KR100418682B1 - 초음파 공정을 이용한 고분자 키토산의 분리 및 정제방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 키토산의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 고분자 키토산의 제조방법은, 다양한 분자량의 키토산 혼합물을 초음파 처리와 함께 효소와 반응시켜 키토산의 평균분자량 200,000이상으로 조절하는 분리공정을 1회 이상 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 고분자 키토산의 제조방법을 이용하면, 키토산의 가수분해시 원하는 분자량을 갖도록 조절할 수 있어, 인체 흡수율은 높이면서도 고분자 본래의 특성을 유지하여 식품 및 의약용으로 이용가치가 높은 고분자량의 키토산 가수분해물을 효과적으로 제조할 수 있다.

Description

초음파 공정을 이용한 고분자 키토산의 분리 및 정제방법{Method for Isolation and purification of high molecular weight chitosan by using ultrasonic processing}

본 발명은 고분자 키토산의 제조방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는, 새우 및 게 등의 갑각류로부터 추출한 천연고분자인 키토산을 초음파 공정을 이용하여 간단하게 고분자량 키토산으로 제조하는 방법에 관한 것이다.키토산(Chitosan)은 부분적으로 탈아세틸화된 키틴이고, 키틴(chitin)은 N-아세틸-D-글루코사민이 β-(1,4) 결합한 다당류로 게, 새우등의 갑각류의 껍질이나 곤충류의 표피, 버섯, 균류의 세포벽 등에 널리 분포되어 있는 천연고분자 물질이며, 함유 생물체의 지지와 방호역할을 담당하는 다당류이다. 키틴은 셀룰로즈와 유사한 구조를 가진 곁사슬이 없는 매우 긴 사슬구조의 고분자 물질로 2번 탄소에 수산기(-OH)대신에 N-아세틸아미노기(-NHCOCH₃)가 치환되어 있다.키토산은 그 분자 구조로 볼 때 인체 조직에 친화성이 우수하여 거부반응이 일어나지 않기 때문에 식품 및 의약품으로써 우수한 물질이다. 그러나 키토산은 물에 거의 녹지 않으며 강산성이나 강알칼리에도 잘 녹지 않는 단점이 있었다. 다만 식초에 녹으며 타액, 위장 및 대장의 효소에 의해 미량만이 분해, 흡수되는 정도이다. 따라서 키토산의 유용성을 인식하면서도 현저히 낮은 인체 흡수율로 인해 그 사용이 제한되어 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 키토산을 가수분해하여 올리고당화하는 기술들이 개발되었다. 그러나 고분자는 가수분해되어 저분자화될수록 고분자 본래의 성질을 잃기 마련이다. 통상적으로 올리고당은 단당이 글리코시드 결합을 한 것으로 2탄당에서 10탄당까지의 당류를 총칭한다. 올리고당은 다당류의 가수분해에 의해 생성되며, 종래 보통의 방법으로 가수분해된 성분은 대부분 저분자량의 올리고당에 속한다. 이것은 또한 단위체가 낮은 정도로 중합하여 생성되는 중합체이며 분자량이 낮으므로 올리고머(Oligomer)라고 하며 올리고머는 올리고당으로 표기하기도 한다. 키토산 역시 올리고당으로 가수분해되면 식품 및 의약 분야에서 우수한 키토산 본래의 성질들을 상당부분 잃게 되는 문제점이 있었다. 따라서 인체 흡수율을 높이면서도 키토산 본래의 성질을 유지할 수 있는 방법이 절실히 요구되고 있었다.

또한, 키토산은 그 물성인 분자량에 따라 그 사용 용도가 매우 다르게 적용될 수 있다. 분자량에 따라서 의약 및 식품 뿐만 아니라 환경 폐수 응집제, 중금속 흡착제, 생산량 증대를 위한 씨앗 코팅제, 단백질 회수제 및 창상 치료제 등의 다양한 분야에서 이용될 수 있다. 따라서 키토산의 가수분해시 원하는 분자량을 갖도록 조절하여 광범위한 분야에서 키토산을 효과적으로 이용할 수 있도록 하는 방법이 절실히 요구되고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 인체 흡수율을 높이면서도 식품, 의약용으로 이용할 수 있도록 키토산 본래의 성질을 유지한 키토산 가수분해물을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 즉, 키토산의 가수분해시 키토산의 분자량을 조절하여 평균 분자량이 높은 키토산 가수분해물을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 다양한 분자량의 키토산 혼합물을 초음파 처리와 함께 효소와 반응시켜 키토산의 평균분자량 200,000이상으로 조절하는 분리공정을 1회 이상 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.이하 본 발명의 방법을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

새우 및 게의 껍질로부터 얻은 키토산을 산으로 처리하여, 상기 키토산을 각종 효소로 처리하여 수용화 시킨다. 이때, 키토산을 효소로 처리시, 초음파 처리를 병행한다. 상기 초음파 처리는 10∼40KHz 범위의 주파수에서 시간 10∼90분 정도 수행하는 것이다. 더 바람직하게는, 초음파 처리는 10∼30KHz 범위의 주파수에서 시간 10∼30분 정도 수행하는 것이다.

상기 초음파 처리는 키토산에 대한 효소처리 효율을 극대화시켜 효소처리 시간을 단축시키는 잇점이 있다. 키토산에 대한 효소처리는 무기산 및 유기산을 상기 반응액에 부가적으로 첨가 시키거나 온도를 상승시켜 효소를 실활 시켜 정지 시킨다.

그 다음, 진공 건조시킨 후, 키토산을 순수한 물에 용해시켜, 초음파 공정을 반복적으로 수행하여 원하는 고분자량의 키토산을 주정(C₂H₅OH)으로 더욱 정제하여 건조 시킨 후, 냉동 건조시켜 좀 더 순수한 고분자량의 키토산을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 초음파 공정을 이용하여 키토산의 분자량 분포를 조정하는 것으로서 키토산의 평균분자량을 200,000이상의 범위로 얻을 수 있다. 또한, 상기초음파 공정을 반복하여 보다 순수하고 독성이 없는 고분자량을 갖는 키토산으로 제조 할 수 있다.

본 발명에 사용되는 각종 효소로는 예를 들어, 키토사나아제, 키티나제, 셀룰라제, 라이소자임 또는 이들의 혼합효소 등이 있으며, 기질인 키토산에 대하여 0.1∼15 중량%로 첨가된다.

본 발명에 따른 초음파 공정에 의해 얻어진 고분자 키토산을 그 종류와 분자량에 따라 분별하면 하기 표1과 같다.

명칭	분자량
키토1	220,000~240,000
키토2	280,000~350,000
키토3	340,000~410,000
키토4	470,000~520,000
키토5	490,000~540,000
키토6	660,000~1,000,000이상

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 아래와 같다.

<실시예>

새우 및 게로부터 얻은 키토산에 키토사나아제를 키토산에 대하여 5 중량%로 주입함과 동시에 각각 10, 20 및 30KHz로 10, 30, 60 및 90분간 초음파 처리하여 얻어진 키토산의 평균 분자량은 하기 표2와 같다.

	비교예1	비교예2	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6
초음파(KHz)	무처리	무처리	10	10	20	20	30	30
효소농도(중량%)	5	5	5	5	5	5	5	5
반응시간(분)	30	60	10	30	30	60	60	90
평균분자량	10,000이하	10,000이하	220,000~240,000	280,000~350,000	340,000~410,000	470,000~520,000	490,000~540,000	660,000~1,000,000이상

고분자량 키토산을 제조하고 냉동건조하여 불순물이 없는 평균분자량 200,000이상 [GPC (gel permeation Chromatography)로 측정]의 고분자량 키토산을 얻었다.

<실험예>

상기 실시예 1 내지 실시예6의 제조공정으로 얻어진 최종제품의 중금속(Pb, As)을 정량 분석 하였다. 납(Pb)과 비소(As)의 정량은 자동흡수 스펙트럼(Atomic absorption spectrometer)(Varian Co. spectraAA-300, USA)을 사용하여 정량해 본 바, 매우 양호한 구성물임을 확인하였다.

또한, 상기 초음파 공법을 통해 얻어진 고분자 수용성 키토산의 항균작용 등 황산화 효과를 대표적 황산화물인 비타민 C와 비교하였다. 상기 실시예 1 내지 실시예 6의 최종산물을 용액(각각 0.1%, 0.5%, 1%의 농도)으로 제조하여 실험 하였다. 측정은 UV흡광기(Cary I. UV-Visible Spectrophotometer.: Vanan Co. USA)로 하였다. 그 결과는 하기 표3과 같다.

용액의 농도	0.1%	0.5%	1%
키토	20.56%	28.54%	46.56%
비타민C	23.21%	30.25%	50.65%

본 발명에 의한 고분자 키토산의 제조방법을 이용하면, 키토산의 가수분해시 원하는 분자량을 갖도록 조절할 수 있도록 하여, 인체 흡수율은 높이면서도 고분자 본래의 특성을 유지하여 식품 및 의약용으로 이용가치가 높은 고분자량의 키토산 가수분해물을 효과적으로 제조할 수 있다.

Claims (4)

1. 200,000∼1,000,000 범위의 분자량을 가지는 고분자 키토산을 제조하는 방법에 있어서,

   (a) 다양한 분자량의 키토산과 산, 효소, 물의 혼합물을 초음파 처리하여 키토산 수용액을 생성하는 단계;

   (b) 상기 키토산 수용액에 무기산과 유기산 중 어느 하나와 효소의 실활 온도로의 상승 처리 중 어느 하나를 선택하여 효소의 기능을 중지시키는 단계;

   (c) 상기 효소 기능이 중지된 키토산 수용액을 진공 건조하여 키토산을 추출하는 단계;

   (d) 진공 건조된 키토산과 물의 혼합물에 대한 초음파 처리를 적어도 1회 처리하여 키토산의 분자량을 조절하는 단계;

   (e) 상기 (d) 단계에서 초음파 처리된 키토산을 정제한 후에 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 처리 공정을 이용한 고분자 키토산 제조 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제