이 글은 물질의 분리과정과 구조결정에 관련되는 단계, 방법들에 대하여 개술하였다. 물질의 분리에서는 분리매질에 있어서 분리하고자 하는 물질의 특이한 물성을 이용할 수 있는 매질의 개발이 지속될 것으로 생각되며, 구조결정의 각방법들에서도 software의 발달로 미량의 물질로부터 구조를 결정할 수 있는 방향으로 진전할 것이다.
오늘날 막분리공정의 응용은 다른 분리공정에 비해 경제성과 편리성으로 비교우위에 있어 점차로 사용규모면에 있어서 증대되고 있다. 예를 들면, 바닷물을 음용수로 전환하거나 식품이나 의약공업에서 고분자화합물을 정제, 농축, 분리할 뿐만아니라 신장에서 불순물을 제거에 이르기까지 확대발전되어오고 있으며 화공약품의 분리회수, 초순수화나 환경산업의 폐수처리, 가스의 분리와 회수등의 응용에 이르기까지 쓰임새가 다양하며, 앞으로의 응용범위는 새로운 기능의 분리막개발과 함께 점점 확대되고 있다. 이와같은 막분리공정상 물질전달의 기본적특성인 추진력과 물리적인 성질의 중요성을 이해하는 것은 막분리공정을 설계제작하는데 필요하다. 막내에서 물질전달은 분리코져하는 물질의 확산, 전기장에의한 대류속도, 농도, 압력, 흡착 그리고 온도구배 등 물질이동현상을 조절하는 인자들 뿐만아니라 막의 물리적, 화학적 특성과 분리대상물질의 물리화학적 특성등에 의해 결정된다. 이러한 막내에서의 추진력들은 서로 상호 보완적이고 경우에 따라서는 새로운 효과를 나타낼 수 있다. 본 논문에서는 추진력에 따른 막물질이동에 영향을 주는 요소들을 저자가 경험한 결과들을 토대로 총론형식으로 열거하였다.
새로운 항생물질을 개발하기 위하여 토양으로부터 분리한 균주를 액체 및 고체배지에서 배양하여 여러 검정균에 대하여 종이디스크법으로 항균효력을 조사하였다. 그 결과 (+), G(-), fungi 등에 강한 항균 효력을 보인 토양균 SNUS 8810-43과 Mycobacterium, fungi에 항균력을 보인 토양균 SNUS 8810-129를 선택하여 각각의 배양액에서 항생물질을 분리하고, 분리한 항생물질의 구조를 규명하고자 하였다. 토양균 SNUS 8810-43의 배양액으로부터 항생물질을 분리하기 위하여 양이온 교환 수지 관 크로마토그래피와 셀룰로오스 관 크로마토그래피를 수행하여 시료 JJH-II-46-43을 얻었다. 시료 JJH-II-46-43의 IR, $^1$H-NMR, $^{13}$C-NMR, $^1$H-$^1$H COSY, $^1$H-$^{13}$C COSY, FAB-MS 스펙트럼을 얻어 분리한 항생물질의 구조를 분석하여 이 항생물질의 구조가 N-methylstreptothricin과 동일하다는 것을 확인하였다. Mycobacterium smegmatis에 강한 활성을 나타내는 물질을 토양균 SNUS 8810-129로 부터 분리하였다. 토양균 SNUS 8810-129를 배양한 V-8 아가판을 메탄올로 추출하여 이를 실리카겔 관 크로마토그래피와 preparative TLC로 시료 LCH-IV-17B, LCH-III-387을 얻었다. 시료LCH-IV-l7B, LCH-III-387의 $^1$H-NMR, $^{13}$C-NMR, FAB-MS, CI-MS, IR등의 스펙트럼을 얻어 분리한 항생물질의 구조를 분석하여 이 항생물질이 glycolipid계 항생물질이라는 것을 알았다. $^{13}$C-NMR 상의 자료와 화학적인 방법으로 구성당을 조사한 결과 이 항생물질을 이루고있는 당은 rhamnose 임을 알았다. 또 이 항생물질을 구성하는 지방산은 화학적인 방법과 MS 스펙트럼, $^{13}$C-NMR 스펙트럼으로부터 hydroxydecanoic acid인 것으로 확인되었다. 항생물질 LCH-III-387와 항생물질 LCH-IV-l7B는 각각 rhamnose를 1, 2개 포함하고 있는 것으로 확인되었다. 그리고 동일한 탄소수의 지방산을 가지고 있는 것으로 생각되었다. 이들 항생물질을 이루는 구성당과 지방산간의 정확한 연결및 구조, 생리활성에 관한 연구는 계속 수행중에 있다.
국내의 토양에서 Streptomyces spp.를 분리하였고 이 중 항균활성이 우수한 균주들을 선별하였다. 이들 균주들을 적절한 조건에서 배양하여 얻은 배양액을 이온 교한 수지와 흡착 크로마토그래피를 행하여 항생물질들을 분리하였다. 이들 항생물질들은 Bacillus subtilis, Pyricularia oryzae, Alternaria mail, Candida albicans, Mycobacterium smegmatis, Pseudomonas aeruginosa , 및 Escherichia coli에 강한 항균활성을 나타내었다. 각 항생물질들을 산으로 가수분해하고 흡착관 크로마토그래피로 가수분해 생성물을 분리하였다. 분리한 항생물질과 가수분해 생성물들의 $^1$IH-NMR, $13^{C}$ -NMR, FAB-Mass 스펙트럼을 분석하여 구조를 연구하였다.
막분리법은, 물질을 분리하는 분리기술의 하나이다. 분리기술에는 증류법, 흡착법등의 다양한 방법이 있지만, 막분리방법은 일반적으로 분리기능을 갖는 고체의 막을 이용하는 특징을 가지고 있다. 다음의 그림에는 나타나 있는 각종 분리기술에 대해 분리에 이용하는 성질과 대상으로 하는 물질의 크기를 나타내고 있다. 표시되어 있는 공정이 분리막법의 공정이다. 막분리법은 사용한 막의 종류에 따라 분리레벨에서 입자레벨에 까지 폭넓게 적용 가능하다. (중략)
본 실험은 해수 미세 조류인 Chlorella capsuiata로부터 신경세포에 대한 활성을 증가시키는 기능성물질을 분리하여 해수자원의 생체 조절자원으로서의 가능성을 제시하고자 실시하였다. 선별된 해수 Chlorella를 이용하여 활성물질을 분리한 뒤, 그 물질의 신경활성을 탐색하였다. C. capsulata의 물 추출물로부터 분리된 분획물(CCE)의 분자량은 약 45KDa(data not shown)으로 기존에 연구된 60~100 KDa보다 더 낮은 범위에서 물질이 분리되었으며, 이는 현재 발표된 많은 연구결과에서 주장하는 물질들과는 다른 종류의 물질임을 제시하고 있어 이에 보다 심층적인 연구가 수행되어져야 한다고 생각된다. 실험 결과를 통해 볼 때 활성을나타낸 주된 물질은 C. capsulata의 수용성 성분으로 생각되어지며, 260 nm에서 최대 흡광도를 나타내는 물질로 C. capsulate에 존재하는 단백질이 열 변성에 의해 탄수화물과 결합한 glycoprotein의 형태로 존재하는 것으로 추측되지만 일부의 연구결과에서 280nm에 최대 흡광도를 보이는 활성물질이 glycoprotein이라고 주장하고 있어 이 분획물(CCE)에 대한 좀더 심도 깊은 연구가 수행되어져야 한다고 생각된다. 이는 최근에 발표된 Chiorella의 기능성과 관련한 논문들에서 언급한 내용들과 유사한 결과를 나타내지만 대부분이 담수조류에 대한 활성 탐색의 결과임을 감안한다면 본 실험을 통해 해수 미세조류로부터 분리된 물질의 새로운 활성물질로서의 가능성을 제시한 것이라 하겠다. 또한, 다른 유기용매를 통해 활성물질을 분리하는 것과 달리 순수한 물을 통해 Chlorella의 수용성 성분을 추출하는 것이 좀더 신경세포의 활성을 증가시킨다는 것을 확인하였다. 앞으로 이 수용성 물질에 대찬 면역활성과 in vivo 실험을 통해 좀더 깊은 연구가 수행되어지고, 나아가 대량배양기술, 분리정제 기술이 뒷받침된다면, 고비용의 동물세포를 이용한 신경활성물질을 대체할 새로운 신경 활성물질 개발은 물론 다방면에 걸친 생체 조절기능을 가진 기능성 소재로서 활용 범위가 점차 확되지 않을까 생각한다.
보리로부터 분리한 Fusarium sp. BYA-1균주의 감자한천배지 배양체로부터 여러 식물병원곰팡이에 길항력을 나타내는 세 개의 항생물질을 분리하였다. 추출한 세 개의 항생물질은 silica gel관 크로마토그래피와 분취 HPLC, 그리고 Phytolhthora capsici 검정을 이용하여 정제하였다. 이들 분리한 항생물질들을 동정하기 위하여 융점 결정, 자외선흡광법, 질량분석 및 핵자기공명법 등의 기기분석을 실시하였다. 그 결과, 세 개의 항진균성 항생물질들은 fusarielin A, enniatin B, 그리고 enniatin B\ulcorner으로 각각 동정되었다. 분리한 세 개의 물질 중 fusarielin A가 공시된 곰팡이에 가장 강한 항균활성을 나타내었으며, 최소저해농도는 40$\mu\textrm{g}$/ml이하였다. Fusarium속 균주가 구조적으로 다른 두 종류의 항진균성 항생물질인 fusarielin A와 enniatins을 동시에 생성한다는 것은 본 논문에서 처음으로 보고하는 것이다.
새로운 항생물질을 개발하기 위하여 토양으로부터 분리한 균주를 액체배지에서 배양하여 그 배양액을 여러 검정균에 대하여 종이디스크법으로 항균효력을 측정하였다. 그 결과 G(+), G(-)균에 강한 항균효력을 보인 토양균 SNUS 9101-55와 C. aibicans와 같은 진균류에 항균력을 보인 토양균 SN-US 9101-68을 선택하여 각각의 배양액에서 항생물질을 분리하고, 분리한 항생물질의 구조를 규명하고자 하였다. 토양균 SNUS 9101-55의 배양액으로부터 항생물질을 분리하기 위하여 양이온 교환수지 관 크로마토그래피와 셀룰로오스 관 크로마토그래피를 수행하여 시료 AMJ-I-212-B를 얻었다. 시료 AMJ-I-212-B의 IR, $^1$H-NMR, FAB-MS 스펙트럼을 얻어 분리한 항생물질의 구조를 분석하고 Sakaguchi test와 같은 정색반응을 통하여 그 발색단을 동정하여 이 항생물질의 구조가 스트렙토마이신과 동일하다는 것을 확인하였다.
본 실험은 동해 주문진 해안에 생육하는 12가지의 식용 해조류에서 새로운 천연 항산화물질을 분리하고자 여러 용매로 추출, column chromatography로 분리, 정제하고 항산화 활성측정(AOM법, DPPH법), UV-spectrophotometer 측정, HPLC, GC/MS 분석 등의 실험을 실시한 결과 12가지의 식용 해조류를 hot-methanol로 추출하여 AOM법으로 활성측정한 결과 김>미역, BHT>다시마>넓미역>지누아리>서실 눈으로 활성을 보였으며 나머지 해조류는 활성을 나타내지 않았다. 또한 클로로포름 추출액과 메탄올 추출 혼합액을 석유 에테르, 에테르, 클로로포름, 메탄올, 물 등의 용매로 순차적으로 추출, 색소제거, 농축하여 DPPH법으로 항산화 활성을 측정한 결과 aqueous-methanol 가용분획에서 강한 항산화 활성을 나타내었고, 다른 추출분획에서는 활성을 나타내지 않았으며, 이 때 김>미역>다시마>BHA>파래>Tocopherol>넓미역>BHT의 순으로 활성을 보였다. 특히 김, 미역, 다시마, 파래는 같은 양에서 BHA, BHT보다 높거나 대등한 수준의 항산화 활성을 보여 주었다. 활성물질의 회수율은 1.82%였다. 이들이 극성 용매에서 분리된 분획에서 강한 항산화 활성을 나타내므로 극성을 띤 물질로 보여진다. 또한 이들 활성분획 각각을 silica gel column chromatography로 분리 정제하여 DPPH법으로 항산화 활성을 측정한 결과 메탄올 분획에서 분리된 물질에서 강한 항산화 활성을 나타내었다. 이와 같이 분리 정제된 항산화성 물질의 UV 흡수특성을 측정한 결과 BHA나 BHT의 흡수파장 보다 단파장인 $235{\pm}5\;nm,\;270{\pm}5\;nm$에서 극대흡수(${\lambda}_{max}$)의 이동을 보였는데, 이는 활성물질 분자에 전기음성도가 비교적 큰 분자가 치환되어 있음을 알 수 있었다. HPLC분석에서는 다시마, 미역, 파래의 경우 retention time이 8.5분, 10분인 극성물질이 분리되었고, 김에서는 25분인 대체로 비극성에 가까운 물질이 분리되었다. 이것이 BHA, BHT와 거의 같은 RT에서 분리되는 것으로 보아 유사한 화학적 성질을 가진 물질로 해석 되어진다. 분리된 항산화성 물질의 분자량은 GC/MS 분석으로 얻은 mass spectrum을 해석한 결과 181, 238의 두 가지 물질로 비교적 작은 안정한 항산화성 물질로 사료되어 진다.
막분리에 의한 정수처리에서는 재래식의 응집, 침전, 여과공정을 대신하는 고액분리공정으로서 이용되고 있다. 이러한 막분리를 이용한 정수처리에는 한외여과막 및 정밀여막이 주로 이용되고 있으며, 이러한 막을 이용하므로써 원수중의 고분자성유기물질, 콜로이드물질등을 제거할수 있다. 그러나 미량유기물질과 같은 저분자성물질은 한외여과 및 정밀여과같은 정도의 배제 크기를 가지는 막으로는 분리할수 없다. 따라서 한외여과막 및 정밀여과막으로 분리할수없는 물질들은 역삼투막을 이용하고 있다. 이러한 막을 이용하므로써 응집제의 절약, 부지면적의 절감, 무인운전 및 응집제를 이용하지 않으므로써 알루미늄에의해 기인하는 치매병을 방지할수 있는등 여러가지의 장점이 있다. 특히 분리막을 이용한 정수처리는 프랑스, 미국, 일본 등을 중심으로 연구 개발되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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