Free Chlorine/Organic Acid System에 의한 Bacillus subtilis Spore의 불활성화 Kinetics 평가 :Inactivation Kinetics of Bacillus subtilis Spore by Free Chlorine/Organic Acid System

신호준

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자료유형: 학위논문

저자정보: 신호준 (전북대학교, 전북대학교 일반대학원)

지도교수: 조민

발행연도: 2020

저작권: 전북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

Free Chlorine/Organic Acid System에 의한 Bacillus subtilis Spore의 불활성화 Kinetics 평가

신호준 생명공학과 2020.01 학위논문

2019

Free chlorine/organic acid system에 의한 Bacillus subtilis spore의 불활성화 kinetics 평가

신호준 , 서영석 , 김애린 외 3명 대한환경공학회 학술발표논문집 2019.12 학술대회자료

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인구의 증가와, 산업의 발달에 따라 환경오염이 증가하였다. 그에 따라 깨끗한 물을 마시고자 하는 욕구와 위생에 대한 관심도 크게 증가하였고, 소독에 대한 많은 연구들이 진행 되고 있다. 소독방법에는 여러 가지가 있으며 각각의 다양한 장점과 단점들을 가지고 있다. 그중에서도 염소 소독은 가장 오랜 기간 동안 연구되어 왔으며, 단점에도 불구하고 지금도 여러 분야에서 살균 소독제로써 가장 많이 사용되고 있다. 하지만 염소에 내성을 갖는 병원균이 존재할 경우 원하는 수준의 불활성화 효율을 얻기 위하여 많은 양의 소독제를 요구하기 때문에 비용적인 측면이나 보건적인 관점에서 큰 단점이 될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 식품산업에서 살균소독제로 많이 사용되는 유기산을 유리염소와 복합 처리하여, 상대적으로 제어하기 힘든 B. subtilis spore를 대상으로 불활성화 효율을 평가하였다. Malic acid와 Citric acid를 유리염소와 복합처리 하여 Phytic acid와 비교하였을 때도 유리염소/HCl 처리와 비슷한 경향을 확인할 수 있었다. Malic acid와 Citric acid의 주입 농도가 증가할수록 불활성화 효율도 증가하였지만 200 mg/L 이상에서는 오히려 불활성화 효율이 감소하였다. Phytic acid의 경우 농도가 높아짐에 따라 불활성화 효율이 증가하였고, 효율이 유지되었다. 유리염소는 pH 5.6에서 가장 높은 불활성화 효율을 갖는다고 보고되고 있으며, Malic acid, Citric acid, HCl을 이용한 복합처리에서도 그러한 경향을 볼 수 있었다. 유리염소로 사용된 차아염소산 (NaOCl)을 단독으로 처리했을 때 매우 낮은 불활성화 효율이 관찰 되었으며, 유기산인 Phytic acid를 pH에 따라 단일 처리하였을 때 B. subtilis spore의 불활성화는 관찰되지 않았다. 유리염소를 Phytic acid로 pH를 조절하여 복합처리 하였을 때 pH에 따라 상의한 소독 효율이 관찰 되었다. pH 4와 pH 6에서 가장 높은 불활성화 효율이 관찰되었으며, CT값 125 mg/L * min에서 약 4.19 Log의 불활성화를 달성하였다. 또한 pH 2인 강산성 조건에서는 유리염소/HCl 처리와 비교하여 높은 불활성화 효율이 유지되는 것을 볼 수 있었다. Phytic acid는 금속을 강하게 Chelating 능력을 가지고 있으며, 이러한 능력으로 인하여 Spore coat와 Cortex를 붕괴하여 투과성을 증가시키고 내부로 유리염소의 확산을 촉진시킴으로써 높은 불활성화 효율과 Synergy effect를 나타내는 것으로 판단된다.

Environmental pollution has increased with the increase of rapid industrialization and development. Accordingly, the desire to provide safe and clean water has gained interest in sanitation recently, and many studies on disinfection are need of the hour. There are many ways to disinfect, each with their own different advantages and disadvantages. Among which, chlorination has been studied for the longest time, and despite its disadvantages, chlorination as disinfection method is still the most widely used. However, in the presence of chlorine-resistant pathogens, a larger dose of disinfectant is required to obtain a desired level of microbial inactivation efficiency, which may be a major disadvantage in terms of cost and health. Therefore, the current study aims to evaluate the inactivation efficiency of B. subtilis spores, that are relatively difficult to control by treating against organic acids the frequently used method in the food and beverage industry, in combination with free chlorine. As the concentration of malic acid and citric acid increased, the inactivation efficiency increased, but beyond 200 mg/L, the inactivation efficiency decreased. In the case of phytic acid, the inactivation efficiency increased with increasing concentration, and the efficiency was maintained. Free chlorine has been reported to have the highest inactivation efficiency at pH 5.6, and such trends can be seen in the combined treatment with malic acid, citric acid and HCl. Very low inactivation efficiency was observed for hypochlorous acid (NaOCl) used as free chlorine alone, and B. subtilis spore inactivation was nil when treated with phytic acid alone. And when both free chlorine combined with phytic acid, different disinfection efficiency was observed with respective to varying pH. The highest inactivation efficiency was observed between pH 4 and pH 6, achieving an inactivation of about 4.19 Log at a CT value 125 mg/L*min. In addition, it was observed that higher inactivation efficiency was obtained in free acid/HCl treatment (strongly acidic conditions at pH 2). Phytic acid has a strong chelating ability, and due to this ability, Spore coat and Cortex collapse favoring increased permeability and diffusion of free chlorine into the spore resulting in higher synergistic spore inactivation efficiency.

#Pathogen #Bacillus subtilis Spore #Chlorine disinfection #Organic acid #Phytic acid #병원성 미생물 #염소 소독 #유기산

Ⅰ. 서 론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 목적 및 필요성 3
Ⅱ. 이론적 배경 7
1. 수인성 질병 미생물 및 지표 미생물 7
1.1. 수인성 미생물 7
1.2. 지표 미생물 10
2. 염소 소독 15
2.1. 염소계 소독제 15
2.1.1. 염소 (Chlorine) 15
2.2. 염소의 물리화학적 성질 16
2.2.1. 염소의 가수분해 18
2.2.2. 이온화 반응 19
2.3. 염소 소독의 미생물 불활성화 메커니즘 21
3. 유기산 22
3.1. 유기산의 정의 22
3.2. 대표적 유기산 종류 23
3.2.1. 시트르산 (Citric acid) 23
3.2.2. 말산 (Malic acid) 23
3.2.3. 피트산 (Phytic acid) 23
3.3. 유기산의 미생물 불활성화 메커니즘 26
Ⅲ. 재료 및 방법 29
1. 실험 재료 및 시약 29
2. 미생물 배양 및 분석 30
2.1. B. subtilis spore 배양 및 Stock 제조 30
2.1.1. B. subtilis의 배양 및 Stock 제조 30
2.1.2 B. subtilis spore의 배양 및 Stock 제조 30
2.2. B. subtilis spore의 분석 방법 31
3. 유리염소와 유기산에 의한 B. subtilis spore의 불활성화 34
3.1. 실험 장치 34
3.2. 미생물 불활성화 실험 34
3.2.1. 유리염소와 Phytic acid, Malic acid, Citric acid 복합 처리 실험 35
3.2.2. 유리염소, Phytic acid, HCl 단일 처리 실험 35
3.2.3. Phytic acid, HCl을 이용한 유리염소 복합 처리 실험 35
3.3. 미생물 불활성화 모델 36
Ⅳ. 결과 및 고찰 41
1. 유리염소와 유기산별 복합 처리에 의한 불활성화 41
1.1. 유리염소와 유기산별 복합 처리에 의한 효율 비교 41
2. 유리염소, Phytic acid, HCl 단일처리에 의한 불활성화 47
2.1. NaOCl 단일 처리 47
2.2. Phytic acid, HCl의 단일 처리 47
3. 유리염소, Phytic acid, HCl 복합처리에 의한 불활성화 51
3.1. 유리염소에 의한 불활성화 51
3.2. 유리염소와 Phytic acid의 복합 처리 51
Ⅴ. 결론 55
인용문헌 57
요약 66

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