Separation of Highly Purified Antimicrobial Lysozyme Using Ultrafiltration and Characteristics of Membrane Fouling

한외여과 공정을 이용한 고순도 향균 Lysozyme 의 분리 및 막 침착 특성

The value of lysozyme as a natural food preservative is continuously increased due to its unique antimicrobial activity. To determine the optimum separation concentration among the various hen egg white protein (HEWP) concentrations (0.25, 0.5, 1.0, w/v), protein concentrations, lysozyme concentrations, specific activities (SA), and purification factors of prefiltered solution (PFS) and PM30 permeate solution (PMS) were compared. The purity of lysozyme separated at each step was analyzed and confirmed by gel permeation chromatography and electrophoresis. The fouling deposits on membrane were observed by SEM. The non-enzymatic proteins were removed over 99% by ultrafiltration (UF). The increased feed concentration did not contribute to the increase of SA. SA of PMS was 18 to 31 times higher than that of PFS. The optimum feed concentration was decided as 0.25% based on SA and purification factor. The non-enzymatic region of gel chromatogram was proved to be ovalbumin. The thickness of deposit on the UF membrane was approximately $0.9{\mu}m$ and removed by cleaning with 0.1 N NaOH. Therefore, UF using PM30 membrane was very effective to separate the antimicrobial lysozyme from various HEWPs.

난백 lysozyme은 박테리아 세포벽을 선택적으로 분해하므로 식품 가공 및 저장용 천연 식품보존제로서의 이용 가치가 높다. 농도(0.25, 0.5, 1.0%, w/v)를 달리한 난백 용액을 예비여과하여 얻은 여액(PFS)과 PFS를 $35^{\circ}C$에서 한외여과하여 얻은 여액(PMS)의 단백질 농도와 lysozyme 농도를 측정하고 비활성도와 purification factor를 계산하여 최적 분리 농도를 결정하였다. 난백 용액의 각 단계별 lysozyme의 분리 정제도를 겔 크로마토그래피와 전기영동으로 확인하였으며, PM30 막에 대한 난백 단백질의 막 침착도는 SEM으로 관찰하였다. 예비여과와 한외여과 단계를 거치면서 lysozyme 이외의 비효소성 단백질은 99% 이상이 제거되었다. 비활성도는 0.25% PMS>0.50% PMS>1.0% PMS 순이었으며 PFS에 비해 PMS의 비활성도는 한외여과 단계를 거치면서 최저 18배에서 최고 31배까지 증가하였으므로, 비활성도와 purification factor가 가장 높은 0.25% 난백 용액을 최적 농도로 결정하였다. 난백 용액(0.25%, w/v)의 겔투과 크로마토그래피 결과 비효소 획분은 대부분 ovalbumin으로 판명되었으며, 전기영동 결과 PMS내에는 고순도의 lysozyme이 존재하였다. 분자량이 큰 단백질들이 $0.9{\mu}m$의 두께로 한외여과 막 표면에 침착되었으나, SEM 관찰 결과 이들 침착 단백질의 대부분은 0.1 N NaOH로 세척시 제거되는 것으로 나타났다. 따라서, polysulfone계의 PM30 막을 사용한 한외여과 공정이 고순도의 lysozyme만을 선택적으로 분리하는데 매우 효과적이었다.