키토산은 새우, 게 등 갑각류의 껍질에서 추출한 다목적 생체 고분자입니다. 분말 형태의 키토산은 항균성, 생체 적합성, 생분해성을 비롯한 다양한 유용한 특성을 가지고 있습니다. 그러나 이러한 속성은 다음과 같은 경우에만 활용될 수 있습니다.키토산 분말 제대로 용해되었습니다. 이 기사에서는 키토산 분말에 대한 개요를 제공하고, 왜 많은 응용 분야에서 이를 용해해야 하는지 설명하고, 키토산을 효과적으로 용해하는 데 사용할 수 있는 다양한 방법을 자세히 설명합니다.
정의 및 속성
키토산 분말은 -1,4-연결된 글루코사민과 N-아세틸글루코사민 단위로 구성됩니다. 분자 구조는 높은 결정성, 양이온성, 탁월한 필름 형성 능력과 같은 유용한 특성을 발생시킵니다(Kumari et al., 2015). 그러나 키토산은 안정적인 결정 구조로 인해 물과 중성/알칼리성 pH 조건에서 불용성입니다(Qin et al., 2006). 따라서 다양한 제약, 생물의학, 농업, 식품 및 환경 응용 분야에 활용되기 전에 산성 용액을 활용하여 용해되어야 합니다.
용해의 중요성
하는 동안키토산 분말항균, 부상 수선 및 기타 유용한 특성을 단독으로 나타내므로 이를 용해하면 바이오폴리머를 하이드로겔, 가닥, 나노입자 및 코팅으로 처리하여 추가 개발 응용 분야에 사용할 수 있습니다(Jiang et al., 2021). 키토산을 용해시키면 결정성이 추가적으로 감소하여 역전하를 띤 표면과 적절하게 소통할 수 있습니다(Kumari et al., 2015). 또한 완전히 용해된 키토산 용액은 더 나은 점도와 균질성을 가지며 에센셜 오일 및 생리 활성 약물과 같은 다른 화합물과 결합될 수 있습니다(Il'ina et al., 2020).
키토산 분말의 용해도
키토산 분말은 아민 집합의 탈양성자화로 인해 ~6.5 이상의 pH에서 불용성입니다(Qin et al., 2006). 이는 또한 분해를 위해 방해되어야 하는 분자 내 수소 결합 사이에 구부러지지 않은 상태를 가지고 있습니다. 분자량(MW)과 탈아세틸화 정도(DD)는 용해도에 영향을 미칩니다. 낮은 MW와 높은 DD 키토산은 일반적으로 더 쉽게 용해됩니다(Kumari et al., 2015). 온도는 수소 결합 능력에 영향을 미치므로 가열은 키토산의 분해점(~200̊C)까지 용해를 돕습니다(Il'ina et al., 2020). 단백질과 같은 불순물도 용해도에 영향을 미칩니다.
용해 방법
산성 용액
키토산다른 산성 용액을 사용하여 용해될 수 있습니다. 가장 흔한 것은 pK가 3-5 사이인 아세트산, 젖산, 구연산과 같은 묽은 유기산입니다. 염산 및 질산과 같은 무기산도 효과가 있습니다(Qin et al., 2006). 약 1% w/v의 농도가 일반적으로 사용됩니다. 특히 아세트산은 염 형성을 가능하게 하여 용해도를 향상시킵니다. pH가 ~6.5에 가까워지면 키토산은 전하를 잃고 침전되므로 산성 조건이 유지되어야 합니다(Jiang et al., 2021).
기본 솔루션
매우 높은 pH는 키토산 해중합을 유발하지만 예를 들어 수산화나트륨은 분해 없이 키토산을 용해시킬 수 있습니다(Qin et al., 2006). 용해도는 pH ~10 이상에서 발생하는 것으로 보입니다. 키토산은 pH가 떨어지면 재침전되므로 기본 조건을 유지해야 합니다.
유기용매
디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폭시드(DMSO) 및 테트라부틸암모늄 불화물 삼수화물(TBAF)과 같은 극성 비양자성 용매는 부식성 또는 염기 없이 키토산을 분해합니다(Qin et al., 2006). 그들은 아마도 - Goodness 및 - NH2 모임을 통해 수소 결합을 구성하여 반투명 영역을 방해할 것입니다. 키토산은 유기 용매 제거 후에도 용해성을 유지하므로 이 방법을 사용하면 필름 캐스팅이 가능합니다. 그러나 일부 용매 독성으로 인해 생의학적 유용성이 제한됩니다.
킬레이트제
1% 구연산염 용액은 Ca2+ 및 Mg2+ 가교 이온을 결합하여 키토산을 용해시킵니다(Il'ina et al., 2020). 염화나트륨을 첨가하면 수화층 두께가 감소하여 용해도가 향상되는 것으로 알려졌습니다. 도데실황산나트륨(SDS)과 같은 음이온성 계면활성제도 효과적이지만 특성이 손상됩니다(Jiang et al., 2021).
준비 및 절차
용매 선택
일반적인 용도에는 1-2% v/v 수성 아세트산과 같은 적절한 용매를 선택하거나 용도에 따라 무기산, 염기성 용액, 유기 용매 또는 킬레이트제를 선택합니다. 아세트산은 영화 캐스팅과 생물의학 용도를 가능하게 합니다. NaOH는 분해되지 않고 용해되지만 알칼리성을 유지하지 못하고 재침전됩니다.
분말 측정
의도된 용도와 필요한 농도에 따라 원하는 양의 키토산 분말을 측정합니다. 일반적으로 0.5-2% w/v 키토산이 사용됩니다. 1% 용액의 경우 1g을 녹입니다.키토산 분말100mL 용매량으로.
혼합 방법
분산을 개선하고 응집을 방지하려면 분말을 볼텍싱 용매에 천천히 첨가하십시오. 또는 수동으로 혼합하기 전에 용매 표면에 분말을 추가하여 상호 작용을 높입니다. 철저한 혼합을 위해 오버헤드 교반기 또는 자기 플레이트를 사용하십시오. 상은 잘 교반되면서 ~60도에서 12-48시간 내에 완전히 통합되어야 합니다(Il'ina et al., 2020).
온도 제어
키토산을 분해하지 않고 수소 결합 네트워크를 파괴하려면 가능하면 혼합하는 동안 약 {{0}} ̊C 정도의 가열 용액을 사용합니다(Kumari et al., 2015). 증기탕을 사용하면 온도 제어가 가능합니다. 사용하기 전에 ~0.5도/분으로 천천히 용액을 식히십시오(Jiang et al., 2021).
팁 및 고려 사항
- 저분자량 키토산은 덜 공격적인 용해 조건이 필요함
- 14000rpm에서 10분간 원심분리하여 불용성 불순물 제거
- 진공 여과로 입자 제거가 용이함
- 동결 및 해동은 물리적인 조작을 통해 용해를 돕는다.
- pH가 충분히 산성인 경우 용해된 용액을 주변 조건에서 밀봉하여 보관하십시오.
안전 고려사항
- 산에 반응하지 않는 유리 비커와 기구를 사용하세요.
- 유기용제 취급시 통풍에 주의하세요.
- 높은 pH 용액 취급 시 직접적인 피부 접촉을 피하십시오.
- 취급 지침을 위해 안전 데이터시트를 찾아보세요.
용해된 키토산의 응용
용해된 키토산은 생체 적합성, 항균성 및 다양한 특성을 활용하여 전 세계적으로 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 연구되고 활용되어 왔습니다.
생의학 응용
키토산은 생물의학용으로 용해되면 상처 치유 능력, 조직 공학적 지지체 잠재력 및 약물 전달 운반체 능력을 나타냅니다(Jiang et al., 2021). 이는 제어된 약물 방출로 세포 성장을 지원하는 마이크로/나노 입자, 하이드로겔 및 코팅을 생산하는 다양한 처리 기술을 가능하게 합니다.
식품 및 음료 용도
용해된 키토산의 양이온 성질은 다른 음전하 분자와 정전기적 복합체 형성을 가능하게 합니다. 이를 통해 새로운 식품 및 음료의 제어 방출과 함께 향료 및 효소의 캡슐화가 가능합니다(Kumari et al., 2015). 키토산은 또한 안정화제 및 증점제 역할을 합니다.
환경 개선
용해된 키토산은 미립자를 응집시키고 응고시켜 수처리를 가능하게 합니다. 중금속 킬레이트화는 독성을 감소시킵니다(Il'ina et al., 2020). 용해된 키토산을 사용하여 형성된 필름은 인프라 무결성을 지원하는 부식 방지 기능을 보여줍니다(Jiang et al., 2021).
연구의 한계
많은 연구는 추가 변형 전 초기 용해가 필요한 키토산 파생 형태에 중점을 두고 있습니다. 분자량 분포와 같은 매개변수에 대한 키토산 용해도 의존성을 더 많이 조사하면 용해 효율이 향상될 수 있습니다(Qin et al., 2006). 생물학적 시스템에 대한 독성, 알레르기성 및 장기 안정성 연구도 필요합니다(Kumari et al., 2015).
결론
키토산 분말을 효과적으로 용해하려면 산성 용액, 염기, 유기 용매 또는 킬레이트제를 사용하여 결정 구조를 파괴해야 합니다. 적절한 용해는 제약, 식품, 환경 및 기타 응용 분야 전반에 걸쳐 광범위한 활용을 가능하게 합니다. 적절한 용매와 혼합 방법을 신중하게 선택하면 여러 산업 분야에서 고급 용도로 사용할 수 있는 안정적인 키토산 솔루션을 생산할 수 있습니다.
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참고자료
1, Il'ina, A., Kyzioł, A. 및 Kujawski, J. (2020). 키토산: 약물 및 생의학 응용 분야의 현재 상태, 어려움 및 관점. 조제학, 13(1), 13.
2,Jiang, S., Chen, Y., Xu, C., Dong, S., Rialdi, A., Zhao, L., ... 및 Wu, H.(2021). 생체의학 응용을 위한 키토산 기반 생체재료의 발전. 272, 118445, 탄수화물 중합체.
3, Kumari, S., Rath, PK, Haldar, U. 및 Singh, M. (2015). 인도 새우 품종의 키토산 추출 및 특성 분석 Indian Diary of Test Science, 53(7), 421-429.
4, Qin, C., Du, Y. 및 Xiao, L. (2002). 과산화수소 처리가 키토산의 원자량과 디자인에 미치는 영향. 중합체의 분해 및 안정성, 76(2), 211-218.
