KR980008299A - Separation and Purification Method of Low Molecular Chitosan Using Multistage Membrane Process - Google Patents

Separation and Purification Method of Low Molecular Chitosan Using Multistage Membrane Process Download PDF

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Abstract

본 발명은 다단계 분리막 공정을 이용한 저분자 키토산의 분리 및 정제방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 저분자 키토산의 분리 및 정제방법에 있어서, 다양한 분자량의 키토산혼합물을 초음파 처리와 함께 산 및 효소와 반응시켜 상기 키토산을 분산도 1.5∼2.5, 및 평균분자량 100,000 이하로 조절하는 단계; 상기 반응물에 순수한 물을 첨가하여 키토산의 농도가 1∼50%인 수용액을 제공하는 단계; 상기 수용액을 0.5∼5kg/㎝2의 압력에서 연속 막분리 공정에 의해 키토산을 1차 분획 및 분리하는 단계; 및 상기 1차 분획 및 분리된 투과액을 원하는 분획분자량에 따라 선택된 분리막을 이용하여 2차 분획 및 분리공정을 1회이상 반복하는 단계를 거쳐 저분자 키토산을 고순도 및 고수율로 분리 및 정제하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for separating and purifying low-molecular chitosan using a multi-stage membrane process, and more particularly, to a method for separating and purifying low-molecular chitosan, by reacting a chitosan mixture of various molecular weights with an acid and an enzyme with ultrasonic treatment. Adjusting the chitosan to a dispersion degree of 1.5 to 2.5 and an average molecular weight of 100,000 or less; Adding pure water to the reaction to provide an aqueous solution having a concentration of 1 to 50% of chitosan; Primary fractionating and separating chitosan by the continuous membrane separation process at a pressure of 0.5 to 5 kg / cm 2 in the aqueous solution; And separating and purifying the low molecular weight chitosan with high purity and high yield by repeating the second fractionation and the separation process one or more times using the separation membrane selected according to the desired molecular weight of the primary fraction and the separated permeate. will be.

Description

[발명의 명칭][Name of invention]

다단계 분리막 공정을 이용한 저분자 키토산의 분리 및 정제방법Separation and Purification Method of Low Molecular Chitosan Using Multistage Membrane Process

[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술][Technical Field to which the Invention belongs and Prior Art in the Field]

본 발명은 다단계 분리막 공정을 이용한 저분자 키토산의 분리 및 정제방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 새우 및 게등의 갑각류로부터 추출한 천연고분자인 α-키토산을 다단계 분리막 공정을 이용하여 간단하게 고수율로 저분자량 키토산 또는 올리고당 키토산으로 분리 및 정제하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for separating and purifying low-molecular chitosan using a multi-stage membrane process. More specifically, the low molecular weight α-chitosan, which is extracted from shellfish such as shrimp and crabs, is easily obtained at high yield using a multi-stage membrane process. A method for separating and purifying with molecular weight chitosan or oligosaccharide chitosan.

키틴의 화학적 구조는 셀룰로우즈의 글루코피라노즈 C-2 위치의 -OH기 대신에N-아세틸아마이드(-NHCOCH3)기가 치환되어 있는 N-아세틸글루코사민(β-1,4 결합)이 무수히 결합된 다당류의 고분자로서 키틴의 아세틸기를 탈아세틸화시킨 것을 키토산이라 한다.The chemical structure of chitin binds to N-acetylglucosamine (β-1,4 bond) in which N-acetylamide (-NHCOCH 3 ) group is substituted in place of -OH group in cellulose glucopyranose C-2 position. The deacetylated chitin acetyl group as a polymer of the polysaccharide is called chitosan.

키토산은 새우 및 게 등의 갑각류로부터 산출되는 매우 유용한 생체물질로 그 화학명은 (1→4)2-아미노-2-데옥시-β-D-글루코사민으로 불려진다. 이것은 근래에 환경, 화학, 농학, 생물, 의학 및 식품분야 등 모든 분야에 이용가치가 매우 클 뿐만이 아니라 그 올리고당은 이미 많은 연구 발표에 있어서도 알 수 있듯이 식품이나 의학적 이용범위가 넓고 사람의 암 등의 질병 예방에도 그 효과의 우수성이 널리 알려져 있으며 예로부터 한국, 중국, 일본에서 질병 치료용의 식품 및 제약으로 복용했던 기록도 있다.Chitosan is a very useful biomaterial derived from shellfish such as shrimp and crab, and its chemical name is called (1 → 4) 2-amino-2-deoxy-β-D-glucosamine. This is not only very valuable in all fields such as environment, chemistry, agriculture, biology, medicine and food, but also the oligosaccharides are widely used in many research papers. The effectiveness of the disease is widely known for its effectiveness, and there are records from Korea, China, and Japan that have been used as foods and pharmaceuticals for treating diseases.

이러한 키토산은 1→4 β-D-글루코사민 결합을 가져 매우 안정하여 화학적 분리방법에 의한 처리공정은 매우 복잡하고 환경오염 등의 문제점을 가지며, 액체 크로마토그라피 분리 및 이온교환수지 칼럼을 이용한 기기분리법은 키토산 저분자량 또는 올리고당으로 분획 및 분리시 높은 비용과 단위생산성이 매우 낮은 단점이 있다. 따라서, 간편한 물리적인 방법을 통하여 고수율로 저분자량 키토산 또는 올리고당 키토산을 분리 및 정제하는 방법이 요구되는 실정이다.The chitosan has a 1 → 4 β-D-glucosamine bond, which is very stable, and the chemical separation method is very complicated and has environmental problems. The separation method using liquid chromatography and ion exchange resin columns The chitosan low molecular weight or oligosaccharide fractionation and separation has the disadvantage of high cost and low unit productivity. Therefore, there is a need for a method for separating and purifying low molecular weight chitosan or oligosaccharide chitosan in high yield through a simple physical method.

기존에 알려진 선행특허들을 살펴보면, 일본 특개소 제 54-148890호에서는 천연의 키틴을 탈아세틸화시켜 얻어진 키토산을 pH 6∼12로 조정한 0.007∼0.35%의 과산화수소 수용액중에서 처리하여 임의의 분자량을 갖는 저분자 키토산의 제조방법을 개시하고 있다.In the prior art, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-148890 discloses chitosan obtained by deacetylating natural chitin in an aqueous solution of 0.007 to 0.35% hydrogen peroxide adjusted to pH 6-12 to have an arbitrary molecular weight. A method for producing low molecular chitosan is disclosed.

일본 특개평 제1-256395호에서는 천연키틴을 탈아세틸화시켜 얻어진 키토산에 효소를 작용시켜 저분자화 키토산을 제조하는 방법에 있어서, 첨가속도를 제어하면서 반응액에 산을 연속적으로 첨가하고, pH를 3∼9의 범위에서 실질적으로 일정 값으로 유지하면서 효소반응을 이행시켜 D-글루코사민을 함유하지 않는 분자량 340∼50,000의 저분자량의 키토산의 제조방법을 개시하고 있다.In Japanese Patent Laid-Open No. 1-256395, in a method of producing low molecular weight chitosan by applying an enzyme to chitosan obtained by deacetylating natural chitin, an acid is continuously added to the reaction solution while controlling the addition rate. A method for producing a low molecular weight chitosan having a molecular weight of 340 to 50,000 without D-glucosamine by carrying out an enzymatic reaction while maintaining substantially constant value in the range of 3 to 9 is disclosed.

일본 특개평 제2-11601호에서는 키토산에 대하여 0.1∼20중량%의 과산화수소를 반응시킴에 있어서, 염산 또는 초산에 의해 반응액의 pH를 5이하로 조정하여 저분자량의 키토산을 제조하는 방법을 개시하고 있다.Japanese Patent Laid-Open No. 2-11601 discloses a method for producing low molecular weight chitosan by reacting 0.1 to 20% by weight of hydrogen peroxide with chitosan by adjusting the pH of the reaction solution to 5 or less with hydrochloric acid or acetic acid. Doing.

일본 특개평 제2-200196호에서는 키토산을 키토산 분해능을 갖는 중성 프로테아제 또는 리파제의 하나 이상으로 처리하여 저분자량 키토산을 제조하는 방법을 개시하고 있다.Japanese Patent Laid-Open No. 2-200196 discloses a method for producing low molecular weight chitosan by treating chitosan with one or more of neutral proteases or lipases having chitosan resolution.

"키틴, 키토산올리고당의 분리기술 및 분석기술"이란 제목하의 일본, 월간식품화학, 1993년 2월호에서는 약산성 양이온 이온교환수지칼럼을 이용하여 키토산을 분별하는 방법을 개시하고 있다.Japan, Monthly Food Chemistry, February 1993, entitled "Chinese and Chitosan Oligosaccharide Separation and Analytical Techniques," discloses a method for fractionating chitosan using a weakly acidic cation ion exchange resin column.

이와 같이 기존 방법은 키토산을 염산, 인산, 질산 등의 산분해에 의한 방법, 과산화수소 처리방법또는 산용액하에서 효소로 처리하여 키토산을 분해한 다음, 올리고당으로 분리하기 위하여 메탄올(CH3OH)에 가용성분과 불용성분으로 나누어 수회 반복처리하며 메탄올의 농도변화에 의해 각각의 올리고당을 분리 하며 계속해서 크로마토그라피, 이온교환수지칼럼을 이용한 분리법이 알려져 있다.As described above, the conventional method is to decompose chitosan by acid decomposition of hydrochloric acid, phosphoric acid, nitric acid, hydrogen peroxide treatment or enzyme treatment under acid solution, and then soluble in methanol (CH 3 OH) to separate oligosaccharide. Dividing into oligosaccharides and insoluble components is repeated several times, and each oligosaccharide is separated by changing the concentration of methanol. Subsequently, a separation method using chromatography and ion exchange resin columns is known.

그러나, 이와 같은 저분자량의 키토산 또는 올리고당 키토산의 제조는 거의 산분해법에 의해 최종적으로 얻어지기 때문에 제조에 많은 시간과 고비용, 후처리 문제, 독성 및 환경적 문제 등을 유발하게 된다. 다시 말하면, 기존 방법들은 장시간의 후처리과정에 고비용, 환경적인 어려움 및 수율이 매우 낮아 생산성이 낮으므로 공업화에 어려운 단점을 가지고 있다.However, since the preparation of such low molecular weight chitosan or oligosaccharide chitosan is almost obtained by the acid decomposition method, it causes a lot of time and high cost, post-treatment problems, toxicity and environmental problems in production. In other words, existing methods have a disadvantage in that industrialization is difficult because of high productivity, low environmental yield, and low yield during long post-treatment.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제][Technical problem to be achieved]

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자들은 광범위한 연구를 수행한 결과, 가급적 화학적인 처리를 억제하고, 간편한 다단계 분리막 공정을 통한 물리적인 방법으로 의학, 생물 및 식품용 순백색의 저분자량 키토산을 분리 및 정제할 수 있었다.In order to solve this problem, the present inventors have conducted extensive research to isolate and purify pure white low molecular weight chitosan for medical, biological and food by physical method through suppressing chemical treatment as much as possible and using a simple multi-stage membrane process. Could.

따라서, 본 발명의 목적은 식품, 의약용으로 이용할 수 있는 저분자량 키토산을 다단계 분리막 공정을 이용하여 분리 및 정제하는 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for separating and purifying low molecular weight chitosan that can be used for food and medicine using a multi-stage membrane process.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 저분자량 키토산의 분리 및 정제방법에 있어서, 다양한 분자량의 키토산 혼합물을 초음파 처리와 함께 산 및 효소와 반응시켜 분산도 1.5∼2.5, 및 평균분자량 100,000 이하의 키토산 용액을 제조하는 단계; 상기 용액에 순수한 물을 첨가하여 키토산의 농도가 1∼50%인 수용액을 제공하는 단계; 상기 수용액을 0.5∼5kg/㎝2의 압력에서 막을 이용한 연속 막분리 공정에 의해 키토산을 1차 분획 및 분리하는 단계; 및 상기 1차 분획 및 분리된 투과액을 원하는 분획분자량에 따라 선택된 막을 이용하여 2차 분획 및 분리공정을 1회이상 반복하는 단계로 이루어진다.In the method of the present invention for achieving the above object, in the method for separating and purifying low molecular weight chitosan, a mixture of chitosan having various molecular weights is reacted with an acid and an enzyme with sonication to have a dispersion degree of 1.5 to 2.5, and an average molecular weight of 100,000 or less. Preparing a chitosan solution; Adding pure water to the solution to provide an aqueous solution having a concentration of 1 to 50% of chitosan; Primary fractionating and separating chitosan by a continuous membrane separation process using a membrane at a pressure of 0.5 to 5 kg / cm 2 in the aqueous solution; And repeating the first fractionation and separation process one or more times using the membrane selected according to the desired molecular weight of the first fraction and the separated permeate.

[발명의 구성 및 작용][Configuration and Function of Invention]

이하 본 발명의 방법을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the method of the present invention will be described in more detail.

먼저, 새우 및 게의 껍질로부터 얻은 키토산을 산으로 처리하여 점도를 1∼15cps로 조절한 다음, 상기 키토산을 각종 산 및 효소로 처리하여 산분해 및 수용화시킨다. 이때, 키토산을 산 및 효소로 처리시, 초음파 처리를 병행한다. 상기 초음파 처리는 40∼60kHz 범위의 주파수에서 시간 10∼120분 정도, 바람직하게는 30∼60분 정도 수행하는 것이 경제적인 면에서 바람직하다. 상기 초음파 처리는 키토산에 대한 산 및 효소처리 효율을 극대화시켜 산 및 효소처리시간을 단축시키는 잇점이 있다. 키토산에 대한 산 및 효소처리는 후속 공정인 막분리 공정에 적합한 수용성 올리고머를 얻기 위한 것으로, 키토산의 분산도가 1.5∼2.5, 평균분자량이 100,000 이하 정도까지 수행하는 것이 바람직하다. 상기 반응은 무기산 및 유기산을 상기 반응액에 부가적으로 첨가시키거나 온도를 상승시켜 효소를 실활시켜 정지시킨다.First, chitosan obtained from the shells of shrimp and crab is treated with acid to adjust the viscosity to 1-15 cps, and then the chitosan is treated with various acids and enzymes for acid decomposition and solubilization. At this time, when chitosan is treated with an acid and an enzyme, sonication is performed in parallel. The sonication is preferably economically performed at a frequency in the range of 40 to 60 kHz for about 10 to 120 minutes, preferably about 30 to 60 minutes. The ultrasonic treatment has the advantage of shortening the acid and enzyme treatment time by maximizing the acid and enzyme treatment efficiency for chitosan. Acid and enzyme treatment for chitosan is to obtain a water-soluble oligomer suitable for the membrane separation process, which is a subsequent step, it is preferable that the chitosan dispersion degree is carried out to 1.5 to 2.5, the average molecular weight of about 100,000 or less. The reaction is stopped by additionally adding an inorganic acid and an organic acid to the reaction solution or raising the temperature to deactivate the enzyme.

그 다음, 진공건조시킨 후, 키토산을 순수한 물에 용해시켜 키토산의 농도를 1∼50%로 조절하고, 후속 공정인 막분리공정에 적합하도록 pH를 6∼8로 조정하고, 0.5∼5kg/㎝2의 압력에서 연속 막분리 공정에 의해 1차 분획 및 분리한다. 그 이후의 분리는 적절한 분획분자량을 갖는 분리막을 사용하여 바람직한 분자량 범위의 저분자량 키토산을 고수율로 제조할 수 있다. 이때의 구동압력은 0.5∼5kg/㎝2이 바람직하다. 아울러, 상기 분리막 공정을 반복적으로 수행하여 원하는 저분자량의 키토산을 고순도 및 고수율로 얻을 수 있다. 또한, 상술한 방법으로 얻은 저분자량의 키토산을 주정(C2H5OH)으로 더욱 정제하여 건조시킨 후, 냉동건조시켜 좀 더 순수한 저분자량의 키토산을 얻을 수 있다.Then, after vacuum drying, the chitosan was dissolved in pure water to adjust the concentration of chitosan to 1-50%, and the pH was adjusted to 6-8 to suit the subsequent membrane separation process, 0.5-5kg / cm Primary fractionation and separation by a continuous membrane separation process at a pressure of 2 . Subsequent separations can be made in high yield of low molecular weight chitosan in the desired molecular weight range using a separator having an appropriate fractional molecular weight. The driving pressure at this time is preferably 0.5 to 5 kg / cm 2 . In addition, by repeatedly performing the separator process, the desired low molecular weight chitosan can be obtained in high purity and high yield. In addition, the low molecular weight chitosan obtained by the above-described method is further purified by alcohol (C 2 H 5 OH) and dried, and then lyophilized to obtain a more pure low molecular weight chitosan.

본 발명에 따른 분획 및 분리 과정은 화학적 처리없이 편리하게 물리적인 다단계의 분리막공정을 이용하여 키토산의 분자량 분포를 조정하는 것으로서 키토산의 평균분자량을 10,000 이하 및 분산도를 1.5∼2.5의 범위로 얻을 수 있다. 또한, 상기 분리막 공정을 반복하여 보다 순수하고 독성이 없는 저분자량을 갖는 키토산 또는 올리고당을 단위시간당 높은 산출량으로 제조할 수 있다. 바람직하게는, 상기 연속 막 분리 공정 후의 키토산의 평균분자량은 10,000 이하이며, 상기 2차 분리 및 정제 공정을 거친 키토산의 평균분자량은 사용된 막의 분자량 분획에 따라 다르지만 약 1,000 이하이다.Fraction and separation process according to the present invention is to adjust the molecular weight distribution of chitosan by using a physical multi-step membrane process conveniently without chemical treatment, the average molecular weight of chitosan can be obtained in the range of less than 10,000 and the degree of dispersion of 1.5 to 2.5 have. In addition, by repeating the separator process, chitosan or oligosaccharide having a lower molecular weight, which is more pure and nontoxic, may be produced at a high yield per unit time. Preferably, the average molecular weight of chitosan after the continuous membrane separation process is 10,000 or less, and the average molecular weight of chitosan after the secondary separation and purification process is about 1,000 or less, depending on the molecular weight fraction of the membrane used.

본 발명에 사용되는 각종 산은 예를 들어, 무기산(황산, 질산, 염산 또는 인산), 유기산(구연산, 식초산 또는 개미산), 또는 이들의 혼합산 등이 있으며, 산의 농도는 초음파 처리를 병행할 경우 0.1∼1.0N의 저농도로 사용할 수 있다.The various acids used in the present invention include, for example, inorganic acids (sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid or phosphoric acid), organic acids (citric acid, vinegar or formic acid), or mixed acids thereof, and the concentration of the acid may be combined with ultrasonic treatment. In this case, it can be used at low concentration of 0.1-1.0N.

상기 효소로는 예를 들어, 키토사나아제, 키티나제, 셀룰라제, 라이소자임 또는 이들의 혼합효소 등이 있으며, 기질인 키토산에 대하여 0.01∼25 중량%로 첨가된다.Examples of the enzyme include chitosanase, chitinase, cellulase, lysozyme, or a mixed enzyme thereof, and are added in an amount of 0.01 to 25 wt% based on chitosan as a substrate.

한편, 통상적으로 올리고당은 단당이 글리코시드 결합을 한 것으로 2탄당에서 10탄당까지의 당류를 총칭한다. 올리고당은 다당류의 가수분해에 의해 생성되며, 가수분해된 성분은 대부분 저분자량의 올리고당에 속한다. 이것은 또한 단위체가 낮은 정도로 중합하여 생성되는 중합체이며 분자량이 낮으므로 올리고머(oligomer)라고 하며 올리고머는 올리고당으로 표기하기도 한다.On the other hand, oligosaccharide is a generic term for sugars from the disaccharide to the 10-saccharide sugar as a single sugar glycosidic bond. Oligosaccharides are produced by hydrolysis of polysaccharides, and the hydrolyzed components mostly belong to low molecular weight oligosaccharides. It is also a polymer produced by polymerizing to a low degree, and is called an oligomer because the molecular weight is low, and an oligomer is also referred to as oligosaccharide.

본 발명에 따른 다단계 연속 분리막 공정에 의해 키토산으로부터 얻어진 올리고당을 그 종류와 분자량에 따라 분별하면 하기 표 1과 같다.The oligosaccharides obtained from chitosan by the multistage continuous membrane process according to the present invention are classified according to their type and molecular weight as shown in Table 1 below.

표 1Table 1

키토산의 올리고당류는 통상 -Cl기가 붙어 있고, 유리 아미노기의 N을 함유하고 있으며, 식품에서 이용할 수 있는 수용액의 pH는 5.7∼7.4이면 가능한 것으로 알려져 있다. 의학용 및 식품용으로 이용되는 저분자 키토산은 대개 분자량이 10,000 이하이다.The oligosaccharides of chitosan usually have a -Cl group, contain N of free amino groups, and the pH of the aqueous solution that can be used in food is known to be 5.7-7.4. The low molecular weight chitosan used for medical and food use usually has a molecular weight of 10,000 or less.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the scope of the present invention is not limited to the following examples.

[실시예 1]Example 1

새우 및 게로부터 얻은 키토산의 점도를 염산을 이용하여 약 1-15cps로 조절하였다. 점도는 스핀들 회전형 점도계(Brookfield Co. USA, Model DV-Ⅱ)를 사용하여 측정하였다. 초산과 개미산을 1 : 1의 부피비로 혼합한 혼합산 0.1-1 N과 키토사나아제를 키토산에 대하여 0.1-3 중량%로 주입함과 동시에 약 40kHz로 약 30-60분간 초음파 처리하여 키토산의 산기를 탈리시켰다. 처리 조건 및 얻어진 키토산의 평균 분자량은 하기 표2와 같다.The viscosity of chitosan obtained from shrimp and crab was adjusted to about 1-15 cps with hydrochloric acid. Viscosity was measured using a spindle rotational viscometer (Brookfield Co. USA, Model DV-II). Chitosan acid was injected by injecting 0.1-1 N of mixed acid and chitosanase mixed with acetic acid and formic acid at a volume ratio of 1: 1 to 0.1-3 wt% with respect to chitosan, and ultrasonically at about 40 kHz for about 30 to 60 minutes. Was detached. Treatment conditions and the average molecular weight of the obtained chitosan are shown in Table 2 below.

표 2TABLE 2

평균분자량 78,000 - 80,000의 키토산 C5의 용액을 감압건조하였다. 건조된 키토산을 순수한 물(전도도: 0.445)에 용해시켜 키토산의 농도가 약 20%이고 약 pH 7로 조정된 수용액을 제조하여 구동압력이 약 0.5-5kg/㎝2인막 HFK131 (Koch Co., USA)을 적용하는 연속 막분리 파이롯 공정에 적용하였다. 이렇게 하여 얻은 투과액은 평균 분자량이 4,500이었다. 상기 투과액을 계속적으로 구동압력이 약 3kg/㎝2인 한외여과막 HFK328 (Koch Co., USA)을 사용하여 순백색 저분자량 키토산을 분리하고, 냉동건조하여 탈아세틸화도가 약 99%인 불순물이 없는 평균분자량 1,000 이하(GPC(Gel Permeation Chromatography)로 측정)의 저분자량 키토산을 얻었다. GPC 측정조건 및 탈아세틸화도(DA) 측정방법은 다음과 같다.A solution of chitosan C5 with an average molecular weight of 78,000-80,000 was dried under reduced pressure. The dried chitosan was dissolved in pure water (conductivity: 0.445) to prepare an aqueous solution of about 20% chitosan concentration and adjusted to about pH 7. HFK131 (Koch Co., USA) with a driving pressure of about 0.5-5 kg / cm 2 ) Was applied to a continuous membrane separation pilot process. The permeate obtained in this manner had an average molecular weight of 4,500. The permeate was continuously separated with pure white low molecular weight chitosan using ultrafiltration membrane HFK328 (Koch Co., USA) having a driving pressure of about 3 kg / cm 2 , and freeze-dried to remove impurities having a deacetylation degree of about 99%. Low molecular weight chitosan with an average molecular weight of 1,000 or less (measured by Gel Permeation Chromatography) was obtained. GPC measurement conditions and deacetylation degree (DA) measurement method is as follows.

※ GPC 측정조건※ GPC measurement condition

모델명 : 히팅 쳄버를 구비한 Waters LC Module, I, M410-RIModel: Waters LC Module with Heating Chamber, I, M410-RI

Ultrahydrogel 250, 1000, Linear Column, M2010 MillenniumUltrahydrogel 250, 1000, Linear Column, M2010 Millennium

시험조건 : 유속(flow rate): 1.0 ml/minTest condition: Flow rate: 1.0 ml / min

칼럼 온도 : 36℃Column temperature: 36 ℃

이동상 : 0.1M 아세틱산/0.1M NaClMobile phase: 0.1M Acetic Acid / 0.1M NaCl

시료주입량 : 150μlSample injection volume: 150μl

시료처리 : 0.2 w/v% 농도로 녹여 0.45μl 필터로 여과Sample treatment: dissolved at 0.2 w / v% concentration and filtered through 0.45μl filter

사용표준물 : 풀루란(Pullulan)Standard used: Pullulan

※ 탈아세틸화도(DA)측정방법※ Deacetylation degree (DA) measuring method

PVSK(Polyvinyl sulfate potassium)법을 이용하였고, 다음 순서에 의한다.PVSK (Polyvinyl Sulfate Potassium) method was used.

먼저 0.5% 초산 100ml 취한다. 여기에 측정용 키토산 0.5g 녹인 후 1g을 취하고 증류수 30ml를 혼합하여 지시약으로 톨루이딘 블루(toluidin blue)를 넣고 적정을 PVSK으로하여 청색에서 보라색으로 변색되는 점을 읽는다. 참고적으로, 계산식은 다음과 같다.First, 100 ml of 0.5% acetic acid is taken. Melt 0.5 g of the measured chitosan, take 1 g, mix 30 ml of distilled water, add toluidine blue as an indicator, and read the point of discoloration from blue to purple by titration with PVSK. For reference, the formula is as follows.

x= 1/400× 1/1000 × F × 161 × Vx = 1/400 × 1/1000 × F × 161 × V

y= 0.5 ×1/100 - xy = 0.5 × 1/100-x

DA = (x/161) ÷〔(x/161) + (y/203)〕DA = (x / 161) ÷ ((x / 161) + (y / 203)]

[실시예 2]Example 2

상기 실시예 1에서 처리된 평균분자량 100,000-105,000의 키토산 C7을 정밀여과막 (MFK603, Koch Co., USA)을 통과시킨 후 이어서 한외여과막(HFK328, Koch Co., USA)을 통과시켜서 분리하였다. 이때 얻어진 키토산은 GPC로 측정할때 평균분자량이 1,000이고 분산도는 1.5-2.0이었다.Chitosan C7 having an average molecular weight of 100,000 to 105,000 treated in Example 1 was separated by passing through a microfiltration membrane (MFK603, Koch Co., USA), followed by an ultrafiltration membrane (HFK328, Koch Co., USA). The chitosan obtained at this time had an average molecular weight of 1,000 and a dispersion degree of 1.5-2.0 as measured by GPC.

[실시예 3]Example 3

상기 실시예 1에서 처리된 평균분자량 75,000-79,000의 키토산 C6을 한외여과막 (UF) HFK328 만을 통과시키고, 또는 정밀 여과막 (MF) MFK603을 통과시킨 후 이어서 한외여과막 (UF) HFK328을 통과시켜서 분리하였다. 다단계 막분리 공정이 저분자량 키토산의 분리에 미치는 영향을 하기 표 3에 표시하였다.The chitosan C6 having an average molecular weight of 75,000-79,000 treated in Example 1 was separated by passing only through ultrafiltration membrane (UF) HFK328, or passed through microfiltration membrane (MF) MFK603, and then through ultrafiltration membrane (UF) HFK328. The effect of the multistage membrane separation process on the separation of low molecular weight chitosan is shown in Table 3 below.

표 3TABLE 3

[실시예 4]Example 4

상기 실시예 1의 분리막 공정에서 구동압력이 약 0.5-5kg/㎝2인 정밀여과막MFK603 (Koch Co., USA)을 1차 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 상기 분리막 공정의 키토산 투과액은 평균분자량이 약 9,000이었다. 이를 한외여과막 HFK328 (Koch Co., USA)을 사용하여 이때 얻어진 투과액의 평균분자량은 약 1,000이었다.Example 1 was performed in the same manner as in Example 1 except that the first filtration membrane MFK603 (Koch Co., USA) having a driving pressure of about 0.5-5 kg / cm 2 was used first. The chitosan permeate of the separation membrane process had an average molecular weight of about 9,000. The average molecular weight of the permeate obtained at this time using the ultrafiltration membrane HFK328 (Koch Co., USA) was about 1,000.

이렇게 얻어진 최종 제품의 중금속(Pb, As)을 정량분석하였다. 납(Pb), 비소(As)의 정량은 자동흡수 스펙트럼(Atomic absorption spectrometer)(Varian Co., SpectrAA-300, USA)를 사용하여 217nm에서 납을, 193.7nm에서 비소를 정량해본 바, 납은 0.3ppm이하였고, 비소는 0.1ppm이하로서 식품 및 의약용으로 매우 양호한 구성물임을 확인하였다. 참고로 식품용의 중금속 규제치는 납이 5ppm이하, 비소 1ppm이하로 규정되어 있다.The heavy metals (Pb, As) of the final product thus obtained were quantitatively analyzed. As for the determination of Pb and arsenic, lead was measured at 217 nm and arsenic at 193.7 nm using an atomic absorption spectrometer (Varian Co., SpectrAA-300, USA). It was found that 0.3 ppm or less, and arsenic was 0.1 ppm or less, which is a very good component for food and medicine. For reference, the regulation of heavy metals for food is regulated to less than 5 ppm of lead and 1 ppm of arsenic.

또한, 상기 실시예 1과 실시예 2의 최종산물의 항산화 효과를 식품 및 화장품공업에서 대표적 항산화 물인 비타민 C와 비교하였다. 상기 실시예 1과 실시예 2의 최종산물을 0.1%, 0.5%, 1.0% 및 2.0%용액으로 제조하여 실험하였으며 비타민C가 21.23%, 28.51%, 47.83% 및 58.28%이었으며 최종제품은 13.84%, 25.50%, 30.98% 및 53.47%로 매우 안정한 상태와 우수한 항산화력을 나타내었다. 사용기기로는 UV흡광기(Cary Ⅰ. UV-Visible Spectrophotometer, Varian Co., USA)로 520∼532nm, 상온에서 즉시 측정하였다.In addition, the antioxidant effect of the final product of Example 1 and Example 2 was compared with vitamin C, a representative antioxidant in the food and cosmetics industry. The final product of Example 1 and Example 2 was prepared by 0.1%, 0.5%, 1.0% and 2.0% solution and tested. The vitamin C was 21.23%, 28.51%, 47.83% and 58.28%, and the final product was 13.84%, 25.50%, 30.98% and 53.47% showed a very stable state and excellent antioxidant capacity. As a device used, a UV absorber (Cary I. UV-Visible Spectrophotometer, Varian Co., USA) was immediately measured at 520-532 nm at room temperature.

[발명의 효과][Effects of the Invention]

전술한 바와 같이, 본 발명의 방법은 기존의 저분자량 키토산 제조의 단점을 해결하면서, 간편하고 단시간에 수율을 높일 수 있는 산업적 생산 가치가 있는 다단계 분리막 공정을 이용한 저분자량 키토산의 분리 제조방법인 것이다.As described above, the method of the present invention is a method for separating and preparing low molecular weight chitosan using a multi-stage membrane process having an industrial production value that can easily and shortly increase the yield while solving the disadvantages of conventional low molecular weight chitosan production. .

Claims (5)

저분자 키토산의 분리 및 정제방법에 있어서, 다양한 분자량의 키토산혼합물을 초음파 처리와 함께 산 및 효소와 반응시켜 상기 키토산을 분산도 1.5∼2.5, 및 평균분자량 100,000 이하로 조절하는 단계; 상기 반응물에 순수한 물을 첨가하여 키토산의 농도가 1∼50%인 수용액을 제공하는 단계; 상기 수용액을 0.5∼5kg/㎝2의 압력에서 막을 이용하여 연속막 분리공정에 의해 키토산을 1차 분획 및 분리하는 단계; 상기 1차 분획 및 분리된 투과액을 원하는 분획분자량에 따라 선택한 분리막을 이용하여 2차 분획 및 분리공정을 1회이상 반복하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다단계 분리막 공정을 이용한 저분자 키토산의 분리 및 정제방법.A method for separating and purifying low molecular weight chitosan, comprising: reacting chitosan mixtures of various molecular weights with an acid and an enzyme with sonication to adjust the chitosan to a dispersity of 1.5 to 2.5 and an average molecular weight of 100,000 or less; Adding pure water to the reaction to provide an aqueous solution having a concentration of 1 to 50% of chitosan; Primary fractionating and separating chitosan by a continuous membrane separation process using a membrane at a pressure of 0.5 to 5 kg / cm 2 in the aqueous solution; Separation and purification method of low molecular weight chitosan using a multi-stage membrane process comprising the step of repeating the secondary fraction and separation process one or more times using the separator selected according to the desired fractional molecular weight of the primary fraction and the separated permeate. . 제1항에 있어서, 상기 초음파 처리가 40∼60kHz에서 10∼120분동안 수행됨을 특징으로 하는 다단계 분리막 공정을 이용한 저분자 키토산의 분리 및 정제방법.The method of claim 1, wherein the ultrasonic treatment is performed for 10 to 120 minutes at 40 to 60 kHz. 제2항에 있어서, 상기 초음파 처리가 40∼60kHz에서 30∼60분동안 수행됨을 특징으로 하는 다단계 분리막 공정을 이용한 저분자 키토산의 분리 및 정제방법.The method of claim 2, wherein the ultrasonic treatment is performed for 30 to 60 minutes at 40 to 60 kHz. 제1항에 있어서, 상기 연속 막분리 공정 후의 투과된 키토산의 평균분자량이 10,000 이하인 것을 특징으로 하는 다단계 분리막 공정을 이용한 저분자 키토산의 분리 및 정제방법.2. The method of claim 1, wherein the average molecular weight of permeated chitosan after the continuous membrane separation process is 10,000 or less. 제1항에 있어서, 상기 2차 분획 및 분리 공정후의 투과된 키토산의 평균분자량이 1,000 이하이고, 분산도가 1.5∼2.5 범위임을 특징으로 하는 다단계 분리막 공정을 이용한 저분자 키토산의 분리 및 정제방법.The method of claim 1, wherein the average molecular weight of permeated chitosan after the secondary fractionation and separation process is 1,000 or less, and the dispersion degree is in the range of 1.5 to 2.5. ※ 참고사항:최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.※ Note: The disclosure is based on the initial application.
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