개념 한 쪽
생물공정에서 생성물을 회수하고 순도를 높이기 위해 여러 분리·정제 기법을 단계적으로 적용한다는 점이 핵심이다. 전처리로 고형물을 제거한 뒤 농축과 정제를 거쳐 마지막에는 결정화 등 고순도 획득 공정을 수행한다는 흐름을 기억한다.
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출제기준 단원 「분리ㆍ정제공정 종류 및 원리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 정제 순서 판단 | 1 | 발효액으로부터 효소 정제의 초기 전처리 단계를 고르는 능력을 평가 |
| 실험장비 용도 구별 | 1 | 액체-액체 추출에 적합한 장비를 식별하는 능력을 평가 |
| 분리 원리 구분 | 1 | 분리 방법이 크기 기반인지 용해도 기반인지 구분하는 능력을 평가 |
분리ㆍ정제 공정은 발효액 등 복합 혼합물로부터 목표물질을 회수하여 불순물을 제거하고 순도를 높이는 일련의 단계로 구성된다고 정의한다. 효소나 생성물의 정제는 먼저 발효액에 섞인 세포와 불용성 고형물을 제거하는 전처리를 수행해야 후속 여과나 크로마토그래피가 정상적으로 운전된다는 점을 강조한다.
추출은 두 액체상 간의 분배계수 차이를 이용해 성분을 옮기는 방법이며, 이때 사용하는 실험장치는 분액깔대기이다. 추출은 물질의 '크기'가 아니라 용해성 또는 분배계수에 의존하므로 크기 기반 분리법과 구분해야 한다.
염석(salting out)은 염 농도를 증가시켜 단백질의 용해도를 낮추어 침전시키는 방법이며, 이온의 전하량이 클수록 침전 효과가 크다는 원리를 따른다. 따라서 2가 이온이 1가 이온보다 침전 효과가 우수하다는 점을 기억한다.
결정화는 용액에서 목표용질을 고체 결정으로 얻어 최종적으로 불순물을 제거하고 순도를 높이는 마무리 단계로 사용된다는 점을 반드시 인지한다. 또한 흡착 등온식 중 단층 흡착을 가정하는 모델은 랑뮈어르 등온식이며, 소수성 상호작용을 이용하는 크로마토그래피는 역상 크로마토그래피가 대표적이라는 사실을 정리한다.
효소 정제의 순서를 묻는 문제는 '고형물 제거 → 1차 분리(농축 등) → 정제(크로마토 등) → 건조' 순서를 고르면 정답이다. 추출 장비를 고르는 문제는 '추출 = 분액깔대기'라는 연상을 통해 분액깔대기를 선택하면 정답이다. 분리 원리가 크기 기반인지 용해도 기반인지 구분하는 문제는 여과·젤크로마토그래피 등은 크기 기반, 추출은 용해도(분배계수) 기반으로 구별하여 풀이한다.
발효액으로부터 효소를 분리하고 정제하는데 수반되는 주요 단계 중 맨 처음에 수행하여야 할 단계는?
정답 ① · 문항은 효소 정제 공정에서 가장 먼저 수행해야 할 주요 단계를 묻고 있다. 발효액을 그대로 정제하면 큰 고형물이나 세포 잔사로 인해 후속 장비가 막히거나 성능이 저하되므로 먼저 세포와 불용성 입자 등 고체를 제거하는 전처리를 수행한다.
효소 정제 전처리 단계는 불용성 고형물 및 세포 잔사를 먼저 제거하는 것이다.
다음 실험장비 중 추출실험장치는?
정답 ② · 문항은 추출 실험장치를 고르는 문제이다. 액체-액체 추출에서 서로 섞이지 않는 두 액체의 층을 분리하고 하층을 배출하는 장비가 분액깔대기이며, 밀도 차이를 이용한 분리가 핵심 기능이다.
두 액체의 밀도 차이를 이용해 성분을 분리하는 추출 실험장비는 분액깔대기이다.
다음 중 분리에 영향을 미치는 주요인자가 물질의 크기(size)가 아 닌 것은?
정답 ④ · 문제는 분리법들 중에서 분리 원리가 물질의 크기가 아닌 것을 고르는 것이다. 한외여과와 젤 크로마토그래피는 분자 크기 차이를 기반으로 하고 역삼투도 물질의 크기·크기 유사성에 따라 투과가 제한되므로 크기 기반 분리에 해당한다.
분리 원리는 크기, 전하, 용해도 등인데, 추출은 분배계수 차이를 이용하므로 크기 분리가 아니다.
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