고분자 수지가 충진된 고정층에서 말토올리고당의 흡착 및 탈착

권태옥, 문일식, 이재욱*, 정흥조*, 문 희**

순천대학교 화학공학과

서남대학교 화학공학과*

전남대학교 응용화학부**

Adsorption and Desorption of Maltooligosaccharides in a Fixed-bed Adsorber

Charged with a Polymeric Resin

Tae Ouk Kwon, Il Shik Moon, Jae Wook Lee*, HeungJoe Jung*, and Hee Moon**

Department of Chemical Engineering, Sunchon National University, Sunchon 540-742

Department of Chemical Engineering, Seonam University, Namwon 590-170*

Faculty of Applied Chemistry, Chonnam National University, Kwangju 500-757**

서 론

말토올리고당은 전분을 산에 의해 가수분해 혹은 아밀라제등의 효소에 의해  D-glucose 단위의 □-1.4결합에서 생기는 소당류와 말토올리고당을 쉽게 얻을 수 있다. 이중 글루코스의 중합도가 2와 3인 말토스 및 말토트리오스는 감미료로서 우수한 성질을 지니고 있어 식품분야에 널리 이용되어지고 있다. 이들 제품을 얻기 위한 생산비의 상당부분은 분리 및 정제과정에 달려있다. 일반적으로 당의 분리에 활성탄법, 용매침전법 및 이온교환수지법 등이 이용되어 왔으나 분리 및 정제에 많은 비용이 들고 수율이 낮아 보다 경제적이고 높은 수율을 얻을 수 있는 효과적인 방법의 개발이 요구되고 있는 실정이다[1]. 활성탄이나 이온교환수지가  비이온성 고분자 수지에 비해 흡착용량은 크나 흡착물질을 탈착하거나 사용한 흡착제를 재생시키는데 어려움이 있다[2]. 실제 흡착공정에서는 탈착과정이 매우 중요하므로 본 연구에서는 흡착 및 탈착이 용이한 비이온성 합성수지를 선정하여 글루코스의 중합도가 비교적 낮은 글루코스, 말토스 및 말토트리오스의 흡착 및 탈착 특성을 알아보고자 한다. 또한 글루코스의 중합도가 큰 말토올리고당의 분리 및 정제에 크로마토그래피 공정이 기대되므로, 이에 적합한 흡착제 선정의 기초연구로서 고분자 수지가 충진된 크로마토그래피에서 우선 중합도가 낮은 글루코스, 말토스 및 말토트리오스의 크로마토그램을 알아보고자 한다.

실 험

본 실험에서 사용한 흡착제는 styrene에 DVB를 가교제로 공중합시킨 망상구조형의 비이온성 합성수지인 SP207(Mitsubishi Kasei Co.)을 사용하였다. SP207의 물리적 특성을 Table 1에 나타내었다. 사용한 흡착물질은 글루코스, 말토스, 그리고 말토트리오스이다. 글루토스 및 말토스는 Junsei Chemical Co.(Japan)로부터, 그리고 말토트리오스는 Sigma Co. (USA)로부터 구입한 후 정제과정 없이 초순수증류수를 사용하여 용액을 제조하였다. 사용한 흡착물질의 특성을 Table 2에 나타내었다. 사용한 실험  장치를 Fig. 2에  나타내었다. 실험은 고분자수지를 칼럼에 충진시킨 후 1mol/m3으로 제조한 용액을 일정한 유속(5ml/min)으로 흘려보냈다. 칼럼온도는 25℃를 유지하였다. 말토올리고당의 분석은 Chromatopack과 RID-10A refractive index detector가 부착된 HPLC(Shimazu, Japan)를 이용하였다. 사용한 실험조건을 Table 2에 나타내었다.

Table 1. Properties of a Polymeric Resin, SP207

Variables	range	Unit
Surface area	630	m2/g
Particle size	412	um
Particle density	611	kg/m3
Particel porosity	0.48	-
Moisture content	50	%
Ave. pore size	105	A

Table 2. Experimental Conditions for a fixed-bed Column

Variables	range	Unit
Column dimension	0.46×25	cm
Flow rate	5	ml/min
Temperature	25	℃
Concentration	1-10	mol/m3

Fig. 1. Schematic diagram of experimental fixed-bed adsorber.

결과 및 토론

비이온성 고분자  수지, SP207이 충진된 고정층에서 글루코스, 말토스 및 말토트리오스의 흡착 및 탈착특성을 Figs. (2)-(4)에 나타내었다. 동일한 실험조건에서 흡착 파과곡선의 결과로부터 SP207에 대한 말토올리고당의 친화도는 말토트리오스 > 말토스 > 글루코스 순서로 글루코스의 수가 증가할수록 흡착친화력이 증가함을 알 수 있다. 또한 순수한 증류수만을 이용하여도 짧은 시간내에 흡착된 말토올리고당의 대부분이 용출된다는 사실은 실제 흡착공정을 응용하는 측면에서 매우 중요한 결과이다. 활성탄이나 이온교환수지가 흡착용량은 크나 재생이 용이하지 못한 단점을 고려할 때 이는 의미있는 결과이며 탈착 및 재생과정에 필요한 비용도 매우 저렴할 것으로 판단된다. Fig. (5)는 글루코스, 말토스 및 말토트리오스를 펄스로 주입한 경우의 크로마토그램 결과이다. 이와 같은 실험 결과로부터 말토올리고당의 분리 및 정제에 비이온성 고분자 수지인 SP207을 충진한 고정층 컬럼에서 흡착, 탈착 그리고 세척과정을 반복하는 주기적 공정이나 크로마토그래피 공정의 가능성을 제안할 수 있다.

참고문헌

[1] Abe, I., Hayashi, K. and Kttagawa, M., "Adsorption of Saccharides from

aqueous solution onto activated carbon", Carbon, 21(3), 189-192 (1993)

[2] 김영탁, 조규진, 이재석, 문일식,: 화학공학의 이론과 응용,  3(2), 2349-2352 (1997)

감 사

본 연구는 1997년 한국학술진흥재단의 지방대 육성과제 연구비(과제번호 002-E00319)의 일부로 수행되었으며 이에 감사드립니다.

Fig. 2. Adsorption and Desorption of   Fig. 3. Adsorption and Desorption of         Glucose in a SP207 Column.           Maltose in a SP207 Column.

Fig. 4. Adsorption and Desorption of   Fig. 5. Chromatogram of Glucose,

Maltotriose in a SP207 Column.      Maltose, and Maltotriose in a                                             SP207 Column.