[논문]수학적 모델을 이용한 Listeria monocytogenes의 성장 예측

문성양; 박진화; 김태규; 이상수; 배승권; 박욱연; 신일식

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문성양 (강릉대학교 해양생명공학부) , 박진화 (강릉대학교 해양생명공학) , 김태규 (강릉대학교 해양생명공학) , 이상수 (강릉대학교 해양생명공학) , 배승권 (강원도립대학 식품생명과학) , 박욱연 (강원도립대학 식품생명과학) , 신일식 (강릉대학교 해양생명공학부)

식품 위생과 관련하여 그 안정성 확보를 위한 새로운 기술로서 수학적 모델을 이용하여 미생물의 생장 변화를 예측하는 예측미생물학분야의 중요성이 최근 크게 대두되고 있다. 수학적 모델은 정성적 분석 결과 및 경험치의 의존도가 높은 HACCP시스템의 단점을 보완함과 동시에 병원미생물의 정량적 위험도 평가를 위한 저비용의 유효수단으로 높이 인정되고 있다. (중략)

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문제 정의

한편 복잡한 사회구조 및 식생활 패턴의 변화로 인하여 냉동 냉장에 의한 보관 및 유통의 의존도가 높은 패스트 푸드의 수요가 증대됨에 따라 저온성 병원 세균등에 의한 식중독 사례가 전 세계적으로 빈번하게 보고되고 있다. 이에 본 연구에서는 저온성 병원 세균의 대표적인 Listeria monocytogenes를 대상으로 배양과정 중의 성장 변화를 정량적으로 예측하기 위한 수학적 모델의 적용가능성을 검토하였다.

제안 방법

본 실험에 사용한 표준균주로서는 Listeria monocytogenes ATCC 19113을 이용하였다. 배지로서는 BHI broth(Difco) 액체 배지를 이용하였으며 Lactic acid 와 3N NaOH 로 pH 6, 7, 8로 보정한 후 각 pH에서 온도별(5℃ 25℃, 37℃)로 배양 실험을 행하였다. 배양 과정 중의 시간별 균 수는 평판 배양법으로 생균수를 측정하였다.
미생물의 배양 과정 중에 나티나는 sigmoid 형태의 증식 곡선을 연속함수로 표현하는 다양한 모델식이 보고되고 있으나, 그 중에서도 (1)식에 표현된 Gompertz식이 대표적이라 할 수 있다. 이에 서로 다른 배양 조건 하에서 실험에 의해 측정한 균 수와 Gompertz 모델식에 의한 계산치를 비교 검토하였다. 그 결과 실험치와 계산치는 양호하게 일치하여 균의 성장을 예측하는 모델식으로서의 적용가능성을 확인하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용한 표준균주로서는 Listeria monocytogenes ATCC 19113을 이용하였다. 배지로서는 BHI broth(Difco) 액체 배지를 이용하였으며 Lactic acid 와 3N NaOH 로 pH 6, 7, 8로 보정한 후 각 pH에서 온도별(5℃ 25℃, 37℃)로 배양 실험을 행하였다.

이론/모형

배지로서는 BHI broth(Difco) 액체 배지를 이용하였으며 Lactic acid 와 3N NaOH 로 pH 6, 7, 8로 보정한 후 각 pH에서 온도별(5℃ 25℃, 37℃)로 배양 실험을 행하였다. 배양 과정 중의 시간별 균 수는 평판 배양법으로 생균수를 측정하였다.
또한, 서로 다른 pH(6, 7, 8) 및 온도(5, 25, 37℃)범위에서의 배양실험 결과, 최적 pH 및 배양 온도는 각각 pH 8, 37℃로 나타났다. 한편, 환경요인의 변화가 균의 중식에 미치는 영향을 조사하기 위하여 Arrehenius식(2)을 이용하여 온도와 최대증식속도상수와의 관계를 조사하였다. 그 결과 이들의 관계는 Arrehenius식에 의해 표현 가능하며, 이때의 활성화에너지값은 68983.

성능/효과

이에 서로 다른 배양 조건 하에서 실험에 의해 측정한 균 수와 Gompertz 모델식에 의한 계산치를 비교 검토하였다. 그 결과 실험치와 계산치는 양호하게 일치하여 균의 성장을 예측하는 모델식으로서의 적용가능성을 확인하였다. 또한, 서로 다른 pH(6, 7, 8) 및 온도(5, 25, 37℃)범위에서의 배양실험 결과, 최적 pH 및 배양 온도는 각각 pH 8, 37℃로 나타났다.
한편, 환경요인의 변화가 균의 중식에 미치는 영향을 조사하기 위하여 Arrehenius식(2)을 이용하여 온도와 최대증식속도상수와의 관계를 조사하였다. 그 결과 이들의 관계는 Arrehenius식에 의해 표현 가능하며, 이때의 활성화에너지값은 68983.8J/mol이었다. 또한, 최대증식속도 k가 0이 되는 최저 온도는 약 -0.
그 결과 실험치와 계산치는 양호하게 일치하여 균의 성장을 예측하는 모델식으로서의 적용가능성을 확인하였다. 또한, 서로 다른 pH(6, 7, 8) 및 온도(5, 25, 37℃)범위에서의 배양실험 결과, 최적 pH 및 배양 온도는 각각 pH 8, 37℃로 나타났다. 한편, 환경요인의 변화가 균의 중식에 미치는 영향을 조사하기 위하여 Arrehenius식(2)을 이용하여 온도와 최대증식속도상수와의 관계를 조사하였다.

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