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문제 정의
- 본 연구에서는 식품의 안전성을 신속하고 객관적으로 판정할 수 있는 기술을 개발하기 위하여 살모넬라균 및 대장균의 성장에 따라 발생하는 냄새를 SAW 센서를 바탕으로 한 전자코를 이용하여 조사 분석하였다. 발생 빈도가 가장 큰 살모넬 라 식중독균 두 가지 종과 일반적인 대장균에 대한 냄새를 측정 및 분석한 결과 순수 배지와 세균에 오염된 배지의 냄새를 구별할 수 있었고, 이를 통해 살모넬라 식중독균과 대장균의 구별이 가능하였다.
- 이 연구에서는 전자코를 이용하여 쇠고기 안전성의 대표적인 위해요소인 살모넬라균 냄새 특성 분석과 오염여부를 신 속히 판별할 수 있는 기술을 개발하기 위하여 수행되었다.
제안 방법
- 11303)를 분양 받아 증식한 후 실험에 사용하였다. ATCC로부터 분양받은 동결건조 상태인 비활성 세균을 냄새 측정 실험에 사용하기 위하여 40 ml 바이알(vial) 4개에 물 25 ml와 Selenite broth(MERCK, Germany) 0.58 g의 배양용액을 담은 다음 살모넬라균 S. typhimurium(MCC No. 13076) 1 ml를 바이알에 넣어 Dri-bath 에서 37ºC로 24시간 동안 배양하였고, 동일한 방법으로 동일한 배지에 S. enteritidis(NTCC No. 14028)를 배양하였다.
- GC/SAW 전자코의 냄새측정은 SAW 센서의 온도 컬럼온도 밸브온도 흡입구온도와 측정시간, 컬럼온도 상승율에 따라서 달라지는데, 이 연구에서는 전자코 제작회사의 휘발성물 질 권장 분석 조건에 따라 센서온도 컬럼온도 밸브온도 흡 입구온도를 각각 0, 40, 110, 130ºC로 설정하였고, 시료 냄새의 흡입시간은 10초 컬럼온도 상승율은 40-100ºC까지 3ºC/s 로 설정하였다.
- 그림 9, 10, 11은 $. typhhnurium, S. enteritidis와 E. coli의 증식하는 시간변화에 따른 식중독균의 특성 냄새를 주성분분석을 각각 수행한 것이다. 그림 9, 10, 11을 보면 배지(broth)와 식중독균의 시간에 따른 변화에 따라 주성분의 영역이 다르게 나타났는데, 순수 배지의 경우에는 가장 좌측에서 나타나 세균에 오염된 배지와 확연히 구분할 수 있었다.
- 냄새 측정은 휘발성 화합물의 일정한 농도 유지를 위해 일정한 온도를 유지한 상태에서 일정 시간 동안 샘플을 가열하여 헤드스페이스(headspace)를 평형 시킨 후 분석을 수행하였다. 세균 냄새는 40 ml 바이알에 10 ml의 Selenite broth 배양용액을 담아 세균이 자랄 수 있는 환경조건을 만들어 준 다음 측정하였으며, 배지와 세균의 냄새를 구분하기 위하여 먼저 배지만의 냄새를 측정하였다.
- 1 ml 씩을 넣고 37ºC로 설정된 Dri-bath에서 시료의 온도를 일정하게 유지시켰고, 냄새 측정 시에만 꺼내어 전자코의 냄새 흡입구에 연결하였다. 냄새측정은 세균별로 6개의 시료에 대하여 최초 30분부터 시작하여 이후 2시간 간격으로 6.5시간 동안 냄새를 측정하였다.
- 냄새 측정은 휘발성 화합물의 일정한 농도 유지를 위해 일정한 온도를 유지한 상태에서 일정 시간 동안 샘플을 가열하여 헤드스페이스(headspace)를 평형 시킨 후 분석을 수행하였다. 세균 냄새는 40 ml 바이알에 10 ml의 Selenite broth 배양용액을 담아 세균이 자랄 수 있는 환경조건을 만들어 준 다음 측정하였으며, 배지와 세균의 냄새를 구분하기 위하여 먼저 배지만의 냄새를 측정하였다. 이어서 각각의 바이알에 활성화된 S.
- 냄새 측정을 위해 실험에 사용한 장비는 SAW(surface acoustic wave) 센서를 이용한 전자코 시스템(zNose 7100, Electronic Sensor Technology, USA)이다. 이 시스템은 GC 기능과 SAW 센서를 이용한 것으로써 센서에 도달하는 화학 물질의 종류와 양을 센서의 진동수 변화를 이용하여 측정한다. SAW 센서의 수정진동자에는 소형 펠티어(Peltier) 열펌프가 달려 있어 수정진동자의 온도를 정확하게 조절할 수 있다.
- 세균 냄새는 40 ml 바이알에 10 ml의 Selenite broth 배양용액을 담아 세균이 자랄 수 있는 환경조건을 만들어 준 다음 측정하였으며, 배지와 세균의 냄새를 구분하기 위하여 먼저 배지만의 냄새를 측정하였다. 이어서 각각의 바이알에 활성화된 S. typhimurium, S. enteritidis, E. coli 균 0.1 ml 씩을 넣고 37ºC로 설정된 Dri-bath에서 시료의 온도를 일정하게 유지시켰고, 냄새 측정 시에만 꺼내어 전자코의 냄새 흡입구에 연결하였다. 냄새측정은 세균별로 6개의 시료에 대하여 최초 30분부터 시작하여 이후 2시간 간격으로 6.
- 전자코를 이용하여 살모넬라균의 검출 가능성을 구명하기 위해서 다른 미생물에 오염되지 않은 순수한 살모넬 라균 2개의 경우와 식중독균 중 발생 비중이 높은 대장균 1개 등 3개의 경우에 대해서 냄새를 분석하였다. 실험에서 사용한 식중독균들은 ATCC(American Type Culture Collection, USA)로부터 Salmonella.
- 세균수는 표준평판법을 사용하여 세균의 개체균수를 측정하였다. 즉, 인산완충식염수(Phosphate Buffered Saline; PBS) 9 ml가 담긴 바이알에 증균 1 ml을 접종 후 흔들어 희석시킨 세균을 동일한 방법2로 여러 단계 배율에 따라 희석액을 만든 후 Agar plate 에 lml 접종하여 인큐베이터(Dx 7, Han Young) 에서 37ºC로 48시간 배양한 다음 세균수를 육안으로 계수하였다. 살모넬라는 Salmonella Shigella Agar((주) 코메드) plate를 사용하였고, 대장균의 경우는 Sorbitol Mac Agar((주) 코메드) plate에서 각각 3개의 샘플을 채취하였다.
대상 데이터
- 실험에서 사용한 식중독균들은 ATCC(American Type Culture Collection, USA)로부터 Salmonella. typhimurium(ATCC No. 13076)과 Salmonella Entreritidis(KVCC No. 14028), 그리고 대장균 Escherichia co/z(ATCC No. 11303)를 분양 받아 증식한 후 실험에 사용하였다. ATCC로부터 분양받은 동결건조 상태인 비활성 세균을 냄새 측정 실험에 사용하기 위하여 40 ml 바이알(vial) 4개에 물 25 ml와 Selenite broth(MERCK, Germany) 0.
- 냄새 측정을 위해 실험에 사용한 장비는 SAW(surface acoustic wave) 센서를 이용한 전자코 시스템(zNose 7100, Electronic Sensor Technology, USA)이다. 이 시스템은 GC 기능과 SAW 센서를 이용한 것으로써 센서에 도달하는 화학 물질의 종류와 양을 센서의 진동수 변화를 이용하여 측정한다.
- 즉, 인산완충식염수(Phosphate Buffered Saline; PBS) 9 ml가 담긴 바이알에 증균 1 ml을 접종 후 흔들어 희석시킨 세균을 동일한 방법2로 여러 단계 배율에 따라 희석액을 만든 후 Agar plate 에 lml 접종하여 인큐베이터(Dx 7, Han Young) 에서 37ºC로 48시간 배양한 다음 세균수를 육안으로 계수하였다. 살모넬라는 Salmonella Shigella Agar((주) 코메드) plate를 사용하였고, 대장균의 경우는 Sorbitol Mac Agar((주) 코메드) plate에서 각각 3개의 샘플을 채취하였다.
- 전자코를 이용하여 살모넬라균의 검출 가능성을 구명하기 위해서 다른 미생물에 오염되지 않은 순수한 살모넬 라균 2개의 경우와 식중독균 중 발생 비중이 높은 대장균 1개 등 3개의 경우에 대해서 냄새를 분석하였다. 실험에서 사용한 식중독균들은 ATCC(American Type Culture Collection, USA)로부터 Salmonella. typhimurium(ATCC No.
데이터처리
- coli를 각각 구별하기가 쉽지 않음을 알 수 있다. S. typhimurium, S. enteritidis와 E. coli의 좀 더 명확한 판별을 위하여 주성분 분석의 전처리 과정으로 그림 3, 4, 5와 표 1, 2, 3에서 보인 주요 피크만으로 주성분 분석을 다시 수행하였으며 그 결과를 그림 7에 나타내었다.
- 식품의 세균 오염상황을 알기 위하여 총균수나 일반세균 수가 즉정된다. 이 실험에서는 broth에서 1차 증균된 세균의 일반세균수를 표준평판법을 이용하여 측정하였으며, 그 값들을 3개 샘플의 평균값으로 나타내었다. 측정 결과는 S.
- 전자코를 이용하여 측정한 냄새 특성의 보다 명확한 분석을 위하여 상용 다변량 분석 소프트웨어(Unscrambler 7.6, CAMO, USA)를 사용하여 주성분 분석을 수행하였다. 그림 6은 전자코에 의해 즉정된 S.
이론/모형
- 세균수는 표준평판법을 사용하여 세균의 개체균수를 측정하였다. 즉, 인산완충식염수(Phosphate Buffered Saline; PBS) 9 ml가 담긴 바이알에 증균 1 ml을 접종 후 흔들어 희석시킨 세균을 동일한 방법2로 여러 단계 배율에 따라 희석액을 만든 후 Agar plate 에 lml 접종하여 인큐베이터(Dx 7, Han Young) 에서 37ºC로 48시간 배양한 다음 세균수를 육안으로 계수하였다.
성능/효과
- 95초 사이의 피크가 가장 큰 값을 나타내었다. S. enteritidis의 냄새에서는 6개의 주요 피크가 검출되었고, 9.55~9.6초 사이의 피크가 가장 큰 값을 나타내었으며 이 피크에서 검출되는 화합물이 S. enteritidis의 증삭으로 인하여 가장 많이 발생함을 알 수 있었다. 또한 E.
- 그림에서 X축은 GC 의 Retention Time(RT)으로서 냄새를 구성하는 화합물의 종류에 따라 변화하며, y축은 SAW 센서의 주파수를 미분한 값으로 화합물의 양을 나타낸다. S. typhimurium의 냄새측정 결과 7개의 주요 피크가 분석 프로그램에 의해 검출되었으며, 9.85~9.95초 사이의 피크가 가장 큰 값을 나타내었다. S.
- enteritidis의 증삭으로 인하여 가장 많이 발생함을 알 수 있었다. 또한 E. coli의 냄새에서는 9개의 주요 피크가 검출되었고, 그 중에서 7.40~7.50초에서 검출된 피크가 가장 큰 값을 나타내었다. 전자코 시스템으로 즉정된 S.
- 발생 빈도가 가장 큰 살모넬 라 식중독균 두 가지 종과 일반적인 대장균에 대한 냄새를 측정 및 분석한 결과 순수 배지와 세균에 오염된 배지의 냄새를 구별할 수 있었고, 이를 통해 살모넬라 식중독균과 대장균의 구별이 가능하였다. 또한 세균의 성장 시간에 따라서도 냄새의 차이가 있어 S. typhimurium, S. enteritidis와 E. coli의 화학물질 농도가 가장 높은 신호 피크가 각각 6.5시간, 4.5시간, 4.5시간에서 나타났으며, 주성분분석 결과 세균별로 시간에 따라 데이터 군락이 분리되었다.
- 5시간이 지난 경우는 순수배지와 차이가 있긴 하지만 세균의 증식이 많이 진행되지 않아 냄새 차이가 크지 않았다. 또한 시간 경과에 따라 주성분 영역의 우측으로 데이터가 이동하였으며 그림 7에서 S. typhimurium, S. enteritidis와 E. coli의 각각의 피크가 가장 크게 나타난 6.5시간, 4.5시간, 4.5시간에서 데이터가 그림 9, 10, 11에서 가장 우측에 나타나 오염여부를 판별할 수 있었다.
- 또한, 살모넬라균과 대장균의 주성분 패턴을 서로 비교하였을 때 각 시간별로 주성분 패턴이 다르게 나타나, 전자코를 이용한 냄새분석을 통하여 살모넬라균의 오염 여부 및 정도를 예측하는 것이 가능하다고 판단된다.
- 본 연구에서는 식품의 안전성을 신속하고 객관적으로 판정할 수 있는 기술을 개발하기 위하여 살모넬라균 및 대장균의 성장에 따라 발생하는 냄새를 SAW 센서를 바탕으로 한 전자코를 이용하여 조사 분석하였다. 발생 빈도가 가장 큰 살모넬 라 식중독균 두 가지 종과 일반적인 대장균에 대한 냄새를 측정 및 분석한 결과 순수 배지와 세균에 오염된 배지의 냄새를 구별할 수 있었고, 이를 통해 살모넬라 식중독균과 대장균의 구별이 가능하였다. 또한 세균의 성장 시간에 따라서도 냄새의 차이가 있어 S.
- 살모넬라의 경우 값의 변화가 크지는 않지만, , typhimurium 은 6.5 시간까지 꾸준히 증가하였으며, S. enteritidis는 처음 0.5시간에서 2.5시간까지 값이 크게 증가하였고, 4.5시간 이후에는 감소하는 추세를 보였다. 또한 E.
- 이 실험에서는 broth에서 1차 증균된 세균의 일반세균수를 표준평판법을 이용하여 측정하였으며, 그 값들을 3개 샘플의 평균값으로 나타내었다. 측정 결과는 S. typhimurium, 1.85><106 cfii/g, S. enteritidis, 2.25x106 cfu/g, E. coli, 1.8xl05 cfii/g로 각각 나타났으며, 이러한 값들은 이 실험에서 전자코를 이용하여 측정한 특성냄새에 대한 세균의 검출 농도를 나타내는 것이다.
- 측정시간 전체에 걸친 모든 피크를 이용하여 주성분 분석을 실시하여 그림 6에 나타난 주성분 결과들을 보면 S. typhimurium, S. enteritidis와 E. coli를 각각 구별하기가 쉽지 않음을 알 수 있다. S.
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