 관능기를 가지고 있으므로 이들이 주위의 물과 이온 교환하여 전하를 띄게 되어 이들을 여러자리 전해질이온(polyelectrolyte)이라고 부르며, 전체적으로 전하에 따라 양전하를 띌 경우 양이온성 여러자리 전해질이온(cationic polyelectrolyte), 음전하를 띌 경우 음이온성 여러자리 전해질이온(anionic polyelectrolyte), 용액의 pH에 따라 양전하 또는 음전하 모두를 가질 수 있는 것을 양쪽성 여러자리 전해질이온(amphoteric polyelectrolyte)이라고 부른다. 본 발명에 사용된 친수성 콜로이드 중 젤라틴은 용액의 pH에 따라 양전하와 음전하 모두를 가질수 있는 양쪽성 여러자리 전해질이온이며 아라비아 검은 용액의 pH에 상관없이 항상 음전하만을 갖는 음이온성 여러자리 전해질이온이다.

젤라틴의 분자구조는 아미노산들이 펩타이드 결합을 한 긴 분자사슬 구조로서 젤라틴에는 18개의 각기 다른 아미노산들로 이루어져 있는데, 여기서 카르복실기와 α-아미노기를 연결하는 결합은 분자의 골격을 형성하고 나머지 아미노산은 측쇄를 형성한다. 이와 같은 측쇄(side chain)는 염기성인 아미노기 혹은 산성인 카르복실기를 가질 수 있다. 이들 중에서 아미노기가 이온화하면 -NH₂가 -NH₃ ⁺로 되면서 양전하를 띠고, 카르복실기가 이온화하면 -COOH가 -COO^-가 되면서 음전하를 띠게 된다. 젤라틴의 전체 전하는 이온화한 아미노기와 카르복실기의 비로 결정된다. 즉 수용액의 pH가 산성이면 아미노기가 카르복실기에 비해서 훨씬 많이 이온화하므로 젤라틴은 양전하를 띠게 되고 수용액의 pH가 알칼리성이면 이온화되는 카르복실기가 더 많아져서 젤라틴분자는 전체적으로 음전하를 가진다. 도 1은 수용액의 pH변화에 따른 젤라틴분자의 전기적 성질을 잘 보여주고 있다. 반면에 아라비아 검은 30.3%의 아리비노스(L-Arabinose), 11.4%의 람노스(L-Rhamnose), 36.8%의 갈락토스(D-Galactose), 13.8%의 글루크로닌산(D-Glucuronic acid)으로 이루어져있는데 이들 성분은 모두 염기성기가 전혀 없으며 카르복실기를 가지고 있어 수용액상태에서 전기적으로 마이너스 전하만을 띠게 된다. 물론 염기성 용액에서는 카르복실기의 이온화가 더 잘되므로 수용액의 pH가 증가하면 아라비아 검은 점차 더 큰 음전하를 띄게 된다(도 1 참조). 이상에서 서술한 젤라틴의 양쪽성 여러자리 전해질이온의 성질과 아라비아 검의 음이온성 여러자리 전해질이온의 성질은 다음의 코아서베이션에서 중요한 역할을 하게 된다.

＜코아서베이션에 의한 캡슐화＞

전기의 다공성 전분에 유성물질(예 콩기름, 향수, 유산균, 각종의약품 등)을 혼합해서 24시간 정도 함침시키면 전분의 내부 공간안으로 유성물질이 차게 된다. 이것을 젤라틴과 아라비아 검이 분산된 콜로이드 용액에 넣고 교반시키면 전분과 유성물질은 구형으로 유지되면서 용액상에 존재하다가 pH를 조절하여 젤라틴과 아라비아 검이 서로 반대의 전하를 띄게 만들어 코아서베이션을 일으키면 전분을 중심으로 캡슐화가 진행된다.

코아서베이션은 콜로이드 계에서의 상분리 현상으로서 콜로이드 물질의 침전이나 응집으로 콜로이드 리치(rich)한 층과 콜로이드 푸어(poor)한 층의 2가지 계로 분리되는 현상을 말한다. 본 발명에서는 젤라틴과 아라비아 검이 pH 4.5 정도에서 서로 반대의 전하를 띠고 응집하게 되는데 이것이 코아서베이션 현상이다. 코아서베이션 현상이 일어나면 친수성 콜로이드가 서로 엉겨붙으면서 캡슐의 피막을 형성하게 된다.

＜마이크로인캡슐레이션＞

상기와 같이 미립구의 피막이 강화된 캡슐이 제조되면 포름알데하이드와 글루타알데하이드를 첨가하여 젤라틴의 아미노기와 가교반응시켜 캡슐을 경화시키면 완전한 캡슐을 제조한다.

이하 본 발명을 다음의 실시예 및 시험예에 의하여 설명하고자 하나 이들이 본 발명의 권리를 한정하는 것은 아니다.

＜실시예＞

본 발명에서 사용한 원료는 젤라틴(Aldrich G-2500 type A: From Porcine Skin [9000-70-8] EEC No 232-554-6을 사용), 아라비아 검(Aldrich Acacia powder [9000-01-5]), 메틸비닐에테르/무수말레인산 공중합체(Methyl Vinyl Ether/Maleic Anhydride Copolymer;Aldrich사), 전분(가공된 다공성 녹말; 삼양제넥스), 오일(콩기름; 제일제당 100%콩기름 식용류), pH를 내리기 위하여 초산과, pH를 올리기 위하여 NaOH를 사용하고, 경화제로는 포름알데히드와 글루타알데히드(Aldrich사)를사용하였다.

본 발명에서 젤라틴과 아라비아 검을 이용한 콤플렉스 코아서베이션(complex coacervation)법으로 마이크로캡슐의 제조는 다음과 같다.

젤라틴 용액은 젤라틴 7.36g을 비커에 담고 증류수 72g을 부은 후, 가열판상에서 온도를 약 50℃로 유지하면서 스핀바(spin bar)로 교반시키면서 녹인다. 이때 건조된 젤라틴에 물을 가하여 온도를 올리는 것보다 젤라틴을 찬물에 수 시간 담가서 충분히 수화시킨 후 온도를 올려 50℃로 녹이는 것이 좋다. pH는 4.0정도의 제라틴 용액에 NaOH를 가해 pH 9.0으로 한다.

젤라틴 용액에 전분 25g과 콩기름 30g을 혼합한 용액을 섞어 하루 정도 교반시켜 준비한 후, 50℃정도로 가열하고 반응기에 넣어 4500rpm으로 30분간 교반한다.

젤라틴 용액과 같이 아라비아 검 4.92g을 물 59.5g에 넣고 제조한 pH 4.5∼5.0정도의 아라비아 검 용액에 NaOH를 가해 pH 9.0으로 한다. 한편 실온에서 하루 정도 녹여 제조한 메틸비닐에테르/무수말레인산(Methyl Vinyl Ether/Maleic Anhydride)용액(각각 2.5wt%씩 첨가한 5wt% 수용액) 10ml를 반응기에 첨가하여 1시간 동안 4,500rpm으로 교반한다. 상기 PMVE/MA용액의 pH는 3.5 정도로서 만약 이 상태로 이 세가지 용액을 혼합하면 코아서베이션이 일어나게 되므로 두 용액을 혼합하기 전에 각각 pH 9.0으로 맞춘다. 이렇게 pH를 9.0으로 맞춘 온도 50℃의 콜로이드 용액들을 오일이 함침된 전분과 함께 반응기 내에 넣어서 4,500rpm 정도로 교반하면 5μ정도의 입자크기를 가진 에멀젼이 만들어진다.

반응기 내의 반응물을 계속 교반하면서 50℃로 데운 적절한 양의 증류수 235ml를 첨가하여 NaOH(10wt%)로 pH 9.0으로 맞추어 반응물의 농도가 코아서베이션이 일어나기 좋은 최적 농도로 맞추어준다.

초산(15wt.%)을 한방울씩 가하여 반응물의 pH를 4.5로 떨어트리면 코아서베이션이 일어나면서 전분은 젤라틴과 아라비아검 그리고 PMVE/MA로 이루어진 코아서베이트로 둘러싸여지게 된다. 이 상태의 코아서베이트는 액체상태로서 온도를 50℃에서 5℃로 서서히 내려 캡슐의 피막을 이루고 있는 코아서베이트를 1시간 30분 동안 3,000 rpm으로 교반시켜시켜 겔 상태로 만든다.

그러나 완전한 캡슐로 만들기 위해서는 다음과 같은 가교반응에 의한 경화과정이 필요한 데, 캡슐벽을 이루고 있는 겔상태의 코아서베이트는 온도가 올라가면 다시 풀리게 되므로 냉각된 상태에서 알데히드와 가교반응을 일으켜야한다. 사용한 알데히드는 포름알데히드와 글루타알데히드이며 젤라틴과의 반응성은 글루타알데히드가 더 격렬하다. 반응성이 약한 포름알데히드를 먼저 첨가하고 반응성이 강한 글루타알데히드를 나중에 첨가하면 가교반응 도중의 마이크로캡슐의 응집을 방지하는데 도움이 된다고 하며 본 발명 또한 이와 같은 결과를 나타냈다. 가교반응은 알데히드의 -CHO와 젤라틴의 -NH₂사이의 반응이며 젤라틴의 아민기는 NaOH를 가하여 -NH₃ ⁺를 -NH₂로 바꾸어 주어야 가능하다. 그러나 이때 캡슐의 코아서베이트가 풀릴 수 있으므로 포름알데히드를 1.34ml 첨가하고 교반하면서 30분 후에 PMVE/MA 10ml를 첨가하고, 30분 후에 글루타알데히드를 3.5ml 첨가하고 3,000 rpm으로 교반하면서30분 후에 10wt.%의 NaOH를 가해 용액의 pH가 10.0이 되도록 한다. 가교반응을 가속화하기 위해서 5℃로 냉각된 반응기의 온도를 자연 방치하여 서서히 실온으로 올려준 후, 14시간 정도 방치해 둔다.

상기와 같은 방법으로 마이크로 캡슐을 제조하여 캡슐 내부의 유성물질 존재 여부와 내부 구조의 다공성 여부를 확인하였던 바, 캡슐의 크기는 8 내지 12 마이크로미터이며 크기는 제조방법에 따라 조절이 가능하였다.

<본 발명의 제조장치>; 도 7 참조

반응기는 스텐레스강으로 된 교반기를 외부에 수(水)쟈켓팅(Water Jacketing)하여 사용하였고, 반응기 뚜껑에서 적당한 구멍을 뚫어서 서보딘(Servodyne) 교반기와 산 및 알칼리 제어 밸브를 부착할 수 있도록 만들었다. 반응기의 직경은 하부가 10.2cm 상부가 10.4cm 인 원통형이며 높이는 15.8cm이다.

교반시스템에서 교반은 막서와 서보딘(3000 rpm)을 동시에 또는 각각 사용할 수 있게 하였다. 보통 모터는 부하가 증가하면 상대적으로 rpm이 감소하게 되지만, 서보딘은 이와는 달리 회전수를 고정시키면 부하가 증가하더라도 rpm이 변하지 않고 일정하게 유지되며 교반 날개에 걸리는 토크가 전압으로 변환되어 나온다. 따라서 교반 중 용액의 점도가 변하여 부하가 바뀌게 되어도 회전수는 일정하게 유지되어 효과적이다. 교반 날개는 직경 5cm를 썼으며 반응기 바닥에서부터의 거리는 1cm이다.

온도조절 시스템은 반응기의 외축에는 수쟈켓이 부착되어 있고 수쟈켓 바깥쪽에 가열테잎을 감은 다음 석면으로 단열하였다. 열전대(IC)를 반응기 내부에 넣고 이를 온도 조절계에 연결하였으며 그림에서와 같이 온도조절계(C1)를 반응기의 가열테잎에 연결하였다. 온도조절계는 ON-OFF 모드로 동작하며 오차로 온도가 과잉으로 올라갈 경우에 대비해서 수쟈켓 내부에 구리판으로 냉각튜브를 만들어 감아 넣고 이 튜브를 냉수 저장조에 연결시킨 후, 그 사이에 펌프(P2)를 설치하고 반응물의 온도를 재는 열전대가 연결된 또 다른 온도 조절계를 이 펌프에 연결하였다. 따라서 온도가 어떤 한도 이상 올라가면 찬물이 반응기의 주위로 흘러서 온도를 다시 영점(set point)까지 내리도록 하였다. 그리고 수쟈켓 내부의 온도 구배를 없애기 위해서 순환 펌프(P1)를 달았으며 이 펌프로 반응이 끝났을 때 수쟈켓 내부의 물을 밖으로 빼어낼 수 있도록 밸브들을 <도 7> 에서와 같이 부착했다.

그리고 온도를 내릴 때는 수쟈켓 내의 뜨거운 물을 밸브(V1)를 잠그고 밸브(V2)를 열어서 펌프(P1)를 통해 뽑아내고 찬물이나 얼음을 수쟈켓에 넣었다. 서서히 온도를 내릴 필요가 있을 때는 냉각수 순환 펌프에 연결된 온도 조절기의 영점을 조금씩 내려주어서 냉각수가 냉각코일을 흐르게 하여 원하는 냉각효율을 얻었다. 그리고 모든 히터에는 가변 저항기를 달아서 가열 속도도 마음대로 조절할 수 있도록 했다.

pH 조절시스템은 콤플렉스 코아서베이션에서의 pH 조절의 중요성을 감안하여 pH 조절 장치를 설계하였다. 특히 젤라틴과 알데히드류의 가교반응은 장시간을 소요하며(전공정의 1/2 ~ 2/3) 가교반응이 일어남에 따라 연속적으로 pH가 떨어지게죄므로 pH 조절기는 필수적이다. pH 조절기는 쉽게 구할 수 있는 온도조절기와 pH 미터 그리고 솔레노이드 밸브를 이용하여 만들었다.

저장조는 초산, NaOH, 증류수, PMVE/MA는 저장조에 저장시켰다가 필요할때 필요한 양을 반응기와 연결된 튜브를 통해 반응기에 공급하였다. 저장조는 600ml pyrex 비커의 밑바닥에 구멍을 뚫어서 관을 연결한 것이며 이 관과 반응기 사이에 반자동 뷰렛을 부착하여 들어가는 양을 정확하게 측정할 수 있도록 하였다. 코아서베이션 단계의 희석 때 사용할 증류수와 초산을 50℃ 까지 데우기 위해 증류수 라인과 초산 라인에 가열테잎을 감고 온도조절기를 달았다. 그리고 증류수 라인의 끝 부분에 솔레노이드 밸브를 달고 온도 조적기를 밸브에 연결시켜서 물이 너무 빨리 가열 영역을 흘러 지나가서 제대로 데워지지 않는 경우에는 밸브가 자동적으로 잠겨서 물이 50℃까지 가열될 수있도록 했다.

기록계(Recorder)는 반응기(R1) 내에 설치한 열전대를 기록계에 연결하여 온도변화를 연속적으로 기록하였다. pH 미터의 출력 전압단자와 서보딘의 출력 전압단자도 역시 기록계에 연결해서 pH의 변화와 점도의 변화를 기록하였다. 기록계(일본 pantos의 6-pen)의 속도(chart speed)는 15cm/hr로 조정하였다.

한편 도면부호 중 R2는 냉수 저장조, M1은 혼합 모터, M2는 서보딘 모터, H1은 반응기 히터, H2는 희석수 히터, H3는 아틱(Arctic), P1은 회전 및 배출 펌프, P2는 반응기 냉각수 펌프, E는 pH 측정 전극, I1은 pH 미터, I2는 서보딘 콘트롤 박스, C1은 반응기 히터(H1) 콘트롤러, C2는 반응기 냉각수 펌프(P2) 콘트롤러, C3는 NaOH pH 콘트롤러, C4는 초산 pH 콘트롤러, C5는 반응기 콘트롤러, C6은 희석수히터(H2) 콘트롤러, C7은 솔레노이드 밸브(SV3) 콘트롤러, SV1은 초산 조절 솔레노이드 밸브, SV2는 NaOH 조절 솔레노이드 밸브, SV3는 희석수 조절 솔레노이드 밸브, V1은 회전관 밸브, V2는 배출관 밸브, V3는 NaOH 저장조 밸브, V4는 초산 저장조 밸브를 나타낸다.

＜시험예 1＞; 유성물질의 확인

본 발명에 사용한 유성물질은 콩기름으로서 콩기름의 IR사진과 캡슐의 IR사진 피막을 벗겨낸 캡슐의 IR사진이 각각 도 4(a) 및 도 4(b)이다. 도 4 (a)에서는 콩기름의 특징적인 IR 캐릭터가 나타나지 않지만 도 4(b)에서 피막을 벗겨낸 IR사진에 서는 콩기름의 특징적인 캐릭터가 나타나고 있다. 또한 제조한 마이크로 캡슐의 피막을 톨루엔을 사용하여 벗겨내면 기름이 새어 나오는 것이 확인되었다.

＜시험예 2＞; 캡슐 내부의 다공성 여부

캡슐의 내부를 확인하기 위해 경화과정을 거치지 않은 캡슐이 담긴 수용액을 NaOH수용액(10%)을 첨가하여 pH12로 올려주면 캡슐의 피막을 형성하고 있던 젤라틴과 아라비아 검의 결합이 풀러지면서 캡슐의 내부 모습이 드러나게 된다. 이를 SEM 촬영한 사진이 도 5(a), 도 5(b), 도 5(c)로서 캡슐의 내부가 다공성임을 알 수 있고 완성된 캡슐을 고진공을 걸어주어 표면을 상하게 한 후 SEM 촬영한 사진이 도 6으로서 내부의 다공성 구조가 확인할 수 있었다. 또한 캡슐의 크기는 8에서 12 마이크로미터이며 크기는 제조방법에 따라 조절이 가능하였다.

본 발명의 다공성 전분을 메트릭스로 사용한 캡슐은 첫째; 캡슐의 강도를 증가시켜 캡슐의 변형으로 인한 캡슐의 파괴와 내부 저장물질의 방출을 막을 수 있고 제조공정이 간단하다. 둘째; 다공성 전분은 단위 질량 당 저장공간이 매우 크므로 캡슐의 저장 효율을 크게 떨어뜨리지 않는다. 셋째; 다공성 전분은 값이 싸므로 제조비용이 적으므로 마이크로 캡슐에 응용할 경우 큰 경제적 이익을 얻을 수 있다. 넷째; 전분은 쉽게 생분해되고 무독성이므로 환경오염의 문제가 없으며 전분을 이용한 캡슐은 체내에 흡수되더라도 안전하다.

Claims (8)

1. 다공성 전분이 유성용액 중에서 피막제와 함께 코아서베이션에 의하여 형성된 미립구를 경화제로 피막을 강화시킨 다공성 전분을 메트릭스로 하는 마이크로인캡슐
2. 제 1항에 있어서, 다공성 전분은 감자전분, 고구마전분, 옥수수전분 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다공성 전분을 메트릭스로 하는 마이크로인캡슐
3. 제 1항에 있어서, 유성용액은 콩기름, 옥수수기름, 들기름 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다공성 전분을 메트릭스로 하는 마이크로인캡슐
4. 제 1항에 있어서, 피막제는 젤라틴, 아라비아 검, 메틸비닐에테르/무수말레인산 공중합체, 알부민, 카제인, 알긴산, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌 이민, 에틸렌 말레인산 공중합체, 메틸 비닐에테르 무수말레인산 공중합체, 스티렌 무수말레인산 공중합체 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다공성 전분을 메트릭스로 하는 마이크로인캡슐
5. 제 1항에 있어서, 경화제는 포름알데히드와 글루타알데히드를 사용하는 것을특징으로 하는 다공성 전분을 메트릭스로 하는 마이크로인캡슐
6. 젤라틴에 정제수를 넣고 1∼24시간 동안 수화시켜 40∼60℃로 가열교반하여 용해한 후, pH 8.0∼10.0으로 조절하여 젤라틴 용액을 제조하는 단계와,

   전기의 젤라틴 용액에 전분과 콩기름의 혼합용액을 첨가하여 1∼24시간 동안 교반한 후, 40∼60℃로 가열하고 3,000∼6,000rpm으로 30분∼60분간 교반하여 젤라틴 전분 유성용액을 제조하는 단계와,

   아라비아 검을 정제수에 넣고 1∼24시간 동안 수화시켜 40∼60℃로 가열교반하여 용해한 후, pH 8.0∼10.0으로 조절하여 아라비아 검 용액을 제조하는 단계와,

   메틸비닐에테르에 무수말레인산을 넣고 상온에서 1∼24시간 동안 3,000∼6,000 rpm으로 교반하여 PMVE/MA 용액을 제조하는 단계와,

   전기의 pH 8.0∼10.0의 젤라틴 전분 유성용액과 아라비아검 용액을 혼합하여 정제수를 첨가하여 40∼60℃로 3,000∼6,000 rpm으로 교반하면서 4∼6μ크기의 미립구를 제조하는 단계와,

   전기의 미립구의 pH를 4.0∼5.0으로 조절하여 코아서베이션을 일으킨 후, 온도를 50℃에서 5℃로 서서히 내려 캡슐의 피막을 이루고 있는 코아서베이트를 30분∼2시간 동안 2,000∼4,000 rpm으로 교반시켜 겔 상태의 캡슐로 만드는 단계와, 전기의 겔 상태의 캡슐을 경화시키기 위하여 포름알데히드를 첨가하여 가교반응시키고 PMVE/MA 용액을 첨가한 후에 글루타알데히드를 첨가하고 2,000∼4,000 rpm으로 교반하면서 pH를 9.0∼11.0으로 조절하여 4∼8℃로 냉각시킨 후 실온에서10∼24시간 방치하여 캡슐의 경화를 가속화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 전분을 내부 매트릭스로한 마이크로인캡슐레이션의 제조방법
7. 제 6항에 있어서, pH를 4.0∼5.0 으로 조절하기 위하여 초산을 사용하고, pH를 9.0∼11.0으로 조절하기 위하여 NaOH를 사용하는 것을 특징으로 하는 다공성 전분을 메트릭스로 하는 마이크로인캡슐의 제조방법
8. 제 6항에 있어서, 전분과 유성용액의 비는 1 : 1 내지 1:2 인 것을 특징으로 하는 다공성전분을 메트릭스로 하는 마이크로인캡슐의 제조방법