리파제 고정화를 위한 세리신/실리카 나노입자의 제조

Abstract

본 연구에서는 리파제 고정화를 위한 지지체로서 세리신과 실리카를 이용한 나노입자를 합성하였고, 고정화한 리파제의 활성과 안정성을 높게 유지시킬 수 있는 나노입자의 제조조건을 확립하였다. 먼저 세리신/실리카 나노입자의 합성은 두 가지 실리카 전구체(TEOS와 APTES)와 세리신을 혼합하여 제조하였으며, 실리카 전구체 중 (3-아미노프로필)트리에톡시실란 (APTES)의 함량이 증가할수록 나노입자의 수율과 크기가 증가함을 확인할 수 있었다. 세리신이 포함되는 경우에는 나노입자 수율은 증가하였으나, 합성되는 실리카의 양은 변화가 없었다. 또한 세리신이 포함되는 경우 나노입자의 크기가 감소하여 표면적은 증가하였으나 세리신의 농도가 0.5 wt% 이상인 경우에는 응집이 발생하여 균제도가 감소하였다. 글루타알데히드 (GA)를 이용하여 효소를 나노입자 표면에 화학적으로 결합시키기 위해 필요한 아민기의 개수는 실리카 전구체 중 APTES의 농도가 높아질수록 증가했다. 세리신이 포함된 경우 나노입자의 크기 감소로 인한 표면적 증가로 표면에 존재하는 아민기가 증가하였으나, 세리신에 의한 응집이 발생하는 경우에는 표면의 아민기의 개수가 감소하였다. 리파제의 고정화량은 세리신이 포함된 경우 감소하였으나, 세리신이 포함된 경우 세리신 농도 0.25 wt%에서 최대를 나타내었고, 고정화한 리파제의 활성 역시 세리신 농도 0.25 wt%에서 최대를 나타내었다. 고정화 효소의 메탄올에 대한 안정성을 살펴본 결과, 고정화되지 않은 리파제에 비해 높은 활성을 유지할 수 있었고, 반복 사용에도 효율이 급격히 감소하지 않고 7회 반복 사용 이후에도 초기 대비 60% 이상의 활성을 유지함을 확인할 수 있었다. 이상의 결과 제조한 세리신/실리카 나노입자 지지체가 리파제 고정화에 이용될 수 있을 가능성을 확인할 수 있었다.

Lipase has been used as a biocatalyst in various reactions such as hydrolysis, transesterification, and alcoholysis of fatty acid. In this study, sericin/silica nanoparticles were prepared for lipase immobilization supports. The sericin/silica nanoparticles were synthesized using two silica precursors, (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) and tetraethyl orthosilicate (TEOS). The increase in APTES concentration resulted in an increase of nanoparticles yield and particle size. In presence of sericin, the product yield was not changed, but the particle size was reduced and the particle uniformity was decreased. In addition, aggregation of particles was occurred when the concentration of the sericin solution was over 0.5 wt%. The quantity of amino groups was increased when the concentration of sericin was increased up to 0.5 wt% due to the reduced particle size. Although the bound lipase quantity on the sericin/silica nanoparticles was lower than that on the silica nanoparticle, the activity of lipase was higher when the concentration of sericin was 0.25 wt%. Reusability of the immobilized lipase on the sericin/silica nanoparticles were tested. The activity of immobilized lipase was retained even after seven recyclings. Finally, the immobilized lipase on the prepared sericin/silica nanoparticles showed higher stability against methanol than free lipase. Therefore, it can be concluded that the immobilized lipase on the sericin/silica nanoparticles could potentially be utilized in the biodiesel synthesis process.