[논문]대기압 유전체장벽방전 플라즈마에 의한 식품유해 미생물 살균

이승제; 송윤석; 박유리; 유승민; 전형원; 엄상흠

doi:10.13103/jfhs.2017.32.3.222

대기압 유전체장벽방전 플라즈마에 의한 식품유해 미생물 살균
Sterilization of Food-Borne Pathogenic Bacteria by Atmospheric Pressure Dielectric Barrier Discharge Plasma 원문보기

한국식품위생안전성학회지 = Journal of food hygiene and safety, v.32 no.3, 2017년, pp.222 - 227

이승제 (전라북도생물산업진흥원) , 송윤석 (전라북도생물산업진흥원) , 박유리 (전라북도생물산업진흥원) , 유승민 (국가핵융합연구소 플라즈마기술연구센터) , 전형원 (국가핵융합연구소 플라즈마기술연구센터) , 엄상흠 (국가핵융합연구소 플라즈마기술연구센터)

초록
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연구는 대기압 유전체장벽방전 플라즈마 처리에 따른 식품유해 미생물 사멸효과를 조사하기 위해 수행되었다. 플라즈마 처리 시, 활성종 생성 및 농도에 영향을 미치는 노출시간, 노출거리, 산소비율, 전력 변화에 따른 E. coli의 사멸효과를 조사한 결과, E. coli의 사멸율은 플라즈마 처리를 위한 노출시간, 산소비율, 전력의 증가에 따라 증가한 반면, 노출거리의 증가에 따라서는 사멸율이 감소하였다. 이 결과는 미생물 시료가 플라즈마에 노출되는 시간이 증가됨으로서 시료 내 NO 농도가 증가되고, E. coli의 사멸율 역시 증가되는 결과로 뒷받침할 수 있고, 미생물 사멸효과를 높이기 위해서는 활성종의 농도가 증가되어야 함을 의미한다. E. coli와 함께 B. cereus, B. subtilis, B. thuringiensis, B. atrophaeus를 대상으로 대기압 유전체 장벽방전 플라즈마에 의한 살균효과를 조사한 결과, 72.3~91.3%의 높은 사멸율을 나타내었다. 이러한 결과로 미루어, 대기압 유전체장벽방전 플라즈마기술은 다양한 미생물에 적용될 수 있는 유용한 살균기술임을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study aimed to explore the potential for food-industry application of atmospheric pressure dielectric barrier discharge plasma (atmospheric pressure DBD plasma) as a non-thermal sterilization technology for microorganism. The effects of the key parameters such as power, oxygen ratio, exposure time and distance on Escherichia coli KCCM 21052 sterilization by the atmospheric pressure DBD plasma treatment were investigated. The experimental results revealed that increasing the power, exposure time or oxygen ratio and decreasing the exposure distance led to an improvement in the sterilization efficiency of E. coli. Furthermore, the atmospheric pressure DBD plasma (1.0 kW power, 1.0% (v/v) $O_2$, 5 min exposure time and 20 mm exposure distance) treatment was very effective for the sterilization of food-borne pathogenic bacteria. The sterilization rate of E. coli, Bacillus cereus KCCM 40935, Bacillus subtilis KCCM 12027, Bacillus thuringiensis KCCM 11429 and Bacillus atrophaeus KCCM 11314 were 72.3%, 74.6%, 88.5%, 84.7% and 91.3%, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 중 유전체장벽방전은 매우 큰 비평형 조건에서 작동하고, 고출력방전이 가능하며, 전기적 충격이 없고, 넓은 면적을 처리할 수 있기 때문에 농·식품 처리에 적합한 방전 형태이다^6,7). 본 연구에서는 농·식품산업에 적용성이 높다고 판단되는 유전체장벽방전 형태의 대기압 플라즈마 처리에 의한 식품유해 미생물의 살균효과를 조사하였다.

제안 방법

이 때 발생하는 NO는 미생물 살균에 직접적으로 작용한다고 알려져 있다¹⁵⁾. 따라서, 본 연구에서 사용한 플라즈마 처리 기본조건인 전력 1.0 kW, 산소비율 1.0%, 노출거리 20 mm, 노출시간 5min에서 노출시간 증가에 따른 NO 농도변화를 조사하였다.
식품을 매개로 한 질병을 유발하거나 포자(spore)를 형성하여 살균에 내성을 가지는 잠재적 유해미생물(E. coli, B. cereus, B. subtilis, B. thuringiensis, B. atrophaeus)을 선정하여 대기압 유전체장벽방전 플라즈마 처리에 따른 각 미생물의 사멸효과를 조사하였다^22-25).

대상 데이터

대기압 유전체장벽방전 플라즈마(atmospheric pressure DBD plasma)에 의한 미생물 사멸효과를 평가하기 위한 미생물 시료는 12-well pate (Corning Incorporated, Kennebunk, ME, USA)에 각각의 미생물을 분주하여 준비하였다. 이때, 각 미생물의 농도는 약 6.
본 연구에서 사용한 Escherichia coli KCCM 21052, Bacillus cereus KCCM 40935, Bacillus subtilis KCCM 12027, Bacillus thuringiensis KCCM 11429, Bacillus atrophaeus KCCM 11314는 한국미생물보존센터(Seoul, Korea)로부터 분양받았다. 각각의 균주는 nutrient broth (Difco, Sparks, MD, USA)에서 37ºC, 48시간 동안 배양한 다음 2차례 증균배양한 후, 40% 글리세롤에 저장하여 냉동보관하였다.

데이터처리

통계처리는 SPSS (statistical package social science) 12.0을 이용하여 분석하였고, 각 실험군 간의 유의차 검증은 다중범위검정법(duncan’s multiple range test)를 실시하여 p < 0.05 ~ 0.001 수준에서 검정하였다.

성능/효과

3은 NO 농도의 변화를 나타낸다. 노출시간이 증가함에 따라 NO 농도가 점차 증가하는 것을 확인할 수 있었고, 특히 노출시간 5 min (2.49 mM) 이상에서 NO의 농도가 급격히 증가하였다. 이는 Fig.
coli의 사멸효과가 증가된 것을 보고하였다^1,9,17,21). 이러한 결과로 미루어, 대기압 유전체장벽방전 플라즈마 처리를 위한 전력과 산소비율, 플라즈마 상태에 노출되는 시간 및 플라즈마 발생원과 시료의 거리는 미생물 사멸에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다.
전력 1.0 kW, 산소비율 1.0%, 노출시간 5 min, 노출거리 20 mm로 플라즈마를 처리한 결과, E. coli, B. cereus, B. subtilis, B. thuringiensis, B. atrophaeus의 사멸율은 각각 72.3%, 74.6%, 88.5%, 84.7%, 91.3%이었다(Fig. 4). 이러한 각 미생물의 사멸율 차이는 세포막 구성성분의 조성과 구조의 차이에서 기인한 결과로 판단된다.

후속연구

즉, 살균대상물의 표면에 존재하는 미생물의 살균에는 매우 효과적이어서 단시간 처리로 살균이 가능하지만, 내부에 존재하는 미생물의 살균을 위해서는 상대적으로 장시간의 처리가 요구됨을 의미한다²⁰⁾. 따라서, 보다 살균효율이 높은 대기압 플라즈마를 위해서는 발생한 활성종의 확산에 관한 연구가 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저온 플라즈마 기술 중 대기압 플라즈마의 장점은 무엇인가?	감압 플라즈마는 플라즈마 발생속도의 제어가 용이하고, 균일한 플라즈마 생성이 가능한 장점이 있으나, 진공에 가까운 상태까지 압력을 낮추는 설비가 필요하고, 연속식 처리가 어려운 단점이 있다14). 이에 반해,대기압 플라즈마는 대기압 하에서 플라즈마 생성이 일어나기 때문에 장비가 간단하고, 연속처리가 가능하며, 장치비가 낮은 장점으로 인해 대기압 플라즈마가 농·식품산업에 적용 가능성이 높다. 대기압 플라즈마의 방전 형태는 유전체장벽방전(DBD, dielectric barrier discharge), 코로나방전(corona discharge), 마이크로웨이브방전(microwave discharge), 아크방전(arc discharge) 등이 있다.
	미생물 사멸효과를 증진시키기 위한 활성종의 농도는 어떠해야하는가?	이 결과는 미생물 시료가 플라즈마에 노출되는 시간이 증가됨으로서 시료 내 NO 농도가 증가되고, E. coli의 사멸율 역시 증가되는 결과로 뒷받침할 수 있고, 미생물 사멸효과를 높이기 위해서는 활성종의 농도가 증가되어야 함을 의미한다. E.
	유전체장벽방전 플라즈마 처리 시, 노출시간에 따라 E. coli의 변화는?	coli의 사멸율은 플라즈마 처리를 위한 노출시간, 산소비율, 전력의 증가에 따라 증가한 반면, 노출거리의 증가에 따라서는 사멸율이 감소하였다. 이 결과는 미생물 시료가 플라즈마에 노출되는 시간이 증가됨으로서 시료 내 NO 농도가 증가되고, E. coli의 사멸율 역시 증가되는 결과로 뒷받침할 수 있고, 미생물 사멸효과를 높이기 위해서는 활성종의 농도가 증가되어야 함을 의미한다. E.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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