게껍질에서 추출된 Chitin 및 Chitosan의 소화관내 지방질 흡착에 관한 in vitro 연구

Abstract

This study was undertaken to elucidate the physical and chemical properties of chitin and chitosan samples prepared from crab's shells under different conditions and further to compare their functionality in gastointestinal track by means of in vitro test. The results are summarized as follows. 1) The yield of chitin from crab's shells was 25% and that of chitosan from chitin was 80%. The bulk density of the products showed a wide variation, in the range of 127~208 mg/ml. 2) Their viscosity showed a great difference depending on the extraction and reaction conditions ; i.e. 80~581 cps in 0.1% chitin and 80~3670 cps in 0.5% chitosan solution. The degree of deacetylation in chi tosan samples as determined by IR spectral analysis was relatively high, showing 81~93%. At the same alkali concentration and reaction temperature, a longer reaction period brought about an increased degree of deacetylation and lower viscosity. 3) The water holding capacity of chitin, substances became greater at higher soaking temperature, chitosan D showing the greatest at 37℃. In general, chitin substances with lower bulk density showed the higher water holding capacity. 4) By in vitro test on the absorption of bile acid, the retardation index after 1 hour dialysis was 15~34% in chitin substances, 39% in pectin and 9% in cellulose. The retarding effect was higher in chitin than in chitosan, except chitosan D. 5) The retardation effect toward glucose absorption was higher in chitin substances of lower density and higher water holding capacity, chitosan D showing the highest value of 38% among the tested substances. Upon the elapse of dialysis period, the retardation effect tended to decrease. At the higher concentration of adsorbents. the glucose concentration outside the dialysis sack decreased drastically and the retarding effect decreased in the order of pectin > chitosan > cellulose. 6) To compare the adsorption characteristics of bile acid, adsorption isotherm was plotted and constants were calculated. Association constants in Langmuir equation were 1.44 in chitosan, 0.62 in chitin and 0.01 in cellulose. The K values in Freundlich equation were 25.7, 20.0, 16.2 and the 1/n values were 0.96, 1.03, 1.12, respectively. It can be said that the force of adsorption was in the decreasing order of chitosan > chitin > cellulose. 7) Mixed mice1 les consisting of bile acid-cholesterol, bile acid-monostearin and bile acid-oleic acid were made and the binding capacity of micellar components on chitin substances was examined. The binding ratios showed a wide variation of 12~53, that of chitosan D being very high. The extent of binding of oleic acid on chitin substance in bile acid-oleic acid mixed micelle was very high in comparison with other micelles. In conclusion, it was found that degree of deacetylation, molecular weight, bulk density(crystallinity). water holding capacity of crab's chitin and chitosan were varied by different conditions of extraction and preparation and those properties affected their function in gastrointestinal track. Though chitin substances are not much taken up in our diet, they are plentiful in nature and possible food material of new development. In order to make use of their desirable physiolosical effects, dietary fiber product with unique quality of chitin substances could be produced for functional foods in future.;본 연구에서는 반응 조건을 달리하여 게껍질에서 chitin을 추출하고 이를 탈아세틸화하여 chitosan을 제조하였고, 이들의 물리, 화학적 특성을 살펴보았다. 그 다음 chitin질의 소화관내 기능성은 지방질 흡착을 중심으로 in vitro 실험을 실시하였으며 물리, 화학적 특성과 어떤 연관성을 지니는지 비교, 고찰하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1) 게껍질 chitin의 수율은 25%였고, chitosan은 80%이상의 높은 수율을 나타냈다. 또한 물리적 성질중 하나인 bulk density는 127~208 ㎎/㎖로 다양한 수치를 나타냈다. 2) Chitin 및 chitosan의 추출 또는 제조시의 반응조건에 따라 점도의 차이가 컸는데, 0.1% chitin의 경우 80~581 cps였고 0.5% citosan은 80~3670 cps 였다. IR분석 결과 chitosan의 탈아세틸화도는 81~93%로서 비교적 높았다. Chitosan제조시의 알칼리 농도와 반응 온도가 일정할 때 반응 시간이 경과할수록 탈아세틸화도는 증가하였고, 점도는 점차 감소하는 경향을 보였다. 3) 침지 온도를 증가시킬수록 chitin질의 수분 보유력은 약간 상승하였고, 37℃에서 chitosan D가 두드러진 경향을 나타냈다. 전반적으로 bulk density가 낮은 chitin질이 높은 수분 보유력을 나타냈다. 4) In vitro 실험 결과, bile acid의 장내 흡수를 억제하는 chitin질의 효과는 투석 1시간 후에 15~34%를 나타냈고, pectin은 39%로 가장 높았으며, cellulose는 9%로서 가장 낮은 억제 효과를 나타냈다. Chitosan D를 제외하였을때 chitin이 chitosan보다 대체적으로 억제 효과가 높았다. 또 투석 1시간 후에 Chitosan농도가 증가할수록 투석외액의 농도는 급격히 감소하다가 약 3% 이상에서는 일정한 수준을 나타냈다. 5) Glucose 흡수 억제 효과는 대체로 bulk density가 낮고 수분 보유력이 큰 chitin질이 더 효과가 컸고 bile acid의 경우와 마찬가지로 chitosan D가 chitin질중 가장 높은 38%를 나타냈다. 투석 시간이 경과할수록 흡수 억제 효과는 감소하는 경향을 보였다. 시료의 농도가 증가할수록 투석외액의 농도는 점차 감소하였고 억제 효과는 pectin, chitosan, cellulose의 순서로 감소하였다. 6) Bile acid흡착 특성을 비교하기 위하여 등온 흡착 곡선(adsorption isotherm)을 작성하여 해석한 결과, Langmuir식의 association constant는 chitosan이 1.44, chitin이 0.62, cellulose가 0.01이었고, Freundlich식의 k값은 각각 25.7, 20.0, 16.2를 나타냈으며, 1/n값은 0.96, 1.03, 1.12였다. 이상의 결과로 보아 bile acid흡착력은 chitosan이 가장 컸고, chitin, cellulose의 순서를 나타냈다. 7) Bile acid와 cholesterol, monostearin, oleic acid 각각을 유화시켜 micelle을 만들고 구성성분들과의 chitin질의 결합력을 본 결과 12~53%의 다양한 결합 양상을 나타냈다. 시료중 chitosan D가 가장 큰 결합력을 나타냈고, 대부분의 시료가 bile acid-ole ic acid mixed micelle에서 oleic acid와의 결합 정도가 가장 컸으며, bile acid는 세 종류의 micelle중 bile acid-cholesterol mixed micelle에서 chitin질과 가장 큰 결합력을 나타냈다. 결론적으로 chitin 및 chitosan의 추출, 제조시의 조건에 따라 탈아세틸화도, 분자량(중합도), bulk density(결정화도), 수분보유력등의 특성이 달라지고 이것이 소화관내 기능, 특히 지방질의 흡착에 영향을 준다는 것을 알 수 있었다. 그 증 bulk density, 수분 보유력등의 물리적 특성이 더 큰 영향을 미치는 것으로 사료된다. 우리의 식생활에서 chitin질은 많이 섭취되지 않고 있지만 풍부하고 개발 가능성이 큰 식품 신 소재이므로, 바람직한 방향의 생리적 효과를 나타내기위해서는 반응 조건을 조절하여 최적의 chitin질을 제조함으로써 식품, 특히 기능성 식품에 응용할 수 있을 것으로 생각된다.