Controlling of Molecular Weight and Degree of Deacetylation of Chitosan and Its Characteristics in Film Formation

키토산 분자량과 탈아세틸화도 조절 및 이에 따른 필름 특성

Applications of chitosan are related to molecular weight and degree of deacetylation(DOD) of chitosan completely. The molecular weight and DOD were greatly affected by the concentration of solution time and temperature. The degree of demineralization was not significantly different at $50^{\circ}C\;and\;70^{\circ}C$ after 30 minutes. Deproteinization decreased as process time increased. The nitrogen content was reached to 6.92% after 90 minute at $80^{\circ}C$, which is similar to theoretical nitrogen content of chitin. The DOD was 82.84% after 2 hours reaction and increased as the reaction time increased in the process. Viscosity and molecular weight are increased as recycling number of concentrated NaOH solution increased. Chemical, biological and physical properties of chitosan depend on the DOD and molecular size of the molecule. Tensile strength of the films from acetic acid solutions was between $28.9{\sim}33.6$ MPa and was generally higher than that of the films from lactic acid. Elongation of the films from lactic acid was between $97.0{\sim}109.7%$ and was generally higher than that of the films from the acetic acid. Water vapor permeability of the films prepared from lcetic acid solutions was between $1.9{\sim}2.3ng{\cdot}m/m^2{\cdot}s{\cdot}Pa$ and was generally higher than that of the films from the acetic acid.

탄수화물에서 유래되는 chitin은 cellulose와 유사한 $poly-{\beta}(1,4)-N-acetyl-D-glucosamine$의 섬유상의 중합체로서 물과 유기용매 녹지 않으나 acetyl amino group 을 탈아세틸화 시키면 키토 산으로 되어 묽은 산 용액에 용해되어 점성이 있는 용액이 되므로 화학, 의학 및 식품 산업분야 등에 다양한 용도로 이용되고 있다. 본 실험에서는 게 가공 폐기물로부터 부가가치가 높은 chitin 및 키토산 을 제조하였으며 침지조건을 달리하여 제조한 키토산의 특성을 조사하였다. 원료인 게껍질의 일반 성분은 수분 8.24%, 지방 3.65%, 단백질 28.73%, 회분 35.5%, chitin 23.55%로 나타났다. chitin의 제조는 5% HCl과 5% NaOH를 침지 온도와 시간을 달리하여 탈회분, 탈단백질하여 제조하였다. 탈회분은 온도에 따라 큰 변화는 없었으며, $30^{\circ}C$에서 30분 반응하였을 때 회분함량이 3.22%, 60분 후 1,07%로 감소했다. $50^{\circ}C$ 및 $70^{\circ}C$에서는 30분 처리하였을 때 1.46%, 1.19%를 나타낸 후 시간이 증가하여도 감소량이 뚜렸하지 않았다. 탈단백질은 위와 동일한 조건으로 침지하였으며 시간이 경과함에 따라 감소하였고 $70^{\circ}C$에서 90분 반응하였을 때 chitin의 질소 함량 6.92%에 근접하였다. 키토선 제조는 chitin을 50% Noah에 침지 시간을 달리하여 탈아세틸화하였다. 탈아세틸화도는 2시간 침지 후 82.84%를 나타내었으며 시간이 경과할수록 증가하였다. 한편 침지 후 여액의 NaOH를 다시 사용하였을 때 키토산의 점도 및 분자량은 시간의 경과에 따라 감소하였다. 즉 점도는 2시간 경과함에 따라 95 cps, 4시간 70 cps, 6시간 65cps, 8시간 60cps로 감소하였으며, 분자량은 110,286, 99,000, 96,666, 94,300으로 감소하였다. 횟수에 따른 점도 및 분자량은 시간의 경과에 따라 증가하였다. 반복 사용된 반응용액에서 제조된 키토산은 기계적인 물성변화는 거의 없었고, 각 solvent에서 반응시간 경과에 따라 약간 증가함이 있었고 acetic acid에 용해하여 제조한 chitosan film의 TS가 lactic acid chitosan film보다 우수함을 알 수 있었다. 수증기투과도의 경우 lactic acid에 용해하여 제조한 chitosan film이 acetic acid에 용해하여 제조한 chitosan film보다 큰 수증기 투과도를 보였다.