중공사 막반응기에서 단백질용액의 한외여과시 유출속도에 미치는 Fouling의 영향

Effects of Fouling on Permeate Flux during Ultrafiltration of Protein Solutions in a Hollow-Fiber Membrane Reactor

중공사막 반응기를 이용한 유용단백질의 분리 빛 효소로 분해된 단백칠 가수분해물의 분자량별 분획 에 있어서 발생되는 fouling 현상은 투과유출속도의 감소와 막반응기의 효율적인 이용에 문제가 되는 주 된 원인이다. 따라서 본 연구에서는 중공사막(MW 10,000 cut off)반응기를 이용하여 단백질(gelatin, milk casein 및 bovine serum albumin)을 연속적으 로 가수분해할 때 가수분해물의 한외여과에 있어 발생되는 fouling을 알아 보기 위해 막반응기의 작동 시간, 단백질 용액의 농도, 온도 빛 pH 변화에 따른 투과유출속도로 측정하였으며, 아울러 효소 첨가에 의한 생성물의 투과유출속도도 효소무첨가구와 비교 검토하였다. Gelatin용액의 초기 투과유출속도는 $19.3\ell/m^2.hr$로 작동시간에 관계없이 거의 일정하였으며, casem 빛 albumin용액은 각각 작동시간 60 분 후에 초기 투과유출속도의 50% 빛 43%가 감소 하였다. 단백질 용액의 농도 빛 온도의 증가에 따른 투과유출속도는 증가하는 경향을 보였으며, pH 변 화에 따른 투과유출속도는 세 종류의 단백칠 모두­등전점 pH영역에서 가장 낮았다. Alcalase의 첨가 로 인한 gelatin 용액의 투과유출속도는 작동시간 40분까지 초기 투과유출속도에 비해 $7.51\ell/m^2.hr$증가하였으나, 불용성 단백질인 cas em 빛 albumin 용액의 투과유출속도는 초기 투과유출속도에 비해 감소하는 경향이였다. 그러나 효소를 첨가하지 않았 을 경우보다는 향상되었다. 따라서 연속식 재순환 막효소반응기에셔 분해물의 투과유출속도는 단백질의 성질이 변하지 않는 온도범위 내에서 온도의 증가 및 등전점 pH영역을 벗어난 pH로 조정해야 하며, 불용성 단백질의 경우는 가수분해시 미리 단백질을 효소로 엘정시간 처리한 다음 재순환시키면 fouling을 현저하게 감소시킬 수 있다.

It is known that a key limiting factor to the use of ultrafiltration membranes is that of membrane fouling, which has been a major cause of permeate flux reduction. In this work, the effects of several factors (operating time, protein concentration, temperature and pH, etc.) influencing permeate flux during ultrafiltration of gelatin, casein and bovine serum albumin using a hollow fiber membrane(M. W. 10,000 cut off) reactor have been examined. The permeate flux of gelatin solution was maintained almost constant during the operation up to 6 hours, but those of casein and albumin solutions were decreased to 50% and 43% of initial value after an operation time of 60min. The permeate flux with increasing concentration and temperature of protein solutions increased, but the permeate flux showed a minimum value near the isoelectric point of proteins. The permeate fluxes of protein solution were enhanced by a temperature increase and pH control. Also, it is proposed that fouling can be decreased by the pretreatment of insoluble proteins with enzymes.