식품미생물학 경북대학교 식품영양학과 문재남

식품의 변질과 부패

목차 부패 식품의 특성 미생물에 의한 부패 살아있는 동식물의 오염 부패미생물총 조성을 결정하는 요인 부패미생물에 의한 식품의 변화 6. 주요 식품의 부패

1. 부패식품의 특성 * 부패 : 식품의 고유특성인 색, 향, 맛, 형태 등의 변화로 식품의 가치 손실 - 악취발생 또는 유독성분 생성이 주 : 물질의 산화, 환원, 가수분해 등 - 물리적 요인(햇빛, 온도), 화학적요인(공기, 수분), 생물학적요인(미생물) - 미생물이 부패원인의 대부분 차지 * 부패와 유사한 개념의 어휘 - 부패 (putrefaction) : 주로 단백질의 변질 – 사람에게 유리한 경우도 있음 - 변패 (deterioration) : 탄수화물이나 지질이 변질 - 산패 (rancidity) : 지질의 분해 - 발효 (fermentation) : 주로 탄수화물의 분해 – 사람에게 유리한 경우 * 부패의 영어적 의미 Putrefaction is the decomposition of animal proteins, especially by anaerobic microorganisms, described as putrefying bacteria. - Putrefaction usually results in amines such as putrescine and cadaverine, which have a putrid odor. - Putrefaction is the same as fermentation, basically meaning to allow the substance to rot or decompose.

부패식품의 특성 • 미생물 성장에 의한 관능적 변화 • 식품의 화학적 변화 • 물리적 손상 • 냉동상 • 미생물 성장에 의한 관능적 변화 • 식품의 화학적 변화 • 물리적 손상 • 냉동상 • 수분변화로 인한 신선도 감소. 조직감의 영향 • 과숙 • 이물질의 존재 • 이상한 냄새를 야기할수 있는 세정제에 의한 오염

2. 미생물에 의한 부패 부패 미생물은 다음과 관련된 변질 현상을 야기 • 맛 • 색 • 냄새 • 외형 • 조직감 • 맛 • 색 • 냄새 • 외형 • 조직감 • 위 사항들의 복합

• 식품부패 관련 미생물 Saccharomyces, Torulopsis, Zygosaccharomyces 효모 Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, Neurospora 곰팡이 Clostridium 편성혐기성 세균 Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Chromobacterium, Enterobacter 저온세균 Bacillus, Pseudomonas, AIcaligenes, Proteus, Serratia, Escherichia, Enterobacter, Flavobacterium , Micrococcus , Streptococcus, Lactobacillus 호기성 또는 통성혐기성 종 류 구 분

• 식품과 부패세균의 관계

• 주요 오염 미생물과 식품의 변질 식품류 변질의 예 미생물 오염원 우유 및 유제품 산패, 냉장 중 쓴맛, 연유의 가스 발생   • 주요 오염 미생물과 식품의 변질 식품류 변질의 예 미생물 오염원 우유 및 유제품 산패, 냉장 중 쓴맛, 연유의 가스 발생 Streptococcus, taphylococcus, Pseudomonas, Micrococcus, Bacillus,내당효모 공기 중, 손, 기계기구 알 및 알제품 변패, 변색, 이취 Salmonella, Pseudomonas 용수, 공기 중, 흙 식육 및 그 제품 부패, 변색 Streptococcus, Clostridium, Bacillus, Micrococcus, Pseudomonas, Vibrio 원료, 공기 중, 손 생선 어패류 부패취 Vibrio, Pseudomonas, Micrococcus 바다물, 원료 채소류 및 가공품 김치의 악취, Jam의 변패 병원성대장균, Acetobacter, Pseudomonas, Bacillus, Clostridium 용수, 흙 주류 청주의 산패 및 침전물, 맥주의 불쾌취 Lactobacillus, Acetobacter, 효모 원료, 공정, 용기

3. 살아있는 동식물의 오염 식품 중의 잠재적인 부패원 • 생선의 표면과 내장에 존재하는 미생물 • 생선의 표면과 내장에 존재하는 미생물 • 생선 서식지의 물과 침전물 : 포획장소가 오염되었을 경우 • 어망 • 보관상자 • 신선하게 보관할 때 사용하는 얼음과 해수 • 가공 과정에 관여하는 사람 • 파리, 갈매기 등의 분변 • 토양 : 대개는 먼지 성분으로 판매 과정 중 생선 위를 넘어가거나 할 때 생선으로 떨어져 오염 • 공기 : 토양과 수질로 부터 미생물을 옮기는 수동적 매개체

4. 부패 미생물총 조성을 결정하는 요인 외재적 요인 오염미생물 종류 미생물간 상호작용 내재적 요인 상호작용 특정미생물의 성장 부패현상 Fig. 주요 부패 미생물의 선발에 영향을 미치는 요인과 그 상호 작용

내재적 요인 ( Intrinsic Factors) • 식품의 영양분 조성 • 자연적 항균물질 • 식품의 pH와 pH저항성( 완충용량) • 식품의 수분활성도 • 식품의 산화 환원 전위와 산화 환원 변화에 대한 저항력 • 미생물 침입에 대한 물리적인 방어 시스템 (2) 외재적 요인 (Extrinsic Factors) • 식품 저장 온도 • 식품 주위의 대기 상태 • 식품 주위의 상대 습도 • 시간

식품 외적지표 내적지표 Tab. 식품의 내적 외적 지표의 예 사과 사과 주스팩 MAP포장된 간 쇠고기 캔에 든 육류 공기 또는 이산화탄소 강화된 대기조건 주변온도 , 상대습도 적절한 영양조성, aw 0.98, pH 3.0 산화환원반응- 표면부분 양의 왁스층, 유기산함유 사과 주스팩 기체상태 : 가득채워 있으면 없음 주변온도 적절한 영양조성, aw 0.98, pH 3.2 산화환원반응+ 400mV,유기산함유 MAP포장된 간 쇠고기 이산화탄소/ 질소/산소 기체상태, 냉장온도, 포장내부의 높은 상대 습도 적절한 영양조성, aw 0.98, pH 5.2 산화환원반응 양성 캔에 든 육류 기체상태 : 밀봉된 상태면 없음 저장온도 산화환원음성 얼음에 보관된 생선 공기 0℃ - 얼음이 녹는 온도 적절한 영양조성, aw 0.98, pH 6.8 표면의 산화환원전위 냉동된 생선 냉동 온도 적절한 영양조성, aw 0.84 at -18℃, pH 6.8, 표면의 산화환원에 전위 멸균우유 낮은온도 적절한 영양조성, aw 0.98, pH 6.6 용해된 산소로 인해 산화환원 양성 요구르트

(3) 부패식품에서 분리된 균주가 식품의 부패현상의 원인균임을 확인하는 방법 • 부패 원이 미생물은 부패된 식품에서 분리하고 순수배양하여 확인한다. • 의심되는 순수배양된 미생물을 그 식품에 접종한다. • 분리한 미생물을 부패원인균으로 확증하기 위해서는, 분리균을 접종한 후의 증상이 원래 발생했던 것과 같고, 접종한 실험용 부패 식품에서 다시 의심되는 균이

5. 부패의 판정 관능시험 • 감각기관(후각, 시각, 미각, 촉각 등)을 통하여 식품의 신선도 판정 • 손쉽고 신속하게 활용할 수 있으나 개인차가 있어 신뢰성있는 결과를 얻기 어 렵다. • 시험항목 1. 냄새의 발생(암모니아 냄새, 아민 냄새, 산패한 냄새, 알코올 냄새 등) 2. 색깔의 변화(변색, 퇴색, 광택 등) 3. 조직의 변화(고체인 경우에는 탄력성, 유연성, 점액의 발생상태 등) 4. 이상한 맛이나 불쾌한 맛의 발생(신맛 쓴맛, 자극적인 맛 등)  

(2) 생균수 측정 미생물의 작용으로 부패가 일어나므로 생균수는 식품의 부패 진행과 밀접한 관계가 있고, 식품 신선도판정의 유력한 지표가 된다. • 초기부패 : 107∼108/g (CFU) • 미생물학적 안전한계 : 105/g (CFU) • 모든 식품에 적용하기 어렵고 측정에 많은 시간(24∼48시간)이 걸리는 단점이 있다.

(3) 휘발성 염기질소(volatile basic nitrogen, VBN) • 어류의 선도의 판정기준 • 상어 등 일부 어류는 신선할 때에도 휘발성염기질소 함량이 높은 것이 있으므로 유의하여야 한다. 부패 초기부패 보통 매우 신선 판 정 50mg% 30∼40mg% 15∼25mg% 5∼l0mg% VBN 함량(mg%)

(4) trimethylamine(TMA) • 어류가 죽으면 근육중의 TMAO가 세균에 의해 환원되어 신선한 어육에는 거의 없는 TMA가 생기고 이것의 증가는 초기부패의 판정에 좋은 지표가 된다. • 초기부패 : 3∼4mg% TMA (5) histamine • histidine의 분해에 의해서 생성되는 아민으로 신선한 어류에서는 검출되지 않음 • histidine을 많이 함유하는 고등어, 청어, 꽁치 등의 붉은살 어류가 부패하면 많이 생성 • 400mg% 이상 또는 그 이하라도 다른 아민이 공존하면 allergy성 식중독 유발

• K값 : ATP와 그 분해생성물의 전량에 대한 inosine과 hypoxanthine의 합계량의 백분율 초기부패 부패의 조짐 찌거나 구워먹는데 사용 신선한 생선 회감으로적합 죽은 직후의 어류 판 정 60∼80% 40∼60% 30∼40% 20∼30% 10∼20% 10% 이하 K 값 (%)

(7) pH • 다른 방법에 비하여 간편하지만 부패 판정에는 일정시간 계속 측정하여야 하고 또 식품의 종류, 가공법, 균종 등에 따라 pH가 상당히 달라지므로 초기부패의 지표로 이용하기는 어렵다. • 어육의 경우 5∼10배 침출액을 만들어 pH를 측정 5.5 전후 : 신선 6.0∼6.2 : 초기부패   (8) 기타 • 휘발성 환원물질(volatile reductive substances, VRS)의 정량 : 통조림 식품 • 산화환원지시약 이용법 : 우유, 식육 신선도 판정(methylene blue, resazurin 사용)

6. 미생물 관리 • 식품 변질을 방지하는 원리 - 수분활성(water activity; Aw) 조절 : 탈수 건조, 농축, 염장, 당장 - 온도조절 : 냉장·냉동보존 - pH 조절 : 산장 - 가열살균 : 통조림, 병조림, 레토르트 식품 - 광선 조사 : 자외선조사, 방사선 조사 - 산소 제거 : 가스치환(CA 저장), 진공포장, 탈산소제 사용 - 기타 : 식품첨가물 사용, 훈연

1. 탈수 건조법 건조법 특 징 자연건조법(천일건조법) 태양광선과 바람을 이용하여 수분을 자연 증발시켜 건조▷ 장점 : 간편, 저렴▷ 단점 : 장시간 소요, 풍미 저하, 영양분 손실 초래 인공건조법 상압건조 열풍건조 열풍을 불어 넣어서 수분을 증발시켜 탈수 분무건조 우유, 난백 등 액상식품을 열공기 중에 분무하여 건조, 분유, 건조난백, 인스턴트 커피 등의 제조에 이용 박막건조 drum 건조, 고형분이 많은 점조성 식품을 회전원통 표면에 박막상으로 펼쳐 건조, 농축 토마토 주스, 맛슈포테이토 등에 이용 포말건조 농축한 액즙에 점조제나 계면활성제 등의 거품안정제를 가하여 포말로 한 다음 다공판 위에서 열풍을 불어 넣어 건조, 과즙류에 이용 적외선건조 열선을 쪼여서 탈수 가압건조   가압, 가열상태에서 단번에 상압으로 환원시켜 순간적으로 수분을 제거하는 것, 뻥튀기 과자 감압건조 진공건조 저온에서 진공도 40∼50mmHg로 감압하여 물의 비점을 저하시켜 탈수 진공동결건조 식품을 동결시킨 후 0.01∼1mmHg로 감압하여 수분을 승화시켜서 건조, 고급 채소, 고급 인스탄트 커피 등에 이용, 수분 3% 이하로 제품이 여리고 부스러지기 쉬우며 지질이 산화되기 쉽다.

2. 염장 3. 당장 • 염장에서 식품의 저장성이 높아지는 이유 • 수분활성 저하 • 삼투압 증가로 미생물 세포의 원형질 분리에 의한 생육 억제 • 미생물에 대한 염소이온의 직접적인 유해작용 • 산소 용해도 저하에 의한 호기성 세균 생육억제 • 자기소화효소에 대한 저해작용 • 채소류, 육류, 어패류 등의 저장에 이용 • 호염세균, 일부 내삼투압성 곰팡이 및 효모는 고농도 식염에서도 증식하는 것이 있어 장기간 보존은 곤란 3. 당장 • 식품에 고농도의 당을 첨가하여 식품의 수분활성 저하, 삼투압 상승으로 미생물 세포의 탈수, 원형질분리로 생육을 억제하는 방법 • 가당연유, 잼, 젤리, 마아말레이드(marmalade), 양갱, 당삼 등에 이용 • 설탕보다 분자량이 작은 전화당이나 포도당이 저장효과가 크다. • 내삼투압성 효모, 곰팡이의 증식에 주의

• 식초산, 젖산, 구연산 등의 유기산으로 식품의 pH를 4.5 이하로 하면 부패 4. 냉장, 냉동법 5. 산의 첨가 • 식초산, 젖산, 구연산 등의 유기산으로 식품의 pH를 4.5 이하로 하면 부패 세균은 생육이 불가능해지고 pH 3∼4에서는 사멸한다. • 채소류나 과실 등에 한해서 이용 • 저장의 수단으로서 뿐만 아니라 조미의 목적도 겸한다.   육류, 어패류 장기간 저장 -8∼-30 냉동법(동결저장법) 어패류(선도유지에 유효) 단기간 저장 -3∼+2 반동결냉장법 과일, 채소 -2∼+10 냉장법 저장식품 저장기간 저장온도(℃) 저장법

6. 가열살균법 살균법 가열방법, 가열온도, 가열시간 등 비고 저온가열살균(pasteurization) 70∼75℃, 30분 가열(우유는 63℃, 30분) 맥주, 과즙, 우유 등 풍미가 변하기 쉬운 식품에 적용 자비살균 100℃, 10분 가열 세균의 포자가 생존하는 경우가 많음 고온가압살균 100℃ 이상에서 가열(autoclave 중에서 가압 가열) 통조림, 병조림을 탈기 밀봉 후 가열, 장기간 보존 가능 고온단시간살균(HTST 살균) 71℃, 15초 가열 살균효과가 크고 영양성분 파괴 적음 초고온 순간 가열살균(UHT 살균) 120∼135℃, 2초 가열, 살균목적에는 135∼150℃, 0.5∼1.5초 가열 장기보존용의 LL우유에 적용 열장고 살균 70∼80℃의 열장고 중에 보존하여 살균 대부분의 세균 사멸 초단파 가열살균 초단파, 1분간 정도 영양성분의 파괴나 풍미의 변화가 적음

• 조리된 식품을 내열성의 film 주머니에 넣고 밀봉하여 고압가열살균솥(retort) 중에서 • 통조림, 병조림 • 가공식품이나 조리식품을 금속판이나 유리병에 채운 다음 탈기(脫氣) 밀봉하고 고온 가압살균하여 장기보존할 수 있게 한 것 • retort 식품 • 조리된 식품을 내열성의 film 주머니에 넣고 밀봉하여 고압가열살균솥(retort) 중에서 105∼120℃로 살균한 것 • 통조림식품에 버금가는 효과 • 살균처리후의 보존성이 대단히 좋고 운반이 편리 • pin hole이 생기기 쉬워서 미생물 침입에 의한 부패 가능성이 있음 • Film은 polyethylene, aluminum foil, polystyrene을 겹쳐서 만든 것을 사용

8. 자외선 조사 • 자외선 lamp에서 발생하는 파장 254nm의 자외선을 식품이나 용기의 표면, 굴의 세척용수, 각종 음료수 또는 실내의 공기 등의 살균에 이용 • 장점 : 식품의 품질에 영향을 거의 미치지 않고 취급법이 간단하다. • 단점 : 두과력이 없어 자외선이 미치지 못하는 부분이나 식품 내부를 살균할 수 없다. • 사용시 눈과 피부가 자외선이 조사되지 않도록 주의하여야 한다.   9. 방사선 조사 • 방사성 동위원소에서 방사되는 전리방사선을 식품에 조사하여 미생물을 살균 • 선원으로 투과력이 강한 60Co이나 137Cs의 γ선 이용 • 향신료, 식육, 채소류 등의 살균, 살충, 생육억제, 품질개량 등의 목적으로 실용화 • 안전성 등에 상당한 문제점이 있어 많은 연구가 필요

10. 가스치환, 진공포장, 탈산소제 이용 • 가스치환 : 식품 보존에 바람직하지 못한 산소의 영향을 배제하기 위하여 공기를 불활성 가스(질소, 이산화탄소 가스)로 치환하는 방법 • CA 저장 : 수확후의 채소나 과일, 계란 등의 저장 환경에서 산소를 줄이고 이산화탄소의 농도를 높여 호흡작용을 억제하여 저장성을 높이는 방법 • 진공포장 : 식품을 깡통이나 병 등의 용기나 plastic film제 주머니에 넣고 감압하에서 밀봉하여 진공상태를 유지하게 함으로써 호기성 미생물에 의한 부패나 지질의 산화 등을 방지하는 방법 • 탈산소제 이용 : 밀봉된 용기나 포장내에 식품과 함께 산화철계, 차아황산나트륨계, 유기화합물계, oxidase계 효소 등의 탈산소제를 넣어서 산소를 흡수케 함으로써 호기성 미생물의 생육이나 유지의 산화를 방지하는 방법

• 떡갈나무, 졸참나무, 벗나무 등의 목재를 불완전 연소시켜서 발생되는 연기에 식품을 그을려서 연기 중의 살균 성분이 식품에 침투 흡착되어 보존성을 갖게 하는 방법, 주로 어류, 육류 등에 이용 • 훈연의 효과 • 식품에 독특한 향기와 광택을 갖게 하여 기호성을 높인다. • 식품의 건조에 따른 보존효과 상승 • 훈연중의 살균 성분 이행에 따른 방부 및 산화방지 • 식품 훈연법의 종류 • 주의 : 훈연(燻煙)의 성분 중에는 미량이지만 benzo-(α)-pyrene 같은 다환 방향족 탄화수소 함유 11. 훈연법 70 이상 훈액과 혼합 상온 액훈법 60 이상 3 100∼140 열훈법(배훈법) 50 이상 2∼6 50∼80 온훈법(고온) 6∼12 30∼50 온훈법(중온) 약 40 160∼480 15∼30 냉훈법 식품의 수분량(%) 시간(hr) 온도(℃) 방법

12. 식품첨가물 • 식품의 부패나 지질 산화방지의 목적으로 보존료, 살균제, 산화방지제 등을 이용하는 방법 • 식품첨가물은 보건상의 위해방지를 위해서 사용에 엄격한 규제가 따르므로 반드시 준수할 것