이중

이중 코팅된 압착 펠렛으로부터 3 종 영양소의 방출 제어

박종수·이응석·최윤재¹·이범진^† 강원대학교 약학대학, ^{1서울대학교}

(2008년 4월 28일 접수·2008년 5월 16일 승인)

Controlled Release of Three Nutrients from Dual-layered Coated Compact Pellets

Zong-Zhu Piao, Eung-Seok Lee, Yun-Jaie Choi

¹

and Beom-Jin Lee

^† National Research Laboratory for Bioavailability Control, College of Pharmacy,

Kangwon National University, Chuncheon 200-701, Korea,

1School of Agricultural Biotechnology, Seoul National University, Seoul 151-742, Korea

(Received April 28, 2008·Accepted May 16, 2008)

ABSTRACT −The purposes of this study were to prepare dual-layered coated compact pellets containing three nutrients (Glucose, Chromium picolinate, Vitamin C) for rumen bypass. The core compact pellets were prepared by an extrusion- spheronization method and then double layered coated with pH independent EC (ethyl cellulose) and pH-dependent poly- mers (Eudragit^R E100) using a fluid-bed spray coater. Depending on the coating levels of EC and Eudragit^R E100, release profiles were variable in simulated rumen (pH 6.8) and abomasums (pH 2.0) fluid using USP apparatus I (basket method).

When compact pellets were coated with EC (about 10% level in inner layer) and then Eudragit^R E100 (20% level in outer layer) in a dual-layered manner, rumen-bypass delivery resisting rumen fluid followed by release in abomasums fluid could be possible. The friability was also satisfactory based on chewing behavior of ruminants. The dual-layered coated compact pellets showed smooth surface and distinct inner/outer layers using scanning electron microscopy (SEM). The current rumen bypass delivery system can be also applicable to deliver other nutrients in ruminants.

Key words −Controlled release compact pellets, Dual-layered coating, Glucose, Chromium picolinate, Vitamin C, Ethylcellulose, Eudragit^R E100, Rumen bypass

포도당

(Glucose)

^{은 동물체 내에서 순환하고 있는 탄수화}

물의주요형태로서

,

^{어떤형태의당보다도혈액과세포외액}

에 높은 농도로 존재하며

,

^{세포의 대사에 절대적인 역할을}

하기때문에 적절한혈중농도가유지되어야한다

.

크롬 피코리네트

(Chromium picolinate)

^는

Cr(III)

^과

pico- linic acid

^가

1:3

^{의몰비로결합된분홍색착물이다}

.

^크롬피코

리네트는지용성으로서세포막을통과할수있고골근육세 포를증가시키며포도당과

leucine

^{의흡수력을향상시킨다}

.

^1-4)

또한 동물의 신체조직에영향을 미칠 뿐만 아니라

,

^사료에

첨가된 크롬 피코리네트는지방분을 현저히 줄이며 근육성 분을증가시키는효과가있다

.

⁵⁾

비타민은탄수화물

,

^지방

,

^{단백질과같은영양소처럼체내}

에서에너지를 발생시키지못하나 동물의번식활동

,

^정상적

인생리기능이나건강유지에있어서 필수적인영양소이다

.

반추동물에 있어서 아스코르브산

(Vitamin C)

^{은 지방전구세}

포의지방세포로의분화를촉진하며

,

^{결핍할때는지방전구}

세포의분화를 억제한다

.

⁶⁾

반추동물에있어포도당은반추위미생물발효에의해쉽 게분해되어초산

,

^{프로피온산및락트산이생성되며크롬피}

코리네트

,

^{아스코르브산등도반추위내특수한소화생리}

(

^반추

위미생물이용

)

^{로말미암아그이용성이상대적으로미비한}

단점이 있기에 영양소로서의 효율성이 매우 낮다

.

^7)따라서

반추위 제

1

^{위의 다양한 생리적 인자들}

(

^{반추위 미생물}

, pH,

소화효소등

)

^{을회피하고반추위제}

4

^위

(pH 2.0)

^{에서부터영}

양소들을효율적으로방출될수있는반추위회피성전달시 스템

(Rumen-bypass delivery system)

^{의연구가필요하다}

.

최근국내에서주식회사누보비엔티와농촌진흥청축산과 학원의 공동연구로 에틸셀룰로오스로 아스코르브산을 코팅

하여반추위 내

24

^시간동안

70%

^{이상회피할 수있는반}

추위보호아스코르브산사료를제조하였으며

(

^한국

-

^특허출원

번호

: 10-2006-102766),

^{에틸셀룰로오스}

, pH

^{변화에의존하}

, (fish oil) lysine,

†본논문에관한문의는이저자에게로

Tel : 033)250-6919, E-mail : bjl@kangwon.ac.kr

methionine,

^{단백질 등 영양소를 코팅하는 방법으로 반추위}

회피성 전달시스템를구축한 연구가 보고된바 있다

.

^{8-10) 본}

연구자들은

L-carnitine

^{을함유하는제어방출성이중코팅펠}

렛의물리화학적특성

,

^{반추위회피성과}

cow

^{에서생체내분}

포특성을 보고한바있다

.

^{11) 그러나다양한영양성분을효}

율적으로배합하고

,

^{이를함유하는반추위회피성제제의특}

성을연구한 사례는없다

.

본연구의목적은소의근내지방축적에영향을미치는영 양물질 중포도당

,

^{크롬 피코리네트}

,

^{아스코르브산등이 반}

추위내특수한소화생리

(

^{반추위미생물이용}

)

^{로인해영양성}

분들의 생체내 이용성이 상대적으로미비한 단점을 개선하 기위하여

,

^반추제

1

^위

(pH 6.8)

^{에서는안정하고반추제}

4

^위

(pH 2.0)

^{에서는서방성방출을위한반추위회피성효율적인}

이중코팅펠렛을 제조하고그특성을연구하는데 있다

.

^또

한각영양성분에대한분석방법을모색하고

,

^{인공반추위액}

에서 방출시험을수행하여

pH

^{에 안정한 최적화 처방을 확}

립하여대량화생산을위한생산시스템에적합한공정조건 을구축하는 것이다

.

^{본연구에서는우선세가지영양소를}

함유한 코어 펠렛을 혼합압축방법으로 제조하고

,

^용해도가

pH

^{변화에의존하지않는코팅재료인}

EC

^로

1

^{차코팅한후}

,

위용성코팅재료인

Eudragit

^R

E-100

^로

2

^{차코팅하여이중층}

코팅펠렛을제조하였으며

,

^마손도

,

^코팅표면

,

^{코팅농도에따}

른영양소의 용출을평가하였다

.

실험 방법

시약및기기

본실험에사용한무수결정 포도당은삼양제넥스

(

^한국

)

^에

서구입하여사용하였으며아스코르브산과크롬피코리네트 는 서울대학 농업생명과학대학에서 각각공급 받아 사용하 였다

.

^{옥수수 전분}

(Corn starch)

^{과결합제인 히드록시프로필}

셀룰로오스

(HPC, Hydroxypropyl cellulose)

^{는 덕산약품공업}

주식회사

(

^서울

,

^한국

)

^{와 태왕물산주식회사}

(

^서울

,

^한국

)

^로부

터각각구입하여 사용하였고

,

^{또한코팅재료인에틸셀룰로}

오스

(EC, ethyl cellulose, 44 cps)

^와탈크

(Talc)

^{은풍림무약주}

식회사

(

^서울

,

^한국

)

^{에서구입하였으며}

Eudragit

^R

E100

^과활

택제인

Aerosil

^R은

Degussa(

^서울

,

^한국

)

^{에서 구입하여 사용}

하였다

.

^{폴리소르베이트}

(Tween 80, Polyoxyethylene sorbi- tan monooleate)

^{와 폴리에틸렌 글리콜}

(PEG 400, Polyethyl- ene glycol)

^은

Sigma Chem. Co.(St. Louis, Mo, USA)

^의

제품을사용하였다

.

^{그외모든시약은정제없이 사용하였}

다

.

^{코어펠렛은}

Alexander granulator(

^고려기계

,

^서울

,

^한국

)

^를

사용하여 만들었으며

,

^코팅은

Fluid bed coater(

^스위스

)

^를사

용하였으며

,

^용출은

DST810 Dissolution tester (Labfine,

서울

,

^한국

)

^{를사용하여 측정하였다}

.

3종영양소 함유한코어펠렛의제조

포도당

,

^{크롬피코리네트}

,

^{아스코르브산}

,

^{옥수수전분}

,

^에

오로실

(100:1:0.5:50:8.5)

^를

V-mixer

^{기계로 충분히 혼합한}

후

, 5% HPC

^{수용액을 결합제로 사용하여 연합하였다}

.

^이

연합물을 원통형 과립 제조기

(Die

^{의 직경이}

2 mm

^인

Alexander granulator)

^{로최종적으로타원형코어펠렛을만들}

었다

.

^{얻어진 코어펠렛은}

40

^o

C,

^{차광조건에서충분히 송풍}

건조한후지름이

10-12 mesh

^{인것만선택하여코팅하였다}

.

코어펠렛의마손도

(Friability)

^는마손기

(

^모델

FAT,

^한국

)

^을이

용하여 측정하였다

. 20 g

^{의 펠렛을 마손기에 넣은 후}

100 rpm

^에서

10

^{분간 회전시킨 후}

12 mesh

^에서

5

^{분동안 진동시}

킨후남은펠렛의중량을측정하였으며코어펠렛의평균마

손도는

0.54%

^{로서 아주 우수하였다}

.

^{마손도는 아래의 식에}

의하여계산하였다

.

마손도

=[

^{측정전후중량차이}

/

^{측정전중량}

]

^×

100 (1)

방출제어형이중코팅펠렛의제조

pH

^{비의존성피막물질인}

EC

^{에탄올용액으로코팅하여서}

방성방출을나타내는

1

^차코팅층

(inner layer)

^{을형성시키고}

그외층은약물의방출을제어하기위하여위용성코팅재료 인

Eudragit

^R

E100

^으로

2

^차코팅

(outer layer)

^{하여제조하였}

다

(Figure 1).

^코팅은

Fluid bed coater(NiroAeromatic, Swit- zerland)

^{를 사용하였으며 코팅 조건은}

Table I

^에

,

코팅에사용된 피막조성물질의양을

Table II

^{에각각 나타}

내었으며코팅두께는 아래의식에의하여계산하였다

. Coating level=[

^{코팅전후 중량차이}

/

^{코팅전중량}

]

^×

100 (2)

3종영양소의 농도분석

포도당의농도를분석하기위하여

Blank

^인

DNS

^시약을먼

저 제조하였다

. 6.3 g

^의

3,5-dinitrosalicylic acid(DNS)

^와

262 ml NaOH (2M)

^{를 각각}

potassium sodium tartrate

Figure 1−Structure of the dual-layered coated pellet.

(36.4%)

^{뜨거운 수용액}

(500 mL)

^{에 첨가한 후}

5 g phenol

^과

5 g sodium sulfite (anhydrous)

^{를넣고교반하면서용해시킨}

후 냉각 하고 증류수를 넣어

DNS

^시약

1000 mL

^{만든 후}

갈색병에보관하였다

.

^농도가

1%

^{인포도당수용액을 표준}

액으로하였으며

, DNS

^시약를

Blank

^로하였다

.

^{포도당농도}

분석방법은먼저포도당표준용액을증류수로일정한농도

의 용액을 만든 후 각각

0.5 mL

^{를 취하고}

DNS

^시약

0.5 mL

^{를 첨가하여}

5

^{분 동안 수욕 조에서 가열한 후 물로}

냉각하였다

. 4 mL

^{의증류수를 넣어 희석하고}

540 nm

^{의 파}

장에서대한약전일반시험법중흡광도측정법에따라흡광도 를측정하였다

.

아스코르브산농도는

5%

^{의메타인산용액으로아스코르브}

산 표준액을만든 후

HPLC

^{분석법을 사용하여 측정하였다}

.

HPLC

^{분석 조건은 실온에서 컬럼으로}

DESC Luna, NH

2

100A (4.6

^×

250 mm, 5

^µ

m),

^이동상은

0.01 M KH

2

PO

4

(

^인

산으로

pH

^를

2.4

^{로 조절}

)

^용액과

Acetonitrile

^{의 혼합액}

(9:1)

을 사용하였으며 파장은

254 nm,

^유속은

1.2 mL/min,

^주입

량은

20 mL

^{로하여수행하였다}

.

크롬피코리네트농도 정량은증류수로 크롬피코리네트

표준액을 만든 후

HPLC

^{분석법을 사용하여 측정하였다}

.

HPLC

^{분석은 실온에서 컬럼으로}

Luna, C18 100A (4.6

^×

150 mm, 5

^µ

m),

^{이동상은 메탄올용액과}

0.02 M KH

2

PO

4

용액의혼합액

(1:9)

^{을사용하였으며파장은}

265 nm,

^유속은

1.0 mL/min,

^주입량은

20

^µ

L

^{로하여수행하였다}

.

용출시험

이중코팅된펠렛의용출시험은대한약전제

8

^{개정 용출}

시험법제

1

^법

(

^{회전검체통법}

)

^{으로수행하였다}

.

^{용출액은반}

추위 인공제

1

^{위 용액}

(pH 6.8),

^{반추위 인공 제}

4

^{위 용액}

(pH 2.0) 900 mL

^{를 각각 사용하였고 용출액의 온도는}

37

^±

0.5

^o

C,

^{패들의 회전속도는}

100 rpm

^{으로 하였다}

.

^{아스코르브}

산은 불안정한 특성이 있는 물질로서 물

,

^온도

,

^빛

, pH

^등

인자들에의하여많이분해되기때문에용출시험시반추위 인공 제

1

^{위 용액}

(pH 6.8)

^{에 항산화제로}

ethylene diamine tetraacetic acid disodium salt (EDTA)

^를

0.2%

^{농도로 첨가}

하였으며

,

^{반추위 인공 제}

4

^{위 용액}

(pH 2.0)

^에는

sodium metabisulphite (Na

2

S

2

O

5

)

^를

0.25%

^{농도로 첨가한 후 차광}

조건하에서 용출시험을 수행하였다

.

^시료는

0.5, 1, 1.5, 2, 4, 6, 8, 10

^및

12

^{시간에각각}

5 mL

^{씩채취하였으며}

,

^동일한

온도로보정한용출액을동량보충해주었다

.

^{채취한검액은}

0.45

^µ

m PTFE membrane filter

^{로여과하여분석하였다}

.

방출제어제제의 SEM특성관찰

펠렛의 약물함유층과 방출제어층을 확인하기 위하여

Scanning Electron Microscopy (Jeol, Japan)

^{을 이용하여 이}

중코팅된 펠렛의 표면과

cross-section

^{코팅형태를관찰하였}

다

. SEM

^{을 측정하기 위해검체를 동결건조하여 금박으로}

코팅하였다

.

결과 및 고찰

이중코팅된펠렛의 용출양상

제제학적으로약물방출제어의방법은다양하게있지만매

트릭스

(matrix)

^{로약물확산을제어함으로써 약물방출을제어}

하는방법과방출제어막을이용하는방법을많이사용한다

.

최근고분자를 이용한 약물의 방출조절에 관한연구가 매 우 활발하게 이루어지고 있으며

,

^{특히 에틸셀룰로오스}

(EC, ethyl cellulose),

^{메타크릴산계 고분자인}

Eudragit

^{R 등이 제}

약산업에서다양하게 사용되고 있다

.

^12,13)

EC

^{는 셀룰로오스}

의 유도체로서 용해도가

pH

^{비 의존성 고분자로서제어방}

출코팅재료로 광범위하게사용되고 있다

.

^14-18)

Eudragit

^R은

코팅 막 형성제 및 약물분산제로서 주로 사용되며

,

^종류와

피막의두께

,

^{세공의크기에따라약물방출속도가조절된}

다

. Eudragit

^{R의 최소 분자량은 약}

150,000

^정도이며

,

^소화

관내에서소화흡수되지않고분변으로배설되므로안전하 게사용할수있다

.

^{더욱이필름형성이우수할뿐만아니라}

Table I−

Processing Parameters for Polymeric Coatings of Compact Pellets using Spray Coater

Parameters Coating condition

Nozzle size 0.8 mm

Atomizing air pressure 1.6 bar

Outlet temperature 40^oC

Inlet temperature 40-45^oC

Air flow rate 80 m³/h

Flow rate 5 mL/min

Table II−

Composition of Coating Solutions for the Preparation of Double-layered Coated Pellet

Composition Amount of coating solution (g) Inner layer(1^st) Outer layer(2^nd)

Ethyl cellulose 40 -

Eudragit^R E100 - 125

PEG 400 10 -

Tween 80 10 -

Talc 5 5

Ethanol (95%) 1000 1000

화학적으로 안정하며 불활성인 특성을갖고 있다

.

^또한

,

^제

형의 제조시간이 짧고경제적일 뿐만 아니라재현성이 있 어근래에 많은연구가 이루어지고있다

.

^19)또한

Eudragit

^R

은 용해도가

pH

^{변화에 의존하는 능력에 따라 위용성 코팅}

재료혹은장용성코팅재료로널리이용된다

.

^{위용성코팅재}

료로인

Eudragit

^R

E100

^{은반추위 제}

1

^{위와 같은}

pH

^가높은

환경에서는낮은 용해도를 나타내지만이와 반대로 반추위 제

4

^위와같은

pH

^{가낮은환경에서는용해도가높기에제약}

산업에서는위용성 코팅에많이 사용된다

.

^{20-22)이러한 고분}

자들은사용한 고분자의농도

,

^{종류에 따라각각다른특성}

을나타내기때문에다양한유형의처방조성으로코팅을하 여 약물의 방출을 제어할 수있다

.

^{코팅효과는코팅재료의}

활성성분용해도

,

^{펠렛의사이즈및펠렛의표면구조에많이}

의존한다

.

본연구에서는

3

^{종영양소를함유한이중코팅된압착펠렛}

(compact pellet)

^{의 최적 코팅 수준}

(Level)

^{은 포도당의 용출}

양상을 기준으로평가하였다

.

^{코어펠렛을}

pH

^{비의존성 피}

막 물질인

EC

^{용액을 사용하여 다양한두께로}

1

^{차 코팅한}

후반추위인공제

4

^위

(pH 2.0)

^{에서용출시험을수행하였으며}

포도당의용출양상은

Figure 2

^{에나타내었다}

.

^{코어펠렛내의}

포도당은

0.5

^{시간 내에}

100%

^{용출되었으나}

10%

^수준으로

코팅한 펠렛과

20%

^{수준으로 코팅한 펠렛의}

6

^{시간에서의}

포도당 용출율은 각각

100%

^와

38%

^{로 나타났으며}

20%

^수

준으로 코팅한펠렛은

12

^{시간에서도}

58%

^{의용출율만을나}

타내기때문에대량생산시비용측면를고려하여

1

^차코팅은

10%

^{수준으로선정한 후}

2

^{차코팅을시작하였다}

.

반추위제

1

^위

(pH 6.8)

^{에서영양소들의방출을제어하기위}

하여

1

^{차코팅된 펠렛을}

pH

^{의존성 피막물질인}

Eudragit

^R

Figure 2−Effect of coating level on the release of glucose from dual- layered coated pellets with EC in simulated abomasums (pH 2.0) fluid.

Figure 3−Effect of coating level on the release of glucose from dual- layered coated pellets with Eudragit^R E100 in simulated rumen (pH 6.8) fluid.

Figure 4−Release of three nutrients from dual-layered coated pellets in simulated rumen (pH 6.8) fluid (A) and simulated abomasums (pH 2.0) fluid (B).

E100

^{을이용하여다양한두께로}

2

^{차코팅한후반추위인공}

제

1

^{위에서 용출시험을 수행하였으며 포도당 용출양상은}

Figure 3

^{에나타내었다}

. 10%, 20%, 30%

^및

40%

^{의 수준으}

로

2

^{차 코팅한 경우}

, 12

^{시간에서의 포도당 용출율이 각각}

96%, 62%, 45%

^및

30%

^{로 나타났다}

.

^{반추위 제}

1

^위에서의

체류시간과방출율을감안하여

20%

^{수준를최적코팅}

level

로선정하였다

.

EC

^{를 이용하여}

10%

^수준으로

1

^{차코팅한 후}

Eudragit

^R

E100

^{를 이용하여}

20%

^수준으로

2

^{차 코팅한 이중 코팅된}

펠렛중

3

^{종영양소의용출시험은반추위인공제}

1

^위

(pH 6.8)

와인공제

4

^위

(pH 2.0)

^{에서수행하였으며용출양상은}

Figure 4

^{에나타내었다}

.

^{반추위 인공제}

1

^위

(pH 6.8)

^{에서포도당}

,

^크

롬피코리네트

,

^{아스코르브산은}

12

^{시간시점에서각각}

62%,

44%, 40%

^{의 낮은 방출율을 나타내었으며이 원인은 외층}

코팅막의 조성물질인

Eudragit

^R

E100

^{의 인공 제}

1

^위에서의

낮은 용해도로 인한 것이다

.

^{한편 반추위 인공 제}

4

^위

(pH 2.0)

^{에서포도당}

,

^{크롬 피코리네트}

,

^{아스코르브산은}

6

^시

간 시점에서 각각

97%, 95%, 84%

^{의 서방성 방출율을 나}

타내었으며이러한높은방출율은인공제

4

^위에서

Eudragit

^R

E100

^{의높은용해도로 외층코팅막은약물의방출에 제어영}

향을 주지 못하고 내층코팅막의 조성물질인

EC

^{의 영향만}

받기때문이라 사료된다

.

이중코팅된펠렛의형태학적특성

이중코팅된펠렛의표면과

cross-section

^{의전자현미경시}

진은

Figure 5

^{에 각각 나타내었다}

. 1

^차

EC

^코팅층과

2

^차

Eudragit

^R

E100

^{코팅층은 각각}

10%

^와

20%

^{코팅 수준로}

조성되었다

.

^{코팅된 펠렛의 표면은}

pores

^또는

cracks

^{가 없}

이 매끌매끌함을 나타내었으며

, cross-section

^{부분에서 선명}

한내층과외층을나타내었으며또한연속성이있음을나타 내어코팅효과의 우수함을알수있었다

.

결 론

세가지영양소를함유한코어펠렛은혼합압축방법으로제 조였으며

pH

^{변화에 의존하지 않는 코팅재료인}

EC

^로

1

^차

코팅한후위용성코팅재료인

Eudragit

^R

E100

^로

2

^차코팅하

여이중코팅펠렛을제조하였으며또한마손도

,

^코팅효과

,

^코

팅농도에따른영양소의 용출을평가하였다

.

^{이중코팅된펠}

렛의 표면은 매끌매끌하며

10%

^수준의

1

^{차코팅층과}

20%

수준의

2

^{차코팅층은연속성이있어코팅효과의우수함을보}

여주었다

.

^{또한세가지영양소는인공반추제}

1

^위

(pH 6.8)

^에

서 낮은 용출율을 나타내어 안정하며 인공반추 제

4

^위

(pH 2.0)

^{에서서방적으로방출하는양상을나타내었다}

.

^본연

구의 결과로부터소의근내지방축적에 영향을 미치는 영양 물질등이 반추위내특수한 소화생리

(

^{반추위미생물 이용}

)

^로

말미암아 그이용성이 상대적으로 미비한단점을 개선하기 위한효율적인이중피복기술과반추위회피성사료개발에 활용될수있을것으로기대된다

.

감사의 말씀

본연구는 농촌진흥청과 한국과학재단 일부연구비에 의 하여수행되었으며

,

^{이에감사드립니다}

.

^{또한전자현미경사}

용에도움을준강원대학교공동실험실습관에도감사드립니다

.

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