[논문자료] 초임계 이산화탄소를 이용한 대장균의 불활성화

출처: 픽사베이

 

초임계 이산화탄소를 이용한 대장균의 불활성화

 

초임계 이산화탄소에 의한 불활성화는 물리학적으로 세포의 형태와 유전적, Mechanism 과 생화학적으로 반응을 교란 시키면서 복잡한 상호작용을 통하여 미생물들을 살균되도록 한다. 원칙적으로 초임계 CO2는 세포내부로 침투하여 유도하는 것이며, 이것의 효율성은 전달속도를 증가시킴으로써 세포의 불활성화 율을 증가시키고 증가된 노출시간, 압력, 온도 에 따라 세포의 형태가 변함을 확인하였다. 또한, 초임계 이산화탄소를 처리하는 기간의 불활성화는 배지성분, 배양조건, 세포의 성장기간 등, 다른 요인에 의해서 많은 영향을 받을 수 있다. 이런 여러 가지 상항 들 속에서, 본 실험을 통하여 얻을 수 있었던 결과 들을 몇 가지 종합하여 보자면, 초임계 이산화탄소를 처리함으로써 세포 내, pH 감소에 의하여 발생된 세포 내외, 산성화에 따른 세포막과 관련된 중요 대사 효소의 불활성화를 지적 했으며, 또한 초임계 처리 시 내압에 의한 세포의 물리적인 손상을 확인 하였다. 마찬가지로 CO2 처리 시 특징적으로 나타나는 것은 세포벽 지질과 세포 내 성분의 추출을 확인 할 수 있었다. 또한 초임계 이산화탄소의 공정을 이용하는 것은 물리적, 화학적 성질을 함께 이용함으로써 중요 공정변화인 압력, 온도를 상대적으로 낮은 수준으로 하여도 충분한 결과를 얻을 수 있다는 이점이 있다는 것을 확인하였으며, 에너지 손실을 최소화 할 수 있는 장점을 이용해 공정의 경제성을 높일 수가 있으며, 또한 초임계 이산화탄소는 친환경적인 미래형 설비가 가능하다는 이론을 설명 할 수 가 있다. 가격 면에서도 저렴하고 독성이 없기 때문에 의약품 공정, 반도체 공정, micro-machin 제조공정, 청정반응공정 분야에 집중적인 관심을 받고 있으며 이밖에 여러 각도로 많은 연구가 진행되고 있음을 알고 있다. 그러나 실험에 사용된 미생물로는 아직까지는 상업적으로 이용 측면을 고려해 맥주, 빵 효모나, Salmonella, Listeria 와 같은 병원성 균주 등 일부에 국한되어 있으며 여러 가지 미생물의 균종에 따른 살균효과 여부가 명확히 확인되고 있지 않다는 아쉬움도 있다. 또한, 현재 까지는 초임계 이산화탄소를 이용한 식품 살균공정에 응용한 전례에 한계가 있다는 측면도 사실이며 체계적인 공정화를 위한 연구적인 system 들이 부족한 상태에 놓여 있다고 해도 과언이 아닌 것으로 알고 있다. 그러나 초임계 이산화탄소 처리에 의한 살균실험에서는 인체에 무해하기 때문에 신선함, 무공해, 깨끗함, 친환경적인 것을 추구하는 소비자의 선택적 기호에 맞는 안전성을 충족시키는 다양한 식품가공 응용부분에 장점을 지니고 있는 CO2가 이용될 수 있도록 미생물 살균공정의 체계적인 발판을 만들 수 있는 시험연구와 여러 환경적으로 지원될 수 있는 확고한 체계를 구축하여 실질적인 살균공정의 변화를 기대해 본다.

 

Although the thermal inactivation of microorganisms are the most commonly used, non-thermal methods are also of importance due to their demands in the medical, food, and bioindustries. Especially, supercritical carbon dioxide (SC-CO2) is more effective than the same gas at it''s subcritical state due to its physicochemical properties. In this study, SC-CO2 was applied to Escherichia coli, a sanitary indicative bacterium, to investigate its inactivation. Effectiveness of the SC-CO2 treatment was determined at various conditions. By increasing the treatment pressure to over 100 bar, the first stage was reduced from 10 min to 5 min. However, the time length of the second stages with different pressures was very similar with each treatment. With conditions of 40℃ and 80-120 bar, the time to take sterilize E. coli was 15 - 20 min. When increasing the pressure to 150 bar, the sterilization time decreased to 10 min. However, such temperature effect was not observed with > 40℃. Using the E. coli cells treated with condition of 40℃ and 100 bar for 20 min, morphological changes were observed while untreated cells have smooth surfaces. Most of the treated cells were in crushed shape, and some cells were completely burst. However, some of the cells were remained morphologically intact although none of these cells were viable. The UV absorbance of the supernatant of cell suspension treated SC-CO2 was increased with treatment time. The absorbance of the supernatant increased approximately 10 times after the treatment. After applying SC-CO2 of 80 bar and 40℃ for 20 min, pH values dropped from 5.78 to 4.40. The lower the temperature, the higher the pressure, or the longer the treatment time, the lower the final pH of the cell suspension. This indicates that the inactivation of E. coli by SC-CO2 is possibly caused by either acidification of cell suspension, or disruption of cellular components due to the powerful solvation and diffusing properties of SC-CO2. These complex mechanisms may make it possible for effective microorganism inactivation under moderate pressure with the clean and environmentally-friendly solvent. Through further development, the SC-CO2 inactivation of microorganisms could become industrially applicable to sterilization of high-value medical devices and fresh foods for which thermal processes have not been appropriate.

 

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출처: http://www.riss.kr/search/detail/DetailView.do?p_mat_type=be54d9b8bc7cdb09&control_no=19c8dcf05e143be8ffe0bdc3ef48d419