Alcohol Oxidase와 Alcohol Dehydrogenase를 이용한 기상에서의 Ethanol의 산화반응

Oxidation of Ethanol in the Gas Phase with Alcohol Oxidase and Alcohol Dehydrogenase

Alcohol oxidase와 alcohol dehydrogenase를 DEAE-Cellulose와 ePG에 고정화시켜 에탄올을 산 화시키는 반응을 기상에서 수행하였다. 이 기상반응 의 반응활성은 반응온도와 효소의 hydration 정도에 큰 영향을 받았다. 온도에 의한 효소활성의 변화는 액상에셔의 경우와 비슷한 경향을 보였다. 즉 기상 반응에서도 $35^{\circ}C$에서 $40^{\circ}C$ 사이에서 최고의 활성을 나타내였다. 효소의 hydration 정도는 효소의 활성 에 매우 큰 영향을 끼치는 인자였는데 water activity가 0.8 정도까지는 water activIty가 증가함 에 따라 효소의 활성이 급격히 증가하다가 그 이상 에서는 다소 감소하는 경향을 보였다. 쇼소의 얀정 성도 water activity에 의해서 크게 영향을 받았는데 water actIvity가 0.5 정도까지는 water activity가 증가함에 따라 안정성이 비교적 급격히 감소하였고 그 이상의 water activity에서는 효소의 안정성이 water activity의 영향을 크게 받지 않고 어느 정도 엘정하게 유지되었다. 담체의 흡착성능이 기상반응에 마치는 영향을 알아보가 위하여 셔로 흡 착성능이 다른 DEAE-Cellulose와 CPG에 고정화 된 효소를 사용하여 반응을 비교해 본 결과 담체의 흡착성능은 반응에 별 영향을 주지 못했다. Alcoh이 O oxidase의 기상반응 속도상수(Km=0.24mM)는 액상에서의 값(Km=11.22mM)과 order of magni tude가 약 2 정도의 차이를 보여주었는데 이는 기질 인 에탄올의 기 액 평형상태에셔의 각상간의 농도의 order of magnitude 차와 비슷하였다. 같은 산화효 소류이나 조효소를 펠요로 하고 반응속도식이 많이 다른 alcohol dehydrogenase 효소에도, 기상반응 속도상수와 사용기질의 기 액평형 데이타와의 이와 같은 연관성이 성립하였다. 이같은 연관성이 산화환 원효소류가 아닌 다른 효소류에도 적용될지의 여부는 앞으로의 연구로 밝혀야 할 것이다.

The effects of reaction temperature and the level of hydration(water activity) were studied for gas phase reactions of alcohol oxidase and alcohol dehydrogenase immobilized on DEAE-cellulose and controlled pore glass(CPG). Optimum reaction temperature zone of gas phase reaction was similar to that of aqueous phase reaction. The activity of alcohol oxidase increased dramatically and the stability decreased when the water activity was increased from 0.3 to 0.8. The apparent activation energies of the gas phase reaction decreased approaching the values obtained in the aqueous phase reaction as the water activity increased. In the both cases of alcohol oxidase and alcohol dehydrogenase, the rate constants of the gas phase reaction were lower than those of aqueous phase reaction by two orders of magnitude and these results could be correlated to the vapor-liquid equilibrium data of the substrate, ethanol.