【발명의 명칭】

화학적 금속염을 포함하지 않는 식물성 연질캡슐조성물.

【기술분야】

본 발명은 화학적 금속염을 포함하지 않는 식물성 연질캡슐조성물에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 고가의 식물성 겔화제인 이오타카리기난의 함량을 6 중량 % 미만으로 소량만 포함함으로써 나트륨염이나 칼륨염과 같은 화학적 금속염을 사용하지 않고도 캡슐의 붕해문제가 없고 가열없이 압력만으로 연질캡슐을 접착할 수 있는 식물성 연질캡슐조성물에 관한 것이다.

【배경기술】

일반적인 연질캡술 (soft Gelat in capsule)의 제조 방법은 일정량의 젤라틴， 글리세린， 물을 흔합 후 70~80 ^° C로 가열 용해시켜 피막용액을 조제한다. 피막용액의 특징은 약 35°C 미만의 온도에서 반고체상태의 겔형태의 필름을 형성한다. 연질캡슐 성형기에 부착된 스프레더박스 (Spreader box)는 피막용액을 캐스팅드럼 (Cast ing Drum)에 흘려주며， 캐스팅드럼이 회전함으로써 얇은 막의 피막이 형성하게 된다. 이때 캐스팅드럼의 온도는 15 ^° C이하로 피막용액이 캐스팅드럼에 닫는 즉시 신속히 탄성이 있는 필름 (리본)이 형성된다. 형성된 리본은 성형기의 이송를러를 통과하여 다이롤 (Die Rol l ) 및 웨찌 (Wedge, 열전달장치) 통과하게 된다. 연질캡슐 성형기는 양쪽에 캐스팅드럼과 스프레더박스가 설치되어 있어서 양쪽에서 만들어진 각각의 리본이 겹쳐져서 두개의 다이를 사이를 지나가게 되고, 다이를 통과시점에서 웨찌를 통해 리본이 35~45 ^° C의 열을 받아 끈적이는 성질이 발생하여 이 원리를 이용하여 다이를에 만들어진 금형 (Pocket )에 의해 연질캡슐이 접착되게 된다. 연질캡슐이 접착되기 직전 웨찌를 통과한 일정량의 내용물이 하단이 봉합된 연질캡슐에 인젝션 ( Inject ioin)되고， 즉시 상단이 봉합되어 연질캡술의 성형이 완성되게 된다.

일반적인 연질캡슐에 사용되는 젤라틴은 대부분 소의 가죽 (Catt le Hide)이나 소의 뼈 (Catt le Bone) , 돼지의 껍질 (Pig skin)등을 가공하여 제조한다. 젤라틴을 일정량의 물에 용해시킬 경우 그 용액은 온도의 변화에 따라 Thermoreversible 특성을 가진다. 젤라틴 수용액의 Thermoreversible 특성이란 높은 온도에서는 점성의 액상 콜로이드 형태 (Sol )로 존재하고， 낮은 온도에서는 반고체 형태 (Gel )로 변화되는 것을 의미한다. 젤라틴은 이러한 특성을 가지고 있기 때문에 대부분의 일반적인 연질캡슐에 이용되고 있다.

최근 광우병， 구제역 같은 소나 돼지의 질병으로 인해 동물성 원료에 대한 사회적인 인식이 나빠져서 식물성 소재에 대한 연구가 계속적으로 이루어 지고 있다. 또한， 젤라틴의 경우 그 가공과정이 혐오적이고 비위생적인 부분이 많아서 언론에 자주 보도되고 있다. 젤라틴은 콜라겐을 가수분해하여 얻어지며 아미노산이 Pept ide bond로 연결되어 선형 또는 복잡한 가지 형태로 얽혀 있는 구조를 가지고 있다. 이러한 특징으로 인해， 젤라틴으로 제조한 연질캡슐의 경우 캡슐내용물에 함유된 알데하이드， 탄닌， 리모넨과 같은 성분에 의해 분자간에 Net work를 형성하여 붕해가 지연되고， 내용물의 pH가 높은 경우 캡슐피막이 딱딱해져서 깨지는 현상이 발생하며， 내용물의 pH가 1.2 이하로 낮을 경우 피막이 가수분해되어 누액 (내용물 누수현상)이 발생하는 문제가 있다. 이러한 연유로 수십년 전부터 동물성 단백질인 젤라틴을 사용하지 않고 천연에서 유래한 탄수화물 소재로 연질캡술을 제조하는 연구가 이루어져 왔다.

종래 동물성 연질캡슐 재료인 젤라틴의 단점을 극복하고 이를 대체하기 위하여 식물성 연질캡슐 재료로서 각종 검류, 전분류 및 카라기난 등이 개발되었다. 이중에서 카라기난은 이오타-， 카파- 및 람다- 카라기난으로 분류되며， 특히 이오타카라기난의 경우， 젤 (gel ) 네트워크를 형성하기 위해서는 칼슘이온 (Ca ²⁺⁾ 이 필요하고， 20 ^° C에서 붕해되기 위해서는 나트륨 이온 (Na ⁺ )이 필요하다고 알려져 왔다 (WJ Rei l ly, 2002, Garrageenan) .

국제출원번호 PCT/US2000/018420 [개질전분 및 이오타 ( Iota)카라기난을 포함하는 필름 형성 조성물 및 그것을 이용한 연질캡술의 제조방법]는 필름형성제로 개질전분과 이오타카라기난을 사용하는 것을 특징으로 하며， 완층제로 나트륨염 또는 칼륨염을 사용했고， 필름의 접착온도가 25~80 ^° C 이며， 습윤필름은 접착온도보다 4~20 ^° C 높은 융점을 갖는 것을 특징으로 한다. 개질전분 대비 이오타카라기난의 배합량이 많아 점도가 높고 상대적으로 고가인 카라기난의 양이 많기 때문에 비용이 많이 소요된다. 피막 용액을 제조하기 위해

75 ^° C 이상의 온도로 가열하며, 제조된 습윤필름의 융점이 65 ^° C이상이기 때문에 실제적으로 접착은도는 45 ^° C이상이 된다. 이런 경우 인젝션 웨찌 ( Inj ect ion wedge)에 가열을 해야 하기 때문에 웨찌를 지나는 내용물은 열에 의한 영향을 받게 된다.

출원번호 10-2009-7020170 [비동물유래 소프트 캡슐 외피 그리고 이것을 가진 소프트 ¾슐]은 람다카라기난을 함유하는 것을 특징으로 하며， 나트륨염을 포함하며， 접착 (봉합)온도는 30~40도 이다.

출원번호 10-2011-0036823 [붕해도 및 피막경도를 개선한 비동물성 연질캡슐 피막조성물]은 산화방지제와 붕해보조제를 첨가하여 전분의 노화를 억제시켜 붕해 안정성 및 경도 증가를 억제시키는 것을 특징으로 하며， 완층제로써 유기산금속염， 제 2인산나트륨 중 선택하여 사용했으며， 카라기난의 특성에 대해서는 언급이 없다.

출원번호 10-2012-7015423 [연질캡슐용 막 형성 조성물]은 특정온도에서 특정점도를 갖는 산분해된 납질종 옥수수전분 (산분해된 찰옥수수전분)을 사용하는 것을 특징으로 하며， 카라기난의 특성에 대해서는 언급이 없다.

대부분의 식물성 연질캡슐에는 완층제로써 금속염을 사용하며， 대부분 나트륨염 형태를 사용한다. 건강을 위해 섭취하는 의약품 또는 건강기능식품 연질 ¾슐이 나트륨을 함유하고 있는 것은 국민 건강 증진에 도움을 주진 못한다. 또한, 접착온도가 접착 (봉합) 온도가 매우 높아서 연질캡슐에 층전되는 내용물이 열에 의한 변성을 가져올 수 있다. 고가의 카라기난의 사용 비율이 변성전분의 비율보다 많아질수록 제품의 원가가 상승되므로 그 사용량을 줄이는 것이 바람직하다. 또한， 식물유래 연질캡술이라고 마케팅적으로 접근하기 위해서는 염류나 완층제 같은 화학적 합성품을 사용하는 것은 바람직하지 못하다.

이에, 본 발명자들은 상기 종래기술들의 문제점들을 극복하기 위하여 예의 연구노력한 결과， 이오타카라기난의 양을 적게 사용할 경우, 연질캡슐의 제조 비용을 낮추고， 인체에 좋지 않은 영향을 주는 나트륨 (염)을 사용하지 않으며， 접착 (봉합)온도가 낮아 내용물의 열변성을 주지 않는 비동물유래 연질캡슐을 제조할 수 있음을 확인하고， 본 발명을 완성하였다.

【발명의 상세한 설명】

【기술적 과제】

따라서， 본 발명의 목적은 비동물 유래 연질캡슐 제조시 필름형성을 위한 변성전분과 겔화를 위한 소량의 고순도 카라기난을 사용함으로써 나트륨염이나 칼륨염과 같은 금속염을 사용하지 않고도 캡슐의 붕해문제가 없고, 가열없이 압력만으로 연질캡슐을 접착 할 수 있으며, 종래보다 카라기난의 사용량이 적어서 경제적으로도 우수한 식물성 연질캡술조성물을 제공하는데 있다.

【기술적 해결방법】

본 발명의 한 양태에 따르면， 본 발명은 변성전분과 이오타 -카라기난을 포함하는 연질캡술용 습윤 필름 조성물에 있어서, 변성전분 대 이오타- 카라기난의 중량비가 4.1 : 1 내지 6.5: 1이고, 화학적 금 ^' 속염인 완층제를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 연질캡슐용 습윤 필름 조성물을 제공한다.

종래 이오타 -카라기난을 포함하는 연질캡슐 습윤 필름조성물 (한국특허 10- 0541722)은 변성전분 대 이오타—카라기난의 중량비가 1.5: 1 내지 4.0: 1이고, 화학적 금속염인 완층제를 포함하고 있는데 비하여, 본원발명의 연질캡슐용 습윤 필름 조성물은 변성전분 대 이오타 -카라기난의 중량비가 4.1 : 1 내지 6.5 : 1이고， 화학적 금속염인 완충제를 포함하지 않는 것을 특.징으로 한다. 본 발명의 실험예에 따르면， 화학적 금속염인 완충제를 포함하지 않는 경우 변성전분 대 이오타 -카라기난의 중량비가 변성전분 대 이오타 -카라기난의 중량비가 4.0: 1 이하에서는 붕해시간이 20분을 초과하였으나， 본 발명에 따라 고가의 이오타- 카리기난의 함량을 줄여 변성전분 대 이오타 -카라기난의 중량비를 4.1 : 1 이상으로 한 경우 화학적 금속염인 완충제를 포함하지 않고도 붕해시간을 20분 이내로 줄일 수 있었다.

본 발명에 있어서， 상기 변성전분은 이오타 -카라기난과 함께 연질 캡슐을 형성할 수 있는 종래 알려진 어떤 변성전분도 될 수 있으며， 바람직하게는 히드록시프로필화 옥수수 전분 또는 히드록시프로필화타피오카 전분인 것을 특징으로 하는 연질 ¾슐용 습윤 필름 조성물을 제공한다.

본 발명에 있어서， 상기 이오타 -카라기난은 종래 알려진 어떤 평균분자량 범위의 이오타 -카라기난도 사용될 수 있으며， 바람직하게는 평균분자량이 40만〜 60만 DT인 것을 특징으로 하는 연질캡슐용 습윤 필름 조성물을 제공한다. 본 발명의 실시예에서 사용된 이오타 -카라기난을 GPC 크로마토그래피로 분석한 결과 평균분자량이 약 49만 DT이고， 분자량 50 , 000DT이하의 저분자 형태가 15% 미만이고 분자량 50 ,000 DT초과의 고분자 형태가 85%이상이었다.

본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 이오타 -카라기난은 상기 습윤 필름 조성물의 총 중량에 대하여 4~5.9 중량 % 농도로 함유되는 것을 특징으로 하는 연질캡슐용 습윤 필름 조성물을 제공한다.

종래 이오타 -카라기난을 포함하는 연질캡슐 습윤 필름조성물 (한국특허 10- 0541722)은 이오타—카라기난을 조성물의 6~12 중량 ¾>로 포함하고 있는데 비하여, 본원발명의 연질캡슐용 습윤 필름 조성물은 이오타 -카라기난을 조성물의 4~5.9 중량 ¾>로 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 실험예에 따르면， 화학적 금속염인 완층제를 포함하지 않는 경우 이오타 -카라기난의 함량이 6 중량 % 이상에서는 붕해시간이 20분을 초과하였으나, 본 발명에 따라 고가의 이오타- 카리기난의 함량을 줄여 이오타 -카라기난의 함량을 5.9 중량 % 이하로 한 경우 화학적 금속염인 완층제를 포함하지 않고도 붕해시간을 20분 이내로 줄일 수 있었다. 또한， 본 발명의 실험예에 따르면， 이오타 -카라기난의 함량을 4%이상으로 한 경우 수용액에서 겔화가 양호하게 되는 것을 확인하였다.

본 발명에 있어서， 상기 화학적 금속염은 나트륨염 또는 칼륨염인 것을 특징으로 하는 연질 ¾슐용 습윤 필름 조성물을 제공한다. 종래에는 이오타카라기난의 경우, 젤 (gel ) 네트워크를 형성하기 위해서는 칼슴이온 (Ca ²⁺⁾ 이 필요하고, 20 ^° C에서 붕해되기 위해서는 나트륨 이온 (Na ⁺ )이 필요하다고 알려져 왔다 (WJ Rei l ly, 2002 , Garrageenan) . 그러나, 본 발명에서는 처음으로 고가의 이오타카라기난의 함량을 줄인 경우 오히려 나트륨염 또는 칼륨염과 같은 화학적 금속염이 없이도 겔화가 양호하게 일어나며 붕해시간을 20분 이내로 단축시킬 수 있음을 최초로 발견하였다.

본 발명에 있어서， 상기 화학적 금속염을 사용하지 않고도 캡슐의 붕해시간이 37 ^° C에서 20분 이내인 것을 특징으로 하는 연질캡슐용 습윤 필름 조성물을 제공한다. 본 발명의 실시예에서는 고가의 이오타카라기난의 함량을 줄인 경우 오히려 나트륨염 또는 칼륨염과 같은 화학적 금속염이 없이도 캡슐의 붕해시간을 37 ^° C에서 20분 이내로 단축시킬 수 있음을 증명하였다. 붕해시간이란 정제， 캡슐과 같은 고형 (固形) 제제가 시험용액 중에서 소실되거나 규정된 입자 상태 이하로 분산되는 시간， 즉 정제나 캡술을 섭취했을 때 위장에서 녹거나 분산되는 시간을 규정한 것으로 식품의약품안전처에서 고시한 대한약전 및 건강기능식품 공전에서 규정하고 있으며， 캡슐의 경우 37 ^° C 정제수에서 20분 이내에 붕해되어야 한다.

본 발명에 있어서， 상기 연질캡슐의 접착시 웨찌의 가열 없이 실온에서 압력만으로 접착할 수 있는 것을 특징으로 하는 연질 ¾슐용 습윤 필름 조성물을 제공한다. 본 발명의 실시예에서는. 붕해시간 단축을 위해 화학적 금속염을 사용하였을 경우 연집캡슐의 접착을 위한 웨찌 온도를 50도 이상 가열을 필요로 하였으나， 본 발명에 따라 고가의 이오타카라기난의 함량을 줄인 경우 오히려 웨찌의 가열 없이 실온 (25도 이하)에서 압력만으로 접착할 수 있다는 것을 증명하였다. 상기 접착시 웨찌의 압력은 200 kPa 내지 500 kPa 범위이다.

본 발명에 있어서， 바람직하게는 상기 습윤 필름 조성물의 총 중량에 대하여 24.2~26 중량 %의 변성전분， 4~5.9 중량 %의 이오타 카라기난， 15~25중량 %의 가소제， 및 45~55 중량 %의 정제수를 포함하는 것을 특징으로 하는 연질캡슐용 습윤 필름 조성물을 제공한다. 본 발명의 습윤 필름 조성물은 필요에 따라 일반적인 연질캡슐에 사용되는 보존제， 착색제 등을 더 포함할 수 있다. 본 발명에 있어서， 상기 가소제는 종래 연질캡슐에 사용되는 어떤 가소제도 사용될 수 있으나， 바람직하게는 글리세린， 으소르비를， 당알콜류， 및 폴리올류로 구성된 군에서 선택된 1종 이상 인 것을 특징으로 하는 연질캡슐용 습윤 필름 조성물을 제공한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면， 본 발명은 변성전분과 이오타- 카라기난을 포함하는 연질캡슐용 건조 필름 조성물에 있어서， 변성전분 대 이오타 -카라기난의 중량비가 4. 1 : 1 내지 6.5 : 1이고， 화학적 금속염인 완층제를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 연질캡슐용 건조 필름 조성물을 제공한다. 본 발명에 있어서， 바람직하게는 상기 건조 필름 조성물의 총 중량에 대하여 48.4~52 중량 %의 변성전분， 8~11.8 중량 %의 이오타 카라기난， 및 30~50 중량>의 가소제를 포함하는 것을 특징으로 하는 연질캡슐용 건조 필름 조성물을 제공한다. 본 발명의 건조 필름 조성물은 필요에 따라 일반적인 연질캡슐에 사용되는 보존제， 착색제 등을 더 포함할 수 있다.

본 명세서에서， "연질캡슐용 습윤 필름 조성물" 이란 연질캡슐， 특히 로타리 다이 캡슐화 장치를 이용하여 제조되는 연질캡슐의 제조를 위해 필름 원료를 흔합하여 녹여서 캐스팅 드럼상에 공급되는 습윤상태의 필름 조성물을 의미하며， "연질캡슐용 건조 필름 조성물" 이란 상기 습윤 필름 조성물이 로타리 다이를 거치면서 층전캡술을 형성한후 건조공정을 거쳐 최종적으로 나오는 건조상태의 필름 조성물을 의미한다. 상기 건조공정을 거치면서 습윤 필름 조성물에서의 물이 제거되어， 아래 표 1과 같이 조성물 중 성분 함량이 두 배로 된다.

【표 1】

이하， 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

본 발명의 목적은 전분 및 카라기난과 같은 식물유래 성분을 이용하여 연질캡슐을 제조할 수 있어야 한다.

위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 우선 필름형성 가능한 식물유래 폴리머를 선정해야 한다. 이를 위해 각종의 곡류， 서류， 셀를로오스 및 그의 가공품 (변성처리, 분해 등)의 특성을 조사하여 필름형성에 효과적인 원료를 선택하였다.

대부분의 비 가공원료 (전분류， 셀를로오스류 등)는 필름형성이 되지 않거나 물리적으로 매우 약한 필름이 형성됨을 확인하였다. 가공 전분류들이 필름형성을 쉽게 하였고 ^' 특히， 옥수수유래 변성전분이 용해시 점도가 높고 필름형성이 양호하다는 것을 발견하였다. 이에 본 발명자는 연질캡슐 제조시 기본적 속성인 thermoreversi ble 특성이 있는 겔화제를 접목시키는 연구를 계속하였다.

카라기난은 식물에서 추출된 폴리머로써 젤라틴과 유사한 thermoreversible 특성이 있는 것으로 알려져 있다. 필름 형성에 효과가 있는 카라기난의 종류와 필름형성에 문제가 없고 붕해에 문제가 없는 적절한 배합량을 설정하였다.

전분 (Starch)은 사람의 에너지원으로 이용되는데， 곡물， 옥수수， 감자, 고구마 등에 함유되어 있다. 전분의 구조는 아밀로오스 (amylose)와 아밀로펙틴 (amylopect in)으로 나눌 수 있는데， 일반적으로 곡물유래 전분은 15-30% 정도의 아밀로오스와 70~85¾> 정도의 아밀로펙틴으로 이루어져 있으나， 참쌀이나 찰옥수수의 경우 아밀로펙틴이 대부분이다.

전분에 뜨거운 물을붓거나 물에 현탁하여 가열하면 전분 입자는 팽창하여 점성이 강한 액체, 즉 풀상태가 된다. 이 현상을 호화라 하는데， 녹말의 종류에 따라 대체로 일정한 온도범위에서 볼 수 있다. 아밀로오스는 포도당 분자가 선형으로 결합되어 있어서 물에 현탁하여 가온하면 쉬게 호화가 되고， 호화 후 건조시 필름을 형성하게 된다.

변성전분은 전분을 가수분해하거나 산화분해 처리를 한 것을 그 반웅의 과정에서 고분자의 분해와 분해물의 재중합하여 제조한다. 일반적인 변성전분은 산변성전분， 산화전분， 전분유도체， 알파화전분， 에테르 (Ether )전분， 에스테르 (Ester )전분， 가용성전분， 가교전분， 그라프트전분 등으로 분류한다. 이들 변성전분 중 에테르전분은 pH에 대한 안정성이 강하고 호화가 용이하며 필름형성능력이 양호하다. 특히， 히드록시프로필기를 에테르결합시킨 히드록시프로필전분류는 호화개시 농도가 낮고 비이온성이며, 노화 안정성이 뛰어나며， 강하고 탄력있는 필름을 형성 할 수 있어서 비동물유래 연질캡슐의 필름 형성제로 사용되고 있다.

여러 곡물에서 유래된 전분의 히드록시프로필화 변성전분을 조사한 결과 아밀로오스와 아밀로펙틴의 구성이 적절한 옥수수유래 변성전분을 연질캡슐의 피막형성제로 선정하였다. 히드록시프로필옥수수전분은 전분 가공업체에서 쉽게 구입하여 사용 할 수 있다.

연질캡슐의 공정 중에 성형을 위한 습윤 필름을 제조하기 위해서는 피막 용해액이 낮은 온도에서 겔화가 되어야 하므로 반드시 Thermoreversible 특성을 가지고 있어야 한다. 식물성 소재 중 Thermoreversible 특성이 있는 물질로는 카라기난이 유일한 것으로 알려져 있다. 카라기난은 Eucheuma cottonii , Eucheuma spinosura, Chondrus crispus와 같은 붉은 해조류를 물이나 알칼리로 추출하여 제조한다. 카라기난은 구조적인 특성에 따라 이오타 (Iota)카라기난, 카파 (Kappa)카라기난， 람다 (Lambda)카라기난으로 구분이 되며， 가공하는 해조류의 종류에 따라 이 세가지 카라기난의 구성이 달라진다. 카라기난의 구조적특성은 Galactose 당분자 (Sugar unit)에 Sulfate의 Ester 결합정도와 3，6_ anhydroga lactose의 조성비율로 구분되어 진다. 이오타카라기난은 3¾의 Sulfate ester와 30%의 3,6— anhydroga lactose로 구성되고， 카파카라기난은 25%의 Sulfate ester와 34%의 3,6_anhydrogalactose로 구성되며, 람다카라기난은 35%의 Sulfate ester만 있으며 3,6-anhydrogalactose는 포함되어 있지 않다. 이러한 조성적인 특성으로 인하여 각각의 카라기난은 물리화학적인 특성이 다르다.

카파카라기난은 칼륨이온 (K ⁺ )이 존재 할 경우 수용액상에서 Thermoreversible gel을 형성 할 수 있고， 이오타카라기난은 수용액상에서 Thermoreversible gel을 형성 할 수 있고 칼륨이온 (K ⁺ ) 또는 칼슘이온 (Ca ⁺⁺ )이 존재 할 경우 탄성이나 강도가 높은 겔을 형성 할 수 있다. 람다카라기난의 경우 Thermoreversible gel을 형성 할 수 없다. 카파카라기난의 경우 딱딱하고 깨지기 쉬운 Gel을 형성하고， 이오타카라기난의 경우 투명하고 탄성이 있는 Gel을 형성하는 것이 특징이다. 이들 이오타카라기난과 카파카라기난으로 형성된 Gel은 70 ^" C 이상에서 물에 용해되는 성질이 있기 때문에 반드시 나트륨을 함유하고 있는 염 (Salt)을 투입해야 한다. 나트륨염을 투입 할 경우 카라기난을 함유하는 피막 조제물은 2(rc에서 물에 용해되는 성질을 갖게 된다.

이오타카라기난을 사용한 Gel은 우수한 투명성과 탄성이 있기 때문에 비동물유래 (Gelatin Free) 연질캠슐에 가장 적합한 물성을 가진 카라기난이라고 할 수 있다. [Gelatine Handbook , Theory and Industrial Practice - Reinhard Schrieber, Herbert Gareis저, 2007년， 3. Practical Aspects, 3.1.1.2 Carrageenans; Handbook of Pharmaceutical Excipients, Fourth Edition, Raymond C Rowe공저， 2003년 , Carrageenan]

카라기난은 해조류의 종류, 추출방법에 따라 이오타카라기난， 카파카라기난， 람다카라기난이 흔합된 형태로 제조된다. 최근 들어 분리정제기술이 발전되어 특정한 카라기난의 순도를 높인 제품들이 판매되고 있다. 이오타카라기난의 경우도 순도에 따라 겔화물성이 다르며， 또한 분자량의 분포에 따라 겔화 특성이 달라진다. 본 발명가들은 표준화된 이오타카라기난， 비표준화 이오타카라기난， 고순도 이오타 카라기난의 겔화물성을 테스트 한 결과 고순도 이오타카라기난이 적은 농도에서 탄탄한 겔을 형성 할 수 있는 것을 확인하였다. 일반적인 이오타카라기난은 평균 분자량은 100， 000-10， 000 ,000DT 정도로 매우 광범위하나, 본 발명에서 사용하는 이오타카라기난은 유케마 스피노숨 (Eucheuma spinosum) 또는 콘드러스 크리스퍼스 (Chondrus crispus)'로 부터 추출한 것으로 평균분자량이 400,000DT~ 600.000DT 이며， 50,00C)DT 미만인 저분자 형태가 15% 미만이며， 50,000DT 이상인 고분자 형태가 85%이상 인 것을 사용한다. 또한， 본 발명의 이오타카라기난은 순도가 100%이며， 점도나 젤리 강도를 조절을 위한 당류 (설탕， 포도당， 말토덱스트린， 유당)나 금속염 (칼슘， 나트륨)등이 포함되지 않은 순수한 이오타카라기난이다. 본 발명의 이오타카라기난의 분자량 분포를 확인 하기 위하여 국제공인시험기관인 한국고분자시험연구소 (Korea polymer testing & research institute)에 위탁하여 확인하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 사용된 이오타카라기난분자량분석 차트이다. 상기 분석 차트에 따르면 평균분자량 (Mw) 은 489,265 DT 임을 확인 할수 있다. 상기 실험결과， 각분자량별 분포를 확인 할수 있으며 분자량 50,000 DT 이하가 15%미만인 것을 확인 할수 있었다.

본 발명의 실시예에서는, 겔화를 위한 이오타카라기난의 양을 설정하기 위해 농도별로 용해시킨 후 점도와 겔화 상태를 확인 한 결과 4%이상의 수용액에서 겔화가 되는 것을 확인 하였다. 4% 미만에서는 15°C이하로 넁각하여도 Sol 상태로 그대로유지되어 끈적이고 유동성있는 액체로 존재하므로 겔화시켜 습윤필름을 제조 할 수 없는 농도이다. 반면에 10% 이상의 수용액은 점도가 매우 높아 (80 ^° C 10 , 000cp 이상) 연질캡슐 제조 공정에서 과도하게 가열을 해야 하며， 피막용해공정， 이송 및 필름형성을 위한 스프레딩 (Spreading) 과정이 매우 어렵기 때문에 바람직하지 않은 농도이다.

연질캡슐 제조 후 캡슐이 물에 용해되는 성질， 즉 붕해에 대한 영향을 확인 하기 위해 농도별로 이오타카라기난 겔의 붕해시간을 확인 한 결과， 농도가 증가 할수록 용해 시간이 증가하는 것을 확인하였다. 또한， 일정 농도의 이오타카라기난과 변성전분으로 습윤피막을 제조 후 건조시켜 붕해 양상을 확인 한 결과 카라기난을 6% 이상 배합 할 경우 붕해기준 (37 ^° C , 20분 이내)을 만족시키지 못하는 것을 확인 하였다. 또한， 나트륨염 (제이인산나트륨)을 첨가 할 경우 붕해시간이 단축되고， 반면에 칼륨염 (염화칼륨)을 첨가 할 경우 붕해시간이 지연되는 것을 확인 하였다. 이는 앞서 문헌의 내용과 같이 이오타카라기난의 경우 나트륨염 형태 이외에는 찬물에 잘 용해되지 않는 다는 것이 입증된 것이다. 또한， 일반적으로 식물성연질캡슐에 완충을 위해 사용되고 있는 나트륨염이 붕해를 위한 보조제로 사용된 것임을 확인 하였다. 일부 특허에서는 칼륨염도 완층용으로 사용 할 수 있다고 언급하고 있으나 이는 붕해지연 문제를 발생시키기 때문에 바람직하지 않다.

이오타카라기난의 농도별 겔형성 특성과 붕해에 대한 영향올 시험한 결 4 필름용해액의 6¾미만, 바람직하게는 4.0%~5.9%에서 필름형성이 되고， 나트륨염이 없어도 붕해 문제가 없는 것을 확인 하였다.

이오타카라기난의 배합량과 연질캡술 봉합 온도에 대한 관계를 확인 하기 위해 농도별로 필름용액을 조제하여 웨찌에 가열하는 온도 (접착온도)를 확인 한 결과 6% 미만의 농도로 제조된 습윤 필름은 열을 가하지 않아도 성형 다이 (금형)의 압력 만으로 접착이 가능한 것을 확인 하였다. 이는 변성전분의 일부 끈적이는 특성이 있기 때문에 카라기난 겔의 영향 없이 접착이 가능한 것이다. 대부분의 식물유래 연질캡술의 경우 카라기난의 배합량이 많아서 습윤필름의 융점이 높아지기 때문에 접착 웨찌의 온도를 높게 설정해야 한다. 이 경우 캡술 내용물이 웨찌를 통과하여 캡슐로 충전 ( Inj ect ion)되고, 일부 내용물은 다시 내용물탱크로 리턴되어 계속적으로 내용물이 열을 받게 된다. 일반적으로 내용물이 열을 받을 경우, 열에 민감한 성분 1·포닌， 일부 수용성비타민 등)들은 함량 저하를 일으 킬 수 있다. 또한， 밀납이나 PEG 계열의 현탁화제로 제조된 내용물의 경우 층분리가 발생되어 캡슐 층전 후 바람직하지 않은 성상이 나타날 수 있다. 또한， 열을 가하지 않기 때문에 에너지 절약 측면에서도 매우 바람직하다.

이로써 본 발명가들은 이오타카라기난의 함량을 최소한으로 사용함으로써， 나트륨염을 사용하지 않고도 붕해문제를 해결 할 수 있었으며, 내용물의 열화를 방지하고， 경제적으로도 큰 잇점이 있는 식물유래 연질캡슬을 완성하게 되었다.

【유리한 효과】

전분류 (전분 및 변성전분)보다 10~20배 고가인 카라기난의 양을 최소화하여 연질캡슐 제조에 대한 비용을 절약하고, 고혈압， 심장질환과 같은 성인병의 원인이 되는 화학적합성품인 나트륨 (염)을 사용하지 않으며， 접착 (봉합)공정에서 열을 가하지 않기 때문에 연질캡슐의 내용물에 함유된 유효성분에 대한 열변성을 방지 할 수 있다.

【도면의 간단한 설명】

도 1은 본 발명의 실시예에 사용된 이오타카라기난의 분자량을 분석한 GPC 크로마토그램이다.

도 2a는 본 발명의 실시예에서 이오타카라기난 농도별 겔화상태를 나타낸 사진이다 .

도 2b는 본 발명의 실시예에서 이오타카라기난 농도에 따른 점도 변화 및 겔화가능 구간을 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명의 실시예에서 이오타카라기난 농도 및 염추가 여부에 따른 붕해 시간을 비교한 그래프이다.

도 4는 본 발명의 실시예에서 접착 (웨찌)온도를 실온으로 성형시 캡슐 형태를 나타낸 사진이다.

도 5는 본 발명의 실시예에서 캡슐의 붕해 시작 20분 후 상태를 나타낸 사진이다. 【발명의 실시를 위한 형태】

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.

[실험예 1]

습율필름을 만들기 위한 겔화에 필요한 고순도 이오타카라기난의 양을 설정하기 위해 농도별로 용해시킨 후 점도와 겔화 상태를 확인 하였다.

1)조제방법: 250ml 비이커에 카라기난을 0.5g 투입 후 정제수를 채워 100g으로 만든 후 교반하며 80 ^° C까지 온도를 올려서 완전히 수화시킨다. 동일한 방법으로 0.5 ~ 13중량 %까지 0.5 중량 % 간격을 조제 후 점도 및 겔화 상태를 확인 하였다.

2)점도측정방법

(1) 점도계: Brookf ield DV-I I+

(2) 조건: LV3, LV4(Spindle) , 80 ^° C , 20rpm

3)겔화상태 확인방법: 수화된 용액을 약 10°C 온도의 스테인레스 판에 약 3g 정도 떨어뜨린다. 10분 경화 후 시약 스푼으로 약 2瞧정도 눌렀다 떼었을 때 겔이 스푼에 묻지 않아야 하고， 겔의 깨짐이 없어야 한다.

【표 2】 이오타카라기난 농도별 점도 및 겔화 상태 확인 농도 (%) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 점도 (CP) 40 70 150 300 370 450 570 860 1010 겔상태 불량 ^■ ¾- o ^F " a a ot l=J P

불량 불량 불량 양호 양호 농도 (%) 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 점도 (Φ) 1340 1680 2150 2740 3800 4950 5400 6010 7450 겔상태 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 농도 (%) 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13

점도 (CP) 8900 11500 13400 17600 20000이상 겔상태 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 도 2a는 이오타카라기난 농도별 겔화상태를 나타낸 사진이다. 도 2a의 사진과 같이 이오타카라기난 농도가 4% 이상인 경우 변형이나 깨짐이 없는 겔을 형성 할 수 있다.

도 2b는 이오타카라기난 농도에 따른 점도 변화 및 겔화가능 구간을 나타낸 그래프이다.

상기 실험결과， 이오타카라기난 4¾이상의 수용액에서 겔화가 되는 것을 확인 하였다. 4% 미만에서는 냉각하여도 Sol 상태로 끈적이고 쉽게 부스러지는 형태로 존재하므로 습윤필름을 제조 할 수 없는 농도이다. 반면에 8% 이상의 수용액은 점도가 5000cp 이상으로 매우 높아 연질캡술 제조 공정에서 과도하게 가열을 해야 하며， 피막용해공정， 이송 및 필름을 위한 스프레딩 (Spreading) 과정이 매우 어렵기 때문에 바람직하지 않은 농도이다.

[실험예 2]

연질캡슐 제조 후 캡슐이 물에 용해되는 성질을 확인 하기 위하여 이오타카라기난 농도를 변화시켜 습윤 필름을 제조 후 건조하여 붕해 양상을 확인 하였다. 일반적인 젤라틴 연질캡슐의 경우 분말성분 (젤라틴)의 양은 40%정도이나， 본 발명의 카라기난은 낮은 온도의 정제수에 의해 급격한 점도를 나타내기 때문에 피막 용해탱크의 교반 모터의 부하를 감안 할 때 분말 성분의 양은 약 30% 수준이 적정하다. 건조 후에 피막의 탄성을 부여하는 가소제는 젤라틴 연질캡슐과 동일하게 글리세린을 사용했으며, 일반적으로 사용되는 양인 15-25 중량 % 사이에서 설정하였다. 용해제로 정제수를 약 45~55 증량 % 사이로 설정하였다. 또한， 칼륨염과 나트륨염의 영향을 확인 하기 위해 이오타카라기난 7.5 중량 % 비교예에 각각 염화칼륨과 제이인산나트륨을 1중량 %씩 첨가하여 실험을 진행했다.

1)필름제조방법: 250ml 멸균 유리병에 정제수， 이오타카라기난 (해당 중량 %)， 히드록시프로필옥수수전분， 글리세린을 칭량하여 넣은 후 스푼으로 5분간 교반한다. 병마개를 닫고 80 ^° C 수조에 담근 후 30분간 가열하여 필름용액을 제조한다. 필름용액을 평평한 스테인레스 판에 약 0.8 두께로 얇게 편다. 건조실 (20~25 ^° C , 습도 20~25¾)로 옮겨 1일간 건조한 후 실온에서 10일간 보관 한다.

2)붕해시험방법: 건조된 필름을 가로 10 세로 10mm로 자른 후 붕해시험관에 넣어 37 ^° C 정제수에 왕복운동 시켜 붕해시간을 측정하였다.

【표 3】 이오타카라기난 농도별 붕해 양상 및 칼륨， 나트륨염의 영향

도 3은 카라기난 농도 및 염 추가 여부에 따른 붕해 시간 비교한 그래프이다.

상기 결과에 따르면 이오타카라기난의 배합비율이 늘어남에 따라 필름의 붕해시간이 증가되는 것이 확인 되었다. 또한， 6% 이상 배합 할 경우 붕해기준 (37 ^° C , 20분 이내)을 만족시키지 못하는 것을 확인 하였다. 또한ᅳ 나트륨염을 첨가한 비교예 5의 경우 붕해시간이 단축되고， 반면에 칼륨염을 첨가한 비교예 4의 경우 붕해시간이 지연되는 것을 확인 하였다. 이는 앞서 문헌의 내용과 같이 이오타카라기난의 경우 나트륨염 형태 이외에는 찬물에 잘 용해되지 않는 다는 것이 입증된 것이다. 또한， 일반적으로 식물성연질캡슐에 완층을 위해 사용되고 있는 나트륨염이 붕해를 위한 보조제로 사용된 것임을 확인 하였다. 일부 특허에서는 칼륨염도 완충용으로 사용 할 수 있다고 언급하고 있으나 이는 붕해지연 문제를 발생시키기 때문에 바람직하지 않다.

상기와 같은 붕해결과를 고려 할 때 나트륨염을 사용하지 않고 붕해 문제가 없는 고순도 이오타 카라기난의 농도는 6% 미만 (4~5.9 중량 ¾>) , 건조 필름으로 환산 할 경우 8~11.8 중량 ¾>가 바람직하다.

[실험예 3]

이오타카라기난의 배합량과 연질캡슐의 봉합 온도에 대하여 확인하기 위하여 본 발명의 조성물 [실시예 3]과 6% 이상의 카라기난을 함유한 조성물 [비교예 1] , 나트륨염을 사용한 조성물 [비교예 5]을 각각 조제하여 일반적인 로타리 다이 방식의 연질캡슐성형기를 이용해 연질캡슐을 제조하여 제조공정 (용해시간, 접착온도) 및 연질캡슐의 품질 (붕해， 접착률， 파열강도)을 비교하였다.

1) 피막용액의 조성

( 1)실시예 3 : 이오타카라기난 5증량 %， 히드록시프로필옥수수전분 25%， 글리세린 20¾>, 정제수 50%

(2)비교예 1 : 이오타카라기난 6중량 %, 히드록시프로필옥수수전분 24%， 글리세린 20%, 정제수 50%

(3)비교예 5 : 이오타카라기난 7.5중량%, 히드록시프로필옥수수전분 22. 글리세린 19.5%, 정제수 49.5%, 제이인산나트륨 1%

2)제조방법

( 1)총 피막용해물로 100kg에 해당하는 각각의 중량 %로 칭량한다.

(2) 400L 피막용해 탱크에 정제수와 글리세린을 투입한다.

(3)이오타카라기난과 히드록시프로필옥수수전분을 투입 후 10 F 10분간 교반한다 (비교예 5는 제이인산나트륨 추가) .

(4)계속 교반하며 온도를 80 ^° C - 90 °C 까지 상승시켜 용해시킨다.

(5)진공도 640mmHg 이상으로 약 10분간 탈포한다.

(6)보온 용기 (리시버)에 이송하여 성형대기 한다. (7)피막 조제물과 내용물 (콩기름)을

연질캡슐성형기 (Changsung，점보성형기)를 이용해 일정량씩 성형한다.

(8) 3일 건조 후 20일간 실온 보관 후 실험한다.

【표 4】 카라기난 농도에 따른 생산 조건 및 연질캡슐 봉합 온도

도 4는 접착 (웨찌)온도를 실온으로 성형시 캡슐 형태를 나타낸 사진이다. 그 결과， 이오타카리기난의 함량이 많고 나트륨염을 사용한 비교예 5의 경우 캡슐이 봉합되지 않는 것을 확인하였다.

도 5는 붕해 시작 20분 후 상태를 나타낸 사진이다. 사진에서 보여지듯이， 본 발명의 실시예 3과 나트륨염을 사용한 비교예 5의 경우 붕해 보조판에 캡슐의 잔량이 보이지 않는다. 그러나， 나트륨염을 사용하지 않은 비교예 1의 경우 20분이 경과하여도 많은 잔류물이 붕해 보조판에 녹지 않고 존재한다.

상기 결과와 같이 본 발명의 조성물인 실시예 3의 경우 접착시 열을 가하지 않고 성형이 가능했다. 카라기난을 7.5% 함유한 비교예 5의 경우 접착온도를 매우 높게 (52 ^° C ) 설정해야 성형이 가능한 것을 확인하였다. 대부분의 식물유래 연질캡술의 경우 카라기난의 배합량이 많아서 습윤필름의 융점이 높아지기 때문에 접착 웨찌의 온도를 높게 설정해야 하지만， 카라기난의 조성이 낮을 경우 히드록시프로필옥수수전분의 끈적이는 특성이 있기 때문에 카라기난 겔 특성에 영향을 받지 않고 접착이 가능한 것으로 판단된다. 이오타카라기난을 6% 함유한 비교예 1의 경우 접착시 열이 필요없으나 붕해시간이 23분 (기준 20분 이내)으로 바람직하지 못하다. 이와 같이 이오타카라기난의 배햡량이 6% 미만인 경우 습윤 필름은 열을 가하지 않아도 성형 다이 (금형)의 압력 만으로 접착이 가능하고， 나트륨염을 사용하지 않고도붕해 안정성에도 문제가 없는 것을 확인하였다.

【산업상 이용가능성】

이상 설명한 바와 같이， 본 발명에 따르면 비동물 유래 연질캡슐 제조시 필름형성을 위한 변성전분과 겔화를 위한 소량의 고순도 카라기난을 사용함으로써， 나트륨염이나 칼륨염과 같은 금속염을 사용하지 않고도 캡슐의 붕해문제가 없고, 가열 없이 압력 만으로 연질캡슐을 접착 할 수 있으며， 종래 보다 카라기난의 사용량이 적어서 경제적으로도 우수한 식물성 연질캡슐을 제조 할 수 있다. 또한, 전분류 (전분 및 변성전분)보다 10~20배 고가인 카라기난의 양을 최소화하여 연질캡슐 제조에 대한 비용을 절약하고， 고혈압， 심장질환과 같은 성인병의 원인이 되는 화학적합성품인 나트륨 (염)을 사용하지 않으며， 접착 (봉합)공정에서 열을 가하지 않기 때문에 연질캡슐의 내용물에 함유된 유효성분에 대한 열변성을 방지할 수 있다.