<h2>재순환 충진층 반응기 운전</h2><p>공급되는 유당의 농도 100 와 \( 500 \mathrm{mM} \)에 대한 충진층 반응기를 재순환 조업으로 운전하면서 시간에 대한 기질의 전환율을 측정하였다(Fig. 4). 투입 농도를 \( 100 \mathrm{mM} \)인 경우에 재순환 조업 3시간 후 기질 전환율이 \( 97 \% \)에 도달하였다. 투입 농도를 \( 500 \mathrm{mM} \)인 경우 기질의 전환율은 5시간 후에 \( 80 \% \)에 도달하였다. 원료로 우유나 유장을 사용하는 경우에 비해 높은 전환율을 나타내는 것은 원료로 순수한 유당을 사용하기 때문에 우유나 유장에 비해 원료에 포함된 불순물이 없기 때문에 고정화 효소의 전환을 방해하는 요소가 없기 때문이라고 판단된다.</p><h2>충진층 반응기 연속 조업</h2><p>충진층 반응기 연속 조업에서 투입되는 유당 농도와 유량을 변화시키면서 유당의 전환율을 측정하여 이것을 이론적 예측 값과 비교하였다(Fig. 5). 공급되는 유당 농도를 \( 50 \sim 500 \mathrm{mM} \) 범위에서 그리고 유량은 100 에서 \( 500 \mathrm{ml} / \mathrm{hr} \) 범위에서 변화시키면서 유당 전환율을 측정하였다. 유량이 낮을수록 기질의 전환율은 증가함을 알 수 있고, 실험 결과와 이론적 예측 값 사이의 최대 오차는 \( 5 \% \)이내였다. 투입 기질 농도 \( 100 \mathrm{mM} \)에서 유량에 증가에 따라 기질의 전환율은 99 에서 \( 64 \% \)까지 감소하였고 \( 500 \mathrm{mM} \)에서 기질의 전환율은 97 에서 \( 44 \% \)까지 감소하였다. 이것은 유량이 증가할수록 기질의 공급속도가 증가하여 충진층 반응기에서 고정화 효소의 기질 전환 속도가 제한되기 때문이다. 하지만 높은 유량에 전환율은 낮지만 생산성의 관점에서 보면 생산성은 증가하게 된다.</p><p>유당의 농도 \( 100 \mathrm{mM} \)에서 투입되는 유량을 달리하면서 충진층 반응기의 길이에 따른 유당의 전환율을 수학적 모델에 의한 예측 결과를 나타내었다. 반응기 길이의 반을 지날 때 부피유속 100, 300, 그리고 \( 500 \mathrm{ml} / \mathrm{hr} \)에서 각각 기질의 전환율은 86, 53 그리고 \( 38 \% \)를 보였다. 유량이 낮을수록 충진층 반응기에서 높은 전환율을 나타냄을 알 수 있다. 충진층 반응기 운전에서 연속 조업의 안정성을 평가하기 위해 투입되는 유당의 농도를 \( 100 \mathrm{mM} \)로 하고 유량을 달리하면서 조업 시간에 따른 기질의 전환율의 수학적 모델에 의한 예측 결과를 나타내었다(Fig. 7). 조업 시간이 증가할수록 고정화 효소의 활성 감소로 인해 기질의 전환율이 감소함을 알 수 있다. 따라서 일정한 기질의 전환율을 유지하기 위해서는 충진층 반응기의 연속조업에서 유량을 계속적으로 감소시켜야 한다. 기존의 키토산 담체에 대한 고정화 효소의 연구는 고정화 방법의 개선이나 고정화에 대한 \( \mathrm{pH} \)나 온도와 같은 환경 요인이 미치는 영향에 대한 효소 고정화의 기본 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 산업적 응용이 가능하도록 효소반응 속도식에 대한 매개변수를 수학적 모델링과 최적화 기술을 통해 결정하였다. 또한 상업화의 가능성이 높은 충진층 반응기에서 연속 조업을 실시하고 수학적 모델링으로부터 그 결과를 적용하여 실험 결과를 정확히 예측하였다. 또한 속도식과 충진층 반응기에 대한 수학적 모델링을 통해 기질 농도와 효소의 비활성화에 대해 충진층 반응기의 운전에 대한 simulation을 가능하게 하였고 상업적인 반응기의 scale-up에 필요한 기본 자료를 제공하였다.</p>
유당의 투입농도를 많이 할수록 기질 전환율이 낮아지는가?
NO