포도당 산화 효소 반응을 이용한 3상 실관 생화학 반응기의 해석

Abstract

본 실험에서는 실관 생화학 반응기를 이용한 3상 반응을 이론적으로 해석하고 이를 실험적으로 입증하였다. 대상 반응으로는 포도당 산화 효소반응을 채택하였으며 실관의 다공성 지지부에 고정화된 효소의 누출을 막기위해 실관의 외벽을 125±25 μm 두께로 코팅하였다. 3 상 반응의 경우 기체의 확산이 전체 반응의 율속 단계로 작용하기 쉬우며 여기서도 이러한 산소의 확산저항을 고려하여 oxygen limitation이란 가정을 도입, 전체적인 반응속도를 산소에 대한 Michaelis - Menten 식으로 표시하여 해석하였다. 그 결과 실리콘과 실관의 다공성 지지부의 두께가 증가할수록, 또 Thiele mo dulus 가 증가할수록 유효인자는 감소하였으며 코팅두께보다는 다공성 지지부의 두께가 유효인자에 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 포도당 산화효소 반응의 경우 본 계 (system) 에서는 포도당 농도가 75mM 이상일때 oxygen limitation 을 보여 주었으며 이 조건에서의 유효인자를 위에서 구한 이론치와 비교한 결과 실험치가 이론치에 비해 15~25% 정도로 낮게 나타났다. 이러한 감소는 실관의 희석효과, 고정화로 인한 효소의 intrinsic activity reduction 등의 영향인 것으로 해석된다. 하지만 실험치와 이론치의 경향이 뚜렷이 일치하고 또 15~25%의 오차 범위에서 그 유효인자 값이 서로 근사한 것으로 보아 oxygen limitation 하에서 세운 본 모형이 매우 타당함을 알 수 있다. 따라서 실관을 이용한 여타의 3 상 반응에 있어서도 기체확산이 전체반응의 율속단계로 작용할 경우 본 모형을 이용하여 간단히 수학적으로 해석할 수 있다.