포장재 조건에 따른 365 nm UV-LED 조사의 Bacillus subtilis 생육 억제 효과 Inhibition Effect of Bacillus subtilis on 365 nm UV-LED Irradiation According to Packaging Materials원문보기
본 연구에서는 그람 양성의 호기성 유포자 세균 중 자연계에 널리 분포되어 식품에 문제를 일으키는 대표적인 균인 B. subtilis를 대상으로 365 nm UV-LED의 생육 억제 효과를 입증하였다. 또한 365 nm UV-LED 조사 시, 식품 포장재로 흔히 사용되고 있는 유리, LLD-PE, Nylon/LDPE 및 PS 등의 포장 조건에 따른 B. subtilis 생육 억제 효과를 확인하였다. 그 결과, B. subtilis의 생육 억제 효과가 가장 뛰어난 재질은 Nylon/LDPE와 LLD-PE로 확인되었고, 대조구의 생존율인 -log 5 값과 비교하여 각각의 생존율은 약 -log 2.5-2.9, -log 2.58-3.61로 나타났다. 이 때 재질의 두께가 미생물의 생육에 미치는 영향은 미미한 것으로 관찰되었고, 포장재질에 따라 365 nm UV-LED 투과력이 다르다는 것을 확인할 수 있었다. 통상적으로 log 3 이상 생균수가 감소하면 99.9% 살균효과가 있는 것으로 나타낼 수 있는데, 본 연구를 통해 365 nm UV-LED가 흔히 사용되고 있는 식품 포장재를 투과하여 균의 생육 억제에 영향을 줄 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과를 통해 365 nm UV-LED의 사용이 식품보존과 식품산업 분야의 응용기술로써 잠재력이 있음을 시사하는 바이다.
본 연구에서는 그람 양성의 호기성 유포자 세균 중 자연계에 널리 분포되어 식품에 문제를 일으키는 대표적인 균인 B. subtilis를 대상으로 365 nm UV-LED의 생육 억제 효과를 입증하였다. 또한 365 nm UV-LED 조사 시, 식품 포장재로 흔히 사용되고 있는 유리, LLD-PE, Nylon/LDPE 및 PS 등의 포장 조건에 따른 B. subtilis 생육 억제 효과를 확인하였다. 그 결과, B. subtilis의 생육 억제 효과가 가장 뛰어난 재질은 Nylon/LDPE와 LLD-PE로 확인되었고, 대조구의 생존율인 -log 5 값과 비교하여 각각의 생존율은 약 -log 2.5-2.9, -log 2.58-3.61로 나타났다. 이 때 재질의 두께가 미생물의 생육에 미치는 영향은 미미한 것으로 관찰되었고, 포장재질에 따라 365 nm UV-LED 투과력이 다르다는 것을 확인할 수 있었다. 통상적으로 log 3 이상 생균수가 감소하면 99.9% 살균효과가 있는 것으로 나타낼 수 있는데, 본 연구를 통해 365 nm UV-LED가 흔히 사용되고 있는 식품 포장재를 투과하여 균의 생육 억제에 영향을 줄 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과를 통해 365 nm UV-LED의 사용이 식품보존과 식품산업 분야의 응용기술로써 잠재력이 있음을 시사하는 바이다.
The use of ultraviolet (UV) spectroscopy for foods is known to have a microbial inhibitory effect. UV-A having a longer wavelength than UV-C can be used for continuous or intermittent UV irradiation of food stored in containers or packages. Because UV-LED can be used effectively at a low price, this...
The use of ultraviolet (UV) spectroscopy for foods is known to have a microbial inhibitory effect. UV-A having a longer wavelength than UV-C can be used for continuous or intermittent UV irradiation of food stored in containers or packages. Because UV-LED can be used effectively at a low price, this study reported the effect of UV-A 365 nm-LED on inhibiting Bacillus subtilis in accordance with the packaging conditions employed in daily use. The packaging materials were linear low-density polyethylene (LLD-PE), nylon/low density polyethylene (LDPE), polystyrene, and glass. When all packaging materials were treated with 365 nm UV-LED, B. subtilis was observed to remain inactive for 30-60 min. Further, compared with the control (-log 5), the survival rate of B. subtilis was -log 2.0-2.5 for nylon/LDPE and -log 2.58-3.61 for LLD-PE. These packaging materials showed an excellent inhibitory effect regardless of their thickness. Typically, a decrease in the viable cell count of more than 3 log indicates a 99.9% bactericidal effect. These results suggest that 365 nm UV-LED permeated the packaging material and inhibited bacterial growth.
The use of ultraviolet (UV) spectroscopy for foods is known to have a microbial inhibitory effect. UV-A having a longer wavelength than UV-C can be used for continuous or intermittent UV irradiation of food stored in containers or packages. Because UV-LED can be used effectively at a low price, this study reported the effect of UV-A 365 nm-LED on inhibiting Bacillus subtilis in accordance with the packaging conditions employed in daily use. The packaging materials were linear low-density polyethylene (LLD-PE), nylon/low density polyethylene (LDPE), polystyrene, and glass. When all packaging materials were treated with 365 nm UV-LED, B. subtilis was observed to remain inactive for 30-60 min. Further, compared with the control (-log 5), the survival rate of B. subtilis was -log 2.0-2.5 for nylon/LDPE and -log 2.58-3.61 for LLD-PE. These packaging materials showed an excellent inhibitory effect regardless of their thickness. Typically, a decrease in the viable cell count of more than 3 log indicates a 99.9% bactericidal effect. These results suggest that 365 nm UV-LED permeated the packaging material and inhibited bacterial growth.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 식품 살균의 유효성을 유지하고, 식품안전성을 확보하기 위해 각종 식품 포장재와 365 nm UVLED를 이용하여 Bacillus subtilis의 생육 억제 효과를 조사 하였고, 365 nm UV-LED를 이용한 효과적인 살균 처리 기술의 산업적 이용 가치를 제시하고자 하였다.
3%로 보고되어 있다[12]. 본 연구에서는 유리 두께별로(2, 3 및 5 mm) 365 nm UV-LED를 조사하여 B. subtilis에 대한 생육 억제 정도를 관찰하였다. 그 결과(Fig.
제안 방법
B. subtilis에 조사 시 petri dish 위에 유리를 덮어 조사하였으며, 실험에 사용한 유리의 두께는 2.0 ± 0.1 mm, 3 mm, 5 mm로 달리하였다.
, USA)에 접종해 35℃에서 24시간 1차 배양하였고, 1차 배양한 균주 100 µl를 취해 nutrient agar (NA) 배지에 도말하였다. 균주를 도말한 배지에 365 nm UV-LED 램프를 사용하여 조사하였고, 램프와 배지와의 거리는 4.5 cm, 조사 강도는 25 W/cm2 의 조건에서 진행하였다. B.
본 연구에서는 포장 재질을 Nylon/LDPE로 하여 90, 180, 270 및 360 µm의 두께에서 B. subtilis에 대한 생육 억제 정도를 관찰하였다(Fig. 2).
전류 전원은 AC adapter (0−8 A, 0−24 V) 를 이용하여 공급하였으며, 전압은 24 V로 설정하였다.
조사 시간은 30분, 60분, 120분, 180분으로 하였고, 조사 시 배지 표면의 온도는 30−35℃로 일정하게 유지하였다.
조사 시간은 30분, 60분, 120분, 180분으로 하였고, 조사 시 배지 표면의 온도는 30−35℃로 일정하게 유지하였다. 조사가 끝난 뒤 petri dish의 뚜껑을 닫고 광재활성화를 방지하기 위해 어두운 곳에 두었다가, 35℃에서 18시간 배양하여 형성된 집락수를 계수하였다. 집락수를 계수하여 희석배수를 곱하였고, log 값을 취한 균 생존 비율을 아래 식을 이용해 계산하였다.
포장재로 PS를 사용하여 0.78 mm와 1.56 mm의 두께에서 B. subtilis에 대한 생육 억제 정도를 관찰하였다(Fig. 3). 0.
대상 데이터
다양한 포장 재질 중 식품 산업에 흔히 사용되는 포장 재질세 가지를 선택하였다. 가정용 랩은 크린랩 사의 선상저밀도 폴리에틸렌(LLD-PE)으로 두께가 10 nm인 것을 사용하였다. 진공포장지의 경우, 외부 재질은 나일론, 내부 재질은 LDPE로 구성된 적층 포장지로 두께가 90 µm인 것을 사용 하였다.
1 mm, 3 mm, 5 mm로 달리하였다. 다양한 포장 재질 중 식품 산업에 흔히 사용되는 포장 재질세 가지를 선택하였다. 가정용 랩은 크린랩 사의 선상저밀도 폴리에틸렌(LLD-PE)으로 두께가 10 nm인 것을 사용하였다.
본 실험에서 사용한 균주는 한국미생물보존센터(Korean Culture Center of Microorganisms, Korea)에서 Bacillus subtilis를 분양받아 사용하였다.
실험에 사용된 UV-LED 소자는 365 nm 단일 파장이며, 실험장비는 가로 26 cm, 세로 13.5 cm 크기의 판을 제작한 후판 하부에 LED 소자 40개를 가로, 세로 2 cm 간격으로 부착하여 제작하였다. 전류 전원은 AC adapter (0−8 A, 0−24 V) 를 이용하여 공급하였으며, 전압은 24 V로 설정하였다.
실험에 사용한 LLD-PE의 두께는 10 nm와 20 nm로, 20 nm의 경우 10 nm의 LLD-PE를 두 겹으로 겹쳐서 사용 하였다. LLD-PE의 두께에 따른 B.
진공포장지의 경우, 외부 재질은 나일론, 내부 재질은 LDPE로 구성된 적층 포장지로 두께가 90 µm인 것을 사용 하였다.
진공포장지의 경우, 외부 재질은 나일론, 내부 재질은 LDPE로 구성된 적층 포장지로 두께가 90 µm인 것을 사용 하였다. 플라스틱은 Crystal-grade polystyrene (PS)로 두께가 0.78 mm인 것을 사용하였다. 조사 시간은 30분, 60분, 120분, 180분으로 하였고, 조사 시 배지 표면의 온도는 30−35℃로 일정하게 유지하였다.
성능/효과
실험에 사용한 LLD-PE의 두께는 10 nm와 20 nm로, 20 nm의 경우 10 nm의 LLD-PE를 두 겹으로 겹쳐서 사용 하였다. LLD-PE의 두께에 따른 B. subtilis 생육 억제 효과를 관찰한 결과(Fig. 1), 30분이 되는 시점에서 10 nm와 20 nm 두 경우 모두 B. subtilis 생육이 급격히 감소하였으며, 그 이후에도 계속 감소하는 경향을 보였다. 총 180분 동안 빛을 조사하여 생존율을 log 값으로 나타낸 결과, 10 nm 두께에서는 약 -log 2.
subtilis에 대한 생육 억제 정도를 관찰하였다. 그 결과(Fig. 4), 365 nm UV-LED 조사 후 30분째에 모든 조건의 B. subtilis의 생존율이 급격히 감소하였으며, 이 후 계속해서 생존율이 감소하는 경향을 보였다. 이 중 감소폭이 가장 큰것은 3 mm의 두께로, 시간이 지날수록 약 log 0.
다른 포장 재질은 B. subtilis의 생존율이 -log 2−3인 것에 비해 유리는 -log 1−2로 B. subtilis의 생존 율이 더 높게 관찰되었고, UV-A의 경우, 유리 투과력이 비교적 약한 것으로 확인되었다.
본 연구를 통해 LLD-PE, nylon/LDPE 및 PS의 포장재는 365 nm UV-LED 조사시, B. subtilis의 생존 율이 약 -log 2−3 범위로 확인되었다.
총 120분 동안 빛을 조사하여 생존율을 log 값으로 나타낸 결과, 90 µm에서는 약 -log 2.75, 180 µm에서는 약 -log 2.78, 270 µm에서는 약 -log 2.81, 360 µm에서는 약 -log 2.97로 Nylon/LDPE의 두께 차이는 생육 억제 효과에 거의 영향을 미치지 않았다.
5 간격으로 꾸준히 감소하였다. 총 180분 동안 빛을 조사하여 B. subtilis의 생존율을 log 값으로 나타낸 결과, 2 mm 두께에서는 약 -log 2.75, 3 mm 두께에서는 약 -log 2.97, 5 mm 두께에서는약 -log 1.84로 가장 두꺼운 유리에서 가장 낮은 생육 억제 효과를 보였다. 다른 포장 재질은 B.
subtilis 생육이 급격히 감소하였으며, 그 이후에도 계속 감소하는 경향을 보였다. 총 180분 동안 빛을 조사하여 생존율을 log 값으로 나타낸 결과, 10 nm 두께에서는 약 -log 2.58, 20 nm 두께에서는 약 -log 3.61으로 B. subtilis에 대한 생육 억제 효과를 보였다. 하지만 LLDPE의 두께에 따른 균 생육 억제 효과의 차이는 미미한 것으로 나타났다.
78 mm의 두께에 비해 감소폭이 크게 증가하지는 않았다. 최종 생존율 또한 약 -log 1.33으로 생육 억제 효과는 0.78 mm의 두께에 비해 미미하였다.
후속연구
이에 따라 UV-A의 경우, 유리 포장재에 대한 투과력이 비교적 약한 것으로 확인되었다. UV-A를 식품 산업에 보다 안전하고 효과적으로 이용하기 위해서는 포장재의 적용 범위와 조건 및 다양한 미생물에 대한 생육 억제 효과 등에 대한 연구가 계속적으로 진행 되어져야 할 것으로 사료된다.
subtilis의 생존 율이 약 -log 2−3 범위로 확인되었다. 이에 따라, 365 nm UV-LED 조사를 일반적으로 사용되고 있는 식품 포장재에 적용할 경우, Bacillus subtilis를 비롯한 미생물 생육 억제를 통하여 식품의 저장 및 식품 품질의 향상을 기대할 수 있을 것으로 예측된다. 반면 유리 포장재의 경우, B.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자외선의 파장범위는?
전자기 스펙트럼 중 자외선(UV)은 100−400 nm 범위의 파장으로, 특히 살균 효과가 뛰어난 것으로 알려져 있다. UV 는 파장의 길이에 따라 크게 UV-A (315−400 nm), UV-B (280−315 nm), UV-C (100−280)로 구분되는데[4], 현재 식품의 살균 및 소독에 주로 사용되고 있는 것은 UV-C 영역의 파장으로 저압 수은 램프를 사용하고 있다.
자외선은 어떻게 구분되나?
전자기 스펙트럼 중 자외선(UV)은 100−400 nm 범위의 파장으로, 특히 살균 효과가 뛰어난 것으로 알려져 있다. UV 는 파장의 길이에 따라 크게 UV-A (315−400 nm), UV-B (280−315 nm), UV-C (100−280)로 구분되는데[4], 현재 식품의 살균 및 소독에 주로 사용되고 있는 것은 UV-C 영역의 파장으로 저압 수은 램프를 사용하고 있다. 하지만 저압 수은 램프는 빛 에너지와 열 에너지가 동시에 발생해 소비전력 면에서 비효율적이고, 인체에 유해한 UV가 방사되기 때문에 노출 시 위험하다는 단점이 있다[5].
식품산업에서 유해 미생물로 인한 문제점은?
식품산업에서 유해 미생물을 원인으로 한 식품의 부패와 변질은 세균성 식중독을 유발하고, 이로 인해 식품안전성에 대한 위협과 큰 경제적 손실을 야기시킨다. 특히, 가공식품의 경우 가공, 저장 및 유통과정에서 미생물 오염으로 인한 식품의 부패와 변질 가능성이 높기 때문에 철저한 살균처리와 위생적 관리로 식품의 안전성을 확보하는 것이 중요하다 [1].
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