小さな粒子や液滴をコーティングで囲むプロセス

マイクロカプセル化とは、微小な粒子または液滴をコーティングで包み込み、有用な特性を持つ小さなカプセルを作るプロセスです。 [ 1 ] [ 2 ]一般的には、食品成分、[ 3 ] 酵素、細胞、その他の物質をマイクロメートルスケールで封入するために使用されます。また、マイクロカプセル化は、固体、液体、または気体を硬質または軟質の可溶性フィルムで作られたマイクロメートルサイズの壁に封入するためにも使用され、投与頻度を減らし、医薬品の劣化を防ぐことができます。[ 4 ]

最も単純な形態のマイクロカプセルは、ある物質を内包するほぼ均一な壁を持つ小さな球体です。マイクロカプセル内に封入された物質はコア、内相、または充填材と呼ばれ、壁はシェル、コーティング、または膜と呼ばれることもあります。脂質やアルギン酸などのポリマーなどの材料は、目的の物質を内部に閉じ込めるための混合物として使用されることがあります。ほとんどのマイクロカプセルは、直径数ナノメートルから数マイクロメートルの細孔を有しています。コーティングに一般的に使用される材料は以下のとおりです。

IUPACの定義[ 5 ]

マイクロカプセル:物質を永久的または一時的に閉じ込めることができるコア形成空間を囲む固体シェルで構成された 中空の微粒子。

注: 物質には、香料化合物、医薬品、農薬、染料、または類似の物質が含まれる場合があります。

定義は拡大され、ほとんどの食品が対象となり、フレーバーのカプセル化が最も一般的です。[ 6 ]マイクロカプセル化の技術は、カプセル化する材料の物理的および化学的特性に依存します。 [ 7 ]

しかし、多くのマイクロカプセルは、これらの単純な球体とは似ても似つかない。コアは、結晶、ギザギザの吸着粒子、エマルジョン、ピッカリングエマルジョン、固体懸濁液、あるいはより小さなマイクロカプセルの懸濁液などである。マイクロカプセルは複数の壁を持つこともある。

マイクロカプセル製造技術

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イオンチャネルゲル化は、アルギン酸ポリマー鎖中の尿酸単位が多価陽イオンと架橋することで発生します。これらの陽イオンには、カルシウム、亜鉛、鉄、アルミニウムなどが含まれます。

コアセルベーション相分離は、連続撹拌下で実行される 3 つのステップで構成されます。

  1. 液体製造媒体相、コア材料相、コーティング材料相という 3 つの混和しない化学相の形成。
  2. コーティングの堆積：コア材料はコーティングポリマー溶液中に分散される。コーティングポリマー材料がコアの周囲にコーティングされる。コア材料と溶媒相との間に形成される界面に吸着したポリマーによって、コアの周囲に液体ポリマーコーティングが堆積される。
  3. コーティングの硬化：コーティング材は溶媒相と混和せず、硬化します。これは、加熱、架橋、または溶解技術によって行われます。

界面重縮合

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界面重縮合では、重縮合における2つの反応物が界面で出会い、急速に反応します。この方法の基礎は、酸塩化物と活性水素原子を含む化合物（アミンやアルコールなど）との間の古典的なショッテン・バウマン反応です。適切な条件下では、界面に薄く柔軟な壁が急速に形成されます。農薬と二酸塩化物の溶液を水中で乳化し、アミンと多官能イソシアネートを含む水溶液を加えます。反応中に生成された酸を中和するために塩基が存在します。エマルジョン液滴の界面に、凝縮したポリマー壁が瞬時に形成されます。

界面架橋

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界面架橋は界面重縮合から派生したもので、医薬品や化粧品用途において毒性のあるジアミンの使用を回避するために開発されました。この方法では、活性水素原子を含む小さな二官能性モノマーを、タンパク質などのバイオ由来のポリマーに置き換えます。エマルジョンの界面で反応が起こると、酸塩化物がタンパク質の様々な官能基と反応し、膜が形成されます。この方法は非常に汎用性が高く、マイクロカプセルの特性（サイズ、多孔性、分解性、機械抵抗）をカスタマイズできます。マイクロ流体チャネルにおける人工マイクロカプセルの流れ：

インサイチュー重合

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いくつかのマイクロカプセル化プロセスでは、単一モノマーの直接重合が粒子表面で行われます。例えば、セルロース繊維を乾燥トルエンに浸漬しながらポリエチレンでカプセル化するプロセスがあります。通常の堆積速度は約0.5μm/分です。コーティングの厚さは0.2～75μm（0.0079～2.9528ミル）です。コーティングは均一で、鋭利な突起部にも適用されます。タンパク質マイクロカプセルは生体適合性と生分解性を備えており、タンパク質骨格の存在により、界面重縮合によって得られる膜よりも耐久性と弾性に優れています。

マトリックス重合

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多くのプロセスにおいて、粒子形成中にコア材料がポリマーマトリックスに埋め込まれます。この種の簡便な方法としてはスプレードライ法があり、この方法ではマトリックス材料から溶媒を蒸発させることで粒子が形成されます。しかし、マトリックスの固化は化学変化によっても引き起こされることがあります。

リリース方法とパターン

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マイクロカプセル化の用途がコアを周囲から隔離することを目的としている場合でも、使用時には壁を破裂させる必要があります。多くの壁は、圧力やせん断応力によって容易に破裂します。例えば、筆記時に染料粒子が破壊されて複写が形成される場合などです。カプセルの内容物は、壁を溶融させるか、腸溶性薬物コーティングの場合のように特定の条件下で溶解させることによって放出されることがあります。[ 8 ]他のシステムでは、壁は溶媒作用、酵素の作用、化学反応、加水分解、または緩やかな崩壊によって破壊されます。

マイクロカプセル化は、薬物の体内への放出を遅らせるために用いられます。これにより、カプセル化されていない薬物の複数回投与を、制御放出された1回の投与で代替することが可能になるほか、血中初期濃度の上昇を防ぐことで、一部の薬物の毒性副作用を軽減することも可能です。通常、望ましい放出パターンはいくつかあります。場合によっては、放出速度が一定であるゼロ次放出パターンが用いられます。この場合、マイクロカプセルは有効期間中、毎分または毎時間ごとに一定量の薬物を放出します。これは、マイクロカプセル内に固体リザーバーまたは溶解性薬物が保持されている限り可能です。

より典型的な放出パターンは一次放出であり、薬物源が枯渇するまで放出速度は時間とともに 指数関数的に減少します。この状況では、一定量の薬物がマイクロカプセル内に溶解しています。薬物が拡散するにつれて、カプセルの内外の濃度差は継続的に減少します。

しかしながら、カプセル化された物質の放出には、生分解、浸透圧、拡散など、他のメカニズムも関与する可能性があります。それぞれのメカニズムは、カプセルの組成と周囲の環境によって異なります。したがって、物質の放出は、同時に作用する様々なメカニズムの影響を受ける可能性があります。[ 9 ]

アプリケーション

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マイクロカプセル化の用途は多岐にわたります。

  • これは主に、カプセル化された製品の安定性と寿命を向上させ、製品の操作を容易にし、内容物の制御された放出を実現するために使用されます。
  • 他の場合には、目的はコアを完全に分離することではなく、薬物の制御放出のように、内容物の放出速度を制御することである： [ 12 ]
    • 栄養補助食品である硫酸第一鉄は、胃を通過して腸で放出されるマイクロカプセル化されています。これにより、胃への負担が最小限に抑えられます。
    • アスピリンも同様に扱われます。
  • 一部の日焼け止めはシリカゲルでカプセル化されています。例えば、「Eusolex UV-Pearls」というブランドがあります。これらの化学物質はホルモンバランスを乱す可能性があるため、カプセル化によって塗布するまで使用者を保護します。[ 13 ]
  • 農薬は取り扱いが危険ですが、カプセル化されると危険性は軽減されます。[ 14 ] [ 15 ]マイクロカプセル化により浸出や揮発のリスクが最小限に抑えられます。[ 16 ]

問題は、コアの味や臭いを隠すという単純なものから、吸着または抽出プロセスの選択性を高めるという複雑なものまでさまざまです。

参照

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参考文献

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  1. ^ アマラル、ペドロ・エンリケ・ロドリゲスはそうする。アンドラーデ、パトリシア・ロペス。コント、レイラン・コスタ・デ（2019-09-27）。マイクロカプセル化と食品科学および技術におけるその使用: レビュー。インテックオープン。ISBN 978-1-83881-870-8。
  2. ^ a b ランプレヒト, アルフ; ボドマイヤー, ローランド (2010). 「マイクロカプセル化」.ウルマン工業化学百科事典. doi : 10.1002/14356007.a16_575.pub2 . ISBN 978-3-527-30385-4。
  3. ^ シルバ、パブロ・テイシェイラ・ダ;フライズ、リーダーのルーシー・マーティンス。メネゼス、クリスティアーノ・ラガニン・デ。ホルケム、アウグスト・タッシュ。シュワン、カルラ・ルイサ。ウィグマン、エヴリン・フランシーヌ。バストス、ジュリアナ・デ・オリベイラ。シルバ、クリスティアン・デ・ボナ・ダ（2014）。「マイクロカプセル化: 食品技術における概念、メカニズム、方法およびいくつかの応用」。シエンシア・ルーラル。44 (7): 1304–1311。土井: 10.1590/0103-8478cr20130971。ISSN 0103-8478。S2CID 42045080。  
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参考文献

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