수중방전은 다양한 라디칼을 직접 물 속에서 발생시키기 때문에 수처리 공정에 다양한 응용이 가능하다. 특히, 최근에 선박평형수 등의 살균이 국제적인 이슈가 되고 있고, 2017년까지는 모든 선박에 살균을 위한 수처리 설비가 의무화된다. 본 연구에서는 염분이 있는 수체에서의 방전공정을 연구하고 이를 수처리공정에 적용할 수 있는 방법에 대해 연구하였다. 해수의 경우 전도도가 53mS로 자유로운 전하의 이동이 가능하기 때문에 일반적인 민물방전의 전원과 전극 등으로는 방전을 할 수 없다. 이에 세라믹과 금속의 이중구조로 되어 있는 모세관전극을 개발하여 전도성이 있는 수체에서의 방전을 이루었다. 전원장치로는 60 Hz, 380 V를 1차측에 인가하여 2차측에서 약 3 kV, 10 kW의 파워가 발생하는 12위상차 교류전원장치를 개발하여 사용하였다. 모세관 내부에 전압이 인가되면 전류가 발생하여 joule heating에 의하여 모세관 내부에 기포가 형성된다. 이 때, 전류의 단락이 이루어지면서 고전압쪽에 전하가 축적되며 기포내부의 E-field가 상승한다. 이후 기포 내에서 방전이 개시되며 각종 라디칼을 생성한다. 방전에 의해 생성되는 산화제로는 오존, OH라디칼, 과산화수소 등이 있으며, 해수에서는 Cl-의 결합에 의하여 Cl2 가스가 발생한다. 약 30,000 J/L의 체적에너지에 대하여 생성되는 총염소의 농도는 2.5 mg/L이다. 수중방전의 적용대상으로 선박평형수, 멤브레인과의 결합, 용존기포부상법을 선정하여 적용가능성을 연구하였다. 먼저 선박평형수 살균처리를 위해 해수의 처리유량을 20 lpm으로 유지하고 대장균, 바실러스, 조류(테트라셀미스) 등을 투입하여 전극 12개가 삽입된 12위상차 플라즈마 반응기를 통과시켰더니, 약 30,000 J/L의 체적에너지에 대하여 1일 후의 살균력이 각각 99.99, 99.99, 99.9%의 살균력을 나타내었다. 이는 국제해사기구에서 권장하는 살균수준인 99.9%를 초과하는 수치이다. 플라즈마를 이용한 해수살균공정의 안정적 운전을 위해 후단에 UF멤브레인을 추가하여 잔류생존 미생물을 제거할 수 있다. 이를 위해 플라즈마가 후단의 멤브레인 운전에 미치는 영향을 평가하였다. 카올린과 탄산칼슘을 오염원으로 각각 투입하여 멤브레인으로 처리를 하였을 때, 방전 직후 멤브레인에 걸리는 막간압력차가 약 30% 감소하였는데, 이는 막에 형성된 파울링이 방전에 의해 제거된 것으로 평가할 수 있다. 수중방전은 다양한 산화제를 생성함과 동시에 미세기포를 발생시키는데 이는 수중유기물의 부상분리에 적용될 수 있다. 방전모세관전극의 내부직경을 1 mm로 유지하고, 60 Hz, 교류전원으로 방전한 결과 평균입경 44 um의 기포를 발생시켰고, 이는 일반적으로 용존공기부상법에 사용되는 기포의 크기와 일치한다.
감귤저장 방법의 개선과 감귤 껍질의 효율적인 활용을 위해서 시판 중인 농약제제와 감귤정유의 감귤부패 관련 사상균에 대한 살균 작용을 조사하였다. Alternaria alternata, Rhizopus sp., Botrytis cinerea, Monilia candida, Penicillium italicum, Penicillium digitatum 등 6종의 사상균에 대한 시판 합성 농약제제 11종의 생육저해 효과를 조사한 결과, mancozeb 또는 fluazinam을 함유한 제제의 활성 범위가 가장 넓었고, conazole 계통의 화합물이 중간 정도의 활성 범위를 나타내었으며, iprodione, benomyl, azoxtrobin 또는 thiophanate을 함유한 제제의 항균활성 범위가 가장 좁은 것으로 나타났다. 농약제제의 생육저해 효과는 대상 균주에 따라 달랐으며, Penicillium italicum과 Alternaria alternata는 각종 살균제의 처리에 대한 생존력이 비교적 강하였다. 감귤정유를 상기 6개 균주의 포자와 각각 접촉시켰을 때는 그 어느 균주의 생존 포자도 검출되지 않았으며, 감귤정유의 살균력은 paper disk법과 현미경 관찰로도 증명되었다. 이는 감귤정유가 광범위한 살균력을 지니고 있음을 제시한다. 따라서 감귤 정유를 감귤저장에 활용하는 방법을 검토할 필요가 있다.
살균기능에 박리와 탈리기능 추가된 비유독물인 친환경살균제를 역삼투(RO)막 부착된 유기물 등 오염물질 제거를 위하여 현장 적용시 역삼투막 차압증가 도달시간을 기준 적용시 평균 93.0%의 개선효율을 보였다, 또한 친환경살균제를 사용한 역삼투막을 Autopsy한 결과, 무기 및 유기오염의 비율이 기존살균제에 비하여 친환경살균제를 사용한 역삼투막이 유기오염의 비율이 적은 것으로 조사됨에 따라 친환경살균제의 바이오필름 제거(분산, 박리) 및 살균력이 기존 약품보다 우수한 것으로 확인되었다.
강한 산화력에 의하여 살균력을 나타내는 CT(Sodium N-chloro-para toluenesulfonamide, Chloramine-T)의 어류에 대한 독성과 수서 미생물에 대한 살균력을 분석함으로서 우리나라 해산어 양식현장에서 새로운 수산용 소독제로서 응용할 수 있는 가능성을 조사하였다. 우리나라 주 양식어종인 넙치는 해수에서 16 ppm 이상의 CT 농도에 계속 노출되면 48시간 이내에 폐사되는 급성독성을 보여 주었다. 그러나 CT의 세균사멸 효과는 매우 탁월하여 2ppm농도로 15분 이상 해수를 처리하였을 때 인위적으로 첨가시킨 어류질병관련 세균을 모두 사멸시킬 수 있었고 이러한 사멸효과는 세균의 종과는 큰 연관 관계를 보여주지 않았다. 그러므로 CT는 사육수를 통한 세균감염 방지 또는 병어로부터 유출된 병원균의 확산 방지에 효과적으로 사용될 수 있음을 확인하였다. 그러나 blue green algae(Tetraselmis suecica)에 대한 사멸효과는 10 ppm이상의 농도에서 24시간동안 처리하였을 때 나타남으로서 어류에 대한 급성독성을 나타내는 농도와 매우 근접하였으므로 동 식물성 플랑크톤의 효과적 제거를 위하여서는 상당히 제한적으로 사용되어야 할 것이다. 더구나 CT는 해수중에 유기물질의 농도가 10ppm 정도만 존재하고 있어도 그 살균효과는 급격하게 감소하므로 현장 적용 시에는 이에 관한 충분한 고려가 있어야 할 것이다.
본 연구에서는 다양한 온도의 물로 제조한 전해수를 이용하여 그람양성균과 그람음성균에 대한 살균력을 확인하였다. 전해수의 물성은 물의 온도가 높아질수록 pH와 유효 잔류염소 농도 값이 높아졌으나, 산화환원전위 값은 감소하였다. 4, 22, $40^{\circ}C$의 물을 이용하여 생성한 전해수에 Escherichia coli O157:H7을 15분 동안 처리하였을 때 각각 1.18, 4.47, 5.46 log CFU/mL 감소하였으며, Staphylococcus aureus는 각각 0.72, 4.90, 5.54 log CFU/mL 감소하였다. 이를 통해 전해수를 생성하는 물의 온도가 증가할수록 살균 효과가 높아지는 것을 알 수 있다. 4, $40^{\circ}C$의 물을 이용하여 생성한 전해수에 균주를 처리한 경우, Listeria monocytogenes의 D 값(일정한 온도에서 90 %의 미생물이 사멸하는 데 걸리는 시간)이 각각 6.60, 1.57분으로 나타나 가장 낮았으며, $22^{\circ}C$ 전해수에서는 Salmonella Enteritidis의 D 값이 2.92분으로 가장 낮은 값을 나타내었다. 그람양성균과 그람음성균을 비교하였을 때 모든 온도에서 D 값에 대한 유의적인 차이는 나타나지 않았다(P>0.05). 본 연구 결과는 전해수를 제조할 경우 높은 온도의 물을 이용하여 제조하는 것이 미생물 살균 효과가 높다는 것을 보여주고 있다. 따라서 전해수를 생성할 때 물의 온도를 고려하여 높은 살균력을 나타내는 전해수를 생성할 수 있으며, 이는 물의 온도 외에도 물의 경도나 물의 종류 등을 고려하여 최적의 살균 전해수를 제조함으로써 식품산업에 적용하기 위한 자료로 활용될 것으로 기대된다.
생식제조에 사용되는 곡류의 미생물 오염을 저감하기 위하여 코로나방전플라즈마제트(CDPJ)를 사용하여 곡류 표면의 미생물을 살균을 시도하고, CDPJ 처리에 따른 곡류 품질변화 여부를 조사하였다. 곡류의 초기 오염도는 $1.7{\times}10^3-9.9{\times}10^5CFU/g$ 정도를 보였다. 곡류에 대한 CDPJ의 살균력은 1-1.5 A 범위에서 전류세기에 따라 증가하였으며, 토출거리 25 mm에서 가장 양호한 살균 효과를 나타냈다. 곡류 미생물의 CDPJ 살균패턴은 의사 1차반응 모델인 Singh-Heldman 모델에 부합하였고, 세균이 진균에 비해 더 민감한 살균효과를 보였다. 곡류별로는 백미가 가장 잘 살균되었고, 압맥, 현미 순으로 살균효과가 낮아졌다. 처리시간 10분 이하의 처리는 곡류의 TBA가에 영향을 주지 않아 CDPJ 처리는 생식제조용 곡류의 지방특성을 변화시키지 않고 미생물을 저감함으로써 생식의 위생 향상에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 에멀젼 자기조립틀을 활용하여 거대기공을 갖는 타이타니아 분말을 합성하였으며, 자외선 조사를 활용한 광촉매 실험을 통해 상용화된 타이타니아 나노입자와 다공질 타이타니아 분말을 이용한 고초균의 살균 효과를 비교하였다. 다공질 분말의 기공 크기를 달리하여 자외선 조사 시간에 따른 고초균 수의 감소를 측정하였으며, 살균 실험의 최적 조건을 도출하기 위하여 기공 크기에 따른 다공질 타이타니아 분말의 살균력을 비교하였다. 기공 크기가 작아질수록 살균 효과는 증대됨을 관찰하였으며, 광촉매의 활용 및 자외선 조사에 의해 1시간 동안 50% 이상의 고초균이 제거되는 효과를 확인하였다. 또한 활성 화학종의 발생을 촉진하기 위하여 과산화수소의 희석 용액을 광촉매 살균 방식과 결합하였으며, 1시간 동안의 자외선 조사에 의해 균주의 거의 대부분이 사멸되는 등 고초균에 대한 살균 효과를 증진시킬 수 있었다.
본 연구에서는 상압 저온 코로나 방전 플라즈마를 화산암재(스코리아) 분말의 살균에 적용하였다. 스코리아 분말에 Escherichia coli (E. coli) 배양액을 살포하여 균일하게 혼합한 후, 코로나 방전 플라즈마 특성 인자인 방전전력, 방전시간, 주입기체, 전극간격 등의 조건을 변화시키며 E. coli 살균효율을 조사하였다. 실험 결과 상압 저온 코로나 방전 플라즈마는 분말상의 스코리아 살균에 아주 효과적인 것으로 나타났으며, 방전전력 15 W에서 5 min 동안 살균한 결과 E. coli가 99.9% 이상 사멸하였다. 방전전력, 방전시간, 인가전압이 증가할수록 사멸율이 향상되었다. 반응기에 주입되는 기체의 종류에 따른 살균력 실험 결과, 산소 > 모사공기(산소 20%) > 질소 순으로 나타났다. 코로나 방전 플라즈마에 의한 E. coli 살균은 자외선과 활성산화종(산소라디칼, OH라디칼, 오존 등)에 의한 세포막 침식 및 에칭, 그리고 플라즈마 방전 스트리머에 의한 대장균 세포막 파괴로 설명할 수 있다.
은(Silver)은 예부터 살균효과를 갖는 것으로 매우 잘 알려 왔다. 하지만 은 자체로는 이러한 효능을 극대화할 수 없어 은을 나노미터 단위의 미세한 입자를 안정적으로 만들어야 한다. 이것이 바로 은나노 기술의 핵심이다. (주)한국비앤씨(대표이사 김경채, 이하 한국비앤씨)는 미국 Ferro社(사)의 선진 기술을 도입하여 타 회사와 차별화된 은나노 기술력으로 부작용과 내성이 없는 은나노 향균제품으로 닭의 면역력 강화에 집중하고 있다. 이번호에는 한국비앤씨를 소개코자 한다.
미생물의 침해로부터 인체와 섬유제품을 보호하기 위하여 사용되는 항균 가공제로는 아민 또는 제4급 암모늄계, biguanide계, 알코올계, 페놀계, 알데하이드계 등의 유기계, 금속 이온 무기계, 산화물 및 광 촉매계, 유기 무기계, 천연 화합물 둥이 사용되고 있다[1-2]. 이러한 항미생물 가공제는 우수한 살균력, 섬유제품의 고유한 성질을 변화시키지 않는 특성, 탁월한 세탁 내구성, 인체에 대한 무독성 등의 조건을 가져야 한다[2-3]. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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