<h1>서 론</h1><p>유당 가수분해 효소인 \( \beta \)-galactosidase를 이용한 공정은 산업적으로 널리 이용되고 있다. 유당을 제거한 우유 가공식품이나 유당분해효소결핍증(lactose intolerance)이 있는 사람들을 위한 유당이 감소된 우유의 제조 등에 \( \beta \)-galactosidase가 사용되고 있다. 또한 유가공 산업에서 유장(whey)에 함유된 유당으로 인한 폐수처리 비용을 줄이는 방법으로 \( \beta \)-galactosidase를 이용한 분해공정이 사용된다. 이런 처리 공정을 통해 발생하는 부산물은 동물사료 첨가제로 이용할 수 있다.</p><p>고정화 효소를 통한 연속 공정은 제품의 회수가 용이하여 분리 정제 비용을 감소시킬 수 있고, 고정화에 의해 효소촉매가 반응하는 좋은 환경을 제공할 수 있고, 또한 효소를 계속적으로 재사용할 수 있는 장점이 있다. 유당의 효소 분해 공정에서도 여러 고정화 방법을 사용하여 연구되었다. 유당 분해를 위한 효소 고정화 담체에 대한 여러 연구가 진행되어 왔다. Roy와 Gupta는 cellulose bead를 사용하여 유동층반응기에서 \( 60 \% \)의 유당전환율을 얻었고, Bayramoglua 등은 magnetic 담체에 효소를 고정화 하였고, Li등은 cotton fabric에 고정화된 충진층 반응기로 하였고, 그리고 Zhou와 Chen은 graphite slab에 효소를 고정화 하였다. 키토산은 키틴이 탈아세틸화된 유도체로서 높은 기공성과 친수성 성질을 가진 고분자로서 분말, granule 혹은 필름의 형태로 되어있다. 키토산은 가격이 저렴하고 독성이 없으며 화학적으로 안정하기 때문에 크로마토그래피, 화학분석, 한외여과 그리고 여러 식품과 산업분야에서 널리 응용되고 있다. 또한 그 동안 키토산을 효소 고정화용 담체로 사용하는 시도가 있었다. 키토산 담체에 대한 고정화 효소의 연구는 고정화 방법의 개선이나 고정화에 대한 \( \mathrm{pH} \)나 온도와 같은 환경 요인이 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 본 연구에서는 키토산 담체에 고정화 방법의 개선과 더불어 산업적 응용이 가능하도록 수학적 모델링을 통한 효소반응 속도식에 대한 매개변수를 결정하였다. 또한 상업화의 가능성이 높은 충진층 반응기에서 연속 조업을 실시하고 수학적 모델링으로부터 그 결과를 예측하여 반응기의 scale-up에 필요한 기본 자료를 확보하였다. 고정화 효소의 연속 공정에 대한 반응기로는 유당분해 공정에서는 충진층 반응기가 좋은 성능을 나타낼 수 있다. 유당분해 공정에서 발생되는 산물인 갈락토스(galactose)가 효소반응속도의 저해를 유발하기 때문에 연속교반탱크 반응기보다 높은 반응속도를 유지할 수 있는 충진층 반응기와 같은 관형(tubular type) 반응기가 선호된다. 또한 이와 같이 충진층 반응기의 연속조업을 통해 높은 효율과 기질의 전환율을 얻을 수 있다.</p><p>본 연구는 유당의 가수 분해를 위해 키토산 담체에 공유결합으로 효소를 고정화하여 최적의 \( \mathrm{pH} \)와 온도를 결정하고 충진층 반응기를 사용하여 연속식 운전을 실시하여 조업조건에 따른 반응기의 성능을 평가하였다. 충진층 반응기에 대한 물질전달 저항과 경쟁적 저해를 가진 Michaelis-Menten식을 사용하여 물질수지(mass balance)식을 확립하여 수치적으로 해석하였고 이것을 실험 결과와 비교하였다.</p>
\( \beta \)-galactosidase는 무엇인가?
유당 가수분해 효소