활성탄에 따른 말토올리고당의 흡착 및 탈착 특성

유정욱, 조용익*, 조성용, 김승재

전남대학교 환경공학과

Adsorption and Desorption Characteristics of Maltooligosaccharides for different Activated Carbons

Jung Wook Yoo, Yong Ick Cho*, Sung Yong Cho, Seung Jai Kim

Department of Environmental Engineering, *Engineering Reseach Institute, Chonnam National University, Kwangju 500-757, Korea

서 론

올리고당은 단당이 2∼10개가 연결되어 있는 여러 가지 당의 혼합물로서, 분자량이 300∼2000 정도인 저분자 물질이다. 이러한 올리고당은 기존의 감미료인 설탕, 물엿과 비슷한 단맛을 부여하면서 난소화성이기 때문에 저칼로리당으로 사용되고 있고 전분식품에 첨가할 경우 제품의 노화를 방지하며, 특히 장내의 소화효소에 의해 분해되지 않고 대장에 도달되어 장내의 유용세균인 비피더스균에게 선택적으로 이용되어 비피더스균의 증식을 촉진시키는 효과뿐만 아니라 충치의 원인인 글루칸 합성을 억제하여 충치를 예방하는 기능을 가지고 있어 기능성 식품소재로서도 주목을 받고 있다[1, 2]. 이러한 기능 때문에 올리고당에 대한 관심이 증대되고 있고, 최근에는 특정한 올리고당만을 선택적으로 생산하는 amylase가 발견되면서 효소를 이용해 올리고당을 생산하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이에 따른 올리고당의 분리 및 정제 공정에 대한 연구의 필요성이 커지고 있다[3].

본 연구는 올리고당을 생산, 활용하기 위한 기초연구로서 활성탄의 물리적 특성에 따른 말토올리고당의 흡착 및 탈착 특성을 연구하였다.

실험 및 분석방법

본 연구에 사용된 흡착제는 야자각을 원료로 하여 제조한 활성탄 SLS103(㏇삼천리, 한국)과 역청탄을 원료로 하여 제조한 활성탄 F400(Calgon Co., U.S.A)이며, 체분리하여 30-40mesh 크기의 입자를 사용하였고, 피흡착질제로는 시판용의 올리고당(㏇대상)을 2.7%(w/v)로 희석하여 사용하였다.

1. 흡착실험

300mL삼각플라스크에 활성탄(SLS103과 F400)을 일정량(1∼18g) 투입하고 말토올리고당 희석액을 100mL씩 넣은 후 shaking incubator(LSI-3016R, Daihan Labtech Co.)를 이용하여 25□, 200rpm으로 48시간 동안 교반 시키면서 말토올리고당을 흡착시켰다.

2. 탈착실험

흡착을 마친 흡착제는 auto clave(DAC-822, Daeil Engineering Co.)에서 1.5atm, 120□로 15분간 유지하여 멸균 처리한 증류수로 수 회 세척 한 다음, 3, 15, 50% ethanol 수용액 100mL에 투입 후, shaking incubator에서 25□, 200rpm으로 24시간 동안 교반 시키면서 말토올리고당을 탈착시켰다.

3. pH 조절

pH에 따른 말토올리고당의 흡착특성을 확인하기 위하여 100mL 시료병에 흡착제(SLS103) 8g과 말토올리고당 희석액 50mL를 투입하고 자석 교반기를 이용하여 교반 시키면서 초산과 염산을 사용하여 pH를 조절한 후, shaking incubator를 이용하여 25□,  200rpm으로 48시간 동안 교반 시키면서 올리고당을 흡착시켰다.

4. 분석

올리고당의 조성은 liquid chromatography의 한 종류인 TLC(Silica gel 60, Merck, Germany)를 사용하여 분석하였다[4, 5].

결과 및 고찰

흡착제(SLS103과 F400) 15g을 사용하여 말토올리고당 희석액 100mL의 흡착실험을 수행한 결과, G1(glucose)과 G2(maltose)가 흡착평형에 도달한 시간은 각각 150분과 720분으로, 1440분인 G3(maltotriose)나 2880분인 G5(maltopentaose)와 G7(maltoheptaose)에 비해 매우 빨랐으며, F400에 대한 G5(maltopentaose)와 G7(maltoheptaose)이 흡착평형에 도달한 시간은 각각 8분과 10분으로 60분이 걸린 G1(glucose), G2(maltose), G3(maltotri-

ose) 보다 매우 빨랐다(Fig. 1).

말토올리고당 흡착에 사용한 흡착제(SLS103과 F400)에 3, 15, 50% ethanol 수용액 100mL를 투입하여 말토올리고당의 탈착실험을 수행한 결과를 Table 1에 나타내었는데, ethanol 수용액의 농도가 낮을수록 분자크기가 작은 당들이 먼저 탈착 되었다.

pH 조절에 따른 말토올리고당의 흡착특성을 Fig. 2에 나타내었는데, pH가 산성에 가까워질수록 말토올리고당의 흡착이 낮아지는 것을 보여준다.

References

1. 박관화, "탄수화물 신소재의 개발", 식품과학과 산업, 25(2), 73 (1992).

2. Mok, C.K., Ku, K.H., Park, D.J., Kim, N.S. and Sohn, H.S., "Ultrafiltration of Soybean Cooking Water for the Production of Soy-oligosaccharides", J. Food Sci., 27(2), 181 (1995).

3. S.H. Yoon, M.J. Kim, J.W. Kim, K.S. Kwon, Y.W. Lee, and K.H. Park. 1995. "Purification and Characterization of a Novel Malto-oligosaccharides Forming □-Amylase from Bacillus sp. SUH4-2", Appl. Microbiol. Biotechnol. 23: 573-579.

4. N.S. Han, and J.F. Robyt, Carbohydr. Res., 313 (1998) 135-137.

5. R. Mukerjea, D. Kim, and J.F. Robyt, Carbohydr. Res., 292 (1996) 11-20.

Table 1. Desorption rates of maltooligosaccharides

Concentration of EtOH	Adsorbent	Maltooligosaccharides	Desorption rate (%)
3%	SLS103	G1	76.3
		G2	8.9
		G3	9.2
	F400	G1	76.9
		G2	7.4
		G3	7.5
15%	SLS103	G1	93.8
		G2	84.5
		G3	90.6
		G5	39.8
		G7	33.8
	F400	G1	92.6
		G2	82.4
		G3	89.9
		G5	38.9
50%	SLS103	G1	98.7
		G2	98.1
		G3	98.7
		G5	98.7
		G7	98.5
	F400	G1	98.7
		G2	96.1
		G3	96.4
		G5	98.9
		G7	99.2