KR20100057112A - Method for analyzing e. coli and coliforms automatically by using defined substrate technology - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 환경분야의 생물학적 계측분야로 효소발색법 기질을 이용하여 대장균 및 대장균군을 자동분석하는데 있어서 배양시간을 단축함으로써 분석시간을 단축하는 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a method for shortening the analysis time by reducing the incubation time in the automatic analysis of E. coli and E. coli group using the enzyme chromatographic substrate as a biological measurement field in the environmental field.
본 발명은 수중의 대장균 및 대장균군을 자동으로 빠른 시간내에 측정하고자 하는 측정 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a measuring method for automatically and quickly measuring the E. coli and E. coli group in water.
대장균 및 대장균군을 분석하는 방법은 여러 가지가 있으나 최근 측정방법이 비교적 간단하기 때문에 효소발색법이 부각되고 있다. 효소발색법을 이용한 분석은 대장균과 대장균군에 특이적으로 존재하는 효소와 반응하는 기질을 이용하여, 이 기질이 가수분해되는 과정에서 발생하는 색깔이나 형광 변화를 측정함으로써 검출하는 방법이다. 여기서 대장균군은 β-D-galactosidase 효소를 발현하는 박테리아로 정의되고, 대장균은 β-D-glucuronidase 효소를 발현하는 박테리아로 정의된다. 따라서 이들 효소에 특이적으로 반응하는 기질을 선별하고, 특히 반응 결과를 쉽게 판독하기 위하여 반응 후 산물이 색깔이나 형광 변화를 일으키는 기질을 선별하여 이용한다. 효소발색법은 우리나라 먹는물 수질공정시험방법에도 등재된 방법이다. 이런 기질의 조성에 대한 특허는 다수 출원되어 있다.There are many methods for analyzing E. coli and E. coli group, but recently, the enzyme method has been highlighted because of the relatively simple measurement method. Enzymatic colorimetric analysis is a method that detects color or fluorescence changes that occur during the hydrolysis of a substrate using a substrate that reacts with an enzyme specifically present in E. coli and E. coli. Herein, E. coli is defined as a bacterium expressing the β-D-galactosidase enzyme, and E. coli is defined as a bacterium expressing the β-D-glucuronidase enzyme. Therefore, substrates that specifically react with these enzymes are selected, and in particular, substrates for which the product causes color or fluorescence change after the reaction are used for easy reading of the reaction results. Enzyme coloration method is also listed in Korea's drinking water quality testing method. Many patents have been filed for the composition of such substrates.
대부분의 효소발색법은 발색시약으로 MUG와 ONPG라는 물질을 이용하고 있다. 이 물질을 기질에 포함시켜 분석하면 배양 후 배양액이 노란색이면 대장균군 양성, 무색이면 대장균군 음성으로 판별한다. 또한 이 배양액에 365nm의 자외선을 조사하여 형광을 나타내면 대장균 양성, 형광을 나타내지 않으면 대장균 음성으로 판별한다.Most of the enzymatic color development method uses a substance called MUG and ONPG as a coloring reagent. When this substance is included in the substrate and analyzed, the culture medium is identified as positive for E. coli group if the culture medium is yellow, and negative for E. coli group if the color is colorless. In addition, the culture medium is irradiated with 365 nm ultraviolet rays and fluorescence is identified as E. coli positive.
이러한 효소발색법을 이용하는 대장균 및 대장균군 분석기술은 키트형태로 하여 배치식으로 분석하는 방법과 자동분석하는 방법이 상품화되어 있다. 키트 형태는 기질의 조성물을 동결건조하여 분말화하여 1회 측정분으로 포장하여 판매하고 있다. 이 키트 1회분을 플라스틱병에 넣고 시료를 100mL넣어 용해시킨 후 24시간 동안 배양하여 분석한다. 자동분석기술은 시료도입-계량-약품첨가-배양-광학분석으로 구성된 것으로 미국의 IDEXX사와 노르웨이의 Colifast사가 상용화하였다.E. coli and E. coli group analysis technology using the enzyme coloration method is commercialized by batch analysis and automatic analysis in the form of a kit. Kit form is sold by lyophilizing the composition of the substrate to powder and packaged in a single measurement. The kit is placed in a plastic bottle, dissolved in 100 mL of sample, and incubated for 24 hours for analysis. The automated analysis technique consists of sample introduction, measurement, drug addition, culture, and optical analysis, which were commercialized by IDEXX in the US and Colifast in Norway.
먹는물에서 대장균 및 대장균군을 분석하는데는 분석시간이 매우 중요하다. 그러나 실제 효소발색법 뿐만 아니라 다른 방법을 사용해도 대장균 및 대장균군을 분석하기 위해서는 약 24시간 정도가 필요하다. Colilert나 Colifast도 먹는물의 경우 18시간 이상이 소요된다. 먹는물의 경우 분석에 소요되는 시간이 길면 대장균 및 대장균군이 양성으로 판별되었다 하더라도 이미 사람이 음용했을 가능성이 크다. 따라서 대장균 및 대장균군의 분석시간을 줄일 필요가 있다.Analysis time is very important for analyzing E. coli and E. coli group in drinking water. However, in addition to the actual enzymatic coloration method, using the other methods, it takes about 24 hours to analyze the E. coli and E. coli group. Colilert and Colifast may take 18 hours or more for drinking water. In the case of drinking water, if the analysis takes a long time, it is likely that humans have already eaten even if the E. coli and E. coli groups are positive. Therefore, it is necessary to reduce the analysis time of E. coli and E. coli group.
본 발명자들은 2004년부터 2006년까지 2년간 환경부 차세대핵심환경기술개발 사업을 통하여 효소발색법을 이용하여 대장균 및 대장균군을 분석할 수 있는 기질을 개발하여 확보한 바 있다.The inventors have developed and secured a substrate capable of analyzing E. coli and E. coli populations by enzymatic coloration through the Ministry of Environment Next Generation Core Environmental Technology Development Project for two years from 2004 to 2006.
종래기술의 문헌정보Literature Information of the Prior Art
[문헌1] 일본국 특허 공개번호 2004-187588[Patent 1] Japanese Patent Publication No. 2004-187588
[문헌2] 미국특허 US005650290A[Patent 2] US Patent US005650290A
[문헌3] Moira D. Johnston. A simple and rapid test for quality control of liquid media using the bioscreen microbiological growth analyser, J. microbiol. methods. 32. 37-43[3] Moira D. Johnston. A simple and rapid test for quality control of liquid media using the bioscreen microbiological growth analyser, J. microbiol. methods. 32. 37-43
[문헌4] Colilert 카다로그[Reference 4] Colilert Catalog
[문헌5] Colifast사 카다로그[Reference 5] Colifast company catalog
본 발명은 효소발색법을 이용하여 물의 대장균 및 대장균군을 자동으로 측정하는데 있어서 분석 결과의 활용성을 높이기 위하여 배양시간을 단축시킴으로써 궁극적으로 분석시간을 단축시키는데 가장 큰 목적이 있다.The present invention has the biggest object of ultimately shortening the analysis time by shortening the incubation time in order to increase the utility of the analytical results in the automatic determination of the E. coli and E. coli group of water using the enzyme coloration method.
본 발명은 대장균 및 대장균군을 배양하는데 있어서 배양에 필요한 시간을 단축하고자 시료 농축을 위한 공정과 배양시 용존산소를 공급하여 조절하는 공정을 도입하여 분석시간을 단축하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized by shortening the analysis time by introducing a process for concentrating the sample and supplying and adjusting the dissolved oxygen during the cultivation in order to shorten the time required for the culture in culturing E. coli and E. coli group.
본 발명의 대장균 및 대장균군 자동측정방법은 대장균 및 대장균군을 3시간에 분석할 수 있어 분석결과의 활용성을 크게 높일 수 있다. 정수장에서 대장균 또는 대장균군이 검출되면 즉시 급수를 중단한다던지, 식음료공장에서 조업을 중단한다던지 여러 가지 활용이 가능하다.E. coli and E. coli group automatic measurement method of the present invention can analyze the E. coli and E. coli group in 3 hours can greatly increase the utility of the analysis results. When E. coli or E. coli group is detected in a water purification plant, it is possible to immediately stop supplying water or stop operations at a food and beverage plant.
본 발명에서는 종래에 18시간 이상 소요되던 대장균 및 대장균군의 배양시간을 단축하기 위하여 시료농축공정과 배양시 용존산소를 공급해주는 공정을 도입하여 분석시간을 단축하고자 하였다.In the present invention, in order to shorten the incubation time of the E. coli and E. coli group, which took 18 hours or more in the prior art, it was intended to shorten the analysis time by introducing a sample concentration process and a process for supplying dissolved oxygen during the culture.
대장균 및 대장균군 1CFU/100mL의 시료를 배양하여 광도계로 검출할 수 있는 약 1014CFU/100mL의 상태로 배양하기 위해서는 대장균의 경우 20분에 2배씩 증식하므로 35℃에서 최소 약 14시간 이상을 배양하여야 한다. 본 발명에서는 시료를 농축하여 배양전 시료의 균체수를 높여 배양시간을 단축하고자 하였다. 산술적으로 계산하면 시료를 100배로 농축하면 2∼2.5시간, 1000배로 농축하면 3.5∼4시간을 단축할 수 있다. 공시균주를 이용하여 대장균군을 배양한 후 먹는물 수질공정시험법의 하나인 MPN법으로 대장균수를 분석하였다. 이 배양액을 희석하여 1CFU/100mL의 시료를 제조하였다. 도 1은 본 발명의 시료 농축 장치를 나타낸 개략도이다.. 본 발명의 시료 농축장치는 시료도입관 (1), 계량 및 여과조 (3), 솔레노이드밸브 1 (2), 필터하우징 (4), 필터 (5), 솔레노이드밸브 2 (6), 솔레노이드밸브 3 (7)으 로 구성되어 있다. 이 시료농축장치에 1CFU/100mL의 시료를 시료도입배관 (1)을 통해 유입시키며 여과조를 거쳐 필터를 통과하면서 대장균이 있을 경우 필터 (5)에 걸러지고 물은 솔레노이드밸브 2 (6)를 통하여 배출된다. 배양에 필요한 시료양은 100mL이므로 원하는 농축배율이 100배일 경우 경우 10리터, 1000배 농축을 원할 경우 100리터를 통과시키면 된다. 농축하려는 시료가 모두 통과되면 시료는 여과조에 가득 찰 정도까지만 남긴다. 상부의 솔레노이드밸브 1 (2)을 열어 오버플로우밸브 위의 시료는 배출시킴으로써 시료의 양을 정량화 한다. 이어서 하부의 솔레노이드밸브 2 (6)를 열어 압축 공기를 여과조 (3)로 불어 넣는다. 이때 필터 (5)에 부착된 대장균이 떨어져 나오게 된다. 하부의 솔레노이드밸브 2 (6)을 다시 닫고 솔레노이드밸브 3 (7)을 열어 시료를 배양조로 보내면 시료농축공정이 완료된다. 시료를 농축킨 후 35℃에서 배양하면서 분광광도계를 이용하여 시간별로 색의 변화를 흡광도로 관찰하였다. 그 결과 농축하지 않은 시료의 경우 14시간 배양하여도 410nm에서의 흡광도가 0.070으로 낮았으나 100배 희석한 시료는 11시간에 흡광도가 0.124, 1000배 희석한 시료는 9시간이면 흡광도가 0.205로 매우 높아 분광광도계로 색의 변화를 알아 낼 수 있었다.E. coli and E. coli group 1CFU / 100mL of the sample to cultivate in the state of about 10 14 CFU / 100mL that can be detected by the photometer E. coli is doubled in 20 minutes, so incubate for at least about 14 hours at 35 ℃ shall. In the present invention, the concentration of the sample was intended to shorten the incubation time by increasing the number of cells in the sample before incubation. Arithmetic calculations can shorten the
또한 본 발명에서는 대장균 및 대장균군의 배양시간을 더욱 단축시키고자 용존산소를 높여주는 공정을 추가하였다. 대장균 및 대장균군은 통성혐기성으로 산소의 공급이 불필요하다. 그러나 본 발명자들은 대장균 및 대장균군이 통성혐기성이라는데 착안하여 배양공정에서 배양액의 용존산소의 양을 높여 보았다. 그 결과 배양조내의 초기용존산소를 0.2ppm이상으로 조절해주면 대장균 및 대장균군의 성장이 급속히 빨라지는 것을 확인하였다. 배양조의 배양액의 용존산소를 조절하여 줄 경우 흡광도가 분광광도계로 색의 구별이 가능한 수준의 흡광도인 0.05이상 되는데 3시간이면 충분하였다. 배양조 내의 초기 용존산소를 0.2ppm이하로 조절하면 성장이 빨라지지 않았으며, 0.5ppm이상으로 조절하여도 0.2ppm내지 0.5ppmm의 결과와 크게 차이나지 않았다. 대장균 배양에 용존산소를 공급하여 주면 그람양성균이나 곰팡이류의 성장 가능성이 높아진다. 그러나 본 발명자들이 개발하여 확보하고 있는 기질에는 그람양성균 억제제, 곰팡이류 성장 억제제가 이미 첨가되어 있어 이들의 성장은 관찰되지 않았다. 용존산소의 공급은 에어레이터를 사용하여도 되며 교반기를 이용하여도 무방하다.In addition, the present invention added a process for increasing the dissolved oxygen to further shorten the culture time of E. coli and E. coli group. E. coli and E. coli are anaerobic and require no oxygen supply. However, the inventors noticed that the E. coli and E. coli group is aerobic anaerobic, and increased the amount of dissolved oxygen in the culture solution in the culture process. As a result, when the initial dissolved oxygen in the culture tank was adjusted to 0.2ppm or more, it was confirmed that the growth of E. coli and E. coli group was rapidly accelerated. When adjusting the dissolved oxygen of the culture medium of the culture tank, the absorbance was enough to be 0.05 or more of the absorbance of the color can be distinguished by the
도2는 시료농축공정과 용존산소 주입공정을 포함한 대장균 및 대장균군자동측정방법을 나타낸 개략도이다. 시료는 시료도입관 (1)을 통하여 지속적으로 유입되어 배출된다. 시료를 채수하고자 할 때는 3way 솔레노이드밸브 1 (2)를 계량 및 여과조 (6) 쪽으로 열어 시료를 계량 및 여과조 (6)로 유입시킨다. 이때 3way 솔레노이드밸브 3 (7)과 튜브펌프 (10), 3way 솔레노이드밸브 4 (11)을 통하여 시료의 흐름이 생긴다. 시료는 여과조 하부에 장착된 필터를 통하면서 대장균은 필터에 걸러지게 된다. 이후 정해진 시간이 지나면 3way 솔레노이드밸브 1 (3)의 방향을 바꾸어 유입되는 시료를 바이패스 시켜 더 이상 시료가 유입되지 않도록 한다. 3way 솔레노이드밸브 1 (3)와 계량 및 여과조 (6) 사이의 배관에는 시료가 없으며 계량 및 여과조 (6)에는 시료가 차있는 상태에서 튜브펌프(10)의 가동을 멈춘다. 2 way 솔레노이드밸브 1 (5)를 열어 밸브 위의 시료는 모두 배출하여 시료량을 정량한다. 이후 3way 솔레노이드밸브 3 (7)의 방향을 바꾸어 압축공기가 계량 및 여과조 (6)로 유입되게 한다. 이때 필터에 걸러진 대장균은 계량 및 여과조 (6)의 물로 떨어져 나오게 된다. 이후 2way 솔레노이드밸브 2 (9)를 열어 시료를 배양조 (12)로 이송시킨다. 농축된 시료가 배양조로 이송되면 효소발색 분석용 기질을 시약주입펌프 1 (16)과 시약주입펌프 2 (17)을 이용하여 기질을 주입한다. 이후 교반기 패들 (20)을 돌려 용존산소를 공급한다. 용존산소는 공기를 주입하여 조절할 수 도 있다. 배양조 (12)의 온도는 항온조 (14)의 물을 배양조 (12)의 외부로 순환시켜 조절한다. 배양이 끝난 시료는 실온까지 냉각시킨 후 하부의 광학계 (22)로 이송한다. 광학계는 일반적인 구성으로 365nm,의 빛을 시료에 조사 분광과 형광을 측정할 수 있다. 측정이 끝나면 시료는 모두 배출하고 시료도입관 (1)에 염소를 주입하면서 측정과정과 동일하게 시료를 흘려 멸균이 되도록 한다.Figure 2 is a schematic diagram showing the automatic measurement method of E. coli and E. coli group including a sample concentration step and dissolved oxygen injection step. The sample is continuously introduced and discharged through the sample introduction pipe (1). To collect the sample, open the 3-way solenoid valve 1 (2) to the metering and filtration tank (6) to introduce the sample into the metering and filtration tank (6). At this time, the sample flows through the 3way solenoid valve 3 (7), the tube pump (10), and the 3way solenoid valve 4 (11). The sample is passed through a filter mounted in the lower part of the filtration tank, while E. coli is filtered by the filter. After that time, the direction of the 3-way solenoid valve 1 (3) is changed to bypass the incoming sample so that no more sample is introduced. There is no sample in the pipe between the 3-way solenoid valve 1 (3) and the metering and filtration tank (6) and the tube pump (10) is stopped while the sample is filled in the metering and filtration tank (6). Open the 2 way solenoid valve 1 (5) and drain all the samples on the valve to quantify the sample volume. Then, the direction of the 3way solenoid valve 3 (7) is changed to allow the compressed air to flow into the metering and filtration tank (6). At this time, the E. coli filtered out of the filter and falls into the water of the metering and filtration tank (6). Then open the 2-way solenoid valve 2 (9) to transfer the sample to the culture tank (12). When the concentrated sample is transferred to the culture tank, the substrate for enzymatic color analysis is injected by using reagent injection pump 1 (16) and reagent injection pump 2 (17). The
도 1은 시료 농축장치의 개략도1 is a schematic view of a sample concentrator
도 2는 대장균 및 대장균군 자동측정방법의 개략도Figure 2 is a schematic diagram of the automatic measurement method of E. coli and E. coli group
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
[도 1] 1: 시료도입관, 2: 2 way 솔레노이드밸브, 3: 계량 및 여과조, 4: 필터 모듈, 5: 필터, 6: 3 way 솔레노이드밸브, 7: 2 way 솔레노이드밸브1: 1: sample introduction pipe, 2: 2 way solenoid valve, 3: metering and filtration tank, 4: filter module, 5: filter, 6: 3 way solenoid valve, 7: 2 way solenoid valve
[도 2] 1: 시료도입관, 2: 시료 바이패스관, 3: 3way 솔레노이드밸브 1, 4: 3way 솔레노이드밸브 2, 5: 2 way 솔레노이드밸브 1, 6. 계량 및 여과조, 7: 3way 솔레노이드 3, 8. 2way 솔레노이드 밸브 2, 9: 에어저장조, 10: 튜브 펌프, 11: 3way 솔레노이드 밸브 4, 12: 배양조, 13: 순환펌프, 14: 항온조, 15: 교반기 모터, 16: 시약 주입 펌프 1, 17: 시약주입펌프 2, 18: 시약 저장조 1, 19: 시약 저장조 2, 20: 교반패들, 21: 2say 솔레노이드 밸브 3, 22: 광학계, 23: 2way 솔레노이드 밸브 42: 1: sample introduction pipe, 2: sample bypass pipe, 3:
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2008
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