Abstract
In this study, batch or semi-continuous reactions, introducing site-specific carboxylic acids in ${\beta}$-1,3-glucan structures, were performed to increase water solubility and gel forming ability, using TEMPO/hypobromite with or without NaBr as catalysts. Regio-selective carboxylic acid formations were determined with infrared (IR) and $^{13}C$ nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopic analyses. The regio-selective reactions with and without NaBr gave oxidation yields of 92.5 and 85.6%, respectively, in the batch type, and yields of 93.9 and 86.4%, respectively, in the semi-continuous type. The reaction times in the batch and semi-continuous reactions without NaBr were delayed by 100 and 150%, respectively, as compared to those with NaBr. A combination of IR and $^{13}C$ NMR analyses were used to confirm the formation of carboxylic acids in ${\beta}$-1,3-glucan. From the batch reactions with and without NaBr, the water solubilities of oxidized products were 50.0 and 55.6%, respectively, and in the semi-continuous reactions they were 52.6 and 53.5%, respectively; while the water solubility of the native ${\beta}$-1,3-glucan was less than 1.0%. Finally, as compared to the native ${\beta}$-1,3-glucan, the gel forming ability of the reaction products was greatly increased irrespective of the presence of NaBr or the reaction type.
불용성 ${\beta}$-1,3-glucan의 물에 대한 수용성과 젤 형성능을 향상시키기 위해 회분식 혹은 반연속식 반응과 촉매로서 NaBr 첨가 및 무첨가 조건을 연구하였다. NaBr 무첨가 반응의 경우 회분식 및 반연속식에서 NaBr 첨가반응에 비해 반응종결시간이 각각 100, 150%씩 늦어졌으나 물에 대한 용해도, 젤 형성능 등의 이화학적 성질은 NaBr 첨가 조건과 동일하게 향상 되었다. 반응시간의 차이는 나타나지만 회분식 반응에서 NaBr 첨가 여부에 관계없이 0.5 N NaOH 20 mL를 소비하여 ${\beta}$-1,3-glucan의 특이적 산화 전환의 이론적 수준인 100% 수율을 보였으나 회수된 산화물은 NaBr 무첨가 반응의 수율이 NaBr 첨가 반응보다 약 7-8% 낮았다. 높은 산화수율을 보인 ${\beta}$-1,3-glucan의 반연속식 공정 연구를 통해 산화반응물의 대량 생산이 가능하여 천연 소재, 기능성식품, 음료 및 주류 등의 산업에 널리 응용될 수 있을 것으로 기대된다. 특히 NaBr을 첨가하지 않고서도 특이적인 산화반응을 유도함으로써 안전성이 확보된 산화 ${\beta}$-1,3-glucan을 생산할 수 있음을 확인하였다.
