Characteristics of glucose oxidase (GOD) entrapped in calcium alginate gels with catalase, and performance of rotating packed disk reactor (RPDR) filled with immobilized GOD particles were studied. RPDR is a three-phase reactor. As the disks filled with packing materials and partially submerged in the solution rotates, gas is transferred through the liquid film around the packing materials in the aerated portion of the disks.
GOD entrapped in calcium alginate gels was less sensitive to the variation of pH and temperature, and the activation energy of the immobilized GOD was 69% that of soluble enzyme. As GOD loading increased, effectiveness factor, activity recovery, and the strength of gels decreased. GOD entrapped in calcium alginate gels showed better stability than in other polymer matrices especially at high temperature, and calcium alginate gels are strong enough to be used as packing materials in RPDR.
Optimum degree of submergence of the disks in RPDR was 0.4. High rotational speed, high recirculation rate, and small particles increased the efficiency of the RPDR. But small particles showed adverse effect because of poor draining from the void space between the particles. Effectiveness factors were defined as parameters which represent gas transfer efficiency of RPDR, for the interpretation of internal diffusion resistances and oxygen transfer rate. Effectiveness factor for the internal diffusion resistances decreased with time, and effectiveness factor for the oxygen transfer to the surface of the particles was constant except the initial stage of the reaction. Overall effectiveness factor for the gas transfer efficiency of RPDR reached the maximum value at the elapse of 40 minutes from the start of the reaction. Physical absorption experiment revealed superior gas transfer efficiency of RPDR to that of Bio-Surf system which is widely used in waste-water treatment.
RPDR has universal applicability to general three-phase reactions such as immobilized enzyme reactions, fermentation, and waste-water treatment.
Calcium alginate gel 속에 Catalase와 함께 고정화된 포도당 산화효소(GOD)의 특성을 검토하고, 이를 충전 물질로 사용하여 여러 조업 변수에 대한 충전식 회전 원반 반응기 (RPDR)의 성능과 물질 전달 능력을 고찰하였다. RPDR은 충전물질이 가득찬 원반이 용액 속에 부분적으로 잠겨 회전하면서 용액 밖으로 나온 부분을 통해 기체를 공급받아 반응이 일어나는 삼상 반응기의 일종이다.
Calcium alginate gel 속에 고정화된 GOD는 수용성 GOD에 비해 pH와 온도에 덜 민감하였으며 고정화 GOD의 activation energy는 수용성 GOD의 activation energy의 69%였다. GOD 부하가 증가하면 유효인자와 활성 회수율이 감소하였으며, gel의 강도도 감소하였다. 일반적으로 calcium alginate gel은 entrapment 에 쓰이는 다른 carrier에 비해 특히 고온에서 안정성이 좋으며, 강도가 좋아 RPDR의 충전 물질로 적합하였다.
위의 고정화 GOD 입자를 충전 물질로 하여 RPDR의 조업시, 최적 잠도는 0.4이었으며, 원반의 회전속도와 유속을 증가시키거나 작은 고정화 GOD 입자를 사용하여 반응기의 효율을 증대시킬 수 있었다. 그러나 작은 입자는 배수가 좋지 않은 단점이 관찰되었다. RPDR의 물질 전달 능력을 나타내는 변수로 유효인자의 개념을 도입하여, 고정화 GOD 입자 내부에 존재하는 물질 전달과 입자 표면으로의 산소 전달을 해석하였다. 내부 물질 전달 저항에 의한 유효인자는 시간에 따라 감소하고, 산소 전달에 대한 유효인자는 반응 초기를 제외하고는 일정하게 유지되었으며, 이들의 함수이며 RPDR의 전체 기체 전달 능력을 나타내는 총괄 유효인자는 40분경에 최대가 되서 이때가 반응기 효율이 가장 좋은 때임을 알 수 있었다. 또한 물리흡수 실험 결과 RPDR은 현재 폐수 처리에 널리 사용되고 있는 Bio-Surf에 비하여 우수한 기체 전달 능력을 가지고 있었다.
이와 같은 RPDR은 고정화 효소 반응, 발효 반응, 폐수 처리등의 생화학 반응 뿐 아니라, 기상.액상.고상의 3상이 공존하는 여러 다른 반응에도 이용될 수 있는 일반적인 적용 능력이 있다.
