친환경농자재 개발을 위한 키토산-알긴산비드 제조 및 응용

강하린 ( Ha-rin Kang ),정우진 ( Woo-jin Jung ) 한국키틴키토산학회 2016 한국키틴키토산학회지 Vol.21 No.3

키토산-알긴산비드의 화학적 제조법과 환경친화적 제조법을 상호 비교하고, 친환경유기농자재로 등록되어 있는 천연고분자 키토산과 알긴산의 농업적 접근을 시도하고자 한다. 키토산-알긴산비드 제조시 알긴산의 비드 형성에 대한 최적농도를 설정하고자 시험한 결과, 알긴산의 최적농도는 2.5%로 일정한 크기의 구형비드가 형성되었다. 키토산-알긴산비드 형성후 교반시간 및 키틴기질이 포함된 비드의 형태변화를 조사한 결과, 키틴기질을 흡착하는 시간은 3~5분 사이로 측정이 되었으며, 키토산-알긴산비드의 평균 직경은 약 6~7 mm로 나타났다. 키틴-키토산분해미생물과 상업용 키틴아제를 처리하여 비드를 제조하였을 때, 알긴산에 미생물을 1:1로 흡착시킨 비드와 기질만을 흡착한 비드에 상업효소를 처리한 결과, 상업용 효소처리구 키토산-알긴산비드가 더 강하게 분해가 된 것이 관찰하였다. 이상의 결과로 키틴-키토산분해미생물과 이들이 생성하는 효소에 의해 천연고분자인 키토산의 분해 정도를 파악할 수 있었다. 따라서 환경친환적으로 생산된 키토산-알긴산비드의 농업적 활용은 작물의 성장 및 병해충 방제에 효율적으로 활용될 수 있을 것으로 생각된다. To estimate the agricultural application of chitosan-alginate as environmentally-friendly agricultural materials, 5% chitosan solution was dissolved into 5% acetic acid and 5% brown rice vinegar solution. The optimal concentration of sodium alginate was 2.5% for manufacture of chitosan-alginate beads. Average size of chitosan-alginate beads was 6~7 mm diameter. Chitosan solution (5%) dropped into 2.5% sodium alginate solution including 0.5% colloidal chitin. After formation of chitosan-alginate beads, the morphological changes of the chitosan-alginate beads were observed in culture medium excluding colloidal chitin (10 beads/ 10mL medium). Degradation degree of the chitosan-alginate beads was higher enzyme activity in commercial enzyme (Streptomyces griseus, 0.2 unit/5mL) treatment than control without enzyme at 5 hours after incubation. These results indicate that chitosan-alginate beads could be used environmentally-friendly as encapsulation of effective microorganisms in growth of crop and control of phytopathogens in field.

키토산의 기술동향분석

이상필,김상우,손은수,강종석 한국키틴키토산학회 2003 한국키틴키토산학회지 Vol.8 No.4

키토산은 그 장점과 특징이 밝혀지면서 용도가 더욱 확대되고 고급화되고 있다. 키토산은 천연 고분자로서 생체에 무해하여 가공기술의 진보에 따라 섬유상, 부직포상, 입자상, 비드상, 필름상 등으로 성형·가공할 수 있어 그 용도가 확대되고 있으며, 건강식품, 식품첨가제, 화장품, 모발제 외에 부가가치가 높은 의료용 재료로써 응용되고 있다. 특히 기능개발을 위한 기초연구로는 세균과의 결합성 및 키토산의 가교화와 흡착능력과의 관계, 방적(紡績)을 위한 키토산용액의 점성에서의 용매의 영향, 선택투과성 키틴·키토산 막과 겔의 형성조건과 투과성, 키틴·키토산을 담체로 한 고정화 효소의 개발, 중금속 흡착능의 키틴·키토산 및 중금속 크롬에 의한 염색 키토산의 개발, 흡습성(보습성, 팽윤성), 생분해성 graft공중합체의 개발, 종이의 강도 증가를 위한 키토산의 혼입방법 등이 최근 연구 발표되고 있다. 또한, 키틴·키토산 및 올리고당의 생리활성 분자를 다른 폴리머분자(단백질)로 분지 시키거나 역으로 키틴 ·키토산을 주사슬로 하고 기능성분자를 분지 시키는 방법도 기대되고 있는 연구분야로 향후 고령화나 식생활의 변화에서 야기되는 여러 성인병을 둘러싼 현대인의 생활건강에 큰 역할을 수행할 것을 기대되고 있다. The usage of chitosan was gradually increased as an advantage and characteristics of chitosan became generally known. The chitosan which was known an natural polymer had the chemical properties like harmlessness. Also the advance of processing technology was allowed to be fabricated such various formations as nonwoven, textiles, bead, particle, film, and so on. Specially, the application area of chitosan was expected to be enlarged as high value-added biomedical material in addition to health food, food additives, cosmetics, and hair tonic. Recently, the results of many research have been reported on the based of function development such as cell combination, the crosslinking of chitosan, the relation between adsorption efficiency and physicochemical properties of chitosan, the solvent effect of chitosan, the solvent effect of chitosan solution on spinning, the formulation condition and selective permeation properties of chitosan gel and membrane, the development of fixed enzyme with chitin and chitosan carrier, the adsorption of heavy metal for dyeing chitosan, the swelling and dilation properties, the synthesis of biodegradable graftedchitosan, and the mixing method of chitosan for increasing the mechanical strength of paper. The two kinds of preparation method was categorized one is the introduction of chitin. chitosan, and oliosaccharide with physilolgical activation macromolecule to protein, the other in the grafting of functional molecule into main chain of chitosan. Therefore, the development of chitosan tecnology was expercted to play an important role in the improvement of living health care of the modems surrounded with various disease of adult people which was caused by an aging and a change of eating habits.

근적외선 유도 약물방출을 위한 키토산 미세입자의 제조와 평가

김민아 ( Min Ah Kim ),김미리 ( Miri Kim ),이창문 ( Chang-moon Lee ) 한국키틴키토산학회 2016 한국키틴키토산학회지 Vol.21 No.4

본 연구에서는 근적외선 레이저의 감응성 물질인 멜라닌과 5-FU를 함유한 키토산 미세입자를 제조하고 광열효과와 약물방출실험을 진행하고 다음과 같은 결과를 얻었다. 멜라닌과 5-FU를 함유한 키토산 미세입자는 W/O/W 방법을 통해 성공적으로 제조할 수 있었고, 미세입자는 구형이었으며 비교적 균일하였다. 키토산 미세입자를 농도별로(0.55~2.75 mg/mL) 증류수에 분산시켜 레이저(808 nm, 1.5 W/cm², 5 min)를 조사한 결과, 샘플의 농도와 조사시간이 증가할수록 온도의 변화가 크게 나타났다. 키토산 미세입자로부터 5-FU의 방출실험을 진행한 결과, 레이저를 조사하지 않은 그룹에 비해 레이저를 조사한 그룹에서 약물방출 속도가 증가하는 것을 알 수 있었고, pH 5.0에서 보다 큰 차이를 보였다. 위의 결과를 통해 근적외선을 이용하여 멜라닌을 함유한 키토산 미세입자로부터 약물 방출 속도를 조절할 수 있고 더 나아가 in vivo에서의 국소적 약물 전달 및 효과적인 치료방법으로 사용될 수 있을 것으로 기대할 수 있다. In this study, melanin and 5-fluorouracil (5-FU)-loaded chitosan microparticles were prepared and the drug release profiles from the microparticles were investigated under near infrared (NIR) 808 nm laser irradiation at 1.5 W/cm ² for 5 min. The chitosan microparticles were uniform and spherical in shape. After irradiation of NIR 808 nm laser at 1.5 W/cm² for 5 min, the temperature of the chitosan microparticle solution increased. As the concentration of the chitosan microparticles increases from 0.55 mg/mL to 2.75 mg/mL, the temperature of the microparticle solution increased with irradiation time. Under NIR 808 nm laser irradiation, 32.1±2.3% and 53.7±1.1% of 5-FU from the chitosan microparticles were released at pH 7.4 and 5.0, respectively. In other hand, without laser irradiation 23.9±1.6% and 26.9±2.0% of 5-FU were released from the chitosan microparticles at pH 7.4 and 5.0, respectively. All these results indicate that chitosan microparticles containing melanin could be used as a photo-induced drug release system.

키틴 키토산 학회지 발간을 축하하며 ( 한국키틴키토산학회지 제 4 권 제 1 호 : 1999 년 )

학회자료 한국키틴키토산학회 1999 한국키틴키토산학회지 Vol.4 No.1

N,N-Dimethylacrylamide-g-Chitosan 공중합체의 유화안정성

정병옥 ( Jeong Byeong Og ),정석진 ( Jeong Seog Jin ),이경원 ( Lee Gyeong Won ) 한국키틴키토산학회 2004 한국키틴키토산학회지 Vol.9 No.1

신소재로 각광을 받고 있는 천연고분자 물질인 키토산의 단점을 보완하고 효과적인 활용방법을 모색하기 위하여 키토산에 단량체인 N, N-dimethylacrylamide를 그라프트공중합시켜 수용성 키토산 유도체인 DMAACs를 제조하여 유화안정성을 측정한 결과 다음과 같은 결과에 도달하였다. 키토산 유도체 제조에 사용된 키토산의 탈아세틸화도는 98.7% 이상 이었으며, 유화제로 사용한 키토산 유도체인 DMAACs의 점성도평균분자량은 7.93×10^(6)이었다. 키토산과 키토산유도체인 DMAACs의 구조확인은 FT-IR과 ^(1)H-NMR을 사용하여 키토산과 키토산 유도체가 제조되었음을 확인하였다. 유화안정성은 옥배유와 증류수의 비율이 3:2일 때 가장 좋은 혼합율을 나타내었으며, 유화제의 투입농도는 0.14%(w/v) 이상에서는 100%의 유화안정성을 나타내었다. 균질화시간에 따른 유화 안정성은 11000 rpm에서 20sec 이상 균질화시켰을 때 유화 안정성이 우수하였다. 유화저장온도가 25~65℃ 온도구간에서는 100%의 유화안정성을 나타내고 있다. 따라서 DMAACs는 W/O형의 계면활성제 임을 알 수 있었다. Chitosan has been used as a new material due to its outstanding performance. To overcome the disadvantage of chitosan such as low water solubility and to expand its application, a derivative of chitosan was prepared grafting N,N-dimethylacrylamide on the amino groups of chitosan. The deacetylation degree of chitosan was 98.7%. The water-soluble chitosan used as an emulsifier showed the viscosity-average molecular welght of 7.93×10(6). Fourier transform infrared(FT-IR) spectroscopy and H-NMR were used to confirm the synthesis of N,N-dimethylacrylamide grafted chitosan (DMAACs). Results for emulsifying agent using the perfectly stabilized beyond the concentration of 0.14 (w/v)%. In the homogenized time of 20 sec at 11,000 rpm. In addition, the emulsion was stabilized at storage temperature between 25 and 65˚C. Thus, the DMAACs can be used as an effective emulsifier and its emulsion can be applied to a W/O typed surfactant.

키토산올리고당이 전립선암 세포의 사멸에 미치는 효과

김현우 ( Hyun Woo Kim ),김영호 ( Young Ho Kim ) 한국키틴키토산학회 2010 한국키틴키토산학회지 Vol.15 No.3

키토산은 여러 보고에서 항산화 효과와 항암 효과가 있다고 알려져 있다. 하지만, 키토산의 항암 효과는 명확히 알려진 것이 없다. 따라서 인간 전립선암 세포주를 이용하여 키토산의 세포 증식과 사멸에 미치는 효과와 그 기전에 관해서 연구 하였다. PC3, LNCaP 및 CWR22rv 인간 전립선암 세포에 다양한 농도 및 시간에 걸쳐서 키토산올리고당을 처리하여, MTT를 이용한 세포 생존율, flow cytometry 분석을 통한 세포사멸 및 western blot을 이용한 caspase-3 관련 신호기전을 관찰하였다. 전립선암 세포에 키토산올리고당을 처리하여 MTT 분석을 실시한 결과, PC3, LNCaP와 CWR22rv 전립선암 세포에서 농도 및 시간 의존적으로 세포 생존율이 현저하게 감소하였다. 그 중에서도 LNCaP에서 더 강한 세포 생존율의 감소가 관찰되었다. Flow cytometry 분석을 실시한 결과, LNCaP 세포에서만 세포사멸이 강하게 나타나는 것을 확인하였다. LNCaP에서의 세포 사멸 최대 효과는 0.1%의 키토산올리고당을 24 시간 처리하였을 때 관찰되었다. PC3, CWR22 세포에서도 MTT 실험에서는 세포 사멸이 관찰되었지만, Flow cytometry 분석 결과에는 관찰되지 않았다. 키토산을 처리한 LNCaP 세포에서 단백질을 추출하여 Western blot을 실시한 결과, 세포 사멸 인자인 caspase-3의 발현 증가와 세포 사멸 억제 인자의 비활성 형태의 분절된 PARP를 확인하였다. 위와 같은 결과로 볼 때, 키토산올리고당이 전립선암 LNCaP 세포의 사멸을 유도하여 항암 효과를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. Recently, chitosan were reported the anti-tumor and anti-inflammation effects in various cancer and normal cells. However, the effects of chitosan oligosaccharide (COS) in prostate cancer cells were not known. It was investigated that the effects of COS on the cell death and apoptosis mechanism in prostate cancer cells. PC3, CWR22rv and LNCaP prostate cancer cells were treated with the wide range of doses of COS for the various duration of treatment. In prostate cancer cells, COS induced timedependent inhibition of cell viability. PC3 cell showed viability inhibition, however the magnitude of inhibition was greater in CWR22rv and LNCaP prostate cancer cells than in PC3 cell. In flow cytometry analysis, COS induced apoptotic activities in LNCaP cell. Expression of caspase-3 was observed in LNCaP cell treated with COS. Poly(ADP-ribose) polymerase(PARP) expression and further cleavage of PARP was manifested in LNCaP cell by 0.1% for 12 or 24 hrs treated COS treatment. In this conclusions, COS induces apoptosis in LNCaP cell and that mediated mainly through the expression of caspase-3 and subsequent degradation of PARP.

저분자 키토산 함유 해양심층수의 알코올대사에 미치는 효과

김미경 ( Mee Kyung Kim ),남경수 ( Kyung Soo Nam ),소명숙 ( Myung Suk So ),손윤희 ( Yun Hee Shon ) 한국키틴키토산학회 2013 한국키틴키토산학회지 Vol.18 No.2

본 연구에서는 저분자 키토산과 해양심층수가 알코올 대사에 미치는 영향을 알아보기 위하여 해양심층수와 저분자 키토산을 함유한 해양심층수를 실험동물에 3주 동안 투여한 후 알코올 대사효소인 ADH, MEOS 및 ALDH의 활성, 혈중 알코올 농도를 측정하였다. 그 결과 간에서 알코올을 일차적으로 아세트알데히드로 산화시키는 효소인 ADH의 활성은 알코올만 투여한 군과 해양심층수 투여군에 비해 저분자 키토산을 함유한 해양심층수를 투여한 군이 27.8~29.9 unit로 증가하였다. 그리고 MEOS 활성도 저분자 키토산 함유한 해양심층수 투여군이 해양심층수에 비해 유의적인 증가를 나타내었다. 숙취 및 세포상해의 원인물질인 아세트알데히드를 분해하는 ALDH도 저분자 키토산을 함유한 해양심층수 (경도 1,500)를 투여한 군에서 13.0 unit로 유의적인 높은 활성을 보였다. 혈중 알코올 함량에서도 해양심층수 단독 투여군보다 저분자 키토산 함유한 해양심층수를 마우스에 투여한 군에서 유의적으로 낮게 나타났다. 이상의 결과에서 보는 바와 같이 저분자 키토산 함유한 해양심층수 (경도 1,500)는 아급성 알코올 중독시 간세포내의 알코올 대사에 관여하는 효소인 ADH, MEOS 및 ALDH의 활성을 증가 시킴으로서 알코올 분해대사를 촉진시켜 혈중 알코올 함량을 낮게 해 주는데 효과가 있음을 알 수 있었다. This study was done to investigate the effect of deep sea water (DSW) containing low molecular weight chitosan (LMC) on alcohol-metabolizing enzymes activities in ICR mice. The mice were orally administered 25% ethanol (alcohol group), 25% ethanol and DSW (hardness 0 or 1,500) (DSW group), 25% ethanol and DSW (hardness 0 or 1,500) containing LMC (2.5 mg/ 0.3 mL/day) (DSW containing LMC group) for 3 weeks. Alcohol dehydrogenase (ADH) activity was increased in the DSW (hardness 1,500) containing LMC group compared to the alcohol and DSW group. Also, in the DSW (hardness 1,500) containing LMC group, Microsomal ethanol oxidizing system (MEOS) and aldehyde dehydrogenase (ALDH) activities showed significantly increasing tendency compared to the other groups. The blood alcohol content was lower due to the increased activities of alcohol-metabolizing enzymes (ADH, MEOS, and ALDH) in the DSW (hardness 1,500) containing LMC group. These results suggest that the DSW (hardness 1,500) containing LMC may alleviate ethanol-induced hepatotoxicity by altering alcoholmetabolizing enzymes activities.

광역학 세포 사멸을 위한 키토산-피코시아닌 나노입자

김민아 ( Min Ah Kim ),이창문 ( Chang-moon Lee ) 한국키틴키토산학회 2020 한국키틴키토산학회지 Vol.25 No.4

본 연구에서는 감광제인 피코시아닌을 키토산과 제형화시킴으로써 종양세포에 대한 선택적인 축적을 유도하여 광역학 치료 효율을 향상시키고자 하였다. 키토산-피코시아닌 나노입자의 평균 크기는 308.02±3.29 nm로 측정되었고 구형의 형태를 보였다. 키토산과 피코시아닌의 결합 유무를 FT-IR 분석을 통해 평가한 결과, 성공적으로 이온복합체를 형성하였음을 확인하였다. DPBF 평가에서 키토산-피코시아닌 나노입자는 레이저 조사 하에 활성산소종을 생성하였고 입자 형성 후에도 피코시아닌의 광역학 활성이 유지됨을 확인하였다. 키토산-피코시아닌 나노입자 단독으로는 세포 독성이 관찰되지 않았고, 반면에 레이저를 조사 시 대장암 세포에서의 광역학 치료 매개 세포 사멸을 유도하였다. 이러한 결과로부터, 키토산-피코시아닌 나노입자는 광역학 치료를 위한 감광제로서의 가능성을 확인하였고, 암 치료뿐만 아니라 다양한 병변에서도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. C-phycocyanin (C-PC), a natural biomaterial, is attracting attention for its unique photodynamic activity, antiinflammatory and anti-cancer properties. To solve the problem of systemic distribution of photosensitizers, a nanoformulation strategy is essential. The aim of this study is to prepare chitosan-phycocyanin nanoparticles and evaluate their photodynamic therapeutic activity to confirm their potential as a photosensitizer. The average size of chitosanphycocyanin nanoparticles was measured to be 308.02±3.29 nm and showed a spherical shape. In the DPBF evaluation, it was confirmed that the chitosan-phycocyanin nanoparticles generated reactive oxygen species (ROS) under near infrared (NIR) laser irradiation, and the photodynamic activity of phycocyanin was maintained even after particle formation. Although no cytotoxicity was observed with chitosan-phycocyanin nanoparticles, it induced photodynamic therapymediated apoptosis in CT26 cells under NIR laser irradiation. All these results indicate that chitosan-phycocyanin nanoparticles could be attractive therapeutics for photodynamic therapy.

Tensile Strength, Elongation and Water Vapor Permeability of Chitosan-Based Biopolymer Film : 키토산 생고분자 필름의 기계적 물성 및 수중기 투과도

Park, Hyun J,Park, Jang W,Song, Jee J,Kang, Sung K,Peter J.Vergano,Robert F. Testin 한국키틴키토산학회 1997 한국키틴키토산학회지 Vol.2 No.3

키토산으로부터 생고분자필름을 제조하였으며 기계적물성 및 수증기 투과도를 측정하였다 키토산은 우수한 필름형성능력을 갖고 있었으며 인장강도의 경우 38-66 MPa로 폴리에틸렌 필름의 인장강도(13028 MPa)에 비하여 매우 높은 것으로 나타났다. 키토산 필름의 기계적 물성은 특히 여러가지 종류의 용매에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 초산을 용매로한 키토산 필름의 인장강도는 66MPa로서 지금까지 만들어진 생고분자 필름의 인장강도중 가장 높은 값이다. 키토산 필름의 수증기 투과도는 0.34~0.60ng · m/· m2 · s · Pa이었으며, 수증기투과도는 용매에 의하여 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 키토산 필름의 수증기 투과도는 가연재의 농도가 증가 할 수록 증가하는 것으로 나타났다. Biopolymer films were made from chitosan and tested for gases and mechanical barrier properties. Chitosan film has an excellent film forming properties. Tensile strength (TS) of chitosan films was 38-66 MPa and had high mechanical barrier properties as they are compared with TS of polyethylene films (13-28 MPa). Mechanical properties of the chitosan-based films were affected by the concentration of plasticizers, molecular size of plasticizers, and solvent system. Especially, elongation (E) of the chitosan films drastically increased as the concentration of plasticizer increased. Mechanical properties of the films were greatly affected by various solvent system. TS of the films made from acetic acid increased to 66 MPa which was the highest among the TS of biopolymer films ever developed. Water vapor permeability (WVP) of chitosan film was 0.34-0.60 ng ·m/m2 · s · Pa and was affected by various solvent. WVP of the film increased as the concentration of plasticizer increased.

매미허물에서 분리한 키틴의 물리화학적 특성

홍성현 ( Seong Hyun Hong ),조경현 ( Gyung Hyun Jo ),주완택 ( Wan Taek Ju ),박노동 ( Ro Dong Park ) 한국키틴키토산학회 2010 한국키틴키토산학회지 Vol.15 No.2

매미 허물로부터 화학적 처리법으로 키틴을 분리하고 그 물리화학적 특성을 조사하였다. 얻어진 키틴은 백색의 분말 형태였으며 그 수율은 31.7%였다. 매미 키틴은 30℃에서 진한 염산 가수분해 반응으로 올리고당으로 분해되었으며, 반응시간에 따라 키틴의 분해율은 증가하여 24시간에는 44.0%의 분해율을 기록하였다. GlcNAc1-3의 함량 비율은 반응 0.5시간에 66.5%, 반응 12시간에는 84.4%로 증가하였다. 반응 24시간에는 단당 GlcNAc의 함량이 79.4%를 차지하였으며, 4당 이상은 검출되지 않았다. 매미허물 키틴은 게, 새우 키틴과 같은 형태의 FT-IR 스펙트럼 양상이 나타나 α-chitin으로 확인되었고, 아세틸화도는 88.1%로 조사되었다. 매미 허물 키틴의 X-선 회절 분석결과 2θ = 9.4˚, 19.4˚에서 면간격이 9.39 Å와 4.60 Å로 각각 측정되었으며, 결정화도 및 결정크기의 값은 각각 81.9%, 4.6 nm로 α-chitin인 게, 새우 키틴의 특성치와 유사하였다. In this study, the physicochemical properties of the chitin isolated from cicadae (Platypleura kaempferi) periostracum was investigated. The prepared chitin was white flake form and the yield was 31.7%. The chitin was degraded into oligosaccharide during acid hydrolysis at 30℃ with concentrated HCl. The hydrolysis rate was 6.8% only after 0.5 h reaction, but increased to 44.0% after 24 h reaction. In distribution of the oligosaccharides in the hydrolyzates, ratio of GlcNAc1-3 content increased from 66.5% after 0.5 h reaction to 84.4% after 12 h reaction. The ratio of monomer GlcNAc content was 79.4% after 24 h reaction and no oligosaccharides bigger than GlcNAc4 was detected. It is found that cicadae periostracum chitin belongs to α-chitin resulting from the FT-IR spectra similar with those of crab and shrimp chitins. In X-ray diffractometer, two peaks were exhibited at 2θ = 9.5˚ (interplanar distance: 9.36Å) and 2θ = 19.4o(4.58Å). The crystallinity index and crystal size of the chitin were determined to be 81.9% and 4.6 nm, respectively, which are similar with those of crab and shrimp chitins, again confirming that cicadae periostracum chitin belongs to α-chitin. The degree of acetylation of cicadae periostracum chitin was calculated to be 88.1%.