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1 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 신정규전주대학교한식조리학과 / 식품산업연구소 1. 서론 1.1 연구목적및필요성 김은비타민및무기질이풍부한영양식품으로우리나라에서는전국연안에서연간 9,900만속이생산되고있음. 생산된김은무침이나조림의형태로일부이용되고있으나, 생산시기가한정되는관계로대부분마른김의형태로소비되고있음. 그런데최근시중에서유통되고있는김밥에서다량의세균이검출되었고, 그원인이재료로사용된건조김때문이라는보고가있었음. 실제재래시장, 백화점등시중에서유통되는건조김에서식중독세균및분변계대장균은검출되지않았으나, 생균수가다소높게검출된보고가있음. 또한일부보고에서건조김의주된문제로기준이상의생균수로인한오염의문제를보고하고있기도함. 시중에서유통되는건조김에서는병원성세균이검출되지않아위생안전에는큰문제가없을것으로예상되지만, 김밥등에사용되어유통될경우제품의품질이나김밥의세균으로인한오염을피할수없으며, 소비자의입장에서보면생균수가많다는사실만으로도건조김에대한인식이좋지못할것임. 이처럼건조김은세균에대한문제를갖고있지만, 특별히그세균을감소시키기위해처리할수있는방법이존재하지않음. 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 175

2 식품공업에서일반적으로사용하고있는가열처리의경우에는수분함량이나높은열로인하여김의맛이나색택에영향을주게되어적용하기어려운측면이있으며, 자외선조사에의한살균의경우에는그리높지않은살균율을보였으며, 특히조사시간의경우 30분이상의조사시간을가져야해서고속으로처리되는건조김의제조공정에적합하지않은것으로판단됨. 또한감마선을조사하여김을살균하는경우에짧은조사시간에도불구하고 2log 정도생균수가감소하는효과를얻기는하였으나, 방사선조사에대한소비자의거부감으로인해실제공정에적용하기에는어려운면이있음. 소비자들의건강에대한높은관심으로인해천연상태의품질을가능한유지한최소가공식품 (minimal processing foods) 에대한수요가크게증가되었음. 최소가공법이란식품본래의신선한품질을그대로유지하면서식품의안전한보존수명을부여할수있는가공방법을말함. 현재식품공업에서널리사용되고있는보존법은대부분가열조작 (thermal operation) 또는식품보존제의첨가등에의한화학적조작 (chemical operation) 에의존하고있음. 그러나가열조작에서는열에의한영양성분의파괴, 텍스처의변화, 향기성분의손실등품질손실을피할수없고, 또한인공보존료를점차사용하지않는경향이있음. 따라서식품가공및포장기술에서새로운기술의도입이지속적으로요구되고있어, 여러가지비열가공 ( 非熱加功, nonthermal process) 기술이개발되고있으며, 이들비열가공기술은종래의열적 (thermal), 화학적 (chemical) 방법과달리전기적 (electrical) 및물리적 (physical) 조작으로서, 이러한기술을실용화함으로써소비자들에게품질적인측면에서더욱우수하고천연의영양성분을그대로함유하며신선하고식미 ( 食味 ) 가우수한고품질의안전한식품을제공할수있음. 비열살균기술중광펄스살균기술 (high intensity pulsed light sterilization technology) 은미국, 일본등일부국가에서실용화를위한연구를시작한단계이므로, 이분야에대한연구가체계적으로이루어질경우국제경쟁력있는기술개발이충분히가능함. 기술적측면 1) 비열가공기술 식품의보존성을효과적으로향상시키기위하여위해세균을제거하거나유통중생육을억제하는방법으로식품업계에서는전통적으로가열, 건조, 냉동등의물리적방법이나식품보존제의첨가와같은화학적방법을사용하여왔음. 그러나이러한기술들은김, 야채, 영ㆍ유아용식품, 과일, 달걀, 어ㆍ육류등처럼가열이어려운 176

3 신선식품을살균하는데는적용하기어려우며, 식품보존제의사용에있어서도소비자들의가공식품에대한기대수준이높아짐에따라그사용한도가점차제한되고있음. 이에따라세계적으로여러가지비열처리기술 (non-thermal process) 에대한연구와실용화가이루어지고있음. 현재식품산업에서실용화를위해연구되고있는비열처리가공기술중대표적인물리적방법으로는초고압 (high hydrostatic pressure), 고전압펄스전기장 (high voltage pulsed electric field), 진동자기장 (oscillating magnetic fields), 조사법 (ionizing radiation), 광펄스 (high-intensity pulsed light), 광촉매산화반응 (photocatalytic oxidation) 등이있음. 이러한기술들은각각대상식품에따라그적용분야가다르며동시에모든식품분야에적용할수없다는단점을가지고있음. 현재의가열살균기술로는적용하기힘든각종개별식품에대한맞춤형적용연구는식품업계의어려움을해결하고, 소비자들에좀더안전한식품을제공하여국민의건강한식생활을이룰수있기에, 그개발이시급한상황임. 2) 광펄스기술 광펄스기술은 intensed light pulse, pulsed white light(whl), broad-spectrum white light 등여러가지이름으로불리며, 광펄스에서사용되는빛의영역은 170~2.600nm의범위로서자외선 (UV, ultraviolet) 영역뿐만아니라근적외선 (NIR, near infrared) 영역까지포함한다는점에서기존의자외선살균과구별됨. 광펄스살균장치의원리는기본적으로펄스전기장살균장치와그원리가같으며, 펄스전기장의살균장치는 <Figure 1> 에나타내었음. 광펄스살균장치는고전압펄스전기장살균장치의 pulser pipe와 electrode 대신에 broad spectrum 을갖는램프를연결하게되며, 스위치역할을하는 contactor 가 L 의위치에놓이면고전압직류발생기 3 에의해높은전압이 capacitor 인 5 에축적이되고, 충전이완료된후 contactor가 E 에놓이게되면 capacitor 에축적되어있는전기에너지가 2 위치에연결된램프를통해방전되면서강한빛을발생시키게되고, 이렇게발생된빛을식품에조사함으로써살균이이루어지게됨. 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 177

4 <Figure 1> High voltage power generation system 광펄스처리시 0.01~50J/cm 2 범위의에너지밀도 (energy density) 를가지는 pulse 가 1µs~0.1s의간격으로 1~20회의 flash 형태로물질에가해지며, 광원으로는일반적으로 450torr 정도의압력으로 xenon이채워진 clear fused quartz tube 가사용됨. 이기술의기본적인원리는전파장의강한빛을아주짧은시간안에식품에가하여식품의표면을살균시키거나표면미생물수를감소시키는데있으며, 제품의유통기한을연장하고품질을높이기위한목적으로사용되며식품표면의살균뿐만아니라포장재나투명한약품의살균에도사용될수있음. 광펄스기술의살균력은빛의파장, 빛의강도, pulse의수와주기 ( 조사시간 ), 시료와광원사이의거리와포장재와식품의종류, 액체시료의경우투명도, 색등에의해서결정되며제품의종류와살균하려는면적에따라램프의수와배치, pulse 주기가달라짐. 광펄스기술에의한미생물사멸기구는아직구체적인이론이정립되지않았으나, 기존의자외선살균의경우와마찬가지로빛을쪼여세포의 DNA 구조를파괴함으로써미생물이사멸되는것으로보고있음. 다만자외선살균의경우손상된 DNA가특정환경에서 cell repair system에의해미생물이정상상태로회복될수있는확률이매우큰반면, 광펄스살균은앞서자외선살균보다큰손상을주 178

5 어미생물이회복될수있는확률을낮추어주기때문에자외선살균법에비해효과적으로미생물을제어할수있는것으로알려져있음. 경제 산업적측면 앞서언급한바와같이비가열신선식품의소비량이점차증가하고있는현시점에이러한식품으로인한식중독의위험은따라서증가할수밖에없고, 소비자들에게미치는영향또한지대한것으로여겨짐. 그러나비가열식품이라는특성을지닌수산식품이나채소, 과일, 생식등여러신선식품은최소한의가열공정만을거치게되므로, 식품원료내에존재하는미생물또한그대로유지될수밖에없는문제점을내포하고있음. 어느연구결과에서는일부시판생식에서식중독균인 Bacillus cereus가검출되었고포자형성균과대장균군도검출되어생식제품들의미생물학적안전성에대한문제가제기된바있으며, 특히수산식품및축산식품으로인한미생물의오염으로인해구토, 설사, 복통등의질병이발생되어사망또는피해를입는사례가보고되고있음. 미국에서보고된자료에의하면식품내의세균감염으로인한질병발생건수가매년 700만건으로 7,000여명이사망에이르고있으며, 이중에서어류및육류로인한발병이전체발생건수의절반이상을차지하고사망자가 4,000명으로어류및육류의안전문제가큰문제로등장하고있음. 또한영ㆍ유아식품인분유에서검출되어논란이되어온엔테로박터사카자키 (Enterobacter sakazakii) 균의규격이 불검출 로바뀜에따라이러한영ㆍ유아식품과신선식품등비가열식품속의위해세균을제거하고식중독발병률을감소시키는일은더욱더중요한사항이되었으며, 이를위해관련업계에서는비열처리살균방법에대한연구와기술의실용화가없어서는안될매우중요한사안으로대두되고있음. 사회 문화적측면 계속되는경제적침체속에서도소비자들의건강에대한인식이변화하면서신선한제품을찾는경향이강해지고있으며, 특히육류제품에대한불안속에수산식품에대한관심이더욱커지고있음. 이에따라식품업계에서는최소한의가공을통하여자연그대로의품질을유지하는식품개발에대한관심이고조되고있음. 식품의보존성을향상시키기위하여전통적으로는가열, 건조, 냉동등의물리적방법이나식품보존제의첨가와같은화학적방법을사용하여왔으나, 가열가공식품은열에의해영양성분을 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 179

6 파괴시키고조직감및색의변화그리고향미성분의손실등식품의품질저하를일으키게되고냉동또는건조가공식품은장기간저장할경우품질및소비자기호도가감소하게됨. 이에따라원료와생산품의품질을신선하게유지하면서식중독및부패를방지하는기술인최소가공기술 (minimal precess technology) 에대한관심이증대되고연구가진행되고있음. 특히시장에서해조류, 어류및육류등의신선식품과영ㆍ유아용식품등비가열식품의수요가점점더증가하는동시에각종위해세균이검출되고이에따른논란이확대됨에따라, 품목별로위해세균에대한적절한살균방법의개발이절실한시점임. 아래의표들은영ㆍ유아용식품, 신선식품등비가열식품의각종위해세균의검출상황을나타내고있음. <Table 1> 은여러신선식품에서병원성박테리아의검출현황을나타내고있음. <Table 2> 는분유에서검출된 Enterobacter sakazakii와그밖의다른 Enterobacteriaceae 의검출현황에대해나타내고있음. <Figure 2> 는미국의식중독발생현황을원인식품별로나타낸 2000년도통계자료로서, 식중독의주요원인이되는식품으로어ㆍ육류, 가금류, 채소등각종신선식품이주를이루고있음을보여주고있음. 본연구는고강도광원을이용하여김또는유사해조류의세균감소효과에대한연구를진행하고, 이연구결과를토대로건조야채나신선식품과같은가열처리가불가능한제품의안전성을확보할수있는기술을개발하고자함. <Table 1> Distribution of food-borne pathogenic bacteria at various foods Region Total Vegetable salads Kimbab/Hamber gers/ Sandwiches Sliced raw fish Total sample Detected sample number 23(9.2%) 6(9.0%) 5(10.4%) 3(7.5%) E. coli 4(1.6%) 2(3.0%) 1(2.1%) - S. aureus 9(3.6%) 2(3.0%) 4(8.3%) 3(7.5%) B. cereus 10(4.0%) 2(3.0%) - - V. parahaemolyticus Salmonella spp L. monocytogenes E. coli O157:H C. jejuni Cl. perfrigens Y. enterocolitica * The Annual Report of KFDA, Vol. 9,

7 <Table 2> Enterobacter sakazakii and other Enterobacteriaceae isolated from powdered infant formulas Organisms The number of PIFs(%) Acinetobacter baumannii/calco 1/51(2%) Cedecea davisae 1/51(2%) Citrobacter freundii 2/51(4%) Cryseomonas luteola 2/51(4%) Enterobacter amnigenus 1/51(2%) Enterobacter cloacae 12/51(24%) Enterobacter sakazakii 4/51(8%) Escherichia hermannii 1/51(2%) Escherichia vulneris 1/51(2%) Flavimonas oryzihabitans 1/51(2%) Klebsiella oxytoca 1/51(2%) Micrococcus spp. 1/51(2%) Pantoea spp. 1/51(2%) Pasteurella pneumotropica/haemolytica 1/51(2%) Shigella spp. 1/51(2%) < 국내조제분유에존재하는엔테로박터사카자키의스크리닝및특성분석 >( 이화여자대학교대학원 2005 학년도석사학위청구논문 ) <Figure 2> The source foods of food poisoning 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 181

8 1.2 연구목표 고강도광원을이용하여건조김또는해조류에존재하는생균수또는일반세균을저감시키면서제품의품질손질을최소화할수있는비열살균기술을개발하고, 이를바탕으로건조야채및신선식품의살균방법으로확대적용할수있는기술을개발하고자함. 2. 연구방법 2.1 시료 시중에서유통되고있는김에서균의분포를알아보기위하여시장에서판매 유통되고있는서해김, 진도김, 파래김, 재래김, 해남김등을구입하여사용하였음. 2.2 사용균주및생균수측정 1) Escherichia coli O157:H7 마른김에존재하는주요미생물중대장균 (Escherichia coli O157:H7, ATCC 43859) 은한국종균협회부설한국미생물보존센터로부터분양받아계대배양하여사용하였음. 배양액으로 Tryptic Soy Broth(Difco, USA) 를사용였으며, 50mL의 TSB에균주를접종한후최적생육온도인 37 에서 200rpm으로 shaking incubator 에서 overnight하여전배양하고, 전배양된배양액 1mL를취해 100mL 의 TSB에첨가한후 37 에서 200rpm으로 shaking incubator에서 10시간본배양하였음. 대수증식기후반까지배양된대장균을원심분리한후멸균생리식염수 (0.85% NaCl solution) 에 2 회세척후 4 에서보관하였음. 예측된희석배수만큼균주를희석하여 0.1mL 취한후 Tryptic soy agar에 spreading 한후 treatment time, KV, Hz를변수로 high-intensity pulsed light를조사하였음. 광펄스처리된 plate 를 37 에서 48시간동안 incubator에배양한후생성된군락이 30~300개가되는것을계수하여 CFU/mL 로나타내었고, 각희석배수에서 3번반복측정하였음. 182

9 2) Micorcoccus roseus 김으로부터분리한붉은색의균인 Micorcoccus roseus는직접 plating 하여단일 colony를취한후 nutrient agar에서순수분리한것을사용하였음. Micorcoccus roseus 를 50ml 의 NB에접종하여 37, 150rpm의 shaking incubator에서 24시간동안전배양한후, 전배양된배양액을 1mL 취해 100mL의 NB에첨가후, 37 에서 18시간동안 150rpm으로 shaking incubator 에서본배양하였음. 대수증식기후반까지배양된박테리아를원심분리한후멸균생리식염수 (0.85% NaCl solution) 에 2회세척한후 4 에서보관하였음. 예측된희석배수만큼균주를희석하여 0.1mL를취한다음 Nutrient Agar에 spreading 한후, treatment time 을변수로 High-intensity pulsed light 처리한후, 광펄스처리된 plate 를 37 에서 48~72시간동안 incubator 배양한후생균수측정함. 2.3 마른김의총균수측정 시중에서유통되고있는김의총균수를측정하기위해시장에서판매하고있는다섯종류의김을구입하여사용하였음. Nutrient Agar(NA, Difco co.) 와 Plate Count Agar(PCA, Difco Co.) 를사용하여측정하였음. 시료를각각 10g씩취하여 250ml 삼각플라스크에넣고멸균된 NaCl용액 90ml 를넣고 5분간진탕하여균질화한후, 균질화된시료는 0.85% NaCl 용액을사용하여단계적희석법에의해적절한배수로희석하였음. 희석한시료액을 1mL를취하여고형화시킨 NA 배지와 PCA 배지에분주하여도말한후, 37 의 incubator에 12~24시간동안배양하였으며, 배양후 colony 수가 30~100개인 plate 를선택하여 colony 수를측정하고희석배수를곱하여단위부피당미생물수를 CFU/ml 의단위로산출하였음. 2.4 색도측정 냉동실에보관한마른김을 4 4cm 의크기로동일하게자른후광펄스처리전후의색도를색차계 (Chroma meter R-400, Minolta) 를이용하여측정하였으며, 3번반복측정한후평균값을사용하였음. 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 183

10 2.5 광펄스처리 Pilot 규모의광펄스발생장치및광원 광펄스의발생을위한시스템은실험실용량으로설계, 제작되었음. 광펄스발생장치는 25kV, DC를발생시킬수있는전원발생부와 pulse 의길이및주파수를조절할수있는조절부, 광원으로사용되는램프로구성됨. 220V, AC, 25A의입력전원을고전압변압기를통하여승압하고정류하여최대 30kV, DC 전원을발생시킬수있도록하였으며, 최대허용치전력은 25kW임. 공급된고전압은 capacitor 에담아충전된고전압을순간적으로방전하는열음극방전관을사용함. 광펄스처리를위해사용한광원은 59kPa의압력으로 Xenon 을충진한 quartz 재질의 Heraeus Noblight Series 를사용하였으며, lamp의크기는 mm임. Lamp 에인가되는전원의세기와파형은 oscilloscope(lecroy Digital Oscilloscope, Model 9300AM, Dual 400MHz Swizerland) 로측정함. 광펄스처리용기는광이외부로방출되는것을막기위해불투명재질의 acetal 을사용하였으며, 램프의위치를조절하여시료표면과램프사이의거리를조절할수있도록설계함. 소용량광펄스발생장치및광원 광펄스의발생을위한시스템은실험실용량으로설계, 제작되었음. 광펄스발생장치는 1,200V, DC를발생시킬수있는전원발생부, trigger 전원 (15kV 내외 ) 발생부, 펄스의길이 (duty ratio) 및주파수 (Hz, frequency), operation time 을조절할수있는조절부, 광원으로사용되는램프연결부로구성됨. 220V, AC, 50/60Hz 의단상입력전원을변압기를통하여 DC 0~1,200V, 1~2A의전압을발생시킬수있도록하였으며, 사용주파수는 1~50Hz 범위, Duty ratio는 135~233μs였으며, 1회 operation time 은 0~60분으로하였으며, trigger 는 15~20kV 펄스전압을발생시킬수있도록하였음. 광펄스처리를위해사용한광원 (lamp) 은 59kPa의압력으로 Xenon 을충진한 quartz 재질의 Heraeus Noblight Series 를사용하였으며, 램프의크기는 mm임. Lamp 에인가되는전원의세기와파형은 oscilloscope(lecroy Digital Oscilloscope, Model 9,300AM, Dual 400MHz Swizerland) 로측정함. 광펄스처리용기는광이외부로방출되는것을막기위해불투명재질의 acetal 을사용하였으며, 램프의위치를조절하여시료표면과램프사이의거리를조절할수있도록설계함. 184

11 3. 결과및고찰 3.1 문헌고찰 광펄스기술은 UV(ultraviolet) 부터근적외선 (near infrared) 부분까지의넓은범위의빛을짧은시간동안강하게조사하여식품의표면에존재하는미생물을사멸시킴으로서보존기간을늘리는기술로, intense pulsed-light, IPL', pulsed white light, WHL', high intensity broad-spectrum pulse light', pulsed UV light', pulse light 등의여러가지이름으로불리고있음. IPL 시스템의개략도는 <Figure 3> 과같음. 장치의전체적인개념은 PEF 시스템과비슷하여, 고전압을발생시킬수있는전원장치, 전기에너지를저장할수있는축전지, 그리고기체로충진되어있는 lamp 로구성되어있음. PEF와시스템과다른것은전극대신 lamp 가연결되어있음. IPL 장치의작동원리는 DC의전원장치에발생된전기에너지는충전지에축전되고일정량의전원이지속적으로램프에흐르고, Xenon과같은불활성가스가충전되어있는램프에는 trigger 전원이연결되어있음. Trigger 전원이아주짧은시간 ( 수μs ) 동안램프에인가가되면일정량의전원에의해약간의여기상태에있던가스는순간적으로크게발광을하면서강한빛을발생하게됨. <Figure 3> Schematic diagram and photograph of Intense pulse light system 사멸기작 현재광펄스처리에가장많이쓰이는램프는 xenon flash lamp 로, 미생물의불활성화에가장중 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 185

12 요한부분은 UV-C part 임. Rowan 등은식품과밀접한미생물 (Bacillus cereus, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Salmonella enteriditis, Pseudomonas aureginosa, Saccharomyces cerevisiae) 의불활성화에대해서보고하였는데, pulsed UV flash 처리의경우에는 5~6log의사멸효과를보였으나, UV light 에의해서는 1~2log 정도의사멸효과만을나타냈음. 단색화장치 (monochromator) 를사용한 Wang 등의실험에의하면대장균의불활성화에효과가높은파장은 230~360nm로측정되었는데, 270nm 부근에서최대사멸률을보였으며, 300nm 이상에서는별효과가없었음. 광펄스에의한미생물의살균작용은 photothermal 또는 photochemical 효과에의한것으로, 어느하나에의한것이라기보다두효과가함께영향을미치는데, 많은연구자들은주된살균기작을 photochemical 효과에의한것으로보고하고있으며, 일부의실험결과에의하면 IPL 처리시온도상승은 1 미만으로 photothermal 효과는거의없는것으로나타났음. IPL에의한미생물의사멸은 CW UV에의한미생물사멸처럼 pyrimidine dimers의형성에의한세포복제저해, photoproduct의형성에의한 single strand와 double strand의파괴, cyclobutane dimer 의형성등에의한것으로보고되고있음. Photothermal 효과를주장하는연구결과도있는데, Hiramoto 나 Dunn 등은미생물이열을흡수하여사멸하게되고, 식품의표면층이광펄스의에너지를흡수하여식품내의미생물을사멸시킨다고보고하였으나, 이에너지의양이식품전체를가열시킬정도의열은아니라고하였음. Wekhof과 Wekhof 등은램프로부터나오는에너지가 0.5J/cm 3 를넘을경우, 세포의변형과파괴를일으키는열사멸효과를보인다고하였으며, photochemical, photothermal 효과이외에 DNA 의구조변화, 세포막의손상등도사멸기작으로보고되고있음. IPL 처리의영향요인 IPL의처리시미생물의사멸에영향을미치는요인은, 램프로부터나오는빛의세기, 빛에대한민감성, 램프와시료사이의거리, 빛의전달매체등임. IPL 처리시시료가광원으로부터의거리가가까울수록그효과는더욱커짐. 시료의두께도사멸효과에영향을미치는데, 시료의두께가두꺼울수록효과가감소하게된다. 이는 UV의투과성에제한이있기때문이며, 특히불투명한시료일경우그효과는더욱감소하게됨. IPL 처리가빛에의해미생물을사멸시키는방법이기때문에그림자효과 (shadow effect) 도미생물의사멸에크게영향을미치는데, 즉미생물의접종량이많아져서중층이될경우그효과는 186

13 크게떨어지게됨. 식품의성분조성도사멸효과에큰영향을미치게됨. Gómez-López 등은여러식품성분을포함하는한천배지에 Photobacterium phosphoreum, L. monocytogenes, Candida lambica 등을도말하여처리하였는데, 단백질이나지방이첨가되었을경우사멸효과가감소하고, 반면에물이나전분이추가된배지에서는사멸효과에큰영향을받지않았음. 미생물의사멸효과 광펄스에의한미생물의사멸효과에대한보고는많지는않으나, 최근들어연구가활발히진행되고있음. MacGregor 등은 E. coli O157:H7, L. monocytogenes에 512μs, 380kW/cm 2 의에너지를가하였을경우약 6~7log의사멸효과를얻었으며, Krishbamurthy 등도완충용액이나평판배지상에서 S. aureus에 IPL 처리를 5초동안하였을경우약 7~8log 사멸시킬수있다고보고하였음. Fine과 Gervais 는 glass bead와 quartz plates에접종한 S. cerevisiae 를 IPL 처리하였을경우 7log 정도의사멸률을얻을수있음을보고하였으며, Cho 등은 L. plantarum, L. brevis, Leuconostoc mesenteroides, Pediococcus pentosaceus와같은유산균에 IPL 처리를하여각 7log 이상의사멸률을얻었다고보고하였음. 액체시료에대한 IPL 처리의미생물사멸효과를보면, Klebsiella는약 7log, 바이러스나 Cryptosporidium parvum 은 4log 정도의사멸효과를보이는것으로보고하였으며, Ghasemi 등은 E. coli와 Salmonella를액체에현탁하여약 900J의에너지를가하여 9log의사멸률을얻을수있다고보고하였음. 광펄스처리와다른처리방법과의병합처리에의한사멸효과에대한연구결과도일부보고되고있는데, MacDonald 등은 Bacillus spore에 pulsed UV light과 hydrogen peroxide를병합처리하여 pulsed UV light를단독처리했을때보다 2log 이상사멸상승효과를얻었다고보고하였음. 식품에의적용 광펄스처리의식품적용사례로가장많이연구되고있는것이과일및야채류에존재하는미생물을사멸시키는것임. Hoornstra 등은배추, 부추, 파프리카, 당근, 케일등의야채에 0.6J/cm 2 의 IPL 처리를한결과 1.6~2.6log CFU/cm 2 의미생물수를감소시켰으며, 각야채의관능적품질에는큰영향을주지않고, 7 와 20 의온도에서 7일이상을유지하였다고보고하였음. Marquenie 등은딸기와체리같은과일류에존재하는곰팡이인 B. cinerea 와 M. fructigena 에 IPL 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 187

14 처리를하여최대 3~4log 감소되었으며, 역시딸기의품질에는아무런영향을주지않았다고보고하였음. 광펄스처리를분말식품이나종자의오염을처리하는기술로적용하는것도연구되고있는데, Choi 등은분말이유식에 Listeria monocytogenes, Enterobacter sakazakii를접종하여 IPL 처리한결과각각 4log, 5log 이상의사멸효과를보이는것으로보고하였으며, Jun 등은옥수수에접종한 A. niger 포자를처리하여약 5log, Fine and Gervais는밀가루와후추의 S. cerevisiae 를처리하여 1log 정도의사멸효과를거두었다고보고하였음. 또다른적용분야로서최근수산물의오염균을저감하는기술개발이이루어지고있는데, Shin 등은연어, 광어, 새우등에 E. coli, L. monocytogenes, P. aeruginosa 등을접종해서 IPL을처리했을경우 1~3.5log 정도사멸하는결과는얻었으며, Ozer과 Demrci 도연어의 L. monocytogenes 가 0.86~1.09log 정도사멸한다고보고하였음. 이밖에도육류, 치즈, 케이크, 새우등에적용하는연구사례가보고되고있음. 김의미생물분포및위생 김은홍조류보리털과에속하는 porphyra seriata 로한국인의식생활에중요한위치를차지하는전통수산가공식품이며, 비타민및무기질이풍부하고필수아미노산이많이함유되어있는건강식품으로서각종미네랄, 식이섬유, 조미소스, 영양의공급원으로애용되어온기호식품임. 마른김은양식장에서채취된물김이위판을거쳐마른김가공공장에하역된후세척, 이물질제거의공정을거치고, 이후유통되는김규격에맞게크기별로건조시킨후저장성을높이기위해화입을하고속단위로포장되고있음. 양식에의해생산된가공되지않은상태의물김은동절기에는생김으로유통되어무침이나조림의형태로조리에일부이용되기도하나, 생산시기가한정되는관계로대부분마른김형태로소비가되고있으며, 이러한마른김은김밥김, 재래김, 식자재및조미김의원료로가공되고있음. 2009년산을기준으로한국내에서의총생산량은약 8,600만속이고, 지역별로는전남 (4,980 만속 ), 전북 (1,644 만속 ), 충남 (1,051 만속 ), 부산 (534 만속 ), 경기 (364 만속 ) 순으로생산량이많으며, 국내수출량이많은김가공식품으로는우리나라고유의조미김 ( 한국형 ) 과마른김이대표적이며한국, 일본중국, 대만, 태국등아시아중심으로활발한수출입이이루어지고있으나, 점차서구권으로의수출도증가하는추세에있음. 이러한포장김은비위생적인관리와유통과정중품질의저하, 미생물등의오염에무방비상태라고보고하고있으며, 건조김이위생적으로문제가되고있는것은기준이상의생균수가원인이며, 이러한생균수문제는원료, 초제용, 기계장치및작업자에의해오염되는것으로특별한조치를취하지않을경우해결하기어려울것으로보임. 188

15 최근선진국에서는수산물이나수산가공식품의수입규제를강화하고있고, 국내에서는외식사업의발달로인해도시락이나김밥용김의수요가증가하고있으며, 비위생적제조시설이나건조김의사용으로인한식중독이사회적문제로대두되고있음. 건조김의품질에가장민감하게영향을미치는인자는김의고유한향미와김의색택이라할수있으며, 이는고도불포화지방산이많이함유된김의지방질산화와 chlorophyll의퇴색화에의한관능적기호성에좌우되는데, 강한빛을쏘이는광펄스로처리했을경우에일어나는변화에대한대책이필요함. 1994년 5월 13일김밥을먹고식중독을일으킨사례가있고, 균수가 10 7~8 /g일경우에는이것이원인이되어다른식품과복합적으로작용하거나혹은면역기능이약화된상태에있는사람인경우에는비록병원성이없는세균이라할지라도식중독을일으킬가능성은얼마든지있다고보고하였고, 시중에유통되고있는 7종류의김을조사한결과 3개의제품의총균수가 1g당 10 7 을초과하여, 이것이김밥의주된오염원이라고보고하고있음. Ahn 등은김밥생산의모의실험에서겨울실험의경우김에서표준평판균수와대장균군수가기준을넘었다고보고하고있고, Lee 등은또한단체급식소에서생산되고있는김밥의재료중김의표준평판수가 , 대장균군수가 으로미국육군 Natick 연구소에서제시한각각한계기준치인표준평판균수 10 5, 대장균군수 10 2 미만을초과하여생산초기부터위험요인을안고있다고발표하였음. Ahn 등은김밥재료중세균에대한오염도가가장높은것이김이며, 이러한김은해수, 공기및제조과정중의 2차오염등에의해 10 6 내외의미생물이분포하는데, 이는김을굽는과정에서도사멸되지않아위생상문제가되고있다고보고하고있음. Ahn 등은김의총균수는 CFU/g 이며, 방사선조사구는 5~10kGy 의선량에서도 10 6 CFU/g 수준을유지하였으며, 특히방사선조사구의경우 10kGy 이상의조사구에서는모두붉은색의단일 colony만이형성되었고 20~30kGy의선량에서는 10 3 ~10 5 CFU/g 수준으로, 40kGy 조사선량에서도 10 1 CFU/g 수준의 colony 가형성되었음. 방사선저항균주를김에서순수분리하여형태학적특징및배양특성을조사한결과, 방사선저항세균은 Micrococcus roseus sp. 라발표하였으며, 이방사선저항세균의 D값이 11.27kGy 이며 10kGy의감마선조사에의해서도 1log 수준의사멸률을나타내었고, 5kGy 이내의선량에서도거의영향을받지않는다고보고하였음. Kim 등은생김의일반호기성세균은 10 6 ~10 7 CFU/g, 대장균군은 10 3 CFU/g 의분포를보였으며, 한편관능향상및미생물의오염을줄이기위해구운김에서의일반호기성세균이 10 6 CFU/g, 대장균군이 10 2 CFU/g 의분포를나타내어김을굽는과정이생김의미생물제어에큰효과가없음을보고하였음. Lee 등은마른김에서균수저감을위한실험으로김표면에열처리 ( 화입 ) 와자외선처리를이용 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 189

16 한살균효과를보고하였는데, 건조직후의마른김을수거하여화입처리한결과대장균군과생균수모두처리전과비슷한균수를나타내었으며, 20W의자외선을 10분조사할경우약 0.6log 감소하였고, 양면조사할경우약 1log 감소하였으며, 20W의자외선을 30분씩 10cm, 30cm로조사거리를달리하였을때각각약 1.1log, 0.9log 감소하였다고보고하고있음 (<Figure 4>, <Figure 5>). <Figure 4> Changes of viable cell counts on the dried lavers products treated with ultraviolet, 20W 단면조사 (one side irradiation); 양면조사 (both side irradiation) <Figure 5> Comparison of viable cell counts on the ultraviolet treated dried lavers products according to irradiation distance 10cm; 30cm 190

17 3.2 김또는해조류의처리를위한처리시스템및용기개발 광펄스전원발생장치및광원 1) Pilot 용량의광펄스전원발생장치 처음실험을위해구성한광펄스발생시스템은실험실용및 Pilot 용량으로모두사용할수있는장치로, 대형의실험장치였음. 실험장치의전체적인시스템은전원공급부 (power supply), 펄스발생기 (pulse generator), 펄스변압기 (transformer), 광원 (light source) 그리고처리용기 (treatment chamber) 로구성되어있음 (<Figure 6>). 전원공급부는 220V AC의입력전원을고전압변압기를통하여승압하고 DC로정류하여최대 50kV DC 전원을발생시킬수있도록하였으며, 최대허용치전력은 50kW임. 펄스발생기는, 광원에펄스를구성시킬수있는펄스발생망 (pulse formning network, PFN) 과고전압의전기를순간적으로방전시킬수있는스위치로구성되어있음. 펄스발생망은광원에인가되는펄스의형태와길이를결정하는중요한부분으로서전원공급부에서공급된전원을충전하고펄스의상승시간 (rising time) 을결정하는축전지 (capacitor, 1,800pF/each), 펄스의길이와하강시간 (falling time) 을조절하는방전지연유도기 (discharge delay inductor, 2μH~20μH) 로되어있으며, exponential decay pulse 와 square wave pulse 를발생시킬수있도록구성됨 (<Figure 7>, <Figure 8>). 축전방식은 resonance charging 을택하였으며, 축전지에충전된고전압의 power 를순간적으로방전하는 switch로는열음극방전관 (thyratron, 50kV, 2,500A) 을사용하였으며, 방전시에발생되는열을방지하기위하여 cooling device를사용하여열을방출하였음. A.C. 220V Transformer Rectifier Capacitor Inductor High Voltage Switch Trigger Circuit Lamp Ground Pulse Generator Sample Treatment Chamber Oscilloscope <Figure 6> Schematic diagram of high-intenstity pulsed light system 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 191

18 <Figure 7> Circuit diagram of pulse generator <Figure 8> Circuit diagram of pulse generator controller 192

19 축전지는 corona 와 arching 을방지하기위하여절연유 ( 제1종 silicon oil) 에담았음. 펄스변압기는펄스의폭은 0.5~8 μs까지쉽게가변할수있도록제작된것으로, 입력부는 0~ 50kV, 출력부는 0~100kV, 최대에너지 60J, 펄스상승시간이 4ns/kV 가되도록하였음 (<Figure 9>, <Figure 10>). 광펄스처리를위한광원은 59kPa의압력으로 xenon을충진한 quartz 재질의 Heraus Noble light XAP series(type NL 4006, Heraeus, UK) 를사용하였음 (<Figure 11>). 전원장치로부터나오는전원의강도와램프에인가되는전압의세기, 펄스의길이 (pulse duration) 를측정하기위하여 Oscilloscope(Tektronix) 와 high-voltage probe를사용하였음. 처리용기는회분식처리를위하여 1개의램프를연결하고시료와의거리를조절할수있도록제작하였음 (<Figure 12>). 2) 광원의동작 (Pulsed Lamp Operation) 광펄스처리장치에사용되는광원은대부분 Xenon gas 또는 Kripton gas가고압으로충진되어있는 Quartz 재질의램프를사용하고있음. 본실험에사용된광원은 Xenon XAP series 의 flash lamp 는 xenon gas 로충진되어있어, 램프로부터빛을이끌어내기위해서는 xenon gas를여기 (excitation) 시켜 plasma 를형성시켜야함. Xenon gas를여기시키기위한최소전압은 16kV이며, 상시적으로 600~2,100V의전압이공급되어야함. 1 1' 1 1' 2 3 2' 3' 2 3 2' 3' 4 5 4' 5' 4 5 4' 5' 6 7 6' 7' 6 7 6' 7' 8 8' 8 8' 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 193

20 Transformer1 Transformer2 Transformer1 Transformer2 입력 출력 입력 출력 입력 출력 입력 출력 2turn 4turn 7turn 7turn 4turn 8turn 14turn 14turn V in 2 V in V in 1 V in V in 2 V in V in 1 V in 0.5 μs 2 μs 1 μs 4 μs 1 1' 1 1' 2 3 2' 3' 2 3 2' 3' 4 5 4' 5' 4 5 4' 5' 6 7 6' 7' 6 7 6' 7' 8 8' 8 8' Transformer1 Transformer2 Transformer1 Transformer2 입력 6turn 출력 12turn 입력 21turn 출력 21turn 입력 8turn 출력 16turn 입력 28turn 출력 28turn V in 2 V in 1.5 μs V in 1 V in 6 μs V in 2 V in 2 μs V in 1 V in 8 μs <Figure 9> Circuit diagram of Pulse transformer 194

21 <Figure 10> Wiring diagram of pulse transformer 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 195

22 <Figure 11> Light source for high-intensity pulsed light treatment system <Figure 12> Batch treatment chamber of batch system for high-intensity pulsed light treatment system 196

23 Lamp 의동작을위한사양은 <Table 3> 과같음. Xenon lamp 를사용하기위해서는램프에충진되어있는 xenon gas를여기시켜플라즈마를발생시켜다량의빛이발광될수있는여건을만들어주어야하며, 램프를여기시키기위한램프의연결방법에는몇가지가있음. 최초 xenon lamp 의여기방법은 simple pulsed lamp driving circuit 방식으로서램프에직접적으로고전압을가하여 gas를여기시켜발광시키는방법으로, 이방법은램프로부터발생되는빛의강도는약하나에너지밀도가낮아발열이거의없어수산물이나기타열에민감한식품의표면처리에적합한방법임 (<Figure 13~15>). 그러나이방법은높은전압을상시적으로공급하여야하기때문에고전압을발생시킬수있는전원공급장치가필요하고, 펄스를발생시킬수있는펄스발생망을구성해야하기때문에장치의규모가크고, 장비의제작에비용이많이드는단점이있음. <Table 3> 공냉식 Xenon Flash Lamp 사양 (Description of Air cooled Xenon Flash Lamp) Description of Xenon Lamp NL4006 Envelope Wall Bore Arc Gas type Pressure(torr) cqp Xe 450 Impedance parameter(ko) Explosion const.(ke) Maximum average power Max peak current(a) Lamp voltage min.(v) Lamp voltage max.(v) Minimum trigger voltage(kv) Minimum trigger width( μs ) E+04 1, , <Figure 13> Simple pulsed lamp driving circuit method 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 197

24 <Figure 14> Energy density profile of xenon lamp by high-intensity pulsed light system <Figure 15> Changes pattern of surface temperature on treatment agar plate 198

25 3.3 소형화경량광펄스전원발생장치 기존에대부분사용하던광펄스발생장치는고전압펄스전기장 (PEF) 을이용한전원장치를사용하고있으며, 주요구성은고전압전원발생장치, 펄스발생망, 램프, 처리용기로구성되어있음. 이러한기존의고전압펄스전기장전원발생장치를활용한광펄스시스템은광원 (xenon lamp) 에직접적으로고전압의전원을가하여발광을일으키는방식으로항시적으로높은전압을램프에가해야하기때문에고용량의전원발생장치를필요로하며, 고용량의전원발생장치는장치가고가이며규모가크기때문에제작및설치에큰어려움이있음. 또한직접적으로램프에고전압을인가하는방식은많은전력을필요로하며, 높은전압으로인해램프에직접적충격을가하게되어램프의수명이줄어듦. 실제중소기업이나소규모의농가또는업체에서손쉽게광펄스살균장치를구입하여사용하기위해서는장치를소형화해야하며짧은램프의수명을늘릴수있는방안을찾아야함. 이러한단점을없애기위해서는램프에직접적으로고전압을인가하는방식을피하고저전압의전압을램프에인가하고고전압의전력을외부에서램프에가하여 triggering하는방식을택해야함. 광을발생시키기위한 triggering 방식에는 series triggering circuit, parallel triggering circuit, external triggering circuit이있음 (<Figure 16>). 전압을램프에직접인가하는방식이아닌 triggering 하는방식을적용하기위해서는저전압의전력을상시공급할수있는전원장치와고전압의 trigger 전원을발생시킬수있는전원장치를필요로하게됨. (a) 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 199

26 (b) (c) <Figure 16> Various Diagram of triggering methods (a) Series triggering method, (b) Parallel triggering method, (c) External triggering method 본연구에서는장치의소형화및제작비용의절감을위해위의 3가지방식중에 external triggering 방식을이용하여더높은에너지밀도를갖는발광방식에대한연구를진행하였음. 이장치의개략도는 <Figure 17>, 장치는 <Figure 18> 과같음. 이장치의사양을보면사용전원은일반중소기업이나소규모의생산공장에서도쉽게사용할수있도록 AC 220V 50/60Hz 단상의전원을사용하였으며, 소비전력은약 1.2kW로설계하였음. 출력부는 DC 전원으로 0~1,200V 의상시전압을출력할수있도록하였으며, 전류는안전을고려하여 1A 미만이되도록하였음. 사용가능한주파수 (Hz) 는 1~50Hz 로설정하였으며, duty비는 135~233μs로총 8단계로나누어사용할수있도록하였으며, 1회 operation 할수있는시간은최대 60분으로설정하여장치에무리가가지않도록하였음. 여기된램프를발광시키기위한 trigger 전원은 15~20kV의고정펄스전압을사용하였음. 장치설계에사용된 duty table은 <Table 4> 와같음. 200

27 Display 를위한 window는 frequency, duty, time을표시하도록하였으며, control button은 safety switch, main power, setup, memory, upper, low button 등으로구성하였음. <Figure 17> Schematic diagram of compact intense pulsed light system <Figure 18> Photograph of compact intense pulsed light power supply 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 201

28 step <Table 4> Duty table of compact IPL system capacitor tap ( μf ) Pulse width ( μs ) DUTY(t) = 1 1 (μs) 3.4 처리용기의설계및제작 처리용기는광펄스처리중식품이실제로빛을받아처리받는부분으로서균일한빛을조사할수있도록설계되어야하며, 빛의왜곡현상을막도록설계가되어야하고, 또한직접연결방식이나 trigger 방식모두에서고전압이인가되므로안전성이확보되어야함. 광펄스의처리용기는회분식과연속식두가지종류로구성될수있으며, 각각의형태는크게다르지않음. 회분식의경우에는일반적으로처리시료가직접적으로광원으로부터빛을조사받기위하여처리용기상단에위치하는경우가많으며, 처리받는시료의수는광원과동일한거리에시료가위치할수있도록사선의형태로 2개를놓는방식이많이사용되었으나, 본실험에서는한번에하나의시료가처리될수있는방식을택하였음. 그러나처리용기의상단부에광원이위치하도록하여처리할경우, 처리시료의상단부는처리를받을수있으나하단부는처리를받지못하여시료가균일하게광원에노출되지않아시료의처리가불완전해지는현상을보였음. 이러한결과로시료의표면살균처리와전체처리하였을경우에는전체시료를처리하여미생물 202

29 의사멸률보다표면처리시살균율이높게나는현상을보여이는연속라인설계시에반드시해결해야할문제점으로보였음. 최근에는이러한회분식처리용기의단점을보완하기위하여처리용기내의광원의위치를상단부뿐만아니라하단부, 좌우에설치하여시료가광원에고르게노출될수있도록하였으며, 광원을한두개만설치할경우에는처리용기내부에유리, 알루미늄과같은반사성이있는반사판을설치하여광원으로부터의빛이난반사를일으켜고른조사가이루어지도록하고있음. 연속식처리용기는식품의대량처리를위해반드시해결되어야하는것으로, 본실험에서는연속식처리를위한처리용기로컨베이어벨트식의처리용기를설계 제작하였음. 연속식처리용기는상단부에 5개, 하단부에 5개의광원이엇갈려위치하도록하였으며, 컨베이어벨트는투명한재질을사용하여시료가이송되면서상 하부모두가고르게처리받도록하였음 (<Figure 19>). <Figure 19> Photograph of continuous treatments chamber with conveyer systeme for IPL treatment 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 203

30 시료가광펄스처리를받는시간을조절할수있도록컨베이어벨트의속도를조절할수있도록하였으며, 강한빛으로부터눈을보호하기위해외부에는광원이외부로새는것을막기위한외부차단장치를설치함. 연속식처리용기에는광원 ( 램프 ) 을다수를설치해야하기때문에연결되는전원의방식을달리해야함. 연속식처리용기에설치된광원에전원을연결하는방법은 pilot system 의방식에사용한대용량의전원을광원과직접연결하는방법이있고, compact system처럼저전압의전원을광원에흘려보내고순간적으로고전압의 trigger 전원을공급하는방식이있음. 고전압의대용량전원을광원에직접연결하는방식은기존에사용되고있는고전압펄스전기장에사용되는 50kV 전원장치이상의장치가필요할것으로예상되며, 고가의장치비가들것으로예상됨. 저전압을이용한 triggering 방식의연결방법은상시전원을병렬방식으로공급하고, 고전압의 trigger 전원을광원수만큼연결하는방식을택하는것이유리한것으로판단됨. 3.5 마른김에존재하는미생물총균수 시중에서판매되고있는다섯종류의마른김을구입하여시료에존재하는일반세균의수를측정하였음. NA 배지를이용하여 37 에서생육시킨세균의수는파래김의경우 CFU/mL 로가장높게나타났으며, 해남김은 CFU/mL 로가장낮게나타났음 (<Table 5>). 한편 PCA 배지를사용하여 37 에서배양하였을경우에도파래김이 CFU/mL 로가장높게나타났으며, 해남김이 CFU/mL 로낮게나타났음 (<Table 5>). 3.6 광펄스처리에의한대장균의사멸효과 광펄스의처리조건을 5Hz에서 10, 15, 20, 25kV로전압을달리하여처리한후 E. coli O157:H7 의생균수를측정해본결과처리전압이높아질수록, 처리시간이길어질수록높은사멸률을나타내었음 (<Figure 20>). 처리전압이높아질수록사멸속도또한빨라지는결과를얻을수있었음. 15kV, 5Hz, 450μs처리후 3log 정도의사멸결과를얻었으며, 25kV, 5Hz, 750μs처리후 6log 정도의사멸결과를얻을수있었으며, 또한낮은처리전압에서도임계처리시간을나타내지않는결과를얻을수있었음. 204

31 <Table 5> Viable cell number on the NA and PCA media NA PCA (Unit: CFU/mL) A * 4.45± ± B * 1.51± ± C * 9.27± ± D * 4.50± ± E * 3.35± ± * A: 서해김, B: 진도김, C: 파래김, D: 재래김, E: 해남김 1 mean ±SD <Figure 20> Inactivation of E. coli O157:H7 as treatment voltage by High-intensity pulsed light 10kV, 15kV, 20kV, 25kV 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 205

32 <Figure 21> A photo of glass Petri dishes containing colonies of E. coli O157:H7 generated by the IPL treatment at 25kV treatment 3.7 광펄스처리에의한 Micrococcus roseus 의사멸효과 Micrococcus roseus는그람양성의비운동구균으로 2~4 개혹은다발모양의형태를이루면 catalase 테스트에서강한양성반응을보이며, 배양시특징적으로붉은색색소를형성하고, smooth colony 를형성하는것으로보고됨. 이 M. roseus 는 Ahn의실험결과에의하면방사선조사에의해감마선감수성실험을한결과, 특징적으로 20kGy까지 sholuder line을형성하고 D값이 11.27kGy에이르는살균이어려운균으로보고하였음. 본실험에서는광펄스처리에의해서높은열저항성과방사선저항성을지닌 M. roseus 에대한살균효과를관찰하였음. 마른김에존재하는초기균수는약 으로나타났음. 이균주를상시전압 1,000V, duty ratio 233μs, frequency 5Hz 에서처리한결과, 약 1분처리한후에는 2log, 2분처리한후에는약 3log, 7분과 10분처리한후에는거의사멸하였음. 광펄스의처리조건을 5Hz에서 400, 600, 800, 1,000V로전압을달리하여처리한후 Micrococcus roseus 의생균수를측정해본결과처리전압이높아질수록, 처리시간이길어질수록높은사멸률을나타내어대장균과같은경향을보였음. 또한처리전압이높아질수록사멸속도또한빨라지는결과를얻을수있었음. 이러한결과열저항성이나방사선저항성을지난 M. roseus 를광펄스처리에의해서사멸시킬수있음을확인하였음. 206

33 <Table 6> Radiation survival curve of bacteium isolated from dried laver (Unit: CFU/mL) Treatment time(min) Viable microbe cell number ± ± ± ± ± mean ±SD 2 Not detected <Figure 22> A photo of glass Petri dishes containing colonies of Micrococcus roseus generated by the IPL treatment with compact system at 1,000V 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 207

34 3.8 광펄스처리에의한마른김표면의균수저감효과 실제김의표면에광펄스를조사함으로서균의저감효과를확인하고자하였음. 상시전압 1,000V, duty ration 233μs, frequency 5Hz에서광펄스처리했을경우 1분동안단면조사를하였을때는약 0.6log의세균수가감소하였으며, 5분처리하였을때에는 1.5log정도감소하였으며, 10분을처리하였을경우 3log 정도의감소효과를보였음 (<Figure 23>). 자외선을이용하여김표면을살균하였을경우 20W에서 10분동안단면을조사하였을경우약 0.6log의세균수가감소하였고, 양면을처리하였을때는약 1log의세균수가감소했다는연구결과가있음. <Figure 23> Inactivation of total microorganisms on dry lavar by intense pulsed light treatment 3.9 광펄스처리에의한마른김의색변화 김의건조품질에서가장민감하게영향을받는것은김의고유향미와색택이라는보고가있으며, 특히마른김의경우에는고도불포화지방산이많이함유되어있어빛의조사를받을경우지방질의산화와 chlorophyll의퇴색화로인한식품표면의색의변화가있을수있다는보고가있음. 따라서본실험에서는광펄스처리가김의중요품질요소중하나인색택을처리전후로측정하여품질의변화정도를살펴보고자하였음. 처리시간과상시전압에따른마른김의처리전후의표면색도를 <Table 7> 에나타냈음. 광펄스처리전후의색도의변화를보면전반적으로광펄스를처리한후명도값 (L) 은증가한반면에, Redness(a) 와 Yellowness(b) 는감소하는경향을보였음. 208

35 그러나이러한변화의값은매우적고미미하여광펄스처리가김의중요품질인색택에는큰변화를주지않는것으로보임. <Table 7> Color changes of dry laver by intense pulsed light 전압 (V) ,000 처리시간 (min) L* a* b* control IPL Δ control IPL Δ control IPL Δ 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 209

36 4. 요약 마른김은비타민및무기질이풍부한영양식품으로우리나라에서는전국연안에서연간 9,900만속이생산되고있으며, 생산된김은생산시기의한정으로대부분마른김의형태로유통및소비가되고있음. 그러나이러한마른김에서병원성세균이검출되지는않고있으나, 기준이상의세균오염이있는것으로보고되고있으며, 김밥에있어서식중독의발병원인이주로김에의한것이라는보고가있어, 소비자의입장에서보면생균수가많다는사실만으로도건조김에대한인식이좋지못할것으로보임. 그러나이러한건조김은세균에대한문제가존재하고있지만, 특별히그세균을감소시키기위해처리할수있는방법이존재하지않아이러한세균을감소하기위한방법이필요함. 광펄스기술은전파장의강한빛을아주짧은시간안에식품에가하여식품의표면을살균하거나표면미생물수를감소시키기위한것이며, 또한제품의유통기한을연장하고품질을높이기위한목적으로사용되며, 식품표면의살균뿐만아니라포장재나투명한의약품의살균에도사용될수있는유용한기술임. 본실험에서는이러한광펄스기술을마른김의세균수를감소시키기위한비가열살균방법으로서적용할수있을지를확인하고, 기존에사용되고있는장치를개선하여현장에서쉽게적용시킬수있는시스템을개발하고자하였음. 대부분현재사용하고있는광펄스장치는고전압을램프에직접인가하는방식으로서, 고용량의전원발생장치가필요하여고가의비용이들고또한그크기또한매우커서실제처리라인설치에어려움이있음. 이러한문제점을해결하기위해본실험에서는 lamp 에최소의상시전압 (500V 이상 ) 만을인가하여 lamp 에충진되어있는 xenon gas를충분히여기시킨후순간적으로높은 trigger 전압 (15kV 이상 ) 을가하여발광시키는 trigger 방식으로장치를구성하였음. Trigger 방식의 IPL 장치는 direct 방식에비해소용량의고전압발생장치로도램프를발광시킬수있어, 규모면에서기존의것보다 1/20 이하의크기로도구성할수있기에실제라인에설치가용이하며제작비용도 1/6 정도로저렴함. 본실험에서는이러한방식을이용한장치를새로이구성하여실험에적용하였음. 시중에유통 판매되고있는다섯종류의마른김을구입하여생균수를조사한결과 10 5 정도의생균수가검출되었음. 마른김에존재하는세균중대장균 (E. coli) 과열저항성및방사선조사저항성을지닌 210

37 Micrococcus roseus를대상으로하여광펄스처리전후의효과를살펴본결과, 처리조건을 10, 15, 20, 25kV로하여처리하였을경우전압이높아질수록그리고처리시간이길어질수록높은사멸율을보임. 특히열저항성과방사선저항성을지닌 M. roseus는광펄스처리시 2분처리후에는약 3log, 그리고 7분처리후에는모두사멸하는것으로나타나광펄스처리에의해사멸이가능한것으로확인됨. 실제마른김에광펄스를조사하여균수의저감효과를확인한결과상시전압 1,000V, duty ration 233μs, frequency 5Hz 에서광펄스처리했을경우, 1분동안단면조사를하였을때는약 0.6log의세균수가감소하였으며, 5분처리하였을때에는 1.5log 정도감소하였으며, 10분을처리하였을경우 3log 정도의감소효과를보였음. 광펄스처리에의한품질변화중김의중요품질요인인색택의변화를살펴본결과, 큰변화가없어광펄스처리가김의품질에큰영향을미치지않는것을확인하였음. 이상의결과보았을때마른김의살균에있어광펄스처리는김의품질에큰영향을주지않고효과적으로세균수를감소시킬수있는방법임을확인하였음. 참고문헌 1) Ae-Kyung An, A Simulation Study on Microbiological Evaluation of Kimbap Menufacturing Process in Summer and Winter, Korean J. Community Nutrition, 5(2S), 2000, pp ) Anderson JG, Rowan, NJ, MacGregor SJ, Fouracre RA and Farish O, Inactivation of food-born Enteropathogenic bacteria and Spoilage fungi using pulsed-light, IEEE Transactions on Plasma Sci., 28, 2000, pp ) Barvosa-Canovas GV, Palou, E, Pothakamury UR and Swanson BG, Application of light pulses in the sterilization of foods and packaging materials, Nontermal Preservation of Foods, Chapter 6, New York, Marcel Dekker, 1997, pp ) Ben Embarek, P. K. Presence, Detection and growth of Listeria monocytogenes in seafood, A review. Int. J. Food Microbiol., 23, 1994, pp ) Bialka, K. L., Demirci, A., Puri, V. M., Modeling the inactivation of Escherichia coli O157:H7 and Salmonella enterica on raspberries and strawberries resulting from exposure to ozone or pulsed UV-light, Journal of Food Engineering, 85, 2008, pp 고강도광원을이용한마른김의비가열살균기술개발 211

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