고압멸균솥

고압멸균솥은 단어의 의미 그대로 높은 압력을 가하는 솥으로, 단순히 끓이는 것보다 더 높은 온도에서 미생물을 처리하기 위한 장치다.

목차

이론적으로 대기압(즉 1기압)에서 물은 100℃에서 끓는다. 즉 더 이상 온도를 올릴 수 없다. 그런데 더 높은 압력에서는 물의 끓는 온도가 상승될 것이다. 이는 높은 산에서 밥을 하면(고지대의 대기압이 낮아져서 낮은 온도에서 물이 끓기 때문에) 밥이 설 익는 것과 반대현상으로 이해하면 된다. 여기에 두 가지 추가 설명이 필요하다. 첫째, 왜 100℃보다 더 높은 온도가 필요한가? 둘째, 그렇다면 그냥 압력만 높이면 원하는 결과를 얻는가?

활발하게 생장하는 미생물들은 목욕탕 물에서도 생존이 어렵기 때문에 끓는 물에서는 모두 죽는다. 그렇다면 왜 100℃보다 더 높은 온도가 필요한가? 진균(곰팡이)의 포자와 세균의 내생포자(endospore)들은 열에 강한데 특히 내생포자는 방사능, 화학물질, 그리고 높은 열에도 매우 강한 저항성을 보인다. 그렇기 때문에 더 높은 온도로 살균하는 것이 필요하다. 여러 가지 실험을 통하여 확인한 결과 121℃에서 15~20분 열을 가하면 이러한 내생포자도 사멸되는 것으로 나타났다. 그러나 내생포자의 수가 매우 많은 경우에는 이처럼 멸균한 후에 실온에서 12~24시간 방치한 후에 다시 동일한 조건으로 멸균하면, 그 사이에 내생포자가 발아하여 생장하는 세포로 변했기 때문에 모두 제거할 수 있다. 이러한 멸균법을 간헐멸균법(Tydallization)이라고 부른다.

그러면 어떻게 온도를 더 높일 수 있을까? 밀봉된 용기에 열을 가하여 온도를 올리면 내부 온도가 121℃까지 올라간다. 그러나 이러한 방법의 고온 열처리는 별로 효과적이지 못하다는 것이 밝혀졌으며 다음의 방법으로 열처리를 진행한다. 커다란 찜통(일명 중탕 숱) 안에 열처리를 할 물건을 넣고 열을 가하면 찜통의 아래에 있는 물이 끓어 수증기로 변하고 이 수증기가 찜통의 공기를 모두 몰아낼 것이다. 이 시기에 수증기가 나오지 못하도록 밀봉하고 열을 계속 가하면 내부는 수증기 압력이 올라가 1.1 Kg/cm²의 압력을 보이면 내부의 온도가 121℃가 된다. 이 상태에서 일반적으로 15분 동안 유지하고 다시 가열을 중단하면 내부 온도가 서서히 식을 것이다. 이러한 장치를 고압멸균솥(autoclave)라고 부르며 1800년대 후반에 Chamberland라는 사람이 제작하였다. 이를 개량하여 많은 미생물 연구실에서 사용하는 모형을 아래 그림에 제시하였다. 또 고압멸균솥 내부의 온도 변화를 함께 그림으로 제시하였다.

그림 1. 고압멸균솥의 구조 (출처: 최형태/강원대)

그림 2. 멸균대상물체의 온도변화 그래프 (출처: 최형태/강원대)

그림 1에서 잠금코크 부분 전체가 덮개로 되었으며, 최근에는 steam line과 직접 연결하고 전체 과정이 자동으로 진행되는 대형 장치가 상용화 되었다.

마지막으로 121℃에서 15분간 열처리하면 어느 경우에라도 충분한가? 물론 내생포자는 앞에서 설명했으므로 제외하고서도, 멸균할 대상물체의 크기와 부피에 따라 처리 시간을 더 늘려야 한다. 또한 멸균 대상 물체의 오염 상태에 따라서도 멸균 시간을 적절하게 늘려야 한다.