KR960002613B1 - 고형분의 함량이 높은 마이크로캡슐 용액의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

고형분의 함량이 높은 마이크로캡슐 용액의 제조방법

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 마이크로캡슐 용액의 제조방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 젤라틴과 음이온성 고분자를 수용액중에서 코아세르베이션(Coacervation)시켜 수용액중에 분산되어 있는 소수성(액체 또는 고체) 입자를 보호하거나 또는 그 중에 포함된 유효성분이 외부로 서서히 방출되도록 하는 고형분의 함량이 높은 마이크로캡슐용액의 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 마이크로캡슐의 제조방법으로는 일본 특공소 제61-126016호에 기재되어 있다. 상기 특허에 기재된 마이크로캡슐용액의 제조방법은 젤라틴과 음이온성 고분자의 콤플렉스 코아세르베이션을 이용하는 방법으로서 희석되어서 농도가 낮은 젤라틴 수용액과 소수성 액체를 혼합하고 음이온성 고분자 수용액을 첨가한 후에 산성수용액으로 용액의 pH를 젤라틴의 등전점 이하, 바람직하게는 4.5근처로 맞춤으로써 콤플렉스 코아세르베이션이 일어나도록 한 것으로써 최종적으로 생성된 마이크로캡슐 수용액중에 고형분의 함량이 낮기 때문에 고형분함량을 높이기 위해서는 여과 및 건조등의 공정을 추가하여야 하는데 이때 공정추가에 따른 불필요한 장치와 에너지가 많이 사용되는 단점이 있었다. 예를들면, 상기 방법으로 제조된 다가불포화지방산의 마이크로캡슐용액은 고형분함량이 11∼12%밖에 되지 않아서 건조된 마이크로캡슐을 얻기 위해서는 여과 및 건조공정을 거쳐야 하는데, 이 과정에서 상당한 에너지와 공정비용이 소요될 뿐만 아니라 경우에 따라서는 이러한 건조과정중에 마이크로캡슐 입자들이 서로 엉겨붙거나 외벽에 손상을 입어 내부에 있는 유효성분의 안정성이 떨어지거나 급속히 방출되는 결점이 있었다.

또 다른 예로써 감압복사지 제조용 마이크로캡슐 수용액중에 고형분함량은 20% 이상이 되는 것이 경제적으로 유리한데 고형분함량이 낮을 경우, 마이크로캡슐을 종이위에 도포시에 건조용 에너지가 추가로 많이 들고 또한 캡슐의 밀도가 낮아져 감압복사지의 효율이 떨어지는 문제가 있었다.

또한 미합중국 특허 제2,800,457호에서는 등전점이 8∼9인 젤라틴 수용액과 아라비아검등의 음이온성 수용액을 이용하여 콤플레스 코아세르베이션으로 마이크로캡슐을 제조하는 방법이 오래전부터 알려져 왔었다.

상기 특허에 기재된 마이크로캡슐을 제조하는 공정은 우선 젤라틴, 아라비아검등의 두종류 이상의 친수성 콜로이드와 소수성액을 강하게 교반하여 에멀젼을 제조하는 유화단계, 이들을 물로 희석하고 아세트산등의 산성용액으로 pH를 젤라틴의 등전점 이하로 낮추어 코아세르베이트가 소수성 입자표면에 부착되어 마이크로캡슐의 피막을 이루게 하는 코아세르베이션단계, 그리고 이 수용액을 냉각시켜 마이크로캡슐 피막을 겔화시킨 후 경화제로써 포름알데히드, 클루타르알데하이드, 글루코노델타락톤등을 가하여 캡슐피막을 경화시키는 경화단계등의 일련의 3단계로 이루어진다.

이때 음이온성 수용액 제조에 사용되는 고분자로는 아라비아검, 한천, 알지네트, 카라기난 및 카르복시메칠 셀룰로오스 또는 메틸비닐에테르-말레산 무수물 공중합체등의 고분자가 있으며 마이크로캡슐의 코아물질(내용물질)로써 사용될 수 있는 것으로는 다가불포화 지방산을 비롯한 지방산류, 경화유, 식물성 식용유 및 어유, 우지 및 돈지등의 동물유외에 석유, 휘발유, 유기용제또는 페닐유도체등이 있다.

종래의 방법들은 젤라틴 수용액과 음이온성 고분자 수용액을 제조하고 소수성 액체와 혼합, 유화단계를 거친후 물로 희석을 하거나 또는 초기에 젤라틴 수용액 제조시 다량의 물을 첨가하게 되는데 그 이유는 고형분함량이 높은 고분자 수용액과 소수성 액체와의 유화액은 코아세르베이션이 일어날 수 있는 영역에 있지 않아서 pH를 젤라틴의 등전점 이하로 낮추어도 콤플렉스 코아세르베이션이 일어나지 않아 마이크로캡슐이 생성되지 않기 때문이다. 따라서, 물로 희석하는 과정을 통하여 용액계를 고형분함량에 비해 수분의 비율이 높은 코아세르베이션영역으로 이동시킨 다음 pH를 조절하여 코아세르베이션이 일어나게 한 것으로서 이러한 방법에 의해 제조된 마이크로캡슐용액은 희석단계에서 상당량의 물이 첨가되기 때문에 최종적으로 생성된 용액중 고형분의 함량이 낮아지게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 완성된 것으로서, 종래의 다량으로 첨가되는 물의 양을 크게 줄임으로서 고형분함량을 높여 마이크로캡슐이 포함된 수용액을 최종제품으로 직접 사용할 수 있도록 하거나 또는 건조시 이를 여과 및 건조하는데에 소요되는 장치와 에너지를 절약하도록 하는 고형분의 함량이 높은 마이크로캡슐용액의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 피막물질로 젤라틴 수용액과 음이온성 수용액을 미리 각각 제조하고 pH를 4.0∼5.0로 각각 조절한 후 이들 고형분함량이 높은 수용액을 pH 4.0∼5.0로 조정된 코어물질(내용물질)과 물의 혼합액에 교반하면서 동시에 첨가함으로써 추가의 희석단계를 거치지 않고 콤플렉스 코아세르베이션을 일으키는 고형분함량이 높은 마이크로캡슐용액의 제조방법인 것이다.

본 발명에서 사용된 용어 "고형분"이라 함은 유효성분인 내용물질을 함유하고 있는 마이크로캡슐을 말한다. 또한 "내용물질"이라 함은 마이크로캡슐의 내부에 존재하는 지방산류, 식용유, 어류, 동물류, 석유, 유기용매 및 인도메타신과 같은 성분을 말한다.

이하, 본 발명의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제조방법에 의하면 피막물질로서 고형분함량이 높은 젤라틴용액과 음이온성 고분자 수용액을 각각 제조한다. 이때 상기 젤라틴 수용액중의 젤라틴 농도는 3∼30중량%, 바람직하게는 10∼20중량%를 사용하며, 30중량%를 초과하면 젤라틴이 수용액중에 용해되지 않아 본 발명의 목적에 적합한 마이크로캡슐이 생성되지 않는 현상이 나타난다. 또한 상기 음이온성 고분자 수용액중의 고분자 농도는 1.5∼40중량%가 바람직한데, 40중량%를 초과하면 음이온성 고분자가 수용액중에 용해되지 않을 뿐만 아니라 마이크로캡슐이 서로 엉겨붙는 문제점이 있다.

각기 제조된 상기 수용액의 pH를 젤라틴의 등전점 이하, 바람직하게는 pH 4.5 부근으로 조정하고, 이들 용액을 각 고분자용액의 pH와 같게 조정된 물과 소수성 액체의 혼합액에 1.0∼5.0㎖/분의 속도로 천천히 첨가하면서 교반시키면 콤플렉스 코아세르베이션이 일어나게 된다. 상기 pH의 조절은 아세트산이 바람직한데 이에 한정되는 것이 아니다. 또한, 상기 고분자용액의 첨가속도는 본 발명의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 변경가능하다.

즉, pH가 젤라틴의 등전점 이하로 조정되어 있는 젤라틴 수용액과 음이온성 고분자 수용액이 물과 소수성 입자 혼합액에 첨가, 혼합되는 순간에는 전체적으로 볼때 첨가된 소량의 고분자용액에 대해 상대적으로 많은 물이 존재하게 되기 때문에 코아세르베이션영역에 존재하게 되고 따라서 콤플렉스 코아세르베이션에 의한 마이크로캡슐이 생성되게 된다.

일단 생성된 마이크로캡슐은 수용액과 분리되어 존재하게 되며 따라서 뒤이어서 첨가되는 고분자 수용액들에 대해서도 상대적으로 많은 물이 존재하게 되어 첨가된 고분자들은 항상 코아세르베이션영역에 있게 되기 때문에 마이크로캡슐이 형성된다. 이와같이 계속적으로 소량씩 천천히 첨가되는 젤라틴 수용액과 음이온성 수용액은 전술한 것과 같은 방식에 의해서 연속적으로 마이크로캡슐이 형성되며 형성된 마이크로캡슐은 일본 특공소 제61-126016호에 의해 제조된 것과 비교하여 유효성분에 대한 피복물질의 비율은 비슷하나 100g 단위 마이크로캡슐용액당 더 많은 마이크로캡슐을 함유하게 된다. 즉, 최종적으로 얻어진 마이크로캡슐용액은 높은 고형분함량을 갖게 되어서 앞서도 설명한 바와같이 여러가지 잇점들을 갖게 된다.

본 발명에 의한 코아세르베이션과정중 젤라틴의 농도는 3∼30중량%로 사용하는 것이 바람직한데, 이는 젤라틴이 용해되어서 음이온성 고분자와 반응하여 목적에 적합한 마이크로캡슐을 생성시킬 수 있기 때문이다. 또한 음이온성 고분자의 농도는 고분자 종류에 따라 1.5∼40%인 고농도의 고분자 수용액을 사용하며, 상기 농도가 40%를 초과하면 전량이 수용액중에 용해가 어려울 뿐만 아니라 마이크로캡슐 피막이 두꺼워져 최종적으로 생성된 마이크로캡슐의 코아함량이 낮아지는 현상이 나타난다.

본 발명에 의한 마이크로캡슐을 제조할때 코아(캡슐내부)물질의 구체적인 예로는 EPA(Eicosapentaenoic Acid), DHA(Docosahexaenoic Acid)등의 지방산류, 어유, 동·식물성유, 향료, 색소, 지용성 비타민류, 소수성 유기용매 및 인도메타신과 같은 소수성 고체입자등을 사용할 수 있으며 이들 예가 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

상기 피막물질의 구체적인 예로는 젤라틴과 음이온성 고분자인 알긴산나트리움, 폴리인산염, 카라기난류, 카르복시메틸셀룰로오스, 전분, 한천 또는 아라비아검을 사용할 수 있으며 이들 예가 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

결론적으로 본 발명은 젤라틴과 음이온성 고분자로 마이크로캡슐을 제조하는 경우에 반응액계를 미리 코아세르베이션영역에 있게 함으로써 희석등에 필요한 물의 양을 최소한으로 사용하여 마이크로캡슐용액의 고형분함량을 20% 이상으로 높이는 것이다.

또한, 고형분의 함량이 높은 마이크로캡슐 수용액을 건조하여 분리된 마이크로캡슐을 얻고자 할때 캡슐의 파괴와 응집현상을 막고 건조수율을 좋게 하기 위해 케리어로써 말토덱스트린등의 덱스트린, 아라비아검등의 검류 및 락토오스 또는 섬유소를 마이크로캡슐용액에 대해 1∼50% 사용하거나, 상기 코어물질이 향료인 경우 건조효율을 높이고 향의 손실을 억제하기 위한 케리어로써 사이크로덱스트린을 마이크로캡슐용액에 대해 1∼50% 사용할 수 있다.

전술한 바와같이 코아세르베이션이 일어난 후의 마이크로캡슐은 필요에 따라서 캡슐피막의 겔화, 경화가 공성 조절등을 위한 추가공정을 거치게 되는데 이때의 상세한 조건은 이미 알려진 조건 및 기술들은 그대로 적용할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

산처리한 돈피 젤라틴(등전점 8∼9 300, 블룸(Bloom)) 54g을 50℃ 증류수 350g에 녹인 용액과 알긴산나트륨 6g을 50℃의 증류수 300g에 녹인 용액을 각각 4% 아세트산으로 pH를 4.5로 조정한다. 또 다른 용기에 4% 아세트산으로 pH를 4.5로 조정한 증류수 1.5㎏과 EPA-DHA 에틸에스테르 700g의 혼합액을 유적의 크기가 200∼300㎛가 될때까지 교반하면서 젤라틴용액과 알긴산나트리움용액을 동시에 2.8㎖/분의 속도로 서서히 첨가한다. 충분히 교반을 시킨 후 반응용기의 외측을 냉각시켜서 용액의 온도가 5℃가 되게 한다.

여기에 20% 글로코노델타락톤용액을 15g 첨가한 후 실온(25℃)으로 온도를 올려 6시간정도 계속 교반을 해주면 마이크로캡슐의 용액이 얻어진다. 이때의 고형분함량은 26%정도로써 건조상태의 마이크로캡슐을 얻기 위하여서는 다음과 같은 탈수공정을 거친다. 피마자유 250g과 에탄올 130g을 혼합하고 10℃로 냉각한 용액을 1000rpm으로 교반하면서 여기에 마이크로캡슐용액을 서서히 첨가한 후 이 용액을 다시 1㎏의 무수에탄올 10℃ 용액에 격렬하게 교반하면서 서서히 첨가한다. 약 10분간 계속 교반한 후 이 용액을 10℃ 이하에서 원심분리하고 침전된 마이크로캡슐을 200㎖ 에탄올로 씻어낸다.

이와같은 조작을 2회 반복한 후 탈수된 캡슐에 100g의 트리칼슘 포스페이트와 잘 혼합한 후 30℃ 진공상태에서 완전건조시킨 후 캡슐을 분리한다.

[실시예 2]

산처리 돈피 젤라틴(등전점 8.7, 225 블룸) 45g를 50℃의 증류수 350g에 녹이고 9% 아세트산으로 pH를 4.3로 조정하고, 다른 용기에 아라비아검 45g을 45℃ 증류수 119g에 녹인 다음 9% 아세트산으로 pH를 4.3으로 조정한 용액을 준비한다. 9% 아세트산으로 pH를 4.3으로 조정된 증류수 1.5㎏과 EPA-DHA 에칠에스터의 혼합액 600g을 교반하면서 젤라틴용액과 아라비아검용액을 2.5㎖/분의 속도로 동시에 소량씩 첨가한 후 충분히 교반하고 용액의 온도를 5℃ 이하로 냉각시킨다. 생성된 마이크로캡슐 외벽을 경화시키기 위하여 50% 클루타르 알데하이드용액을 11.3g 가하고 10% 수산화나트륨용액을 첨가하여 용액의 pH를 10.0정도로 올린 다음 서서히 실온으로 온도를 올린다. 식용의 목적으로 마이크로캡슐을 사용할 경우에는 경화제로 글루타르 알데하이드 대신에 글루코노델타락톤을 사용한다. 이때의 고형분함량은 25%정도로써 150℃에서 분무건조를 실시하여 건조된 마이크로캡슐을 얻을 수 있다.

[실시예 3]

산처리한 돈피 젤라틴(등전점 8∼9,175 블룸) 45g을 45℃의 증류수 350g에 녹이고 pH를 4.4로 조정한 후 다른 용기에 폴리인산염 10% 용액 50g을 준비한다. 증류수 1.5㎏에 대두유 500g을 첨가하고 pH를 4.4로 조정한 후 교반하면서 젤라틴용액과 폴리인산염용액을 1.5㎖/분의 속도로 서서히 동시에 첨가한 후 용액의 온도를 10℃ 이하로 냉각시킨다. 생성된 마이크로캡슐의 경화제로써 20% 글루코노델타락톤 15g을 첨가한후 계속 교반하면서 실온으로 올려 7시간정도 계속 반응을 시킨 후 경화를 완료시킨다. 이때의 고형분함량은 22%정도로써 실시예 1에 기술한 탈수방법이나 분무건조를 실시하여 건조된 마이크로캡슐을 얻는다.

[실시예 4]

산처리한 돈피 젤라틴(등전점 8∼9,60 블룸) 45g을 45℃의 증류수 400g에 녹이고 14% 아세트산용액으로 pH를 4.5 부근으로 조정한 후 pH 4.5로 조정된 3% 카파-카라기난 수용액 100g을 준비한다. 또 증류수 1.5㎏을 14% 아세트산으로 pH 4.5 부근으로 조정된 증류수 1.5㎏과 참기름 500g의 혼합액을 기름입자 크기가 300㎛가 될때까지 교반시킨다.

다음으로 교반되고 있는 용액에 미리 제조된 젤라틴과 카라기난용액을 동시에 2.0㎖/분의 속도로 서서히 첨가하고 고분자 수용액의 첨가가 완료된 후 용액의 온도를 5℃로 냉각시켜 마이크로캡슐을 생성시킨 후 30% 글루코노델타락톤 10g을 서서히 첨가하여 캡슐의 피막을 경화시킨다. 이때 생성된 마이크로캡슐 수용액의 고형분함량은 21%정도로써 60 블룸의 젤라틴을 사용할 경우에는 300 블룸의 젤라틴을 사용했을 경우보다 피막의 강도가 약한 마이크로캡슐이 생성된다.

[실시예 5]

산처리한 돈피 젤라틴(등전점 8∼9,300 블룸) 45g을 45℃의 증류수 350g에 녹인 후 10% 아세트산용액으로 pH 4.4 부근으로 조정한다. 그리고 다른 용기에 알긴산나트리움 3g과 아라비아검 20g을 증류수 200g에 녹이고 10% 아세트산으로 pH를 4.4로 조정한 후 pH 4.4로 미리 조정한 증류수 1.5㎏과 생강향유 600g을 pH 4.4로 조정하고 혼합교반되는 상기 용액에 젤라틴용액과 알긴산나트리움과 아라비아검 혼합용액을 동시에 서서히 첨가하면서 교반하고 반응액의 온도를 5℃ 이하로 냉각시킨다. 생성된 마이크로캡슐을 경화시키기 위해 식용경화제로써 30% 글루코노델타락톤용액을 10g을 첨가하거나 또는 15% 탄닌용액 45g을 첨가한 후 서서히 실온으로 올려서 7시간정도 계속 교반한 후 경화반응이 완결되면 피막이 경화되어 향유의 보존성이 우수한 마이크로캡슐이 얻어진다. 이때 고형분함량은 24%정도이다.

[실시예 6]

산처리한 돈피 젤라틴(등전점 8∼9,175 블룸) 90g을 50℃의 증류수 350g에 녹인 용액과 알긴산나트륨 10g을 50℃ 증류수 300g에 용해시킨 용액을 4% 초산용액으로 pH 4.3으로 조정한다. 다른 용기에는 증류수 2.5㎏과 리놀렌산 1200g의 혼합액을 준비하고 pH를 4.3으로 조정한 후 교반하면서 젤라틴용액과 알긴산나트리움용액을 2.0㎖/분의 속도로 서서히 첨가한다. 충분히 교반을 시킨 후 용액의 온도를 10℃로 낮추고 여기에 경화제로써 20% 글루코노델타락톤용액을 15g을 첨가한 후 계속 교반해주면 마이크로캡슐용액이 얻어지는데 생성된 마이크로캡슐용액중의 고형분함량은 29%이었다. 추가로 건조된 마이크로캡슐을 얻기 위해서는 실시예 1과 2에 기재된 건조방법을 통해서 얻을 수 있다.

[비교실시예]

일본 특공소 제61-126016호에 의한 마이크로캡슐 제조방법은 다음과 같다. 증류수 4.7㎏에 젤라틴 45g을 넣어 45℃로 가열하여 용해시킨 젤라틴 수용액을 조제한다. 그리고 코어물질로 EPA 25%, DHA 16%, 비타민 E 2g을 함유하고 있는 어유 500g을 첨가하여 평균입경이 300㎛가 되도록 교반한 후 pH 4 부근으로 조정하고 음이온성 수용액으로 알긴산나트리움 5g을 첨가하여 콤플레스 코아세르베이션을 시킨다. 이 용액을 냉각하여 10℃가 되면 글루코노델타락톤 20% 수용액을 15g을 첨가하여 경화시키고 생성된 마이크로캡슐을 물로 충분히 세정한 후 고착방지제로 탄산칼륨을 이용하여 분리건조한다. 이상의 방법은 젤라틴 수용액의 고형분함량을 초기에 0.1% 이하로 매우 낮게하여 그후에 첨가되는 음이온성 수용액과 혼합, 교반될때 물의 비율이 높기 때문에 코아세르베이션이 일어나는 영역에 있게 한 것으로서 제조된 마이크로캡슐용액은 고형분함량이 12%정도로써 분리건조시 상당량의 물을 제거하기 위해 여과공정을 거치는등 불필요한 공정과 에너지가 소비된다.

전술한 바와같이 본 발명에 의한 마이크로캡슐 제조방법은 콤플렉스 코아세르베이션을 일으킬때 제조공정에 있어서 다량으로 첨가되는 물의 양을 줄임으로써 최종적으로 얻어진 마이크로캡슐용액중의 고형분함량을 비교실시예의 경우 12%인 것을 20% 이상으로 증가시켜 최종제품으로 이를 직접 사용할 수 있도록 하거나 또는 이를 여과 및 건조하는데에 소요되는 재료와 에너지를 절약할 수 있기 때문에 마이크로캡슐의 분리, 건조시에 파괴 및 응집현상이 적은 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

1. 마이크로캡슐용액의 제조방법에 있어서, 피막물질로 3∼30중량%의 젤라틴 수용액과 1.5∼40중량%의 음이온성 수용액을 미리 각각 제조하고 pH를 4.0∼5.0로 각각 조절하여 고형분함량이 높은 수용액 제조한 후, 코아물질과 물의 혼합액을 pH 4.0∼5.0으로 조정된 코아세르베이션영역에서 유적의 크기가 200∼300㎛로 유지되도록 교반함과 동시에, 상기 고형분함량이 높은 수용액을 1.0∼5.0㎖/분의 속도로 첨가하여 희석단계를 거치지 않고 콤플렉스 코아세르베이션을 일으킴을 특징으로 하는 고형분함량이 높은 마이크로 캡슐용액의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 코아물질이 EPA, DHA등의 지방산류, 어유, 동·식물성유, 향료, 색소, 지용성 비타민류, 소수성 유기용매 및 인도메타신과 같은 소수성 고체입자로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고형분함량이 높은 마이크로캡슐용액의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 피막물질이 젤라틴과 음이온성 고분자인 알긴산나트리움, 폴리인산염, 카리기난류, 카르복시메틸셀룰로오스, 전분, 한천 또는 아라비아검중에서 하나가 선택됨을 특징으로 하는 고형분함량이 높은 마이크로캡슐용액의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 코아세르베이션과정중 젤라틴의 농도가 3∼20중량%임을 특징으로 하는 고형분함량이 높은 마이크로캡슐용액의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 코아세르베이션과정중 음이온성 고분자의 농도가 1.5∼40중량%임을 특징으로 하는 고형분함량이 높은 마이크로캡슐용액의 제조방법.