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문제 정의
- 본 연구에서는 저분자 포피란을 이용한 기능성 소재를 개발하기 위한 기초 자료를 얻기 위해 포피란을 β-agarase로 가수분해한 후 한외여과로 분자량 별로 분획하여 저분자 포피란의 화학적 및 물성학적 특성을 조사하였다.
제안 방법
- 5℃에서 측정하였다. 농도 변화에 따른 포피란과 포피란 효소가수분해 분획물의 유동 특성 값을 구하기 위해 포피란과 효소가수분해 분획물을 각각 3%, 5%, 7%, 10%로 제조하여 측정한 후 power law model 식(1)과 Herschel-Bulkley model 식(2)을 사용하여 점조성지수 K와 유동성지수 n을 구 하였다.
- 1 mL/min의 유속으로 하여 분석하였다. 시료의 구성당 함량은 표준시약의 검량선을 이용하여 산출하였다.
- 농축액에 3배(v/v)량의 에탄올을 첨가하고 원심분리(4,000 g, 15 min)하여 분리한 침전물을 50℃에서 건조하여 조포피란을 제조하였다. 조피피란을 100 mM potassium phosphate buffer (pH 6.0)에 녹인 후 Viscozyme (Novozyme)을 1% 첨가 하여 35℃ 수욕상에서 1시간 동안 가수분해 한 후 연속적으로 Protamex (Novozyme)를 1% 첨가하여 35℃ 수욕상에서 1시간 동안 가수분해하였다. 100℃에서 30분간 가열한 후 원심분리(15,000 g, 15 min)하여 상층액을 분리한 후 3배(v/v)량의 에탄올을 첨가하고 원심분리(4,000 g, 15 min)하여 분리한 침전물을 50℃에서 건조하여 포피란을 제조하였다.
- , 2014). 포피란과 포피란 효소 가수분해 분획물(fraction 1)의 농도 별 온도에 대한 활성화 에너지의 영향을 알아보기 위해 전단속도 1,000 1/ s에서 온도를 변화시키면서 농도(3, 5, 7%) 별로 겉보기 점도를 측정하였다(Fig. 6, 7). 포피란과 fraction 1 모두 직선성을 나타내었다.
- 포피란과 포피란 효소가수분해 분획물의 점도는 점도계 (HAAKE RotoVisco 1, Thermo Electron, Germany)를 이용 하여 20℃에서 sensor PP60Ti (Radius 30 mm, Gap 1 mm)를 사용하여 측정하였다. 전단속도는 0-1500 1/s까지 변화시켰고, 측정온도는 22.
- 포피란에 β-agarase (Sigma-Aldrich Co., USA)를 가하여 실온에서 24시간 효소 가수분해하였다.
- , USA)를 가하여 실온에서 24시간 효소 가수분해하였다. 효소가수분해물을 분자량에 따라 분획하기 위해 molecular weight cut-off 10, 100, 300 KDa인 한외여과막(DIAFlO ultrafiltration membrane, Amicon, Division)을 사용하여 여과하여 분획한 후 동결 건조하여 분자량 별 분획물을 제조하였다(Fig. 1).
대상 데이터
- 구성당 GC 분석은 Hewlett Packard GC Model 6890과 FID (flame ionization detecter) 검출기, 칼럼은 SP-2330 (0.25 mm I.D × 30 m, film thickness; 0.2 μm)을 사용하였다.
- 실험에 사용한 김(Pyropia yezoensis)은 충남 서천군 소재 김 양식장에서 2012년 3월에 채취한 후 민물로 수세, 건조(40℃), 분쇄한 후 냉동고(-18℃)에 보관해 두고 실험에 사용하였다.
이론/모형
- FT-IR 분광분석은 6300FV+IRT5000 (Jasco, Japan)으로 포피란과 포피란 효소가수분해 분획물(Fraction 1, 2, 3, 4)을 ATR 법(attenuated total reflection absorption spectroscopy, 감쇠 전반사 흡수 분광법)으로 분석하였다.
- 구성당 분석은 Furneaux et al. (1990)의 방법에 따라 표준 시약(rhamnose, fucose, arabinose, ribose, galactose, 6-Omethyl-D-galactose, 3,6-anhydro galactose, xylose, mannose, glucose)과 시료에 내부 표준물질(myo-inositol)을 넣어 각각 acetylation 유도체화 한 후 GC로 분석하였다. 구성당 GC 분석은 Hewlett Packard GC Model 6890과 FID (flame ionization detecter) 검출기, 칼럼은 SP-2330 (0.
- 회분, 조단백질, 조지방은 AOAC법 (1990)에 따라 측정하였다. 수분은 105℃ 상압 건조법, 회분은 550℃ 회화법, 조단백질은 Kjeldhal법으로 측정하였다. 조지방은 Soxhlet법으로 측정하였고 탄수화물은 100-(수분+회분+조단백질+조지방)으로 나타내었다.
- 수분은 105℃ 상압 건조법, 회분은 550℃ 회화법, 조단백질은 Kjeldhal법으로 측정하였다. 조지방은 Soxhlet법으로 측정하였고 탄수화물은 100-(수분+회분+조단백질+조지방)으로 나타내었다.
- 포피란과 포피란 효소가수분해 분획물(Fraction 1)의 온도 변화(20, 30, 40, 50℃)에 따른 활성화 에너지값을 Arrhenius model (3)을 이용하여 구하였다(Rao and Anantheswaran , 1982).
- 포피란과 효소가수분해 분획물 fraction 1의 농도에 따른 유동 특성을 조사하기 위해 Power law model과 Herschel-Bulkley model을 이용하여 유동지수, 점조도 지수, 항복력를 구한 결과를 Table 2에 나타내었다. 결정계수(r2 )값의 경우 HerschelBulkley model은 포피란과 효소가수분해 분획물 모두 0.
- 포피란은 Koo et al. (2007)의 방법에 준하여 제조하였다. 즉 마른 김에 50배(v/w)의 증류수를 넣고 pH가 약산성(pH 4.
- 회분, 조단백질, 조지방은 AOAC법 (1990)에 따라 측정하였다. 수분은 105℃ 상압 건조법, 회분은 550℃ 회화법, 조단백질은 Kjeldhal법으로 측정하였다.
성능/효과
- 95로 농도가 높을수록 높았고, 전체적으로 포피란에 비해 fraction 1이 높았다. 농도에 따른 활성화 에너지값은 포피란의 농도가 3, 5, 7%로 증가함에 따라 각각 12.30, 17.27, 20.29 kJ/mole로 증가하였고 효소가 수분해 분획물인 fraction 1도 각각 9.06, 11,60, 23.84 kJ/mole 로 증가하였다. Paual et al.
- 2 kJ/ mol으로 농도가 증가할수록 활성화 에너지가 증가한다고 보고하였다. 따라서 포피란과 fraction 1 모두 낮은 농도에서는 다당간의 상호 작용의 세기가 약하고 점도에 미치는 온도의 영향이 적으나 높은 농도(7%)에서는 다당간의 상호작용의 세기가 증가하고 온도가 겉보기 점도에 미치는 영향도 커짐을 알 수 있다.
- 또한 포피란의 주요 성분인 황산기는 1,210-1,260 cm-1 (황산기의 O=S=O에 의한 진동 밴드) 파장에서 나타나는데 포피란 및 분획물 모두 1,220 cm-1 부근에서 peak가 검출되어 황산 기가 존재함을 확인하였다.
- 1%)가 대부분을 차지하였다. 수율과 황산기 함량은 분자량 300 KDa 이상인 fraction 1이 각각 54.8%와 14.4%로 가장 높았다. 반면에 3,6-anhydro galactose 함량은 fraction 1이 6.
- 0871로 포피란이 fraction 1에 비해 높은 값을 나타내었으며, 특히 10% 포피란이 높은 값을 나타내었다. 위의 결과로 미루어 볼 때 포피란과 효수가수분해물의 점조도 지수와 항복력 모두 농도가 높을수록 영향을 많이 받음을 알 수 있다.
- 3, 4와 같다. 전단속도 800 1/s일 때 3%, 5%, 7%, 10%의 포피란 용액의 전단응력은 각각 4.46, 17.27, 42.08, 110.80 Pa로 농도 증가에 따라 증가하였으며 고농도인 10%에서 급격히 증가하였다. 효소가수분해 분획물인 fraction 1도 3%, 5%, 7%, 10% 용액의 전단응력이 각각 2.
- Herschel-Bulkley model로 구한 유동지수는 포피란과 fraction 모두 1 이하이며 항복력을 가지는 의가소성 유체 특성을 나타내었다. 점조도 지수는 포피란과 fraction 1은 각각 0.009-0.227과 0.0159-0.0659로 농도가 증가할수록 점조도 지수값이 증가하였다. 항복력은 3%와 5%의 낮은 농도에서는 포피란과 효소가수분해물인 fraction 1 모두 0.
- 1%로 가장 높았다. 즉, 분자량이 큰 분획물일수록 6-sulfate galactose 함량이 높고, 3,6-anhydro galactose 함량은 낮아졌다. 이는 포피란에 함유되어 있는 주요 구성 성분인 6-sulfate galactose가 ß-agarase의 활성을 저해하기 때문으로 여겨진다.
- 2와 같다. 포피란 및 분획물 모두 3,6-anhydro galactose (932 cm-1)와 6-sulfate galactose (815 cm-1) peak가 검출되었다. 또한 포피란의 주요 성분인 황산기는 1,210-1,260 cm-1 (황산기의 O=S=O에 의한 진동 밴드) 파장에서 나타나는데 포피란 및 분획물 모두 1,220 cm-1 부근에서 peak가 검출되어 황산 기가 존재함을 확인하였다.
- 포피란과 포피란을 ß-agarase로 가수분해한 효소가수분해물의 수율 및 구성성분은 Table 1과 같다. 포피란의 조성은 단백질 3.1%, 황산기 15.5%, rhamnose 1.0%, 6-O-methyl-galactose 1.6%, 3,6-anhydro galactose 9.9%, galactose 55.9%로 galactose, 3,6-anhydro galactose와 황산기를 합한 값이 81.3%를 차지하였다. Park and Koo (2008)는 조포피란을 cetylpyridinium chloride로 분리한 산성 분획물의 경우 galactose, 3,6-anhydro galactose, 황산기의 함량이 각각 47.
- 0659로 농도가 증가할수록 점조도 지수값이 증가하였다. 항복력은 3%와 5%의 낮은 농도에서는 포피란과 효소가수분해물인 fraction 1 모두 0.0145-0.0394로 거의 차이가 없었으나 7%와 10%의 농도에서는 포피란은 각각 0.1312와 0.7942이고, fraction 1은 각각 0.0698과 0.0871로 포피란이 fraction 1에 비해 높은 값을 나타내었으며, 특히 10% 포피란이 높은 값을 나타내었다. 위의 결과로 미루어 볼 때 포피란과 효수가수분해물의 점조도 지수와 항복력 모두 농도가 높을수록 영향을 많이 받음을 알 수 있다.
- 1%로 대부분을 차지한다고 보고하였는데 본 연구 결과와 유사함을 알 수 있다. 효소가수분해 분획물의 구성 성분도 galactose (42.7-57.5%), 3,6-anhydro galactose (6.5-15.1%), ester sulfate (8.6-14.1%)가 대부분을 차지하였다. 수율과 황산기 함량은 분자량 300 KDa 이상인 fraction 1이 각각 54.
- 80 Pa로 농도 증가에 따라 증가하였으며 고농도인 10%에서 급격히 증가하였다. 효소가수분해 분획물인 fraction 1도 3%, 5%, 7%, 10% 용액의 전단응력이 각각 2.30, 5.26, 14.31, 25.80 Pa로 분획물의 농도 증가에 따라 전단응력이 증가하였으나 전체적으로 fraction 1의 전단응력이 포피란에 비해 낮았다. Koo et al.
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