키토산의 활용

[우림]

홍게 새우등 갑각류의 껍질에 함유되어 있는 키틴을 사용에 적합하도록 처리한 천연고분자 물질이 키토산이다. 아래그림의 키토산과 셀롤로스의 분자구조식을 보면 키토산은 식물속에 있는 섬유 Cellulose(셀롤로스)와 흡사하며, 키토산은 음(-)전하를 띄는 기존 대부분의 식이섬유 (식물성섬유)와 달리 용해 상태에서 양(+)전하를띄는 지구상 유일의 천연 동물성 식이섬유라는 특이한 구조를 갖는 강력한 식이섬유이다. 특히 키토산 섬유질은 당내간 수소결합이 강하여 Helix구조로써 노폐물 배설역할이 강화되며 축적된 유해물질(중금속, 방사성물질, 농약등)의 주류를 이루고 있는 음이온을 흡착 배출 하는 특징이 있다. 따라서 키토산 급여의 동식물은 신선한 친환경 Well being 먹거리의 재료로 추천 받는다. 키토산의 특이한 구조와 천연성분이라는 장점때문에 생체에 건강식품, 친환경 축산, 친환경농업, 의약분야등에 이용가치가 큰 다기능 물질로 평가된다.

                               그림1. 키틴과 키토산의 분자구조식

식품에 활용되는 키토산특성과 용도

1) 항균성 ; 부폐균, 식중독균의 항균력은 식품의 보존성, 안전성에 기여한다.

2) 생리활성; 면역성개선, 항산화, 항돌연변이, 항암 활성도의 식품 첨가는 식품의 기능성을 개선할 수 있다.

3) 보습성 ; 식품의 신선도유지에 도움. 육류의 코팅은 구이 조리시 육즙 손실을 줄여 조직감 과 맛을 좋게 한다.

4) 양(+)이온성 식이섬유 ; 식물성 식이섬유 가 음(-)이온인데 반해 음(-)이온성 유독성 불순물을 흡착 배설 기능을 보완, 식품에 오염된 독성을 완화 시킬 수 있다.

5) 응집력 ; 육가공 및 두부공장 등 식품산업 단백질․지방질 폐수 응집제로 활용/ 수처리시 발생 폐기 고형물의 사료․비료분야에 재활용으로 부가가치 창출 / 단백질․지방질의 응집력으로 고단백․고지방 식품과 동시섭취시 그중일부를 흡착, 응집 배설하여 다이어트기능을 일부보완 한다.

키토산의 다양한 규격

1) 키토산의 탈아세틸화도

키토산은 NAG(N-Acetyl-Glucosamine, 키틴의 단체) 과 Glucosamine(키토산의 단 체) 의 Co-polymer 형태이며 규격표시 항목인 탈아세틸화도(DAC)가 몇%인가는 Glucosamine 이 몇%가 함유된 POLYMER인가를 나타낸다. 식약청의 식품첨가물공 전 키토산은 70%이상이며, 건강기능식품공전은 80%이상을 규정하고 있다.

따라서 키토산은 키틴/키토산이라고 부르고, 탈아세틸하도로 규격을 정하는것이 바 람직하다고 생각된다

2) 분자량

일정분자량(20,000) 이하는 수용성으로 GPC로 측정이 가능하지만, 그이상의 고분자 는 산성용액에 용해하므로, 직접 분자량 측정에 많은 문제점이 있어, 대표적으로 고 유점도 측정결과와 Mark-Houwink 식을 연관시켜서 분자량이 측정되고 있다. 그러 나, 지금까지 많은 연구에 의해 논란이 되고 있으며,

Mark-Houwink식은 “[η]=K Mva ” 이며 이식에서 K,a 값이 키토산의 탈아세틸화도 에 따라 달라질 수도 있으며, 실제 GPC 의 결과와도 차이가 날 경우도 많으므로 키 토산의 품질규격을 결정 하는 데는 분자량을 정확히 수치화 하는 것은 문제가 있고 제조현장의 품질관리 규격으로 사용하기에는 더욱어려운것이 키토산제조업계의 현실 이다. 설령 분자량읊 표시 하더라도 수십만에서 수백만 까지 갖을수있는 분자량을 확인할 현장적용 방법도 없다.

3) 키토산의 규격 표시

이상과 같이 키토산은 키틴/키토산의 함유비(탈아세틸화도,%), 분자량으로 화학적 물 질규격은 정해질 수 있으나, 그통용 규격 표시로는 탈아세틸화 와 점도로 표시 하는 것이 추천된다.

그 외 불순물 규격 표시는 식약청의 건강기능식품 공전에의 한다.

용도에 맞는 키토산 선정

1) 식품저장성 개선용은 항균력과 보습성의활용인데 높은 탈아세틸화도(90%이상)에 적당한 고분자 키토산 (400kda~800kda) 인 NS-8 이 추천된다.

2) 생리활성용의 기능성 보완은

- 항산화기능은 저분자수용성 키토산 (키토산 올리고당 류) ; FIG.1 참조

FIG.1 Antioxidative effects of various kinds of soluble chitosan block on the DPPH free radical.

       (다른규격의 키토산의 항산화 효과)

- 항돌연변이 항암활성도는 적당한 고분자 키토산이 추천된다.; FIG.2 참조

FIG.2. Inhibitory effect of various kinds of insoluble chitosan, on the greath of HT-29 human colon adenocarcinoma cell in MTT assay.(다른규격의 키토산이 결장암 세포에서의 효과)

3) 보습성, 식이섬유 및 응집력의 활용도 용도에 따라 적절한 고분자 키토산이 추천된다

4) 다만 고분자키토산의 효능의 기준으로만 사용함은 대상식품의 종류에 따라 제한 받 는 조건 들이 있을 수 있으며, 이들의 효과적 관리를 위해 제조사와 직접 사용방법 을 논의 하는 것이 권장된다.

- 적절한 용매.

- 사용량.

- 사용 방법.

- 관능(맛) 영향.

저장성 연장과 생리활성 기능성 향상 김치 제조의 예. ( 부산대 김치연구소, 금호화성 연구)

1) 저장성 연장 ; 키토산 NS-8 ( 금호화성 상품명) 사용,

- 절임소금액, 행굼수, 김치속에 첨가등의 각각의 공정을 농도별 시험을 수행.

- 절임소금액에 0.3~0.5%키토산을 투입 절임과정이 특별히 우수한 저장기간 연 장 효과가 확인됨. (FIG.3 과 FIG.4 참조)

             FIG.3 저장기간별 pH 변화 추이                        FIG.4 저장기간별 산도변화 추이

2) 생리활성 기능향상 ; 키토산 S-10, NS-8 을 각각 배추재료무게의1% 사용 결장암,위 암세포에대한 성장억제 효과 평가자료는 다음 Fig.5 와 Fig 6에서 보는데로 김치고유의 효과 보다 상승하는 것으로 나타난다.

     Fig. 5. Inhibitory effect of methanol       Fig 6. Inhibitory effect of methanol extracts

          extracts on the growth of HT-29             on the growth of AGS human

          human colon carcinoma cells                gastric adenocarcinoma cells

주) a-c  Means with the different letters are significantly different(p<0.05) by Duncan's multiple range test.

* Values are mean ± S.D.

CK: Control kimchi

SK1: Soluble chitosan(1% S-10) added kimchi

NK1: Non-soluble chitosan(1% NS-8) added kimchi

키토산은 사용시 고려해야될 제한사항(CONSTRAINMENTS) 들을 유사한 사용사례를 통해 후보 규격들에 데한 체계적조사가 필요하다.

1) 용해성

2) 다양한 용매, 용해도, 점도,

3) 용매에 따른 효과.

4) 사용 방법

키토산의 좋은 소재로서의 기능발휘는 키토산의 제조 공급자의 키토산규격의 확립및 제품규격의 변별력 있는 품질인자 선정, 규격의 제조 재현성 확립을 위한 경제적 제조방법의 체계 확립과 꾸준한 연구가 필요하며, 키토산의 이용기술개발 혹은 사용자는 키토산의 제조사 전문가와 키토산 규격에 데한 자료설명 그 확실한 이해를 바탕으로 키토산을 사용하여 소귀의 목적에 데한 성과를 얻을수 있다.

키토산의 효과에 대한 막연한 믿음으로, 적절한 규격선정 및 사용방법의 사전검토없는 사용은 비용과 시간의 낭비는 물론 키토산기능의 저평가를 가져오는 것 이 우려된다.

또한 여기서 건강기능식품 기능인정에 관해서 언급을 해두는것이 좋을것 같다. 현재 식약청에서 키토산에대한 건강기능식품의 효능 표시기준에 데해 평가 작업을 완료하고, 종래의 콜레스테롤개선, 면역력개선, 항균성 의 3가지기능의 표시기준을 인체임상자료의 불명확으로인해 면역력, 항균성에대한 삭제를 결정하고, 그시행을 고시했다.

키토산 제조산업 및 관련학회 의 그동안 건강기능식품의 많은 invitro, invivo 과정들 에서 확인된 기능내용임에도 불구하고 정확한 인체임상결과 없이, 그리고 키토산자체의 규격에 따른 정확한 연구과정들 즉, 체계적 상품기술 개발과정을 거치지않고 시장주도형 성장기가 먼저 지나가버린 대표적 소재이다. 다만, 자원의 량도 많고, 활용가치가 많은 천연소재가 규격별 사용방법별 활용에 대한 적절한 연구없이 그탁월한 효능이 아직도 적절히 활용되고 있지않는 점은 다같이 관심을 가져야할 문제점이라 생각한다.