초음파로 향상된 삼상 분배

• 삼상 분배(TPP)는 생물학적 물질에서 지질, 효소, 다당류 및 기타 생체분자 등의 성분을 추출, 분리 및 정제하는 기술입니다.
• 초음파 보조 삼상 분배는 더 높은 수율, 향상된 순도 및 탁월한 속도로 기존 삼상 분배보다 우수한 성능을 발휘합니다.
• 초음파 삼상 분배는 소량과 대량 모두에 적용할 수 있으며 산업 생산 규모로 쉽게 확장할 수 있습니다.

초음파 삼상 분배

삼상 분배

삼상 분배(TPP)는 복잡한 혼합물에서 효소, 지질, 다당류 등의 생체분자를 분리, 정제 및 농축하는 간단하고 효율적인 단일 단계 공정입니다.
TPP는 충분한 양의 염(일반적으로 황산암모늄)과 유기 용매(주로 t-부탄올/tert-부탄올)를 순차적으로 첨가하여 수행합니다. 황산암모늄과 같은 염은 단백질을 침전시키기 위해 특정 포화도로 사용합니다. t-부탄올과 같은 유기 용매는 세 개의 상으로 이루어진 층을 형성하고 지질, 페놀성 물질 및 일부 세제와 같은 저분자량 화합물을 제거하기 위해 첨가합니다. t-부탄올은 끓는점이 높으면서도 에탄올과 메탄올보다 인화성이 낮으므로, t-부탄올은 TPP에서 선호되는 용매입니다.
조추출물을 처리하고 상등액을 따라낸 후, 혼합물은 세 개의 뚜렷한 상으로 분리됩니다. 상부 용매(t-부탄올) 상에는 비극성 화합물이 포함되며, 계면의 단백질 침전물이 이를 하부 수상(극성 화합물 함유)과 분리합니다. 원하는 단백질은 한 상으로, 다른 오염 단백질은 다른 상으로 선택적으로 분배됩니다. 이로써 단백질이 부분적으로 정제되고 농축됩니다. 이 추출 공정은 단백질의 코스모트로픽 침전, 염석, 등장성 공용매 침전 및 삼투성 침전이 결합된 과정입니다.

초음파로 향상된 삼상 분배

초음파 처리는 TPP 공정을 크게 강화합니다. 초음파 보조 삼상 분배는 생체분자의 분리 및 정제에 성공적으로 적용되고 있습니다. 다양한 생체분자가 더 짧은 시간에 더 효율적으로 분리되었습니다. 예를 들어 식물 유래 효소(브로멜라인, 파파인, 인버타아제, 폴리페놀 산화효소 및 트립신 억제제 등), 동물 유래 효소(트립신, α-키모트립신, 키모신, 펩신 및 루시페라아제 등), 미생물 유래 효소(리파아제, α-아밀라아제, α-갈락토시다아제, 세라티오펩티다아제, 사이클로덱스트린 글리코실전이효소 및 섬유소 용해 효소 등)가 초음파 TPP를 통해 정제되었습니다. 초음파 삼상 분배의 추가적인 이점은 다양한 효소의 활성이 향상된다는 점입니다. 표적 효소나 단백질이 유기상과 수상 사이의 중간층에 침전되므로 겉보기 수율이 더 높아집니다(약 100% 증가).
초음파 삼상 분배는 조시료에도 효과적으로 사용할 수 있으며 규모를 쉽게 확장할 수 있습니다.

초음파 삼상 분배(US-TPP)의 적용 사례

아스타잔틴 추출을 위한 초음파 TPP

아스타잔틴(AX) 추출에서 TPP와 Hielscher 초음파 처리기 UP400S를 이용한 초음파 처리를 결합하는 방법은 간단하고 적용하기 쉬울 뿐만 아니라, Paracoccus NBRC 101723의 세균 바이오매스에서 AX를 분리하는 매우 효율적인 기술입니다. 최적의 추출 결과를 얻기 위해 초음파 처리의 운전 변수를 최적화할 수 있습니다. 진폭, 시간, 온도, 추출 용기(크기, 형태)와 같은 초음파 처리 매개변수와 바이오매스의 입자 크기는 초음파에 의한 바이오매스의 AX 방출에 큰 영향을 미칩니다. AX를 빠르고 효율적으로 추출할 때, 습윤 바이오매스의 초음파 처리는 건조 바이오매스의 초음파 TPP보다 더 좋은 결과를 제공합니다. 초음파 TPP는 기존 용매 추출보다 AX 회수율이 37% 더 높습니다. (참조: Chougle et al. 2013)

Andrographis paniculata에서 안드로그라폴라이드를 분리하기 위한 초음파 TPP

안드로그라폴라이드는 라브단계 디테르페노이드로, 높은 항염증, 항산화, 간 보호, 항발암 및 항당뇨 효과로 가치를 인정받고 있습니다. 비교 연구에 따르면 초음파 TPP는 기존 TPP에 비해 안드로그라폴라이드의 수율을 높일 뿐만 아니라 항산화 활성도 개선합니다.

삼상 분배용 고성능 초음파 처리기

Hielscher Ultrasonics는 추출을 비롯한 다양한 공정에 사용하는 고출력 초음파 시스템의 설계 및 제조를 전문으로 합니다.
당사의 제품군은 소형이면서 강력한 실험실용 초음파 처리기, 견고한 탁상형 균질기 및 산업용 고성능 초음파 시스템을 포괄합니다. 다양한 액세서리를 통해 초음파 시스템을 고객의 특정 공정 요구사항에 이상적으로 맞출 수 있습니다. 모든 Hielscher 초음파 처리기는 전부하 상태에서 24/7 운전하도록 제작됩니다.
당사는 초음파 처리 분야에서 오랜 경험을 바탕으로 고객의 첫 초음파 시험부터 공정 최적화와 산업 규모 구현 단계까지 자문을 제공합니다.
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문헌/참고문헌

• Chougle, J.A: et al. (2013): 초음파 보조 삼상 분배(UATPP): Paracoccus NBRC 101723에서 아스타잔틴을 추출하기 위해 개발된 새로운 기술. CSBE/SCGAB 2013 – 연례 학술대회, University of Saskatchewan, Saskatoon, 7-10th July 2013.
• Ketnawa, S. et al (2017): 효소 분리를 위한 상 분배: 개요 및 최근 응용. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1–24.
• Varakumar, S. et al. (2017): 효소 보조 삼상 분배를 이용한 생강(Zingiber officinale) 뿌리줄기 분말의 올레오레진 추출 향상. Food Chemistry 216, 2017. 27–36.
• Yan J.-K. et al. (2018): Corbicula fluminea 다당류의 추출 및 분리를 위한 초음파와 삼상 분배의 상승 작용 및 가능한 관련 메커니즘. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, Part A, 2018. 128–134.