KR19990000756A

KR19990000756A - 탈아세틸화도가 75-100%인 키토산의 제조방법

Info

Publication number: KR19990000756A
Application number: KR1019970023829A
Authority: KR
Inventors: 김광
Original assignee: 김광; 연철흠
Priority date: 1997-06-05
Filing date: 1997-06-05
Publication date: 1999-01-15
Also published as: KR100216301B1

Abstract

[명칭] 탈아세틸화도가 75-100%인 키토산의 제조방법

[과제] 종래의 키토산을 제조하는 방법에 있어서, 수산화나트륨의 농도가 높고 반응시간이 길며 반응온도가 높은 반면 탈아세틸화도가 비교적 높지 못한 문제가 있었던 바 이는 경제적이지 못하며 대량생산의 걸림돌이 될 뿐만 아니라 응용범위의 확대를 기대하기가 어려운 단점이 있었다.

이를 해결코저 한다.

[해결수단] 갑각의 등부분을 취한 후 분쇄시켜 분발화한 다음, 약전. 2N 염산수용액에 12-16시간 동안 침적시켜 칼슘과 회분을 제거하고, 증류수로 중성이 될 때까지 세척하여 건조한 다음, 건조한 시료를 100℃에서, 약전. 1N 수산화나트륨 수용액에서 12시간 동안 침적시켜서 단백질을 제거하여 세척하고 건조시킴에 따라 얻어진 키틴 분말을 수산화나트륨(농도 40-50% W/V) 수용액에서 110-130℃ 사이로 2-3시간 탈아세틸화 반응을 시키고, 증류수로 수회 또는 2회, 3회 세척한 뒤 아세트산 수용액(농도 2% V/V)에 녹여 키토산 수용액을 제조한 후, 다시 과량의 약전. 1N 수산화나트륨 수용액에서 섬유질 상으로 만들거나 또는 탈아세틸화 반응을 1-2시간 진행시킴으로서 탈아세틸화도가 약 75-100%인 키토산을 제조하는 방법으로 해결함.

Description

탈아세틸화도가 75-100%인 키토산의 제조방법

제1도는 순도 75% 이상 85% 미만에서의 키토산 탈아세틸화 그래프.

제2도는 순도 85% 이상 90% 미만에서의 키토산 탈아세틸화 그래프.

제3도는 순도 90% 이상 95% 미만에서의 키토산 탈아세틸화 그래프.

제4도는 순도 100%에서의 키토산 탈아세틸화 그래프.

제5도는 순도 75% 이상 85% 미만에서의 Infrared Spectra.

제6도는 순도 85% 이상 90% 미만에서의 Infrared Spectra.

제7도는 순도 90% 이상 95% 미만에서의 Infrared Spectra.

제8도는 순도 100%에서의 Infrared Spectra.

본 발명은 탈아세틸화도가 75-100%인 키토산의 제조방법에 관한 것이다. 1970년대에 이르러 세계에서는 석유자원의 고갈문제와 자원의 재활용 문제가 주장되었는데 여기서 주목된 것이 키틴질이다.

키틴질은 자연계에 넓게 분포되어 있는 다당으로 생합성되는 량은 연간 1000억 달러에 달한다는 보고가 있다. 이것은 셀룰로오스의 생성량에 가까운 것으로 지구상에서 셀룰로오스 다음으로 풍부한 유기물이라는 것이지만, 그 대부분이 폐기되고 있는 극히 낮은 이용도의 바이오메스 자원이다.

이와 같이 키틴질은 자연계에 다량으로 존재함에도 불구하고 그 이용에 대한 연구가 늦어지고 있는 것은 키틴이 불용으로서 용매에 녹지 않는다는 점이 가장 큰 원인이다.(1-4)

그러나 천연자원으로서 최근 각광받고 있는, 셀룰로오스와 구조상 유사하다는 점에서(5-6) 그 공업적 이용이 관심을 모으고 있으며 현재 여러 분야에서 활발히 연구가 행해지고 있는데, 키틴, 키토산의 특이한 기능과 활성이 주목되고, 여러 가지 분야의 넓은 이용 가능성 때문에 기능성 고분자 소재, 생분해성 소재로서 흥미가 기대되기 시작했다.(7-8)

그러나 다당에 있어서의 특징인 복잡한 구조를 화학수식으로 표출시키기는 곤란한 것이 통례이다.

그러므로 제어하거나 혹은 수식에 의하여 많은 관능기를 유효하게 사용하는 것이 가능하도록 하려면, 키틴질은 합성고분자 혹은 다른 천연고분자와는 다른 특이한 고분자 소재로서 인지되어야 함은 틀림없다.

키틴은 아미노기의 높은 반응성 때문에 화학수식을 위치선택적으로, 또 효율적으로 진행할 수 있는 가능성을 가지고 있어, 이용 가능성 면에서 셀룰로오스와 비교해서 우위에 있다고 생각된다.(4,9)

키토산은 키틴을 진한 수산화나트륨 용액 중에서 탈아세틸화 처리를 하는 것에 의해 얻어진다. 또한 키토산은 탈아세틸 처리시의 반응온도, 반응시간, 수산화나트륨 농도에 따라 각기 다른 탈아세틸화도의 물질을 얻을 수 있는데(10), 키토산은 자체의 독성이 비교적 낮고 생분해성이기 때문에 의약학 분야에서의 연구가 급속히 활발해지기 시작했다.(11-23)

키토산은 염기성 다당으로 위의 제산작용, 궤양억제작용이 동물실험에서 밝혀져 있다. 또한, 동물 실험에서 키틴과 키토산은 혈청과 간장내의 콜레스테롤과 트리글리세리드의 정도를 낮춘다는 중요한 약리작용이 있는 것이 밝혀져 많은 실험자료가 나오고 있는데, 약리작용 중에서도 흥미가 깊은 것은 제암작용이다.

키토산은, 백혈병 L1210 세포를 선택적으로 응집시키는 작용이 있고 정상적혈구와 골수세포에 영향을 미치지 않는다.

마이크로퍼지 활성화 능은 탈아세틸화도 0.70의 것이 높고, 부분 탈아세틸화 키틴은 면역증강 활성제로서의 가능성이 시사된다.(24)

키틴 및 키토산의 올리고당의 생리활성도 흥미 깊다.

항종양성과 항미생물성을 조사해 본 결과 6량체가 특히 높은 활성을 나타내는 것을 알 수 있었다.

이들의 올리고머의 항세균성, 항곰팡이성, 항바이러스성도 보고되어져 있다. 또한 키토산의 첨가는 식품의 보존성을 향상시키는 효과도 있기 때문에 새로운 식품 보존제로서의 이용도 논의되어 지고 있다.(4)

키토산의 기능은 그 분자량과 아세틸화도의 차이에 따라 크게 달라지기 때문에 반응에 이용되는 알칼리의 농도, 반응온도, 반응시간 등의 조건의 설정관리가 대단히 중요하다.

특히 이용범위가 넓어짐에 따라 탈아세틸화도가 높은 키토산의 필요가 높아지고 있기 때문에 탈아세틸화도가 높은 키토산을 얻는 신규한 방법이 요구되고 있다.

현재 시판되고 있는 키토산은, 알칼리 농도 40-60%에서 반응온도를 섭씨 100-180도로 하고 2-4시간 반응시켜 70-80% 정도 탈아세틸화한 것이다.

종래의 방법은, 수산화나트륨의 농도가 높고 반응시간이 길며 반응온도가 높은 반면 탈아세틸화도가 비교적 높지 못한 문제가 있었던 바 이는 경제적이지 못하며 대량생산의 걸림돌이 될 뿐만 아니라 응용범위의 확대를 기대하기가 어려운 단점이 있었다.

이에 본 발명은 특히 낮은 반응온도와 농도가 낮은 수산화나트륨 상에서 짧은 반응시간 내에 탈아세틸화도가 75-100%인 고품질의 키토산을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

키토산의 세부적인 기능과 용도를 살펴보면;

▶ grade 75-85% 키토산의 기능과 용도

[화장품 분야]

이 분야는 키틴, 키토산의 응용 중에서 가장 오래 전부터 연구가 행해지고 있고 활용 가능한 특성들이 밝혀지고 있다.

키토산의 화장품류 제품으로서의 이용이 진행된 가장 큰 이유는 모발 흡착성에 있다. 키토산은 모발에 흡착된 후 보습성, 대전방지성, 피막형성성 등의 기능을 나타낸다.

(1) 카르복시 메틸 키틴의 화장품에의 응용

카르복시 메틸 키틴은 키토산과는 달리 모든 pH의 물에 용해시킬 수 있다. 또한 높은 보습성과 모발에 대한 대전방지 효과를 지닌 것으로 보고되어 있다.(10)

[폐수처리 분야]

(1) 응집제

그 동안 키토산의 주요 용도는 폐수용 응집제였다.

키토산의 유리 아미노기는 pH 7이하의 수용액 내에서는 양이온으로 하전하기 때문에 주로 양이온성 천연고분자 응집제로 사용되어 왔다.

우수한 탈수성과 천연분해성, 무공해성이라는 장점을 이용하여 폐수 내의 자원회수를 위해 주로 이용되었다.

식품공장 폐수내의 단백질을 회수하여 사료 또는 퇴비로 재활용한다든지 축산폐수 부유물을 회수하여 특수원예용 퇴비로 개발하면 키토산의 사상균(絲狀菌)에 대한 제어력으로 인하여 토양 생태계의 개선 등 토질 회복을 가져오는 우수한 토양 개량성 퇴비로 각광을 받을 것이다.(25)

(2) 중금속 이온흡착

키틴과 키토산은 중금속에 대한 흡착력이 강하다.

여러 가지 형태(bead, 분말 등)로 바꾸어 컬럼에 충진한 후 중금속 오염수를 통과시키면 상당량의 중금속을 흡착제거 할 수 있다.

단일 중금속의 경우 pH 변화에 의한 제거효율은 pH 2에서 85% 이상 제거되었으며 혼합 중금속 흡착은 pH 2에서 70% 이상 제거된다.

(3) 염료폐수 정화제

키토산은 염료에 대한 흡착력이 강하다.

이를 이용하면 염색공장 폐수 정화에 도움을 줄 수 있을 것이다.

▶ grade 85-90% 키토산의 기능과 용도

[농업분야]

키틴이나 키토산의 저분자물과 올리고당들은 병원균과 병해충에 대하여 상당한 통제력이 있음이 여러 실험에서 밝혀져 있다.

(1) 토양 개량제

게나 새우를 퇴비로 쓰는 경우 토양의 지력(地力)이 강화된다는 사실이 농부들의 경험에서 인정되어 왔다.

키틴이나 키토산은 토양중의 미생물 가운데 식물에 해로운 사상균(絲狀菌)을 억제하고 식물에 유익한 방선균(放線菌)을 증식시킨다는 사실이 밝혀졌다.

게나 새우의 껍질을 퇴비에 섞어 쓰면 농작물의 성장에 유용한 효과를 보일 것은 당연한 일이다. 특히 특수원예 작물이나 특용작물 퇴비의 개발에 키틴이나 키토산을 이용할 가치가 클 것이다.

또한 윤작(輪作)이 불가피한 경작지에 적용해 보는 것도 바람직하다 하겠다. 유독한 농약으로 환경을 오염하는 골프장이나 기타 농작물 재배지에 이들 키틴이나 키토산의 올리고당을 시험 살포해 보는 것도 권장할 만하다.

(2) 식물 병충해 방지제(防止劑)

식물에 침입하는 병충이나 병원균을 방제하는데 키틴이나 키토산의 가수분해물을 적용해 보는 것도 권장할 만하다.

이들 올리고당이 병충이나 병원균의 유전전달 기구인 DNA로부터 mRNA로의 전사(transcription)를 차단함으로써 이들 해충이나 병원균의 증식을 막는다는 사실이 알려져 있다.

이러한 성질을 이용하여 유전자 조작 기술로 병충이나 병원균을 통제하는 키틴계 무공해 농약(천적)의 개발이 머지 않아 이루어질 전망이다.

(3) 서방성 농약(徐放性農藥)

농작물에 뿌린 농약이 비, 바람에 의해 쉽게 소실(消失)되는 것을 방지하고 농작물에 오래도록 작용하면서 지속적인 약효를 발휘할 수 있도록 고분자 키토산에 농약을 결합하여 액화한 후 살포하면 약효의 지속성과 키토산의 항병원성이 크게 나타날 것이다.

이 방면의 연구개발도 상당한 관심의 대상이 될 수 있다.

(4) Elicitor제

밀이나 콩류들의 씨앗에 키토산의 피막을 입혀 파종하면 줄기가 훨씬 굵어지고 수확량도 크게 증가한다.

콩나물 재배 등에도 시험하여 볼 수 있을 것이다.

(5) 양계, 양잠

키틴이나 키토산을 산란계의 사료에 첨가해 주면 산란률이 높아지고 누에나 뽕잎에 도포하여 주면 누에의 성장이 촉진된다.

▶ grade 90-95% 키토산의 기능과 용도

[섬유분야(26-27)]

키토산의 섬유관련 응용분야는 항균, 방취 등의 위생가공이 주류를 이루고 있으며 정전기 방지, 수축방지, 주름방지, 염색성을 향상시키는 등의 새로운 기능성을 부과하는 소재로서의 응용 가능성과 함께, 섬유산업 및 기타 관련분야에서 발생되는 악성폐수처리포, 정수처리에 이용되는 여과포, 직물의 촉감과 핸들개선 가공제 등으로 사용 가능하다.

키토산이 섬유간, 사(絲)간에 부착되어 전단강성, 굽힘강성을 증가시키며 직물의 관성특성 중 빳빳한 특성이 증가하게 되므로 고온 다습한 여름철에 바람직한 의복재료로서 사용가능성을 제시한다.

또한 처리직물의 표면특성상 마찰계수는 키토산의 처리농도 증가에 따라 감소하는 경향을 보인다.

[식품분야(28-30)]

콜레스테롤 저하제

최근 식생활이 서구화되어 감에 따라 LDL(인체에 해로운 형태)치가 HDL(인체에 이로운 형태)치보다 상대적으로 높아지고 있는데, 키토산은 LDL치를 낮춰주고 HDL치를 높여주는 역할을 하며 특히 간장에서 콜레스테롤 침착을 억제하는 효과가 있다.

(2) 음료수, 쥬스, 주류의 청정 및 연화제

음료수나 쥬스, 주류 속의 부유된 오탁물을 제거하는데 수용성 키토산을 첨가하면 맑게 된다.

동시에 세균번식을 억제할 뿐만 아니라 생리활성에 도움을 준다.

(3) 식품내 중금속 흡착제거제

식품내에 금속, 특히 공해성 중금속이 혼입되었을 때 키토산을 첨가하면 유용한 흡착제가 된다.

(4) 식품 방부조제(防腐助劑)

키틴, 키토산의 저분자물이나 올리고당의 항균성을 이용하여 식품의 부패를 막는 방부제로 이용할 수 있다.

기존의 유해 유독한 화학방부제에 비하면 획기적인 바부제로 평가될 만하고 동시에 식품에 곰팡이나 세균이 번식하는 것을 방지하는데 효과가 크다.

(5) 서방성 조제(徐放性助劑)

영양성분이나 향기성분을 키토산 분자에 결합시켜 하나의 담체로 이용할 때 체내에서의 영양분의 공급을 적절히 유지시킬 수 있고 향기성분을 식품에서 오랫동안 유지하면서 서서히 발산하게 하는데도 이용할 수 있다.

(6) 제산제(制酸劑)

식품내 산성물질의 키토산의 많은 아미노기로 중화시킬 수 있다.

특히, 발효식품 가운데 유기산을 생성하는 경우 키토산을 첨가하면 중화효과도 있고 유기산 발효 미생물을 조절할 수 있어 일거양득의 효과가 있다.

우리 나라와 같이 김치류와 같은 발효식품을 부식으로 대량 이용하는 식생활 문화권에서는 이 분야 연구에 관심을 돌릴 만하다.

(7) 착색 및 탈색조제

키틴, 키토산의 강력한 색소흡착성을 이용하여 식품을 착색시킨다든지 또는 식품에서 달갑지 않은 색소를 제거하는데 용도가 매우 클 것이다.

(8) 특수성분 제거제

식품내 탄닌, 카페인, 알카로이드류 등의 특수성분을 흡착 제거하는데 이용될 수 있다. 특히 커피제조 공장에서 이용할 만한 가치가 크다 하겠다.

또한 식품내 특이단백질을 제거할 때에도 이용할 수 있다.

(9) 보수, 보습제(保水, 補習劑)

키틴, 키토산의 보수 및 보습성을 이용하면 식품의 건조 및 고화(固化)를 막을 수 있다.

(10) 유화제(乳化劑)

키틴, 키토산의 유화성(乳化性)을 이용하면 크림류나 쥬스 등의 식품제조에 요긴하게 쓸 수 있다.

마요네즈, 피넛버터 등에 emulsion 형태로서 식품의 첨가제로 쓰면 여러가지 면에서 유리할 것이다.(방부효과 겸비)

(11) 식용피막 및 포장제

키토산과 plypeptide를 섞어서 피막성분으로 개발하면 각종 식품을 포장하여 그대로 먹을 수 있는 식품으로 개발할 수 있다.

(12) 기능성 저칼로리 식품소재, 식품성형재, 영양소·효소·유용미생물담체 등에 이용할 수 있다.

(13) 항체생산성(증강성) 물질, 대사촉진제, adjuvant(보조약) 등 기능성 식품소재, 소화흡수 촉진제 등으로 개발될 수 있다.

(14) 저칼로리 및 증량제

식품에 키틴 분말을 섞어주면 저칼로리 식품으로 될 수 있으며 빵 반죽에 첨가하면 부피가 늘어나 증량효과가 있다.

콜레스테롤 및 트리글리세리드의 저하효과도 겸해있어 1석2조의 효과가 있다.

(15) 기능성 건강정제

키틴이나 키토산의 분말이나 올리고당으로 정제화(錠劑化)하여 위산과다의 제산제, 위장내 미생물 증식의 개선제, 고혈압 환자나 기타 질병으로 체력이나 병에 대한 저항력이 떨어진 허약인의 기능성 건강 증진제로 개발할 만하다.

(16) Uric acid 제거용 기능성 식품

키틴과 키토산은 위내의 산성영역에서 섭취한 식사성 핵산에 대해 이온 결합하여 상당량의 핵산성분이 분변으로 배설된다.

이렇게 하여 혈중 요산량의 저하, 오줌 속의 퓨린(purine)계 대사물의 량의 저하 등으로 고뇨산증에 의한 통풍치유에도 효과를 준다.

(17) 비만 억제

세린(serine)계 효소인 리파아제에 직접 저해하지 않고 선택적으로 유적분해에 대한 저해를 함으로써 단백질 가수분해에는 저해를 일으키지 않는다.

(18) 발암체질 개선

통계적으로 암에 걸리기 쉬운 체질은 체질의 산성화에 의한다고 본다.

체질의 산성화란 주로 세포간질액이나 세포액의 pH 강하를 말한다.

이것은 혈류가 원만하지 않을 때는 대사노페물인 CO₂와 H+ 이온의 축적을 가져와 세포간질액의 pH가 하강한다.

이때 키틴, 키토산을 섭취하면 분해 생성된 N-아세틸 글루코사민이나 글루코사민이 부교감신경을 자극하여 혈관확장을 가져오고 또한 혈류를 왕성케한다. 이렇게 되면 세포간질액의 pH가 자연원상태로 회복되어 모든 생리기능이 활성화되고 면역계가 활성화된다.

이것이 곧 암체질을 개선하게 하는 것이다.

▶ grade 100% 키토산의 기능과 용도

[의료, 의학분야]

(1) 항암제

키토산이 암세포를 공격하는 내츄럴킬러세포(NK Cell)를 자극시켜 암세포를 억제하며 키토산 투여시 암세포 제거율이 93%를 넘게 나타난다.

(2) 콜레스테롤 저하제

최근 식생활이 서구화되어감에 따라 LDL(인체에 해로운 형태)치가 HDL(인체에 이로운 형태)치보다 상대적으로 높아짐에 따라 키토산은 LDL치를 낮춰주고 HDL치를 높여주는 역할을 하며, 특히 간장에서 콜레스테롤 침착을 억제하는 효과가 있다.

(3) 골조송증 보조제

골조송증 환자에게 칼슘과 키토산을 보조식품으로 투여한 결과 탁월한 효과가 있는 것으로 판명되었다.

(4) 혈압조절제 역할

식염의 과잉 섭취가 고혈압의 원인이 되는 것은 식염중의 염소이온이 혈압을 상승시키는 작용을 하기 때문인데 키토산은 염소이온을 흡착시켜 장에서 흡수를 억제, 배출시키는 역할을 한다.

(5) 유해방사선 제거

키토산을 복용시킨 생쥐연구 과정에서 뼈암을 유발시키는 방사성 물질을 스트론튬을 조사시킨 결과 스트론튬이 뼈 부위에 침착되는 비율이 2%인데 반해, 키토산을 복용시키지 않은 생쥐에서의 침착율은 10% 정도로 나타났다.

(6) 키틴, 키토산의 부교감신경(副交感神經) 자극

쥐에 글루코사민이나 N-아세틸글루코사민을 투여하면 식용이 발동한다는 사실이 밝혀져 있다.

식욕은 부교감신경의 공복중추신경이 자극을 받아서 일어나는 현상이며 이것은 뇌의 활동이라 할 수 있다.

이렇게 식욕을 돋구는 약물도 있지만 클루코사민은 약물이 아니면서 이러한 작용을 한다는 것은 놀라운 일이 아닐 수 없다.

즉, 글루코사민이 자율신경의 부교감신경을 자극하면 이것이 뇌의 공복중추에 작용하여 식욕이 돋구어진다고 볼 수 있다.

이것은 곧 키틴, 키토산을 섭취하면 부교감신경을 자극하여 신체가 활성화되어 여러가지 효과가 발생하는 것이다.

이렇게 되면 혈류가 빨라지고 암세포를 죽이는 NK세포의 분열이 활발해진다. 동시에 전신의 면역력이 증강되고 각종 성인병이나 난치병의 치료에도 유용하게 작용한다.

반대로 성급한 사람들은 교감신경이 우세하게 작용하여 혈액순환을 느리게 함으로써 산성 체질화되어 암 등의 질병에 대한 저항력이 떨어진다.

(7) 충치약으로서의 이용

키틴, 키토산의 충치약으로서의 이용은 아직 실용화에는 이르지 못했지만 연구가 진행됨에 따라 결국은 실용화될 것으로 기대된다.

키틴, 키토산은 S. mutans의 페리클 층의 부착을 억제하고 일단 부착된 S. mutans를 탈리시키는 효과가 있으며, 그 완충작용에 따라 치석 밑의 pH 변화를 억제시키는 효과를 가진다는 것이 보고되어 있다.(3)

▶ 외국에서 키토산의 건강식품 또는 기능성 식품으로의 이용사례

(1) 혈압조정제

NaCl중 Cl^-이온에 의한 혈압상승이 일어나는 것으로 알려져 있다.

Cl^-이온이 angiotensin Ⅰ을 angiotensin Ⅱ로 전환시키는 전환효소를 활성화하여 다량의 angiotensin Ⅱ가 생성되고 또 이것이 알도스테론을 자극하여 혈압이 상승하는 것으로 알려져 있는데 +로 하전한 키토산 Cl^-이온과 결합하여 체외로 배출되기 때문에 혈압상승을 억제할 수 있다.

뿐만 아니라 인슐린의 과잉소비도 억제하여 비만형에 의한 고혈압증도 억제한다. 또한 미네랄 흡수제거에는 별 영향이 없고 백혈구를 활성화한다는 사실도 알려져 있다.

(2) 간기능의 강화

토끼의 실험에서 고지방 사료로 실험한 결과 키틴, 키토산을 투여하지 않은 그룹들은 지방간이나 간염이 크게 발생한 반면 키틴, 키토산을 투여한 그룹은 전혀 발생하지 않았다. 동시에 상한 간의 세포는 쉽게 재생되었다.

(3) 세포의 활성화

키틴, 키토산은 생체내에서 거부반응이 전혀 없는 대신에 세포를 활성화시킨다는 것이 확인되었다.

(4) 산성체질의 개선

산성화된 체질을 pH 7.4까지의 약 알칼리성으로 되돌려 준다는 사실이 확인되었다.

(5) 면역기능의 활성화

T세포가 활성화되어 면역기능이 향상된다는 것이 확인되었다.

즉, T세포 가운데 helper T세포와 suppressor T세포의 균형이 잘 맞아져서 항체 형성이 향상되기 때문인 것으로 알려졌다.

뿐만 아니라 키틴, 키토산은 이러한 작용으로 향상성 유지(Homeostasis)의 향상에도 기여한다.

(6) 암의 억제작용

첫째로는, 암세포가 방출하는 독소를 제압하는 기능이 있다.

특히, Toxohormon-L을 불활성화하여 세포내 지방이나 체지방의 분해를 막아 몸이 쇠약해지는 것을 방지한다.

둘째로는, 암세포를 죽이는 NK세포나 LAK세포의 활성을 수배로 높인다는 사실이 확인되었다.

(7) 장(腸)내 유효균의 증대

키토산은 β로 하전된 고분자물이다.

창자 속의 악성균의 카르복시기와 결합하여 배출됨으로써 유해균의 세력을 감퇴시킨다. 뿐만 아니라 직접적으로 유익균인 비피더스균이나 유산균의 증식을 돕는다고 알려져 있다.

다음, 본 발명의 제조방법을 순도별로 제시한다.

[grade 75-85% chitosan 제조방법]

갑각의 등부분을 취한 후 분쇄시켜 분말화한 다음, 약전. 2N 염산 수용액에 12-16시간 동안 침적시켜서 칼슘과 회분을 제거하고, 증류수로 중성이 될 때까지 세척하여 건조한다.

건조한 시료를 100℃에서, 약전. 1N 수산화나트륨 수용액에서 12시간 동안 침적시켜서 단백질을 제거하여 세척하고 건조시킨다.

얻어진 키틴 분말을 수산화나트륨(농도 40-50% W/V) 수용액에서 110-130℃ 사이로 2-3시간 탈아세틸화 반응을 시키고, 증류수로 수회 세척한 뒤 아세트산 수용액(농도 2% V/V)에 녹여 키토산 수용액을 제조한 후, 다시 과량의 약전 1N 수산화나트륨 수용액에서 섬유질 상으로 만들어 탈아세틸화도가 약 75-85%인 키토산을 제품으로 하였다.

[grade 85-90% chitosan 제조방법]

건조한 시료를 100℃에서 약전. 1N 수산화나트륨 수용액에서 12시간 동안 침적시켜서 단백질을 제거하여 세척하고 건조시킨다.

얻어진 키틴 분말을 수산화나트륨(농도 40-50% W/V) 수용액에서 110-130℃ 사이로 2-3시간 탈아세틸화 반응을 시키고, 증류수로 중성이 될 때까지 세척하는 과정을 2회 반복한 뒤 아세트산 수용액(농도 2% V/V)에 녹여 키토산 수용액을 제조한 후, 다시 과량의 약전. 1N 수산화나트륨 수용액에서 섬유질 상으로 만들어 탈아세틸화도가 약 85-90%인 키토산을 제품으로 하였다.

[grade 90-95% chitosan 제조방법]

얻어진 키틴 분말을 수산화나트륨(농도 40-50% W/V) 수용액에서 110-130℃ 사이로 2-3시간 탈아세틸화 반응을 시키고, 증류수로 중성이 될 때까지 세척하는 과정을 3회 반복한 뒤 아세트산 수용액(농도 2% V/V)에 녹여 키토산 수용액을 제조한 후, 다시 과량의 약전. 묽은 알칼리 수용액에서 섬유질 상으로 만들어 탈아세틸화도가 약 90-95%인 키토산을 제품으로 하였다.

[grade 100% chitosan 제조방법]

갑각의 등부분을 취한 후 분쇄시켜 분말화한 다음, 약전. 2N 염산 수용액에 12-16시간 동안 침적시켜 칼슘과 회분을 제거하고, 증류수로 중성이 될 때가지 세척하여 건조한다.

얻어진 키킨 분말을 수산화나트륨(농도 40-50% W/V) 수용액에서 110-130℃ 사이로 2-3시간 탈아세틸화 반응을 시키고, 증류수로 중성이 될때까지 세척하는 과정을 3회 반복한 뒤 아세트산 수용액(농도 2% V/V)에 녹여 키토산 수용액을 제조한 후, 다시 과량의 약전. 1N 수산화나트륨 수용액에서 섬유질 상으로 만든다.

그 뒤 이 섬유질상의 키토산을 다시 탈아세틸화반응을 1-2시간 진행하고 증류수 세척과정을 거쳐 순도 100%의 키토산을 제품으로 하였다.

[실시예]

▶ 탈아세틸화도의 측정

[적정에 의한 측정]

탈아세틸화도는 Senju와 공동 연구자들이 glycol 키틴의 탈아세틸화도의 측정에 사용했던 방법에 기초하여 산-염기 적정법에 의한 알칼리 아민기를 측정하여 결정했다.(31)

키틴 1g을 수산화나트륨 수용액 25g(증류수 15g)에 수산화 나트륨 10g을 용해)에 실온에서 3시간 반응시킨 뒤, 0℃ 이하에서 75g의 분쇄된 얼음을 가하여 교반을 하며 녹여서 알칼리 키틴 용액을 만든다.

키틴(polymer) 질량 분율 0.01이 되도록 한 알칼리 키틴 용액(10g)을 증류수 50g으로 희석하고 1N HCl 24mℓ로 pH 11이 되도록 했다.

이 용액을 pH meter(Fisher Scientific Accumet^RpH Meter 900)를 사용하여 0.1N HCl 표준 용액(factor 1.001)으로 적정하였다.

같은 조건하에서 공시험을 실시한다.

End-point에 도달하기 위해 필요한 HCl의 두 부피 사이의 차이는 키토산 시료내의 아민기의 수에 직접적으로 관련된다.

키틴의 탈아세틸화도는 다음과 같이 용액내 아미노기를 유리시키는데 소모된 산의 량으로 계산하였다.

여기서 M_N, M_G, W_A, X_A는 각각 N-acetylglucosamine의 분자량, 키토산의 구성단위인 Glucosamine의 분자량, 알칼리 키틴 용액의 질량, 키틴(polymer) 질량 분률을 나타낸다.

소모된 산의 량(A mol)은 가수분해된 키틴내 glucosamine의 량과 일치하므로, 용액내의 전체 glucosamine의 량(M_GTg)은 A와 glucosamine의 분자량인 161의 곱으로 구할 수 있다.

M_GT=A·161(2)

분모중의 (W_A×X_A-(A-B)×(M_N-M_G)-M_GT)는 N-acetylglucosamine의 전체량으로 표시된다.

여기서, B는 제2도에 표시된 바와 같이, Elek와 Harte가 보고한 가수분해방법(32)에 의해 측정된 starting 키틴내에 있는 glucosamine의 몰수로 표현된다.

따라서, (A-B)·(M_N-M_G)는 탈아세틸화에 의해 감소된 시료의 량을 의미한다.

▶ 탈아세틸화도의 계산

[Grade 75% 이상-85% 미만 chitosan 탈아세틸화도의 계산]

A=0.000423 M_GT=0.068103 시료채취분율=0.1

B=0.000275(원료 키틴의 글루코사민 단위의 몰수)

[Grade 85%이상-90%미만 chitosan 탈아세틸화도의 계산]

A=0.000474 M_GT=0.076314 시료채취분율=0.1

B=0.000275(원료 키틴의 글루코사민 단위의 몰수)

[Grade 90%이상-95%미만 chitosan 탈아세틸화도의 계산]

A=0.000529 M_GT=0.085169 시료채취분율=0.1

B=0.000275(원료 키틴의 글루코사민 단위의 몰수)

[Pure chitosan 탈아세틸화도의 계산]

A=0.0005493 M_GT=0.08847 시료채취분율=0.1

B=0.000275(원료 키틴의 글루코사민 단위의 몰수)

[Infrared Spectrea에 의한 측정]

키틴과 탈아세틸화 반응시킨 키토산 3mg(200mesh)을 300mg의 KBr(200mesh)에 섞은 뒤 200mg의 혼합된 분말을 감압하의 60℃에서 12시간 건조시킨 후 Shimadzu사의 Infrared Spectra 최대 크기는 기준 선(base-line) 방법으로 결정하였다.

제 5, 6, 7, 8도에 각각 탈아세틸화도가 75-85%, 85-90%, 90-95%, 100%에 이르는 키토산 시료에 대한 Infrared Spectra를 1000-3000cm^-1범위에 걸쳐 나타내었다.

탈아세틸화도가 100%일 때, 2750-3000cm^-1범위에서 특히, 2900cm^-1에서 C-H stretching 흡수밴드가 나타난다.

Mima 등에 의하면(36), 이 범위내에서 이러한 분석결과는 결정화에 의한 것이다.

이러한 결정화에 의해 다른 진동영역에서도 변화가 나타난다.

각 도면에 나타난 바와 같이 2900cm^-1밴드와 비슷한 경향이 1310cm^-1와 1380cm^-1에 나타나는데, 각 파장에서 나타난 키틴의 흡수 피크가 탈아세틸화도가 증가함에 따라 점점 감소함을 알 수 있다.

1500-1700cm^-1범위의 Infrared Spectra에 의하면, 본 발명에 의해 제조된 키토산이 거의 100% 탈아세틸화 되었음을 알 수 있다.

키틴의 C-2 아세트아미드(N-acetyl)기에 기인한 아미드 Ⅰ 밴드가 1560cm^-1과 1650cm^-1에 나타나는데, 이 파장은 C=O 밴드의 파장과도 일치하는 것이다.(33-36)

키틴의 spectrum에서는 약한 흡수 피크가 관찰되다가 100% 탈아세틸화된 키토산의 spectrum에서는 흡수 피크가 전혀 보이지 않는데, 이는 시료가 완전히 탈아세틸화 되었음을 나타내는 것이다.

또한, 1080cm^-1에 C-O-C 밴드가 나타났는데 탈아세틸화도가 증가함에 따라 흡수 피크가 점점 감소함과 동시에 CO₂ ^-밴드가 1420cm^-1에서 관찰되는데, 탈아세틸화도가 증가함에 따라 흡수피크가 점점 증가함을 알 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 상기한 바와 같이 특히 낮은 반응온도와 농도가 낮은 수산화나트륨 상에서 짧은 반응시간 내에 탈아세틸화도가 75-100%인 고품질의 키토산을 제조하는 방법을 제공함으로서, 매우 경제성이 뛰어난 공정상의 효과와 함께 종래 대비 대량생산이 가능한 특징이 있고 본 발명을 통해 얻어진 고순도의 키토산은 신소재로서의 응용범위(사용범위)가 탁월하게 확대되는 유용한 효과가 있다.

참고로, 본 발명의 탈아세틸화도별 구조식을 제시한다.

[구조식]

▶ grade 75~85% 키토산의 구조식

▶ grade 85~90% 키토산의 구조식

▶ grade 90~95% 키토산의 구조식

▶ 순도 100% 키토산의 구조식

Claims

갑각의 등부분을 취한 후 분쇄시켜 분말화한 다음, 약전. 2N 염산 수용액에 12-16시간 동안 침적시켜서 칼슘과 회분을 제거하고, 증류수로 중성이 될 때까지 세척하여 건조한 다음, 건조한 시료를 100℃에서, 약전. 1N 수산화나트륨 수용액에서 12시간 동안 침적시켜서 단백질을 제거하여 세척하고 건조시킴에 따라 얻어진 키틴 분말을 수산화나트륨(농도 40-50% W/V) 수용액에서 110-130℃ 사이로 2-3시간 탈아세틸화 반응을 시키고, 증류수로 수회 세척한 뒤 아세트산 수용액(농도 2% V/V)에 녹여 키토산 수용액을 제조한 후, 다시 과량의 약전. 1N 수산화나트륨 수용액에서 섬유질 상으로 만들어 탈아세틸화도가 약 75-85%인 키토산을 제조하는 방법.
갑각의 등부분을 취한 후 분쇄시켜 분말화한 다음, 약전. 2N 염산 수용액에 12-16시간 동안 침적시켜 칼슘과 회분을 제거하고, 증류수로 중성이 될 때가지 세척하여 건조한 후, 건조한 시료를 100℃에서, 약전. 1N 수산화나트륨 수용액에서 12시간 동안 침적시켜서 단백질을 제거하여 세척하고 건조시킴에 따라 얻어진 키틴 분말을 수산화나트륨(농도 40-50% W/V) 수용액에서 110-130℃ 사이로 2-3시간 탈아세틸화 반응을 시키고, 증류수로 중성이 될 때까지 세척하는 과정을 2회 반복한 뒤 아세트산 수용액(농도 2% V/V)에 녹여 키토산 수용액을 제조한 후, 다시 과량의 약전. 1N 수산화나트륨 수용액에서 섬유질 상으로 만들어 탈아세틸화도가 약 85-90%인 키토산을 제조하는 방법.
갑각의 등부분을 취한 후 분쇄시켜 분말화한 다음, 약전. 2N 염산 수용액에 12-16시간 동안 침적시켜서 칼슘과 회분을 제거하고, 증류수로 중성이 될 때까지 세척하여 건조한 후, 건조한 시료를 100℃에서, 약전. 1N 수산화나트륨 수용액에서 12시간 동안 침적시켜서 단백질을 제거하여 세척하고 건조시킴에 따라 얻어진 키틴 분말을 수산화나트륨(농도 40-50% W/V) 수용액에서 110-130℃ 사이로 2-3시간 탈아세틸화 반응을 시키고, 증류수로 중성이 될 때까지 세척하는 과정을 3회 반복한 뒤 아세트산 수용액(농도 2% V/V)에 녹여 키토산 수용액을 제조한 후, 다시 과량의 약전, 묽은 알칼리 수용액에서 섬유질 상으로 만들어 탈아세틸화도가 약 90-95%인 키토산을 제조하는 방법.
갑각의 등부분을 취한 후 분쇄시켜 분말화한 다음, 약전. 2N 염산 수용액에 12-16시간 동안 침적시켜서 칼슘과 회분을 제거하고, 증류수로 중성이 될 때가지 세척하여 건조한 후, 건조한 시료를 100℃에서, 약전. 1N 수산화나트륨 수용액에서 12시간 동안 침적시켜서 단백질을 제거하여 세척하고 건조시킴에 따라 얻어진 키틴 분말을 수산화나트륨(농도 40-50% W/V) 수용액에서 110-130℃ 사이로 2-3시간 탈아세틸화 반응을 시키고, 증류수로 중성이 될 때까지 세척하는 과정을 3회 반복한 뒤 아세트산 수용액(농도 2% V/V)에 녹여 키토산 수용액을 제조한 후, 다시 과량의 약전. 1N 수산화나트륨 수용액에서 섬유질 상으로 만든 다음, 이 섬유질상의 키토산을 다시 탈아세틸화반응을 1-2시간 진행하고 증류수 세척과정을 거쳐 탈아세틸화도가 100%인 키토산을 제조하는 방법.