열처리 활성탄에 대한 말토올리고당의 흡착 특성

Theories and Applications of Chem. Eng., 2002, Vol. 8, No. 1

유정욱, 조용익*, 조성용, 김승재

전남대학교 환경공학과

화학공학의 이론과 응용 제8권 제1호 2002년

*전남대학교 공업기술연구소

Adsorption Characteristics of Maltooligosaccharides on Heat-Treated 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

최근 생활 수준이 향상됨에 따라 건강에 대한 관심이 높아졌고, 이러한 건강 지향의 식생활 경향에 따라 기존 감미료의 단점을 극복할 대체 감미료의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 올리고당은 단당이 2∼10개가 연결되어 있는 여러 가지 당의 혼합물로서, 분자량이 300∼2000 정도인 저분자 물질이다. 이러한 올리고당은 우수한 감미특성을 갖고 있고, 전분식품의 노화방지 및 장내의 소화효소에 의해 분해되지 않고 대장에 도달되어 장내의 유용세균인 비피더스균에게 선택적으로 이용되어 비피더스균의 증식을 촉진시키며, 충치의 원인인 글루칸 합성을 억제하는 효과가 있는 것으로 알려져 있다[1, 2]. 이러한 기능성 때문에 올리고당에 대한 관심이 증대됨에 따라 올리고당의 분리 및 정제 공정에 대한 연구의 필요성이 커지고 있다[3].

본 연구에서는 말토올리고당을 분리, 정제하기 위하여 말토올리고당 흡착에 사용한 활성탄을 열처리 개질하여 말토올리고당의 흡착특성을 연구하였다.

실험 및 분석방법

1. 흡착제 및 피흡착제

본 연구에 사용된 흡착제는 야자각을 원료로 하여 제조한 활성탄 SLS103(㏇삼천리, 한국)과 역청탄을 원료로 하여 제조한 활성탄 F400(Calgon Co., U.S.A)을 체분리하여 0.42∼0.59mm 크기로 분리한 후 350℃에서 24시간 동안 열처리하여 사용하였고, 피흡착질제로는 시판용의 올리고당(㏇대상)을 2.7%(w/v)로 희석하여 사용하였다.

2. Zeta potential 측정

올리고당 수용액의 pH에 따라서 올리고당의 활성탄에의 흡착경향이 변하였는데, 이를 고찰하기 위해서 각 활성탄의 표면전하를 Laser-Doppler식 전기영동속도분포 측정장치(ELS-8000, Otsuka Electronics)을 이용하여 측정하였다. 특히, 본 실험에서 사용한 올리고당은 수용액 중에서 용해되므로 전기영동장치로는 측정이 어렵기 때문에 올리고당과 표면상태가 동일한 Dextran을 사용하여 측정하였다.

3. 흡착실험

300mL삼각플라스크에 열처리한 활성탄(SLS103과 F400)을 15g 투입하고 말토올리고당 희석액을 100mL씩 넣은 후 shaking incubator(LSI-3016R, Daihan Labtech Co.)를 이용하여 25℃, 200rpm으로 48시간 동안 교반 시키면서 흡착실험을 수행하였다.

4. 분석

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

결과 및 고찰

전기영동 장치를 사용하여 SLS103, F400 및 Dextran의 pH에 따른 Zeta potential을 측정한 결과를 Fig. 1에 나타냈다.  F400 및 SLS103과 비교하면 Dextran의 표면전하는 대부분의 pH범위에서 거의 일정한 값의 양전하를 띠고 있지만 pH 2.5부터 표면전하가 바뀌어 음전하를 띠게 된다.  한편 SLS103과 F400은 pH가 증가함에 따라서 음전하가 증가함을 알 수 있으며 SLS103은 pH 2.5이상에서, F400은 pH 4이상에서 음전하를 띠고 있다.  따라서 SLS103에의 올리고당의 흡착이 일어날 수 있는 pH는 2.5이상이며, F400의 경우는 pH 4 이상에서 활성탄과 당의 표면전하간의 정전기적 상호작용에 의한 흡착반응이 일어난다. 이상의 Zeta potential측정결과 활성탄에의 올리고당의 흡착은 pH에 대단히 안정한 Dextran에 비해 pH에 따라서 표면전하가 민감히 변하는 각 활성탄의 표면상태에 의해서 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.

개질 전과 개질 후의 활성탄의 흡착능력을 비교해보기 위하여 개질한 활성탄 SLS103과 F400 각 15g을 사용하여 말토올리고당 희석액 100mL의 흡착실험을 수행한 후, 그 결과를 개질하지 않은 활성탄의 흡착실험 결과와 비교하였다. SLS103은 개질 전보다 개질 후에 말토올리고당의 흡착속도가 약 48배 빨라진 것을 알 수 있었고(Fig. 2), F400은 개질 전과 개질 후의 말토올리고당의 흡착속도는 큰 변화가 없으나 G1에 대한 흡착능력이 약간 향상된 것을 확인 할 수 있었다(Fig. 3).

흡착실험 결과, 개질 전과 개질 후에 말토올리고당의 흡착속도 차이가 일어났는데 이를 규명하기 위해서는 개질한 흡착제의 Zeta potential에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.

References

1. Choi, Y. B., Kim, K. S. and Sohn, H. S.: "Recovery of Soy Oligosaccharides using Calcium Oxide", J. Food Sci., 27(2), 225(1995).

2. Martin, M. L. and  Hoseney, R. C.: "A mechanism of bread firming: Ⅱ. Role of starch hydrolyzing enzymes", Cereal Chem., 68, 503(1991).

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

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

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

화학공학의 이론과 응용 제8권 제1호 2002년

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