6 부식품미생물의제어 - 바람직한미생물은생존력을증가, 증식을촉진 - 부패와병원성미생물 제거하거나증식을최소화하는것을목적 - 제어의기본원칙 1) 식품으로미생물의접근을제어 2) 식품에존재하는미생물을제어 3) 식품에존재하는포자의발아와증식을감소하거나예방 4) 식품에존재하는미생물세포와포자를사멸
6 부식품미생물의제어 30 장식품내침투관리 ( 청결과위생시설 ) 31 장물리적제거에의한조절 32 장열에의한조절 33 장저온에의한조절 34 장수분활성도저하에의한조절 35 장낮은 ph 와유기산에의한조절 36 장공기환경의수정에의한조절 ( 감소된산화환원전위 ) 37 장항균성보존제에의한제어 38 장조사에의한제어 39 장새로운가공기술에의한제어 40 장혼합방법에의한제어
30 장식품내침투관리 ( 청결과위생시설 ) 서론 - 원료 ( 식물과동물 ) 는일반적으로깨끗하다 - 미생물의오염 여러경로를통하여들어감 침투를관리하는것이중요 - 청결과위생시설의진보가 19~20세기에진행 오염원 ( 미생물 ) 의수준 ( 숫자 ) 을감소 식품의안전성과안정성이보장 효율적인가공및보존 식품가공공장의필수적인부분으로인식 도시화, 그주변지역의인구율증가, 가공식품의생산과공급 - 최근공장의대형화자동화가확대 기계에의한오염을최소화하기위한방안이확대 HACCP 도입 미생물의침투를관리하는데효과적
30 장식품내침투관리 ( 청결과위생시설 ) 위생시설의목표 - 위생의주요목적 처리의모든단계에서식품에미생물의침투를최소화하는것 원료 ( 동, 식물 ) 와가공식품의종류에의해차이 - 적절한위생 1) 원하는수준으로미생물의수치를줄이는데도움을준다원유의낮은수준관리 저온살균우유의생산을쉽게해준다 2) 긴유통기간을가진식품을생산하는데도움을준다. 3) 식품매개질병들의발생률을낮출수있다. 고려해야할요인들 - 미생물의침투를최소화하기위해서는 식품에노출되는환경의미생물학적질과 식품에첨가되는재료들은미생물학적품질이좋아야한다.
30 장식품내침투관리 ( 청결과위생시설 ) 1) 공장설계 - 초기설계단계에서효율적인위생프로그램 미생물오염에최소화하도록통합적으로계획 - 층 ( 구획 ) 계획, 승인된건축재료, 충분한빛, 공기환기, 공기흐름 ( 유동 ) 의방향, 원료와완제품의분리, 운영및이동을위한충분한공간, 승인된배관, 물공급, 하수처리의체계, 폐기물처리시설, 배수, 토양조건들과주변환경등 - 규제기관 (FDA) 기준서와설명서를만들고, 비용절감을위한계획의상담을제공 2) 물, 얼음, 염수및정림용액들의품질 - 물 : 식품제조에가장중요한요인 원료로사용 ( 열처리즉, 살균 ) - 물의품질 : 병원균및부패성세균 (Pseudomonas 등 ) 이적어야한다. - 얼음의품질 : 병원성, 부패성세균이나바이러스가식품을오염시켜서는안됨 - 염수와절임용액 : 항상신선하게제조되어야한다. 3) 공기의품질 - 건조등많은양의공기를요구 - 가열하더라도먼지에존재하는미생물을죽일수없어오염원으로작용 - 공기여과를통해오염원을제거하는것이중요
30 장식품내침투관리 ( 청결과위생시설 ) 4) 인력의교육 - 위생의중요성, 생산품의안전과안정성을보장하는위생관념을갖도록가르치는계획이요구 - 교육뿐만아니라실천하는것을모니터링 병과감염된작업자는가공에서격리되어야한다. 5) 장비 - 장비설계시미생물의오염을최소화해야한다. 이물질 ( 원료나먼지등 ) 이남기지않아야하고쉽게청소될수있도록고안 - 미생물의은신처및생장하도록가려져서는안되고쉽게청소가되어야한다. 예 ) 고기를절단하는큰칼, 컨베이어장비는쉽게살균되고세척되어야한다. - 열처리후포장되기전까지표면에접촉되도록해서는안된다. 6) 가공시설의청결 - 원료, 먼지및토양을쉽게제거 물또는첨가제를이용하여제거 청결의효율성이증가, 지방교질, 열, 화학약품및세정성분을제거 분사, 문지르기및난류와같은액체에너지등고려 - 세제 다른화학약품들과비수식성, 안전성, 쉽게중화되고호환이되어야함 음이온, 양이온및비이온화될수있는화학성분 일반적 800-900 ppm 의 CMC 또는 CIP(clean in place) 나대형먼지는 1~3000 ppm
30 장식품내침투관리 ( 청결과위생시설 ) - 청소의빈도는제품과좋은위생관리의노력에따라달라짐 ( 사전미생물학적인평가 청소의빈도를계획 ) - CIP 처리가빈번이사용 높은압력에서세체용액을사용 세제는희석시 48 시간을초과하지않아야한다. 7) 식품가공장비의위생 - 물리적살균제 온수, 증기, 뜨거운공기와자외선조사 - 화학적살균제 선택기준 : 효율성, 무독성, 비부식성, 식품품질의무영향, 사용과세척용이안정성과비용효율성등고려 항균효율성 : 노출시간, 온도, 사용농도, 산도, 미생물의수와종류, 표면에미생물의부착력, 생물막형성과물의경도 1 염소기반살균제 - 액체염소, 차아염소산염, 무기또는유기클로라민, 염소이산화 세균, 효모, 곰팡이, 포자및바이러스의영양세포에효과적 효소와구조단백질의 SH 기에염소의산화효과, 막손상, 단백질합성방해핵산과반응및신진대사의방해 - 액체염소와차아염소산염 차아염소산 (HOCl), 산성에서더효과 - 모든종류미생물에빠르게작용, 적은비용, 사용의용이성 높은온도와유기물질과함께있을시불안정, 금속을부식, 식품을산화
30 장식품내침투관리 ( 청결과위생시설 ) 2 요오드포 3 제 4 급암모뇸화합물 4 과산화수소 오염제거와과일및채소의위생 - 염소 (50-200ppm), 오존 (0.1-2.5 ppm), 이산화염소 (1-5ppm), 퍼옥시아세틱산 (80ppm) - 이산화염소가스 ( 피망, 딸기, 사과및멜론등 ) 대장균 O157:H7, 살모넬라및리스테리아모노사이토제니스 5 log 감소 - 오존 ( 검은후추, 당근, 양상추및블랙베리 ) 대장균 O157:H7(5 log 감소 ), 살모넬라페니실륨및아스퍼질러스 (3-6 log 감소 ) 딸기, 포도등하루에몇시간동안 2-3 ppm 사용 ( 유통기한 2배증가 ) 미생물학적기준, 사양그리고지침서 - 소비자안전과제품의안정성 ( 유통기한 ) 을높이기위해설정 - 국내식약처에서제품별기준규격을설정하여규제-관리 - 최종적인기준 ( 포장 ) 을고려하여 원료 가공공정등을기업에서 HACCP기준을설정하여관리
31 장물리적제거에의한조절 서론 - 고형및액상식품에적용 미생물수를줄이고 가공전생식품에주로이용 물리적제어원심분리 - 우유, 과일주스, 시럽등 - 90% 정도제거 여과 - 소프트드링크, 과일주스, 맥주, 포도주, 생수등에서바람직하지않은고형분 / 미생물을제거 천연향, 감귤주스의비타민C 등열에약한영양소를보존하는목적 - coarse filter ( 초기큰성분 ) 초여과법 (ultrafiltration, 0.45-0.7mm) 트리밍 ( 제거 ) - 손상되거나부패한과일또는채소를제거 - 치즈, 발효소시지, 빵등곰팡이등오염된제품및부분을제거
31 장물리적제거에의한조절 세척 - 소, 돼지, 양과과같은가금류의사체 털, 토양, 미생물제거를위해세척 고압자동화기계세척이이용 온수, 스팀, 오존수, 염소수, 아세트산, 프로피온산, 젖산, tripolyphosphate, nisin 및 pedoiocin 등이용 - 세척을하지않을경우미생물에의한바이오필름을형성 세척에의해제거가어렵다.
32 장열에의한조절 서론 - 열이용 : 굽거나끓이거나농축시키는데도구를이용 - 1810년니콜라스아빼르 (N Appert) 아퍼티제이션 (Appertization) 6시간이상가열 밀봉 유통기한연장세척 - 1810 Durand에의해캔가열제품출시 100 에서 30분간 이후멸균기의출현이후더단축 - 1870년파스퇴르에의해식품부패와질병을일으키는원인이 미생물 우유, 와인의저온살균법고안 목적 - 식품가열의목적 : 곰팡이, 효모, 세균및바이러스그리고포자를파괴하는것 식품이가지고있는영양성분은유지하면서부패와질병을일으키는미생물을파괴 효소의파괴, 독소등 - 식품을먹기위한끓이거나데우는것역시미생물을억제하는데이용 50 이상또는 60 의온도를유지하는것이중요 항균활동의원리 - 치사에가까운열에의해손상된세포 세포막, 세포벽, DNA, rrna 그리고효소 - 열쇼크의정도는일부내성균포자형성균에대하여주의
32 장열에의한조절 영향을미치는요인들 - 세포와포자를사멸시키는열효과 식품의고유한본질, 미생물의본질과가공과정의특성등많은요인에의해영향을받음 식품에효과적인열처리과정을개발하고채택하는데중요 식품의본질 - 구성성분 ( 탄수화물, 단백질, 지방및용질 ), Aw, ph 및항생물질 식품에서열에의한미생물의파괴에상당한영향을미친다. - 고농도의탄수화물, 단백질, 지방 미생물의저항성을높여줌 - 미생물의민감도 ; 고체상 < 액체상, 낮은 ph ( 열처리시더민감 ) 미생물의특성 - 감수성에미치는인자 : 미생물의종, 균주, 증식단계에따라차이 - 열에대한민감도 : 곰팡이, 효모및세균의세포 > 포자 곰팡이, 효모및세균 ( 내열성제외 ) : 65, 10 분안에파괴 내열성세균세포 : 70-80, 5-10 분에파괴 효모와곰팡이포자 : 65-70, 몇분내에파괴 ( 일부곰팡이포자 90, 4-5 시간동안살아남을수있음 ) 세균포자 100 에서 30 분파괴일부포자는 121 15 분가열 종에따라열에대한감수성에차이가있음
32 장열에의한조절 미생물의특성 - 초기포자의수와부유배지의특성에따라차이 미생물의수가많을수록일정온도에서사멸되는데시간이더걸림 -열에대한민감도 지수기의세포 < 휴지기세포 낮은열에한번노출된적이있는세포는뒤이어오는열처리에저항성을가짐 ( 스트레스단백질의합성 ) 과정의본질 - 식품에서미생물의사멸은특정온도와그온도에노출되는시간으로표현 반비례 - 온도가높을수록짧은시간이요구된다. 이는열의전도 ( 에너지전달 ) 와대류에의해가열되기때문 액체는고체보다더빨리가열 ( 열전달이빠르다 ) 높은전도를가지는용기가더빠르고큰용기보다는적은용기가 - 정해진온도에서주어진시간동안가열한다는것은 식품에존재하는모든입자가정해진온도의열이가해지고그온도에서정해진시간동안계속유지되어야한다는것을의미 우유 71.6 에서 15초
32 장열에의한조절 수학식 - 미생물세포현탁액이특정한온도에서열처리되었을때 세포는일정한비율로사명된다. 시간과온도에따른열처리로인해미생물사명률을표현 십진법감소시간 (D값) - D값은 1분안에특정한미생물수가 90% 또는 1로그 (log) 만큼감소하는시간 D T = t (T 온도, t 사용한미생물이 1로그만큼감소한시간 ( 분 ) 을말함 미생물의열감수성을측정 : 미생물종, 사용한온도, 그리고다양한배지와배양시간에따라변한다. D T = t/ (log 10 x log 10 y) x, y는각각온도에노출시키기전후의미생물수 T 노출온도 t 노출시간 ( 분 )
32 장열에의한조절
32 장열에의한조절 - 12D개념 대부분병원체세균인 Clo botulinum 의열저항성포자를제거하기위한높은 ph 식품 (ph 4.6이상옥수수, 콩, 고기같은산도가낮은식품 ) 의열처리가공에서사용 로그 12까지 Clo botulinum 포자의군집을감소시키기위해주어지는열처리를의미 한번에 1억개의통조림을생산하고각각은 1000개의 Clo botulinum 포자를포함 열처리시하나의통조림에 1개의살아날수있는포자를포함한다는결론 D 121.1 에서 12D값은대략 2.8-3분정도 [ 1억개 (10 9 x 1000(10 3 ) = 10 12 ] 예 ) 어느식품통조림에 Clo botulinum (D121= 0.24min) 의포자가오염되어있다이통조림을 121에서가열하여미생물수를 12대수만큼감소시키는데걸리는시간은? t=d log(no/n) = 0.24 x 12 = 2.88 min
32 장열에의한조절 일정한온도에서일정농도의포자현탁액을가열처리하고가열시간대별로생균수를측정하여다음과같은결과를얻었다. 이가열온도에서포자의 D값은? D값은이직선의기울기이므로 D= 1/1.0015 = 0.9985 min 또는 D= (t0-t2)/log No-logN2 = (3-1)/(log1020-log10)=0.996min t N log N 1.0 1020 3.009 1.5 306 2.486 2.0 103 2.013 2.5 31.3 1.496 3.0 10 1.000 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 y = -1.0015x + 4.0035 R² = 0.9998 1.000 0.500 0.000 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 log N 선형 (log N)
32 장열에의한조절 열처리에의한사멸시간 (TDT), Z값과 F값 - 열처리에의한사멸시간 특정온도에서포자나세균수를완전히제거하기위해필요한로그값 ( 시간 ) 곡선의기울기는 Z 값 : 로그 1에의해가로지르는 D값을변화시키기위하여필요한온도를나타냄 : Z=10 100 에서세균포자의 D값이 50분일때 110 에서 5분 120 에서 0.5분을의미 - F값 : 121.1 에서세균세포나포자의숫자를완전히파괴하기위해필요한시간 ( 분 ) 으로표현 Clo botulinum Type A의 F 121.1 = 0.23분 저산성통조림식품의열처리가공을위한 12D 값은 (12x0.23=2.78 또는 3분 ) 예 ) B. stearotheromophilus 포자를가열하여생존균농도를초기농도의 1/105만큼감소시키는데 121에서 20분 125에서 5.54분이각각소요되었다. 이균의 z값? D를계산 (D=t/(log(N0/N)) D 121 = 20/(log (105)) = 20/5 = 4 min D 125 = 5.54/(log (105)) = 5.54/5 = 1.11 min z=t-121/(log(d0/dt) = 125-121/log(4/1.11)=7
32 장열에의한조절
32 장열에의한조절 방법 - 미생물을파괴하기위하여사용하는식품가열의온도와시간에대한방법저온가공과고온가공으로구분 저온가공 : 고온미생물에는효과적이지않지만주로열에민감한미생물을파괴하는데이용 고온가공 : 병원성세균특히열저항성으로식품을변질시키는포자를파괴하기위해이용 저온가공또는저온살균법 - 저온살균은 100이하로병원체의영양세포와많은수의관련된미생물을대부분파괴하는것 ( 특정식품에서는자연적인효소를파괴한다 ) 온도와시간은식품의질 ( 우유에서열에의한맛과같은 ) 을저하시키지않으며가공이어렵지않은 ( 달걀에서응고같은 ) 최소한의미생물적목표에부합하고식품의열변성을최소화한다. 미생물의증식의문제점을방지하거나지연시키기위해서조합할수있을경우대기중포장방법의변경, 보존제혼합, Aw 감소및다른기술들이이용 - 우유 : 열저항성을갖는 Q열병원체, Coxiella burnetti를파괴하기위해 62.8 30분, 71.7 15초간가열하는 2가지방법이이용 가열후 4.5로씩혀포장하여유통한다.
32 장열에의한조절 - 아이스크림혼합 (82.3 25초또는 71.2 30분 ) ; 액체달걀 (60 3.5분, 살모넬라 ); 과일주스 (60-70 15분, 80-85 1분 ); 와인 (82-85 1분 ); 산성피클 (ph 3.5; 74 15분 ); 식초 (65.6-71.1, 1분 & 60 30분 ; 내산성세균파괴 ), 게살 (70 10분 ); 저온가공육제품 ( 내부온도 60-70 2시간가열 ) - 말린달걀흰자위, 말린야자열매 가열과정에서 50-70 에서 5-7일 - 발효식품 ( 버터우유, 유산균우유, 요거트등 ) 을위해원유 : 90 30-60분가열처리 고온가공식품 - 가열온도와시간은제품특성과피괴하고자하는특정미생물을대상으로선택 -낮은산성또는높은pH 제품Clo botulinum 포자를파과하기위해 12D 처리 30 시이하에서저장되는한발아하지않는다. 단기간이라도 40 이상에서방치할경우포자는발아할것이다. (Bac stearotheromophilus, Bac coagulans, Clo thermosaccharolyticum, Desulfotomaculum nigrificans 등 ) - 특정한식품의상업적인무균을위해서는요구되는시간과온도는실제적인포장용기에접종하는연구로결정된다. 실험균주는비병원성인 Clo sporogenes를이용하여 Clo botulinum 대신이용 변질을통제하기위해서는 Bac stearotheromophilus 를이용, 열저항성포자
32 장열에의한조절 - 토마토제품과과일제품및산성식품같은고산성또는낮은 ph (4.6이하) 낮은열처리를이용 Clo botulinum 포자는낮은 ph에서발아하거나증식할수없기때문 낮은 ph에서발아하고증식하는포자형성균 (Bac coagulans) 와산성비포자형성균 (Lactobacillus 나 Leuconostoc spp.), 효모, 곰팡이는낮은 ph에서자랄수있고비교적열에민감하다. 이러한제품은 100 에서가열 - 초고온 (UHT) 가공 : 짧은시간매우높은온도에서가열 우유 150 2-3초간가열하고상온 (30 ) 에서보존되며 3개월의유효기간을갖는다 열에강한단백질이나지방분해효소가존재시제품은변질될수있다. 전자레인지가열 - 개발도상국이나선진국에서일반화된방법 냉동제품의해동 ( 수분소요 ) 마이크로파미생물에게치명적이며고온에서파괴 그러나병원체로부터안전할수는없으며이는가열시전체적으로가열되지않고일부분이차갑게남아있을수있기떄문에잠복기를가질수있다.
33 장저온에의한조절 서론 - 저온저장을통하여식품을보존하는방법을전통적으로이용 - 1874년린데에의해가정용냉장고를개발 - 1930년대이후상업적으로이용 - 1980년대냉장식품의관심이증대 - 최근산소불투과포장제, 진공포장기, 혁신적인포장시스템등 60-90일의유통기한 65% 이상이저온자장식품으로확대되었으며이후꾸준히증가예상 목적 - 저온저장 미생물의증식을저해하고줄이는것 열에안정한단백질, 지질분해효소의촉매작용을줄이거나저해 포자발아저해 - 냉동저장 미생물에게치명적이며 90% 이상이사멸 항균작용의기작 - 10 낮아짐으로서세대시간이 2 배낮아짐 (22 60 분 12 120 분 ) 유통기한연장 - -2 까지낮아지면얼음결정체, Aw감소, -20 모든자유수가얼게된다. - 세포막 / 벽의손상, DNA, rrna의분해, 효소의비활성성
33 장저온에의한조절 영향요인 - 과정의성질 - 식품의성질 식품속의구성성분, ph, Aw, 보존제간은미생물저해제의존재는저온저장동안미생물의증식, 치명적인손상, 생존능력에큰영향을미침 - 미생물의성질 그람양성보다는음성균이더치명적임 방법 -냉기 얼음위에올려놓는소매점에서이용 ( 신선한생선, 해산물, 육류, 자른과일, 보투에든채소샐러드, 샐러드, 드래싱등 ) 얼음접촉표면은 0-1 가된다. 단점, 교차오염 - 냉장법 이전에 7 에서 4-5 로바뀜 부패하기쉬운식품은 1 이하가바람직 - 냉동법 최소온도 : -20 의동결상태 드라이아이스 (-78 ), 액체질소 (-196 )
34 장수분활성도저하에의한조절 서론 - Aw : 건조로수분을제거, 소금, 꿀, 전분등용질을첨가하여물과결합 저장기간을연장예 ) 염장생선과고기, 반건조및건조발효소시지, 건조생선과고기. 분유, 치즈, 밀가루, 시리얼, 당밀, 잼, 젤리, 초코릿, 국수.. 목적 - 미생물의영양세포의증식저해와포자의발아및증식을저해하거나줄이기위해 독성곰팡이및세균에의한독소생성도제어 Aw가낮은식품 손상과사멸을증가 항미생물작용의기작 - 총수분은자유수와결합수의형태로존재 결합수는친수성의콜로이드와모세관의수분또는동결상태의얼음결정체로존재하는용질에결합, 생물학적으로기능에이용되지못함 자유수만이미생물의증식에중요 - 미생물은팽압을유지하기위해세포내에서외부보다낮은상태로유지 외부환경의수분활성도가감소하면내부의수분이외부로방출 수분손실은삼투압이나원형질분리의원인 세포성장을억제예 ) 외부 Aw가 0.955 0.950 (0.005) 포도상구균내의수분함량이 50% 감소
34 장수분활성도저하에의한조절 영향요인 - 과정의성질 Aw 와식품에함유된수분의양 ( 수분 %) 는다르다 총수분량보다작다 Aw 를낮추는용질의능력은차이 ( 25 의순수한물에서 Aw 를 0.99 로낮추는데필요한 NaCl, 설탕, 포도당및전화당의양은 1.75g, 15.45g, 8.9g, 4.11g 이필요 ) 글리세롤을제외한다른용질은세포내로들어오지못하므로저해 - 식품의성질 미생물의증식을위한최소 Aw 는액체배지보다식품에서더높다예 ) 포도상구균의경우, 최소 Aw 는액체배지 0.86 새우 0.89 에서증식못함 동일한조건의 Aw 하에서식품성분에따라사멸률에영향을미침예 ) Aw 0.33 에서대장균은아이스크림분말 log 2.8, 말린감자 log 4.8, 커피 log 6 식품에서수화에의한수분발생 부패를유발 - 미생물의성질 미생물의증식, 포자형성, 발아에요구되는최소 Aw 가크게다르다. ( 곰팡이, 효모는세균보단더낮은 Aw 에서성장 ) 그람음성은양성보다높은 Aw 요구 포자의발아는형성조건보다조금낮은 Aw 에서일어난다. 용질이글리세롤일경우다른용질보다낮은 Aw 에서도성장 내염성, 내삼투압성및내건성균은낮은 Aw 에서잘자란다. 대다수또는그람음성 (Aw 0.98); 그람양성 0.97 이하 ; 포도상구균등, 효모, 곰팡이 0.93 이하 ; 내삼투압효모 / 내건성곰팡이 0.86 이하. 0.6 까지성장 ; 그이하에서성장못함
34 장수분활성도저하에의한조절 그람음성
34 장수분활성도저하에의한조절 방법 - 자연탈수 태양열에의한수분이제거, 저비용 ; 효모 / 곰팡이에의한균의성장이가능 건포도, 과일, 채소, 생선, 고기, 우유, 커드및곡물등 - 기계건조 터널건조, 롤러건조, 분무건조등 채소, 과일, 과일주스, 우유, 커피, 차등 - 동결건조 식품의품질에가장영향을적게받는다.; 상대적으로고비용 수분를동결 진공상태 승화에의해제거 채소, 과일, 과일주스, 커피, 차, 고기, 생선등 치사에가까운손상이나생존능력이저하 - 포말건조 표면적증가를위해거품을만들어주고따뜻한공기로건조 달걀흰자, 과일퓌레, 토마토페이스트등액상제품 - 훈제 낮은열로건조하면서표면에연기를침착, 수분제거로인한 Aw 를낮춤 건조, 반건조소시지등저온처리고기제품
34 장수분활성도저하에의한조절 방법 - 중간수분식품 (intermediate moisture food, IMF) 수분함량 10-40%, Aw 0.7-0.9 물을넣지않고먹을수있으며냉장보관하지안고오랜유통기한을가짐 살라미, 반건조및건조소시지, 건조과일, 잼, 젤리, 꿀등 최근 pop tarts, slim jims, soft candies, fruit roll 등 수분과결합하는용질과친수성콜로이드를첨가하여낮은 Aw 와비교적높은수분을보유 미생물의성장을낮추기위해소르빈산, 프로피온산등보존제들이첨가
35 장낮은 ph 와유기산에의한조절 서론 - 미생물의성장을억제하기위한낮은 ph ph 를낮추고항균효과를주는유기산을적용 - 유기산 천연유기산 ( 구연산, 벤조산및소르빈산 ), 발효유기산 ( 초산, 젖산, 프로피온산 ) 목적 - 유기산을이용한항균작용의목적 ph 를낮추어미생물의증식을억제 ph 5 이하로낮추면일부세균은손상을입고사멸 항균작용의기작 - 유기산의항균작용 비해리분자와해리이온의복합작용에의해이루어짐 - 세포내부의 ph : 산성균 (6.5-7.0), 중성균 (7.5-8) 외부의 ph 가 1 단위로변할때내부는 0.1 단위로감소 세포막을통하여 ph 0.5-1 단위의구배와 20mV 의양자구배 양성자동력을형성 - 유기산이해리될때생성되는 H+ 이온이증가 세포막의양성자구배가방해를받게되고 양성자펌프를통하여양자를이동하여에너지고갈을유도 분자간의이온결합에분리하게작용하여기능을방해 - 영양소운반과에너지생성을방해받고결과증식을저해 고분자에가역또는비가역적손상으로치상또는치명적인손상을준다 포자형성균의경우포자막의 Ca2+ 을 H+ 로대체하여포자를불안정하게만든다
35 장낮은 ph 와유기산에의한조절
35 장낮은 ph 와유기산에의한조절 영향인자 - 산의성질 약유기산은그들의 pk 차이에의한항균효과가다양 높은 pk 를갖는산은식품의 ph 에서비해리분자의양이비율적으로높고항균작용이더크다. 산의항균효과 : 초산, 프로피온산, 젖산구연산순으로나타남 4 종은물에대한용해도가높고벤조산 (50g%), 소르빈산 (0.16g%), 파라벤 (0.02-0.16g%) 물에대한용해도가낮아동일농도에서다른효과를가짐 친지질성에차이 : 초산과프로피온산은젖산보다친치질성이높아항균효과가높음 다른보존재와병용할때상승효과 ( 벤조산을니신과함께사용등 ) - 식품의성질 낮은 ph 에서더억제효과가있다. - 미생물의성질 최소한계 ph 는매우다양 ( 표 35.2) 그람음성 > 그람양성세균 > 효모 = 곰팡이 효모와곰팡이 : 프로피온산과소르빈산에특히민감 세균은초산에민감 낮은 ph 에서세균포자 : 열에민감, 증식의최소 Aw 에서발아와증식을못함 NO2 에저해는낮은 ph 에서뚜렷이나타남
35 장낮은 ph 와유기산에의한조절
35 장낮은 ph 와유기산에의한조절 산의이용 - 초산 5-10% 식초, 피클, 샐러드드레싱, 소스에 25% 또는나트륨, 칼슘염의형태로이용 세균에효과적, 비해리저해농도 ( 살모넬라 0.02%, 포도상구균 0.01%, B. cereus 0.02%, Aspergillus 0.1%, Saccharomyces 0.5%) 세포막의양성자동력저해및단백질변성 - 프로피온산 빵, 제과, 치즈, 잼, 젤리, 토마토퓌레 (0.1-0.2%) 곰팡이와세균에효과적 (0.05%) 이나효모에는비효과적 세포질의산성화, 막의양자구배비안정화 - 젖산 탄산음료, 샐러드드레싱, 절임채소, 가공육제품, 소스에 2% 초산, 프로피온산, 벤조산소르빈산보다는덜효과적 ( 구연산보다는효과적 ) 세균에효과 ( 효모와곰팡이 x); 막의양자구배중성화에의한저해효과 - 구연산 비알콜성음료, 잼, 젤리, 제과, 치즈, 채소캔, 소스에 1% 또는그이상 세균, 효모곰팡이에대해젖산보다덜효과적 (2 가양이온을착화로항균효과 ) - 소르빈산, 벤조산, 파라벤
35 장낮은 ph 와유기산에의한조절 산의이용 - 소르빈산, 0.05-0.2%, 세균보다는효모와곰팡이에효과적 효소의기능과구연산회로에대한저해작용 세포벽, 단백질, RNA, DNA 합성방해 - 벤조산 0.05-0.2%, 효모와곰팡이에더효과적, 해리및비해리산둘모두에의해발생 비해리산저해농동 : 세균 (0.01-0.02%), 효모와곰팡이 (0.05-0.1%) 저해작용은산화적인산화에필요한효소의기능을저해, 막전위파괴, 단백질기능저해 - 파라벤 높은 pk 값으로높은 ph 에서그리고세균, 효모, 곰팡이에대해효과적 (0.01-0.1%) 비해리산의저해농도미생물에 0.05-0.1% 효소의기능을저해, 막지질분해 ( 영양소운반방해 ), 단백질, RNA/DNA 합성방해
36 장공기환경의수정에의한조절 ( 감소된산화환원전위 ) 서론 - 식품가공품저장을위한기체환경변화는 20세기초에개발 1920-30 : 4-100% 고농도 CO 2 사용 ( 곰팡이증식감소 ) - 플라스틱재질을이용 진공포장, 가스및혼합가스충진이가능 - 최근신선제품의소비자요구증가 1. Controlled Atmosphere packaging (CAP) 공기환경변경, 가스농도를모니터링하여조절, 고비용, 과일및채소의선도를장기간유지 2. Modified Atmosphere packaging (MAP) 높은수준의가스환경조절이필요없음. 공기를제거한후특정가스및혼합가스를대체 3. Vacuum packaging 공기를제거한다음밀봉 ( 진공포장 ) 목적 - MAP : 바람직하지않은미생물의증식을억제하거나줄이는것 신선식품에서효소작용과호흡작용을늦추는데도움 - 진공포장, 100% CO 2, 100% N 2 또는 CO 2 와N 2 의혼합가스치환 곰팡이, 효모및호기성세균의호기성증식을제어 통성혐기성, 혐기성세균은자랄수있다.
36 장공기환경의수정에의한조절 ( 감소된산화환원전위 ) 항균작용의기작 CO 2 가 20-100% 고농도로단독사용되거나 N 2 또는 O 2 와혼합 유통기한을증가 CO 2 의급속한세포침투력, 세포투과성변경, 세포내 ph 의저하와용해도증가 성장감소 단점 Clo botulinum 의증식을촉진 영향인자 - 과정의성질 가스치환에서신선육의경우 CO 2 와 N 2 는약간의산소와혼합으로이용 N 2 는불활성의충진제로, O 2 는고기의붉은색인산화미오글로빈을부여 CO 2 는항균효과 20% 미만의 CO 2 : Pseudomonas, Acinetobacter, Moracella 속호기성증식을억제 일반적으로 40-60% 의 CO 2 더좋은결과를주며어떤경우 100% CO 2 가이용 - 미생물의성질 적합한보존제, 저 ph, 낮은 Aw 또는이들조합 미생물의증식을억제 방법 - 진공포장 소고기, 돼지고기, 양고기, 닭고기, 칠면조등신선육과가공육제품의소분포장에이용 적색육의경우환원되어자주색으로변하는단점 냉장보관 : 신선육 (3-4 주 ), 가공육 (8 주또는그이상 ) 통성혐기성및혐기성균등에단점 효모, 곰팡이의증식을억제하기위한치즈, 소시지, 저 ph 양념에이용
36 장공기환경의수정에의한조절 ( 감소된산화환원전위 ) - 가스치환 유럽에서많은냉장식품의유통기한연장을위한벌크및소분포장에이용 미국, 생파스타, 제빵, 조리된가금류제품, 조리된달걀제품, 생선, 해산물, 샌드위치, 생고기채소등 약간의산소와함께 CO2와 N2를혼합 붉은고기의포장에이용 생고기 (75% CO 2 15% N 2, 10% O 2 Pse fragi 증식억제효과 CO 2 단독 : 유산균의증식촉진 N 2 와CO 2 ( 유산균과함께 Bro thermosphacta, 장내세균군등이발견 ) 약간의산소가존재시 ( 유산균,, Pseudomonas 속이분리 ) 신선제품 : 4주또는그이상, 가공제품 : 8주또는그이상
37 장항균성보존제에의한제어 목적 - 화학적항균제 : 원하지않는미생물을죽이거나그들의증식을먹거나지연시키기식품에상대적으로적게사용된다. 영향을미치는요인 - 요건 화합물은원하는항균특성을가지고있어야하며 식품에일반적인질 ( 질감, 맛또는색상 ) 에영향을미치지않아야한다. 식품성분과상호작용을하거나비활성상태가되지않아야한다 저장시 ph, Aw, Eh 와저장온도에서높은항균성을가져야하며안정적이어야한다. 경제적이며쉽게사용 항균보존제의예 - 질산과아질산 아질산염과질산염 육류보존물질 Clo botulinum 증식과독소생산을제어, 가스분출제어 항균작용기작은정확하지않음 ( 발아중인포자, 철이용제한, 막투과성방해등 ) 200ppm 에서포도상구균, 대장균, 슈도모나스및장내세균속을제어
37 장항균성보존제에의한제어
37 장항균성보존제에의한제어 - Sulfur dioxide(so2) 와 sulfites(so3) -H2O2 -Epoxide - 산 - 파라벤 - 젖산세균의박테리오신 - 디아세틸 - 이산화탄소 - BHA, BHT, TBHQ - 키토산 -EDTA - lysozyme - 모노라우린 (glycerol monolaurate) - 항생제 (Tetracyline, natamycin, Tylosin) - 나무훈연 - 향료
38 장조사에의한제어 서론 - 조사와방사능 전자기스펙트럼의에너지 파장 ( 짧을수록높음 ) 가시광선 (400~800nm) 장파장 (800nm 이상 ) 라디오, TV, 전자레인지및레이더 단파장 (300nm 이하 ) UV, X-, 베타, 감마 - 선 (40cm, Co, Sc) 살균효과 - 식품에서조사의사용 10kGy 수준의조사를권장 200 개이상의식품 ( 고기, 생선, 채소, 과일, 곡물등 ) 에허용 소비자인식부족으로저항 경제적이고, 효과적인보존방법 목적 - 미생물의이온화파괴 곰팡이, 효모, 세균및포자, 바이러스를파괴 벌레, 곤충및유충을파괴 식물의싹이돋는것을방지 독소나효소를파괴할수없는단점 비열처리로식품품질의손상효과는없음 항균작용의기작 이온화방사선 미생물에직 - 간접적인효과 DNA 의손상 ( 수소 / 수산기라디컬생산 결합을파괴 ), 막과구조물에손상
38 장조사에의한제어
38 장조사에의한제어 영향을미치는요인 - 과정의종류 감마선 식품보존에효과적이며경제성을가짐예 ) 60 Co 항균효과는산소부재 ( 산화반응감소 ), 수분활성도가낮 ( 자유라디컬형성감소 ) 그리고냉동시 ( 물분자감소 ) 감소효과가나타남 - 식품의종류 감마선은 40cm의침투능력 ( 종이, 플라스틱, 캔등침투 ) 냉동, 건조, 혐기적으로포장된식품 원하는항균효과도달, 높은양필요 건조, 고압, 낮은온도, 낮은 ph 등은효과를증진 - 미생물의종류 방사선에대한반응은다양 크기 : 곰팡이 > 세균 > 바이러스, G->G+; 간균 > 구균 ; 호기성포자 > 혐기성포자 D값에의해사망률결정 독소는파괴되지않음
38 장조사에의한제어 방법 - 용량 그레이 (Gy, 식품 1kg 이 1J 의에너지를흡수 ); 100 라드에해당 식품조사 : 10,000Gy 까지는안전하다고간주 범위적용대상 곤충 1 < 1 과일, 곡물, 윣류와생선 곰팡이효모, 세균 0.5-10 1-10 일반세균과병원성균 세균포자 10-50 >10 향신료와조미료 바이러스 10-200 구체적인용어 - 방사선멸균 높은 ph, 높은수분활성도식품 ( 고기, 생선 ) 에서그람음성저온발육세균 낮은 ph 와낮은수분활성도식품 : 효모, 곰팡이, 부패세균을파괴 적용 ~1kGy - 방사선조사살균 2.5-5 kgy; 식물을이용한병원균의파괴목적 세균과곰팡이에효과적, 포자는파괴되지않음
38 장조사에의한제어 - Radappertization Clo botulinum 포자파괴 (~30 kgy), 12D 열처리와유사 -현재권장사항 신선과일, 채소, 고기및생선 37개국에서승인 ( 프랑스, 벨기에, 네델란드등 ) 미국은군대, 단기간우주식품에적용. 지속적으로증가 1985 향신료, 밀가류 ( 곤충파괴 ), 밀및감자 ( 발아방지 ) 1986 신선음식 ( 과일및채소의애벌레파괴 ) 1992 가금류및그부속물 ( 살모넬라파괴 ) 과일 ( 딸기, 망고, 파파야 ), 가금류등이판매 제품에는방사선조사식품에대한표기를의무화 - UV 방사선 200-280nm의빛 ; 낮은침투성으로표면, 공기및공장의표면, 벽, 선반및장비에적용 얇은층의물과시럽과같은액체에적용
38 장조사에의한제어
39 장새로운가공기술에의한제어 가공방법들의요약 - 마이크로파와무선주파수가공 전자파에식품을노출 마이크로파 (915 및 2450 MHz) 와무선주파수 (13.6, 27.1, 40.7 MHz) 유전체와이온기작에의해내부열을생성 ; 열증가는빠르지만균질성이낮음 전자레인지 : 재가열, 해동목적으로이용 ( 살균과소독에적용 ) 산업적적용 : 냉동제품의해동등에이용 - 저항과유도가열 저항가열 : 저항가열에의한전류를식품에접촉하여식품을가열살균및소독에적용가능성 유도가열 : 진동하는전자기장을만들에전기전류에의해식품을가열 - 펄스전기장 ( 비가열 ) 두개의전극사이에존재하는높은강도의전기파동을응용 미생물을비활성화 - 고압처리 (High Pressure Processing, 비가열 ) 물이채워진닫힌공간에포장된식품을넣고가압을가하는것 - 광펄스기술 ( 비가열 ) 식품표면미생물에고에너지광펄스에의해비활성화 170-2600nm 파장의광펄스는아주짧은기간 (<0.01 초 ) 동안사용 식품접촉표면, 포장재, 치즈, 가공육류, 베이커리제품등
39 장새로운가공기술에의한제어 - 펄스전기장 ( 비가열 )
39 장새로운가공기술에의한제어 - 진동자기장 ( 비가열 ) 비닐을이용한밀봉식품은짧은시간동안 1-100 펄스를받는동안진동자기장 (<500 khz) 에노출 2-3 로그의미생물이불활성화 우유, 요구르트, 오랜지주스, 밀가루반죽에사용 자기장노출동안 DNA 손상 - 초음파 초음파분쇄에의한미생물세포파괴를응용 고주파음파를생성 세포내진공현상의결과세포구조와기능을방해 50 이상의열을초음파와함께사용시살균효과를향상 외적으로질감, 점도, 두께및성분을결정하는수단으로연구 - 고전압아크방전 고전압전기에너지 식품에존재하는전극의간격을통해빠른속도로아크의형태로방출 온도증가와함께전기유압충격을형성 막손상 - 펄스 X- 선 일반적인방사핵종 모든방향과시간에방사선을방출 비경제적, 위혐성 가공시필요한즉, 원하는방향으로생성 가공시짧은시간에고에너지를생성함으로서미생물을비활성화 20 에서미생물세포와포자를 5-6 log 파괴
39 장새로운가공기술에의한제어 펄스전기장 - 높은자기장펄스 세포막손상 파괴 (2-20ms 동안 15-25 kv/cm 전기장세기 ) 포자의파괴를위해서는더높은전압과시간을요구 온도증가 (60 또는그이상 ) + 펄스증가 파괴세기를증가예 ) 우유 (20 kv/cm, 20 ms 동안 20 펄스의처리, Lac brevis 4 로그감소오랜지주스 (4.7 kv/cm 20 ms 동안 5 펄스의처리, Sac cerevisae 4 로그감소 - 유제품, 과일주스, 액상란제품등 사과주스 : 45, 50 kv/cm, 2 ms 동안 10 펄스의처리, 4 에서 28 일동안유지 ( 신선 21 일 ) 오랜지주스 : 32 kv/cm 로적용 3-4 로그감소, 4 에서 90 일동안유지 탈지우유 : 50 kv/cm 적용 L. innocua 2.5 로그감소 ; 리신첨가시 3.4 로그감소 우유 : 대장균과 L. monocytogenes 3 및 2.5 로그저감 액상달걀 : 36 kv/cm 2.7 로그감소 - 고온 (70-80 ), 낮은 ph, EDTA, 라이소자임등함께처리시 포자불활성화 80 열충격, 라이소자임, 60 에서펄스처리 B. subtilis 포자 3-4 로그감소
39 장새로운가공기술에의한제어 정수압처리 - 역사 물로채워진폐쇄용기에서높은수압 (100-800 MPa) 에노출되면빠르게죽는다. 1890 B. Hite 식품보존을이해높은수압으로미생물을파괴효과를연구효모, 곰팡이, 젖산균, 병원성미생물및포자, 바이러스, 원생동물, 기생충등 가압시간, 온도, 그리고항미생물제, ph 및수분활성도등여러변수의효과병용, 단위 : 1 atm; 1 bar; 14.5 psi; 750 torr; 100 kpa; 0.1 MPa
39 장새로운가공기술에의한제어 - 방법, 미생물불활성의메커니즘그리고장점 물이나약간의오일을포함하는물에ㅓ포장된고체또는유동식품에서폐쇄된용기내에동일한액체를이용해압력을가하는것 압력은폐쇄용기를통하여전달되고높이거나낮추는데걸리는시간은짧다. 재료의부피를압축 (200-700MPa 10-15%) 감압시원래상태로복원 불활성화 지질이중층의위상전이와이온결합의파괴, 소수성상호작용, 분자의수소결합을유도 감압시기존의성질이변하여 불활성화원인 세포막의손상이세포사망, 세포벽, DNA, RNA 손상의주요원인으로작용 700 MPa 의높은압력 포자는발아과정과관련된효소의불활성 증식못함 200-300 MPa 낮은압력 포자의열충격발아와유사한과정에의해발아유도 특징 : 매우짧은시간, 적은에너지, 적은공간, 열처리보다안전 분자의공유결합에영향을미치지않음 : 비타민, 안료및저분자들은영향을받지않음 - 미생물세포파괴 세균세포 - 민감도 : 그람음성 > 그람양성, 간균 > 구균, 종간 - 열처리에는민감도를가지나, 압력처리에는저항성을가질수있거나또한반대 - 압력저항 : 높은일관성, 낮은수분활성도, 높은 ph, 배지의높은지질특성으로증가 - 생존능력손실 : 가장적은효과를갖는시간에서압력, 온도및시간이증가할때 증가 - 가압도생존세포에서준치사부상을유도 - 적합한항균요소 ( 물리 - 화학 ) 생존능력손실을유도 300 Mpa 이상 + 45 또는그이상 1 차반응속도론예 ) D 값 : 345 Mpa, 50 = < 0.6 5-6 log 감소가 5 분안에달성항균요소첨가 ( 박테리오신 ) 1-3 log 추가
39 장새로운가공기술에의한제어 세균내생포자 - 포자불활성화는가압수준 (700 MPa 이상 ), 온도 (70 이상 ), 시간 (30 분이상 ) 에서정비례 - 종의포자와계통 : 압력저항에차이 - Bacillus < Clostridium - 휴면또는우점포자는더압력에저항성 - 높은농도의비이온성용질과이온용질, 낮은수분활성도, 높은 ph 에서저항성이증가 - 낮은압력 (~300MPa) 에서일부포자는발아와증식할수있으며하나또는그이상의물리 - 화학적항균요소에의해제거 800 MPa 와 60-90 의가압온도에서 5 로그주기의불활성화를 10 분내에달성하기어렵다 항균요소와결합시증가, 1 차가압후재가압처리를통하여살균효과를증대 곰팡이, 효모, 바이러스및기생충 - 효모와곰팡이 : 300-350 Mpa, 10 분 4-5 로그제어 400 MPa, 40 에서두번의가압으로제어 - 제조산업에서원생동물및기생충에대한연구결과는없음 - 식품가공에의응용 새로운제품개발, 가공기술및항균적용에대하여표에요약 상업적으로생산되는제품 ( 표 39.2) 항균제와혼합시효과 ( 표 39.3) Bacillus cereus, Clostridium spp. 포자를접종 (10 6 /g) 90 에서전가열 690 Mpa 에서 1 분가압 감압 (1 분 ) 재가압 (1 분 ) 합격품질의제품을생산
39 장새로운가공기술에의한제어
39 장새로운가공기술에의한제어
39 장새로운가공기술에의한제어
40 장혼합방법에의한제어 서론 - 온도, 수분활성도, ph, Eh 와여러보존제 미생물의증식과생존에영향 - 긴유통기한을가짐으로서 신선하고, 자연적이며, 건강에좋고편리하며엄격히가공되거나보존된식품을소비자들이선호 낮은염분, 당, 지방, 냉장고나서늘한곳심지어상온에서오랜기간저장될수있고, 손쉽게먹거나, 전자레인지에의해데울수있는식품의생산에관심이증가 항균작용의기작 - 부패및병원성미생물로부터보호되어안전및안정성을가진제품 저장기간제어되어야함 - 두개혹은그이상의항균요소가개별적요소 ( 온도, ph, 수분활성도 ) 로작용 일부미생물의증식이가능 이러한요소들을조합하여적용시 미생물은증식하기어려움 - 고유요소 ( 수분활성도, ph, Eh, 억제제 ), 가공요소 ( 가열, 건조, 발효및방부제 ) 외부요인 ( 온도및오기나혐기환경 ) 현재상태 - Low-heat processing 100 이하의낮은열 병원균및부패균의포자를죽일수없다 ph 4.5 이하, NO2 및 NaCl 이첨가 열처리를받은포자는발아할수없다.
40 장혼합방법에의한제어
40 장혼합방법에의한제어 - 저온저장 Clo botulinum : 35, Aw 0.95에서증식 20, Aw 0.97까지증가하지않으면자랄수없다. Lis monocytogenes : 25 에서 6.5% NaCl을포함하는배지에서 2일미만성장 14 에서는자라지않음 -낮은pH Clo botulinum : ph 7.0, 37, Aw 0.94에서증식 ph 5.0으로낮아지면 20, Aw 0.99에서도자랄수없다. 아세트산, 프로피온산, 젖산 염산이나인산보다효과적 아세트산과프로피온산 > 젖산 - 수분활성도 (Aw) S aureus Aw 0.8, 높은 ph 증식 ; ph 4.6 에서는 Aw 0.93 이라도자랄수없다. - Modified Atomosphere 진공포장식품 호기성은억제, 통성혐기성은감소 ; 그러나혐기성균은증식이가능 낮은 ph, Aw, 보존제등의다른요소들을적절히사용
40 장혼합방법에의한제어 - 방부제 NaCl, BHC( 산화방지제 ) 와같은보존재 살균활동을증가 유기산은낮은 ph에서효과적 박테리오신 ( 단백질분해효소에의해파괴 ) 산, SDS, EDTA 등함께사용시살균력증가 - 정수압과정 (HPP) 항균효과 중온열, 낮은 ph, 박테리오신과키토산을함께사용함으로서증가 포자 아주높은압력 (700 Mpa) 아니면파괴시키기어렵다. 낮은압력으로처리포자발아가유도 높은압력, 중온열, 박테리오신및항균요소들을혼합적용하여억제