크로마토그래피 방법에 의한 말토올리고당의 분리

권태옥, 이재욱*, 조규진, 문일식

순천대학교 화학공학과, 서남대학교 화학공학과*

Separation of Maltooligosaccharides by Chromatography method

Tae Ouk Kwon, Jae Wook Lee, Gyou Jin Cho, Il Shik Moon

Department of Chemical Engineering, Sunchon National University, Sunchon

Department of Chemical Engineering, Seonam University, Namwon*

서 론

전분의 산 또는 효소에 의한 가수분해로 생성된 말토올리고당중 말토펜타오스는 의료 및 여러 분야에서 그 활용가치가 매우 높은 물질이다[1,2]. 본 실험실에서는 전분가수분해에 의해 생성된 말토올리고당중에서 저당류들을 활성탄으로 흡착하여 말토펜타오스의 순도를 향상시키는 연구를 이미 수행한 바 있다[3]. 활성탄 흡착법에 의해 농축된 말토올리고당은 말토트리오스와 말토펜타오스가 상대적으로 주성분을 구성하고 있으며, 활성탄 흡착법만으로는 고순도의 말토펜타오스만 선택적으로 분리해 내는데 어려움이 따른다. 따라서, 활성탄 흡착방법에 의해서 말토펜타오스의 순도를 향상시킨 용액에 크로마토그래피 분리방법을 이용한다면 훨씬 경제적으로 고순도의 말토펜타오스를 분리할 수 있을 것이다.

크로마토그래피 분리에서 최적의 분리 및 정제조건을 얻기 위해서는 시료와 고정상과의 관계 및 적절한 이동상의 조성, 그리고 pH 및 온도 등 분리에 영향을 미치는 인자들을 적절히 조절하여 목적하는 최적의 분리조건을 찾는 것이 우선 되어야 한다[4]. 따라서, 본 연구에서는 전분을 가수분해하여 얻은 말토올리고당 혼합용액 중에서 고순도의 말토펜타오스를 얻기 위한 효과적이고 경제적인 크로마토그래피 분리공정을 개발하는 기초연구로서 크로마토그래피 분리에 영향을 미치는 인자들을 조절하여 제조용 Column size에서의 말토펜타오스 분리의 최적 분리조건을 찾고자 한다.

실 험

본 실험에 사용한 흡착제는 Styrene에 DVB를 가교제로 공중합시킨 망상구조형의 비이온성 합성수지인 SP207(Mitsubishi Kasei Co.)을 사용하였다. 사용한 흡착물질은 Table 2에 나타내었으며, 모든 시약은 Sigma Co. (USA)로부터 구입한 후 정제과정 없이 HPLC용 증류수를 사용하여 시료를 제조하였다. 이동상의 조성은 pH 8.0 인산 buffer(0.2M Na2HPO4/0.2M NaH2PO4)와 Isopropanol, Methanol 그리고 HPLC용 증류수를 일정비로 혼합한 용액을 사용하였으며, 컬럼을 통과한 말토올리고당의 분석은 Chromatopack과 RID-10A refractive index detector가 부착된 HPLC(Shimazu, Japan)를 이용하여 분석하였다. 사용한 고분자 흡착제SP207의 물성을 Table 1에, 말토올리고당의 물성을 Table 2에 나타내었으며, 실험에 사용한 column과 실험조건을 Table 3에 나타내었다.

Table 1. Properties of a Polymeric Resin, SP207

Variables	range	Unit
Surface area	630	m2/g
Particle size	412	um
Particle density	611	kg/m3
Particel porosity	0.48	-
Moisture content	50	%
Ave. pore size	105	A

Table 2. Properties of Maltooligosaccharides.

Species	Chemical structure	Molecular weight
Glucose	C6H12O6	180.16
Maltose	C12H24O12	360.31
Maltotriose	C18H32O16	504.4
Maltopentaose	C30H52O26	828.7

Table 3. Experimental Conditions for a fixed-bed Column

Variables	range	Unit
Column dimension	16×290	mm
Temperature	25	℃
Concentration of Maltooligosaccharides	0.5-1.0	mol/L
Flow rate of Mobile phase	1.0	ml/min
pH of Mobile phase	2.5-11.3	-
Isopropyl alcohol conc. in Mobile phase	0.5-1.5	vol %
Methanol conc. in Mobile phase	0.5-1.5	"
Buffer solution conc. in Mobile phase	10.0-40.0	"

결과 및 토론

크로마토그래피 공정에서 분리도에 영향을 주는 가장 대표적인 인자인 이동상의 조성과 pH변화, 그리고 이동상에 buffer 첨가 유무에 따른 Chromatogram의 영향을 조사하였다. 이동상의 pH 변화가 말토올리고당의 elution profile에 미치는 영향을 Fig. 1과 2에 나타내었으며 Fig.에서 보인바와 같이 pH 2.5와 5.8의 산성범위에서는 각 당류의 retention time에 큰 변화가 없었으나, pH 11.0의 알카리 영역에서는 전체적으로 각 당류의 retention time이 줄어들었으며, 특히 말토펜타오스의 retention time이 상대적으로 크게 감소하였다. 이동상에 buffer의 유무가 말토올리고당의 elution profile에 미치는 영향을 Fig. 3에 나타내었으며, buffer solution의 첨가로 인해 말토스(G2)와 글루코스(G1)의 용출순서가 G1, G2의 순서에서 G2, G1의 순서로 바뀐 것을 제외하고는 전체적으로 elution time에는 큰 변화없이 RI값만 2배정도 증가함을 볼 수 있다. 이는 buffer solution이 column 내에서 말토올리고당의 흡착에 영향을 미친 결과로 보이며, elution time의 변화없이 RI 값이 2배 이상 증가하는 것은 말토올리고당의 분리 및 검출에 있어 긍정적인 결과로 볼 수 있겠다. 또한 이동상의 buffer solution의 조성을 10%∼40%로 증가시켜도 elution time에 큰 영향을 주지 않음을 알 수 있다. Fig. 3에 표시하지는 않았으나 0.5% buffer 조성에서도 비슷한 경향을 보이는 것으로 보아 소량 첨가로도 효과가 있을 것으로 판단된다. 이동상에서 MeOH의 조성이 말토트리오스와 말토펜타오스의 분리에 미치는 영향을 조사한 결과를 Fig. 4에 나타내었다. Fig. 4에 나타난 바와 같이 0.1%정도의 MeOH 첨가만으로도 말토트리오스로부터 말토펜타오스를 분리해 낼 수 있었는데, 이는 극성이 강한 물과 비극성인 충진제 사이에서 상대적으로 극성이 약한 MeOH가 첨가되어 시료의 체류시간에 영향을 주었기 때문인 것으로 보이며, 보다 나은 분리를 위해서 적절한 이동상의 조성 조건을 찾아 전체적인 분리시간은 감소시키고 분리도를 증가시키는 방향으로 앞으로의 연구가 진행되어야 할 것이다.

참고문헌

[1] J.W Lee, H.J Jung, H. Moon, and I.S. Moon, HAHAK KONGHAK, 37(6), (1999)

[2] 月刊 □□□□□□ Oct., (1989)

[3] 김영훈, 문일식, 특허 제149689호.

[4] 노경호, 이주원, HWAHAK KONGHAK, 36, 2, (1998)

Fig. 1. Effect of pH on elution profile of  Glucose and Maltose.

Fig. 2. Effect of pH on elution profile of Maltotriose and Maltopentaose.

Fig. 3. Effect of buffer solution addition to mobile phase on elution profiles         of Maltooligosaccharides.

Fig. 4. Effect of MeOH addition to mobile phase on Binary Composition

of Maltotriose and Maltopentaose.