인공 광원에 따른 rocketsalad(Eruca sativa L.) 내 GSL 함량을 조사하였다. 실험에 사용한 광원의 종류는 자연광(Control-1 또는 2), Red LED, Blue LED, Mix(R+B) LED(Red LED+Blue LED), White LED, Fluorescent Lamp(FL), Fluorescent Lamp+UV-C(FL+UV-C). 실험은 식물 생장기 대수 제한 때문에 [실험 I;Control-1, Red LED, Blue LED, Mix(R+B) LED]과 [실험 II;Control-2, White LED, FL, FL+UV-C]로 구분하여 수행하였다. 그 결과, Red LED와 FL에서 rocket salad의 잎의 길이의 증가율이 가장 높았다. 그러므로 Red LED와 FL이 rocketsalad의 성장과 관계가 있음을 확인했다. Rocketsalad로부터 총 7종류의 GSLs(glucoraphanin, diglucothiobeinin, glucoerucin, glucobrassicin, dimeric 4-mercaptobutyl GSL, 4-methoxy glucobrassicin, gluconasturtiin)를 분리 및 동정하였다. [실험 I]에서 총 GSL 함량은 Red LED(4.30)에서 가장 높고 Blue LED($0.17{\mu}mol{\cdot}g^{-1}\;DW$)에서 가장 낮았다. [실험 II]에서 총 GSL 함량은 FL(13.45)에서 가장 높고 FL+UV-C($0.39{\mu}mol{\cdot}g^{-1}\;DW$)에서 가장 낮았다. 특히 Rocket salad의 강한 향과 매운 맛을 돋아주는 dimeric 4-mercaptobutyl 함량은 [실험 II]에서 Control-2에 비해 FL과 White LED가 각각 14.9, 3.2배 증가했다. 따라서 Red LED, White LED, FL은 rocket salad의 GSL 축적에 영향을 주었다고 판단된다.
자외선 LED를 장착한 포장용기시스템을 제작하였으며, 노트북 컴퓨터와 연결하여 작동 제어가 가능하고, 조사 위치에 따라 강도 조절이 가능하도록 하였다. 자외선 LED의 강도는 5 cm에 비해 2 cm에서 3~4배 정도 높았으며, 동일한 조사 위치에서 365 nm에서가 405 nm보다 약 10배정도의 높은 강도를 보였다. 밀폐용기 시스템 내 방울토마토의 호흡은 $20^{\circ}C$에 비해 $10^{\circ}C$에서 호흡 감소 효과가 나타났다. 파장간의 차이는 미미하나 $10^{\circ}C$에서 365 nm가 405 nm에 비해서 작은 차이지만 호흡감소효과가 우수하게 나타났다. $10^{\circ}C$에서 자외선 LED에 의한 호흡감소효과는 5∼10%의 범위에 있었다. 에틸렌 생산에서는 조사 거리 5 cm와 $20^{\circ}C$에서 에틸렌 생산 속도가 분명히 낮아지는 경향이다. 방울토마토에서 자외선LED 조사는 호흡과 용기내 에틸렌 축적을 억제할 수 있는 가능성을 보였으나, 온도조건 및 조사 위치에 따라 그 효과는 달랐다. 자외선 LED 조사에 따른 화학적 물리적 품질변화에는 부정적 영향은 없는 것으로 보였다.
Kim, Jong-Oh;Jeong, Geum-Jae;Son, Eun-Ik;Jo, Du-Min;Kim, Myung-Sub;Chun, Dong-Hae;Kim, Young-Mog;Ryu, Uh-Chan
Current Optics and Photonics
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제6권2호
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pp.202-211
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2022
In the pasteurization of escalator handrails using ultraviolet (UV) sterilizers, a combination of light distribution and escalator speed has priority over other important factors. Furthermore, since part of the escalator handrail has a curved structure, proper design is needed to improve the sterilization rate on the surfaces touched by users. In this paper, two types of sterilizers satisfying these conditions are manufactured with 275-nm UV-C LEDs, after modeling the three-dimensional (3D) structure of an escalator handrail and simulating optical distributions of UV-C irradiation on the handrail's surface according to light-emitting diode (LED) positions and reflector variations in the sterilizers. Pasteurization experiments with the UV-C LED sterilizers are conducted on six types of gram-positive and gram-negative bacteria, with exposure times of 0.2, 5, and 15 s at an actual installation distance of 20 mm. The sterilization rates for the gram-positive bacteria are 10.63% to 27.94% at 0.2 s, 89.44% to 96.30% at 5 s, and 99.64% to 99.88% at 15 s. Those for the gram-negative bacteria are 57.70% to 77.63% at 0.2 s, 98.90% to 99.49% at 5 s, and 99.88% to 99.99% at 15 s. The power consumption of the UV-C LED sterilizer is about 8 W, which can be supplied by a self-generation module instead of an external power supply.
참다래(‘헤이워드’) 과실을 저온 및 상온 저장 중에, 여러 다른 파장의 light emitting diode (LED) 광원을 조사한 후 과실의 경도, 당도 및 산함량의 변화를 분석하였다. 과실 경도는 $4^{\circ}C$보다 $25^{\circ}C$에서 크게 감소하였고, 1주 동안 LED 파장을 조사했을 때, 440 nm와 660 nm의 LED 광원을 처리한 참다래가 암실처리 보다 경도가 높게 유지되었고 380 nm UV등과 470 nm 백색 LED를 처리한 과실은 암실의 조건에 비하여 경도가 낮게 조사되었다. 밀봉을 한 참다래는 공기 중에 개방된 참다래보다 모든 처리구에서 경도가 더 높았다. 당도는 $25^{\circ}C$에서 공기 중에 개방한 경우, 470 nm 백색 LED 처리구에서는 낮게 나타났으나 암조건과 380nm UV등 처리에서는 $15^{\circ}$Brix 이상을 나타내었다. 참다래 과실의 산함량은 660 nm 적색 LED 처리구에서 52% 감소하였다. 밀봉된 참다래에서 440 nm 청색 LED, 470 nm 백색 LED, 660 nm 적색 LED 광원을 처리하였을 때, 암실에 놓여진 참다래보다 산함량이 각각 52.6, 55.6 및 52.8% 감소하였다. 참다래에 대한 다양한 파장의 LED 조사효과 중에서, 산함량의 감소는 향후 참다래 과실의 수확 후 후숙기간을 조절하는데 활용될 수 있을 것이다. LED 광원은 정확하고 매우 좁은 영역의 파장을 적은 용량의 전력 소모량으로 구현하기 때문에 대표적인 청정 기술로 분류되며, 이러한 LED 광원을 이용한 참다래 과실의 산도 조절은 기존의 에틸렌 등의 화학물 처리보다 안전한 친환경 과실을 생산할 수 있는 청정기술이라 평가된다.
본 연구에서는 4가지 일반적인 식중독 병원균인 Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis에 대해 270 nm UV C-LED, 365 nm UV A-LED, 465~475, 620~630 nm visible-LED, 850, 5,000~7,000 nm infrared-LED를 조사하여 각 세균의 성장에 미치는 영향을 조사 하였다. 270 nm UV C-LED의 경우, 10 min 또는 30 min 조사 시 4가지 균주 모두 대조구에 비해 억제 효과를 나타냈다. 또한 365 nm UV A-LED를 1시간 또는 3시간 조사한 경우 B. subtilis의 100% 생장 억제를 보였다. 465~475 nm visible-LED를 1시간 조사한 경우, 4 종류 균주 모두 대조구과 유의 한 차이가 없었으며, 3시간 조사 시 유의한 성장 억제를 보였다. 620~630 nm visible-LED를 처리한 S. aureus와 B. subtilis, 850 nm infrared-LED를 처리한 S. typhimurium과 S. aureus, 5,000~7,000 nm infrared-LED를 처리한 E. coli, S. typhimurium 및 S. aureus는 각각 대조구에 비해 증식되는 것으로 확인되었다. 이에 따라 다양한 LED 광원의 사용을 통해 식중독 미생물의 억제 및 증식 효과를 확인한 바, 다양한 LED 광원의 파장 특성을 이용한 식품 보존과 응용 기술로서의 잠재력이 있음을 시사한다.
본 논문에서는 UV-A와 UV-C를 포함하는 복합 파장의 LED 모듈을 적용한 캐빈 필터를 설계 및 제작하고 성능를 시험하였다. 제작한 캐빈 필터의 세균 및 공팜이 살균 시험에서 살균 능력을 확인하였고 유기화합물 분해 시험에서는 특수 챔버를 제작하여 유기물 분해 능력을 검증하였다. 광촉매로 콜케이트를 사용하는 것이 매탈매쉬를 사용하는 것보다 우수한 성능을 확인하였다. 본 연구를 통해서 제작한 캐빈 필터의 살균 및 공기 정화 능력을 실제와 유사한 환경 시험을 통해서 확인하였다.
UV용 청색 형광체 $CaMgSi_2O_6:Eu^{2+}$를 환원 분위기 속에서 고상반응법(Solid-state reaction)으로 합성하였다. 합성된 형광체의 결정성을 확인하기 위해 X-선 회절(X-ray diffraction) 패턴 측정결과 C2/c(15)의 공간군과 단사정계(Monoclinic) 구조를 가지는 JCPDS No.75-1092와 일치하는 단일상임을 확인하였다. 광 여기 및 발광 스펙트럼을 통하여 350 nm 부근에서 최대 흡수치가 나타나며, 450 nm의 청색 발광을 보인다. 이는 $Eu^{2+}$이온의 $4f^7-4f^65d$의 천이에 기인한다. 온도에 따른 형광체의 발광 스펙트럼을 확인한 결과 $100^{\circ}C$에서 54%의 휘도 유지율을 보였다. 상기 합성된 $CaMgSi_2O_6:Eu^{2+}$와 400 nm의 Ultra Violet 발광 다이오드를 이용하여 상용 녹색, 적색 형광체와 혼합하여 백색 LED를 구현 하였다. 구현된 백색 LED는 구동 전류 350 mA, 구동 전압 3.45 V에서 색좌표 x=0.3936, y=0.3605, 색온도(CCT) 3500 K, 연색성(CRI) 87, 발광 효율 18 lm/w로 나왔다. 또한 400시간 기준 수명 시험 결과 초기광도 대비 97%의 유지율을 보였다. 따라서 본 연구를 통해 합성한 청색 형광체 $CaMgSi_2O_6:Eu^{2+}$는 UV LED기반의 백색 조명용 형광체로서의 가치가 있는 것으로 생각된다.
[ $CaAl_{12}O_{19}:Mn^{4+}$ ] 적색 형광체는 $Mn^{4+}$이온이 0.02 mol 첨가되었을 때 최대 발광 세기가 관찰되었고 $1600^{\circ}C$, 3시간 소성조건에서 우수한 결정성과 발광 효율을 나타내며 중심 파장이 658 nm에서 관찰되었다. 본 연구에서 개발된 $CaAl_{12}O_{19}:Mn^{4+}$ 형광체를 에폭시와 함께 1:3으로 혼합하여서 InGaN UV 발광체의 Bare 칩 위에 코팅하여 중심파장이 658 nm인 적색 LED를 제조하였다. 적색 형광체를 이용하여, 기존의 UV LED를 여기 광원으로 다양한 느낌의 백색 발광체를 설계 할 수 있을 것이다.
본 연구에서는 그람 양성의 호기성 유포자 세균 중 자연계에 널리 분포되어 식품에 문제를 일으키는 대표적인 균인 B. subtilis를 대상으로 365 nm UV-LED의 생육 억제 효과를 입증하였다. 또한 365 nm UV-LED 조사 시, 식품 포장재로 흔히 사용되고 있는 유리, LLD-PE, Nylon/LDPE 및 PS 등의 포장 조건에 따른 B. subtilis 생육 억제 효과를 확인하였다. 그 결과, B. subtilis의 생육 억제 효과가 가장 뛰어난 재질은 Nylon/LDPE와 LLD-PE로 확인되었고, 대조구의 생존율인 -log 5 값과 비교하여 각각의 생존율은 약 -log 2.5-2.9, -log 2.58-3.61로 나타났다. 이 때 재질의 두께가 미생물의 생육에 미치는 영향은 미미한 것으로 관찰되었고, 포장재질에 따라 365 nm UV-LED 투과력이 다르다는 것을 확인할 수 있었다. 통상적으로 log 3 이상 생균수가 감소하면 99.9% 살균효과가 있는 것으로 나타낼 수 있는데, 본 연구를 통해 365 nm UV-LED가 흔히 사용되고 있는 식품 포장재를 투과하여 균의 생육 억제에 영향을 줄 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과를 통해 365 nm UV-LED의 사용이 식품보존과 식품산업 분야의 응용기술로써 잠재력이 있음을 시사하는 바이다.
딸기병해는 생육기 동안 과실의 생산량감소 및 품질저하를 가져오고 있으며, 약제방제의 어려움 등으로 인해 친환경적인 병해 방제법의 개발이 요구된다. 실내에서 자외선(UV-C, 264 nm)조사에 의한 딸기병원균의 균사생장 억제효과를 구명하기 위하여 5종의 딸기병원균을 자외선을 조사하면서 $25^{\circ}C$ 항온실에서 배양한 후 균총의 직경을 측정하였다. 5종의 딸기병원균을 PDA 상에서 배양하면서 자외선을 조사하면, 하루 1시간 조사에 의해서도 생장이 억제되었고 9-12시간을 조사한 균의 생육은 현저하게 억제되었으며 역병균은 생육이 완전하게 억제되었다. 자외선광원과 병원균의 거리에서는 40-50 cm의 거리에서 자외선을 조사한 배양기에서 병원균생장의 억제효과가 크게 나타났다. 배지에 접종한 후 바로 자외선을 처리한 병원균은 모두 2일간 배양한 후 자외선을 접종한 배양기에서보다 생육이 억제되었다. 딸기 탄저병균(C. gloeosprioides)과 시들음병균(F. oxysporum)은 V8A에서 자외선에 의한 균의 생장억제효과가 큰 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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