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키토산

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목차

1. 개요

키토산은 갑각류 껍질이나 균류 세포벽에서 추출한 키틴을 탈아세틸화하여 얻는 다당류이다. 1799년 발견된 이후, 1894년 펠릭스 호페-세일러에 의해 키토산으로 명명되었다. 키토산은 다양한 화학적 변형이 가능하며, 생분해성, 생체 적합성, 항균성 등의 특징을 갖는다. 이러한 특성을 바탕으로 농업, 수처리, 와인 제조, 상처 치료, 생체 모방 재료, 식품 첨가물 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

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키토산 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
완전히 탈아세틸화된 키토산 구조
완전히 탈아세틸화된 키토산 구조
다른 이름폴리글루삼
탈아세틸키틴
폴리-D-글루코사민
BC
키토펄
키토팜
플로나크
카이텍스
식별 정보
ChemSpider ID64870
CAS 등록 번호9012-76-4
UNII23R93M6Y64
InChI1/C56H103N9O39/c1-87-56(86)65-28-38(84)46(19(10-74)96-55(28)104-45-18(9-73)95-49(27(64)37(45)83)97-39-12(3-67)88-47(85)20(57)31(39)77)103-54-26(63)36(82)44(17(8-72)94-54)102-53-25(62)35(81)43(16(7-71)93-53)101-52-24(61)34(80)42(15(6-70)92-52)100-51-23(60)33(79)41(14(5-69)91-51)99-50-22(59)32(78)40(13(4-68)90-50)98-48-21(58)30(76)29(75)11(2-66)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-,22-,23-,24-,25-,26-,27-,28-,29-,30-,31-,32-,33-,34-,35-,36-,37-,38-,39-,40-,41-,42-,43-,44-,45-,46-,47-,48+,49+,50+,51+,52+,53+,54+,55+/m1/s1
InChIKeyFLASNYPZGWUPSU-SICDJOISBY
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관련 화합물
기타 화합물D-글루코사민 (단량체)
N-아세틸글루코사민 (단량체)

2. 역사

1894년부터 1930년까지 키틴의 정확한 조성, 특히 동물과 곰팡이 형태가 동일한 화학 물질인지에 대한 논쟁과 혼란이 있었다. 1930년에 최초의 키토산 필름과 섬유가 특허를 받았지만, 석유 유래 고분자와의 경쟁으로 인해 널리 사용되지 못했다. 1970년대에 이르러, 미처리된 조개 껍데기 폐기물 투기를 금지하는 법률의 영향으로 키토산에 대한 관심이 다시 높아졌다.[1]

2. 1. 초기 발견

1799년, 영국의 화학자 찰스 해켓은 다양한 갑각류의 껍질을 탈회하는 실험을 통해 부드럽고 노란색의 연골과 같은 물질을 발견했는데, 이 물질이 오늘날 우리가 키틴이라고 알고 있는 물질이다.[1] 1859년, 프랑스 생리학자 샤를 마리 뱅자맹 루제는 키틴을 수산화칼륨 용액으로 끓이면 탈아세틸화되어 묽은 유기산에 용해되는 물질이 생성된다는 것을 발견하고 이를 chitine modifiée|시틴 모디피에프랑스어라고 명명했다.[1] 1894년, 독일의 화학자 펠릭스 호페-세일러는 이 물질을 키토산이라고 명명했다.[1]

2. 2. 키토산 명명

1894년, 독일의 화학자 펠릭스 호페-세일러가 키토산을 명명했다.[1]

2. 3. 상업적 생산 시도

1930년에 최초로 키토산 필름과 섬유가 특허를 받았다.[1] 그러나 석유 유래 고분자와의 경쟁으로 인해 널리 사용되지 못했다.[1]

2. 4. 재조명

1970년대에 이르러, 처리되지 않은 조개 껍데기 폐기물 투기를 금지하는 법률이 시행되면서 키토산에 대한 관심이 다시 높아졌다.[1]

3. 제조

키토산은 게나 새우 같은 갑각류의 외골격과 균류의 세포벽에 있는 키틴을 탈아세틸화하여 상업적으로 생산한다.[75][3][4] 일반적인 방법은 과량의 수산화나트륨을 시약으로, 물을 용매로 사용하여 키틴을 탈아세틸화하는 것이다. 이 반응은 1차 반응 속도를 따르며 두 단계로 진행된다. 첫 번째 단계의 활성화 에너지 장벽은 25°C에서 120°C 사이에서 48.8 kJ·mol−1로 추정되며, 두 번째 단계보다 높다.[5][6][7]

자연적 및 화학적 처리를 활용한 천연 자원에서 키토산 제조 개략도


NMR 분광법으로 측정한 상업용 키토산의 탈아세틸화 정도는 60~100%이다.[8][9] 상업적으로 생산된 키토산의 평균 분자량은 3800~20,000 달톤이다.

공업적으로는 키틴(N-아세틸글루코사민의 폴리-β1→4 결합)을 농알칼리에서 끓여 탈아세틸화하여 얻는다. 키틴 2번 탄소의 아세트아미드기를 탈아세틸화하여 1급 아미노기로 변환하지만, 농알칼리 조건에서 폴리-β1→4-글루코사민 구조도 일부 변형된다. 키틴의 키토산 변환(탈아세틸 반응)은 완전히 진행되지 않아 당쇄에 N-아세틸글루코사민이 일부 남는다.

3. 1. 키틴 탈아세틸화

키틴의 부분 탈아세틸화에 의한 키토산 형성


thumb'' 포함)의 껍질에서 추출된다.]]

키토산은 갑각류(게, 새우 등)의 외골격과 균류의 세포벽에 있는 구조적 요소인 키틴의 탈아세틸화를 통해 상업적으로 생산된다. 키토산을 얻는 일반적인 방법은 과량의 수산화나트륨을 시약으로, 물을 용매로 사용하여 키틴을 탈아세틸화하는 것이다. 이 반응은 1차 반응 속도를 따르며 두 단계로 진행된다. 첫 번째 단계의 활성화 에너지 장벽은 25°C에서 120°C 사이에서 48.8 kJ·mol−1로 추정되며, 두 번째 단계의 장벽보다 높다.

탈아세틸화 정도(%)는 NMR 분광법으로 측정할 수 있으며, 상업적으로 판매되는 키토산의 탈아세틸화 정도는 60~100%이다. 평균적으로 상업적으로 생산된 키토산의 분자량은 3800~20,000 달톤이다.

나노피브릴은 키틴과 키토산을 사용하여 만들어졌다. 공업적으로는 주로 게나 새우 등의 갑각류의 외골격에서 얻어지는 키틴(폴리-β1→4-N-아세틸글루코사민으로 구성)을 농알칼리에서 끓이는 등의 처리를 통해 탈아세틸화하여 얻는다.

키틴 골격 중 2번 탄소 위의 아세트아미드기를 탈아세틸화하여 유리 1급 아미노기로 변환하지만, 농알칼리에서 끓이는 등의 가혹한 조건에서 처리하기 때문에 폴리-β1→4-글루코사민 구조도 사슬이 절단되거나 일부 변화한다.

키틴을 키토산으로 변환하는 탈아세틸 반응은 완전히 진행되지 않아, 당쇄 위에 일부 N-아세틸글루코사민을 포함하는 경우가 많다. 키토산의 품질은 탈아세틸화 비율(%DA)로 표시된다. 이는 NMR분광법, 적외선 흡수 스펙트럼법(IR), 콜로이드 적정법 등으로 측정할 수 있지만, 시판되는 키토산의 %DA는 통상 60~100% 범위에 있으며, 70% 정도(키틴이 키토산 사슬에 3할 남아있다는 의미)의 상품이 많다.

3. 2. 탈아세틸화 정도

키토산의 탈아세틸화 정도(%)는 NMR 분광법으로 측정할 수 있으며, 상업적으로 판매되는 키토산의 탈아세틸화 정도는 60~100%이다.[8][9] 키토산의 품질은 탈아세틸화 비율(%DA)로 표시된다. 이는 NMR 분광법, IR, 콜로이드 적정법 등으로 측정할 수 있지만, 시판되는 키토산의 %DA는 통상 60~100%의 범위에 있으며, 70% 정도(키틴이 키토산 사슬에 3할 남아있다는 의미)의 상품이 많다.

3. 3. 나노피브릴 제조

키틴과 키토산을 사용하여 나노피브릴을 만들 수 있다.[10]

3. 4. 화학적 변형

키토산은 C2-NH2, C3-OH, C6-OH의 세 가지 작용기를 가지고 있어 다양한 화학적 변형이 가능하다. C3-OH는 공간적 입체 장애로 인해 변형이 어렵지만, C2-NH2는 반응성이 높아 가장 흔하게 변형되는 작용기이다.[11] 아미노기는 수산기보다 친핵성 치환 반응에 더 잘 반응하지만, 두 작용기 모두 친전자성 시약과 반응하여 작용화될 수 있다.[12]

키토산은 인산화, 티올화, 4급 암모늄화 등의 방법을 통해 특정 목적에 맞게 기능성을 향상시킬 수 있다.

3. 4. 1. 인산화 키토산

수용성 인산화 키토산은 오산화 인과 키토산을 메탄설폰산을 촉매로 사용하여 저온 조건에서 반응시켜 얻을 수 있으며, 우수한 항균 활성과 이온 특성을 가진 인산 키토산은 키토산 모노포스페이트의 그래프트 공중합으로 제조할 수 있다.[13][14]

인산화 키토산과 그 유도체의 우수한 수용성 및 킬레이션 특성은 조직 공학, 약물 전달체, 조직 재생 및 식품 산업에서 널리 사용된다.[15][16][17]

조직 공학에서 인산화 키토산은 팽윤성과 이온 전도성이 향상된다. 결정성은 감소하지만, 인장 강도는 거의 변하지 않는다. 이러한 특성은 성장 인자를 결합하고 줄기 세포의 골 형성 세포로의 분화를 촉진하여 골 조직 재생을 지원할 수 있는 지지체를 만드는 데 유용하게 사용된다.[18] 또한, 중성 또는 알칼리성 pH에서 키토산 기반 하이드로젤의 용해도를 향상시키기 위해 유도체 N-메틸렌 포스폰산 키토산(NMPC-GLU)이 개발되었다. 이 물질은 우수한 기계적 강도를 유지하고 세포 증식을 개선하여 생물 의학적 응용 분야에 유용하게 사용된다.[19]

3. 4. 2. 티올화 키토산

티올화 키토산은 결합제를 사용하여 키토산의 아미노기에 티올기를 부착하여 생성된다.[20][21] 주요 변형 부위는 키토산 글루코사민 단위체의 2번 위치에 있는 아미노기이다. 이 과정에서 티오글리콜산과 시스테인이 반응을 매개하여 티올기와 키토산 사이에 아미드 결합을 형성한다. pH가 5 미만일 때 티올 활성이 감소하여 이황화 결합 형성이 제한된다.[22]

변형된 키토산은 티올기의 공유 결합으로 인해 접착성이 향상되고 안정성이 개선된다. 낮은 pH는 산화를 감소시켜 접착성을 향상시킨다.[23][24][25] 티올화 키토산은 세포막 수용체와 상호작용하여 막 투과성을 개선하고,[26] 스테인리스강 코팅과 같은 세균 부착 방지 분야에 적용될 가능성을 보여준다.[27][28]

3. 4. 3. 이온화 키토산

키토산 사중화에는 직접 사중화와 간접 사중화의 두 가지 주요 방법이 있다.

  • 키토산 아미노산의 직접적인 사중화는 알칼리 조건에서 할로알케인으로 키토산을 처리하는 것이다. 또 다른 방법은 먼저 키토산을 알데히드와 반응시킨 후 환원시키고 마지막으로 할로알케인과 반응시켜 사중화된 키토산을 얻는 것이다.[29][30]
  • 간접 사중화 방법은 글리시딜 트리메틸 암모늄 클로라이드, (5-브로모펜틸) 트리메틸 암모늄 브로마이드 등과 같이 사중화 암모늄 그룹을 포함하는 작은 분자를 키토산에 도입하는 것을 말한다.[31][32] 사중화 암모늄 그룹은 아자이드-알킨 고리화 부가 반응을 통해 키토산 골격에 더 도입될 수 있으며,[33] 키토산을 알칼리 및 요소에 용해시킨 다음 3-클로로-2-하이드록시프로필 트리메틸암모늄 클로라이드와 반응시켜 키토산 기능화를 달성하는 간단하고 친환경적인 솔루션을 제공한다.[34]


키토산의 양이온 유도체는 생체 부착, 흡수 증진, 항염증, 항균 및 항종양 응용 분야에서 중요한 역할을 한다. 4급 암모늄 그룹으로 변형된 키토산은 가장 일반적인 양이온 키토산 유도체 중 하나이다. 영구적인 양전하를 가진 사중화 키토산은 일반 키토산에 비해 항균 활성과 용해도가 증가했다.

4. 특징

키토산의 아미노기는 ~6.5의 p''K''b 값을 가지며, 중성 용액에서 양성자화되어 산성도가 증가함에 따라(pH 감소) %DA 값과 함께 증가한다. 이는 키토산을 수용성이자 생체 부착성으로 만들어, 점막과 같은 음전하를 띤 표면에 쉽게 결합하게 한다.[36][37][38] 또한, 수용액에서 소수성 상호작용 및/또는 양이온-π 상호작용(양이온 공급원으로서의 키토산)을 통해 다른 표면에 효과적으로 결합할 수 있다.[39] 키토산은 극성 약물의 상피 표면 통과를 향상시키지만, 약물 전달을 위해 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받지는 않았다.[3][75]

키토산은 생분해성, 생체 적합성, 항균성, 항종양, 지혈 및 항산화 특성과 같은 우수한 생물학적 특성을 가지고 있다.[41][42] 이러한 생물학적 특성은 탈아세틸화 정도, 수분 함량 및 분자량을 포함하는 물리화학적 구조와 밀접하게 관련되어 있다.[43] 탈아세틸화는 키토산에서 아세틸기를 제거하는 과정으로, 키토산 내의 유리 아민기의 함량을 결정한다. 연구에 따르면 탈아세틸화 정도가 85% 이상일 때 키토산의 용해도가 좋다. 키토산 흡수의 증가는 주로 양전하를 띤 키토산과 세포막의 상호 작용, 염소-중탄산염 교환 채널의 활성화, 그리고 상피 밀착 연접과 관련된 단백질의 재구성을 통해 상피 밀착 연접을 열기 때문이다.[44][45] 키토산은 다양한 박테리아 및 곰팡이의 성장을 억제하며, 그 기전은 탈아세틸화 정도, pH, 2가 양이온 및 용매 유형을 포함한 여러 요인에 의해 영향을 받는다. 올리고머 키토산은 고분자량 키토산보다 세포막을 더 쉽게 침투하여 RNA 전사를 억제함으로써 박테리아 성장을 억제한다.[43]

4. 1. 가공 용이성

키토산은 가공이 용이하여 섬유, 필름, 입자 또는 발포 소재로 이용 가능하다.[3]

4. 2. 생물 자원 유래


  • 가공이 용이하여 섬유, 필름, 입자 또는 발포 소재로 이용 가능하다.
  • 생물 자원에서 유래한 원료로 생산되므로, 자원 고갈의 가능성이 낮다.
  • 생분해성을 가진다.
  • 화학 처리를 통해 다양한 기능을 부여할 수 있다.

4. 3. 생분해성

키토산은 생분해성을 가지며, 생체 적합성과 더불어 여러 우수한 생물학적 특성을 지닌다.[41][42] 정제된 키토산은 생물의학적 응용 분야에 사용 가능하다.[3][75]

키토산은 생물 자원에서 유래한 원료로 생산되므로 자원 고갈 가능성이 낮고, 생물 분해성이 뛰어나다.

4. 4. 화학적 변형 가능성

키토산의 아미노기는 ~6.5의 p''K''b 값을 가지며, 이는 중성 용액에서 상당한 양성자화로 이어진다. 산성도가 증가함에 따라(pH 감소) %DA 값과 함께 증가한다. 이것은 키토산을 수용성이자 생체 부착성으로 만들어 점막과 같은 음전하를 띤 표면에 쉽게 결합하게 한다.[36][37][38] 또한, 키토산은 수용액에서 소수성 상호작용 및/또는 양이온-π 상호작용(양이온 공급원으로서의 키토산)을 통해 다른 표면에 효과적으로 결합할 수 있다.[39] 키토산 사슬의 자유 아민기는 이작용산과 함께 가교 중합체 네트워크를 만들어 키토산의 기계적 성질을 향상시킬 수 있다.[40] 키토산은 극성 약물의 상피 표면 통과를 향상시키며, 생체 적합성과 생분해성을 갖는다. 하지만, 약물 전달을 위해 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받지 않았다. 정제된 키토산은 생물의학적 응용 분야에 사용할 수 있다.[3][75]

화학 처리를 통해 다양한 기능을 부여할 수 있다.

4. 5. 저독성

키토산은 저독성으로 간주된다. 쥐를 대상으로 한 실험에서 반수 치사량(LD50, 경구 투여)은 16g/kg이다.[115][116]

4. 6. 약물 상호 작용

키토산은 항전간제로 사용되는 발프로산 나트륨과 약물 상호 작용을 일으켜, 발프로산 나트륨의 작용을 감소시킨다.[115][116]

5. 물성

키토산은 아미노기를 가지고 있어 고분자전해질 성질을 띤다. 묽은 무기산이나 유기산수용액(식초 등)에 키토산 염 형태로 녹으며, 중금속(Mn) 및 핵산 등 산성 물질을 흡착한다.[36][37][38] 수용액에서 소수성 상호작용이나 양이온-π 상호작용(키토산이 양이온 공급원)을 통해 다른 표면에 결합할 수 있다.[39] 자유 아민기는 이작용산과 가교 중합체 네트워크를 형성하여 기계적 성질을 향상시킬 수 있다.[40] 키토산은 극성 약물의 상피 표면 통과를 돕고 생체 적합성과 생분해성을 가지지만, 약물 전달용으로 미국 FDA 승인을 받지는 않았다. 정제된 키토산은 생물의학 분야에 쓰인다.[3][75]

5. 1. 용해도

키토산은 물에는 녹지 않지만, 묽은 산에는 녹는다. 키토산의 아미노기는 약 6.5의 p''K''b 값을 가지는데, 이는 중성 용액에서 양성자화되어 산성도가 증가하고(pH 감소) 탈아세틸화도(%DA)와 함께 증가한다. 이로 인해 키토산은 수용성을 띠게 되며, 생체 부착성을 가져 음전하를 띤 표면에 쉽게 결합한다.[36][37][38] 키토산 염류(예: 키토산 염산염)는 물에 잘 녹는 경우가 많다. 키토산의 용해도는 pH 및 탈아세틸화도에 따라 달라진다.

5. 2. 요오드 반응

키토산은 요오드와 반응하여 적갈색을 띤다. 황산 산성 하에서는 보라색으로 변한다.[1]

5. 3. 산 해리 상수

키토산의 아미노기는 p''K''b 값이 ~6.5이다.[36][37][38] 산 해리 상수 () < 6.5

6. 이용

키토산은 다양한 분야에서 활용되고 있다.


  • 농업 및 원예: 식물 방어 및 수확량 증가를 위해 사용되며, 이는 키토산이 식물 세포의 생화학 및 분자 생물학에 미치는 영향에 기반한다.[46] 천연 종자 처리제 및 식물 성장 촉진제로도 사용된다.[49]
  • 수처리: 여과 과정에서 침전물, 중금속, 염료, 오일 등을 제거하며, 탁도를 최대 99%까지 제거할 수 있다.[69][70]
  • 와인 제조: 와인 양조 과정에서 정제제로 사용되어 침전 활성을 높이고, 산화된 폴리페놀을 줄이며, 구리를 제거하고, 와인을 변질시키는 효모인 ''브레타노미세스''를 억제한다.[72][73]
  • 의료: 지혈제로서 출혈을 줄이기 위해 일부 상처 드레싱에 사용되며, 2003년 미국에서 의료용으로 승인받았다.[82] 키토산 나노입자는 나노물질, 생체 접착제, 상처 드레싱 재료,[84][40][77][75] 개선된 약물 전달 시스템,[85][75] 장용성 코팅,[86] 의료 기기 개발[87][88][3][89] 등에 활용된다.
  • 기타: "지방 결합제" 형태로 정제 형태로 판매되기도 하며,[106] 생분해성 키토산 필름은 식품 포장에 활용되어 식품 보존, 견고함 유지, 탈수 방지에 효과적이다.[111] 재충전 배터리의 전해질로도 연구되고 있다.[112][113][114]

6. 1. 농업 및 원예

키토산 나노입자도 참고.

키토산은 농업 및 원예 분야에서 식물 방어 및 수확량 증가를 위해 사용되며, 이는 키토산이 식물 세포의 생화학 및 분자 생물학에 미치는 영향에 기반한다. 세포 표적은 세포막과 핵 크로마틴이다. 후속 변화는 세포막, 크로마틴, DNA, 칼슘, MAP 키나아제, 산화 폭발, 활성 산소 종, 칼로스 병원성 관련 (PR) 유전자 및 파이토알렉신에서 발생한다.[46]

농업에서 키토산은 일반적으로 천연 종자 처리제 및 식물 성장 촉진제로 사용된다. 토양과 물에는 키틴/키토산의 분해된 분자가 존재한다. 식물 및 작물에 대한 키토산 사용은 EPA에서 규제하며, USDA 국립 유기농 프로그램은 유기농 인증 농장 및 작물에 대한 사용을 규제한다.[49] EPA 승인을 받은 생분해성 키토산 제품은 상업적으로 재배된 식물과 작물, 그리고 소비자들이 재배한 식물과 작물에 대해 실내외에서 사용이 허용된다.[50] 유럽 연합과 영국에서는 키토산이 다양한 작물에 대한 생물학적 살균제 및 살균제로 사용하기 위해 "기본 물질"로 등록되어 있다.[51][52]

키토산은 면화, 옥수수, 씨감자, 콩, 사탕무, 토마토, 밀 및 기타 많은 종자에 종자 처리제 또는 종자 코팅제로 사용하면, 유익한 선충류 및 유기체를 해치지 않으면서 기생충 시스트 선충류를 파괴하는 발달하는 뿌리에서 선천 면역 반응을 유도한다.[55]

키토산은 1980년대부터 농업 및 원예 분야에서 응용 연구가 활발하게 진행되어 왔다.[60] 1989년까지 키토산 염 용액을 작물에 살포하여 냉해 방지를 개선하거나 종자 발아를 위해 작물 종자에 살포했다.[61] 2008년, EPA는 0.25%의 초저분자 활성 성분인 키토산에 대해 천연 광범위 스펙트럼 유도체 지위를 승인했다.[64] 농업 및 원예 용도의 천연 키토산 유도체 용액은 2009년에 EPA로부터 엽면 및 관수 적용에 대한 수정된 라벨을 받았다.[56] 낮은 독성 가능성과 자연 환경에서의 풍부함을 고려할 때, 키토산은 라벨 지침에 따라 사용하면 사람, 애완동물, 야생 동물 또는 환경에 해를 끼치지 않는다.[65][66][67] 키토산 혼합물은 나무의 잎이나 토양에 넣어도 나무 껍질 딱정벌레에 효과가 없다.[68]

6. 1. 1. 천연 생물 방제 및 유도제

키토산은 식물 자체의 방어 능력을 향상시켜 곰팡이 감염 등으로부터 식물을 보호하는 친환경적인 생물 살충제 물질로 사용된다.[48] 1986년에 처음으로 활성 성분으로 등록되었다.[47]

키토산은 가뭄 및 토양 결핍과 같은 환경적 스트레스를 줄여준다.[56] 종자 활력을 강화하고 작황 품질과 수확량을 늘리며, 채소, 과일 등의 부패를 줄이는 효과도 있다.[56] 원예 분야에서는 꽃의 개화를 촉진하고 절화 수명을 연장하는 데 사용된다.[56] 미국 산림청은 소나무 병원균을 제어하고[57][58] 소나무 딱정벌레 감염에 대한 저항성을 높이기 위해 키토산을 연구하기도 했다.[59]

NASA는 우주 실험에서 키토산의 식물 보호 효과를 입증했다. 1997년 우주 왕복선과 미르 우주 정거장에서 키토산을 처리한 팥은 성장(생체량)과 병원균 저항성이 증가했다.[62]

6. 2. 여과

키토산은 수문학에서 여과 과정의 일부로 사용된다.[69] 키토산은 미세한 침전물 입자를 서로 결합하게 하여, 모래 여과 과정에서 침전물과 함께 제거된다. 또한 중금속, 염료, 오일을 물에서 제거한다.[69] 수(水) 여과 첨가제로서, 키토산은 모래 여과와 결합하여 탁도를 최대 99%까지 제거한다.[70] 키토산은 부정적인 환경 영향 없이 중금속 제거에 사용되는 생물학적 흡착제 중 하나이다.[69]

6. 3. 와인 제조

키토산은 와인 양조 과정에서 정제제로 오랫동안 사용되어 왔다.[72][73] 곰팡이에서 추출한 키토산은 침전 활성을 높이고, 주스와 와인 속의 산화된 폴리페놀을 줄이며, 구리를 킬레이트화하여 제거하고, 와인을 변질시키는 효모인 ''브레타노미세스''를 억제하는 효과를 보인다. 이러한 제품과 사용법은 EU와 OIV 표준에 따라 유럽에서 사용이 승인되었다.[74]

6. 4. 상처 관리

키토산 기반 상처 드레싱은 다양한 급성 및 만성 상처에 널리 사용되어 왔다. 키토산은 피브리노겐에 부착되어 혈소판의 부착을 증가시키고, 혈액 응고 및 지혈을 유도하는 능력을 가지고 있다.[75][76][77] 키토산 지혈제는 키토산을 유기산(숙신산 또는 젖산 등)과 혼합하여 만든 염이다.[78][79] 키토산은 아직 초기 연구 단계에 있지만, 항균 및 항진균 활성을 포함하여 상처 치유에 도움이 되는 다른 특성을 가질 수 있다.[75][80]

키토산은 출혈을 줄이기 위해 일부 상처 드레싱에 사용된다.[82] 혈액과 접촉하면 붕대가 끈적해져서 열상을 효과적으로 밀봉한다.[81] 키토산 하이드로겔 기반 상처 드레싱은 화상 드레싱, 만성 당뇨병성 상처 및 불산 화상 치료에도 유용한 것으로 밝혀졌다.[75][82]

키토산 함유 상처 드레싱은 2003년 미국에서 의료용으로 승인을 받았다.[82] 신경 재생이나 피부 재생 등 재생 의학 소재로서의 응용이 진행되고 있으며, 그 외에도 폴리머 블렌드나 하이브리드 재료 등으로의 응용 사례도 다수 찾아볼 수 있다. 또한 아미노기의 반응 활성을 살린 유도체화 등을 통한 더욱 고기능화에 대한 접근도 활발하게 이루어지고 있다. 정제된 고품질의 키토산을 막, 섬유, 스펀지로 만들어 의료 분야에서 활용할 수 있다.

주요 응용 사례는 다음과 같다.

  • 화상 치료용 상처 보호재, 인공 피부

6. 5. 온도 감응성 하이드로겔

키토산은 묽은 유기산 용액에는 용해되지만, pH 6.5에서 고농도의 수소 이온에서는 불용성이며 젤과 같은 화합물로 침전된다.[83] 키토산은 아민 그룹에 의해 양전하를 띠며, 음전하를 띤 분자와 결합하는 데 적합하다. 그러나 낮은 기계적 강도와 낮은 온도 반응 속도와 같은 단점이 있어, 특성을 향상시키기 위해서는 다른 겔화제와 결합해야 한다.[83] 화학적 변형이나 가교 없이 글리세롤 인산염 염(단일 음이온 머리 부분을 가짐)을 사용하면 pH 의존적인 겔화 특성을 온도에 민감한 겔화 특성으로 변환할 수 있다. 2000년에 Chenite는 키토산과 β-글리세롤 인산을 사용하여 온도 감응형 키토산 하이드로겔 약물 전달 시스템을 처음으로 설계했다. 이 새로운 시스템은 실온에서는 액체 상태를 유지하지만, 생리적 온도(37°C) 이상으로 온도가 상승하면 겔이 된다. 인산염 염은 키토산 용액에서 특정한 거동을 유발하여, 이러한 용액이 생리적 pH 범위(pH 7)에서 용해성을 유지하게 하며, 체온에서만 겔화되도록 한다. 약물을 포함하는 키토산-글리세롤 인산염 액체 용액이 주사기를 통해 체내에 들어가면, 37°C에서 물에 녹지 않는 겔이 된다. 하이드로겔 사슬 사이에 갇힌 약물 입자는 점차적으로 방출될 것이다.[83]

6. 6. 연구

키토산 나노입자도 참고.

키토산과 그 유도체는 나노물질, 생체 접착제, 상처 드레싱 재료[84][40][77][75], 개선된 약물 전달 시스템,[85][75] 장용성 코팅,[86] 및 의료 기기 개발에 사용되어 왔다.[87][88][3][89]

6. 7. 바이오 프린팅



자연의 진주층, 새우 갑각, 곤충의 큐티클에서 영감을 얻은 생체 모방 재료는[90][91][92] 키토산을 사용하여 대규모 소비재 물품을 제조하는 바이오 프린팅 방법의 개발로 이어졌다.[93][94] 이 방법은 자연 재료의 키토산 분자 배열을 사출 성형 또는 금형 주조와 같은 제조 방법으로 복제하는 것을 기반으로 한다.[95] 키토산으로 제작된 물체는 폐기 시 생분해성이며 독성이 없다.[96] 이 방법은 인간의 장기 또는 조직을 설계하고 바이오 프린팅하는 데 사용된다.[97][98]

인공 조직 및 장기 제작을 위한 조직 공학 스캐폴드의 3D 바이오 프린팅은 키토산이 인기를 얻고 있는 또 다른 응용 분야이다. 키토산은 높은 생체 적합성, 생분해성, 항균, 지혈, 상처 치유 및 면역 조절 활성을 가지고 있어 인공 조직 제작에 적합하다.[3][104][105]

6. 8. 체중 감량

키토산은 "지방 결합제" 형태로 정제 형태로 판매된다.[106] 키토산이 콜레스테롤 수치 감소 및 체중에 미치는 영향에 대한 연구가 진행되었지만, 임상적으로 중요성이 없거나 낮아 보인다.[107][108] 2016년 및 2008년의 리뷰에서는 유의미한 효과가 없으며, 과체중인 사람이 키토산 보충제를 사용할 이유가 없다는 결론을 내렸다.[107][109] 2015년, 미국 식품의약국(FDA)은 체중 감량 효과에 대한 과장된 주장을 하는 보충제 판매업체에 대한 대중 경고를 발표했다.[110]

6. 9. 생분해성 항균 식품 포장

식품의 미생물 오염은 주로 식품 표면에서 시작되어 부패를 가속화하고 식중독 위험을 높인다.[111] 따라서 식품의 품질과 안전을 위해 표면 처리와 포장이 중요하다.[111] 생분해성 키토산 필름은 다양한 식품의 보존, 견고함 유지, 탈수로 인한 무게 감소를 막는 데 효과적이다.[111] 키토산과 항균제를 포함하는 복합 생분해성 필름은 식품 보존을 위한 안전한 대안으로 개발되고 있다.[111] 키토산 나노입자도 참고할 수 있다.

6. 10. 배터리 전해질

키토산은 빠른 생분해성으로 인해 우수한 성능과 낮은 환경 영향을 갖는 재충전 배터리의 전해질로 연구되고 있으며, 재활용 가능한 아연이 남는다.[112][113][114] 이 전해질은 50°C까지 우수한 물리적 안정성을 보이며, 아연 전극을 사용하여 2V까지 전기화학적 안정성을 보이고, Zn-MnO2 알칼리 시스템과 관련된 산화 환원 반응을 수용한다. 2022년 기준으로 결과는 유망했지만, 배터리는 더 큰 규모와 실제 사용 조건에서 테스트가 필요했다.[112][113][114]

7. 재생 의학

키토산 나노입자도 참고.

신경 재생이나 피부 재생 등 재생 의학 소재로서의 응용이 진행되고 있으며, 그 외에도 폴리머 블렌드나 하이브리드 재료 등으로의 응용 사례도 다수 찾아볼 수 있다. 또한 아미노기의 반응 활성을 살린 유도체화 등을 통한 더욱 고기능화에 대한 접근도 활발하게 이루어지고 있다. 정제된 고품질의 키토산을 막, 섬유, 스펀지로 만들어 의료 분야에서 활용할 수 있다.

주요 응용 사례는 다음과 같다.


  • 화상 치료용 상처 보호재, 인공 피부

8. 기타 응용 분야

키토산 나노입자도 참고.

신경 재생이나 피부 재생 등 재생 의학 소재로서의 응용이 진행되고 있으며, 그 외에도 폴리머 블렌드나 하이브리드 재료 등으로의 응용 사례도 다수 찾아볼 수 있다. 또한 아미노기의 반응 활성을 살린 유도체화 등을 통한 더욱 고기능화에 대한 접근도 활발하게 이루어지고 있다. 정제된 고품질의 키토산을 막, 섬유, 스펀지로 만들어 의료 분야에서 활용할 수 있다.

주요 응용 사례는 다음과 같다.


  • 화장품
  • 섬유에 혼합 (항균성을 이용)
  • 화상 치료용 상처 보호재, 인공 피부
  • 크로마토 분리제
  • 이온 교환체
  • 미생물이나 효소의 고정화 담체
  • 중금속 함유 담체
  • 방사성 물질을 포함한 중금속 흡착제
  • 건강 식품: "콜레스테롤이 높은 사람에게 적합한 식품"으로 특정 보건용 식품(특정 보건용 식품)으로 인정된 것이 있다. "다이어트" 효과를 목적으로 하는 건강 식품에 배합되기도 한다.
  • 식품 첨가물: 증점 효과를 내기 위해
  • 양이온계 활성 슬러지 응집제

9. 건강 기능 식품

키토산은 "콜레스테롤이 높은 사람에게 적합한 식품"으로 특정 보건용 식품으로 인정된 건강 식품이다. "다이어트" 효과를 목적으로 하는 건강 식품에 배합되기도 한다.

10. 식품 첨가물

키토산은 증점 효과를 내기 위한 식품 첨가물로 사용된다.

11. 양이온 계면활성제

활성 슬러지 응집제로 사용된다.[1]

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