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연구최종보고서 '자외선에 의한 공중 부유 미생물 살균 효과 분석'
- 의뢰기관 : 연세대학교 생명공학 산업화 연구소
- 연구대상 : 무경엔지니어링(주)의 공기 살균기 ASTER-1800
- 연구내용
- 무경엔지니어링(주)의 공기 살균기 ASTER-1800 의 공중 부유 세균에 대한 효과 측정
- 연구최종보고날짜 : 2005. 4. 20.
- 연구책임자 : 박지용(공과대학 생명공학과)
연구최종보고서 '자외선에 의한 공중 부유 미생물 살균 효과 분석'
본 실험의 결과를 통해 공기살균기가 실생활에 적합하게 사용될 수 있도록 실제 공기 중에 존재하는 대표적인 미생물인 대장균,
바실러스 서브틸리스, 황색 포도상구균, 살모넬라 타이피무리움 균을 연구 대상으로 선정하였으며 각각의 특징은 다음과 같다.
대장균(Escherichia coli, E. coli)
E. coli는 그람 음성 간균으로서 인간이나 온혈동물의 장내에서 우점을 이루는 호기성 장내세균이다. LB(Lactose Broth) 또는 NA(Nutrient Agar) 배지에서 잘 자라며 최적온도는 37℃이다. 건강한 동물의 소화기관에서 흔히 발견되는 미생물이지만 균주에 따라서 병원성인 경우 심각한 질병을 초래할 수 있다. 열이나 살균제에 비교적 약한 편이지만 적은 수의 균을 섭취해도 설사, 복통, 급성 위장병 등의 각종 질병이 유발될 수 있다
바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis, B. subtilis)
B. subtilis는 그람 양성, 중온 혹은 고온성 유포자 간균이며 통성 혐기성 균이다. BHI(Brain Heart Infusion) 또는 NA(Nutrient Agar) 배지에서 잘 자라며 최적온도는 37℃이다. 내열성 포자를 형성하기 때문에 고온 살균 처리해도 완전한 멸균이 어려운 단점이 있다. 가벼운 식중독을 일으켜 설사 혹은 구토증세를 유발한다.
황색포도상구균(Staphylococcus aureus, S. aureus)
S. aureus는 그람 양성 구균으로서 포도송이와 같은 집락을 만들며, 아포나 편모가 없다. 통성 혐기성이며 최적온도는 37℃이고 보통 BHI(Brain Heart Infusion) 또는 NA(Nutrient agar) 배지에서 잘 발육하며, 용혈을 일으키는 것이 많다. Coagulase를 생산하는 병원성 S. aureus는 사람이나 토끼의 혈장을 응고시킨다. 이 균은 세계 각국에 있어서 널리 발생하나 일반적으로 세균 증식에 적당한 고온 다습한 시기, 즉 늦은 봄부터 가을에 걸쳐 다발한다. 공기 중에 부유하다 식품 속에서 증식하는 과정에서 장독소(enterotoxin)를 생산하여 식중독을 유발한다.
살모넬라 타이피무리움(Salmonella typhimurium, S. typhimurium)
S. typhimurium는 아포가 없는 그람 음성 간균으로서 호기성 또는 통성 혐기성이고편모가 있어 운동성이 있다. 최적온도는 37℃이고 보통 TSB(Tryptic Soy Broth) 또는 NA(Nutrient agar) 배지에서 잘 발육한다. 식중독을 유발하는 주된 균으로 급성위장염, 두통, 식욕감소, 구토, 복통, 설사 등의 여러 증상이 나타난다.
연구 수행 결과 및 고찰
자외선에 의한 공중 부유 미생물 살균 효과 분석
공기살균기에 의한 E. coli 감소 효과
표 1과 그림 4, 그림5에서 보는 바와 같이 1차 실험 결과는 ASTER-1800을 가동하였을 경우 15분 내에 1.414 log CFU/m3 살균되어 96% 이상 감소하였으며, 40분 내에 3.644 log CFU/m3 감소하여 100%에 가까운 살균 효과를 나타냈다. 2차 실험 결과는 ASTER-1800을 가동하였을 경우 15분 내에 1.4 log CFU/m3 살균되어 96% 이상 감소하였으며, 30분 내에 3.604 log CFU/m3 감소하여 100%에 가까운 살균 효과를 나타냈다.
표 1. 공기살균기 가동에 따른 E. coli 균 수의 변화
| Samplingtime 실험군 | 0 min | 5 min | 10 min | 15 min | 20 min | 25 min | 30 min | 40 min | 50 min | 60 min | 90 min | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1차 | Control (Log N CFU/ m3) |
3.727 | 3.651 | 3.584 | 3.433 | 3.352 | 3.299 | 3.281 | 3.193 | 2.869 | 2.505 | 2.415 |
| 잔존율(%) | 100 | 84.05 | 72.05 | 50.84 | 42.24 | 37.34 | 35.82 | 29.27 | 13.88 | 6.00 | 4.87 | |
| 가동 후 (Log N CFU/ m3) |
3.644 | 3.472 | 2.792 | 2.230 | 2.079 | 1.699 | 1.301 | ND | ND | ND | ND | |
| 잔존율(%) | 100 | 67.35 | 14.06 | 3.85 | 2.72 | 1.13 | 0.45 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 2차 | Control (Log N CFU/ m3) |
3.670 | 3.617 | 3.507 | 3.450 | 3.396 | 3.336 | 3.297 | 3.274 | 3.033 | 2.978 | 2.732 |
| 잔존율(%) | 100; | 88.46 | 68.59 | 60.26 | 53.21 | 46.37 | 42.31 | 40.17 | 23.08 | 20.30 | 11.54 | |
| 가동 후 (Log N CFU/ m3) |
3.604 | 3.358 | 2.491 | 2.204 | 1.845 | 1.699 | ND | ND | ND | ND | ND | |
| 잔존율(%) | 100 | 56.72 | 7.71 | 3.98 | 1.74 | 1.24 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
* CFU: Colony Forming Unit.
* ND: not detected.
* 잔존율(%) = 잔존 균 수/초기 균 수
그림 4. 공기살균기 가동에 따른 E. coli 균 수의 변화. (A) 1차, (B) 2차.
그림 5. 공기살균기 가동 후 시간의 추이에 따른 Air Sampling 결과
공기살균기에 의한 B. subtilis 감소 효과
표 2와 그림 6, 그림 7에서 보는 바와 같이 1차 실험 결과는 ASTER-1800을 가동하였을 경우 25분 내에 1.519 log CFU/m3 살균되어 97% 정도 감소하였으며, 60분 내에 3.723 log CFU/m3 감소하여 100%에 가까운 살균 효과를 나타냈다. 2차 실험 결과는 ASTER-1800을 가동하였을 경우 20분 내에 1.297 log CFU/m3 살균되어 95% 정도 감소하였으며, 50분 내에 3.619 log CFU/m3 감소하여 100%에 가까운 살균 효과를 나타냈다.
표 2. 공기살균기 가동에 따른 B. subtilis 균 수의 변화
| Samplingtime 실험군 | 0 min | 5 min | 10 min | 15 min | 20 min | 25 min | 30 min | 40 min | 50 min | 60 min | 90 min | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1차 | Control (Log N CFU/ m3) |
3.714 | 3.663 | 3.585 | 3.550 | 3.477 | 3.336 | 3.403 | 3.286 | 2.869 | 3.086 | 2.973 |
| 잔존율(%) | 100 | 88.80 | 74.32 | 68.53 | 57.92 | 41.89 | 48.84 | 37.26 | 13.88 | 23.55 | 18.15 | |
| 가동 후 (Log N CFU/ m3) |
3.723 | 3.332 | 3.134 | 2.940 | 2.771 | 2.204 | 1.778 | 1.301 | ND | ND | ND | |
| 잔존율(%) | 100 | 40.72 | 25.76 | 16.48 | 11.17 | 3.03 | 1.14 | 0.39 | 0 | 0 | 0 | |
| 2차 | Control (Log N CFU/ m3) |
3.719 | 3.695 | 3.579 | 3.487 | 3.461 | 3.430 | 3.389 | 3.260 | 3.033 | 3.107 | 3.068 |
| 잔존율(%) | 100; | 94.66 | 72.33 | 58.59 | 55.15 | 51.36 | 46.76 | 34.73 | 23.08 | 24.43 | 22.33 | |
| 가동 후 (Log N CFU/ m3) |
3.619 | 3.310 | 3.025 | 2.505 | 2.322 | 1.845 | 1.477 | 1 | ND | ND | ND | |
| 잔존율(%) | 100 | 49.04 | 25.48 | 7.69 | 5.05 | 1.68 | 0.72 | 0.24 | 0 | 0 | 0 | |
* CFU: Colony Forming Unit.
* ND: not detected.
* 잔존율(%) = 잔존 균 수/초기 균 수
그림 6. 공기살균기 가동에 따른 B. subtilis 균 수의 변화. (A) 1차, (B) 2차.
그림 7. 공기살균기 가동 후 시간의 추이에 따른 Air Sampling 결과
공기살균기에 의한 S. aureus 감소 효과
표 3과 그림 8, 그림 9에서 보는 바와 같이 1차 실험 결과는 ASTER-1800을 가동하였을 경우 10분 내에 1.293 log CFU/m3 살균되어 95% 정도 감소하였으며, 20분 내에 3.615 log CFU/m3 감소하여 100%에 가까운 살균 효과를 나타냈다. 2차 실험 결과는 ASTER-1800을 가동하였을 경우 10분 내에 1.255 log CFU/m3 살균되어 95% 정도 감소하였으며, 25분 내에 3.702 log CFU/m3 감소하여 100%에 가까운 살균 효과를 나타냈다.
표 3. 공기살균기 가동에 따른 S. aureus 균 수의 변화
| Samplingtime 실험군 | 0 min | 5 min | 10 min | 15 min | 20 min | 25 min | 30 min | 40 min | 50 min | 60 min | 90 min | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1차 | Control (Log N CFU/ m3) |
3.719 | 3.625 | 3.585 | 3.579 | 3.553 | 3.477 | 3.350 | 3.430 | 3.201 | 2.940 | 2.732 |
| 잔존율(%) | 100 | 80.53 | 73.47 | 72.33 | 68.13 | 57.25 | 42.75 | 51.36 | 30.34 | 16.60 | 10.30 | |
| 가동 후 (Log N CFU/ m3) |
3.615 | 2.462 | 2.322 | 1.477 | ND | ND | ND | ND | ND | ND | ND | |
| 잔존율(%) | 100 | 7.04 | 5.10 | 0.73 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 2차 | Control (Log N CFU/ m3) |
3.655 | 3.612 | 3.576 | 3.556 | 3.526 | 3.396 | 3.373 | 3.215 | 3.025 | 3.748 | 3.519 |
| 잔존율(%) | 100; | 90.49 | 83.41 | 79.65 | 74.34 | 55.09 | 52.21 | 36.28 | 23.45 | 12.39 | 7.30 | |
| 가동 후 (Log N CFU/ m3) |
3.702 | 2.708 | 2.447 | 1.778 | 1 | ND | ND | ND | ND | ND | ND | |
| 잔존율(%) | 100 | 10.14 | 5.57 | 1.19 | 0.20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
* CFU: Colony Forming Unit.
* ND: not detected.
* 잔존율(%) = 잔존 균 수/초기 균 수
그림 8. 공기살균기 가동에 따른 S. aureus 균 수의 변화. (A) 1차, (B) 2차.
그림 9. 공기살균기 가동 후 시간의 추이에 따른 Air Sampling 결과
공기살균기에 의한 S. typhimurium 감소 효과
표 4와 그림 10, 그림 11에서 보는 바와 같이 1차 실험 결과는 ASTER-1800을 가동하였을 경우 15분 내에 1.387 log CFU/m3 살균되어 95% 이상 감소하였으며, 30분 내에 3.666 log CFU/m3 감소하여 100%에 가까운 살균 효과를 나타냈다. 2차 실험 결과는 ASTER-1800을 가동하였을 경우 15분 내에 1.434 log CFU/m3 살균되어 96% 이상 감소하였으며, 25분 내에 3.548 log CFU/m3 감소하여 100%에 가까운 살균 효과를 나타냈다.
표 4. 공기살균기 가동에 따른 S. typhimurium 균 수의 변화
| Samplingtime 실험군 | 0 min | 5 min | 10 min | 15 min | 20 min | 25 min | 30 min | 40 min | 50 min | 60 min | 90 min | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1차 | Control (Log N CFU/ m3) |
3.703 | 3.673 | 3.602 | 3.526 | 3.513 | 3.462 | 3.438 | 3.164 | 3.210 | 2.845 | 2.724 |
| 잔존율(%) | 100 | 93.27 | 79.21 | 66.53 | 64.55 | 57.43 | 54.26 | 28.91 | 32.08 | 13.86 | 10.50 | |
| 가동 후 (Log N CFU/ m3) |
3.666 | 3.037 | 2.519 | 2.279 | 1.699 | ND | ND | ND | ND | ND | ND | |
| 잔존율(%) | 100 | 23.54 | 7.13 | 4.10 | 1.08 | 0.22 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 2차 | Control (Log N CFU/ m3) |
3.740 | 3.695 | 3.630 | 3.540 | 3.508 | 3.489 | 3.297 | 3.117 | 3.111 | 2.833 | 2.301 |
| 잔존율(%) | 100; | 90 | 77.64 | 63.09 | 58.55 | 56 | 44 | 23.82 | 23.45 | 12.36 | 3.64 | |
| 가동 후 (Log N CFU/ m3) |
3.548 | 3.029 | 2.643 | 2.114 | 1.602 | ND | ND | ND | ND | ND | ND | |
| 잔존율(%) | 100 | 30.31 | 12.46 | 3.68 | 1.13 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
* CFU: Colony Forming Unit.
* ND: not detected.
* 잔존율(%) = 잔존 균 수/초기 균 수
그림 10. 공기살균기 가동에 따른 S. typhimurium 균 수의 변화. (A) 1차, (B) 2차.
그림 11. 공기살균기 가동 후 시간의 추이에 따른 Air Sampling 결과
