02 식품과미생물
미리보기 1. 식품에관여하는미생물세균 (Bacteria) / 곰팡이 (Fungi) / 효모 (Yeast) / 바이러스 (Virus) / 원생동물 (Protozoa) 2. 미생물증식과식품의변질토양미생물 : Bacillus, Clostridium, Micrococcus, Pseudomonas, Acinetobacter 등수생미생물 : Aeromonas, Vibrio, Achromobacter, E. coli, Alcaligenes 등공기중미생물 : Bacillus 등분변미생물 : Escherichia, Lactobacillus, Clostridium, Enterobacter 등 3. 식품품질및위생에관련된중요한미생물바실러스속, 락토바실러스속, 마이크로카커스속, 슈도모나스속, 대장균속, 프로테우스속, 세라티아속, 황색포도알균속, 비브리오속, 클로스트리듐속등 4. 식품위생오염지표미생물대장균군 (Coliform), 대장균 (Escherichia coli), 장알균 (Enterococcus) 5. 미생물생육에영향을미치는요인 : 온도, 산소, 수소이온농도, 식품의물리적구조, 천연항미생물물질
2.1 미생물의종류및특성 세균 (Bacteria) 식품에관여하는미생물 세균 (Bacteria) 곰팡이 (Fungi) 효모 (Yeast) 바이러스 (Virus) 곰팡이 (Fungi) 효모 (Yeast) 바이러스 (Virus) 원생동물 (Protozoa) 원생동물 (Protozoa)
2.1 미생물의종류및특성 (1) 세균 (Bacteria) 세균의형태및생리적특성 구균 간균 세균의형태 나선균 : 둥글거나타원형의알균 ( 구균, coccus), 막대균 ( 간균, rods), 나선균 (spirals) 등 크기 : 알균 (0.5 1.0 um) / 막대균 (0.5 1x3 um) 최적수분활성도 : Aw 0.96-0.99 중성또는약알칼리에서잘자라고, ph 4.5 이하의산성에서는억제 증식온도 : 고온균 (45 75 ) / 중온균 (25 45 ) / 저온균 (0 25 ) 호기성균 (aerobes), 혐기성균 (anaerobes), 통성혐기성균 (facultative anaerobes) 등 영양요구성 : 독립영양생물, 종속영양생물
(1) 세균 (Bacteria) 그림 2-1. 원핵세포의구조
(2) 곰팡이 곰팡이 (Mold) 의형태학적특성 절대호기성 (obligate aerobes) 다세포생물이며, 사상균류임 균사나포자에의해서증식하며육안으로식별이가능 균사체는지름 5 μm 정도되며실같은형태의균사가있음 원형질은다핵덩어리또는격막을가지고있음 세포벽은다당류인키틴 (chitin) 이나셀룰로오즈 (cellulose) 로구성되어있음 곰팡이의생리적특성 수분활성도 (Aw) 0.8 이상에서증식이가능하며일부는 0.61 에서도증식가능 ph 2.0 9.0 의증식범위를지니고, 산성영역에서잘증식 생육최적온도범위는 25 30 인중온성이며, 증식속도는세균보다느림 세균이증식하지못하는건조식품 ( 수분 13 15%) 에서도온도가적당하면증식가능 절단된균사나포자에의해증식 분생자, 포자낭포자와같은무성포자와자낭포자, 접합포자와같은유성포자가있음 식품위생과관련된곰팡이 접합균류, 자낭균류, 불완전균류등 Aspergillus, Penicillium, Fusarium 속등은독소를생성하여식중독을유발함
(2) 곰팡이 ( 계속 ) 그림 2-2 곰팡이의일반적인형태 -1
(2) 곰팡이 ( 계속 ) 그림 2-2 곰팡이의일반적인형태 -2
(3) 효모 효모의형태및생리적특성 수분활성도는곰팡이보다는다소높아 Aw 0.85 까지증식이가능 증식할수있는 ph 범위는 ph 2.0 8.5 로세균보다넓음 생리적인특성은곰팡이와비슷하나혐기적인조건에서도성장가능한점이다름 효모의크기 : 5 10 μm 정도임 형태 : 구형이나타원형및소시지형등필라멘트나균사를형성하지않는단세포생물 세균보다는크고곰팡이보다는작은세포임 무성생식에의한출아법 (budding) 으로증식 진핵세포 (eucaryotes) 이며진균류에속함 식품에서효모의역할 긍정적인면알코올발효능이높아주류의양조, 제빵등에이용균체는식용및사료용단백질, 핵산조미료, 비타민등의생산에이용탄화수소를탄소원으로하여단세포단백질 (single cell protein) 을생산 부정적인면버터, 치즈, 요구르트등유제품이나, 소금, 설탕등절임식품의숙성과부패원인균 Candida albicans 와같은피부질환원인균세균이나곰팡이와는달리식중독유발등식품위생상의위해는낮은편
(3) 효모 ( 계속 )
(4) 바이러스 (Virus) 바이러스의특성 크기가 0.02 0.3 μm 정도로전자현미경으로만관찰할수있음 DNA 나 RNA 중한종류의핵산과그것을보호하는단백질이있음 독자적인대사기능은없고반드시살아있는숙주세포내에서만증식하는 절대기생성생물임 식품중에서는증식하지못함 항생제에대한감수성이없어간염이나 AIDS 에감염되었을때치료에어려움이큼 식품의품질에는영향을미치지않지만박테리오파지는발효산업에이용하는세균 이나방선균에침입하여발효균의용균, 증식억제등여러문제를일으킴
(5) 원생동물 (Protozoa) 원생동물의특성 원충이며호기성을지니고세포의크기가 2.0 20 μm 인단일세포 건조에대한저항성이매우낮으며엽록소가없음 형태는구형, 원추형, 엽상형등으로이루어져있음 편모충류 (flagellates) : 리슈마니아 (leishmania) 근족충류 (amoeba) : 이질아메바 (Entamoeba histolytics) 포자충류 (sporozoa) : 플라스모디움말라리아 (Plasmodium malariae) 섬모충류 (cillates)
2.2 미생물증식과식품의변질 미생물오염원 토양미생물 수생미생물 공기중미생물 분변미생물
2.2 미생물증식과식품의변질 ( 계속 ) 미생물오염원 1차오염 : 생산환경인토양, 바다, 강, 공기등의자연환경에서식하는동물및식물에존재하는미생물에의해오염이일어남 2차오염 : 식품의취급및가공, 저장및유통보관중에증식하는미생물에의하여오염이일어남 * 부패 (Putrefaction) 단백질등이부패미생물의작용에의하여분해되어하급의화합물질로변화되는현상 * 발효 (Fermentation) 탄수화물등이미생물의작용으로분해되어각종유기산이나알코올등을생산하는현상
(1) 토양미생물 Bacillus Aspergillus 토양 1 g당 10 6 10 9 정도가존재하며, 약 90% 정도가세균임 토양속보다는표면에균수가많고방선균, 곰팡이, 효모, 조류등이함께분포함 식품을오염시키는주된토양미생물및곰팡이 - 토양미생물 : Bacillus, Clostridium - 곰팡이류 : Aspergillus, Penicillium, Mucor 및 Rhizopus 등 토양으로부터오염되기쉬운식품으로는어패류, 과채류, 곡류, 유제품, 육류등.
(2) 수생미생물 ( 대부분저온균또는호냉균 ) 담수세균 하천, 늪, 연못, 저수지등에서식하며생선, 어패류의부패에관여 식품오염경로는담수어를생식하거나오염된물을식수로사용하는경우 담수세균류는저온세균으로 Pseudomonas, Aeromonas, Flavobacterium, Achromobacter, Alcaligenes 등 Pseudomonas 해수세균 소금농도가 1 3% 인해수에서잘증식하는호염세균 (halophiles) 이주종 연안, 외양, 조류, 수심등에따라고유의미생물상이형성됨 저온세균 (psychrotroph) 이주종으로해수의표면과근해에많이서식함 장염비브리오 (Vibrio parahaemoliticus) 균이나패혈증을유발하는 V. vulnificus 균이대표적 ( 어류나패류의직접적인오염원 ) V. parahaemoliticus 하수세균 민물, 흙, 분변등에서유래하는세균으로다양한미생물균총을형성 하수는토양, 동물의분변, 가정폐기물등에오염된미생물로부터유래됨 유기물이풍부하며부패세균이증식하기쉬워하수 1 ml 중에는수만 수백만마리 분변에서유래하는 E. coli, Proteus 등, 토양에서유래하는 Klebsiela, Enterobacter, Bacillus, Clostridium 등 E. coli
(3) 공기중미생물 Bacillus cereus 토양이나먼지로부터오염된많은종류의미생물이비산하여존재 건조한환경이나자외선등에저항성이강한미생물이살아남아고유한균총을형성 대부분 Bacillus와같은그람양성, 포자형성세균과진균류의포자, 연쇄상알균등 가공중식품표면에낙하하여 2차오염을일으키고식기나용기등에부착하여간접오염
(4) 분변미생물 Enterobacter Escherichia 위, 소장, 대장등에는각각다른세균이미생물균총을형성하여서식 분뇨처리시설의미비나분뇨의불법방류등으로토양이나하천이오염 Escherichia, Lactobacillus, Clostridium, Enterobacter 등이주종 대장균이나장구균은동물의분변이식품에오염되었는지를확인하기위한오염지표균
2.3 식품품질및위생에관련된중요한미생물 Bacillus속 Lactobacillus속 Micrococcus속 Pseudomonas속 Escherichia속 Proteus속 Serratia속 Staphylococcus속 Vibrio속 Clostridium속
(1) 바실러스 (Bacillus) 속 B. cereus B. subtilis 호기성또는통성혐기성이며내열성의내생포자 (spore) 형성 단백질과전분분해력이강한것이많아식품을변패시키고산과가스를생성하여특이한냄새를발생 대표적부패균은고초균 (B. subtilis) 이며육류및어육제품, 빵, 우유, 유제품, 채소, 밥등에서증식하여부패의원인 대표적병원균은식중독을유발하는 B. cereus와인수공통전염병을일으키는탄저균 (B. anthracis) 이있음 내열성포자는 100 에서 3시간이나 120 에서 1시간가열해야사멸시킬수있음
(2) 락토바실러스 (Lactobacillus) 속 미호기성이며운동성이없고색소를생성하지않는무포자균 젖당을분해하여젖산을생성하는젖산균 (Lactobacillus균) 젖산균은유익한세균이많은데, 특히 L. bulgaricus, L. acidophius, L. casei 등은치즈나젖산음료의발효균으로맛, 향, 보존성등을향상 우유와버터를변패시키고육류, 소시지, 햄등의표면에점질물을생성하는등부패를일으키기도함 L. acidophius L. bulgaricus L. casei
(3) 마이크로카커스 (Micrococcus) 속 호기성및통성혐기성균 단백질분해력은강하나전분분해력은약함 공기, 물, 해수, 유제품, 젖, 육류등에널리분포되어있으며 식품부패의대표적인균 내염성이강하고수분이적은식품에서잘증식 육제품등에서표면에점질물을생성하는부패균이며병원성은 없음
(4) 슈도모나스 (Pseudomonas) 속 그람음성간균으로호기성이며종속영양균속 저온에서도증식이가능한호냉균이며단백질과유지분해력이강함 형광성색소나황색, 적색, 갈색등의색소를생성 육류, 육가공품, 우유, 달걀, 어패류, 채소류등에중요한부패균 P. fluorescens는저온에서생육하며지방과단백질을분해하여냉장고에보관된 우유, 고기, 달걀및해산물등에부패를일으키는원인균
(5) 대장균 (Escherichia) 속 호기성또는통성혐기성이며무포자간균 젖당을분해하여산과가스를생산하는장내세균과에속하는세균 Escherishia, Enterobacter, Klebsiella, Citrobacter 등 식품, 물, 토양등에서쉽게검출되는부패세균이며식품의 분변오염의지표균
(6) 프로테우스 (Proteus) 속 통성혐기성이고장내세균과에속함 단백질분해력이강하여육류의부패균으로잘알려져있음 P. morganii는강력한알레르기성식중독원인균 (7) 세라티아 (Serratia) 속 색소를생산하는장내세균과 (Enterobacteriaceae) 에속함 토양, 하수, 수산물등에널리분포하나식품에는많이분포하지않음 빵, 우유, 육류등에서잘번식하며적색색소를생성 S. marcescens는단백질분해력이강한부패균으로생선, 어묵, 쇠고기등의부패원인균 수산연제품의표면에적변을일으킴
(8) 황색포도알균 (Staphylococcus) 속 그람양성무포자알균으로호기성및통성혐기성 화농성질환의병원균이며황색포도알구균은독소형식중독의원인균 (9) 비브리오 (Vibrio) 속 통성호기성이고편모를가지고있으며대부분해수에서발견 V. cholera는인간에게콜레라를, V. parahaemolyticus는장염비브리오식중독, V. vulnificus는비브리오패혈증일으킴. (10) 클로스트리듐 (Clostridium) 속 그람양성간균이며, 내열성포자형성 편성혐기성이며, 편모 (flagella) 로운동 육류, 육류가공품 ( 소시지, 햄등 ), 어패류, 채소류, 통조림등을부패 Cl. botulinum이나 Cl. perfringens는사람에게식중독을일으킴
2.4 식품위생의오염지표미생물 분변에다수존재하며병원균과항상공존하는세균을오염지표균 오염지표미생물은식중독균의공존가능성을시사하며부패균의오염가능성 대표적오염지표균 : 대장균군 (Coliform) 대장균 (Escherichia coli) 장알균 (Enterobacter) 통성혐기성균으로호기적조건하에서성장이빠르고다른균과구별이가능하다는특성
(1) 대장균군 (Coliform) 젖당을분해하여산과가스를생성하는호기성또는통성혐기성균 사람이나동물의장속에존재하는대장균과그와비슷한균을통틀어대장균군이라말함. 분변유래균인 Escherichia속, Klebsiella속, Citrobacter속등과, 분변과는관계없이토양이나식물에서유래하는엔테로박터 (Enterobacter) 속, 에르위니아 (Erwinia) 속등 식품에서대장균군이검출되었다는것은그식품이분변에오염되어있을가능성이큼 가열처리식품에서대장균군이검출되면가열후에식품이비위생적으로취급되었다는증거
(2) 대장균 (Escherichia coli) 대장균군중에서인축의분변에서유래하는대장균으로대장균과분변그리고장내병원균들사이에는밀접한관련이있음 식품으로부터대장균이검출되면이는식품이분변에의해오염되었음을확실하게추정 대장균군이나대장균은가열이나동결에저항성이약하기때문에가열식품이나동결식품에대장균을단독으로지표미생물로사용하는것은더큰문제를가져올수도있음
(3) 장알균 (Enterococcus) 통성혐기성, 카탈라아제 (catalase) 음성 산소가필요하지않으나산소가풍부한환경에서생존이가능하고 병원성없음 건조, 고온, 냉동등환경에대한저항력이대장균군보다높아서 냉동식품, 건조식품, 가열식품등의위생검사에는대장균보다 유용함 대표적장알균은 E. faecalis, E. faecium, E. avium 등 3 종
대장균군과알구균의비교
2.5 미생물생육에영향을미치는요인 식품자체와연관된내인성인자 ph 수분활성도 산화환원전위 식품의물리적구조 자연적항미생물존재 외인성인자 온도 습도 압력 공기조성 ( 이산화탄소, 산소유무 ) 식품에존재하는미생물의종류와수등
(1) 온도 호냉성균 (psycrophiles) : 10 15 저온균 (psychrotrophs) : 1 20 Psedomonas속, Alcaligenes, L. monocytogenes, Yersinia enterocolitica 중온균 (mesophiles) : 25 37 대부분미생물 고온균 (thermophiles) : 55 65 Bacillus속, Clostridium속, B. stearothermophilus, C. thermosaccharolyticum균
(1) 온도 ( 계속 ) 그림 2-5. 배양온도에대한생육특성
(2) 산소 호기성균 (aerobes) 통성혐기성균 (facultative anaerobes) 미호기성균 (microareobes) 혐기성균 (aeaerobes) 편성호기성균 (obligate aerobes) : Acetobacter속, Pseudomonas 속, Mycrococcus속, Bacillus속, Sarcina속, Acromobacter속, Flavobacterium속등 미호기성균 (microareobes) : Lactobacillus균, Campylobacter속 편성혐기성균 (obligate aeaerobes) : Clostridium속 통성혐기성균 (facultative anaerobes) : 대부분효모와세균 내기성혐기성균 (aerotolerlant anaerobes) : Lactobacillus 등젖산균
(2) 산소 ( 계속 )
(3) 수분활성도 (Water activity; Aw) 수분은미생물이이용할수있는자유수와이용할수없는결합수의형태로존재 미생물은열역학적운동이자유로운자유수만을이용 0(100% 결합수 ) 에서 1( 순수한물 ) 까지의범위 수분활성한계 : 세균이 Aw 0.90, 효모 Aw 0.88, 곰팡이 Aw 0.80 호염성균 (Aw 0.75), 내건성곰팡이 (Aw 0.65), 내삼투압성효모 (Aw 0.60) 등 수분함량이높은식품에서는세균이우선적으로증식, 수분함량이낮은건조식품이나과일류에서는곰팡이가우선적으로증식 식품의저장성을높이기위하여수분을제거하는건조나냉동또는당장, 염장등과같이수분활성도를낮추는방법이사용
(3) 수분활성도 (Water activity; Aw)( 계속 )
(4) 수소이온농도 (ph) ph는용액중의수소이온농도를표시하는단위세균의최적 ph는중성 (ph 6.5 7.2) 대부분부패세균과식중독세균은 ph 4.0 이하나 ph 9.5 이상에서생육하지못함효모는 ph 4.0 8.5, 곰팡이는 ph 2.0 8.5가생육범위유기산의저해기작
(5) 식품의물리적구조 소시지와햄버거등은쉽게부패 육류는표면에만미생물이오염되어있고조직내부는무균상태이기때문에표면살균만잘하면부패를방지할수있음 (6) 천연항미생물물질 과일과채소의코마린 (coumarin) 달걀의리소자임 (lysozyme) 마늘의알리신 (allicin) coumarin 비발효녹차의폴리페놀 (polyphenol) 등자연적항미생물물질이식품에많이존재
요 약 1. 식품에관여하는미생물세균 (Bacteria) / 곰팡이 (Fungi) / 효모 (Yeast) / 바이러스 (Virus) / 원생동물 (Protozoa) 2. 미생물증식과식품의변질토양미생물 : Bacillus, Clostridium, Micrococcus, Pseudomonas, Acinetobacter 등수생미생물 : Aeromonas, Vibrio, Achromobacter, E. coli, Alcaligenes 등공기중미생물 : Bacillus 등분변미생물 : Escherichia, Lactobacillus, Clostridium, Enterobacter 등 3. 식품품질및위생에관련된중요한미생물바실러스속, 락토바실러스속, 마이크로카커스속, 슈도모나스속, 대장균속, 프로테우스속, 세라티아속, 황색포도알균속, 비브리오속, 클로스트리듐속등 4. 식품위생오염지표미생물대장균군 (Coliform), 대장균 (Escherichia coli), 장알균 (Enterococcus) 5. 미생물생육에영향을미치는요인 : 온도, 산소, 수소이온농도, 식품의물리적구조, 천연항미생물물질
식품위생학기출문제 -1 1. 식품내에존재하는미생물에대한설명으로틀린것은? ( 가 ) 가. 곰팡이는일반적으로세균보다먼저생육한다. 나. 수분활성도가높은식품에는세균이잘번식한다. 다. 수분활성도 0.6이하의식품에서는거의모든미생물의생육이저지된다. 라. 당을함유하는산성식품에는유산균이잘번식한다. 2. 식품에오염된포자를형성하는세균을죽이는데가장적합한방법은? ( 나 ) 가. 건열멸균나. 고압증기멸균다. 저온살균라. 가스멸균. 3. 미생물의최저 AW의한계가높은순으로나열된것은? ( 가 ) ( 단, 특수세균, 내삼투압성효모는제외 ) 가. 세균 > 효모 > 곰팡이나. 효모 > 곰팡이 > 세균다. 곰팡이 > 세균 > 효모라. 효모 > 세균 > 곰팡이
식품위생학기출문제 -2 4. 식품내의수분활성도를낮추고자할때효과가가장작은방법은? ( 가 ) 가. 설탕, 소금등용질을가한다. 나. 친수성콜로이드를만든다. 다. 물을결정화시킨다. 라. PH 값을떨어뜨린다. 5. 식품내에존재하는미생물에대한설명으로틀린것은? ( 나 ) 가. 곰팡이는일반적으로세균보다먼저생육한다. 나. 수분활성도가높은식품에는세균이잘번식한다. 다. 수분활성도 0.6이하의식품에서는거의모든미생물의생육이저지된다. 라. 당을함유하는산성식품에는유산균이잘번식한다.