It was confirmed that malodor connected with an air-conditioner in an automobile is caused by microbial volatile organic compounds (MVOCs) produced by microorganisms and through microorganisms coexisting with each other to form a biofilm on the evaporator surface. A bacterium, Methylobacterium aquat...
It was confirmed that malodor connected with an air-conditioner in an automobile is caused by microbial volatile organic compounds (MVOCs) produced by microorganisms and through microorganisms coexisting with each other to form a biofilm on the evaporator surface. A bacterium, Methylobacterium aquaticum, can form a biofilm on the evaporator surface. The biofilm was composed of 45.79% C (Carbon), 42.36% O (Oxygen), 1.85% Na (Sodium), 5.42% Al (Aluminum), 1.39% P (Phosphorus), 0.74% Cl (Chlorine) and 2.45% K (Potassium). This result matches the composition of the biofilm formed on the surface of the used evaporator. It was determined that sulfur compounds (Hydrogen sulfide, Dimethyl sulfide) and organic acids (n-Butyric acid, n-Valeric acid, iso-Valeric acid) in the air which was blown into the automobile were generated by Methylobacterium aquaticum and Aspergillus versicolor, respectively. On the other hand, volatile organic compounds (Toluene, Xylene, 2-Ethylhexanol, 2-Phenyl- 2-propanol, Ethylbenzene) were not found. It is estimated that the reason is due to the low concentration of generated MVOCs or is caused by the change of some MVOCs depending on the nutrients (medium).
It was confirmed that malodor connected with an air-conditioner in an automobile is caused by microbial volatile organic compounds (MVOCs) produced by microorganisms and through microorganisms coexisting with each other to form a biofilm on the evaporator surface. A bacterium, Methylobacterium aquaticum, can form a biofilm on the evaporator surface. The biofilm was composed of 45.79% C (Carbon), 42.36% O (Oxygen), 1.85% Na (Sodium), 5.42% Al (Aluminum), 1.39% P (Phosphorus), 0.74% Cl (Chlorine) and 2.45% K (Potassium). This result matches the composition of the biofilm formed on the surface of the used evaporator. It was determined that sulfur compounds (Hydrogen sulfide, Dimethyl sulfide) and organic acids (n-Butyric acid, n-Valeric acid, iso-Valeric acid) in the air which was blown into the automobile were generated by Methylobacterium aquaticum and Aspergillus versicolor, respectively. On the other hand, volatile organic compounds (Toluene, Xylene, 2-Ethylhexanol, 2-Phenyl- 2-propanol, Ethylbenzene) were not found. It is estimated that the reason is due to the low concentration of generated MVOCs or is caused by the change of some MVOCs depending on the nutrients (medium).
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문제 정의
Park & Kim [9]은 선행연구를 통해 차량용 공조시스템을 통해 유입되는 미생물을 동정하였고, 이 미생물들에 의해 생성되는 MVOCs가 악취를 유발함을 확인하였다. 본 연구에서는 악취와 생물막간의 인과관계를 밝히고, 악취유발물질 재현실험을 통하여 악취발생원인을 규명하고자 한다.
본 연구에서는 차량 내 에어컨 작동 시 악취가 발생하는 원인을 규명하고자, 악취와 생물막간의 인과관계 확인 및 악취유발물질의 재현시험을 실시하였고 다음과 같은 결론을 얻었다.
가설 설정
첫 번째, 생성된 MVOCs의 농도가 낮아 검출되지 못한 경우로, 알루미늄 조각 (7 cm × 4 cm)은 증발기와 비교하여 상대적으로 표면적이 작아 MVOCs의 발생량도 적을 것이다.
제안 방법
EDX 측정은 가속화된 전자의 충돌에 의해 생물막에서 방출되는 성분을 X-Ray를 통해 검출하는 것으로 가속전압은 20 keV, Takeoff Angle 35.0°, Elaspsed Livetime 30s, 배율은 1000배로 고정시켜 측정하였다.
3항의 모의실험을 통해 재현되는지를 확인함으로써 판단하였다. MVOCs에 대한 분석은 2.3항에서 21일간 처리된 바이얼 내의 공기를 대상으로 황화합물류, 휘발성유기화합물류와 지방산류에 대한 분석을 실시하였다. MVOCs를 정성·정량하기 위한 표준물 및 시험기기를 요약하여 Table 1에 나타내었다.
고착성 미생물에 대한 살균효과는, Methylobacterium aquaticum에 의해 생물막이 형성된 알루미늄 조각 표면에 Biocide 제품을 10초간 분사하였다. 분사처리된 알루미늄 조각을 40℃에서 1 h동안 건조시킨다.
고품 증발기의 표면에 생물막의 존재여부 확인은 SEM (Scanning Electron Microscopy, VEGA 3SB, Tescan, Czech)을 이용하여 관찰하였다. 고품 증발기에서 알루미늄 핀 (Aluminum fins)의 일부를 떼어낸 후, 5 mm × 5 mm로 잘라 carbon mount에 접착시켜 SEM분석에 필요한 시료로 준비하였다.
또한, 생물막의 조성은 EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS2008, IXRF, USA)를 이용하여 분석하였다. EDX 측정은 가속화된 전자의 충돌에 의해 생물막에서 방출되는 성분을 X-Ray를 통해 검출하는 것으로 가속전압은 20 keV, Takeoff Angle 35.
고품 증발기에서 알루미늄 핀 (Aluminum fins)의 일부를 떼어낸 후, 5 mm × 5 mm로 잘라 carbon mount에 접착시켜 SEM분석에 필요한 시료로 준비하였다. 또한, 시료는 두께 20 nm로 백금 (Pt)코팅하였고, 작동거리는 25 mm, 가속전압은 20 keV 그리고 배율은 2500배로 고정시켜 관찰하였다.
밀봉된 바이얼을 배양기로 옮겨 28℃에서 21일간 배양한다. 배양 종료 후, 2.2항과 동일한 방법으로 SEM을 이용하여 1000배의 배율로 알루미늄 조각 표면을 관찰하여 생물막의 형성여부를 확인하였다.
일정한 균밀도 (2×104 CFU/mL)로 준비된 현탁액에 Biocide제품을 농도별로 첨가하여 28℃에서 배양하였다. 배양시간에 따른 Methylobacterium aquaticum의 생존수를 측정하였다.
부유성 미생물과 고착성 미생물에 대한 살균효과를 알아보기 위해, 시판중인 차량용 액상 Biocide제품 (A사, Korea)을 구입하여 살균시험을 실시하였다. 부유성 미생물에 대한 살균 효과를 알아보기 위하여, Methylobacterium aquaticum을 0.
부유성 미생물과 고착성 미생물에 대한 살균효과를 알아보기 위해, 시판중인 차량용 액상 Biocide제품 (A사, Korea)을 구입하여 살균시험을 실시하였다. 부유성 미생물에 대한 살균 효과를 알아보기 위하여, Methylobacterium aquaticum을 0.1% Peptone 수용액에 접종한 후, 28℃에서 7일간 배양하여부유성 미생물 현탁액을 제조하였다. 일정한 균밀도 (2×104 CFU/mL)로 준비된 현탁액에 Biocide제품을 농도별로 첨가하여 28℃에서 배양하였다.
선행연구을 통해 동정된 차량 내부로 유입되는 미생물들 (Aspergillus versicolor, Herbaspirillum sp., Methylobacterium aquaticum)이 증발기 표면에 생물막을 형성하는지를 확인하기 위한 모의시험 (Simmulation)을 실시하였다. 알루미늄 판 (두께 0.
악취유발물질의 재현 실험은 차량 내 에어컨 작동 시 실내로 유입되는 악취유발물질이 2.3항의 모의실험을 통해 재현되는지를 확인함으로써 판단하였다. MVOCs에 대한 분석은 2.
분사처리된 알루미늄 조각을 40℃에서 1 h동안 건조시킨다. 이렇게 분사와 건조를 동일하게 3회 반복한 후, SEM을 이용하여 1000배의 배율로 알루미늄 조각 표면에 고착되어 있는 Methylobacterium aquaticum의 살균효과를 관찰하였다.
휘발성유기화합물류 분석에는 바이얼 내의 공기 2 mL를 Headspace Sampler-GC/MSD (Agilent G1888-Agilent 7890A/Agilent 5975C, USA)에 직접 주입하여 분석하였다. 지방산류 분석에는 바이얼 내의 공기 2 mL를 Headspace Sampler-GC/FID (Turbomatrix 40-Perkin Elmer Clarus 680, USA)에 직접 주입하여 분석하였다.
또한, 각 물질류에 대한 분석조건을 요약하여 Table 2에 나타내었다. 황화합물류 분석 시 바이얼 내의 공기로는 시료량이 부족하여, 동일하게 처리한 10개의 바이얼에서 공기를 분취한 후, 초순수 질소로 10배 희석하여 황화합물류에 대해 선택성이 좋은 Thermal Desorption System-GC/FPD (Turbomatrix 300-PerkinElmer Clarus 680, USA)로 분석하였다. 휘발성유기화합물류 분석에는 바이얼 내의 공기 2 mL를 Headspace Sampler-GC/MSD (Agilent G1888-Agilent 7890A/Agilent 5975C, USA)에 직접 주입하여 분석하였다.
황화합물류 분석 시 바이얼 내의 공기로는 시료량이 부족하여, 동일하게 처리한 10개의 바이얼에서 공기를 분취한 후, 초순수 질소로 10배 희석하여 황화합물류에 대해 선택성이 좋은 Thermal Desorption System-GC/FPD (Turbomatrix 300-PerkinElmer Clarus 680, USA)로 분석하였다. 휘발성유기화합물류 분석에는 바이얼 내의 공기 2 mL를 Headspace Sampler-GC/MSD (Agilent G1888-Agilent 7890A/Agilent 5975C, USA)에 직접 주입하여 분석하였다. 지방산류 분석에는 바이얼 내의 공기 2 mL를 Headspace Sampler-GC/FID (Turbomatrix 40-Perkin Elmer Clarus 680, USA)에 직접 주입하여 분석하였다.
대상 데이터
고품 증발기에서 알루미늄 핀 (Aluminum fins)의 일부를 떼어낸 후, 5 mm × 5 mm로 잘라 carbon mount에 접착시켜 SEM분석에 필요한 시료로 준비하였다.
알루미늄 판 (두께 0.3 mm, Daekwang Co., Korea)을 구입하여 7 cm × 4 cm 크기로 자른 후, 각각의 미생물이 부유되어 있는 0.1% Peptone 수용액에 알루미늄 조각을 침지시킨다.
차량용 에어컨을 작동시켰을 때 악취가 심하게 느껴지는 출고된 지 3년 이내, 누적주행거리가 50,000 km미만인 차량의 에어컨 증발기를 대상으로 하였다.
성능/효과
(B) Aspergillus versicolor에 의해 생성된 MVOCs는 n-Butyric acid 0.002 ppmv, n-Valeric acid 0.001 ppmv, iso-Valeric acid 0.002 ppmv이 검출되었다.
1. 악취가 발생하는 차량의 증발기 표면에서 미세미생물군락과 생물막이 발견되었다. 생물막의 조성 (wt.
2. 선행연구를 통해 동정된 미생물들 중에서 세균인 Methylobacterium aquaticum만이 생물막을 형성하였다. 생물막의 조성 (wt.
3. 차량 내로 유입되는 황화합물류 (Hydrogen sulfide, Dimethyl sulfide)는 Methylobacterium aquaticum에 의해 생성되었고, 지방산류 (n-Butyric acid, n-Valeric acid, iso-Valeric acid) 는 Aspergillus versicolor에 의해 생성됨이 재현되었다. 휘발성유기화합물류 (Toluene, Xylene, 2-Ethylhexanol, 2-Phenyl2-propanol, Ethylbenzene)가 재현되지 못지 이유로는 생성된 MVOCs의 농도가 낮아 검출되지 못했거나, 영양성분 (배지)에 따라 생성되는 MVOCs가 일부 달라지는 것으로 추정된다.
4. 고착성 Methylobacterium aquaticum은 시판 중인 Biocide 제품에 대해 내성이 강한 것으로 확인되었고, 생물막 제거효과도 없었다.
결과적으로, 차량 내로 유입되는 황화합물류 (Hydrogen sulfide, Dimethyl sulfide)는 Methylobacterium aquaticum에 의해 생성되고, 지방산류 (n-Butyric acid, n-Valeric acid, iso-Valeric acid)는 Aspergillus versicolor에 의해 생성됨이 재현되었다. 하지만, 휘발성유기화합물류(Toluene, Xylene, 2-Ethylhexanol, 2-Phenyl-2-propanol, Ethylbenzene)의 생성은 재현되지 못했고, 2-Propannone 2.
결론적으로, 차량 내 에어컨 작동 시 실내로 유입되는 악취 유발물질은 증발기에 서식하고 있는 미생물들에 의해 생성된 MVOCs임이 재현실험을 통해 확인되었다.
첫 번째, 생성된 MVOCs의 농도가 낮아 검출되지 못한 경우로, 알루미늄 조각 (7 cm × 4 cm)은 증발기와 비교하여 상대적으로 표면적이 작아 MVOCs의 발생량도 적을 것이다. 두 번째, 영양성분 (배지)에 따라 생성되는 MVOCs의 종류도 일부 달라질 것으로 추정된다.
이처럼, 생물막 내 세균은 부유성 세균 보다 Biocide에 대한 내성이 크다는 것이 확인되었다. 또한, Biocide에 의해 일부 세균이 사멸한다고 해도 향후 환경적인 조건이 맞는다면 세균이 재발현될 가능성이 높아보였다.
악취가 발생하는 차량의 증발기 표면에서 미세미생물군락과 생물막이 발견되었다. 생물막의 조성 (wt.%)을 EDS로 측정한 결과 C 41.02, O 40.28, Na 5.09, Al 4.38, P 2.77, Cl 1.21, K 5.25로 분석되었다.
45로 분석되었다. 이는 고품 증발기의 표면에 형성된 생물막의 조성과 일치하는 결과로, 고품 증발기의 생물막은 Methylobacterium aquaticum에 의해 생성된 것임이 확인되었다.
이처럼, 고품 증발기 표면은 수분 및 영양성분이 존재하여 미생물의 증식에 적절한 환경이며, 다양한 미생물들이 생물막을 형성하며 공생하는 것으로 확인되었다.
또한, 형성된 생물막도 제거되지 않았다. 이처럼, 생물막 내 세균은 부유성 세균 보다 Biocide에 대한 내성이 크다는 것이 확인되었다. 또한, Biocide에 의해 일부 세균이 사멸한다고 해도 향후 환경적인 조건이 맞는다면 세균이 재발현될 가능성이 높아보였다.
2(C)에서 2지역). 즉, 고품 증발기의 표면에 생물막을 형성한 미생물은 세균인 Methylobacterium aquaticum으로 확인되었다. Mori 등 [14]은 16곳의 가정용 화장실 변기 (Toilet bowl)에서 128종의 세균을 동정하였고, 이 세균들 중에서 Methylobacterium sp.
1(A)에서 1지역). 즉, 고품 증발기의 표면에서 생물막의 존재가 확인되었다. 생물막의 조성을 EDS로 측정한 결과를 Fig.
증발기의 알루미늄 핀 표면을 약 2500배의 배율로 관찰한 결과, 표면에서는 직경 2~3 µm 정도 크기의 사슬 형태의 미세미생물군락 (Microcolony)이 발견되었다.
후속연구
본 연구를 기반으로, 향후 생물막의 물리·화학적 특성에 대한 추가적인 연구를 진행하여 궁극적으로는 악취발생을 억제할 수 있는 방안을 찾고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
냄새는 무엇인가?
중고차의 실내공기질에 대해 승객의 가장 큰 불만은 불쾌한 냄새이다. 냄새란 공기중의 어떤 냄새분자를 흡입했을 때 생기는 화학감각으로 인간에게 쾌감을 주는 냄새를 향기로 표현하고 불쾌한 냄새를 악취라고 표현한다 [1]. 이러한 악취는 승객에게 정신적 스트레스뿐만 아니라 호흡기계 과민성질환을 유발할 수도 있다.
생물막은 무엇인가?
즉, 증발기 표면에 미생물의 증식에 적절한 환경이 만들어지며 다양한 미생물들이 생물막을 형성하여 공생할 수 있게 된다. 생물막이란 고체 표면에 붙어있는 미생물이 대사과정에서 분비한 세포외고분자물질 (Extracellular polymeric substances, EPS)로 생물막 내 미생물은 외부환경 (습도, 온도, 산도, 자외선 노출 등)으로부터 보호를 받는다[7]. 예를 들면, 생물막 내 세균은 부유세균 (Planktonic cells)보다 살생물제 (Biocides)나 항생제 (Antibiotics)에 대한 내성이 10~1000배 정도로 크다 [8].
선행 연구결과에 따르면 차량 내의 주요 악취유발물질로 인식되는 것들은 무엇인가?
선행 연구결과들에 따르면 증발기 (Evaporator)에 번식하는 다수의 미생물에 의해 생성된 휘발성유기화합물 (Microbial Volatile Organic Compounds, MVOCs)이 주요 악취유발물질로 인식되고 있으며, 이에 대한 연구가 진행되어 왔다. Uchiyama 등 [4]은 외부에서 유입된 유기물질이 증발기 표면에 흡착되어 부패되고, 증발기의 재질인 알루미늄의 산화와 증발기에 번식하는 다수의 미생물에 의해 악취가 발생한다고 보고하였다.
참고문헌 (17)
Ministry of Environment (2007) Order control task manual. pp. 2- 22 & 299-305. Seoul. Korea.
Kim, K. H., S. H. Kim, Y. R. Jung, M. G. Kim, J. H. Kim, H. Y. Park, J. K. Lee, Y. J. Jee, and K. H. Kim (2006) A Study on odor evaluation of automobile air conditioner evaporator by using labscale test bench. The Korean Society of Automotive Engineers 11: 685-691.
Ryu, Y. J., I. H. Lee, and M. G. Kim (2010) Investigation of reproduction method for malodor emitted from automobile air conditioner and identification of VOCs from evaporator using test cooling bench. Korean Soc. Odor Res. Eng. 10: 108-113.
Uchiyama, K., O. Kasebe, K. Kobayashi, S. Sato, and H. Ito (2003) Analysis for adsorbed odor from car air conditioner evaporator. JSAE Annual Congress 37: 1-4.
Rose, L. J., R. B. Simmons, S. A. Crow, and D. G. Ahearn (2000) Volatile organic compounds associated with microbial growth in automobile air conditioning systems. Curr. Microbiol. 41: 206-209.
Simmons, R. B., L. J. Rose, S. A. Crow, and D. G. Ahearn (1999) The occurrence and persistence of mixed biofilms in automobile air conditioning systems. Curr. Microbiol. 39:141-145.
Lee, J. H. (2007) The latest research trends in biofilm. KSBMB News. 27: 34-39.
Simmons, R. B., J. A. Noble, L. Rose, D. L. Price, S. A. Crow, and D. G. Ahearn (1997) Fungal colonization of automobile air conditioning systems. J. Indust. Microbiol. Biotechnol. 19: 150-153.
Mori, M., M. Gomi, N. Matsumune, K.Niizeki, and Y. Sakagami (2013) Biofilm-forming activity of bacteria isolated from toilet bowl biofilms and the bactericidal activity of disinfectants against the isolates. Biocontrol Science 18: 129-135.
Furuhata, K., A.U. Banzai, Y. Kawakami, N. Ishizaki, Y. Yoshida, K. Goto, and M. Fukuyama (2011) Genotyping and chlorine-resistance of Methylobacterium aquaticum isolated from water samples in Japan. Biocontrol Science 16: 103-107.
Furuhata, K., Y. Kato, K. Goto, M. Hara, S. Yoshida, and M. Fukuyama (2006) Isolation and identification of Methylobacterium species from the tap water in hospitals in Japan and their antibiotic susceptibility. Microbiol. Immunol. 50: 11-17.
Hiraishi, A., K. Furuhata, A. Matsumoto, K. A. Koike, M. Fukuyama, and K. Tabuchi (1995) Phenotypic and genetic diversity of chlorine-resistant Methylobacterium strains isolated from various environments. Appl. Environ. Microbiol. 61: 2009-2107.
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