미생물 멸균 이야기(2); Z값, F값, F0값 구하기

지난 수업 시간에 바이오의약품에서 미생물 Control과 멸균 공정이 왜 중요한지 알아봤고 Decimal Reduction Time (D 값)에 대해 알아봤습니다.

D값은 어떤 미생물의 수가 어떤 특정한 온도에서 1 log Reduction 되는 시간이라고 했습니다. 

아래 동영상은 실제로 엑셀을 이용해서 D값을 구하는 예입니다. 집에서 한번 만들어 봤는데, 다음부터는 목소리도 한번 넣어보겠습니다. 아직 목소리 넣는 건 어색하네요.

https://www.dropbox.com/s/2kk1baf14lnqyu6/%EC%97%91%EC%85%80%EB%A1%9C%20D%EA%B0%92%20%EA%B5%AC%ED%95%98%EA%B8%B0.mp4?dl=0

일반적인 세균의 D 값과 Z 값은 아래와 같이 Googling 해 보면 찾아볼 수 있습니다만, 특별한 미생물의 D값을 알아내야 할 경우는 실험을 통해 Data를 얻어 위의 방법으로 계산할 수 있습니다.

 

아, 자료 찾다가 보니 멸균의 표준 균주가 Bacillus stearothermophilus 가 아니라 Geobacillus로 바뀌었네요. 하루가 다르게 이렇게 바뀌네요. 제가 배울 때는 Bacillus였는데.... 강의 자료 이미 스캔을 다 떠 놓은 후라 고치기가... 그냥 Bacillus stearothermophilus로 쓰여 있으면 Geobacillus stearoth.... 로 이해해 주세요. 

요 균주 이름도 웬만하면 외워두세요.  thermo- 는 온도, phil- 좋아하다... 뭐 그런식으로 하면 외우기 어렵지 않습니다. 

스팀을 이용한 습열멸균에서 사용하는 표준 균주입니다. 열에 무지하게 강한 놈이에요. 물론 spore를 사용하고, spore를 만들수 있으니 Gram(+) 균입니다.

그럼 이제 Z값에 대해 알아보겠습니다. 

관련 전공자들께서는 왜 D 값 다음 Z 값이 나오는지 이유를 아시겠지만, 전공 안하신 분들은 뜬금없이 D값, 그런 다음 Z 값... 뭐래~? 당황스러우시죠. 일단 따라와 보세요. 이런 값들이 멸균 공정에서 어떻게 사용되는지 나중에 알려드릴게요.

Z 값은 Thermal Resistance Constant (열저항 상수?)라고 해요. D 값을 1/10으로 줄이는데 필요한 온도 증가량이에요. 회사 가면 'D값을 one log reduction 시키는데 필요한 온도 증가율'이라고들 하죠. 
멸균 공정에서는 무조건 밑이 10인 Log 예요. 이걸 상용로그라고 하나요?

아~ 또 헷갈립니다. D 값도 뭐를 1log reduction인데, Z도 그러네... ㅋㅋ 

이해합니다. 

D값은 일정한 온도에서 미생물의 수를 1log reduction하는데 걸리는 시간입니다. 그런데 온도를 올리게 되면 그 값이 점점 짧아지겠죠. Z값은 D값을 1Log 줄이는데 필요한 온도 증가량(℃) 입니다. 

아래 그림 참고해 보세요. 대면 수업하면서 칠판에 그려가며 설명 드리면 참 쉬울 텐데... 어려운 개념은 아닙니다. 1차 방정식의 그래프만 아시면 다 이해할 수 있는 내용이니 차분하게 한번 옮겨 적어가면서 이해해 보세요.

 

이해 되시죠?

그리고 조금 성급한 면이 없지 않지만 표준 균주도 보이네요. 
바이오의약품에서 이용하는 멸균은 포화 수증기를 이용하는 습열 멸균 (ex. Autoclave)과 뜨거운 공기를 이용하는 건열 멸균 (Endotoxin까지 제거), 2가지가 있는데요, 그 멸균 과정에서 이용되는 표준 균주와 그 균의 Z값입니다. 외우세요.

• 습열멸균 Geobacillus stearotermophilus spore, Z값 10℃
• 건열멸균 Bacillus subtilis spore, Z값 20℃

이 Z값도 실험 Data만 있으면 엑셀을 이용해서 구할 수 있습니다. 구하는 방법은 D값 구하는 방법과 크게 다르지 않아서, 동영상 대신 계산한 Sheet를 사진으로 보여드립니다.

 

그럼 이제 F값으로 넘어갈 차례인데요, 그 전에 D값과 Z값이 어떤 연관이 있는지 알아봐야겠죠.

그 전에 우리가 보통 멸균이다 라면 121.1℃를 생각하죠. 왜 121.1℃일까요?
이런 표준 온도가 만들어진 곳은 대부분 미쿡입니다. 미쿡은 온도 단위가 섭씨가 아니라 화씨예요. 습열 멸균의 기준온도는 250F 입니다. 그래서 121.1℃가 된 거예요.

그럼 왜 250F냐? 그건 명확하지 않습니다만, 멸균 효과, 에너지, 기계적인 이유 등 여러가지를 모두 고려해서 제시된 온도일거예요.

아래 내용도 차분히 한번 따라해 보세요. 세로축은 Log D값이고 가로축은 온도입니다.

 

이렇게 D 값과 Z 값의 관계를 유도까지 해주는 강의는 아마 이 강의가 유일하지 않을까... 싶은데... ㅋㅋ (자뻑입니다. 저는 그냥 외웠었습니다.)

복잡해 보이기는 한데 어렵진 않죠?

내친 김에 F값까지 달려 봅니다.
F값은 어떤 온도에서 미생물 수를 일정량 파괴하는데 필요한 시간 (분, minute)입니다. Thermal Death Time 이라고 합니다.
D 값과의 차이는 뭘까요? D 값은 파괴하려는 미생물의 양이 1log로 정해져 있습니다만, F값은 정해져 있지 않기 때문에 우리가 조건을 줘야 합니다. 

아래 그림을 보세요.

그렇습니다. D 값과 F 값은 동일 개념입니다. 그래서 D와 Z의 관계나 Z와 F의 관계나 같습니다.

D값도 그렇고, F값도 그렇고 2가지 F값의 비율을 방정식에서 보이고 있죠? 왜 그럴까요?
F의 어떤 표준값과 비교하기 위한 것이고요, 그 표준값이 F0예요. 회사 가면 다 접어두고 F0값만 얘기합니다. F0가 몇분이니까 되네, 안되네... 하면서... 그런데 F0값이 정확히 어떤 의미인지 아는 사람은 별로 없어요. 

F0는 Geobacillus stearothermophilus의 Z값과 121.1℃를 기준으로 한 값입니다.

 

여기까지 이해 되셨나요?

더 할까요?

오늘은 여기까지 하고요, D 값, Z 값, F 값, 그리고 F0에 대한 개념을 확실히 머릿속에 넣어두시기 바랍니다.

다음시간에는 실제 멸균을 진행할 때 F0값을 어떻게 계산하고, F0값이 어떻게 무균을 보증할 수 있는지 알아보겠습니다. 그것까지 하면 멸균에 대한 강의는 종료됩니다. 

이해만 하신다면 바이오의약품, 아니 의약품 산업에서 정말로 제일 중요한 멸균 공정의 Master가 되는거예요. 

생산, QC, QA, 어느 직무가 됐건, 의약품 공장에서 일하게 되면 이번 멸균에 대한 이론 수업은 정말 중요하고, 실제로 굉장히 자주 이용하게 됩니다. 이해가 안 가시면 제게 계속 물어보시고, 그래도 이해가 안되시면 외우세요.

그 외에 멸균 공정 스텝, 주의할 사항, Validation 항목 등은 바이오의약품 공정 시간에 실습과 함께 알아보겠습니다.