<h1>결과 및 고찰</h1><h2>LED의 배열 및 광원의 거리에 따른 빛의 조사 패턴</h2><p>광학 시뮬레이션을 통하여 LED의 배열 및 LED 광원과 샘플의 거리에 따른 조사 패턴을 계산하였다. LED의 각 배열을 시뮬레이션으로 설정한 결과, 9개의 LED 광원이 가운데에 배치되어 있는 경우(centered)와 십자형으로 배치되어 있는 경우 (cross) detector의 중심 부위로 광선이 집중되는 것을 확인하였으며(Fig. 3A), 광원이 장치에 고르게 분포가 되어 있는 경우 (evenly spaced) detector의 가장 바깥 부분까지 비교적 균일하게 빛이 조사가 되는 것을 확인할 수 있었다(Fig. 3C).</p><p>시뮬레이션을 통하여 계산된 다양한 LED의 배열(centered, cross, evenly spaced) 및 광원과의 거리 22,32,42 \( \mathrm{~mm}) \) 에 따른 빛의 조사 패턴은 배열 및 거리에 따라 다른 결과를 나타내었다(Fig. 4). 광원이 장치의 중심에 위치할 경우(centered) 최대 빛의 세기가 세 가지 배열 중 가장 높은 값을 나타내었으나 detector의 면적 내에서 빛의 세기의 편차가 가장 높았다. 반면 균일하게 배열된(evenly spaced) LED의 시뮬레이션 결과 최대 빛의 세기는 세 가지 배열 중 가장 낮았으나, 샘플 면적 내 편차는 가장 낮은 값을 나타내었다. 광원과의 거리가 멀어짐에 따라서는 세 가지 배열 모두 빛의 세기가 감소하는 경향을 나타내었으며, 광원에서 샘플이 멀어질수록 빛의 세기 분포 패턴이 균일하게 변화함을 확인할 수 있었다.</p><h2>LED의 배열 및 광원의 거리에 따른 Petri factor</h2><p>다양한 LED의 배열 및 광원과 샘플 사이의 거리에서 detector 면적의 균일도를 예측하기 위하여 시뮬레이션을 통하여 얻은 빛의 세기로 Petri factor를 계산하었다. 각 조건에서의 Petri factor 는 Table 1과 같이 계산되었으며, evenly spaced, cross, centered 배열 순으로 Petri factor가 높았다. 또한, 광원으로부터 거리가 멀어질수록 Petri factor가 증가하는 경향을 나타내었다. Petri factor는 1에 가까울수록 균일도가 높음을 나타내며, 빛을 조사하는 장치에서 Petri factor가 0.9 보다 높아야 균일하게 조사가 되는 이상적인 디자인으로 판단한다. 광원의 배열이 centered 및 cross일 경우 Petri factor는 모두 0.9 보다 낮았으며, evenly spaced 배열의 경우 광원과의 거리가 32 \( \mathrm{~mm} \) 및 42 \( \mathrm{mm} \) 일 때 각각 0.91과 0.93으로 0.9보다 높은 균일한 디자인임을 나타내었다. 본 연구의 결과와 유사하게 UV 범위의 LED 장치에서 빛의 세기가 표면에 고르게 도달하게 하기 위한 연구가 이루어진 바 있다. 물의 살균 시 UV 장치를 이용하기 위하여 균일하게 빛을 조사하는 장치를 디자인하기 위하여 Bowker등 은 시뮬레이션을 통하여 계산한 Petri factor로 LED 광원의 배열 및 샘플과의 거리를 최적화하였다. 또한, Shin등 은 UV 장치를 이용하여 Escherichia coli O 157 :H7 , Salmonella enterica serovar Typhimurium, Listeria monocytogenes가 고체의 표면 및 액체 내에 있을 때 감균 효과를 확인하기 위하여 균일하게 빛을 조사하는 UV 모듈의 배열을 Petri factor로 최적화하였다. 본 연구를 통하여 가시광선을 이용한 식품 저장 장치에서도 UV와 유사하게 각 코너 및 LED 광원 시이의 거리를 일정하게 하였을 때 높은 Petri factor를 나타냄을 확인하였다.</p><h2>가시광선 청색광의 조사 시간에 따른 균 수 변화</h2><p>LED 장치의 광원 베열을 evenly distributed로 설계하여 청색광을 떡복이 떡에 조사하였을 때 표면의 B. cereus group의 균수 변화를 확인하였으며, 이를 Fig. 5에 나타내었다. 초기 균 수 대비 조사 시간에 따른 균의 감소 수를 감소율(reduction rate)로 확인한 결과, 2 \( \mathrm{h} \) 조사 후부터 초기 균 수의 5 \( \% \) 가 감소하고 16 \( \mathrm{h} \) 조사 후 최대 10.22 \( \% \) 의 균이 감소하는 것을 확인하였다. 반면 대조군에서는 16\( \mathrm{h} \) 저장 후부터 균 수가 7.32 \( \% \) 이상 증가하였으며, 이를 통하여 24시간 까지의 LED 조사 시 LED 가 균의 성장을 억제하고 나아가 감균시키는 역할을 하는 것을 확인하였다. 이와 유사하게 Ghate 등의 연구에서는 461 \( \mathrm{~nm} \) 파장의 청색 가시광선을 이용하여 trypticase soy broth에서 \( \mathrm{pH} \)가 7.3일 때 Escherichia coli를 \( 1.2 \pm 0.08 \log \mathrm{CFU} / \mathrm{mL} \) 감균하였으며, 460 \( \mathrm{~nm} \) 의 청색광을 냉장 온도의 파인애플에 조사하였을 때 Salmonella spp가 0.64-1.00 \( \mathrm{CFU} / \mathrm{g} \) 감균되는 결과를 나타냈다. 또한 냉장 온도의 오렌지 주스에서 460 \( \mathrm{~nm} \) 의 청색광이 Salmonella spp.를 2.1-3.3\( \log \mathrm{CFU} / \mathrm{g} \) 감균시키는 효과를 연구하였다. 청색광은 미생물의 내인성 광과민성 물질(endogenous photosensitizer)에 합수되어 세포가 활성산소종(reactive oxygen species, \( \mathrm{ROS} \) )을 생성하도록 하며, ROS는 세포 독성 반응으로 세포 구성 성분을 손상시켜 파괴시키는 역할을 한다. 떡볶이 떡의 B. cereus group은 열저항성이 높고 포자를 생성하기 때문에 제어하기 어려운 균으로 알려져 있으나, 본 연구에서는 24 \( \mathrm{h} \) 의 저장 시간 동안 대조군(control) 대비 약 \( 1.21 \log \mathrm{CFU} / \mathrm{g} \) 낮은 균 수를 유지하여 저장 및 유통 시간에 따른 균 수의 증가를 억제하는 것을 확인할 수 있었다.</p>
Petri factor는 무엇을 이용해 계산했어?
시뮬레이션을 통하여 얻은 빛의 세기