2 장식품과미생물오염 -2.1 식품과미생물 -2.2 식품의부패및보존
2.1 식품과미생물 1. 생태적특징 미생물은물, 토양, 공기등에서식할수있으며, 그환경조건에따라선택되거나적응하는특이한미생물총 (microflola) 을형성한다. 식품은미생물에게는하나의환경 -> 식품특유의미생물총형성 ( 교대현상 ) 우유 : Streptococcus, Lactobacillus, 지육 : Pseudomonas, Clostridium 3. 식품중미생물의발육영향인자 - 외재적인자 1 온도 2 공기와산화환원전위 - 내재적 ( 이화학적 ) 인자 1 영양 2 수분 3 ph 4 항균물질의존재 - 미생물관련인자 1 미생물의성장률 2 미생물의생리적상태 3 균주의다양성 4 미생물의적응력 2. 미생물의오염 1 차오염 2 차오염 신선식품원료식품 채취이전 채취이후 가공식품 제조이전 유통, 보존단계에서 오염경로 농산물, 축산물, 수산물이그생육환경인토양, 물, 공기, 동물, 식물, 하천, 바다등으로부터미생물에감염 ( 병원미생물에의한발병으로조직내부오염의경우도 ) 가공에서소비되는사이식품취급자, 동물, 곤충등및기구, 기계, 공기, 물등에유래한미생물오염
[1] 내외적인자 (1) 영양탄소 (carbon) : 탄수화물 ( 단당류 ), 유기산, 알코올, peptide, amino acid, 지방산질소 (nitrogen) : protein, peptide, amino acids, urea, ammonium 무기이온 (minerals) : Na, K, Mg, Fe, Ca, P, S, 등생육인자 (growth factor) 아미노산, 핵산염기 ( 퓨린, 피리미딘 ), 비타민 영양요구에의한세균의분류 자력영양세균 (autotrophic b.) : CO 2, CO, N 2 (NH 4+, NO 2- ) 를이용하여영양분합성 타력영양세균 (heterotrophic b.) : 대부분의세균 다른생물이합성한물질을이용하여필요한영양분합성. 무력영양세균 : 리케치아, 클라미디아, virus 합성능력이없으며, 다른생체조직에기생하여증식
(2) 수분 - 수분활성 (water activity, Aw) : 미생물의생존과발육에있어실제이용할수있는물의양을나타내는지표 - 미생물발육가능 Aw : 0.999~0.62 - 내삼투압성효모 < 내건성곰팡이 < 호염균 < 보통곰팡이 < 보통효모 < 보통세균 - Aw를낮추어식품보관 ( 유리수제거혹은결합수로전환 ) 1 공기건조 : 분유, 말린과일, 채소, 치즈, 고기, 생선등 2 소금이나설탕과같은용액을식품에첨가 : 염장고기, 잼, 젤리, 피클등 3 냉동 : 물을얼음으로전환 4 식품의미세구조변경 : 버터 (water-in-fat emulsion) 등
세균의종류 최소 Aw 세균의종류 최소 Aw Pseudomonas fluorescens Acromobacter Salmonella E. coli Enterobacter aerogenes 대부분의그람음성균 0.94-0.97 Vibrio parahemolyticus Staphylococcus albus Staphylococcus aureus Halobacter spp. 대부분의그람양성균, 내염균및호염균 0.75-0.94
수분활성 (water activity) 계산법 일정한온도에서그식품이나타내는수증기압 (P) 에대한그온도에서순수한물의최대수증기압 (P 0 ) 의비를구하여수분활성 (water activity, A w ) 으로표시한다. 또식품의수증기압은그식품속의수분에녹아있는용질의종류와양에따라영향을받는다. 즉, 물의 mol 수를 M w, 용질의 mol 수를 M s 라하면다음식에의하여 A w 를계산할수있다. P : 식품이갖는증기압 P0: 순수한물이갖는증기압 54% 의수분과 46% 의소금을함유하는소금물의 A w 는윗식에따라다음과같이계산할수있다 (H 2 O 18, NaCl 58.5, sucrose 342).
수분활성 (water activity) 유지가산화적으로가장안정한수분활성도는얼마인가? 가. 0.1 나. 0.3 다. 0.8 라. 0.9 물분자와물분자사이에서형성되는결합은? 가. 공유결합다. 배위결합 나. 이온결합라, 수소결합 각미생물의생육에필요한최저수분활성도가큰순서대로된것은? 가. 세균 > 효모 > 곰팡이나. 곰팡이 > 세균 > 효모다. 세균 > 곰팡이 > 효모라. 효모 > 곰팡이 > 세균 곡물에서곰팡이의생육을억제하기위해서필요한최소수분활성도는얼마인가? 가. 0.7이하다. 0.9이하 나. 0.8이하라. 1.0이하
(3) 수소이온농도
(4) 온도 ( 가 ) 저온균 (psychrophilic bacteria) 20 이하에서증식가능 구분 최저온도 적정온도 최고온도 Psychrophile 0 <15 ~20 Frozen foods Psychrotroph 0-7 >15 >20 Chilled foods ( 다 ) 내열균 (thermoduric bacteria) - 60 에서생존하는세균 - spores 를가지는세균이나 fungi Listeria monocytogenes Yersinia enterocolitica Lactic acid bacteria Dry ice : -76 ( 세균, 리케차, 바이러스휴면상태수년보관 ) 액체질소 : -196 ( 반영구적저장 ) ( 나 ) 중온균 (mesophilic bacteria) - 저온균과고온균의중간온도에서발육 - 37 전후가최적온도 (40 보다낮은온도에서잘발육 ) 구분 최저온도 적정온도 Mesophile ~0-7 35~37 최고온도 ~44-46 Food stored at ambient tem. ( 라 ) 고온균 (thermophilic bacteria) - 70 에서가장잘발육하는세균 - 섬유소분해균 -Thermus aquaticus (Taq DNA polymerase) Staphylococcus aureus Escherichia coli Salmonella Shigella
(5) 공기와산화환원전위 (Oxidation Reduction Potential, ORP) 식품의 ORP 는 식품자체의성질대기중의산소압환경에서식품에의산소의혼입도에따라결정됨 ORP 가높은곳 ( 식품의표층부 ) 에서는호기성균 ORP 가낮은곳 ( 심층부나통조림, 병조림 ) 에서는 통성혐기성균은양쪽에서 합성수지포장식품에서도.. 미생물의산소요구 Aerobes 호기성균 : 호흡에의하여에너지생산, 산소는최종전자수용체가된다. Facultative anaerobes 통성혐기성균 : 혐기상태에서는발효를통하여에너지획득 Strictly anaerobic 혐기성균 : superoxide, H2O2 를분해시키는효소가없기때문 Micro-aerobes 미호기성균 : 1~10% 산소에서생육가능 Oxygen-independent organisms 산소독립균 : 산소존재에상관없이발효에의해에너지획득, 대부분의젖산균 Thioglycolate 함유고층배지에배양
(6) 항균물질의존재 ( 교과서엔없음 ) - 식품내내제적으로가지는항균물질 : 성장억제제로관여 [ 관련식품첨가제 ] 1 Bacteriocins 2 Nitrite 항균물질 치즈등발효식품, 통조림고기에이용 고기색의보존을위해발색제로사용 식육제품, 정육제품, 어육제품에사용 : 아질산나트륨 (sodium nitrite), 질산나트륨 (sodium nitrate), 질산칼륨 (postassium nitrate) 3 Sodium 4 Sorbate 5 훈연물질 항산화제, 발색제, 환원제및미생물억제제등다양한용도로사용 식품의변질및부패방지, 식품의영양가, 신선도유지를위한보존제로사용 sorbic acid, potassium sorbate ( 식육가공품, 어육연제품에사용 ) 훈연중발생하는 phenol tars 와 formaldehyde
[2] 식품중미생물발육에미치는미생물관련인자 (1) 미생물총과균주의다양성 (2) 미생물의손상 : - 살균작용이하의스트레스에서발생 - Lag phase ( 유도기 ) 연장 (3) 배양이되지않는생존균 : - 손상후복구기간후에도 - viable but non-culturable (4) 미생물의스트레스성반응예 : HSP => 나쁜요소들에적응할수있는능력획득가능 영양분의부족, 생유공간의한계, 유독한대사산물의축적 환경적응에필요한각종효소단백질생산, 분열준비 RNA, DNA = 발효공업 식품저장 생균수 물리적, 화학적처리에민감 열처리, 소독에쉽게사멸
(1) 미생물총과균주의다양성 1 길항 competition 및경합 antagonism 공존하는미생물중어떤균이다른균의발육을억제 방선균에의한항생물질 요구르트에서유산균역할 (Competitive exclusion effect) 젖산균에의한장내세균억제 3 공동작용 synergism 2 종이상의균이공존함으로써그어느것도갖고있지않은기능유발 유제품에서 Pseudomonas syanoides 와 Saccharomyces lactice 에의한청색발현 -Pseudomonas 의단독생육시담갈색, - -Saccharomyces 단독생육시무색 2 공생 ( 호혜공생 mutalistic symbiosis) 공존하는미생물이그발육을서로유리하게함 우유중 Streptococcus thermophilus 와 Lactobacillus bulgaris 의증식 -S. thermophilus 의배양시생성되는 formic acid 가 L. bulgaris 증식촉진 - L. bulgaris 배양시생성되는 amino acid 가 S. thermophilus 증식촉진 4 편리공생 ( 편혜공생 metabiosis) 공존하는미생물의한쪽에만유리하게작용 편성혐기성균과호기성균의동시배양시호기성균산소소비후편성혐기성균발육 유산균에의한 ph 하강시내염성효모발육 (4) 미생물의스트레스성반응 1 정상상태에서빠른성장속도를보임 2 독성이강하게됨으로써식중독을야기할수도 3 초기에는세균의손상을야기할수있는스트레스에저항성이생김 4 식품사슬에연속적으로노출되는다양한종류의미생물에있어서나쁜요소들에적응할수있는능력을얻게됨
4. 식품의미생물총 (Microflora) 그환경에가장적합한균종이먼저증식하여그식품특유의미생물총을형성하며, 이것을 microflora라한다. 그러나 microflora는일정불변한것이아니고연속적으로교대현상이일어난다 - microflora 를분석하여변질의기전을분석 - 식중독원인물질의추정가능 - 길항과경합현상을이용한미생물관리의가능성
5. 오염지표세균 [1] 총균수 (total counts) 생균수와사균수를전부합친것 가열이전의원료및위생적취급상태등을알기위하여 [2] 일반세균수 (standard plate counts) 생균수의측정 표준한천배지상에나타난집락수 위생적품질이나선도를판정 혐기성균등의오염지표는될수없음
6. 분변오염지표세균 식품이분변에오염 => 취급불량, 불결한식품, 병원균오염 대장균군 & 장구균군 [ 구비조건 ] 1 사람과동물의분변중에대량으로존재할것 2 분변이외에는상재하지않을것 3 체외에배설된후점차사멸하지만, 병원균보다는길게생존할것 4 비교적용이하게, 충분히신뢰할수있는검사를실시할수있을것
(1) 대장균군 (coliform group) 식품이어떤경로든분변에오염되었을가능성을시사 유래를같이하는병원균이존재할위험성을나타냄 특수한가공식품의가열, 살균의판정지표 [ 예외 ] Enterobacter aerogenes : 강유역의해역에서양식되는생식용굴의상재균 - gram 음성의무아포성간균 - lactose 를분해하여 gas 와 acid 생성 - 호기성 & 통성혐기성균 - 대장균 (Escherichia coli), Citrobacter, -Klebsiella, Enterobacter 등 (2) 장구균 (Enterococcus groups) 대장균보다냉동식품에서의생존율이높음 냉동이나동결전오염여부검사에활용 분변에서대장균보다그수는작음 특 성 대장균군 장구균 형태 그람음성간균 그람양성구균 장관내균수수준 분변 1g중 10 7-10 8 분변 1g중 10 5-10 8 장관외에서의검출상황 일반적으로낮음 일반적으로높음 외계에대한저항성 약하다 강하다 동결에대한저항성 약하다 강하다 냉동식품에서의생잔성 일반적으로적다 일반적으로크다 건조식품에서의생잔성 적다 크다 생선, 채소에서의검출률 낮다 일반적으로높다 생육에서의검출률 일반적으로낮다 일반적으로높다 절인고기에서의검출률 낮거나없다 일반적으로높다 - gram 양성의구균 - 6.5% 식염첨가배지에서잘발육 - 자주분리되는균종은 E. faecalis & E. faecium
주요식품의세균학적성분규격 ( 식품공전,2003) 식품명세균수대장균군수 식품명세균수대장균군수 빵및떡류 황생포도상구균 : 음성 살모넬라균 : 음성 - 유산균음료 유산균수또는효모수 10,000,000/ml 이상 음성 아이스크림류 100,000/ml 이하 10/ml 이하 식육가공품 음성 음성 빙과류 3,000/ml 이하 10/ml 이하 카레음성음성 우유류 40,000/ml 이하 20/ml 이하 냉동식품 100,000/ml 이하 10/g 이하 알가공품 - 10,000/g 이하 - 살모넬라균음성 10/g 이하 통조림, 병조림음성 - 도시락 - 황색포도상구균음성 - 살모넬라균음성 - 장염비브리오균음성 음성 냉면육수살모넬라균음성음성 청량음료 100/ml 이하음성
7. 저온세균 Psychrotroph 저온에서발육가능한세균의총칭 일반적정의 : 국제낙농연맹 (1968 년 ) 세균의지적발육온도와관계없이 (7 ) 이하에서발육할수있는세균 우유, 유제품, 식육, 육제품, 어패류 : Pseudomonas : ( 대표적저온성부패세균 ) 어패류 : Vibrio, Acinetobacter 식육 : Micrococcus, Lactobacillus Yersinia enterocolitica Listeria monocytogenes : 4 에서발육가능한저온성식중독세균 Pseudomonas 지방분해효소 : 15 ~ 5 에서잘산생단백분해효소 : 0~30 범위중저온일수록다량생성
2.2 식품의부패와보존 1. 식품의부패및변패 [1] 식품의부패및변패의정의 변질 (spoilage) : 본래의성질이변화되어최종적으로는식용할수없는상태로 * 미생물작용에의해분해 변질 부패 (putrefaction) : 주로단백질이 변패 (deterioration) : 주로지방이 발효 (fermentation) : 주로탄수화물이 * 부패 변패 발효가거의동시에일어남
[2] 부패균 [3] 부패에따른화학적변화 (1) 단백질의분해 : peptide aa Ammonia, amine, 지방산, ketonic acid, oxylic acid, aldehyde, alcohol, CO2 탈아미노반응 : 유기산, ammonia 산화적 deamination 환원적 de 불포화적 de 가수분해적 de 탈탄산반응 : 아민, CO2 탈아미노. 탈탄산의병행반응 : NH3, CO2, 유기산등 기타아미노산분해 : 함황 aa H2S, mercaptane Tryptopha indole, skatol Tyrosine cresol, phenol Trimethylamine 요소의분해 : urease ->NH3
(2) 탄수화물의분해 : amylase 유기산, 알콜류등 lactic acid: Str., Lactobacillus acetic acid: Acetobacter Acetone, buty alcohol: Cl. acetobutylicum (3) 지질의분해 : lipase, peroxidase 산패 (rancidity) : 유지가미생물이산생하는 lipase, peroxidase 에의해독특한냄새와자극적맛이생기는현상 Lipid fatty acid + glycerine peroxydase Satulated fatty a.== keto a. methyl ketone, aldehyde, alcohol 등 Unsa. Fatty a. 최종적으로 aldehyde, ketone
[4] 부패검사 (1) 관능검사 (2) 이화학적검사 - 부패생성물의양을측정또는부패에따른상태변화측정 a) 휘발성염기질소 (volatile basic nitrogen, VBN) ammonia, trimethylamine, dimethylamine 등을정량 trimethylamine - 부패초기 ammonia 보다급속생성 => 어패류의초기부패지표 b) 유기산및 ph 유기산 부패중축적되는각종휘발성유기산의총량또는특정한유기산의양을정량 ph 다른검사법의보조적의미로사용 (3) 미생물학적검사 총균수측정 : 우유에서만사용 생균수측정 : 일반식품에사용 식육이나어육은단위면적당균수측정 단백질풍부한식품, 생균수 10 7-10 8 /g 이초기부패의미 ( 부패취및표면점액 ) 쇠고기의경우 - 생균수 10 7 /cm 2 시부패취감지 - 생균수 10 8 /cm 2 시표면점액 식품표면의생균수측정은부패초기의지표로유효