치토산

Chitosan
치토산
Structure of completely deacetylated chitosan
Chitosan.jpg
이름
기타 이름
폴리글루삼, 데아세틸치틴, 폴리-(D)글루코사민, BC, 치토팔, 플로낙, 카이텍스
식별자
3D 모델(JSmol)
켐스파이더
ECHA 정보 카드 100.122.259 Edit this at Wikidata
유니
  • InChI=1S/C56H103N9O39/c1-56(86)65-28-38(84)46(19)96-55(28)104-45-18(9-73)95-49(27)37(453)97-39-123-67-857)6) 89-48/h11-55,66-85H,2-10,57-64H2,1H3,(H,65,86)/t11-,12-,13-,14-,15-,16-,17-,18-,19-,20-21,21-22,23,25-27,28,2-28
    키: FLASNYPZGWUPSU-SICDJOISA-N checkY
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관련 화합물
관련 화합물
 D-글루코사민 및
N-아세틸글루코사민(단량체)
달리 명시되지 않은 한 표준 상태(25°C[77°F], 100kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공됩니다.

키토산 / β-(1→4)-연결된 D-글루코사민(탈아세틸화 단위)과 N-아세틸-D-글루코사민(탈아세틸화 단위)으로 이루어진 선형 다당류.그것은 새우와 다른 갑각류의 키틴 껍질을 수산화나트륨과 같은 알칼리성 물질로 처리함으로써 만들어진다.

키토산은 많은 상업적, 가능한 생물의학 용도를 가지고 있다.그것은 씨앗 처리와 생물 농약으로 농업에서 사용될 수 있으며, 식물이 곰팡이 감염을 퇴치하는 것을 돕는다.와인 제조에서는 피닝제로도 사용할 수 있어 변질 방지에도 도움이 됩니다.산업에서는 자가 치유 폴리우레탄 도료 코팅에 사용할 수 있습니다.의학에서, 그것은 출혈을 줄이기 위한 반창고와 항균제로 유용하다; 그것은 또한 피부를 통해 약물을 전달하는데 도움을 줄 수 있다.

제조 및 속성

키틴의 부분 탈아세틸화에 의한 키토산 형성.
상업용 키토산은 새우와 판달루스 보레스를 포함한 다른 갑각류의 껍질에서 유래한다.[1]

키토산은 갑각류(게, 새우 등)의 외골격과 균류의 세포벽에 있는 구조적 요소인 키틴의 탈아세틸화에 의해 상업적으로 생산된다.탈아세틸화 정도(%DD)는 NMR 분광법에 의해 결정될 수 있으며, 상업용 치토산의 %DD는 60~100%이다.평균적으로 상업적으로 생산된 키토산의 분자량은 3800~20,000 달톤이다.키토산을 얻는 일반적인 방법은 과도한 수산화나트륨을 시약으로, 물을 용매로 하여 키틴을 탈아세틸화하는 것이다.반응은 2단계로 발생하지만 1차 동역학을 따른다. 첫 번째 단계의 활성화 에너지 장벽은 25–120°C에서 48.8 kJ/mol로−1 추정되며, 두 번째 [citation needed]단계의 장벽보다 높다.

키토산의 아미노기는 약 6.5의 pKb 값을 가지며 중성용액에서 유의한 양성자화를 유도하며, 산도 증가(pH 감소) 및 %DA-값과 함께 증가한다.이것은 키토산을 수용성으로 만들고 점막과 같이 음전하를[2][3][4] 띤 표면에 쉽게 결합하는 생체 접착제를 만듭니다.키토산 사슬의 유리 아민기는 디카르본산과 가교된 고분자 네트워크를 형성하여 키토산의 기계적 [5]특성을 향상시킬 수 있습니다.키토산은 상피 표면에서 극성 약물의 수송을 촉진하고 생체 적합성 및 생분해성이 있습니다.그러나 FDA는 약품 전달을 승인하지 않았다.정제된 양의 치토산은 생물의학 [citation needed]용도에 사용할 수 있다.

나노 파이버는 키틴과 [6]키토산을 사용하여 만들어졌습니다.

사용하다

농업 및 원예 용도

키토산에 대한 농업 및 원예 용도는 주로 식물 방어와 수확량 증가를 위해 사용되며, 글루코사민 폴리머가 식물 세포의 생화학 및 분자 생물학에 어떻게 영향을 미치는지에 기초한다.세포 표적은 혈장막과 핵염색질이다.세포막, 염색질, DNA, 칼슘, MAP인산화효소, 산화버스트, 활성산소종, 굳은살병원성관련(PR) 유전자 [7]및 피토알렉신에서 후속 변화가 일어난다.

키토산은 [8]1986년에 유효성분(판매허가)으로 등록되었습니다.

자연 생물 방제 및 유도체

농업에서 키토산은 천연 종자 처리와 식물 생장 촉진제로, 그리고 식물의 선천적인 곰팡이 [9]감염 방어 능력을 높여주는 생태 친화적인 생물 농약 물질로 전형적으로 사용된다.천연 생물 방제 활성 성분인 키틴/치토산은 바닷가재, 게, 새우와 같은 갑각류와 곤충과 곰팡이를 포함한 많은 다른 유기체의 껍질에서 발견됩니다.그것은 세계에서 [citation needed]가장 풍부한 생분해성 물질 중 하나이다.

키틴/키토산의 분해된 분자는 토양과 물에 존재한다.미국에서는 식물과 작물에 대한 키토산 사용이 EPA에 의해 규제되고 있으며, USDA National Organic Program은 유기농 인증 농장 및 작물에 [10]대한 사용을 규제하고 있다.EPA가 승인한 생분해성 키토산 제품은 옥외 및 실내에서 상업적으로 재배된 식물과 작물에 소비자에 [11]의해 사용이 허용된다.

유럽연합(EU)과 영국에서는 키토산이 다양한 [12][13]작물의 생물학적 살균제 및 살균제로 사용되는 "기본 물질"로 등록되어 있다.따라서 농후 키토산 용액을 농가에 기본물질로 판매하여 재래농가와 유기농농가의 [14]병해방지를 할 수 있다.

키토산의 자연 생물 방제 능력은 식물이나 환경에 대한 비료나 살충제의 영향과 혼동되어서는 안 된다.키토산 활성 생물농약들은 농업과 [15]원예용 작물의 비용 효율적인 생물학적 방제의 새로운 단계이다.키토산의 생체 방제 작용 모드는 식물 내에서 곤충, 병원균, 토양 매개 질환에 대한 자연적인 방어 반응을 이끌어 내는데, [16]잎이나 토양에 적용하면 이에 대한 저항력을 갖는다.키토산은 광합성을 촉진하고 식물의 성장을 촉진하며 영양소 흡수를 촉진하고 발아 및 발아를 촉진하며 식물의 활력을 증진시킨다.목화, 옥수수, 종자감자, 콩, 사탕무, 토마토, 밀 및 기타 많은 종자에 종자처리 또는 종자피복으로 사용될 때, 유익한 선충과 [17]유기체를 해치지 않고 기생 낭종선충을 파괴하는 뿌리의 발달에 있어 선천적인 면역반응을 일으킨다.

키토산의 농업적 응용은 가뭄과 토양 결핍으로 인한 환경적 스트레스를 줄이고, 종자의 활력을 강화하며, 품격을 향상시키고, 수확량을 증가시키고, 채소, 과일, 감귤 작물의 [18]과실을 감소시킬 수 있다.키토산의 원예 응용은 개화를 증가시키고 자른 꽃과 크리스마스트리의 수명을 연장시킨다.미국 산림청은 소나무의[19][20] 병원균을 억제하고 송충이 침입에 [21]저항하는 수지 피치 유출을 증가시키기 위해 키토산 연구를 실시했다.

미르 우주정거장에서 우주왕복선으로 귀환한 미처리 콩(왼쪽 튜브)과 ODC 키토산 바이오컨트롤 처리 콩(오른쪽 튜브)을 사용한 NASA 생명유지장치 GAP 기술 – 1997년 9월

치토산은 1980년대부터 [22]농업과 원예 분야에서 응용을 위해 연구되어 온 풍부한 역사를 가지고 있다.1989년까지, 키토산염 용액은 동결 방지 기능을 개선하기 위한 작물이나 종자 [23]프라이밍을 위한 작물 종자에 적용되었다.그 직후, 키토산 소금은 EPA로부터 최초의 생물농약 라벨을 받았고, 그 후 다른 지적재산권 출원을 받았다.

치토산은 1997년 우주왕복선과 미르 우주정거장에서 재배된 팥을 보호하기 위한 NASA의 실험([24]왼쪽 사진 참조)에서도 볼 수 있다.NASA의 결과는 키토산이 식물 세포 내에서 β-(1→3)-아세나아제 효소의 증가된 수치로 인해 증가된 성장(신장)과 병원체 내성을 유도한다는 것을 밝혔다.NASA는 키토산이 [25]지구상의 식물에서도 같은 효과를 가져온다는 것을 확인했다.

2008년 EPA는 0.25% 키토산의 [26]초저분자 활성 성분에 대해 자연 광스펙트럼 유도체 지위를 승인했다.농업 및 원예용 천연 키토산 유도체 솔루션은 2009년 EPA에 의해 잎 및 관개 용도에 대한 개정된 라벨을 부여받았다.[18]키토산은 자연환경에서 독성과 풍부성이 낮기 때문에 라벨 [27][28][29]지시에 따라 사용해도 사람, 애완동물, 야생동물 또는 환경을 해치지 않습니다.키토산 블렌드는 나무 잎이나 [30]흙 속에 두면 나무딱정벌레에 효과가 없습니다.

여과

키토산은 여과 [31]과정의 일부로 수문학에 사용될 수 있다.키토산은 미세한 침전물 입자를 결합시켜 모래 여과 시 침전물과 함께 제거한다.그것은 [31]또한 물에서 무거운 미네랄, 염료, 기름을 제거한다.물여과제의 첨가제로서 모래여과와 조합하여 최대 [32]99%의 혼탁을 제거한다.키토산은 환경에 악영향을 [31]주지 않고 중금속 제거에 사용되는 생물학적 흡착제 중 하나입니다.

벤토나이트, 젤라틴, 실리카겔, 이싱글라스 또는 기타 피닝제와 조합하여 와인, 미드 및 맥주를 정제한다.키토산은 양조 공정에서 늦게 첨가되어 응집력을 향상시키고, 효모 세포, 과일 입자 및 흐릿한 [33]와인의 원인이 되는 다른 찌꺼기를 제거한다.

양조·진균원 키토산

키토산은 오랜 역사를 가지고 있습니다.[34][35]진균원 키토산은 침전 활성의 증가, 주스 및 와인의 산화 폴리페놀의 감소, 구리 킬레이트 및 제거(랙킹 후) 및 부패 효모 브레타노미세스의 [citation needed]제어를 보였다.이러한 제품 및 사용은 EU [36][failed verification]및 OIV 표준에 의해 유럽용으로 승인되었습니다.

의료용

키토산은 일부 [37]상처 드레싱에 출혈을 줄이기 위해 사용된다.혈액에 닿으면 붕대가 매우 끈적끈적해져 이 접착제 같은 효과가 열상을 [38]봉합합니다.치토산이 함유된 상처 붕대는 2003년 [37]미국에서 의료용 승인을 받았다.키토산은 또한 박테리아와 [39]곰팡이의 성장을 감소시키고 화상 [37][39]드레싱으로 유용할 수 있다.

키토산 지혈제는 키토산과 유기산(숙신산, 젖산 등)을 혼합하여 만든 소금이다.지혈제는 적혈구 세포막(음전하)과 양성자화된 키토산(양전하) 간의 상호작용에 의해 작용하여 혈소판의 관여와 빠른 혈전 [40]형성을 일으킨다.

감온성 키토산 하이드로겔

키토산은 묽은 유기산 용액에 용해되지만 pH 6.5에서 고농도의 수소 이온에는 용해되지 않고 겔상 화합물로 침전된다.키토산은 아민기에 의해 양전하를 띠기 때문에 음전하를 띠는 분자와 결합하기에 적합하다.단, 기계적 강도가 낮고 저온 응답률이 낮다는 단점이 있으므로 다른 겔화제와 조합하여 특성을 개선해야 합니다.화학적 변형이나 가교 없이 글리세롤인산염(단일 음이온성 헤드 포함)을 사용하면 pH 의존성 겔화 특성을 온도에 민감한 겔화 특성으로 변환할 수 있습니다.2000년에 Chenite는 키토산과 β-글리세롤 인산염을 이용한 온도 감응성 키토산 하이드로겔 약물 전달 시스템을 최초로 설계했다.이 새로운 시스템은 실온에서 액체 상태를 유지하면서도 생리적 온도(37°C) 이상으로 온도가 올라가면 젤이 될 수 있습니다.인산염은 키토산 용액에서 특정한 작용을 일으켜 이러한 용액이 생리학적 pH 범위(pH 7)에서 용해되도록 하며, 체온에서만 겔화된다.이 약물을 함유한 키토산글리세롤인산염의 용액이 주사주사를 통해 체내에 들어가면 37℃에서 불용성 겔이 된다.하이드로겔 사슬 사이에 갇힌 약 입자는 점차적으로 [41]방출될 것이다.

조사.

키토산 및 유도체는 나노물질, 생체접착제, 상처 드레싱 재료,[42][43] 개선된 약물 전달 시스템,[44] 장내 코팅 [45]및 의료기기 [46][47][48]개발에서 연구되어 왔다.키토산 나노섬유막은 생체적합성이 높아 새로운 뼈 형성을 [49]지원할 수 있다.키토산 유래의 금속 나노 물질이 상처 [50]치유에 대해 연구되고 있다.키토산은 잠재적인 비강내 백신 전달 [51]방법의 보조제로서 연구되고 있다.

바이오프린트

키토산으로 [52]만든 큰 3차원 기능성 물체.

천연 진달래, 새우 등딱지, 곤충 [53][54][55]큐티클에서 착안한 바이오 인스파이어 [56][57]소재는 키토산을 이용한 대규모 소비재를 제조하는 바이오프린트 방법의 개발로 이어지고 있다.이 방법은 키토산의 분자배열을 천연재료에서 사출성형이나 [58]금형주조 등의 제조방법으로 복제한 것이다.키토산 제조물은 한번 버리면 생분해성 [59]무독성이다.이 방법은 인간의 장기 또는 [60][61]조직을 엔지니어링하고 바이오프린트하는 데 사용됩니다.

색소 키토산 물체는 재활용 [62]단계마다 염료를 재도입 또는 폐기할 수 있어 착색제와 [63][64]독립적으로 폴리머를 재사용할 수 있습니다.다른 식물 기반 바이오 플라스틱과 달리, 키토산의 주요 천연 자원은 해양 환경에서 나오고 토지나 다른 인적 [52][65]자원을 놓고 경쟁하지 않습니다.

체중 감량

키토산은 '지방 결합제'[66]로 태블릿 형태로 판매되고 있다.키토산이 콜레스테롤과 체중을 낮추는 효과가 평가되었지만 임상적으로 [67][68]중요하지 않거나 낮은 것으로 보인다.2016년과 2008년의 리뷰에서는, 키토산 [67][69]보충제를 사용하는 것은 큰 효과가 없고, 과체중인 사람이 사용하는 것은 정당화되지 않았다.2015년, 미국 식품의약국은 [70]다양한 제품의 체중 감량 혜택에 대해 과장된 주장을 한 보충제 소매업자들에 대한 공개 권고안을 발표했다.

생분해성 항균 식품 포장재

식품의 미생물 오염은 변질 과정을 가속화하고 잠재적으로 생명을 위협하는 [71]병원체에 의해 야기되는 식인성 질환의 위험을 증가시킨다.일반적으로 식품 오염은 표면적으로 발생하므로 식품 품질과 [71]안전을 보장하기 위해서는 표면 처리와 포장이 필수적입니다.생분해성 키토산 필름은 다양한 식품을 보존하고, 단단함을 유지하며, 탈수에 의한 체중 감소를 억제할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.또한 키토산과 항균제를 함유한 복합 생분해성 필름도 식품 [71]보존을 위한 안전한 대안으로 개발 중이다.

레퍼런스

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외부 링크

  • 국제 연구 프로젝트 Nano3Bio, 치토산의 맞춤형 바이오테크놀로지 생산(유럽연합 자금 지원)