KR0164923B1

KR0164923B1 - 키토산을 주성분으로 하는 항균제

Info

Publication number: KR0164923B1
Application number: KR1019950003981A
Authority: KR
Inventors: 전동원; 경규항
Original assignee: 전동원
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1995-02-28
Publication date: 1999-01-15
Also published as: KR960031473A

Abstract

본 발명의 분자량 3,500 내지 10만 범위의 저분자량 키토산을 주성분으로 하는 항균제는 식품 보존제, 섬유의 항균 및 방취 가공제, 항균력과 살균력을 갖는 세제와 화장품의 첨가제로서 유용하게 사용할 수 있다.

Description

키토산을 주성분으로 하는 항균제

본 발명은 천연 항균제, 특히 키토산을 주성분으로 하는 항균제에 관한 것이다.

최근에 이르러 키토산은 그 응용범위가 확장되고 있는데, 예를 들어 농업용(무공해 비료 및 살충제), 식품용(식품보존제, 식이섬유, 콜레스테롤 및 지방질 포획제), 화장품용, 인체적합성 소재, 의약품 등의 분야에 널리 이용되고 있다. 그러나, 사용되는 분야에서 고유한 효능을 발휘하기 위해서는 키토산이 그 분야에 적합하도록 조절된 분자량을 가져야만 한다는 사실이 최근 밝혀졌다.

예를 들어 JP TH 54-148090에서는 키토산이 체내 콜레스테롤의 강하에 효과가 있음을 지적하였다. 키토산은 pH가 산성을 유지하고 있는 위내에서는 용이하게 용해되어 콜레스테롤이나 담즙산에 대한 반응성이 발휘되지만 소장내에서는 pH가 중성이나 알칼리성 상태이기 때문에 용해되었던 키토산이 겔화되고 그 결과 콜레스테롤이나 담즙산에 대한 반응성이 저하된다. 그러나 키토산의 분자량이 어느 한계치 이하로 유지되면 위속에서 용해되었던 키토산이 소장내에서 겔화된다 할지라도 분산성이 우수한 겔 상태로 변화되기 때문에, 분자량이 큰 키토산에 비해서 콜레스테롤이나 담즙산에 대한 작용이 크게 저하되지 않는 것으로 추정되고 있다. 그러나 키토산의 분자량이 너무 낮아져서 1,000이하가 되면 오히려 콜레스테롤이나 담즙산에 대한 작용이 급격히 저하되는 것으로 알려졌다.

결국 키코산이 체내 콜레스테롤이나 담즙산에 대한 작용을 발휘하기 위해서는 적정 분자량 범위가 유지되어야 한다는 것이다. JP 평4-108734 에서는 키토산이 콜레스테롤이나 담즙산에 대하여 최대의 효능을 발휘하기 위해서는 대략 2,000~20,000 범위의 분자량 범위가 가장 바람직하다고 지적하고 있다.

한편, 키토산을 천연 항균제, 살균제, 항진균제로서 사용하려는 시도도 활발히 추진되고 있다. 키토산은 부패 미생물의 성장을 억제시키는 작용을 가지므로 식품의 보존 기간을 연장시키는 천연 항균제로 사용될 수 있으며, 땀을 비롯한 체내의 분비물에 의한 미생물의 중식에서 유발되는 악취, 불쾌감을 해결하기 위하여 섬유가공시 첨가제로도 사용될 수 있고, 살균, 항균력을 가진 화장품이나 세제에 첨가할 수도 있다. 키토산이 항균력을 발휘하는 경우도 적정 분자량 범위가 존재하는 것으로 추정되고 있으나, 특허 문헌이나 학술지마다 서로 상이한 분자량 범위가 제시되는 등 이에 대한 명확한 분자량 범위가 아직까지 설정되어 있지 않은 실정이다.

항균력이 발휘되는 키토산의 분자량 범위는 키토산의 성상 또는 외관, 순도, 탈아세틸화도, 결정화도 및 제법 등과 같은 여러 가지 요인에 따라서 좌우될 수 있다. 예를 들어, 키토산을 용해시키지 않고 그대로 분말 상태로 사용하는 경우와 용해시켜서 사용하는 경우는 서로 항균력에서 차이가 날 수 잇으며, 키토산의 제조 방법에 따라서도 항균력을 발휘하는 분자량 범위가 다를 수 있다.

여기서 분자량이라 함은 평균 분자량을 의미하는데, 동일한 평균 분자량을 갖는 키토산이라 할지라도 분자량의 분포상태는 서로 달라질 수 있다. 일반적으로 분자량의 분포가 넓은 경우는 항균력이 낮기는 하지만 항균력을 발휘할 수 있는 적정 분자량 영역이 그 분포 영역 속에 용이하게 포함될 수 있다. 분자량의 분포상태가 지극히 좁은 키토산의 경우는 정확히 항균력을 갖는 적정 분자량 범위와 거의 일치되어야만 항균 효과가 발휘될 수 있지만, 일치되기만 하면 지극히 높은 항균력이 발휘될 수 있다. 결과적으로 우수한 항균력을 발휘하기 위해서는 분자량 분포상태가 좁은 키토산의 사용이 바람직하다고 할 수 있다.

이밖에 사용되는 키토산의 순도, 탈아세틸화도, 결정화도 등에 따라서도 항균력을 갖는 분자량의 범위 또는 항균력이 달라질 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이 이들 여러 가지 요인에 대해서는 아직까지 구체적으로 규명되어 있지 않아서 항균력이 발휘되는 키토산의 분자량 범위는 여러 자료에서 다르게 나와 있다. 그 한 예로서 키토산이 항균제로 사용되는 경우 적정 분자량 범위에서는 유산균을 비롯한 모든 미생물이 살명될 수 있지만 때에 따라서는 유산균을 비롯한 미생물의 성장이 촉진된다는 보고도 함께 나와 있다.

JP 평 3-292853 과 JP 소 62-98379 에는 발효유에 저분자량의 키토산을 첨가함으로써 유산균의 성장 촉진제로 사용하거나 발효유의 산도를 장시간 일정하게 유지시킬 수 있다고 보고되어 있다. 이로보아 정확한 분자량 범위의 키토산을 사용하지 않으면 오히려 미생물의 성장을 촉진할 수도 있음을 알 수 있다. 그러나, 상기 JP 평 3-292853 는 사용된 키토산의 평균 분자량을 제시하고 있지 않으며, 상기 JP 소 63-98379 에서는 분자량 1,200이하의 저분자량 키토산을 사용하고 있다.

키토산을 항균제로 사용하는 경우, 2가지 유형이 있을 수 있다. 한가지 유형은 항균력이 발현되도록 키토산의 분자구조에 새로운 작용기를 도입시켜서 전해질 착제로 제조하거나(JP 평 5-117111) 항균력을 갖는 것으로 알려진 기존의 항균제를 키토산의 분자구조내에 화학적으로 결합시키는 방법 (JP 평 5-239050, JP 평6-157321)이며, 다른 한가지 유형은 우수한 항균력을 갖는 적정 분자량 범위의 키토산을 선택하는 방법이다. 전자의 방법은 키토산 자체를 사용하는 것이 아니고 일종의 키토산 유도체를 사용하게 되는 것이므로, 제조 공정이 복잡해지고 제조 단가도 상승될 수 밖에 없으며 안전성 측면에서도 바람직하지 않다. 그러나 후자의 방법은 키토산 자체를 사용하는 것이므로 안전성 면에서도 바람직하고 항균력이 발휘되는 적정 분자량 범위만 선택된다면 항균력 자체도 지극히 우수하다.

키토산 자체를 항균제로 사용하는 방법으로서, 예를 들어 JP 평 4-69304에서는 후자리움 병원균의 증식억제제로서 4만~20만의 분자량 범위를 갖는 키토산을 사용할 경우 효과가 있음을 지적하였으나 그 분자량 분포가 너무 넓은 것으로 판단되며, JP 평5-62926 에서는 3당~6당에 해당하는 키틴 올리고당 혼합물이 항균력이 있으며 분자량 1.000 미만의 키틴 올리고동이 항균제로 사용될 수 있음을 지적하고 있다.

상기 JP 평5-62926에서는 키틴 올리고당이 키토산 올리고당에 비해 항균력이 지극히 높다고 지적하고 있으나, 키틴 올리고당은 키토산 올리고당을 아세틸화시켜 제조하므로 제조공정이 복잡하며 제단가도 현저히 상승될 것으로 예측된다. 또한 여기에서는 키틴 올리고당이 사용될 때 그 농도가 대략 1,000 ppm 이상인 경우에만 미생물의 증식이 억제됨을 보여주므로 항균력이 그다지 높지 않은 것으로 판단된다. 즉, 수용성인 키틴 올리고당이 사용되어 항균력이 클 것으로 기대되었으나, 기대만큼 항균력이 미치지 못하고 있음을 알 수 있다.

본 발명자는 항균제로서 키토산 자체를 사용하는 것을 전제로 하여, 세균과 효모를 비롯한 광범위한 미생물에 대하여 우수한 항균력을 갖는 키토산 분자량 범위를 찾고자 연구한 결과, 3,500 내지 10만 범위가 특히 바람직함을 발견하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 키토산 자체를 주성분으로 하는 우수한 항균체 및 이를 사용하는 항균 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 분자량 3,500 내지 10만 범위의 저분자량 키토산을 주성분으로 하는 항균제 및 이를 사용하는 항균 방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 있어서 항균제에 적합한 저분자량 키토산의 분자량 범위는 3,500 내지 10만 범위인데, 이러한 범위의 분자량을 갖는 키토산은 여러종의 세균과 효모에 대하여 최소생육저지농도(MIC)값이 현저히 낮다. 본 발명의 저분자량 키토산을 항균제로 사용시 액성은 pH 3.5 내지 8.0 이 바람직하며, 사용 농도는 1 내지 2,000 ppm 범위가 바람직하다.

본 발명의 항균제용 저분자량 키토산은 예를 들어 본 출원인의 한국 특허 출원 제 94-14513 및 94-5063 호에 개시된 방법에 따라, 분자량 10만∼20만 범위, 탈아세틸화도 90%이상의 고분자량 키토산을 H₂O₂나 NaBO₃수용액을 사용하여 분자량을 저하시킴으로써 수득할 수 있다.

본 발명의 저분자량 키토산의 분자량 측정을 위해서는 보통 1중량% 초산 수용액중의 1중량% 키토산 용액을 제조하여 점도계로 점도를 측정한 후, 점도와 분자량 관계를 이용하여 이로부터 키토산의 분자량을 산출한다.

이하 실시예로써 본 발명을 보다 상세히 설명하는데, 이들 실시예로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예에서 사용된 본 발명의 저분자량 키토산의 분자량은, 점도계 (독일, Haake RV 20형)을 사용하여 점도를 측정한 후, JP 소 61-40303 에 제시된 점도와 분자량 간의 관계를 이용하여 산출하였다. 본 발명에서는 점도로서 4, 8, 20 및 50 cps에 해당하는 저분자량 키토산을 사용하였는데, 이 경우 분자량은 각각 10,000, 26,000, 61,000 및 89,000 정도로 산출된다.

[제조예]

게 갑각을 건조시켜, 분쇄하고, 분쇄된 게 갑각을 염산 수용액 중 -10 내지 10℃의 온도에서 10 내지 25시간 동안 유지한 후 온도를 급격히 상승시켜 10내지 20℃에서 2 내지 8시간 동안 유지시키거나, 달리 한 단계로 -10 내지 8℃의 온도에서 20 내지 60시간 동안 유지시키거나 -40 내지 -10℃의 온도에서 3 내지 20시간 동안 유지시킨다. 염산 처리된 게 갑각을 연속적으로 수세, 여과, 용매처리 및 건조하여 석회질이 제거된 게 갑각을 수득하고, 이를 NaOH 수용액에 침지시켜 가열 처리한 후 수세, 여과, 용매처리 및 건조시켜 생물 의학 등급의 키틴을 제조한다. 이렇게 하여 수득된 키틴에 NaOH 수용액을 가하여 80 내지 100℃의 온도에서 2 내지 12시간 가열처리한 후 수세 및 여과하여 수득된 키토산을 탈이온수에 이어 유기 용매의 수용액에 침지시킨후 여과 및 건조시켜, 생물 의학 등급의 분자량 10만∼20만 범의, 탈아세틸화도 90%이상의 고분자량 키토산을 제조할 수 있다.

상기와 같이 하여 제조된 고분자량 키토산을 30 내지 80℃의 온도에서, 분자쇄 절단 시약으로서 H₂O₂수용액을 사용하여 2 내지 30시간 처리하거나, NaBO₃수용액을 사용하여 30분 내지 30시간 처리하여 저분자량화한다. 이어서 수세 및 여과하고 유기용매 용액중에서 1 내지 3일간 침지시킨 후 여과 및 건조시켜, 3,500 내지 10만 범위의 분자량을 가진 저분자량 키토산을 제조한다.

[실시예 1]

본 발명의 저분자량 키토산의 항균 활성은 하기와 같이 시험하였다.

시험 균주로서는 세종대학교 식품공학과 식품미생물 실험실에 보관중인 젖산균 6종, 세균 9종, 효모 4종을 사용하였다.

세균과 효모를 각각 TSB 와 YMPGB 액체 배지에 접종하여 30℃를 유지하면서 24시간 동안 정치 배양시킨 것을 종균으로 사용하였다.

시험관에 TSB, YMPGB 액체 배지에 균주를 각각 분주하고, 1중량% 초산 수용액에 분자량이 각각 10,000 및 26,000인 저분자량 키토산을 용해시켜서 1중량% 농도의 키토산 용액을 제조하여 0.001% (10ppm), 0.002% (20ppm), 0.005%(50ppm), 0.01%(100ppm), 0.02%(200ppm), 0.05%(500ppm), 0.1%(1.000ppm)이 되도록 상기 배지에 첨가한 후, 40% 농도의 초산과 0.1N NaOH를 사용하여 pH가 각각 6,5.5 및 5.0이 되도록 조정하였다.

30℃를 유지하면서 72시간동안 배양한 뒤 육안으로 관찰하여 번식 여부를 판정하였으며 번식이 관찰되지 않은 키토산의 최소 첨가량을 MIC 로 결정하였으며, MIC가 10ppm 미만 및 1,000ppm 이상일 때는 각각 10 및1000으로 표시하였다. 분자량 10,000과 분자량 26,000인 키토산은 MIC 값이 서로 일치하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 2]

분자량 61,000 및 89,000에 해당하는 저분자량 키토산을 사용하여 류코노스토크 메센테로이데스(Leuconostoc mesenteroides)에 대해서만 항균력을 측정하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며 그 결과는 표 2에 제시하였다.

[비교실시예 1]

분자량 3,000~3,300 범위의 수용성 키토산을 중성으로 탈이온수에 용해시켜서 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였는데, 이 경우 미생물 균주에 대한 항균력은 나타내지 않았다.

앞에 제시된 실시예 1 및 2, 및 비교실시예 1에서 볼 수 있듯이 키토산의 분자량이 특히 10,000~10만 사이에서 특히 우수한 항균력이 발휘되며, 분자량이 3,000 부근까지 저하되면 항균력을 상승시켜 줄 수 있는 수용성 키토산이 사용된다 할지라도 항균력이 전혀 발휘되지 않음을 알 수 있다. 이것으로 보아 미생물에 대한 항균력이 발현되는데 적정한 분자량 범위는 대략 3.500~10만으로 추정된다.

또한 키토산 사용시 pH가 대략 5로 유지되는 경우는 MIC가 50~100ppm 범위로서, 이는 기공고된 특허나 학술논문에서 제시되었던 것보다 휠씬 낮은 값이다. 전반적으로 키토산의 농도가 1,000ppm 정도이면, 모든 종류의 시험 미생물의 번식을 저해할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 저분자량 키토산은 자체로서도 항균제로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 여러 종류의 약제와 함께 혼합하여 사용하는 경우에는 더욱 우수한 향균성을 나타낸다.

Claims

분자량 3,500 내지 10만 범위의 저분자량 키토산을 활성성분으로 하는 항균제.
분자량 3,500 내지 10만 범위의 저분자량 키토산을 사용하는(인체에 투여하는 것을 제외함) 항균 방법.
제2항에 있어서, 상기 키토산을 1 내지 2,000ppm의 농도로 사용하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 키토산을 pH 3.5 내지 8.5 범위에서 사용하는 방법.