[논문]The Development and Characterization of a pH Dependent Matrix Tablet Containing Probiotics

Cho, Seong-Wan; Kim, Young-Kwon

doi:10.15616/bsl.2016.22.4.184

문제 정의

본 연구에서는 pH에 취약한 유산균을 위액과 담즙산으로 보호하며, 장에서 유산균이 용출될 수 있는 pH 의존성 매트릭스 정제를 개발함으로써 기존 제제 기술들의 단점을 개선하고 제형의 다양성을 확보하려 하였으며 또한 점성을 가지는 고분자를 통해 장내 부착율을 높임으로서 지속성을 유지할 수 있는 제제를 개발하고자 하였다.
본 연구에서는 유산균 제제의 안정성 확보를 위하여 유산균 식품의 제조에 일반적으로 사용되는 장용 코팅 또는 캡슐 충전의 방법 대신에 pH 의존성 matrix 정제를 제조하여 산성 환경인 위장과 소장에서 분비되는 많은 소화효소에서도 생균 수의 안정성을 확보할 수 있는 기술을 개발하고자 하였다. 본 연구에 사용된 매트릭스(matrix) 제형화 기술은 비활성 고분자 매트릭스 중에 주성분인 약물이 균일하게 분산되어 방출 혹은 침식 속도를 조절하는 시스템으로 매트릭스 시스템의 장점은 유산균 원말을 코팅하는 것보다 제조 공정에서 바로 적용이 가능하므로 생산공정 단축 및 원가절감과 수율 향상이 가능하며 또한 정제로 제형화 하는 것이 캡슐제에 비해 제조원가가 절감되므로, 제조사에게 이득이 되는 제조 기법이 될 수 있다는 것이다(Cui et al.

제안 방법

각각의 시료들은 샘플 중량에 따라 600 mg을 각각 취하여 MRS broth(액체 배지)를 각 중량의 4배를 넣어 1/5로 희석하여 1시간 정도 vortex하여 균질화하였으며 희석된 각각의 시료들을 원액으로 하여 10-7까지 serial dilution하여 MRS 평판 배지와 BL 평판 배지에 100 μl씩 도말하여 37℃ incubator에서 3일 정도 배양하였다.
프로바이오틱스는 식품의약품안전처로부터 일일 섭취량이 이미 규정되어 있으며, 유산균 증식 및 유해균 억제, 배변활동 원활에 도움을 주는 것으로 기능성이 입증되어있으므로 본 연구에서는 그 기준에 맞추어 주성분인 프로바이오틱스 함유량을 기능성의 범위인 1 정당 600 mg이 되도록 제조하였다. 정제의 제조 방법은 습식 과립 제조방법에 따라 제조하였는데 부형제와 주원료, 그리고 결합제를 혼합하여 과립을 제조한 후 건조하고 타정을 실시하여 정제를 제조하였으며 코팅액은 따로 코팅기제를 물과 에탄올에 용해시켜 조제하고 코팅 공정을 실시하였다.
프로바이오틱스는 식품의약품안전처로부터 일일 섭취량이 이미 규정되어 있으며, 유산균 증식 및 유해균 억제, 배변활동 원활에 도움을 주는 것으로 기능성이 입증되어있으므로 본 연구에서는 그 기준에 맞추어 주성분인 프로바이오틱스 함유량을 기능성의 범위인 1 정당 600 mg이 되도록 제조하였다. 정제의 제조 방법은 습식 과립 제조방법에 따라 제조하였는데 부형제와 주원료, 그리고 결합제를 혼합하여 과립을 제조한 후 건조하고 타정을 실시하여 정제를 제조하였으며 코팅액은 따로 코팅기제를 물과 에탄올에 용해시켜 조제하고 코팅 공정을 실시하였다. 코팅 공정 시 건조 온도에 의한 프로바이오틱스의 사멸을 최소화하기 위하여 product temperature는 40℃ 이하로 진행하였으며 warming-up temp 55℃, warming-up time 5 min, inlet temp 55℃, exhaust temp 36℃, product temp 36℃로 설정해 장용성 코팅을 하였다.
정제의 제조 방법은 습식 과립 제조방법에 따라 제조하였는데 부형제와 주원료, 그리고 결합제를 혼합하여 과립을 제조한 후 건조하고 타정을 실시하여 정제를 제조하였으며 코팅액은 따로 코팅기제를 물과 에탄올에 용해시켜 조제하고 코팅 공정을 실시하였다. 코팅 공정 시 건조 온도에 의한 프로바이오틱스의 사멸을 최소화하기 위하여 product temperature는 40℃ 이하로 진행하였으며 warming-up temp 55℃, warming-up time 5 min, inlet temp 55℃, exhaust temp 36℃, product temp 36℃로 설정해 장용성 코팅을 하였다.
장용성 정제를 제조한 후에는 붕해 정도를 알아보기 위하여 붕해 시험기(Disintegration tester, Kukje Engineering Co., Seoul, Korea)를 이용하여 붕해 시험을 실시하였다(Doh et al., 2002; Korean Food and Drug Administration, 2011). 붕해 시험 평가 방법은 장용성 코팅 정제를 인공위액(pH 1.
, 2002; Korean Food and Drug Administration, 2011). 붕해 시험 평가 방법은 장용성 코팅 정제를 인공위액(pH 1.2액)과 인공장액(pH 6.8액)에 6정씩 넣은 다음, 인공위액은 120분, 인공장액은 60분간 상하운동을 한 다음 관찰하여 코팅피막 용해 정도와 정제의 붕해 양상을 육안으로 관찰하였다. 인공위액은 염화 나트륨 2.
상기 붕해 시험 조건에 따라 37±2℃의 온도에서 분당 29~32회의 속도로 상하운동을 시켰으며 각 액에서 규정하는 붕해 시간 이후 붕해 시험기 유리관에 시료의 잔류물이 없거나 있더라도 피막이든가 연질의 물질 또는 니상의 물질이 잔류할 경우 적합으로 하였다. 또한 제조된 정제의 경도 실험은 경도계(Hardness Tester, Labotech., Seoul, Korea)를 사용하여, 마손의 정도는 마손도기(Friabilator, Kukje Engineering Co., Seoul, Korea)를 이용하여 제조된 정제의 특성을 평가하였다.
제조된 프로바이오틱스 정제 및 유산균 원말을 생리식염수 또는 인산 완충액(Phosphate-buffer)에 현탁한 후 희석하고 고체 배지(agar plate)에 도말하여 생존 유산균의 수를 계수하였다. 평가된 정제와 유산균 활성을 비교하기 위하여 비교 대상으로는 유산균 원말을 사용하였으며 Lactobacillus plantarum 검출 배지인 Lactobacilli MRS (BD, 288130)와 Bifidobacterium bifidum 검출 배지인 BL (MBcell, MB-B1602)을 사용하여 마찬가지로 그 활성의 정도를 측정하여 보았다.
제조된 프로바이오틱스 정제 및 유산균 원말을 생리식염수 또는 인산 완충액(Phosphate-buffer)에 현탁한 후 희석하고 고체 배지(agar plate)에 도말하여 생존 유산균의 수를 계수하였다. 평가된 정제와 유산균 활성을 비교하기 위하여 비교 대상으로는 유산균 원말을 사용하였으며 Lactobacillus plantarum 검출 배지인 Lactobacilli MRS (BD, 288130)와 Bifidobacterium bifidum 검출 배지인 BL (MBcell, MB-B1602)을 사용하여 마찬가지로 그 활성의 정도를 측정하여 보았다. 각각의 시료들은 샘플 중량에 따라 600 mg을 각각 취하여 MRS broth(액체 배지)를 각 중량의 4배를 넣어 1/5로 희석하여 1시간 정도 vortex하여 균질화하였으며 희석된 각각의 시료들을 원액으로 하여 10-7까지 serial dilution하여 MRS 평판 배지와 BL 평판 배지에 100 μl씩 도말하여 37℃ incubator에서 3일 정도 배양하였다.
실험을 통하여 확정된 pH 의존성 matrix tablet의 원료약품 최종 배합 및 분량은 Table 1과 같으며 이 중에서도 가장 정제 제조가 잘되는 6번을 최종 처방으로 선택하였다. 완성된 정제의 사진은 Fig.

성능/효과

상기 붕해 시험 조건에 따라 37±2℃의 온도에서 분당 29~32회의 속도로 상하운동을 시켰으며 각 액에서 규정하는 붕해 시간 이후 붕해 시험기 유리관에 시료의 잔류물이 없거나 있더라도 피막이든가 연질의 물질 또는 니상의 물질이 잔류할 경우 적합으로 하였다.
1과 같은데 이때 정제를 제조하기 위하여 사용된 결합제로는 hydroxyl-propyl-methylcellulose(HPMC)와 Polyvinyl pyrrolidone (PVP) K30 이었으며 붕해제로는 sodium starch glycolate (SSG)를, 활택제로는 magnesium stearate임을 알 수 있었다. 코팅기제로는 hydroxyl-propyl-cellulose와 sodium alginate composition을 혼합하여 사용하는 것이 가장 장용 코팅이 잘 된다는 것을 확인할 수 있었다.
제조된 pH 의존성 매트릭스 정제의 특성 평가를 위하여 경도 및 붕해 시험을 실시하여 본 결과는 Table 2와 같았다. 제조된 정제는 미황색을 띤 정제로서 붕해기(Disintegration tester)를 이용하여 측정한 붕해 시간은 약 5분 30초에 진행되어 정제의 경우는 20분 이내에 붕해되어야 하는 기준을 만족하였으며 경도는 8 kp로서 장용성 코팅에 필요한 7 kp 이상의 경도를 만족시켜 코팅이 성공적으로 진행이 가능하였다. 또한, 마손도 시험(Friability test)과 안식각 시험(angle of response test)도 기준에 만족하여 성공적으로 정제가 제조되었음을 확인할 수 있었다(Table 2).
제조된 정제는 미황색을 띤 정제로서 붕해기(Disintegration tester)를 이용하여 측정한 붕해 시간은 약 5분 30초에 진행되어 정제의 경우는 20분 이내에 붕해되어야 하는 기준을 만족하였으며 경도는 8 kp로서 장용성 코팅에 필요한 7 kp 이상의 경도를 만족시켜 코팅이 성공적으로 진행이 가능하였다. 또한, 마손도 시험(Friability test)과 안식각 시험(angle of response test)도 기준에 만족하여 성공적으로 정제가 제조되었음을 확인할 수 있었다(Table 2).
식품 의약품 안전처의 식품 안전 정보 포털에 따르면 기능 성분의 함량은 프로바이오틱스균을 1×108 CFU/g 이상 함유하고 있으면 최종제품의 요건으로 유산균 증식 및 유해균 억제, 배변활동 원활에 도움을 줄 수 있는 것으로 되어 있으므로 제조된 정제는 그 기능성을 유지한 채로 성공적으로 제품이 제조되었다는 것을 확인할 수 있었다.
식품 의약품 안전처의 식품 안전 정보 포털에 따르면 기능 성분의 함량은 프로바이오틱스균을 1×10⁸ CFU/g 이상 함유하고 있으면 최종제품의 요건으로 유산균 증식 및 유해균 억제, 배변활동 원활에 도움을 줄 수 있는 것으로 되어 있으므로 제조된 정제는 그 기능성을 유지한 채로 성공적으로 제품이 제조되었다는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통해 본 연구에서 정제를 제조하기 위해 사용한 매트릭스 기법이 프로바이오틱스의 안정성을 확보할 수 있는 효과적인 정제 제형의 기술이라는 것을 알 수 있었다(Table 3).
, 2002). 매트릭스 기술을 도입하여 정제를 제조하고 [대한약전 9개정]과 [경구용의약품의 용출규격 설정 가이드라인]과 [건강기능식품이 기준 및 규격 고시전문]의 붕해 시험법에 근거하여 유산균 정제의 특성 및 거동을 확인하여 본 결과 붕해가 원활하여 성공적으로 유산균 정제가 제조되었음을 확인할 수 있었으며 이러한 결과를 바탕으로 pH에 취약한 프로바이오틱스를 위액과 담즙산으로 보호하며, 장에서 프로바이오틱스가 용출될 수 있는 pH 의존성 매트릭스 정제 개발이 가능하다는 것도 알 수 있었다. 식품에서는 프탈레이트(phthalate) 기재에 대해 엄격한 규제가 이루어져 왔으나, 생리 활성 물질의 생체 이용률을 높이고, 위산 분해 시의 문제점 등을 해결하기 위해 사용되는 장용성 코팅 제제에 대한 중요성과 관심이 높아짐에 의해 법개정을 통해 장용성 코팅기제의 경우에 한해 약사법에 근거하여 공정서에 수재되어 있는 기제를 사용할 수 있도록 규제가 완화되었다.
프로바이오틱스 혼합물의 유산균 배양 시험에서 MRS 배지의 경우에는 혼합물의 경우 1.7×1010 CFU / 600 mg를, 정제의 경우 7.0×109 CFU / 600 mg를 나타내었으며 BL 배지에서도 혼합물의 경우 1.8×1010 CFU / 600 mg를, 정제의 경우 7.5×109 CFU / 600 mg를 나타내었다.

후속연구

비록 규제완화에 의해 프탈레이트계의 장용성 코팅기제 사용이 가능하다고는 하더라고 여전히 프탈레이트 안전에 대한 소비자들의 우려는 여전히 남아있으며, 이를 대체할 수 있는 장용성 코팅기제의 개발과 이를 응용한 장용성 제제 개발에 대한 연구가 절실한 상황이었으나 그 연구가 본격적으로 진행된 경우는 없었다. 본 기술을 사용하면 통상적으로 경질캡슐제로 유통되는 제품보다 제형의 다양성을 확보할 수 있을 뿐 아니라 또한 장용성 캡슐 제제에 비해 정제 제형으로 개발됨에 따라 제조원가 절감 및 생산수율 향상을 기대할 수 있어 산업화에 바로 적용이 가능하며 특히 프탈레이트를 사용하지 않고도 유산균 제제의 제조가 가능하여 환경 보호의 측면에서도 많은 기여를 할 수 있을 것으로 사료된다.

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