배양액과 배지의 살균 및 소독 (2)

자외선램프는 유리관에 자외선을 효과적으로 투과시키기 위해 특수한 재질을 사용하며, 램프의 양단은 텅스텐 전극으로 되어 있고, 코일에는 방사체가 도포되어 있다. 유리관 내부는 진공 상태를 만든 후 적당한 양의 수은과 적당한 압력의 아르곤가스나 기타 불활성 가스를 혼입하여 만든다. 살균 램프에 봉입 되어 있는 수은의 증기압은 주의 온도, 램프 전류 등에 의해 변화되어 램프에서의 자외선 방사 강도가 변화된다. 일반적으로 주위 온도가 20~22도, 램프 관벽 온도 40도 전후에서 자외선 방사 강도가 가장 높다. 자외선램프는 양단에 전류를 보내어 전극을 예열하고, 방사체로부터 열전자를 방출시켜 아르곤가스를 매개로 방전시키는 원리이다. 방전에 의해 유리관 내에 흐르는 전자는 포화상태의 수은 증기에 급격히 충돌하면서 수은 공명선으로 253.7nm의 파장을 발생한다. 살균 램프에서 발생하는 253.7nm의 자외선을 살균 작용에 이용하며, 유리관 내에서 발생된 자외선을 투광률이 높은 특수 유리 또는 투명 석영 소자에 통과시켜 효과적으로 방사시킨다. 자외선의 조사 방법으로는 유동하고 있는 양액의 상부에 램프를 설치하는 방법, 램프를 방수 처리해서 양액 중에 설치하는 방법 등이 있다. 자외선 조사에 의한 살균법은 토마토의 청고병균 등에 효과가 좋은데, 병원균의 밀도를 낮추는 것은 물론 양액 내의 전체 미생물의 수도 현저하게 감소시킨다. 병원균의 농도를 낮게 유지하기 위해서는 연속 조사나 간헐적으로 자주 조사할 필요가 있다. 비교적 양액량이 적은 NFT 방식이나 고형배지경에서는 양액의 순환 중에 자외선 조사가 쉬우므로 자외선램프에 의한 살균 효과가 기대된다. 오존처리법은 오존의 강력한 산화력을 이용하여 살균시키는 방법으로 오존 발생 장치에서 오존을 발생시켜 양액으로 보낸다. 오존은 산화력이 매우 강한 물질로써 사람에게 영향을 주는 병원 바이러스와 세균도 오존처리에 의해 불활성화시킬 수 있다. 또한, 오존은 음용수의 살균에도 이용되며, 산업용이나 생활하수에도 처리되고 있다. 오존에 의한 병원균 불활성화의 주요 요인은 세포막계의 파손에 의한 생물 기능의 저해, DNA 손상 및 세포질의 유출 등에 의한 것으로 알려져 있다. 이는 세포막 상의 효소계가 산화되어 그 활성을 잃게 되고, 보다 고농도의 오존처리에 의해 각 물질이 파괴되는 실험에서 증명되고 있다. 이 메커니즘은 또 하나의 중요한 소독제인 염소의 경우와는 크게 다른데, 염소의 경우에는 세포벽을 투과하여 생체 내 효소를 손상해 그 효과를 나타낸다. 오존은 급속도로 반응하여 잉여 반응력이 완전히 소멸하기 때문에 효과적인 살균제이다. 현재 보급되어 있는 오존 발생 장치에서는 양액 1톤당 1시간에 109의 오존을 발생시키는 것이 일반적이다. 이 수준은 양액 살균에 충분한 수준이며, 오존 투입에 의한 양액 살균은 물론 오존수에 의한 배지 및 근권의 살균을 병용하는 것도 매우 효율적이다. 앞으로도 오존 농도나 접촉 시간 등 효율적인 오존 투입 기술과 식물 생육에 대한 오존수의 접촉 영향 정도 등을 고려하여 실용적인 오존 살균 기술의 개발이 지속해서 필요하다. 일반적으로 0.8ppm 농도의 오존수에 60분간 침지 처리하면 피티움균의 유주자가 그리고 5분간 침지 처리로 푸사리움 균의 분생자가 사멸되며, 세균은 이보다 더 단기간 처리로 사멸시킬 수 있다. 그램음성 세균으로써 대장균에게서는 오존농도, 접촉 시간 1분에 99%가 불활성화되며, 바이러스에서는 1mg/l 정도의 오존에서 1분간 접촉하면 동일한 불활성화 효과가 얻어져 매우 강력한 살균 효과를 나타낸다. 그러나 오존 살균법은 킬레이트철, 특히 EDDHA-Fe가 산화철로 변하기 때문에 활성탄으로 이를 제거해야 한다는 점과 낮은 pH 조건에서는 용존 오존의 양이 많아서 살균하기 전에 양액을 활성 조건으로 조절하기 위한 산 공급 장치가 별도로 필요하다는 문제점이 있다. 또한, 가용성분 중 망간도 오존에 의해 산화되어 침전되기 때문에 오존 처리 후에 철과 망간 성분량을 보정할 필요가 있다. 자외선을 이용하여 오존을 발생시키는 자외선, 오존 살균 장치는 184.9nm의 자외선을 조사하여 산소를 오존으로 바꾸어 양액에 혼입시키는데, 이는 오이의 역병균 살균에 효과적이다. 아직은 시험 단계로써 실용화하는 데에는 시간이 걸리겠지만 양액의 살균 처리법으로는 유효한 방법이라고 할 수 있다. 열처리법은 양액 탱크에 집수된 양액의 유기물 입자를 여과한 후 탱크에서 이루어지는데, 우선 양액은 첫 번째 열교환기로 이동되며 이때 급격한 온도 상승은 어려워 소독된 물로 일정 온도까지 예열된다. 다음으로 두세번째 열교환기에서 외부 열 공급원을 이용하여 살균 온도까지 가열하게 된다. 일반적으로 열교환기를 3대 이상 직렬로 연결하여 가온 보일러로 가열하는데, 가열처리액은 열교환기를 통해도 원래의 수온으로는 회복되지 않으므로 양액 냉각기도 필요하다. 열처리법은 처리 온도와 시간에 따라 다르지만 거의 완전한 살균이 가능하며, 가열 처리에 필요한 운전 비용의 절감 면에서 볼 때 양액량이 비교적 적은 방식에 적합하다고 할 수 있다. 뿌리 부분의조 병균은 양액을 직접 가열하여 70도로 10분간 처리하면 완전 살균이 가능하고 고압 조건에서 순간 가열하는 방법으로는 10초 정도로 단기간 처리하게 되는데, 반신 위조 병원균은 83도, 바이러스는 97도에서 살균할 수 있다. 일반적으로 95도 조건에서 30초간 살균하면 바이러스를 포함한 거의 모든 미생물이 사멸하며, 세균과 사상균은 55~60도에서 5분이면 사멸된다. 열처리법은 다량의 양액을 순환시키는 방식에서는 아직 이용이 어렵지만 관주식의 고형배지경에서는 실용성이 높다. 또한, 고형배지경의 보급 면적이 확대되면서 배액에 의한 비료의 손실과 환경오염이 문제 되고 있는데, 열처리 방식을 이용하면 이러한 문제의 해결이 가능할 것으로 본다.