일반기술

반응매체용 농축가스

농축가스를 생화학반응의 매체로 사용한다. 고정화효소 및 유리효소의 압력안정성이 우수한 것으로 나타났다. 폴리설폰 한외여과막을 이용한 고압막 용기의 개발목적은 크게 분리공정용 막의 개발과 촉매반응 시 효소가 부착될 수 있는 고형막의 개발의 두 가지이다.효소가 촉매로 작용하는 반응의 대다수는 그 특성상 수용성 매체에서 진행된다. 효소를 잘 정제하면 거의 비수용성인 매체에서도 효소반응이 진행될 수 있다. 소수성 물질은 비수용성 매체에서 용해되기 때문에 불용성 기질에 대한 효소반응은 비수용성 매체를 이용하는 것이 좋다. 또한, 효소에 의한 가수분해반응의 상당수는 용매에서 물을 제거하는 과정에서 역반응이 진행된다. 그 밖의 비수용성 효소반응의 장점으로는 효소가 용해되지 않으며(효소와 기질 및 생성물의 회수가 용이해진다) 미생물에 의한 반응용기의 오염이 감소한다는 것이다.현재의 주요 연구목표는 다음과 같다: - 일괄반응용기 및 연속반응용기에서 초임계유체 및 무용매 시스템에 대한 효소반응의 비교- 농축가스를 이용한 효소촉매의 통합생산, 생성물회수공정 및 생성물분류 방법의 개발- 소규모 고압 다목적 효소반응용기의 개발- 농축가스와 한외여과막을 조합한 고압 막반응 용기의 개발. 막에 대한 엔지니어링 연구의 주요목표는 분리공정용 막의 개발과 촉매반응 시 효소가 부착될 수 있는 고형막의 개발의 두 가지이다.연구 결과, CO2, 에탄, 프로판, 에틸렌, 플루오로포름, 6플루오르화황 등의 용매 사용이 가능한 것으로 나타났다.혁신적인 사항:효소는 초임계유체에서 용해되지 않기 때문에 담체상에 고정시키지 않고도 유리효소가 분산되어 회수할 수 있어야 한다.농축가스를 사용하면 물질전달속도가 빨라져 효소활성이 좋아지며 막반응 용기의 구성을 변경함으로써 유동특성을 변화시킬 수 있어 촉매특성을 높일 수 있다.농축가스에서 효소전환 후 다운스트림 공정을 실시하면 수용액이나 유기용매 또는 무기용매에서 효소반응을 진행하는 것보다 훨씬 간단하고 경제적일 수 있다.주요장점:초임계유체와 유사임계유체(near-critical fluid)를 사용하면 기질의 확산특성이 높아져 물질전달의 제한이 줄어들고 혼합물의 점도가 비교적 낮아 표면장력이 작아지게 된다.또한, 농축가스에서 효소반응을 실시하면 생성물과 미반응 성분의 회수가 용이해지는 효과가 있다.SCF(초임계유체)에서의 효소촉매반응은 감압 후 용매에 의한 생성물의 오염이 없기 때문에 특히 유용하다. 더욱이, SCF는 점도와 표면장력이 작고 확산특성이 높아 용질의 물질전달계수가 높아지며, 그에 따라 확산지배반응의 반응속도가 빨라지게 된다. 압력 및 온도변화에 따른 용해도의 변화가 매우 심한 것을 이용하여 반응의 선택성 조절과 반응물로부터 생성물의 회수가 가능하며, 소량의 조용제를 적절히 가하여 용질분자의 용해도 또는 상을 변화시킴으로써 반응속도를 조절하는 것도 가능하다. 초임계 CO2 또는 에탄과 같은 적절한 SCF에 가하는 압력은 바이오폴리머를 손상시키지 않을 정도로 하고, 이 때의 온도는 열적으로 불안정한 생분자에 적합하도록 낮게 한다.초임계 유체는 소수성인 경우가 많으므로 수용액에서 균일촉매로서 효소를 사용하는 경우와 마찬가지로, 2상 시스템이 아닌 단상시스템을 통해 여러 불용성 화합물을 처리할 수 있다. 마찬가지 이유로 기존의 가수분해반응의 경우 역반응이 일어날 수 있으며 초임계유체에 가수분해효소를 사용하면 에스테르화 반응이 발생할 수도 있다.