Physiological Properties of Microbial Cells Treated by Pulsed Electric Field(PEF)

고전압 펄스 전기장 처리된 미생물 세포의 생리특성

This study was designed to investigate effects of pulsed electric field (PEF) treatment on physiological changes of microbial cells, using domestically fabricated pilot scale PEF device. The effect of non-thermal PEF treatment on physiological characteristics of microorganisms was determined by salt resistance, the amount of UV absorbents, cell staining, recovery rate of defected cells, and changes in structure of cell membrane. Salt resistance of Escherichia coli, Bacillus subtilis and Rhodotorula minuta was examined after PEF treatment at 40 kV/cm, 84 pulse, $10{\mu}s$ pulse duration. Approximately $1\;log_{10}$ cell number of viable microorganisms was decreased by addition of salt. PEF treatment significantly increased the amount of UV absorbents at 260 and 280 nm because of leakage from damaged cell membrane by PEF treatment. Although three kinds of microorganisms treated by PEF were difficult to be observed due to their cell membrane damage, untreated cells were clearly observed by a microscope. PEF-treated R. minuta was not stained by methylene blue due to cell membrane defect. When E. coli, B. subtilis and R. minuta were cultured after PEF treatment, they showed 5, 4, and 8 hr longer lag phase, respectively, compared to control, but growth rates were not affected.

식품공정에 있어서 비가열 살균 기술로 개발되고 있는 고전압 펄스 전기장(pulsed electric fields, PEF)을 과실주스의 품질 향상에 응용하고자 pilot-scale의 고전압 펄스 전기장 살균장치를 개발하였으며, 이것을 과실 주스의 모델로 선정한 사과주스의 대표적 오염지표균 또는 품질을 저하시키는 미생물 중 Escherichia coli, Bacillus subtilis, Rhodotorula minuta에 적용시켜 세포의 생리특성을 조사하였다. 내염성, 자외선 흡수 물질, 세포염색, 세포의 회복도, 세포의 표면구조 등을 조사함으로서 PEF의 미생물 생리특성에 대한 영향을 규명하고자 하였다. E. coli, B. subtilis, R. minuta를 40 kV/cm, 84 pulse, $10{\mu}s$ pulse duration의 PEF 조건에서 처리하여 내염성을 조사한 결과 1 log cycle 정도의 생존율 감소를 나타내었다. PEF 처리에 의한 세포 내부 성분의 유출 여부를 살펴본 자외선 흡수물질 측정결과 260 nm, 280 nm에서 모두 PEF 처리 세포가 무처리구에 비하여 현저하게 증가된 흡수물질 농도를 나타내었다. PEF 처리된 R. minuta를 세포 염색하여 관찰한 결과 세포막이 터져서 개열됨에 따라 염색시약이 세포 내, 외부로 고루 염색되어 세포 본래의 형태를 관찰할 수가 없었다. PEF 처리후 세포의 회복도는 무처리구에 비하여 E. coli와 B. subtilis가 약 5시간, R. minuta가 약 8시간 정도 지연된 lag time을 보였다. 그리고 PEF 처리후의 E. coli, B. subtilis, R. minuta는 정상적인 세포와는 달리 세포막이 상당한 손상을 입어 허물어진 상태를 관찰할 수 있었다.