오존의 살균원리 및 효과

1. 바이러스 살균     2. 오존에 의한 살균   3. 오존의 살균 효과   

1. 바이러스 살균

       살균을 다른말로 바이러스의 불활성화라고도 부른다. 이러한 말은 바이러스가 생존이 불가능하고 증식할 수 없는 상태를 말하는데 세균이 어떠한 상태에서 생존이 불가능한 형태로 되는가 하는 것은 크게 4가지로 볼 수 있다.

1) 효소의 변성으로 인해 균체의 대사 및 합성이 불가능하게 된다.

2) 세포막의 손상으로 인해 세포막의 투과성이 변화하여 세포내에서 Ca
2+와 Mg2+, RNA등이 누출된다.

3) RNA와 리보소옴이 분해된다.

4) 염색체 또는 그 구성물질인 DNA가 손상된다.

    바이러스는 DNA 또는 RNA와 그것을 함유하는 외피 단백질로 구성되어 있는데, 증식과정은 바이러스가 숙주세포에 흡착하고 이어서 DNA 또는 RNA가 숙주세포로 침입해 들어가 증식을 한다. 불활성화 또는 살균이란 말은 이러한 증식과정을 저해하여 증식이 불가능하게 하는 것이다. 바이러스의 살균 요인으로는 외피단백질 흡착점의 파괴 또는 외피단백질의 변성등의 오존에 의한 손상과 내부 핵산과의 상호작용, 게놈 DNA 또는 RNA의 손상 등에 의한 것이다.


2. 오존에 의한 살균

      세균의 구성성분은 세포벽이 리포다당, 리포단백질, 펩티드글리칸으로, 세포질막은 인지질(불포화 지방산등), 막단백질, 다당류로 되어있으며 세포성분은 단백질(효소,히스톤, 리보소옴단백질)과 RNA, DNA등으로 구성되어있다.
이들 물질에서 오존과 반응성이 높은 물질은 불포화 지방산의 2중 결합, 방향족 화합물과 복소고리식 화합물이다.

    오존에 의한 궁극적인 살균기구는 오존이 세포막을 손상시킴으로써 세포막의 구조가 변화하여 침투성이 증가하거나 세포내의 내용물이 누출되어 용해되는 것이며, 또다른 살균기구로는 오존에 의해 효소와 핵산의 활성이 저하되거나, 염색체 DNA의 파괴인데 효소의 활성이 저하되는 요인으로는 효소 자체의 파괴에 의한 경우와 막 환경의 변화에 의한 분자 상호작용의 변화로 활성구조가 없어지는 경우이다. 오존처리에 의한 대장균내의 Plasmid(염색체와는 따로 증식할 수 있는 유전인자) ccDNA의 소실에 관한 실험결과를 다음 그림에 나타냈다.

 




3. 오존에 의한 살균 효과

1) 오존에 의한 기상 살균의 효과
      공기의 살균 및 정화처리 식품가공공장과 호텔, 여과, 레스토랑의 주방등에서 일반적으로 보급되어있는 살균방법은 자외선 살균법이다. 그러나 자외선 살균법은 유효범위가 한정되어 있기 때문에 거리가 멀 경우에는 살균효과가 매우 떨어져 자외선으로 공기를 확실히 살균한다는 것은 어려운 일이라고 생각된다. 이에 반해 오존살균법은 광범위한 공간에 대해서 살균을 효과적으로 할 수 있는 수단이라고 생각된다.

    다음 표에 나타낸 것은 모형으로 만든 실내의 오존농도 수준을 나타낸 것인데, 이 농도 수준에 따른 일반 실내의 공중 부유균에 대한 살균효과를 그림 7에 나타냈다. 그림에서 볼때 하층부의 오존농도가 낮을 경우에도 상층부의 오존농도에 따라 90%이상의 살균효과를 얻을 수 있는데, 이 시간은 저레벨에서는 60분(93.6%), 중레벨에서는 30분(92.0%), 고레벨에서는 5분(90.7%) 정도를 나타내고 있다.
이 결과에서 볼때 오존에 의해 공기를 살균할 때에는 오존을 천정면으로부터 확산시킬 경우 보다 좋은 효과를 얻을 수 있다고 생각된다.

* 측정 실내 공기중의 오존농도 수준 (단위:ppm)
오존 발생단계 오존 처리시간
  상 층 부 하 층 부
5 10 30 60 5 10 30 60
저 레 벨 0.04 0.08 0.035 0.65 0 0 0 0
중 레 벨 0.45 1.70 3.00 3.20 0 0 0 0.04
고 레 벨 >0.05 - - - 0 0.20 0.50 1.00
    다음의 표과 그림은 실내의 오존농도가 상층부에서 4.0 ~ 4.6ppm, 중간부에서 5.0ppm, 하층부에서 0 ~ 1.2ppm의 조건에서 시간별로 오존처리를 한 후 24시간과 48시간 배양했을 때 식품가공공장의 Brolier 처리장에 대한 오존살균효과를 나타낸 것이다. 이 상태에서는 일반 실내보다는 약간 긴시간을 필요로 하였는데, 그 이유는 사육장에서 오염된 균이 처리장내에까지 비산하고 있고, 그중 아포형성세균도 상당수 존재하기 때문으로 생각된다.


* 브로일러 처리장내의 공중부유균에 대한 오존살균효과
배양시간 (hr) 살균효과 오존처리시간 (min)
0 5 10 30 60
24 생균수 (cells) 7100 2700 1200 930 970
생균율(%) 100 38.0 16.9 13.7 1.1
살균율(%) 0 62.0 83.1 86.3 98.9
48 생균수 (cells) 7400 3200 1400 120 840
생균율(%) 100 43.2 18.9 16.2 1.1
살균율(%) 0 56.8 81.1 83.8 98.9


      환경기준치 0.1ppm에 대해서도 오존은 어느 정도의 살균효과를 나타내고 있는데, 오존처리를 한 후 48시간 배양한 뒤의 실험결과를 다음 표에 나타냈다. 이 결과에 대해서는 0.1ppm으로 완전한 처리를 불가능하였지만 환기장치 및 집진장치등과 조합하여 처리할 경우 매우 좋은 효과를 내리라 생각된다.



* 오존농도 0.1ppm에 대한 공중 부유균의 살균효과
살균효과 오존처리시간 (min)
0 5 10 30 60
생균수 (cells) 10200 4450 3840 3770 2250
생균율(%) 100 44.1 38.0 37.3 27.2
살균율(%) 0 55.9 62.0 62.7 72.8


       진균(효모,곰팡이)은 일반세균 수에 비해 매우 적은 수로 존재하지만 종류가 다양하며, 포자를 형성하고 있는 종이 많다. 상층부의 농도가 0.07~0.15ppm, 종단부가 0~0.03ppm, 하층부가 0ppm인 조건하에서의 진균에 대한 살균효과를 실험하였는데 그 결과를 다음 표에 나타냈다.



* 공중부유 진균에 대한 살균효과
살균효과 오존처리시간 (min)
0 5 10 30
생균수 (cells) 321 38 68 25
생균율(%) 100 11.8 21.2 7.8
살균율(%) 0 88.2 78.8 92.2

※ 공기중의 습도: 81%, 온도:27℃, 배양시간:13일

2) 오존에 의한 액상의 살균 효과

       액상에서의 살균효과는 거의 기상의 경우와 같은 형태인데 존재하는 미생물의 종류와 농도에 따라 차이가 난다. 특히 pH, 수온, 암모니아성 질소, 화학적 산소요구량(COD), 수중의 현탁물질등 처리대상 수의 물리/화학적 환경조건에 따라 커다란 차이가 있다. 그러나 오존은 염소에 비해 pH와 온도의 영향이 적어 영양형 세균을 용이하게 살균할 수 있으며, 일반적으로 호기성 세균이 혐기성세균보다 감수성이 예민하고, 포자형성세균의 경우에는 저항성이 비교적 강하게 나타난다. 수중에서 각종 세균에 대한 오존살균효과를 다음 그림과 표에 나타냈다.

 



* 오존에 의한 각종 미생물의 불활성화 효과
미생물의 종류 수중 오존농도(ppm) 미생물 수 (개/ml) 온 도 (℃) pH 접촉시간 (S) 사멸율 (%)
대장균 0.96 10 e5 21.0 7 5 100
포도상 구균 1.08 10 e5 21.0 7 5 100
녹농균 1.01 10 e5 21.0 7 5 100
크로스토리듐 0.96 10 e5 21.0 7 5 100

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