Chitosanase에 의한 저분자화 Chitosan의 제조 및 특성 연구

Abstract

chitosan의 기능성은 chitosan 원료의 기원 및 순도, 분자량, 탈아세틸화도, Pd 등에 따라 서로 다르게 나타난다. chitosan은 그 기능에 따라 식품, 농업, 폐수처리, 의약품분야 등에서 다양하게 이용되고 있으며, chitosan의 기능성이 여러 요소들의 상호작용에 의해 다양하게 발현되고 있기 때문에, 용도에 적합하도록 chitosan을 제조하고, 그 요소들의 기준을 명확히 하는 것 또한 검토해야할 과제일 것이다. 본 연구에서는 효소인 chitosanase를 이용하여 chitosan을 저분자화 시켜 다양한 분자량, 탈아세틸화도 등을 얻을 수 있었다. 효소를 사용하여 chitosan을 저분자화 시키는 방법은 분자량 조절과정이 용이할 뿐만 아니라 반응성이 뛰어나 수득되는 저분자화 chitosan의 변성이 최소화되는 장점이 있다고 한다. 단점으로는 효소의 특성상 저분자화 반응의 재현성이 낮으며, 균일계 반응이기 때문에 chitosan의 회수과정이 복잡하며, 잔류단백질성분을 완벽하게 제거하는 것이 어렵다는 것이다. chitosan의 잔류단백질은 미량일지라도 인체에 적용되는 경우 위험하기 때문에, 각별한 주의가 필요할 것이다. 본 연구에서는 고분자량의 출발 chitosan을 chitosanase로 저분자화 시켜, chitosanase의 효소의 비율, 반응온도, 반응시간, chitosan의 비율 등이 저분자화에 미치는 영향을 조사하였으며, 분자량(Mw)저하에 따른 용해성의 변화(a), 탈아세틸화도(DA)의 저하와 이에 따른 용해성의 변화(a) 등을 고찰하였다. 본 연구에서는 GPC를 이용하여 Mw(중량평균분자량), Mp(누적발생빈도 50%에서의 분자량), Pd(분산도), a값, LogK값, Ivn, Ivw, Rgw, Rhw를 얻을 수 있었고, Colloid 적정법을 통해 탈아세틸화도의 크기를 알아내었다. chitosan은 분자량에 따라 chitosan의 기능성이 달라지고, 특히 분자량 8만에서 15만까지 항균력이 가장 우수한 것으로 알려져 있다. 또한, chitosan은 탈아세틸화도의 크기에 따라서 chitosanase의 활성, 효소의 고정화, 금속이온의 흡착력 등이 현저히 변화되고 있는 것으로 알려져 있어, 항균력과 관련효소를 연구하는 경우 분자량과, 탈아세틸화도에 대한 사전고찰은 매우 중요한 것으로 사료된다. chitosan의 고유한 특성을 정확히 평가하기 위해서 1차적으로 Mw, Mp, Pd, a값, LogK, Ivn, Ivw, Rgw, Rhw와 DA를 서로 비교하였고, 2차적으로 chitosan의 분자량분포를 근거로 하여 10% 범위로 누적빈도를 분할하고, 분할된 누적빈도 구획범위 내에 존재하는 분획물들의 분자량 크기와 각각의 a값을 서로 비교하였다. chitosan은 chitosanase의 비율이 증가할수록 반응온도가 높을수록 저분자화 과정이 빠르게 발생하였으며, 반응시간이 길어질수록 분자량의 저하율이 둔화되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, DA의 저하율은 대체로 분자량의 저하가 클수록 커지는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 효소분해 저분자화의 특성상 재현성이 낮다는 것을 특징으로 들을 수 있다. 10% 범위로 분할된 분자량 누적빈도 구획범위 내에 존재하는 분획물들의 분자량과 a값을 검토한 결과 분자량이 낮을수록 대체로 DA가 저하되고 이로 인하여 a값이 저하되고 있는 것을 확인할 수 있었다.;In this study, chitosan is compared to Mw, Mn, Mp, a, logK, and DA. All of these except for DA were measured by their GPC. Chitosan is a polyglucosamine with a molecular weight ranging between 10,000 to 720,000. It is prepared by depolymerizing chitonsan using chitosanase. Chitosanase is an enzyme which is commonly used to depolymerize chitosan, it is a strong alkali, and has a Mw of 720,000. Recently, chitosan has become the focus of a growing amount of research. The medical community sees promise in the use chitin and chitosan, and they are on the verge of being approved by legislators for use within a medical context. However, there are several hurdles that chitin and chitosan are facing. Before they can be developed as medical materials it is necessary to determine the molecular weight(Mw), degree of deacetylation(DA), and purity of chitosan. 1. The amount of enzyme found in samples A, B and C was 10mg, 15mg, and 5mg, respectively. Another reaction such as reaction temperature was controlled. The quantities of chitosanase can be attributed to differing degrees of depolymerization. 2. After depolymerization a decrease of DA is found from samples A, B, and C. However, these differences are negligable. 3. Because the specific functions of chitosan are largely determined by Mw, Mw should be controlled. Chitosan with Mw 50,000 and 30,000 show about 0.6 in the value of a, and with Mw 10,000 is about 0.8, with 50,000 and 10,000 is about 1.0 which is a high measurement in a 'a' value which is considered to be a solubility parameter. Additionally, as Mw decreases, the value of Pd approaches 1. 4. In the early 1990's, Wang demonstrated that the values of a and logK of chitosan suggested by Mark-Houwink equation were incorrect. He insisted that these values used by several researchers were not consistent. He attributed the conflicting results to differences in DA. Thus, he claimed that calculating Mw using a and logK of chitosan was incorrect. 5. 'a' value of chitosan is changed by DA, even if the Mw of various chitosan samples is equal according to the Mark-Houwink equation. If the DA of chitosan increases, the value of 'a' tends to increase. 6. To accurately determine the intrinsic characteristics of chitosan, various samples of chitosan needs to be compared by their DA, Mw, a, and logK. They must compare the Mw to the value of a which are divided with 10 sections in one chitosan sample. 7. Depolymerized chitosan samples increase in the value of a and decrease in logK, except for chitosan samples of low Mw (Mw<10,000). Moreover, some sections(Mw<10,000) in the low Mw chitosan samples(Mw<50,000), among the distribution of Mw which was divided with 10 sections, cause the value of 'a' to approach 1, and in turn the values of a and logK are not affected when Mw decreases to less than 10,000.