미생물(곰팡이 및 박테리아 등) 관찰·해석의 효율화
식품 및 의약품의 생산에는 미생물이 활용됩니다. 그 이유는 미생물을 사용한 식품의 발효 및 의약품 등은 인체에 유익하기 때문입니다. 그런 반면 의도하지 않은 미생물의 번식이 발생할 경우, 부패와 오염으로 인해 제품의 품질이 저해되거나 소비자의 건강을 해칠 우려가 있습니다.
여기서는 곰팡이(사상균)와 세균(박테리아) 등의 기초 지식부터 식품 및 의약품의 품질 관리 및 품질 보증, 연구 개발을 고도화·효율화하는 4K 디지털 마이크로스코프를 사용한 미생물의 관찰·해석에 관한 최신 사례까지 소개합니다.
- 대표적인 미생물의 종류
- 미생물(세균·진균)의 사이즈와 관찰·해석 시 과제
- 미생물의 관찰·해석 시 4K 디지털 마이크로스코프의 활용 사례
- 미생물의 관찰·해석을 고도화·효율화하는 4K 디지털 마이크로스코프
대표적인 미생물의 종류
여기서는 식품·의약품의 생산에 효과적으로 활용되거나 품질 저하의 원인이 되는 대표적인 미생물의 종류에 대해 설명합니다.
세균(박테리아)
「세균(박테리아)」이란 1개의 세포로 구성되는 단세포 생물로, 염색체(DNA)가 세포 안에 그대로 드러난 상태로 존재하는 「원핵 생물」의 일종입니다. 영양원만 있으면 자신과 같은 세균을 복제하여 증식합니다. 이를 「자기 복제 능력」이라고 합니다. 일반적인 세균의 사이즈는 1 μm 전후로 현미경을 사용하여 관찰할 수 있습니다.
인간에게 유용한 세균으로는 유산균·낫토균·초산균 등을 들 수 있습니다. 반면에 인간에게 질병을 일으키는 원인이 되는 세균으로는 대장균·황색포도상구균·결핵균 등이 대표적으로, 발병 후에 이 세균들을 퇴치하기 위한 의약품으로 항균약(항생제, 항생 물질)이 있습니다. 식품 등의 품질을 조사하기 위한 검사에서는 질병을 일으키는 세균의 유무 및 시간 경과에 따라 이러한 세균이 얼마나 증식하는지 조사합니다.
진균
곰팡이 및 효모, 버섯 등이 속하는 「진균」이란 염색체(DNA)가 막으로 둘러싸인 핵 안에 존재하는 「진핵 생물」의 일종입니다. 곰팡이를 총칭으로 진균이라고 부르기도 합니다. 사이즈는 5 μm 전후로 인간의 세포와 세균의 중간 정도 크기입니다.
사상균
「사상균」이란 진균의 일종으로, 곰팡이 및 버섯 등과 같이 균사가 모여있는 형태를 한 균입니다. 균사란 균류의 몸을 구성하는 실 형상의 구조를 말합니다.
효모균
「효모균」이란 사상균의 일종이면서 균사 구조를 지니지 않고 둥근 형상을 한 균을 말합니다. 그 대부분이 산소가 없는 상태에서 당을 알코올과 탄산 가스로 분해하고, 산소가 있는 상태에서는 각종 아미노산을 합성합니다. 이러한 성질을 활용하여 오래전부터 술의 양조 및 된장, 간장, 빵의 제조 등에 이용되었습니다. 실제로 이용되고 있는 종류로는 맥주 효모·청주 효모·포도주 효모·빵 효모(이스트)·약용 효모(건조 효모) 등이 대표적입니다.
누룩곰팡이
「누룩곰팡이」는 동아시아 및 동남아시아에서 발상한 사상균의 일종으로 누룩을 만들기 위해 이용됩니다. 효모균과 함께 술의 양조 등에 사용됩니다. 누룩곰팡이가 쌀·보리·콩 등을 분해하여 당과 아미노산을 만들고, 그 작용으로 효모균이 당과 아미노산을 분해합니다. 일본에서는 오래전부터 누룩곰팡이의 특성을 활용해 술 및 된장, 간장, 식초 등을 제조해 왔습니다.
아포형성균
「아포형성균」이란 열처리에 내열성을 가지는 세균으로 내열성 세균이라고도 합니다. 특히 아포를 형성하는 식중독균의 대표적인 것으로 세레우스균·웰시균·보툴리누스균을 들 수 있습니다. 아포는 균체 내에 만들어지는 딱딱한 껍질을 가지는 구조물입니다. 고온·건조·영양 상태가 나쁜 경우 등, 균이 생존하기에 적절하지 않은 환경이 되면 아포가 형성됩니다. 따라서 세척·조리·가열 살균 등을 거친 식품 속에도 아포가 생존해 있는 경우에는 제품의 변질 및 식중독을 일으킬 우려가 있습니다.
미생물(세균·진균)의 사이즈와 관찰·해석 시 과제
세균 및 진균, 인간 세포의 사이즈 비교를 아래 도표에 나타냈습니다. 단순한 구조를 지닌 단세포 생물인 세균은 복잡한 구조를 지닌 인간 세포의 불과 1/10 크기입니다. 또한, 막으로 둘러싸인 핵에 염색체를 내포하는 진균은 그 둘의 중간 정도 사이즈입니다.
- A
- 세균
- B
- 진균
- C
- 인간 세포
- D
- 바이러스
미생물의 관찰·해석 시 과제
세균 및 진균은 모두 1~5 μm로 미세한 미생물이므로 이를 평가하려면 증식한 모습을 현미경으로 확대 관찰하거나, 형성된 미세한 콜로니를 정확하게 카운트하여 균수를 산출하는 등 세밀하고 난이도가 높은 작업이 필요합니다.
이를 위해서는 우선 최적의 조명 조건에서 고배율로 선명하게 대상 물체를 포착한 화상을 취득해야 합니다. 하지만 미생물의 대부분은 투명도가 높기 때문에 배경과의 콘트라스트가 낮습니다. 또한, 사상균은 입체적인 형상으로 성장하기 때문에 전체에 초점을 맞춰 선명하게 관찰하기 어렵습니다. 뿐만 아니라 사이즈가 작은 세균(박테리아)은 고배율 관찰 시 조건 설정 및 정확하고 정량적인 해석의 난이도가 더욱 높아집니다.
기존에는 이러한 작업에 관찰자·해석자의 스킬과 경험이 요구되었으며, 숙련된 사용자라 할지라도 조건 설정부터 해석 결과를 얻기까지 많은 공정 수와 시간이 필요했습니다. 이러한 이유 때문에 인재 확보 및 공정 수 관리가 쉽지 않은 점이 과제입니다.
미생물의 관찰·해석 시 4K 디지털 마이크로스코프의 활용 사례
지금까지 난이도가 높았던 미생물의 선명한 화상을 이용한 관찰 및 편차 없는 해석을 간단한 조작으로 실현하는 차세대 마이크로스코프를 개발했습니다.
초고해상도 4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 광학 현미경의 20배 이상 깊은 피사계 심도와 고분해능을 동시에 실현한 최첨단 광학계와 4K CMOS, 그리고 다양한 기능과 이를 간단한 조작으로 활용할 수 있는 독자적인 관찰 시스템을 채택했습니다.
여기서는 「VHX 시리즈」를 활용한 박테리아 및 곰팡이, 효모균 등 미생물의 관찰·해석 사례를 소개합니다.
박테리아의 관찰
대장균이나 황색포도상구균 등 인체에 들어오면 건강을 해칠 우려가 있는 단세포 세균(박테리아)은 1 μm로 작기 때문에, 그 증식을 나타내는 콜로니의 관찰에는 고배율 관찰과 높은 콘트라스트가 요구됩니다. 하지만 박테리아는 그 투과성으로 인해 조명 조건 설정이 어려워 관찰에 고도의 기술과 많은 시간이 필요했습니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 1대로 다양한 조명 조건을 실현할 수 있습니다. 이와 더불어 버튼을 누르기만 하면 모든 방향에서 조명을 조사하여 촬상한 복수의 화상 데이터를 자동으로 취득하는 「멀티 라이팅」 기능을 탑재하여 목적에 맞는 화상을 선택하기만 하면 바로 관찰을 시작할 수 있습니다. 지금까지 난이도가 높았던 조건 설정을 간소화함과 동시에 조건 설정에 소요됐던 시간을 극적으로 단축시킵니다.
배경과의 콘트라스트가 낮아 관찰이 어려웠던 박테리아도 투과 편광 조명 및 동축 편사 조명 등을 활용할 수 있습니다.
또한 셔터 스피드가 다른 여러 장의 화상을 촬상하여 고계조 화상을 취득하는 「HDR(High Dynamic Range)」 기능을 활용함으로써, 지금까지 얻을 수 없었던 고해상도의 높은 콘트라스트 4K 화상을 통한 박테리아 관찰이 실현됩니다.
박테리아의 관찰과 자동 해석
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 고해상도 4K 화상을 이용한 박테리아의 고배율 관찰부터 끊김없이 자동 해석을 실행할 수 있습니다.
「자동 면적 계측·카운트」 기능은 범위를 지정하는 것만으로 박테리아의 정확한 카운트를 비롯해 면적·둘레 길이·최대 직경·최소 직경 외에 선택 범위 내 박테리아 면적의 평균·표준 편차·최대값·최소값·면적률 등 자세한 수치를 자동으로 계측·산출하여 목록으로 표시합니다.
선택 범위에 포함되는 불필요한 대상 물체의 제외 및 서로 겹치는 대상 물체를 분리할 수 있으며, 임의의 한계값으로 2치화할 수 있으므로 고정도 분석과 정량적인 평가를 간단하게 실현합니다.
뿐만 아니라 「VHX 시리즈」에 Excel을 직접 인스톨할 수 있으므로 PC를 사용하지 않고 임의의 템플릿을 이용해 화상 및 수치를 출력·레이아웃한 리포트를 자동으로 작성할 수 있습니다.
이러한 기능을 통해 지금까지 많은 공정 수와 시간이 필요했던 일련의 작업을 합리화할 수 있습니다.
곰팡이 및 그 포자, 균사의 관찰
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 1대로 다양한 관찰 조건에 대응할 수 있기 때문에 고해상도 4K 화상으로 관찰할 수 있습니다. 또한, 「멀티 라이팅」 기능을 활용하면 버튼을 누르기만 하면 되는 간단 조작으로 다양한 조명 조건으로 관찰할 수 있습니다. 뿐만 아니라 깊은 피사계 심도를 통해 포자 및 균사 등 입체적인 대상 물체 전체에 초점을 맞출 수 있습니다.
여기서는 「VHX 시리즈」가 실현하는 다양한 조명 조건 및 고성능 렌즈, 4K CMOS를 활용한 곰팡이 및 그 포자, 균사의 관찰 사례를 소개합니다.
효모균의 자동 콜로니 카운트
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 효모균이 형성한 콜로니와 같은 미세한 대상 물체도 선명한 고배율 4K 화상을 취득할 수 있습니다.
취득한 고해상도 화상에 「자동 면적 계측·콜로니 카운트」 기능을 활용하면, 지정한 범위 내의 자동 콜로니 카운트 및 자동 면적 계측을 정확하고 편차 없이 실행할 수 있습니다. 원하는 한계값으로 2치화 처리하는 것은 물론, 임의의 범위 내에 있는 콜로니의 화상을 1장씩 분할 표시하거나, 면적별 분포를 막대 그래프로 표시하는 등 다양한 표시 방법을 통해 분석 업무의 효율을 대폭 개선할 수 있습니다.
또한, PC를 사용하지 않고도 본체에 Excel을 인스톨하여 데이터를 출력할 수 있습니다. 미리 템플릿을 준비하면 출력된 콜로니 수를 바탕으로 균수를 산출하여 화상과 함께 리포트에 자동으로 게재할 수 있습니다.
「VHX 시리즈」는 이러한 다양한 기능을 간단한 조작으로 실행할 수 있으므로, 1대로 효모균 평가와 관련된 일련의 업무를 신속하게 완료할 수 있습니다.
액체 내의 미생물 관찰
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 다양한 샘플 형태에서 그 성능과 기능을 발휘할 수 있습니다.
다음은 액체 내 미생물의 4K 화상을 이용한 관찰 사례입니다. 유리보텀 디시 등 빛이 투과하는 용기는 액체 내에 있는 대상 물체라도 내장된 백라이트를 활용하여 미생물을 선명하게 관찰할 수 있습니다. 또한, 세척 전 샘플과 같이 액체 내에 미세한 이물질이 다소 혼재된 상태라도 우수한 포커스 성능을 통해 선명한 4K 화상을 취득하여 관찰할 수 있습니다.
미생물의 관찰·해석을 고도화·효율화하는 4K 디지털 마이크로스코프
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 다양한 사이즈 및 형상인 미생물의 관찰·해석 시 과제를 해결하고, 간단한 조작으로 고도의 관찰 및 정량적인 해석을 실현할 수 있습니다.
기존에는 난이도가 높아 많은 공정 수와 시간이 필요했던 관찰의 조건 설정부터 초점 조정, 해석과 관련된 카운트 및 계측, 리포트 작성까지 일련의 업무를 1대로 자동으로 수행할 수 있기 때문에 속인화 해결과 극적인 공정 수 절감을 실현합니다.
이러한 「VHX 시리즈」의 우수한 성능 및 기능, 사용 편의성은 미생물의 정량 평가 외에도 식품·의약품의 제조와 관련된 품질 관리·품질 보증 및 연구 개발 등 다양한 용도로 활용할 수 있습니다.
여기서 소개한 내용 외에도 다양한 기능을 가진 「VHX 시리즈」에 관한 자세한 내용을 알아보시려면 아래의 버튼을 클릭하여 카탈로그를 다운로드하시거나 부담 없이 상담·문의해 주시기 바랍니다.
