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유제품 부산물 및 발효액에서 락토페린을 효율적으로 크로마토그래피로 정제하는 방법

사례 연구: Seplife를 이용한 락토페린 정제 ®양이온 교환 크로마토그래피

락토페린은 영양, 기능성 식품, 유아용 조제분유 및 기타 건강 관련 분야에 널리 사용되는 고부가가치 철 결합 당단백질입니다. 고순도 락토페린에 대한 수요가 지속적으로 증가함에 따라 제조업체들은 다양한 생산 공정에서 높은 회수율, 탁월한 순도 및 안정적인 확장성을 제공할 수 있는 정제 기술을 모색하고 있습니다.

실제로 락토페린은 유제품(우유 및 유청 등)과 발효액 모두에서 얻을 수 있습니다. 이러한 원료들은 구성 및 락토페린 농도에서 상당한 차이를 보이므로, 후속 정제 과정에 요구되는 기술적 조건도 다릅니다. 크로마토그래피 정제 —특히 강력한 양이온 교환 크로마토그래피 —이는 이러한 요구사항을 충족하기 위한 가장 효과적이고 널리 채택된 접근 방식 중 하나가 되었습니다.

락토페린 정제를 위한 크로마토그래피 전략

락토페린은 약산성 조건에서 순 양전하를 띠므로 강양이온 교환(SP) 수지를 이용한 포집에 적합합니다. 일반적인 공정에서 락토페린은 수지 매트릭스에 흡착된 후, 가장 일반적으로 염화나트륨과 같은 제어된 염 농도 구배를 이용하여 용출됩니다.

다양한 공급 조건에서의 정제 성능을 평가하기 위해 Sunresin의 Seplife에서 제공하는 두 가지 산업용 크로마토그래피 매체를 사용했습니다. ®제품군은 다음과 같이 평가되었습니다.

SP 세플라이프 ®6AG XL 200은 아가로스 기반의 고도로 친수성인 강 양이온 교환 수지입니다.
세플라이프 ®LXPM SP 5504C는 높은 생산성을 위해 설계된 경질 폴리메타크릴레이트 기반의 강력 양이온 교환 수지입니다.

두 수지 모두 SP 기능기, 산업용 입자 크기 분포, 축류 및 방사류 크로마토그래피 시스템과의 호환성을 특징으로 합니다.

그림 1. SP Seplife 6AG XL 200 및 Seplife SP5504C의 광학 현미경 사진. (A) SP Seplife 6AG XL 200 현미경 사진. (B) Seplife LXPM SP 5504C 현미경 사진.

그림 2. 300 × 200 mm(d × h) 컬럼에 충전된 SP Seplife 6AG XL 200(주황색) 및 Seplife SP5504C(파란색) 크로마토그래피 매체의 압력-유량 곡선(이동상은 물).

유제품 원료로부터의 정제 성능

유청이나 탈지유와 같은 유제품 원료에서 락토페린을 정제할 때, 매트릭스의 복잡성은 매우 중요한 역할을 합니다. 이러한 응용 분야에서는 강력한 표적 결합을 유지하면서 비특이적 상호작용을 최소화하는 것이 필수적입니다.

아가로스 기반 SP Seplife ®6AG XL 200은 유제품 유래 락토페린에 대해 탁월한 성능을 보였습니다. 친수성 매트릭스는 우유 단백질 및 기타 성분과의 불필요한 상호작용을 감소시켜 다음과 같은 결과를 가져왔습니다.

락토페린 순도 약 97%
유청 원료로부터 최대 90%의 회수율

그림 3. Q10, Q50, Q100에서 락토페린 DBC 측정을 위한 세 가지 크로마토그래피 매체의 비교. SP Seplife 6AG XL 200(주황색), Seplife SP5504C(파란색), SP Sepharose Big Beads(회색). 표준 시판 정제 bLF를 5mL 컬럼(0.8 × 10cm)에 넣고 20mM 인산염 완충액(pH 6.7)을 이동상으로 사용하여 시료를 2분간 주입하고 20mM 인산염 완충액(1M NaCl 함유, pH 6.7)으로 용출하였다. bLF: 소 락토페린; DBC: 동적 결합 용량.

장기간 재사용 테스트를 통해 작동 안정성도 확인되었습니다. 수산화나트륨을 이용한 현장 세척(CIP)을 여러 차례 반복하는 동안에도 수지는 최소한의 변동만으로 일관된 순도와 수율을 유지하여 반복적인 산업 공정에 적합함을 입증했습니다.

발효액으로부터 고생산성 정제

발효를 통해 얻은 락토페린의 경우, 공급액 농도가 일반적으로 훨씬 높기 때문에 정제 과정의 초점은 수지 용량, 생산성 및 공정 효율성으로 옮겨갑니다.

이 시나리오에서 폴리메타크릴레이트 기반의 Seplife는 ®LXPM SP 5504C는 탁월한 결과를 보여주었습니다. 해당 수지는 다음과 같은 성능을 달성했습니다.

회수율 약 99%
HPLC 순도 약 97.9%
0.5M NaCl만을 사용한 효율적인 용출로 후속 공정을 간소화할 수 있습니다.

그림 4. 0.3 mg/L bLF를 함유한 130 CV 탈지유를 SP Seplife 6AG XL 200으로 충전된 1.6 × 20 cm (CV = 40 mL) 컬럼에 2분 접촉 시간으로 통과시켜 얻은 1, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80번째 주기의 크로마토그램 중첩. 불순물은 0.24 M NaCl로, bLF는 1 M NaCl로 용출하였다. bLF는 소 락토페린이다.

그림 5. 50 mM에서 1 M NaCl까지의 농도 구배 용출을 이용한 rbLF의 용출 프로파일. 컬럼에 주입된 시료는 여과된 희석되지 않은 발효 배양액이다. 사용된 컬럼은 SP Seplife 6AG XL 200(파란색)과 Seplife SP5504C(녹색)이다. 실험은 1.6 × 10 cm (20 mL) 컬럼에서 5분의 유지 시간으로 진행되었다.

그림 6. 0.7 M NaCl 용출 용액을 사용하여 SP Seplife 6AG XL 200으로 rbLF를 단계별로 용출했을 때 96.4%의 회수율을 나타낸 프로파일(A) 및 각 분획의 SDS-PAGE 결과(B).

그림 7. 0.5 M NaCl 용출 용액을 사용하여 99% 회수율을 나타내는 Seplife LXPM SP5504C를 이용한 rbLF의 단계별 용출 프로파일(A) 및 각 분획의 해당 SDS-PAGE 결과(B).

공정 최적화 결과, 공급액의 pH 및 유속과 같은 운전 조건이 성능에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 최적 pH인 약 5.5에서, 수지는 높은 선형 유속에서도 높은 순도와 수율을 유지하여 대량 생산 요구 사항을 충족했습니다.

다양한 락토페린 공급원에 적합한 수지 선택하기

이 사례 연구는 중요한 실질적인 결론을 제시합니다. 즉, 락토페린 정제 성능은 원료의 종류에 크게 좌우되며, 수지 선택은 적용 분야에 따라 이루어져야 한다는 것입니다.

농도가 낮고 사료 구성이 더 복잡한 유제품 유래 락토페린의 경우, SP Seplife를 사용합니다. ®6AG XL 200은 탁월한 복구력과 안정적인 성능을 제공합니다.
생산성과 용량이 중요한 발효 유래 락토페린의 경우, Seplife가 적합합니다. ®LXPM SP 5504C는 높은 수율, 탁월한 순도 및 효율적인 작동을 제공합니다.

결론

Sunresin의 Seplife는 맞춤형 수지 설계와 적용 분야 요구 사항에 대한 깊이 있는 이해를 결합하여 개발되었습니다. ®양이온 교환 크로마토그래피 수지는 다양한 생산 공정에서 락토페린 정제를 위한 안정적이고 확장 가능한 솔루션을 제공합니다. 유제품 원료 또는 고농도 발효액을 처리하든, Sunresin은 제조업체가 높은 순도, 우수한 회수율 및 일관된 운영 성능을 달성할 수 있도록 지원합니다. —락토페린 기반 제품의 성장하는 세계 시장을 지원합니다.

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