[논문]SMB(Simulated Moving Bed)를 이용한 IgY(Immunoglobulin Yolk) 분리의 전산모사

송성문; 김인호

doi:10.9713/kcer.2011.49.6.798

SMB(Simulated Moving Bed)를 이용한 IgY(Immunoglobulin Yolk) 분리의 전산모사
Simulation of IgY(Immunoglobulin Yolk) Purification by SMB(Simulated Moving Bed) 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.49 no.6, 2011년, pp.798 - 803

초록
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난황에 포함된 IgY는 포유동물에 있는 바이러스나 항원에 반응하는 항체와 같은 역할을 한다. IgY 분리를 위해 난황을 전처리한 후 3-zone SMB를 이용하여 지질단백질들로 부터 분리하는 전산모사연구를 수행하였다. 회분식 크로마토그래피와 pulse input method(PIM) 실험을 이용하여 전산모사 매개변수와 흡착 등온식을 얻었다. Aspen simulator를 이용하여 전산모사를 수행하여 IgY를 분리할 수 있는 SMB 운전조건을 다음과 같이 제시할 수 있었다. 삼각형 이론의 $m_2$와 $m_3$ 값은 각각 0.18, 1.0이고 스위칭 타임은 419 초이었다. 전산모사 결과 raffinate의 IgY 순도가 98.39%이고 두번째 싸이클에서 순도가 정상상태에 도달하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

IgY(Immunoglobulin Yolk) is a specific antibody in egg yolk, and it protects human body from virus and antigen. There are a lot of egg yolk components such as lipoprotein and protein. To separate IgY, HPLC(High Performance Liquid Chromatography) and precipitation were used in a batch mode and SMB(Simulated Moving Bed) was adopted for continuous purification of yolk proteins. IgY and other proteins in yolk were separated by using three-zone SMB chromatography. Before performing SMB experiments, batch chromatography and PIM(pulse input method) were performed to find operation parameters and adsorption isotherms. The results of batch chromatography were compared with simulated results using Aspen chromatography. To find the most suitable separation condition in SMB chromatography, simulations in $m_2$-$m_3$ plane on the triangle theory were carried out. $m_2$ = 0.18, $m_3$ = 1.0 and ${\Delta}$t = 419 s are the best conditions for the highest purity of IgY. With this operating parameters(flow rate in three zone and switching time), the purity of raffinate results in 98.39% from Aspen chromatography simulation. Most of the simulation reached steadystate within second recycle.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

IgY와 난황 단백질을 SMB 크로마토그래피로 연속 분리하기 위한 연구로 회분식 크로마토그래피에서 두 성분의 분리 특성을 확인하였다. 두 성분의 분리 최적 조건으로 ACN, 증류수와 TFA의 부피 조성이 15/85/0.
조건을 찾는 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 역상 C18 컬럼을 이용한 HPLC 시스템에서 IgY의 회분식 분리 특성을 실험하고 연속 크로마토그래피인 SMB 의 최적 운전 조건을 찾기 위해 Aspen chromatography의 전산모사를 수행했다.
전산모사는 회분식 크로마토그램의 실험결과와 비교하는데 목적이 있다. 회분식 크로마토그래피의 실험결과를 바탕으로 얻은 IgY 와 다른 난황 단백질의 H값을 이용하여 triangle 이론에 의한 m2-m3 diagram 을작 성한 후, 각 m 값에서 각 zone 유량과 switching time 변수를 계산하였다.

가설 설정

6 g/L 일 때의 고정상에 흡착된 농도를 나타낸다. 흡착 등온선을 보아 두 성분이 선형의 흡착 등온식을 따르는 것으로 가정하였다. Fig.

제안 방법

HPLC 장치로 펌프 (Beckman 110B, USA) 와 검출기 (Model-783A, Applied Biosystems, USA)를 사용하였고, 데이터 모듈 (Younglin, Korea)을 이용해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켰다. 분리 컬럼으로 C₁₈(4.
Table 2의 조건에서 feed의 유량을 0.2 ml/min으로 고정한 후 m2, !为의 값이 변함에 따라 결정되는 Qg Q珈* Qg와 凰의 값들로 m2-m3 diagram안의 6개의 포인트에서 Aspen chromatography simulator를 이용하여 전산모사하여 extract와 raffinate의 순도 변화를 계산하였다.
。如값을 토대로 SMB 크로마토그래피의 최적의 분리 조건을 수립하였다. Triangle 이론을 바탕으로 한 m2-m3 diagram을 Fig.
난황은 시판 계란에서 분리하였고 HPLC 실험에 쓰인 용매로 acetonitrile(ACN, 99.9% Duksan, Korea), 증류수 그리고 trifluoro acetic acid(TFA, 99% Sigma, US A))를 혼합하고 초음파기 (Brason, USA)로 잔존하는 공기를 제거하기 위해 10분 동안 탈기 과정을 거쳤다.
하지만 분리도가 커질수록 실험 시간이 길어져 이동상의 소비가 많아지고 비효율적이다. 따라서 선택도, 분리도뿐만 아니라 분석시간까지 고려해 최적의 ACN, 증류수 그리고 TFA의 조성을 15/85/0.1의 부피분율로 선택했다.
분리 컬럼으로 C₁₈(4.6x250 mm, Agilent, USA) 역상 컬럼을 사용하였고 데이터 수집 시스템으로 Autochro-2000 (Younglin, Korea)을 이용해 크로마토그램을 얻었다. 전산모사를 하기 위해서 Aspen Chromatography simulator(ver.
여러 운전조건에서 triangle 이론과 Aspen 전산모사 결과를 바탕으로 두 성분의 분리를 위한 운전조건을 잡았다. 난황으로부터 raffinate인 IgY를 분리하는 것이 목적이기 때문에 extract보다 raffinate의 순도에 관심을 두었다.
1, USA)를 이용하여 HPLC 시료를 만들었다. 이동상의 조성 변화에 따른 IgY의 최적 분리 조건을 찾기 위해 ACN, 증류수와 TFA의 조성을 20/80/0.1, 15/85/0.1, 10/90/0.1 (v/v/ v%)로 변화시켜 실험을 수행하였다. 펌프의 유량은 1 ml/min으로, sample loop는 5 μ를 사용하였으며 검줄기의 파장은 280 nm로 정하였다.
회분식 크로마토그래피 실험의 각성분의 체류시간, 피크 높이 및 폭이 Table 1의 값을 입력한 전산모사와 일치함을 나타내었다. 이에 따라 헨리상수, 물질전달계수, 공극율을 SMB 전사모사에 이용하였다.
회분식 크로마토그래피부터 얻은 흡착 등온식들을 이용해 3-zone SMB 전산모사를 하였다. Triange theory의 m》m3의 값에 따라 변하} 는 SMB 각 zone의 유량을 변화시켜 raffinate와 extract의 순도를 계산하였다.
전산모사는 회분식 크로마토그램의 실험결과와 비교하는데 목적이 있다. 회분식 크로마토그래피의 실험결과를 바탕으로 얻은 IgY 와 다른 난황 단백질의 H값을 이용하여 triangle 이론에 의한 m2-m3 diagram 을작 성한 후, 각 m 값에서 각 zone 유량과 switching time 변수를 계산하였다. Table 2의 조건에서 feed의 유량을 0.

이론/모형

6x250 mm, Agilent, USA) 역상 컬럼을 사용하였고 데이터 수집 시스템으로 Autochro-2000 (Younglin, Korea)을 이용해 크로마토그램을 얻었다. 전산모사를 하기 위해서 Aspen Chromatography simulator(ver. 2006, Aspen Tech., USA)를 사용하였다.

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