[논문]실크 정련 세리신 단백질의 분리특성과 응용(1)

차진우; 배기서; 박인우; 김용덕; 홍영기

doi:10.5764/tcf.2009.21.6.056

실크 정련 세리신 단백질의 분리특성과 응용(1)
Separation Performance and Application of Sericin Protein in Silk Degumming Solution(1) 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.21 no.6, 2009년, pp.56 - 63

차진우 (한국원사직물시험연구원) , 배기서 (충남대학교 바이오응용화학부 유기소재섬유시스템) , 박인우 (충남대학교 바이오응용화학부 유기소재섬유시스템) , 김용덕 (건양대학교 공연의상학과) , 홍영기 (건양대학교 공연의상학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study we have evaluated the separation characteristics and concentration of sericin using tubular type ultrafiltration membrane in silk degumming solution that extracted from electrolytic reduction water process. Ultrafiltration membranes have used in sericin separation performance and the separation characteristics of membrane satisfied typical Hagen-Poiseuille equation. It had the increase of flux according to the increase of feed pressure and temperature in occasion of pure water flux. And also the flux and solute rejection had about $25{\sim}60{\ell}/m^2{\cdot}h$ and more than 95% in sericin feed solution with concentration 1.00~1.89% at feed pressure force of $3{\sim}8kgf/cm^2$ respectively. In addition, the separation performance of tubular type ultrafiltration membrane for silk degumming solution was very steady-state with long experiment time.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이는 최소의 에너지 비용과 적은 시간으로 완벽한 세리신의 제거가 가능하면서, 실크 피브로인에 대한 손상이 적은 전해수 정련법을 응용한 것이다. 그리고 이로 부터 추출한 실크 정련 폐액에 대하여 활용 가능성을 검토하기 위해 관형 한외여과막을 이용하여 세리신 단백질의 분리특성 및 농축에 관하여 최적성을 평가하고, 이를 바탕으로 얻어진 세리신 단백질의 응용 가능성을 검토하는데 기초적인 연구를 수행하였다.
본 연구는 전해환원수로 추출한 실크 정련 폐액에 대하여 관형 한외여과막을 이용한 세리신 단백질의 분리특성 및 농축에 관하여 평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
2%의 농도 상승을 기여하였다. 이는 본 연구에서 이와 같은 분리특성을 확인함으로써 관형 한외여과막에 의한 세리신 단백질 농축의 활용가능성을 검토하는데 기초적인 연구를 확립할 수 있었다.
2%의 농도 상승을 기여하였다. 이는 본 연구에서 이와 같은 분리특성을 확인함으로써 관형 한외여과막에 의한 세리신 단백질 농축의 활용가능성을 검토하는데 기초적인 연구를 확립할 수 있었다.

제안 방법

그러므로, 본 연구에서는 전해환원수를 이용하여 실크 생사를 정련하였다. 이는 최소의 에너지 비용과 적은 시간으로 완벽한 세리신의 제거가 가능하면서, 실크 피브로인에 대한 손상이 적은 전해수 정련법을 응용한 것이다.
5와 같이 SUS 304 재질을 이용하여 자체 설계 제작하여 사용하였다. 내부의 관은 투과액의 방출을 위해 일정한 간격으로 구멍을 내었으며, 분리막의 교환 장착이 쉽도록 연결부위는 나사에 의해 탈 장착이 가능하도록 설계하였다.
점도는 온도에 반비례하므로 투과 플럭스는 온도가 증가함과 동시에 같이 증가하게 된다^7,8). 따라서 관형 한외여과막의 세리신 용액에 대한 분리특성을 관찰하기 위해서 특성인자로 압력, 온도 및 유속을 설정하여 일정시간동안 운전시키면서 각각의 인자에 대해 투과 플럭스와 배제율을 측정하였다. 투과 플럭스와 배제율은 다음 (2)와 (3) 식에 의해서 각각 계산하였다.
정련욕비에 따른 정련폐액의 농도를 측정하기 위해서 정련 전과 정련 후의 건조무게를 칭량하여 식(1)에 의해 정련율을 계산하였으며, 실제 정련폐액의 부피를 측정한 후에 세리신 농도를 계산하였다. 또한 자외선 흡광도계 (UV 8452A, Hewlett Packard)를 이용해 측정한 흡수 값을 Fig. 1의 세리신 농도에 따른 흡수값의 선형방정식을 통해서 정련 폐액의 농도를 계산하여 각각 1.00%, 1.21%, 1.89%의 농도를 갖는 정련폐액을 제조하였다.
후에 스로틀 밸브와 압력 게이지를 장착하여 압력 변화를 조절하였으며, 공급라인 중간에 온도 센서를 부착하여 공급액 온도의 실시간적 확인 및 조절을 가능하게 했다. 세척 라인을 별도로 설계해 NaOH 10wt% 용액으로 1분 세척 및 증류수로 1분 2회의 수세를 통해서 분리막의 파울링 및 막오염 현상의 제거 가능성을 검토하였다.
7, ORP -900mV)를 이용하였다. 아세톤에 충분히 침지하여 유지를 깨끗하게 제거한 후 생견사(가잠견, 중국 산둥성 부근 생산)를 욕비 1:20, 1:30, 1:40의 비율로 98℃에서 2시간동안 정련한 후 피브로인을 제거하여 세리신 정련 폐액을 제조하였다. 제조된 폐액은 분리막 실험에 사용하기 위해 6～11㎛의 세공 크기를 갖는 필터로 예비 필터링을 하였다.
압력차에 따른 실험을 위해서 모듈 전^․후에 스로틀 밸브와 압력 게이지를 장착하여 압력 변화를 조절하였으며, 공급라인 중간에 온도 센서를 부착하여 공급액 온도의 실시간적 확인 및 조절을 가능하게 했다. 세척 라인을 별도로 설계해 NaOH 10wt% 용액으로 1분 세척 및 증류수로 1분 2회의 수세를 통해서 분리막의 파울링 및 막오염 현상의 제거 가능성을 검토하였다.
74x의 값을 가졌다. 일반적으로 단백질 아미노산의 최대 흡수파장은 약간씩 차이가 있으나 일반적으로 275～280nm에서 최대 흡수 피크를 나타내며, 본 실험에서는 세리신 고유의 피크를 나타내는 276nm에서의 흡수값을 측정하여 농도를 계산하였다.
아세톤에 충분히 침지하여 유지를 깨끗하게 제거한 후 생견사(가잠견, 중국 산둥성 부근 생산)를 욕비 1:20, 1:30, 1:40의 비율로 98℃에서 2시간동안 정련한 후 피브로인을 제거하여 세리신 정련 폐액을 제조하였다. 제조된 폐액은 분리막 실험에 사용하기 위해 6～11㎛의 세공 크기를 갖는 필터로 예비 필터링을 하였다.

대상 데이터

4는 이와 같은 특성을 고려하여 제작한 한외여과 분리 장치로 세리신 단백질 농축실험에 사용하였다. 농축실험에 있어서의 분리막 모듈은 Fig. 5와 같이 SUS 304 재질을 이용하여 자체 설계 제작하여 사용하였다. 내부의 관은 투과액의 방출을 위해 일정한 간격으로 구멍을 내었으며, 분리막의 교환 장착이 쉽도록 연결부위는 나사에 의해 탈 장착이 가능하도록 설계하였다.
3은 세리신 단백질 농축 분리막 시스템 모식도를 나타낸 것으로서, 우선 농축공정에 있어 고압 펌프에 의해 발생되는 열에 의한 공급 세리신 용액의 부패를 방지하기 위해서 순환식 냉각장치를 설계하여 제작하였다. 또한 공급 세리신 정련폐액이 약 알칼리성 (pH 8～9)을 지니고 있기 때문에 내화학성이 우수하고 단단한 스테인레스 재질로 공급탱크 (20ℓ)를 제작하였다. 일반적으로 한외여과막은 높은 압력하에서 운전되어지기 때문에 고압 입형 다단펌프 (WILO, Korea)를 설치하였으며, 전체 공급라인은 SUS 심레스 관으로 제작 및 연결하여 안정성을 유도하였다.
역삼투막에 비해 경제적이면서 세균, 미립자, 고분자 단백질의 제거가 가능한 한외여과막을 선택하였으며 막의 재질로는 기계적 강도, 내열성, 가공성, 내화학성 및 높은 순수 투과 플럭스를 가지는 polyethersulfone을 선정하였다. 여과 분리막은 영국의 PCI사 제품으로 관형으로서 개질 PES (ESP04)을 사용하였다. 관형 한외여과 분리막의 성질 및 특성은 Table 1과 같으며, Fig.
역삼투막에 비해 경제적이면서 세균, 미립자, 고분자 단백질의 제거가 가능한 한외여과막을 선택하였으며 막의 재질로는 기계적 강도, 내열성, 가공성, 내화학성 및 높은 순수 투과 플럭스를 가지는 polyethersulfone을 선정하였다. 여과 분리막은 영국의 PCI사 제품으로 관형으로서 개질 PES (ESP04)을 사용하였다.
본 실험은 실크 정련에 있어서 국내에서 일반적으로 사용되는 비누/소다 정련법, 산 정련법, 효소 정련법과 다른 전해환원수 정련법을 사용하였다. 전해수는 국내 S사의 격막식 전해수 제조장치에서 생산된 전해 환원수 (ERW: Electrolytic reduction water; pH 11.7, ORP -900mV)를 이용하였다. 아세톤에 충분히 침지하여 유지를 깨끗하게 제거한 후 생견사(가잠견, 중국 산둥성 부근 생산)를 욕비 1:20, 1:30, 1:40의 비율로 98℃에서 2시간동안 정련한 후 피브로인을 제거하여 세리신 정련 폐액을 제조하였다.

이론/모형

본 실험은 실크 정련에 있어서 국내에서 일반적으로 사용되는 비누/소다 정련법, 산 정련법, 효소 정련법과 다른 전해환원수 정련법을 사용하였다. 전해수는 국내 S사의 격막식 전해수 제조장치에서 생산된 전해 환원수 (ERW: Electrolytic reduction water; pH 11.

성능/효과

89%의 세리신 공급용액에 대해서 투과 플럭스의 영향을 관찰한 그래프이다. 1.89%의 세리신 용액에 대해서는 운전초기부터 용질에 의한 세공막힘현상과 겔층이 형성되어 매우 낮은 투과율을 보이면서 시간이 경과함에 따라 선형적인 플럭스의 변화를 보이고 있다. 그러나, 1.
이것은 같은 농도에 있어서 용질의 겔층형성 능력은 비슷하다고 보았을 때, 높은 공급압력으로 운전하였을 경우 막 외부쪽의 압밀화가 진행되어 보다 많은 세리신 분자들을 밖으로 밀어내어 배제율이 다소 감소한 것으로 판단된다. 그러나 각각의 공급압력에 대해서의 배제율은 모두 97%이상의 높은 배제율을 나타내고 있음을 확인할 수 있었다.
이것은 앞서 전술한 바와 같이 Hagen-Poiseuille 식을 만족하는 그래프로서 압력에 비례하여 투과 플럭스가 증가하며, 온도의 상승으로 인한 점도의 감소로 인해 역시 투과 플럭스의 증가를 보여주고 있다. 따라서 본 실험에 사용된 관형 한외여과 분리막은 세리신 단백질 농축 실험에 적합한 분리막임을 확인할 수 있었다.
00% 용액에 대해서 12시간동안 운전하였을 경우 압력변화에 따른 세리신 농축액의 농도변화를 나타낸 그래프이다. 운전시간이 경과함에 따라서 농도가 선형적으로 증가하는 경향을 나타내고 있으며, 압력이 증가할수록 농축의 정도가 증가함을 알 수가 있었다. 즉, 세리신 공급 농도 1.
고농도의 세리신 용액의 경우 농축정도의 크기가 다소 적은 반면에, 벌크한 세리신 용액의 경우는 다소 큰 농축 경향을 나타내고 있다. 전체적으로 각 농도에 대해서 12시간의 한외여과 분리공정을 통해서 약 0.2%의 농도 상승을 기여하였다. 이는 본 연구에서 이와 같은 분리특성을 확인함으로써 관형 한외여과막에 의한 세리신 단백질 농축의 활용가능성을 검토하는데 기초적인 연구를 확립할 수 있었다.
89%의 세리신 용액에 대해서는 압력 변화에 따라 플럭스의 변화가 거의 없음을 나타내고 있다. 즉, 4시간이후의 시간 경과에 따라서는 투과 플럭스의 변화가 거의 완만하게 이루어지는 것으로 보아서 분리막 표면의 세공막힘 현상과 겔층이 형성되어 막으로서의 효율이 감소함을 의미한다고 판단된다. 따라서 한외여과 분리막 공정에 있어서 벌크한 용액에 대해서는 공급압력이 증가할수록 막간 압력차를 크게 유도하여 투과 플럭스를 증가시키는 것이 분리농축 특성에 바람직하다고 사료되어진다.
즉, 일정시간동안 단위면적에 대해서 투과되어 나온 투과액에 대해서 공급액의 농도비로 배제율을 나타낸 것으로, 투과액에 포함되어 있는 용질의 양이 적을수록 배제율이 높아진다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	세리신이란 무엇인가?	실크 단백질은 두 가닥의 피브로인과 그것을 보호하는 세리신으로 구성되며, 피브로인은 결정성이면서 소수성을 갖는 고분자 단백질이고, 세리신은 비결정성이면서 친수성을 갖는 천연 고분자 단백질로서 누에가 방사하는 고치실의 20～30wt%를 차지하고 있는 중요한 천연자원이다.
	세리신 단백질의 이점은 무엇인가?	또한, 세리신은 사람 피부의 자연보습인자와 유사한 조성을 가지고 있어 높은 보습능력3)과 피부의 각질 등에 대한 강한 결합능력, 자외선 차단 및 주름살 방지기능4), 항산화 기능 및 티로시아나제 활성 억제작용5)등이 보고되고 있으며, 높은 자외선 차단효과는 화장품 개발에 뛰어난 특성을 보여주고 있다. 그리고 최근에는 누에가 의학적으로 중요한 혈당 강하억제 효과6)가 있음이 보고되고 있어서 당뇨병의 한 유형인 인슐린 비의존형 당뇨병에 대체할 수 있는 약물로의 연구가 진행 중에 있다. 그밖에 세리신에 포함된 약 18～20종의 유용한 아미노산은 화학적으로 합성이 어려운 단백질이나 아미노산의 생산 가능성을 갖게 한다.
	세리신 단백질이 친수성 또는 소수성을 갖는 대부분의 물질에 쉽게 접착되는 성질을 가지는 이유는 무엇인가?	이러한 세리신 단백질은 친수성 아미노산인 세린(Ser)을 30% 이상, 인간에게 필요한 필수아미노산인 스레오닌(Thr)을 약 10% 정도 함유하고 있으며, 대부분이 산성과 염기성의 극성 아미노산으로 구성되어 있기 때문에 친수성 또는 소수성을 갖는 대부분의 물질에 쉽게 접착되는 성질을 가지고 있다1,2).

참고문헌 (10)

E. Iizuka, Conformation of Silk Sericine In Solution, Bombyx Mori L., Protein structure, 181(2), 477-479(1969)

상세보기
M. Nagura and H. Ishikawa, Molecular Motion In Poly(amino acid)s: 7. Molecular Motion in the $\beta$ -form Crystal of Silk Fibre, Polymer, 24(7), 820-822 (1983)

상세보기
R. Voigeli, J. Meier, R. Blust and R. Hofsteter, Sericin Silk Protein: Unique Structure and Properties, Cosmetics & Toiletries, 108, 101-108(1993)

상세보기
W. Engel, Eigenschaften Eines Sericin Haltigen Puffernden Shampoos, Arztl Kosmetal, 17(2), 91-110(1987)
K. Kato, S. Sato, A. Yamanaka, H. Yamada, N. Fuwa and M. Nomura, Silk Protein, Sericin, Inhibits Lipid Peroxidation and Tyrosinase Activity, Biosci. Biotechol. Biochem, 62, 145-147(1998)

상세보기
K. G. Kim, J. H. Yeo, Y. W. Lee, H. Y. Kweon and J. H. Kim, Bioactive and Skincompatible Properties of Silk Sericin, Korea J. Seric. Sci., 43(2), 109-115(2001)
Q. T. Nguyen, P. Aptel and J. Neel, Characterization of Ultrafiltration Membranes. Part Ⅰ. Water and Organic-solvent Permeabilities, J. Memb. Sci., 5, 235-251(1979)

상세보기
Q. T. Nguyen, P. Aptel, and J. Neel, Characterization of Ultrafiltration Membrane Investigates. Part Ⅱ. Mass Transport Measurements for Low and High Molecular Weight Synthetic Polymers in Water Solutions, J. Memb. Sci., 7, 141-155(1980)

상세보기
J. R. Du, S. Peldszus, P. M. Huck and X. Feng, Modification of Poly(vinylidene fluoride) Ultrafiltration Membranes with Poly(vinyl alcohol) for Fouling Control in Drinking Water Treatment, Water Research, 43(18), 4559-4568(2009)

상세보기
K. Karasu, S. Yoshikawa, S. E. Kentish and G. W. Stevens, A Model for Cross-flow Ultrafiltration of Dairy Whey Based on the Rheology of the Compressible Cake, Journal of Membrane Science, 341(1/2), 252-260(2009)

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증