JP4532830B2 - 植物性タンパク質に基づくマイクロカプセル - Google Patents

Description

本発明は、植物タンパク質に基づくマイクロカプセルを調製するための方法、ならびに、薬学的分野、獣医学的分野、化粧品分野、肥料分野、化学的分野および生物医学的分野におけるこれらのカプセルの使用に関連する。

マイクロカプセル化とは、そのサイズが1μm〜1 mmの間であるような、および、担体材料における物質または活性成分の担体材料への内包を導くような、個別化された粒子を得るための全ての技術を含む。

2つのマイクロ粒子群が慣例的に区別される。
貯槽マイクロカプセルまたは貯槽系：これらは、固体の包膜、および、液体、固体またはペースト状の活性材料の芯を含む球状の粒子であり、
マトリックスミクロスフェアまたはマトリックス系：それらは、カプセル化される物質が分散される、被覆材料の連続したネットワークからなる。

3つのタイプのカプセル化法が存在する：物理化学的方法（単純コアセルベーション、複合コアセルベーション、溶媒の蒸発、溶媒抽出-蒸発、被覆材料の熱融解）、化学的方法（界面重縮合、被覆材料の分散媒における重合およびゲル化）および機械的方法（スプレー法および粒状形成法(prilling)による、流動空気層におけるカプセル化）。

複合コアセルベーションは、一方は正の電荷をもち、他方が負の電荷をもつ高分子の脱溶媒和の現象に基づくものであり、最初は均質なコロイド水溶液から2つの混和しない相の形成をもたらす。これらの2つの相は以下の通りである：
正の電荷をもつ高分子と負の電荷をもつ高分子との間の複合体の形成からもたらされる、ポリマーに富み水が激減しているコアセルベート、
ポリマーが激減し水に富む上清。

複合コアセルベーションによる油のカプセル化は、2つのポリマーの溶液中において油を乳化（エマルジョン化）させる段階からなる。コアセルベーションは、媒質のpHを調整することによって誘導される。形成されたポリマー複合体は、油滴上に吸着され、したがってそれらを外部の媒質から隔離する。形成される壁は、媒質を冷却し、架橋剤の作用により架橋することによって硬化される。

活性な物質のカプセル化は、外部の作用物質に対するその保護、または、使用部位におけるその遅い放出、遅延型放出もしくは延期型放出のような、かなりの利益を提供する。

薬学的分野、獣医学的分野、化粧品分野、肥料分野、および生物医学的分野における適用のために、壁の構成要素として最も一般的に望まれる材料は天然物質であり、特に、それらの生体適合性および生分解性から、タンパク質または多糖類が望ましい。これらの生体高分子の中でもとりわけ、アルブミン、ゼラチン、コラーゲンおよびカゼインは、多くの研究の対象とされてきた。

したがって、タンパク質およびポリペプチドをカプセル化するための系を開発するために、複合コアセルベーションによって、アルブミンおよびアルギン酸ナトリウムのカプセルが調製された（Singhら、J.Pharm.Pharmacol.、(1989) 41、670〜673）。

その他の研究では、溶媒エマルジョン抽出によって調製されたカゼインミクロスフェアにおける活性成分のカプセル化について説明されており、この乳タンパク質が、徐放性経口製剤のための潜在的な担体を構成することが示されている（Lathaら、J.Control.Rel.、(1995) 34、1〜7）。

ここ数年、新規のアプローチは、動物起源ではなく植物起源のタンパク質を使用することにあった。実際、動物起源の海綿状脳症（「狂牛」病）が発見されて以来、消費者はもはや、潜在的にこの病状の原因となる作用物質であるプリオンに汚染されている可能性のある製品を信用しなくなっている。したがって、ゼラチンおよびアルブミンのような動物タンパク質に代わるものを見出すことが必要となりつつある。植物起源のこれらのポリマーを用いた幾つかのカプセル化技術については、文献において説明されている。

徐放性の系を得る目的で、コムギのグルテンおよびカゼインを被覆材料として用いた単純コアセルベーションにより、抗生物質をカプセル化することが可能であった（Jiunn-Yann Yuら、J.of Fermentation and Bioengineering、(1997) 第84巻、5、444〜448）。

その他の放出制御系は、タンパク質有機相の水性相への添加による高分子の脱溶媒和に基づく方法によって得られたグリアジン（コムギのグルテンのタンパク質画分）のナノ粒子を用いて開発された（Ezpeletaら、Int.J.Pharm.、(1996)、131、191〜200）。

他の研究では、単純コアセルベーションによってビシリン（エンドウのタンパク質）からナノ粒子およびマイクロ粒子を生産することが可能なことが示された（Ezpeletaら、J.Microencapsulation、(1997)、第14巻、No.5、557〜565）。

最後に、これらのタンパク質と多機能性アシル化架橋剤の間の界面架橋からなる反応を用いて、植物タンパク質から作製される壁を有する粒子を調製することが可能である。この方法は、溶液、懸濁液、またはエマルジョン状態にある活性な物質をカプセル化することを可能にし、任意の植物タンパク質を使用することができ、特に、コムギ、ダイズ、エンドウ、ナタネ、ヒマワリ、オオムギまたはオートムギから抽出されたものを使用することができる（国際公開公報第99/03450号）。

複合コアセルベーション法に関して、従来的に使用される組は、ポリカチオンとしてゼラチン、および、ポリアニオンとしてアルギン酸ナトリウム、ポリホスフェートまたはアラビアゴムである。研究によって、ゼラチンをウシ血清アルブミンに置き換えることができることが示されている（Singhら、J.Pharm.Pharmacol.、(1989) 41、670〜673）。

植物起源の天然産物を動物タンパク質に代わるものとして使用する傾向があるが、植物タンパク質を用いて複合コアセルベーションによるカプセル化の方法を実行することは可能ではなかった。実際、植物タンパク質は純粋ではない；それらは、可溶性画分および不溶性画分の存在によって溶解度に大きな問題があり、また、動物タンパク質のものと比較して乳化能が低いため、コアセルベート固定相を干渉するような付加的な界面活性剤を使用することも必要になる。

ここで、本発明者らは、驚くべきことに、これら全ての問題を解決する方法を開発した。

本発明者らは、複合コアセルベーション技術におけるこれらのタンパク質の使用を可能にする新規の方法を推測することに成功した。

したがって、本発明の対象は、カプセル化される材料の存在下において、少なくとも1つの可溶化された植物タンパク質およびタンパク質に対して反対の電荷をもつ高分子電解質の混合物を、水性媒質において複合コアセルベーションさせ、その後選択的に、硬化させるという点で特徴付けられる、カプセル化される材料を含有するマイクロカプセルを生産するための方法である。

本発明の好ましい態様においては、本方法は以下を含む：
a）pH 2〜7の間、かつ、そのタンパク質の等電pHより低いpHの水性媒質において、少なくとも1つの植物タンパク質を可溶化する段階、
b）a）において得られた溶液を遠心分離する段階、
c）b）において得られた上清を、その植物タンパク質のものとは反対の電荷をもつ高分子電解質の水溶液と混合する段階、
d）カプセル化される材料の存在下において、ポリマー複合体の形態における高分子電解質をコアセルベーションさせ、および選択的に、カプセルを硬化させる段階。

遠心分離段階b）は、正しく選択された条件下において、特に、2,000〜15,000 rpmの間の速度、好ましくは4,000〜12,000 rpmの間の速度で10〜30分間実行される。

本発明の特に好都合な態様においては、本方法は、可溶性タンパク質の量が以下によって増加させられるという点で特徴付けられる：
e）飽和に至るように、ある量の植物タンパク質を上清に添加する段階、
f）混合物を遠心分離する段階、および
g）選択的に、段階e）およびf）を数回反復する段階。

非常に好都合なことには、本発明による生産方法は、段階c）が植物タンパク質の等電pHより低いpHで実行され、そのため、タンパク質が複合コアセルベーション段階d）においてカチオン性高分子電解質として使用されるという点で特徴付けられる。

同様に好都合なことには、植物タンパク質に基づくマイクロカプセル壁を生産するための方法は、段階c）が植物タンパク質の等電pHより高いpHで実行され、そのため、タンパク質が複合コアセルベーション段階d）においてアニオン性高分子電解質として使用されるという点で特徴付けられる。

開始溶液中のタンパク質濃度は、一般に、2〜15％の間であり、遠心分離された開始タンパク質溶液の上清の濃度は1〜8％の間であり、コアセルベーション溶液中のタンパク質濃度は1.5〜5％の間である。

本発明の文脈において使用される植物タンパク質は、以下を含む群より選択される植物から抽出される：ハウチワマメ（ルピナス属（genus Lupinus)）、ダイズ（グリシン属（genus Glycine)）、エンドウ（エンドウ属（genus Pisum)）、ヒヨコマメ（サイサー（Cicer)）、アルファルファ（メディカゴ（Medicago)）、ソラマメ（ビシア（Vicia)）、レンズマメ（レンズ（Lens)）、インゲンマメ（インゲンマメ属（Phaseolus)）、ナタネ（アブラナ属（Brassica)）、ヒマワリ（ヘリアンサス（Helianthus)）および、コムギ、トウモロコシ、オオムギ、麦芽またはオートムギのような穀類。例として、植物タンパク質SWP100およびSWP50、ならびに、サプロ（Supro）（登録商標）670およびピセイン（PISANE）（登録商標）の名の下に市販されているものに言及することが可能である。

好都合なことには、アニオン性高分子電解質は、当業者によって従来的に使用されるものから選択され、特に、アルギン酸ナトリウム、アラビアゴム、ポリホスフェート、カルボキシメチルセルロースナトリウム、カラゲナン、キサンタンガムおよびpHiより高いpHを有する植物タンパク質を含む群より選択される。好都合なことには、カチオン性高分子電解質は、当業者によって従来的に使用されるもの、特に、カチオン界面活性剤、第四級アンモニウムを加えたラテックス、キトサン、および、pHiより低いpHを有する植物タンパク質を含む群より選択されるもののうち1つである。

本方法が硬化段階を含む場合、この段階は、当業者に既知の任意の技術によって、特に、グルタルアルデヒドのようなジアルデヒドおよびタンニン酸のようなタンニンを含む群より選択される架橋剤を用いた架橋によって実行されることが可能である。

カチオン性高分子電解質がキトサンである場合、硬化は、無水酢酸を硬化剤として用いて実行される。

本発明の特に好都合な態様においては、以下の組を含む群より選択されるポリカチオン/ポリアニオンの組が使用される：
SWP100/アルギネート、SWP100/アラビアゴム、キトサン/サプロ（登録商標）、サプロ（登録商標）/アルギネートまたはサプロ（登録商標）/アラビアゴム。

本発明に従った方法によって得られるマイクロカプセルは、5〜500μm、好ましくは20〜200μmの間の粒径、より好ましくは20〜50μmの粒径を有する。

本発明に従ったマイクロカプセルは、薬学的分野、獣医学的分野、化粧品分野、肥料分野、化学的分野および生物医学的分野において使用することができる物質、特に活性成分を含み得る。それらは、当業者によく知られた任意の活性な成分または任意の賦形剤と組み合わせることが可能である。

以下に続く実施例は、本発明を例証するものであるが、限定するものではない。

実施例1：アルギネートの存在下においてSWP100タンパク質を用いた複合コアセルベーション
pH 3に維持した10％のSWP100溶液を4,500 rpmで25分間遠心分離する。溶解されたタンパク質0.72 gを含む48 mlの上清が得られる。20 g のミグリオール（Miglyol）（登録商標）812をこの上清溶液中に乳化する。その後アルギン酸ナトリウム（0.36 g）の水溶液35.6 mlを加え、その後水96 mlを加える。媒質の温度は40℃である。1 N塩酸を加えることによって、媒質のpHを4.22から3に下げる。

SWP100/アルギネートの重量比は2に等しく、SWP100の水性相における最終濃度は0.4％重量/容量であり、アルギネートについては0.2％重量/容量である。

複合コアセルベーションを行い、媒質を10℃にまで冷却し、10℃にて1時間維持する。1.5 mlの25％グルタルアルデヒドを10℃において媒質に加える。その後媒質を室温にまで戻し、15時間撹拌し続ける。

200〜400μmの間の平均サイズを有する、95％の油を含むマイクロカプセルの分散が得られる。

SWP100/アルギネート重量比が1に等しいマイクロカプセルは、同じ技術によって調製される。

実施例2：アラビアゴムの存在下においてSWP100タンパク質を用いた複合コアセルベーション
pH 3に維持された、SWP100の17％溶液100 mlを、4,500 rpmにて25分間遠心分離する。2.6 gの溶解されたタンパク質を含む上清100 mlが得られる。20 gのミグリオール（登録商標）812をこの上清溶液中に乳化する。アラビアゴム（5 g）の水溶液45 mlおよび水13 mlを加える。媒質の温度は40℃である。1 N塩酸を加えることによって媒質のpHを3にまで下げる。

SWP100/アラビアゴムの重量比は1/2に等しく、水性相中のSWP100の最終濃度は、1.5％重量/容量であり、アラビアゴムについては3％重量/容量である。

複合コアセルベーションを行い、媒質を10℃にまで冷却する。媒質を1時間撹拌したままにし、その後25％のグルタルアルデヒド3 mlを加える。その後6時間、なおも撹拌しながら媒質を室温にまで戻す。

150〜450μmの間の平均サイズを有する、72.5％の油を含むマイクロカプセルの分散が得られる。

実施例3：上清中のSWP100タンパク質の濃度を増加させることの影響
アルギネートの存在下においてSWP100タンパク質を用いた複合コアセルベーション
およそ15％（水130 g中に20 g）のSWP100のタンパク質溶液のpHを4の値にまで調整する。最初に溶液を12,000 rpmにて15分間遠心分離する。ペレットを取り除き、12 gのSWP100タンパク質を上清に加え、そのpHを再度4に調整する。

2回目の遠心分離を行い、この操作を3回目も繰り返す。

最初の遠心分離後、上清は2.9％の可溶性タンパク質を含んでいる。3回の遠心分離後、可溶性タンパク質濃度は3.6％である。

SWP100/アラビアゴムの質量比は1に等しく、水性相におけるSWP100およびアラビアゴムの最終濃度は2％重量/容量である。

pH 4において、SWP100の濃縮上清（3.6 gのタンパク質を含む100 ml）、および、アニオン性高分子電解質としてアラビアゴム（3.6 gのアラビアゴムを含む80 ml）を用いて、複合コアセルベーションを実行する。コアセルベーションは、実施例1において説明される手順に従って実行する。

50〜400μmの間の平均サイズを有する、73.5％の油を含むマイクロカプセルの分散が得られる。

実施例4：サプロ（登録商標）670/アルギネートの組を用いた複合コアセルベーション
22.5 gの水および2.5 gのタンパク質からなるサプロ（登録商標）670溶液、および、150 gの水および1.84 gのアルギネートからなるアルギネート溶液を用い、実施例1の手順に従ってカプセルを調製する。

コアセルベーションpHは3.8に等しい。

82％の油を含む、および粒状の外観を有する崩壊しやすい壁を示すマイクロカプセルの懸濁液が得られる。マイクロカプセルの平均サイズは50〜400μmの間である。

実施例5：植物タンパク質のアニオン性高分子電解質としての評価
10％のサプロ（登録商標）670タンパク質溶液をpH 7に調整し、最初に4,500 rpmにて25分間遠心分離する。ペレットを取り除き、43 mlの水および2.57 gのタンパク質からなる上清をコアセルベーションのために使用する。

20 gのミグリオール（登録商標）812をサプロ（登録商標）670タンパク質溶液の上清中に乳化し、その後、120 mlの水および1.5 gのキトサンからなる、pH 1.32のキトサン2622溶液を40℃にて媒質に加える。

コアセルベーションpHは6に調整する。その後の手順は実施例1について説明されるものと同一である。

50〜400μmの間の平均サイズを有する、83％の油を含むマイクロカプセルの分散が得られる。

SWP 100/アルギネート/架橋前にミグリオールを添加、を示す図である。

Claims (13)

1. 以下の段階を含むことを特徴とする、植物タンパク質に基づくマイクロカプセルを生産するための方法：
   ａ） 少なくとも1つの植物タンパク質を、pH 2〜7の間であり、かつ、植物タンパク質の等電pHより低いpHにおいて水性媒質に可溶化する段階、
   ｂ） 段階ａ）において得られる溶液を遠心分離する段階、
   ｃ） 段階ｂ）において得られる上清に、ある量の植物タンパク質を添加する段階、および、混合物を１回もしくは数回、遠心分離する段階、
   ｄ） 段階ｃ）において得られる上清を、植物タンパク質のものと反対の電荷を有する高分子電解質の水溶液と混合する段階、
   ｅ） カプセル化される材料の存在下において、ポリマー複合体の形態における高分子電解質をコアセルベーションさせる段階。
2. 段階ｅ）がカプセルを硬化させることをさらに含むことを特徴とする、請求項1記載の植物タンパク質に基づくマイクロカプセルを生産するための方法。
3. 段階ｄ）が植物タンパク質の等電pHより低いpHにおいて実行され、そのため、複合コアセルベーション段階ｅ）において植物タンパク質がカチオン性高分子電解質として使用されることを特徴とする、請求項1もしくは2記載の植物タンパク質に基づくマイクロカプセルを生産するための方法。
4. 段階ｄ）が植物タンパク質の等電pHより高いpHにおいて実行され、そのため、複合コアセルベーション段階ｅ）において植物タンパク質がアニオン性高分子電解質として使用されることを特徴とする、請求項1もしくは2記載の植物タンパク質に基づくマイクロカプセルを生産するための方法。
5. 植物タンパク質が以下を含む群より選択される植物から抽出されることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項記載の方法： ハウチワマメ、ダイズ、エンドウ、ヒヨコマメ、アルファルファ、ソラマメ、レンズマメ、インゲンマメ、ナタネ、ヒマワリおよび、穀類。
6. 穀類が以下を含む群より選択されることを特徴とする、請求項5記載の方法： コムギ、トウモロコシ、オオムギ、麦芽およびオートムギ。
7. 高分子電解質がアニオン性であり、アルギン酸ナトリウム、アラビアゴム、ポリホスフェート、カルボキシメチルセルロースナトリウム、カラゲナン、キサンタンガムおよび植物タンパク質を含む群より選択されることを特徴とする、請求項1〜3および5〜6のいずれか一項記載の方法。
8. 高分子電解質がカチオン性であり、カチオン界面活性剤、第四級アンモニウムを加えたラテックス、キトサンおよび植物タンパク質を含む群より選択されることを特徴とする、請求項1、2および4〜6のいずれか一項記載の方法。
9. 硬化が、ジアルデヒドおよびタンニンを含む群より選択される架橋剤を用いた架橋によって実行されることを特徴とする、請求項2記載の方法。
10. ジアルデヒドがグルタルアルデヒドであることを特徴とする、請求項9記載の方法。
11. タンニンがタンニン酸であることを特徴とする、請求項9記載の方法。
12. カチオン性高分子電解質がキトサンである場合、無水酢酸を硬化剤として用いて硬化が実行されることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
13. 薬学分野、獣医学分野、化粧品分野、肥料分野、化学分野および生物医学分野において有用な組成物を生産するための、請求項1〜12のいずれか一項記載の方法によって得られるカプセルの使用方法。

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