갑각의 종류가 다른 chitin/chitosan의 제조에서 제조조건 변화에 따른 특성연구

Abstract

Chitosan, the bio-material derived from chitin by de-acetylation, is enlarging its application in medical, agricultural, food related, textile related, cosmetic and environmental industry. Recently, the uses of bio-medical material are highly increased that. To achieve pertinent grade molecular weight of bio-medical grade chitosan, the purity for chitin/chitosan has to be very carefully considered. Molecular weights, degree of deacetylation, Whiteness Index are the most important and effective facts for manufacturing of pure, and high quality chitosan. In this study, from the different raw materials of the crustacean-Chioroecetes opilio, Metapenaeus joyneri, Solenocera prominentis- three kinds of chitosan were made by several methods. The decalcified crustacean were obtained by 2∼6N HCI aqueous solution. Chitin was obtained by removal of protein using 5℃ NaOH aqueous solution. Chitosan was obtained by deacetylating the chitin with 40℃ NaOH aqueoues solution and -40∼40℃ treated temperature and degree of deacetylation. Molecular weights of chitosan was determined by GPC(Gel Permeation Chromatography) manufactured Viscotek Co. Chitosan is determined by number average molecular weight (Mn), weight average molecular weight(Mw), polydispersity(Pd). WI(Whiteness index) values were determined by Minolta Chroma Meter CR 200 model colourimeter. It is discovered that there are correlations for change of molecular weights and whiteness of chitosan. 1. N, significant discrepancies were observed on the gabs chitosan from three different raw materials. However, the gains of chitosan was about 20% for crab shell, Netapenaeus joyneri shell, 16∼17% for Solenocera prominentis shell. 2. When HCI treatment was performed to remove calcium carbonate component from shell, protein component was also removed unintentionally in Metapenaeus joyneri shell, and Solenocera prominentis shell. This fact explains why chitosan with different molecular weights are obtained from Metapenaeus joyneri shell and Solenocera prominentis shell under same HCI treatment conditions. 3. Chitosan with small distribution of Pd(polispersity) is obtained from crab shell because its Pd values is maintained at 1.1∼1.5 regardless of HCI treatment conditions. 4. In case of MEtapenaeus joyneri shell, HCI treatment for removing calcium carbonate of shells removes protein component unintentionally, and therefore degrades the ability of removing calcium carbonate. 5. Chitin and chitosan with very good quality can be obtained from Solenocera prominentis shell since its extracted chitosan has very large molecular weight and very small Pd value. 6. The HCI treatment condition for chitosan with maximum molecular weight on each materials are as follows. There are the best condition to achieve maximum molecular weight. Chioroecetes opilio ― -20℃, 2N, 6∼14.5 hrs HCI treatment, Mw 1,200,000 Metapenaeus joyneri ― 0℃, 2N, 9∼20 hrs HCI treatment, Mw 1,400,000 Solenocera prominentis ― -20℃, 6N, 6∼14.5 hrs HCI treatment, Mw 1,900,000 0℃, 2N, 6∼14 hrs HCI treatment, Mw 1,900,000 ; 본 연구에서는 근원에 따라서 특성이 다른 고유한 chitin/chitosan이 수득될 수 있는지를 고찰하고자 하였다. 갑각으로 홍게갑각(Chinoecetes opilio), 중하갑각(Metap enaeus joyneri), 대롱수염새우갑각(Solenocera prominentis)의 3종류를 선택하고, 2∼6N 농도의 HCI 수용액을 처리하여 석회질성분을 제거한 탈석회질화 갑각을 얻고 연이어 5% NaOH 수용액으로 단백질을 제거하여 chitin을 수득하였다. 수득된 chitin에 40% NaOH 수용액으로 탈아세틸화 시켜 chitosan을 얻었다. 갑각으로부터 석회질성분을 제거할 때, HCI 처리조건의 변화가 최종 수득되는 chitosan 분자량의 크기에 미치는 영향을 정량적으로 조사하기 위하여, HCI의 농도를 2∼6N 범위, HCI 처리시간을 15∼20시간, HCI 처리온도를 -40℃∼40℃의 범위로 변화시켜 가면서 갑각으로부터 석회질성분을 제거하였다. 각각의 갑각에서 chitosan 분자량의 크기 변화와 white index간의 상호연관성에 대하여 아래와 같은 결론을 얻었다. 1. 홍게갑각, 중하갑각, 대롱수염새우갑각에서 chitin의 수득율은 대략 22∼25% 범위로서 큰 차이가 없으나 chitosan의 수득율에서는 홍게갑각과 중하갑각의 경우 대략 20%에 달하는 반면 대롱수염새우갑각에서는 16∼17% 정도로 다소 낮았다. 2. 갑각으로부터 석회질성분을 제거하기 위하여 HCI 처리를 할 때 홍게갑각에서는 석회질성분만 제거되고 단백질 성분의 제거는 거의 이루어지지 않으나 새우갑각인 중하갑각과 대롱수염새우갑각에서는 석회질 성분의 제거와 더불어 단백질성분의 제거도 병행된다. 홍게갑각과 새우갑각 간의 이러한 석회질제거 양상의 차이는 HCI 처리조건이 동일하게 적용된다할지라도 각각 서로 다른 분자량의 chitosan을 수득하는 원인이 된다. 3. 홍게갑각에서 수득되는 chitosan은 HCI 처리조건에 영향을 받지 않고 Pd값이 1.1∼1.5 사이로 유지되어 분자량 분포가 매우 좁은 chitosan이 얻어지고 있다. 4. 중하갑각의 경우 갑각의 석회질성분을 제거하기 위하여 HCI 처리를 하면 석회질성분뿐만 아니라 단백질성분도 동시에 제거되므로, 이러한 HCI 처리는 석회질성분을 제거하는 능력도 저하시킴을 알 수 있었다. 5. 대롱수염새우갑각은 홍게갑각이나 중하갑각에 비해서 극히 분자량이 큰 chitosan의 수득을 가능하게 할뿐만 아니라 Pd값도 극히 좁은 chitosan이 수득되어 가장 양질의 chitin이나 chitosan을 얻을 수 있었다. 6. 각각의 갑각으로부터 최대의 분자량을 갖는 chitosan을 수득하게 하는 HCI 처리조건은 다음과 같다. 홍게갑각 : -20℃, 2N HCI, 6∼14.5시간 처리, 분자량 120만 중하갑각 : 0℃, 2N HCI, 9∼20시간 처리, 분자량 140만 대롱수염새우갑각 : -20℃, 6N HCI, 9∼14시간 처리, 분자량 240만 0℃, 2N HCI, 6∼14시간 처리, 분자량 190만