본 실험은 효소 반응을 통한 회분식 반응기를 사용하여 녹말의 분해 정도를 측정하기 하였다. 그 결과, 효소의 고정화에 따라 기질이 효소로 접근하는 물질전달에서 효소 자체의 변화에 따라 기질의 친화도가 감소되는 것을 발견하였으며 고정화 효소의 경우에는 오랫동안 안정성이 유지되고 자석으로 회수하여 재사용이 가능하다는 장점을 고려하면 Table 1에서의 효소 고정화에 따른 활성도의 감소효과를 충분히 능가하는 결과를 보여주고 있다.
<h1>결 과</h1><h2>Scanning Image Analysis (SEM)</h2><p>본 실험을 통하여 만든 nanofiber를 SEM을 사용하여 촬영하였다 (Fig. 1). PANI nanofiber의 경우에는 직경이 수십에서 수백 \( \mathrm{nm} \)의 fiber가 서로 엉켜져 fiber 사이로 다공성의 nanopore가 형성되어 있어 기질이 nanofiber 사이로 전달되어 반응이 일어나게 된다. 자석으로 분리가 가능한 다공성 nanofiber의 경우에는 ironoxide nanoparticle과 PANI가 서로 결합되어 있는 상태를 보이며 PANI 작용기에 효소가 고정화 될 수 있도록 하는 구조를 갖게 된다.</p><h2>회분식 효소 반응을 이용한 Starch Hydrolysis</h2><p>효소 반응을 통한 녹말의 분해 정도를 측정하기 위해 회분식 반응기를 사용하여 녹말을 분해 하였다. 초기 녹말의 농도를 \( 45 \mathrm{~g} / \mathrm{l} \)로 하여 반응을 시작하여 40분 동안 반응하여 남아있는 녹말의 농도를 측정하였다 (Fig. 2). 40분 만에 45 \( \mathrm{g} / \mathrm{l} \)의 녹말이 \( 100 \% \) 분해되었으며 본 연구에 사용된 자석으로 분리가 가능한 고정화 효소는 반응 후 회수가 가능하였다. 녹말의 분해속도는 높은 녹말의 농도에서 일정하게 감소되었으며 농도가 감소함에 따라 분해속도가 감소되는 전형적인 효소반응의 형태를 나타내고 있다. 초기 녹말의 농도가 \( 30 \mathrm{~g} / \mathrm{l} \)일 때 초기 농도의 \( 50 \% \)로 떨어지는 반감기는 10분 정도로 측정 되었다.</p><h2>효소 및 고정화 효소 속도론</h2><p>초기 녹말 농도를 변화 시키면서 녹말 분해 속도를 측정하였다. 기질농도에 따라 분해 속도를 측정하여 Michalis-Menten 식을 사용하여 고정화 효소의 Vm 값과 Km 값을 추정하였다. Vm 값과 반응에 사용된 효소농도를 이용하여 사용된 생촉매의 \( \mathrm{k}_{\mathrm{cat}} \) 값을 계산함으로써 고정화 효소의 특성을 조사 하였다.<p>Fig. 3은 효소 및 고정화 효소의 기질 역수의 변화에 따른 반응속도의 역수를 그래프로 나타낸 것이다. 그림에서 보는 것과 같이 효소반응은 속도 상수를 정확히 추정하는 것이 가능하였으며 속도상수는 Table 1과 같이 정리 하였다.</p><p>고정화 효소의 \( \mathrm{k}_{\mathrm{cat}} \) 값과 비고정화 효소의 \( \mathrm{k}_{\mathrm{cat}} \) 값을 비교하면 고정화 효소의 생촉매 활성도가 비고정화 효소의 \( 23.7 \% \)임을 알 수 있었고 기질에 대한 친화도인 \( \mathrm{Km} \) 값의 경우에는 비 고정화 효소의 경우 \( 1.63 \mathrm{~g} / \mathrm{l} \)인데 비해 고정화 효소의 경우에는 \( 3.57 \mathrm{~g} / \mathrm{l} \)로 2.2배 이상의 증가를 보여주고 있다. 이러한 현상은 효소의 고정화에 따라 기질이 효소로 접근하는 물질전달에서 효소 자체의 변화에 따라 기질의 친화도가 감소된 것으로 판단된다. 그러므로 고정화 효소의 경우에는 오랫동안 안정성이 유지되고 자석으로 회수하여 재사용이 가능하다는 장점을 고려하면 Table 1에서의 효소 고정화에 따른 활성도의 감소효과를 충분히 능가하는 결과를 보여주고 있다.</p>