KR100552315B1 - method for producing ?-chitosan using cartilage of cuttlefish - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오징어 연골을 이용한 β-키토산의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오징어 연골을 침지시켜 염분을 제거하는 침지공정; 상기 오징어 연골을 반응기에 넣고 115∼140℃의 온도와 0.5∼1Mpa의 압력으로 60∼120분 동안 반응시키는 열수추출 공정; 필터 후 잔사만 남은 상기 반응기에 물을 넣고 pH4∼12의 알칼라아제, 또는 프로티나아제, 또는 알칼라아제와 프로티나아제를 혼합하여 넣고 20∼65℃로 반응시키는 효소추출 공정; 고체인 잔사를 걸러내어 다른 반응기에 넣고 35∼50%의 수산화나트륨 용액을 적용하여 120∼140℃의 온도와 0.1∼0.2Mpa의 압력으로 60∼120분 동안 반응시키는 탈아세틸 공정;과 흐르는 물로 수세하여 건조시키는 수세·건조 공정;으로 이루어져서, 열수추출과 효소추출을 사용하여 단백질을 제거함으로써, 탈단백 공정 중 β-키토산의 구조가 파괴되거나 단백질 변성이 일어나지 않으며 순도가 높은 β-키토산을 제공할 수 있으며, 탈아세틸 공정에서 고온가압 처리함으로써 1회 공정만으로도 90% 이상의 탈아세틸화도를 얻을 수 있어 짧은 시간에 고순도·고분자화 시킨 β-키토산과 함량이 90∼93%인 고순도의 β-키토올리고당을 제공할 수 있다.The present invention relates to a method for producing β-chitosan using squid cartilage, and more particularly, an immersion step of removing salt by immersing squid cartilage; Hot water extraction process to put the squid cartilage into the reactor for 60 to 120 minutes at a temperature of 115 ~ 140 ℃ and a pressure of 0.5 ~ 1Mpa; An enzyme extraction step of adding water to the reactor remaining only after the residue and then adding alkalase or proteinase of pH 4-12, or mixing alkalase and proteinase and reacting at 20 to 65 ° C; A deacetylation process of filtering out the solid residue and placing it in another reactor and applying 35-50% sodium hydroxide solution for 60-120 minutes at a temperature of 120-140 ° C. and a pressure of 0.1-0.2 Mpa; and washing with running water. By washing with water and drying process to remove protein using hot water extraction and enzyme extraction, thereby providing high purity β-chitosan without destroying the structure of β-chitosan or denatured protein during deproteinization process. By depressurizing at high temperature in the deacetylation process, 90% or more deacetylation degree can be obtained in one step alone, and the high purity and high molecular weight β-chitosan in a short time and the high purity β-chitooligosaccharide having a content of 90-93% Can be provided.

β-키토산, β-키토올리고당β-chitosan, β-chitooligosaccharide

Description

오징어 연골을 이용한 베타-키토산의 제조방법{method for producing β-chitosan using cartilage of cuttlefish}Method for producing β-chitosan using cuttlefish cartilage

도 1은 본 발명에 따른 오징어 연골을 이용한 β-키토산의 제조방법을 개략적으로 보여주는 흐름도,1 is a flow chart schematically showing a method for producing β-chitosan using squid cartilage according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따라 제조된 β-키토산으로부터 β-키토올리고당이 제조되는 공정을 개략적으로 보여주는 흐름도,2 is a flowchart schematically showing a process of preparing β-chitooligosaccharides from β-chitosan prepared according to the present invention;

도 3은 본 발명의 오징어 연골을 이용한 β-키토산의 제조방법에 따라 만들어진 β-키토산의 FT-IR(Fourier transfer infrared spectroscopy; 푸리에 변환 적외 분광법) 크로마토그램,Figure 3 is a Fourier FT-IR (Fourier transfer infrared spectroscopy) chromatogram of β-chitosan prepared according to the method for producing β-chitosan using the squid cartilage of the present invention,

도 4는 α-키토산의 FT-IR 크로마토그램,4 is an FT-IR chromatogram of α-chitosan,

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명에 따른 β-키토올리고당의 항암능을 보여주는 그림,5a, 5b and 5c is a figure showing the anticancer activity of β-chitooligosaccharide according to the present invention,

도 6은 본 발명에 따른 β-키토올리고당의 항균능을 보여주는 그림.Figure 6 is a figure showing the antimicrobial activity of β-chitooligosaccharide according to the present invention.

본 발명은 오징어 연골을 이용한 베타-키토산의 제조방법에 관한 것으로, 더 욱 상세하게는 오징어 연골을 열수추출 및 효소추출 하여 탈단백질처리하고 탈아세틸 처리하여 베타-키토산을 만든 다음 상기 베타-키토산에 효소분해공정을 더 추가함으로써 고순도·저분자의 β-키토올리고당을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing beta-chitosan using squid cartilage, and more specifically, to squid cartilage by hydrothermal extraction and enzyme extraction to deproteinized and deacetylated to make beta-chitosan and then to the beta-chitosan. The present invention relates to a method for producing high purity and low molecular weight β-chitooligosaccharides by further enzymatic digestion step.

키틴(chitin)은 게, 새우, 가재 등 갑각류의 껍질, 곤충류의 외피 및 곰팡이 균사에 다량으로 분포하는 당질로서 N-아세틸-D-글루코사민(glucosamine)이라는 잔기가 5,000개 이상 결합되어 있으며 분자량이 100만 이상인 탄수화물이다. 키틴은 대단히 유용한 물질이나, 분자량이 매우 높고 구조가 견고하며 용해·분산이 어려워서 여러 가지 상태로 가공하여 사용되는데, 그 대표적인 예가 키토산과 키토올리고당이다.Chitin is a saccharide that is distributed in large quantities in shells of shellfish such as crabs, shrimps, lobsters, insect shells and fungal hyphae. It contains more than 5,000 residues called N-acetyl-D-glucosamine and has a molecular weight of 100. It is more than 10,000 carbohydrates. Chitin is a very useful substance, but because of its high molecular weight, strong structure, and difficulty in dissolving and dispersing, chitin is used in various states, and chitosan and chitooligosaccharide are examples.

키토산(chitosan)은 키틴을 탈아세틸(Deacetylation)화 하는 공정을 거쳐 얻어진 고분자 물질로, 키틴과는 달리 묽은 염산 또는 유기산 용액에 잘 용해되며 중성 또는 알칼리 수용액에는 녹지 않는 양성고분자 전해질로 알려져 있어 식품, 의약품 및 공업용품 등에 널리 이용되고 있다.Chitosan is a high-molecular substance obtained through the process of deacetylation of chitin. Unlike chitin, chitosan is known as a positive polymer electrolyte that is well soluble in dilute hydrochloric acid or organic acid solution and insoluble in neutral or alkaline aqueous solution. It is widely used in medicine and industrial goods.

일반적으로 글루코사민이 5,000개 이상 결합되어 있는 카치온성 다당류인 키토산은 그 결합정도에 따라 기능과 효과가 다른데, 키토산 고분자 물질은 체내에 흡수 및 이용이 어렵기 때문에 효소로 분해하여 글루코사민의 결합수가 2∼10개인 키토올리고당(chitosan oligosaccharide)으로 만들어 사용되고 있다. 키토올리고당은 항균작용, 간 기능 개선 작용 등의 기능을 가진 식품소재로써 식품, 의약업계에 다양하게 사용되고 있다.In general, chitosan, a cationic polysaccharide having 5,000 or more glucosamine bound, functions and effects differently depending on the degree of binding. Since chitosan polymer is difficult to be absorbed and used in the body, it is decomposed by an enzyme to bind 2 to glucosamine. It is made of 10 chitosan oligosaccharides. Chitooligosaccharide is a food material having functions such as antibacterial action and liver function improvement, and is widely used in the food and pharmaceutical industries.

키틴과 키토산은 구조에 따라 α-형, β-형, γ-형으로 구분되는데, 게, 새 우, 가재 등의 껍질로부터는 α-키틴 및 α-키토산이 제조되고, 오징어 연골로부터는 β-키틴 및 β-키토산이 제조되며, 장수하늘소의 껍질에서는 γ-키틴 및 γ-키토산이 제조된다. 현재까지는 주로 α-키틴 및 α-키토산에 대한 연구가 집중되어 있으나, β-키틴 및 β-키토산이 우수한 생리적 기능을 가지는 것으로 알려지면서 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Chitin and chitosan are divided into α-type, β-type, and γ-type according to their structure, and α-chitin and α-chitosan are prepared from shells of crabs, shrimps and crayfish, and β- from squid cartilage. Chitin and β-chitosan are prepared, and γ-chitin and γ-chitosan are produced from the bark of longevity sky cow. Until now, research has been mainly focused on α-chitin and α-chitosan. However, since it is known that β-chitin and β-chitosan have excellent physiological functions, studies on this are being actively conducted.

종래 β-키토산의 제조는, 게, 새우, 가재 등의 껍질을 산처리하여 칼슘 등 미네랄을 제거하고, 수세한 다음 알칼리처리 용액을 적용하여 중화, 수세함으로써 단백질을 제거하고, 다시 고농축 수산화나트륨 용액을 적용하여 탈아세틸화하는 통상의 α-키토산의 제조방법을 변형하여 사용하였다. 그러나, 이렇게 하여 얻어진 β-키토산은 그 순도가 낮고 제조 과정 중 β-키토산의 구조가 파괴되며 β-키토산 특유의 물리화학적 특성이 변하는 문제점이 있었다.Conventionally, the production of β-chitosan, acid treatment of the shell of crab, shrimp, crayfish, etc. to remove minerals such as calcium, washing with water and then neutralizing and washing with an alkali treatment solution to remove the protein, and then highly concentrated sodium hydroxide solution The conventional method for producing α-chitosan, which is deacetylated by applying, was modified. However, the β-chitosan obtained in this way has a low purity, the structure of β-chitosan is destroyed during the manufacturing process, and the physical and chemical properties peculiar to β-chitosan are changed.

한편, 오징어 연골에서 탈단백시켜 만들어진 β-키틴을 탈아세틸시키는데 종래 개발된 진공 또는 질소를 이용한 방법으로는 1회 처리시 최대 60% 정도의 탈아세틸화가 가능했다. 다시 말하면, 종래의 진공조건 하에서 염기수용액과 반응시키는 방법은 3회 이상을 반복하여야 겨우 94%의 탈아세틸화도를 얻을 수 있었으며, 질소조건 하에서 염기수용액과 반응시키는 방법은 2∼3회를 반복하여야 겨우 90%의 탈아세틸화도를 얻을 수 있었다. 반응 시간과 반응 횟수를 늘일수록 생산되는 β-키토산의 순도가 떨어지고 자연상태의 고분자를 얻을 수 없으므로, 반응 시간과 반응 횟수를 줄이는 방법이 필요하였다.On the other hand, deacetylation of β-chitin produced by deproteinization from squid cartilage has been possible by using a vacuum or nitrogen that has been developed in the past. In other words, the conventional method of reacting with the aqueous base solution under vacuum conditions only needs to be repeated three or more times to obtain a deacetylation degree of only 94%, and the method of reacting with the basic aqueous solution under nitrogen conditions should be repeated two to three times. Only 90% of deacetylation degree was obtained. As the reaction time and the number of reactions were increased, the purity of β-chitosan produced was lowered and a natural polymer could not be obtained. Therefore, a method of reducing the reaction time and the number of reactions was needed.

또한 현재까지 70∼75% 함량의 α-키토올리고당은 제조되어 시판되고 있으 나, 고순도 β-키토올리고당은 제조되지 않고 있다.In addition, 70-75% of α-chito-oligosaccharides have been produced and marketed, but high-purity β-chito-oligosaccharides have not been produced.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 열수추출과 효소추출을 사용하여 단백질을 제거함으로써, 탈단백 공정 중 β-키토산의 구조가 파괴되거나 단백질 변성이 일어나지 않으며 순도가 높은 β-키토산을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, by removing the protein using hot water extraction and enzyme extraction, β-chitosan structure is not destroyed or protein denaturation during the deproteinization process and high purity β Its purpose is to provide chitosan.

본 발명의 또다른 목적은 탈아세틸 공정에서 고온가압 처리함으로써 1회 공정만으로도 90% 이상의 탈아세틸화도를 얻을 수 있어 짧은 시간에 고순도·고분자화 시킨 β-키토산과 고순도의 β-키토올리고당을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to obtain a deacetylation degree of 90% or more in a single step by high temperature pressurization in a deacetylation process, thereby providing β-chitosan and high-purity β-chito-oligosaccharides that have been highly purified and polymerized in a short time. will be.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명에 따른 오징어 연골을 이용한 β-키토산의 제조방법은, 오징어 연골을 담수에 침지시켜 염분을 제거하는 침지공정; 상기 염분이 제거된 오징어 연골을 반응기에 넣고 115∼140℃의 온도와 0.5∼1Mpa의 압력으로 60∼120분 동안 반응시키는 열수추출 공정; 상기 열수추출 공정을 마친 후 고체인 잔사만 남은 반응기에 물을 넣고 pH4∼12의 알칼라아제, 또는 프로티나아제, 또는 알칼라아제와 프로티나아제를 혼합하여 넣고 20∼65℃로 반응시키는 효소추출 공정; 상기 효소추출 공정 후 고체인 잔사를 걸러내어 다른 반응기에 넣고 35∼50%의 수산화나트륨 용액을 적용하여 120∼140℃의 온도와 0.1∼0.2Mpa의 압력으로 60∼120분 동안 반응시키는 탈아세틸 공정;과 상기 탈아세틸 공정 후 흐르는 물로 수세하여 건조시키는 수세·건조 공정;으로 이루어지는 것을 특 징으로 한다.Method for producing β-chitosan using squid cartilage according to the present invention as a means for achieving the above object, an immersion step of removing salt by immersing squid cartilage in fresh water; A hot water extraction step of putting the salt-free squid cartilage into a reactor and reacting for 60 to 120 minutes at a temperature of 115 to 140 ° C. and a pressure of 0.5 to 1 Mpa; After completion of the hot water extraction process, water is added to the reactor remaining only a solid residue, and the enzyme is reacted at 20 to 65 ℃ by mixing alkalase or proteinase of pH 4-12, or alkalase and proteinase Extraction process; After the enzyme extraction process, the solid residue is filtered and put into another reactor to apply a 35 to 50% sodium hydroxide solution and reacted for 60 to 120 minutes at a temperature of 120 to 140 ℃ and a pressure of 0.1 to 0.2 Mpa And a water washing and drying step of washing with water flowing after the deacetylation step and drying.

또, 본 발명의 오징어 연골을 이용한 β-키토산의 제조방법은 상기 생성된 고체상태의 β-키토산에 20∼30%의 염화수소 용액을 넣고 교반시켜 액상의 β-키토산 용액을 만들고, 여기에 β-키토산 1㎏당 1,000unit의 키토사나아제(chitosanase)를 넣어 40∼50℃ 온도로 16∼20 시간 동안 반응시키는 효소반응 공정; 상기 효소반응에서 미반응물 및 효소를 제거하기 위하여 분자량 MWCO 10,000 dalton으로 한외여과(ultrafiltration)시키는 공정; 상기 β-키토산의 용해시 사용된 염화수소를 제거하기 위해 수산화나트륨을 첨가하여 중화시키는 공정; 상기 중화된 용액을 분자량 MWCO 200 dalton으로 2∼3회 역삼투여과(reverse osmosis)하여 탈염 및 농축시키는 공정; 및 상기 농축된 용액을 건조하는 공정을 더 추가하여 β-키토올리고당이 생성되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for producing β-chitosan using the squid cartilage of the present invention, 20-30% hydrogen chloride solution is added to the above-mentioned solid state β-chitosan and stirred to form a liquid β-chitosan solution, and β- An enzymatic reaction step of adding 1,000 units of chitosanase per 1 kg of chitosan to react at 40 to 50 ° C. for 16 to 20 hours; Ultrafiltration with molecular weight MWCO 10,000 dalton to remove unreacted substances and enzymes in the enzyme reaction; Neutralizing by adding sodium hydroxide to remove hydrogen chloride used for dissolution of the β-chitosan; Desalting and concentrating the neutralized solution by reverse osmosis 2 to 3 times with a molecular weight of MWCO 200 dalton; And further comprising the step of drying the concentrated solution characterized in that the β-chitooligosaccharide is produced.

또한, 본 발명의 오징어 연골을 이용한 β-키토산의 제조방법에서 상기 효소추출 공정에 사용되는 알칼라아제 및 프로티나아제의 pH는 전기분해수로 맞춰지는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for producing β-chitosan using the squid cartilage of the present invention, the pH of alkalase and proteinase used in the enzyme extraction process is characterized in that it is adjusted to electrolyzed water.

이하, 본 발명에 따른 오징어 연골을 이용한 β-키토산의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the method for producing β-chitosan using the squid cartilage according to the present invention will be described in detail.

우선, 오징어 연골을 담수에 침지시켜 염분을 제거한다. 오징어 연골은 건조된 상태로 공급되는데, 건조된 오징어 연골에도 바닷물의 염분이 함유되어 있으므로 대략 24시간 정도 담수에 침지시켜 염분이 제거된 후 사용한다.First, squid cartilage is immersed in fresh water to remove salt. Squid cartilage is supplied in a dried state. The dried squid cartilage also contains salt of seawater, so that the salt is removed by immersion in fresh water for about 24 hours.

상기 염분이 제거된 오징어 연골은 1차 단백질 제거를 위해 열수추출을 한 다. 오징어 연골이 열수에 넣어지면 뼈가 흐물흐물해지면서 오징어 연골 내부로 효소가 침투하기 좋게 다공질이 형성된다. 열수추출 공정에서의 온도는 115℃ 이하에서는 40∼80%로 충분한 반응이 일어나지 않고 온도와 시간을 많이 줄수록 반응의 효과는 좋으나, 140℃ 이상의 온도에서는 단백질의 변성이 올 수 있다. 압력은 온도에 따라 다르지만, 압력을 너무 높이면 반응기 자체에 무리가 올 수 있으므로, 본원에서의 열수추출 공정은 0.5∼1Mpa의 압력하에서 115∼140℃의 온도로 60∼120분 동안 반응시키는 것이 바람직하다.The squid cartilage from which the salt is removed is subjected to hot water extraction for primary protein removal. When the squid cartilage is put in the hot water, the bone becomes muggy and the porous is formed to facilitate the penetration of enzymes into the squid cartilage. The temperature in the hot water extraction process is 40 to 80% at 115 ° C. or less, and the reaction is better as the temperature and time are reduced, but the protein may be denatured at a temperature above 140 ° C. The pressure varies depending on the temperature, but if the pressure is too high, the reactor itself may be unreasonable. Therefore, the hot water extraction process in the present application is preferably reacted at a temperature of 115 to 140 ° C. for 60 to 120 minutes under a pressure of 0.5 to 1 Mpa. .

상기 열수추출 한 물은 필터로 제거하고 반응기에는 고체인 잔사만 남긴다. The hot water extracted water is removed by a filter, leaving only the residue that is a solid in the reactor.

상기 열수추출 공정으로 단백질이 1차 제거된 오징어 연골은 2차 단백질 제거를 위해 효소추출을 한다. 본원의 효소추출 공정에 사용되는 단백질 분해 효소로는 알칼라아제(alcalase)와 프로티나아제(protinase)가 사용될 수 있다. 상기 알칼라아제와 프로티나아제는 20∼65℃의 온도와 pH4∼12의 범위 내에서 두 효소를 각각 또는 혼합하여 사용할 수 있다. The squid cartilage from which the protein is first removed by the hydrothermal extraction process is subjected to enzyme extraction to remove the secondary protein. Alkalase and protinase may be used as proteolytic enzymes used in the enzyme extraction process of the present application. The alkalase and proteinase may be used either individually or in combination of two enzymes at a temperature of 20-65 ° C. and a pH of 4-12.

상기 효소추출 공정에서 단백질 분해 효소로 알칼라아제를 사용할 경우, 35∼65℃의 온도와 pH5∼9의 범위 내에서 반응시키는 것이 바람직하고, 프로티나아제를 사용할 경우, 20∼60℃의 온도와 pH4∼12의 범위 내에서 반응시키는 것이 가장 바람직하다. 또 알칼라아제와 프로티나아제를 혼합하여 사용할 경우, 두 효소의 활성이 가장 잘 나타나는 최적 pH8로 맞추는 것이 바람직하다. In the case of using the alkalase as a proteolytic enzyme in the enzyme extraction process, it is preferable to react at a temperature of 35-65 ° C. and pH 5-9, and when using proteases, a temperature of 20-60 ° C. It is most preferable to make it react within the range of pH4-12. In addition, when a mixture of alcalase and proteinase is used, it is preferable to adjust the pH to the optimum pH 8 where the activity of both enzymes is best.

일반적으로 화학반응에서 pH를 맞추기 위한 방법으로 염산이나 수산화나트륨을 사용한다. 그러나 염산이나 수산화나트륨을 사용하여 pH를 맞추면 염산이나 수 산화나트륨이 잔존하여 남아 있게 되어 인체에 해가 된다. 따라서, 본원에서는 상기 효소들의 pH를 전기분해수로 맞추는 것이 중요하다. 즉, 본원에서는 물을 전기분해하여 얻어진 산성전기분해수와 알칼리성전기분해수를 사용하여 알칼라아제와 프로티나아제의 pH를 맞추기 때문에 인체에 무해하다.Generally, hydrochloric acid or sodium hydroxide is used as a method for adjusting the pH in a chemical reaction. However, if the pH is adjusted using hydrochloric acid or sodium hydroxide, hydrochloric acid or sodium hydroxide remains and is harmful to the human body. Therefore, it is important here to adjust the pH of the enzymes with electrolyzed water. That is, in the present application, since the pH of the alkalase and proteinase is adjusted using acidic electrolytic water and alkaline electrolyzed water obtained by electrolyzing water, it is harmless to the human body.

효소추출 공정에서는 오징어 연골 30중량%에 물 100중량%를 넣고 상기 오징어 연골의 중량을 기준으로 0.5∼2중량%의 효소를 넣는 것이 바람직하다.In the enzyme extraction step, it is preferable to add 100% by weight of water to 30% by weight of squid cartilage and add 0.5 to 2% by weight of enzyme based on the weight of the squid cartilage.

상기 열수추출 및 효소추출 공정을 통하여 단백질 성분을 제거되면 고체 상태의 잔사가 남는데, 이것이 바로 β-키틴이다. When the protein component is removed through the hot water extraction and enzyme extraction process, a solid residue remains, which is β-chitin.

상기 고체 상태의 잔사를 걸러내어 다른 반응기에 넣고 수산화나트륨 용액을 적용하여 탈아세틸 반응을 시킨다. 이때, 35% 이하의 수산화나트륨 용액을 적용하면 탈아세틸 반응이 일어나지 않고, 50% 이상의 수산화나트륨 용액을 적용할 경우 수산화나트륨 용액의 농도를 높일수록 탈아세틸반응이 잘 일어나나 분자사슬이 깨지는 단점이 있고 생산비용이 높아진다. 수산화나트륨 용액의 농도가 50% 이상이 되어야 탈아세틸 반응이 일어나는 α-키토산과는 달리, β-키토산은 35% 이상이 되면 반응이 일어나며 수산화나트륨 용액의 농도가 낮은 조건에서 반응할수록 부작용도 없으므로, 본원에서는 35∼50%의 수산화나트륨 용액을 적용하는 것이 바람직하다.The solid residue is filtered off and placed in another reactor to deacetylate by applying sodium hydroxide solution. At this time, when the sodium hydroxide solution of 35% or less is applied, the deacetylation reaction does not occur, and when the sodium hydroxide solution is applied at 50% or more, the deacetylation reaction occurs as the concentration of the sodium hydroxide solution increases, but the molecular chain is broken. And the production cost is high. Unlike α-chitosan, in which a deacetylation reaction occurs when the concentration of sodium hydroxide solution is 50% or more, β-chitosan reacts when it is 35% or more. In this application, it is preferable to apply 35-50% of sodium hydroxide solution.

본원의 탈아세틸 공정에서는 짧은 시간에 순도를 높이는 것이 중요하다. 탈아세틸 공정에서의 온도 조건은 80℃ 이상이면 반응은 일어나지만 시간이 많이 필요하게 되며, 반응시간이 길어질수록 순수한 고분자 상태의 키토산이 되지 않고 저 분자로 분해된다. 따라서, 단시간에 순수한 고분자 상태로 탈아세틸 반응을 시킬 수 있도록 본원의 탈아세틸 공정에서는 120∼140℃ 온도를 60∼120분 동안 반응시키는 것이 바람직하다.In the deacetylation process of the present application, it is important to increase the purity in a short time. When the temperature condition in the deacetylation process is 80 ° C. or more, the reaction occurs, but it takes a lot of time, and as the reaction time increases, the polymer is decomposed into low molecules rather than pure chitosan in a pure polymer state. Therefore, in the deacetylation process of the present application, it is preferable to react the temperature at 120 to 140 ° C. for 60 to 120 minutes so that the deacetylation reaction can be performed in a pure polymer state in a short time.

상기 탈아세틸 공정에서의 압력 조건은 반응기가 깨지지 않도록 보호하고 키토산이 저분자로 분해되지 않도록 0.1∼0.2Mpa의 압력을 유지시키는 것이 좋다.In the deacetylation process, the pressure condition is preferably maintained at a pressure of 0.1 to 0.2 Mpa to protect the reactor from being broken and to prevent chitosan from being broken down into low molecules.

전술된 본 발명의 탈아세틸 공정에서는 고온으로 가압 처리함으로써 1회 공정만으로도 90% 이상의 탈아세틸화도를 얻을 수 있어 단시간에 순도를 높일 수 있을 뿐 아니라 고분자화 된 β-키토산을 생산할 수 있다.In the deacetylation process of the present invention described above, by depressurizing to a high temperature, the deacetylation degree of 90% or more can be obtained by only one process, thereby increasing the purity in a short time and producing polymerized β-chitosan.

상기 탈아세틸 공정으로 아세틸기가 제거된 잔사는 흐르는 물로 수세하여 수분함량 10% 미만으로 건조시킨다. 이때 사용되는 건조 방법은 동결건조, 열풍건조 등 통상의 건조방법을 사용할 수 있다.The residue from which the acetyl group was removed by the deacetylation process was washed with running water and dried to less than 10% of water content. At this time, the drying method used may be a conventional drying method such as freeze drying, hot air drying.

이상과 같이 하여 β-키토산이 완성된다.As described above, β-chitosan is completed.

한편, 상기 생성된 고체상태의 β-키토산을 효소분해하여 β-키토올리고당을 제조하는 방법은 다음과 같다.On the other hand, the method of producing β-chito-oligosaccharide by enzymatic decomposition of the β-chitosan in the solid state is as follows.

상기 생성된 β-키토산에 20∼30% 농도의 염화수소 용액을 넣고 교반시켜 용해시킨다. 상기 용해된 β-키토산 용액에 β-키토산 1㎏당 1,000unit의 키토사나아제(chitosanase)를 넣고 키토사나아제의 최적 활성 온도인 40∼50℃ 온도로 16∼20시간 동안 반응시킨다. 상기 키토사나아제의 효소반응으로 고분자인 β-키토산의 분자간 결합이 끊어져 평균 분자량이 3,000∼5,000 정도의 저분자로 된다.Hydrogen chloride solution of 20-30% concentration is added to the generated β-chitosan, followed by stirring to dissolve. 1,000 unit of chitosanase per 1 kg of β-chitosan was added to the dissolved β-chitosan solution, and reacted at a temperature of 40-50 ° C., which is an optimum activity temperature of chitosanase, for 16-20 hours. The enzymatic reaction of chitosanase breaks the intermolecular bond of the polymer, β-chitosan, resulting in a low molecule having an average molecular weight of about 3,000 to 5,000.

상기 효소반응으로 저분자화 된 β-키토산 용액을 분자량 MWCO 10,000 dalton으로 한외여과(ultrafiltration)시켜, 효소반응에서 반응되지 않은 미반응물과 분자량이 약 30,000 dalton이상인 효소를 제거한다.Ultrafiltration of the low molecular weight β-chitosan solution by the enzyme reaction to the molecular weight MWCO 10,000 dalton (ultrafiltration) to remove the unreacted reactants and the enzyme having a molecular weight of more than about 30,000 dalton in the enzyme reaction.

상기 한외여과 시킨 β-키토산 용액에 수산화나트륨을 첨가하여, β-키토산을 용해시키기 위해 사용된 염화수소를 중화시킨다. 즉, 상기 염화수소의 Cl-과 Na+가 당량(當量)씩 반응함으로써 산 및 염기로서의 성질을 잃게되어 중화된다.Sodium hydroxide is added to the ultrafiltered β-chitosan solution to neutralize the hydrogen chloride used to dissolve the β-chitosan. In other words, Cl and Na + of the hydrogen chloride react with each equivalent to lose their properties as acids and bases and are neutralized.

상기 중화된 용액을 역삼투압 방식으로 2∼3회 반복하여 여과시킨다. 상기 역삼투 여과를 2∼3회 반복함으로써 MWCO 200 dalton 이하의 분자, 즉 물과 염화나트륨이 빠져나가 제거된다. 상기 역삼투여과를 통하여 95% 이상의 염화나트륨이 제거되고 30 Brix%로 농축된다. The neutralized solution is filtered by repeating 2-3 times in reverse osmosis. By repeating the reverse osmosis filtration two to three times, molecules of MWCO 200 dalton or less, that is, water and sodium chloride, are released and removed. Reverse osmosis removes at least 95% of sodium chloride and concentrates to 30 Brix%.

상기 농축된 용액을 건조시킨다. 이때 사용되는 건조 방법은 동결건조, 분무건조 등 통상의 건조방법을 사용할 수 있다.The concentrated solution is dried. At this time, the drying method used may be a conventional drying method such as freeze drying, spray drying.

이상과 같이 하여 90∼93% 함량의 β-키토올리고당이 완성된다.As described above, β-chito-oligosaccharides having a content of 90 to 93% are completed.

현재까지 70∼75% 함량의 α-키토올리고당은 제조되어 시판되고 있으나, 90∼93%의 고순도 β-키토올리고당은 제조되지 않았다.To date, 70-75% of α-chito-oligosaccharides have been produced and are commercially available, but 90-93% of high-purity β-chito-oligosaccharides have not been produced.

이하, 전술된 바와 같은 본 발명의 오징어 연골을 이용한 β-키토산 및 β-키토올리고당의 제조방법을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the method for preparing β-chitosan and β-chito-oligosaccharide using the squid cartilage of the present invention as described above will be described in detail with reference to Examples.

[실시예 1]Example 1

ββ -- 키토산Chitosan

건조된 오징어 연골을 담수에 넣고 24시간 동안 침지시켜 염분을 제거하였다. 상기 염분이 제거된 오징어 연골을 반응기에 넣고 0.5Mpa의 압력하에서 130℃ 온도로 90분 동안 반응시켜 열수추출로 1차 단백질 성분을 제거하였다. 상기 열수추출된 오징어 연골은 흐물흐물하게 되었으며 그 표면에 다공질이 형성되었다.Dried squid cartilage was put in fresh water to soak for 24 hours to remove salt. The salted squid cartilage was placed in a reactor and reacted at 130 ° C. for 90 minutes under a pressure of 0.5 Mpa to remove primary protein components by hot water extraction. The hydrothermal extracted squid cartilage became muggy and formed porous on its surface.

상기 열수추출한 물을 제거하고 고체인 잔사만 남은 반응기에 잔사 질량의 3배 정도의 물을 다시 넣고, 여기에 전기분해수를 사용하여 pH를 8로 맞춘 알칼라아제를 잔사 질량을 기준으로 2중량% 넣어 55℃로 효소반응시켜 2차 단백질 성분을 제거하였다. 오징어 연골 표면에 형성된 다공질을 통하여 효소가 침투되어 효소반응이 잘 되었다.Remove the hot water extracted water and put the water of about three times the mass of the residue back to the reactor remaining only the solid residue, and 2 weight of the alcalase adjusted to pH 8 using electrolysis water based on the residue mass % Was added and the enzyme was reacted at 55 ° C to remove the secondary protein component. The enzyme penetrated through the pores formed on the surface of the squid cartilage, the enzyme reaction was well.

3개의 반응기를 준비하여 그 각각에 상기 탈단백된 오징어 연골의 잔사와 35%, 40%, 45% 농도의 수산화나트륨 용액을 넣고, 120℃, 130℃, 140℃의 온도와 0.1Mpa, 0.15Mpa, 0.2Mpa의 압력을 설정하여 90분 동안 반응시켜 탈아세틸화도를 측정하였다(표 1 및 표 2 참조).Three reactors were prepared, and each of the deproteinized squid cartilage residue and 35%, 40%, and 45% sodium hydroxide solution were added thereto, and the temperature of 120 ° C, 130 ° C, 140 ° C and 0.1Mpa, 0.15Mpa , 0.2Mpa pressure was set to react for 90 minutes to determine the degree of deacetylation (see Table 1 and Table 2).

〈표 1〉온도와 수산화나트륨의 농도에 따른 탈아세틸화도(압력: 0.15Mpa)Table 1 Deacetylation degree according to temperature and concentration of sodium hydroxide (pressure: 0.15Mpa)

Figure 112004035923190-pat00001
Figure 112004035923190-pat00001

〈표 2〉온도와 압력에 따른 탈아세틸화도(NaOH 40%)Table 2: Deacetylation degree (NaOH 40%) according to temperature and pressure

Figure 112004035923190-pat00002
Figure 112004035923190-pat00002

상기 표 1 과 표 2는 1회 반응의 결과이다. Table 1 and Table 2 are the results of one reaction.

종래 진공조건 하에서 염기수용액과 반응시키는 방법과 질소조건 하에서 염기수용액과 반응시키는 방법이 1회 반응으로 최대 60% 정도의 탈아세틸화도를 나타내는 것과 비교하여 볼 때 월등한 탈아세틸 효과를 나타내는 것을 알 수 있다.It can be seen that the conventional method of reacting with the base aqueous solution under vacuum conditions and the method with the basic aqueous solution under nitrogen conditions shows superior deacetylation effects when compared with the one which shows up to 60% deacetylation degree in one reaction. have.

상기 탈아세틸 공정을 통하여 아세틸기가 제거된 상기 오징어 연골의 잔사를 흐르는 물로 수세한 다음 수분함량 10% 미만으로 동결 건조시켜 본 발명에 따른 β-키토산을 제조하였다.Through the deacetylation process, the residue of the squid cartilage from which the acetyl group was removed was washed with running water, and then lyophilized to less than 10% of water to prepare β-chitosan according to the present invention.

본원에 따라 제조된 상기 β-키토산을 푸리에변환적외분광법(FT-IR)으로 측정하여 그 크로마토그램을 종래 α-키토산의 FT-IR 크로마토그램과 비교하였다(도 3 및 도 4 참조).The β-chitosan prepared according to the present invention was measured by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and the chromatogram was compared with the conventional FT-IR chromatogram of α-chitosan (see FIGS. 3 and 4).

도 3 은 상기 실시예에서 본 발명에 따라 제조된 물질이 β-키토산임을 확인할 수 있었으며, 1650㎝-1 대의 범위에서 피크가 많이 나타나는 도 4의 α-키토산과는 달리 피크가 하나씩 나타나는 것을 볼 수 있었다. Figure 3 was able to confirm that the material prepared according to the present invention in the above embodiment is β-chitosan, unlike the α-chitosan of Figure 4 where a lot of peaks in the range of 1650 cm -1 can be seen that one peak appears there was.

이러한 결과로 볼 때 본 발명에 따라 제조된 β-키토산은 그 구조적 특이성으로 인하여 분자간 수소결합이나 분자 내부의 수소결합이 일어나지 않아 그 피크가 단일하게 나타나는 것을 알 수 있다. 반면 α-키토산은 분자간 또는 분자 내의 수소결합으로 인하여 여러 피크가 나타나는 것을 알 수 있다. 결국 β-키토산은 그 작용기들이 분자 내와 분자 상호간의 결합이 없이 모두 외부 반응에 참여하지만 α-키토산은 분자 내와 분자간의 수소결합으로 작용기들이 외부반응에 참여하지 못하여 그 반응성이 β-키토산에 비해 현저히 떨어지는 것이다.As a result, it can be seen that β-chitosan prepared according to the present invention does not occur intermolecular hydrogen bonds or intramolecular hydrogen bonds due to its structural specificity, and thus its peak appears singly. On the other hand, it can be seen that α-chitosan has various peaks due to intermolecular or intramolecular hydrogen bonding. Eventually, β-chitosan participates in external reactions without the intra-molecular and intramolecular bonds of the functional groups, whereas α-chitosan does not participate in the external reactions due to the hydrogen bonds between the intramolecular and molecular molecules. It is significantly lower than that.

[실시예 2]Example 2

ββ -키토올리고당Quitooligosaccharides

상기 실시예 1에서 만들어진 고체상태의 β-키토산과 25% 농도의 염화수소 용액을 반응기에 넣고 교반시켜 액상의 β-키토산 용액을 만들었다. Solid β-chitosan and 25% hydrogen chloride solution prepared in Example 1 were added to the reactor and stirred to form a liquid β-chitosan solution.

상기 β-키토산 용액 1㎏에 1,000unit의 키토사나아제(chitosanase)를 넣어 45℃ 온도로 18 시간 동안 효소반응을 시켰다. 효소반응 후 고분자인 β-키토산의 분자간 결합이 끊어져 분자량이 낮은 저당류로 저분자화 되었다. 1,000 unit of chitosanase was added to 1 kg of the β-chitosan solution, followed by enzymatic reaction at 45 ° C. for 18 hours. After enzymatic reaction, the intermolecular bonds of β-chitosan, a polymer, were broken, resulting in low molecular weight and low molecular weight.

상기 효소반응으로 저분자화 된 β-키토산 용액을 분자량 MWCO 10,000 dalton으로 한외여과 시켜 효소반응에서의 미반응물과 분자량이 약 30,000 dalton 이상인 효소를 제거하였다. 여기에 수산화나트륨을 첨가하여 상기 β-키토산의 용해시 사용된 염화수소가 반응되도록 하여 중화시켰다.The low molecular weight β-chitosan solution obtained by the enzyme reaction was ultrafiltered with a molecular weight of MWCO 10,000 dalton to remove unreacted material and an enzyme having a molecular weight of about 30,000 dalton or more. Sodium hydroxide was added thereto to neutralize the hydrogen chloride used to dissolve the β-chitosan.

상기 중화된 용액을 분자량 MWCO 200 dalton으로 3회 반복하여 역삼투여과하 여 염화나트륨을 제거하고 30Brix%로 농축시켰다. 상기 농축된 용액을 동결건조시켜 93% 함량의 β-키토올리고당을 생성하였다. β-키토올리고당에 함유된 염을 제거함으로써 함량을 90% 이상으로 향상시켰으며 또한 존재하는 염으로 인해 인체 내에서 일어날 수 있는 부반응을 최소화하였다. The neutralized solution was repeated three times with a molecular weight of MWCO 200 dalton, reverse osmosis to remove sodium chloride and concentrated to 30 Brix%. The concentrated solution was lyophilized to produce 93% β-chitooligosaccharides. By removing the salts contained in the β-chitooligosaccharides, the content was improved to 90% or more and the side reactions that could occur in the human body due to the salts present were minimized.

이상과 같이 만들어진 본 발명에 따른 β-키토올리고당의 위암세포(SNU-601, SNU-719)와 간암세포(Hep G2)에 대한 성장 억제 또는 제거효과를 실험하여 그 결과를 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시하였다. Experiments on growth inhibition or elimination of gastric cancer cells (SNU-601, SNU-719) and hepatocellular carcinoma cells (Hep G2) of β-chitooligosaccharide according to the present invention made as described above and the results are shown in Figures 5a, 5b and It is shown in Figure 5c.

또, 본 발명에 따른 β-키토올리고당의 대장균, 화농균, 포자형성균, 효모균, 곰팡이균에 대한 사멸 또는 성장억제 효과를 실험하여 그 결과를 도 6에 도시하였다. In addition, the effect of killing or growth inhibition on E. coli, P. aeruginosa, spore-forming bacteria, yeast, and fungi of β-chito-oligosaccharide according to the present invention was tested and the results are shown in FIG.

상기 도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, β-키토올리고당은 α-키토올리고당에 비해 항균활성이 2∼6배 정도 뛰어나며, 항암활성은 20∼50%정도 더 뛰어난 것으로 실험결과 판명되어 기능성 식품소재 및 의약 소재로의 폭넓은 이용이 가능함을 알 수 있었다.As can be seen in Figures 5a, 5b, 5c and 6, β-chito-oligosaccharides have an antimicrobial activity of about 2 to 6 times better than α-chito-oligosaccharides, and anticancer activity is 20 to 50% more excellent. As a result of the experiment, it was found that it can be widely used as a functional food material and a pharmaceutical material.

상술된 바와 같이 본 발명의 오징어 연골을 이용한 β-키토산의 제조방법은 열수추출과 효소추출을 사용하여 단백질을 제거함으로써, 탈단백 공정 중 β-키토산의 구조가 파괴되거나 단백질 변성이 일어나지 않으며 순도가 높은 β-키토산을 제공할 수 있다.As described above, the method for producing β-chitosan using the squid cartilage of the present invention removes the protein using hot water extraction and enzyme extraction, so that the structure of β-chitosan is not destroyed or protein denaturation occurs during deproteinization. It can provide high β-chitosan.

또한 본 발명의 오징어 연골을 이용한 β-키토산의 제조방법은 탈아세틸 공 정에서 고온가압 처리함으로써 1회 공정만으로도 90% 이상의 탈아세틸화도를 얻을 수 있어 짧은 시간에 고순도·고분자화 시킨 β-키토산과 함량이 90∼93%인 고순도의 β-키토올리고당을 제공할 수 있다.

In addition, the method for producing β-chitosan using the squid cartilage of the present invention can obtain 90% or more of deacetylation degree by only one step by high temperature pressurization in a deacetylation process, and the high purity and high molecular weight of β-chitosan in a short time. It is possible to provide a high purity β-chitooligosaccharide having a content of 90 to 93%.

Claims (3)

오징어 연골을 담수에 침지시켜 염분을 제거하는 침지공정;An immersion process of removing salt by dipping squid cartilage into fresh water; 상기 염분이 제거된 오징어 연골을 반응기에 넣고 115∼140℃의 온도와 0.5∼1Mpa의 압력으로 60∼120분 동안 반응시키는 열수추출 공정;A hot water extraction step of putting the salt-free squid cartilage into a reactor and reacting for 60 to 120 minutes at a temperature of 115 to 140 ° C. and a pressure of 0.5 to 1 Mpa; 상기 열수추출 공정을 마친 후 고체인 잔사만 남은 반응기에 물을 넣고 pH4∼12의 알칼라아제, 또는 프로티나아제, 또는 알칼라아제와 프로티나아제를 혼합하여 넣고 20∼65℃로 반응시키는 효소추출 공정;After completion of the hot water extraction process, water is added to the reactor remaining only a solid residue, and the enzyme is reacted at 20 to 65 ℃ by mixing alkalase or proteinase of pH 4-12, or alkalase and proteinase Extraction process; 상기 효소추출 공정 후 고체인 잔사를 걸러내어 다른 반응기에 넣고 35∼50%의 수산화나트륨 용액을 적용하여 120∼140℃의 온도와 0.1∼0.2Mpa의 압력으로 60∼120분 동안 반응시키는 탈아세틸 공정;과After the enzyme extraction process, the solid residue is filtered and put into another reactor to apply a 35 to 50% sodium hydroxide solution and reacted for 60 to 120 minutes at a temperature of 120 to 140 ℃ and a pressure of 0.1 to 0.2 Mpa ;and 상기 탈아세틸 공정 후 흐르는 물로 수세하여 건조시키는 수세·건조 공정;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오징어 연골을 이용한 β-키토산의 제조방법.A method of producing β-chitosan using squid cartilage, comprising: a water washing and drying step of washing with water and drying with running water after the deacetylation process. 제1항에 있어서, 상기 생성된 고체상태의 β-키토산에 20∼30%의 염화수소 용액을 넣고 교반시켜 액상의 β-키토산 용액을 만들고, 여기에 β-키토산 1㎏당 1,000unit의 키토사나아제(chitosanase)를 넣어 40∼50℃ 온도로 16∼20 시간 동안 반응시키는 효소반응 공정;The method of claim 1, wherein 20 to 30% hydrogen chloride solution is added to the solid-state β-chitosan to form a liquid β-chitosan solution, and 1,000 units of chitosanase per kilogram of β-chitosan. (chitosanase) to put the enzyme reaction step of reacting for 16 to 20 hours at a temperature of 40-50 ℃; 상기 효소반응에서 미반응물 및 효소를 제거하기 위하여 분자량 MWCO 10,000 dalton으로 한외여과(ultrafiltration)시키는 공정; Ultrafiltration with molecular weight MWCO 10,000 dalton to remove unreacted substances and enzymes in the enzyme reaction; 상기 β-키토산의 용해시 사용된 염화수소를 제거하기 위해 수산화나트륨을 첨가하여 중화시키는 공정;Neutralizing by adding sodium hydroxide to remove hydrogen chloride used for dissolution of the β-chitosan; 상기 중화된 용액을 분자량 MWCO 200 dalton으로 2∼3회 역삼투여과하여 탈염 및 농축시키는 공정; 및Desalting and concentrating the neutralized solution by reverse osmosis 2 to 3 times with a molecular weight of MWCO 200 dalton; And 상기 농축된 용액을 건조하는 공정을 더 추가하여 β-키토올리고당이 생성되는 것을 특징으로 하는 오징어 연골을 이용한 β-키토산의 제조방법.Method for producing β-chitosan using squid cartilage, characterized in that by adding a further step of drying the concentrated solution to produce β-chito-oligosaccharides. 제1항에 있어서, 상기 효소추출 공정에 사용되는 알칼라아제 및 프로티나아제의 pH는 전기분해수로 맞춰지는 것을 특징으로 하는 오징어 연골을 이용한 β-키토산의 제조방법.According to claim 1, wherein the pH of the alkalase and proteinase used in the enzyme extraction process is a method of producing β-chitosan using squid cartilage, characterized in that the electrolysis water.
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CN102174124A (en) * 2011-03-22 2011-09-07 淮安麦德森制药有限公司 Cartilage separation method in production of chondroitin sulfate
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