[논문]유전체장벽방전 플라즈마에 의한 주요식중독세균의 살균 효과

최만석; 김지윤; 전은비; 박신영

doi:10.5657/kfas.2019.0617

유전체장벽방전 플라즈마에 의한 주요식중독세균의 살균 효과
Antibacterial Activity of Dielectric Barrier Discharge Plasma against Main Food-borne Bacteria in Suspensions 원문보기

한국수산과학회지 = Korean journal of fisheries and aquatic sciences, v.52 no.6, 2019년, pp.617 - 624

최만석 (경상대학교 해양산업연구소) , 김지윤 (경상대학교 해양산업연구소) , 전은비 (경상대학교 해양산업연구소) , 박신영 (경상대학교 해양산업연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

Dielectric barrier discharge (DBD) plasma is one of the promising next generation non-thermal technologies for food sterilization. The present study investigated the effects of DBD plasma on the reduction of most common food-borne pathogenic bacteria (Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Vibrio parahaemolyticus, Salmonella enterica) and sanitary indicative bacteria (Escherichia coli) in the suspension (initial inoculum of approx. 9 log CFU/mL). The bacterial counts were significantly (P<0.05) reduced with the increase in the treatment time (1-30 min) of DBD plasma in the suspension. The D-values (time for 90% reduction) of DBD plasma by first-order kinetics for S. aureus, B. cereus, V. parahaemolyticus, S. enterica, and E. coli were 17.76, 19.96, 32.89, 21.55, and 15.24 min, respectively (R2>0.90). These results specifically showed that 30 min of DBD plasma treatment in > 90% reduction of seafood-borne pathogenic and sanitary indicative bacteria. This suspension study may provide the basic data for use in seafood processing and distribution.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1 Schematic view of μ-DBD plasma experimental setup.
표 Table 1. Effect of DBD plasma treatment on the reduction of Gram-positive bacteria in the suspension
표 Table 2. Effect of DBD plasma treatment on the reduction of Gram-negative bacteria in the suspension
표 Table 3. D-values (time) of Gram-positive bacteria in the suspension treated by the duration time of DBD plasma
그림 Fig. 2 Fitted survival curves of Gram-positive (a) and Gram-negative (b) bacteria in the suspension treated by the duration time of DBD plasma; R², correlation coefficient.
표 Table 4. D-values (time) of Gram-negative bacteria in the suspension treated by the duration time of DBD plasma

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

, 2016). 따라서 이러한 배경하에 본 연구에서는 DBD plasma의 수산물 관련 주요식중독세균에 대한 살균력을 추가적으로 조사해보았다.
이와 같은 미생물종에 따른 항미생물 효과를 구체적으로 탐색하고 실용적인 식품의 현장 적용을 위해서는 식품 및 pilot 규모에서의 다양한 연구가 수행되어야 한다. 따라서, 본 연구는 이와 관련한 기초연구로서 식품산업의 차세대 친환경적 살균 기술로 주목받고 있는 비열 유전체장벽방전 형태의 대기압플라즈마를 사용하여 처리시간에 따른 주요식중독세균에 대한 살균효과를 조사하였다. 아울러 수학적 모델링을 활용하여 본 유전체장벽플라즈마 사용시의 식중독균의 불활성화를 나타내는 사멸 값(D-value)을 분석하였다.
따라서, 본 연구의 의의는 주요식중독세균의 DBD plasma 처리 가능성을 알아보기 위한 Suspension상의 기초연구이자, DBD plasma 처리의 식품의 현장적용을 위해서 상업적 살균에서 발생할 수 있는 공중 위생상 안전한 수준에서의 식중독균을 컨트롤 할 수 있는 기초 자료를 제공하는 것이다. 또한, 본 연구자료를 바탕으로 수산식품상에 오염된 식중독세균과 식중독바이러스에 관한 추가적인 연구의 확대가 필요할 것으로 사료된다.

제안 방법

5 mL씩 분주하였다. DBD plasma 처리를 전극과 균주 사이에 3 mm 간격을 두고 각각 1, 3, 5, 10, 20분 및 30분간 처리하였다. 그 후 균주를 회수하여, 각각 10진 희석법으로 희석하여 미생물 측정의 정량 실험에 사용하였다.
DBD plasma 처리를 전극과 균주 사이에 3 mm 간격을 두고 각각 1, 3, 5, 10, 20분 및 30분간 처리하였다. 그 후 균주를 회수하여, 각각 10진 희석법으로 희석하여 미생물 측정의 정량 실험에 사용하였다.
본 연구에서는 DBD플라즈마 처리 시간에 따른 수산식품 식중독 세균 5종(S. aureus, B. cereus, V. parahaemolyticus, S. enterica & E. coli)의 suspension상의 D-value를 First-order kinetics model에 의해 측정하여 그람양성세균(Table 3)과 그람음성세균 (Table 4)으로 구분하여 표시하였다.
시료와 전극 사이의 거리는 조정이 가능하나 본 연구에서는 시료와 전극 사이의 거리를 3 mm로 유지하였으며, 플라즈마를 연속적으로 발생시켰을 때의 에너지의 집속으로 인한 열을 방지하기 위해 유전체 위에 공냉쿨러(COOLERTEC Ice Bridge-1, COOLERTEC, Seoul, Korea)를 부착해 지속적으로 동작 시켰다. 최대 30분까지 플라즈마 발생시 온도를 측정한 결과, 18.
시험 균주의 DBD plasma 처리를 위하여 실험 시작 10분 전에 플라즈마 장치를 켰으며, 10-1으로 희석된 현탁액은 biological safety cabinet (CHC Lab Co., Daejeon, Korea) 내에서 멸균된 petri dish (35×15 mm)에 유전체장벽 플라즈마 처리 최적 용량인 각 0.5 mL씩 분주하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용한 DBD plasma 발생장치(μ-DBD Surface Plasma Generator, Model; Micro DBD Plasma)는 Plasma Biomedicine Institute (Plasma Bioscience Research Center, Seoul, Korea)에서 공급받았고 이 장치에 대하여 Ryu et al.
본 연구에서 사용한 DBD plasma는 지름 80 mm, 두께 18mm인 원형의 소다 유리를 유전체로 하여 플라즈마 발생을 위한 metal 전극으로 그 윗면은 은(sliver) 전극으로 덮어 하나의 전극으로 삼고 아랫면은 사각형 그물구조를 가지는 스테인레스 재질의 그물망(mesh)을 유리의 후면에 부착하여 반대 전극으로 사용하였다. 플라즈마 발생을 위한 질소 가스는 가스 주입구멍을 통해 PLA (poly lactic acid) 커버에 의해 1.
본 연구에서 사용한 Staphylococcus aureus ATCC 6538, Bacillus cereus ATCC 11778, Vibrio parahaemolyticus ATCC 27967, Salmonella enterica ATCC 14028 및 Escherichia coli KCTC 1682는 glycerol stock으로 -80°C에서 보관중인 균주를 사용하였다.
배양된 시험 균주는 10,000 g에서 10분 동안 원심 분리한 후 침강된 펠릿(pellet)을 10 mL의 펩톤수에 현탁하였다. 연구에 사용된 S. aureus ATCC 6538, B. cereus ATCC 11778, V. parahaemolyticus ATCC 27967, S. enterica ATCC 14028 및 E. coli KCTC 1682는 약 9 log CFU/mL의 농도를 사용하였다. 시험 균주의 DBD plasma 처리를 위하여 실험 시작 10분 전에 플라즈마 장치를 켰으며, 10^-1으로 희석된 현탁액은 biological safety cabinet (CHC Lab Co.
플라즈마 발생장치의 파워는 사인파 교류전원을 사용하였으며, 주행 주파수 43 kHz에서 낮은 1 kV의 방전 전압이며, cycle의 전기 방전 에너지는 7.7 μJ로 측정되었고 초당 에너지는 0.12 J/s로 측정되었다.

데이터처리

각각의 실험군이 통계적으로 유의적으로 나타나는 경우에(P<0.05) 각각의 3반복 실험에 의한 평균값을 다중위검정법(Duncan multiple-range test)을 이용하여 분석하였다.
모든 실험은 3반복으로 수행되었으며 관찰된 실험 결과는 SPSS 25 (IBM SPSS Statistics, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) program을 이용하여 분석하였다. 각각의 실험군이 통계적으로 유의적으로 나타나는 경우에(P<0.
따라서, 본 연구는 이와 관련한 기초연구로서 식품산업의 차세대 친환경적 살균 기술로 주목받고 있는 비열 유전체장벽방전 형태의 대기압플라즈마를 사용하여 처리시간에 따른 주요식중독세균에 대한 살균효과를 조사하였다. 아울러 수학적 모델링을 활용하여 본 유전체장벽플라즈마 사용시의 식중독균의 불활성화를 나타내는 사멸 값(D-value)을 분석하였다.

이론/모형

주요식중독세균의 DBD plasma처리에 따른 살균효과는 다음과 같이 First-order kinetics model을 사용하여 D-value (decimal reduction time)을 측정하였다.
플라즈마 처리 전 ∙ 후 각 미생물의 농도는 각각 10진 희석법으로 희석한 희석액 1 mL을 petri dish (90×15 mm)에 분주하고 45-50℃정도로 식힌 tryptic soy agar (TSA; BD/Difco Laboratories, Detroit, MI, USA)를 petri dish에 주입 평판 법(pour plate method)으로 혼합해준다.

성능/효과

대조구 샘플과 비교하였을 때 E. coli는 DBD plasma를 10분 이상 처리하였을 때 유의적인 감소를 보였으며(P<0.05), DBD plasma를 30분 처리시 최대 2.57 log의 감소를 보였다.
대조구의 B. cereus의 population은 평균 9.36 log CFU/mL이였으며, DBD plasma를 5분 이상 처리하였을 때부터 유의적인 감소를 보였다(P<0.05).
대조구의 S. aureus의 population은 평균 9.28 log CFU/mL이였으며, DBD plasma를 5분처리 이상하였을 때부터 유의적인 감소를 보였다(P<0.05).
또한, log 감소는 DBD plasma 1분, 5분, 10분 처리시 유의적인 차이를 보이지 않았으나(P>0.05), 20분(1.04 log 감소, 90.90% 감소)과 30분 처리(1.92 log 감소, 98.79% 감소)시 유의적인 감소를 보였다(P<0.05).
또한, log 감소는 플라즈마 처리시간 (1-30분)에 따라 최소 0.27 log 감소(45.80% 감소)-최대 1.75 log 감소(98.24%)의 유의적인 차이를 보였다(P<0.05).
5 log의 살균효과를 보였다. 또한, 그람양성세균인 B. cereus 1.5 log 저감화보다는 더 큰 살균력을 보였다. 이와 관련하여 Lunov et al.
또한, 대장균의 log 감소는 DBD plasma를 20분(1.40 log 감소, 96.06% 감소)과 30분 처리(2.03 log 감소, 99.06% 감소)시 다른 식중독균에 비해 가장 큰 유의적인 감소를 보였다(P<0.05).
본 연구의 DBD plasma 처리에 대한 B. cereus균은 S. aureus보다는 약간 낮은 살균효과를 보였다. 대조구의 B.
05). 이를 통해 기존대부분 연구와 동일하게 그람음성세균인 E. coli가 그람양성세균인 S. aureus와 B. cereus에 비해 높은 살균 효과를 보인 것으로 확인되었다. 반면, S.
최대 30분까지 플라즈마 발생시 온도를 측정한 결과, 18.5-35°C 범위 이내임을 확인하였다.

후속연구

(2009)은 원자력 현미경을 통한 플라즈마의 살균효과 확인 시, 그람양성세균과 그람음성세균에 대한 살균효과의 일관된 패턴은 보이지 않았다. 따라서, 플라즈마 살균효과의 세부사항은 플라즈마 반응성의 디자인(ROS와 RNS의 밀도, 온도 및 조성 등), 세균의 세포벽 특징 등의 전체적인 물리적 메커니즘이 각기 다르기 때문에 다양한 세균에 대한 개별적 연구가 필요하다. 한편, 플라즈마의 세균의 살균효과는 플라즈마 작동의 사용되는 전력(전류세기, 방출전압)에 비례하여 미생물의 사멸율을 증가시킬 수 있다.
따라서, 본 연구의 의의는 주요식중독세균의 DBD plasma 처리 가능성을 알아보기 위한 Suspension상의 기초연구이자, DBD plasma 처리의 식품의 현장적용을 위해서 상업적 살균에서 발생할 수 있는 공중 위생상 안전한 수준에서의 식중독균을 컨트롤 할 수 있는 기초 자료를 제공하는 것이다. 또한, 본 연구자료를 바탕으로 수산식품상에 오염된 식중독세균과 식중독바이러스에 관한 추가적인 연구의 확대가 필요할 것으로 사료된다.
이와 같은 미생물종에 따른 항미생물 효과를 구체적으로 탐색하고 실용적인 식품의 현장 적용을 위해서는 식품 및 pilot 규모에서의 다양한 연구가 수행되어야 한다. 따라서, 본 연구는 이와 관련한 기초연구로서 식품산업의 차세대 친환경적 살균 기술로 주목받고 있는 비열 유전체장벽방전 형태의 대기압플라즈마를 사용하여 처리시간에 따른 주요식중독세균에 대한 살균효과를 조사하였다.
, 2016). 즉, 대기압플라즈마에 의한 식중독 세균의 살균 효과는 플라즈마 발생 전력의 세기, 노출시간, 박테리아 균주의 특성 등에 따라 달라질 수 있으므로 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다.
cereus보다 살균효과가 좋았다는 차이점이 있었다. 한편, 본 연구에서는 주요수산식품 식중독균 5종(S. aureus, B. cereus, V. parahaemolyticus, S. enterica, E. coli)에 대한 DBD 플라즈마 처리를 통한 살균연구가 수행되었지만, 식품공전에서 신선수산식품과 관련하여 기준 및 규격을 제시하고 있는 L. monocytogenes과 E. coli O157:H7에 관해서도 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다(MFDS, 2019). 한편, Park 과 Ha의 연구에 의하면 COP(cold oxygen plasma)의 처리가 각각 굴과 조개 등의 이매패류의 원인 바이러스인 노로바이러스(D=43.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가열살균법의 단점은?	, 2012). 가열 살균법은 가장 흔하고 쉽게 사용되는 방법이기는 하나, 식품의 원재료가 가지고 있는 천연의 풍미와 조직감을 잃거나 영양소 파괴와 식품의 변색이 발생할 수 있다(Luksiene et al., 2010).
	염소소독법의 단점은?	, 2010). 차아염소산나트륨 등을 사용한 염소소독법은 항균작용과 속효성은 탁월하지만, trihalomethanes (THM), 염화페놀 등의 유해한 독성물질이 발생된다(Park et al., 2012).
	오염된 식중독 미생물의 살균을 위해 사용되는 방법은?	식품에 대한 주요식중독 미생물의 침입은 식품 원료의 오염, 완제품의 불충분한 살균, 생산 및 유통과정에서의 오염 등 어느 단계에서나 일어날 수 있다. 따라서, 오염된 식중독 미생물의 살균을 위해서 가열살균법, 염소소독법, UV 자외선 조사를 포함한 다양한 물리화학적 방법이 사용되어 왔다(Arcangeli et al., 2012).

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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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