제 5 장 미생물에 의한 식품 저장의 피해

§1. 식품의 부패 (1) 미생물의 분포 일상에서 미생물에 의한 식품의 변화(변패) - 우유의 응고 - 고기에서 냄새 §1. 식품의 부패 일상에서 미생물에 의한 식품의 변화(변패) - 우유의 응고 - 고기에서 냄새 - 과실에 핀 곰팡이 - 빵이나 소시지의 끈적거리는 진 - 두부에서 나는 냄새 (1) 미생물의 분포 식품 변패 미생물의 분포 토양, 공기, 동 · 식물계 존재 농산물 · 축산물 · 수산물의 경우 - 그것에 생활권으로 하는 미생물이 독특한 미생물 균총 형성 - 식품의 조리 가공하는 과정 (수세 · 조미 · 가열 등 ) 에서 대부분 또는 전부가 제거될 수 있지만, 살아남는 균은 식품의 변패 작업 참여

- 식품의 생산·수송·저장·가공· 조리과정에서 다른 미생물들이 공기·물·기구· 취급자의 손·조류· 곤충류 등의 매개체 이차오염의 경로 - 식품의 생산·수송·저장·가공· 조리과정에서 다른 미생물들이 공기·물·기구· 취급자의 손·조류· 곤충류 등의 매개체 이차 오염균의 문제 - 1차 오염균과 합세하여 더욱 적극적으로 식품을 변패 또는 1차오염균을 몰아 내고 자신들이 새로운 미생물 균총을 형성하여 별도의 변패를 가져오기도 함 예) 우유의 변화 우유 단백질의 응고 단백질의 분해 이취 세균 곰팡이 자연계에는 세균 · 효모 · 곰팡이 등 수 천종의 미생물 존재 - 대부분 유기물에 기생하여 그것을 분해해서 영양소를 얻고 이 때 유리되는 에너지를 생활에너지로 이용 - 따라서 자연계에 있는 대부분의 미생물은 식품에도 기생이 가능함 - 식품은 그만큼 모든 미생물의 공격의 대상이 되고 있기도 함

<표 5-1> 주요 식품의 변패미생물 <표 5-1> 주요 식품의 변패미생물 식품 변패에 관여하는 미생물 우유 및 유제품 Streptococcus, Lactobacillus, Microbacterium, Bacillus, Gram(-)간균 우육류 Gram (-)간균, Micrococcus, Cladosprium, Thamnidium 조육류 Gram (-)간균, Micrococcus 소시지 · 베이컨 · 햄류 Micrococcus, Lactobacillus, Streptococcus, Penicillium Debaryomyces, 고래고기 Streptococcus, Clostridium, Gram (-)간균 어류 · 갑각류 Gram(-)간균, Micrococcus 패류 난류 Pseudomonas, Cladosporium, Penicillum, Sporotrichum 채소 Gram(-)간균, Lactobacillus, Bacillus 과실 · 쥬스류 Acetobacter, Lactobacillus, Saccharomyces, Torulopsis, Botrytis, Penicillium, Rhizopus, 곡류 Aspergillus, Fusarium, Monilia, Penicillium, Rhizipus 빵 Bacillus, Aspergillus, Endomyces, Neurosporn, Rhizopus

(2) 식품중의 미생물 균총 한가지 식품에 기생할 수 있는 미생물의 종류는 단순 한가지 식품에 기생할 수 있는 미생물의 종류는 단순 - 식품이 놓여졌던 환경, 즉 처리과정이나 취급 과정이 다르고 성분도 다름 - 동일식품이라도 날것인가, 가열 처리한 것인가, 고온 저장한 것인가, 저온 처리한 것 인가, 표면인가, 내부인가, 수분의 다소, 첨가물의 종류, 염농도 등에 따라 거기 에 생활하는 미생물의 주동균이 달라짐 - 일정 조건으로 오래 저장하면 번식하는 미생물의 종류는 거의 일정 몇 가지 미생물이 한가지 식품에 관여해서 변패를 일으킬 경우 - 동시에 관계하는 것은 아니며 시간적으로 차이가 있게 됨. - 어떤 식품에 처음에 관여했던 어던 미생물은 자신이 좋아하는 어떤 물질을 분해하면 서 생활하다가 드디어는 분해 미생물의 집적으로 자신의 생활이 억제되고 이틈을 타 서 앞서의 분해미생물을 이용할 수 있는 다른 미생물이 침입하여 분해작업의 공정을 이어받게 된다, 이와 같은 식품은 드디어 최하급의분해물로 됨

§2. 식품의 변패에 관여하는 미생물 식품의 변패에 관여하는 미생물 세균 : 식중독과도 관계되는 중요한 문제 §2. 식품의 변패에 관여하는 미생물 식품의 변패에 관여하는 미생물 세균 : 식중독과도 관계되는 중요한 문제 - 초기에는 거의 식별이 불가능하나, 최종 이미·이취가 발생하면 비로소 세균의 작용이 있었음을 짐작 효모: 가스의 발생을 수반하며 악취는 나지않음 - 잼이나 벌꿀의 저장이 잘못되었을 때 끓어오르는 일( 효모의 발효 ) - 빵이나 떡에 곰팡이가 번식하면 그것이 식품미생물상에 끼치는 문제는 식품의 가치 저하 - 세균에 비하여 식별이 용이

발효와 부패의 차이 부패: 식품이 미생물의 작용으로 인하여 우리에게 무익 또는 유해하게 변화 발효 : 식품이 미생물의 작용으로 인하여 우리에게 유익한 형태로 변화 - 식초산 발효: 알코올을 산화시켜 식초를 만드는 것 - 젖산 발효: 젖산균에 의해서 우유가 젖산음료로 전환되는 것 부패: 식품이 미생물의 작용으로 인하여 우리에게 무익 또는 유해하게 변화 - 청주 속에서 젖산균에 의해서 젖산이 생기면 청주의 가치가 저하시키는 것 - 단백질이 많은 식품에 번식해서 어떤 변화를 일으켰을 때 - 청국장간장 된장은 세균의 도움으로 된 것이지만 이것은 발효식품 효모는 모든 당류를 분해해서 알코올과 탄산가스를 발생시키는 것은 발효 - 벌꿀이나 잼이 효모에 의해서 위와 같이 된 경우 부패 - 간장에 곰팡이가 끼어서 품질이 저하되는 것도 세균효모 곰팡이가 식품에 관여하는 일은 드물고 대개의 경우 다른 미생물과 서 로 어떤 관련을 맺고 있다. 따라서 그들의 작용은 대단히 복잡하여 간단히 설명 할 수 없는 문제점들이 많음

§3. 미생물에 의한 식품변패의 형 (1)통상적인 변패 식품에 대사활성이 강한 미생물이 증식해서 생산하는 여러 효소에 의한 식품의 성분의 분해 식품이 갖는 본래의 맛과 향기 · 형태 · 영양분 등이 손실 - 때로는 유독물질까지도 생성, - 대부분의 부패세균에 의한 변패가 포함 <그림5-1> 세균에 의한 식품부패생성물

(2) 외형적인 변패 (3) 식품 위생학적 변패 식품에 미생물이 부착 번식하여 직간접적으로 식품의 외관이 손상되는 현상 - 이런 때는 식품 성분의 분해는 심하지 않지만 상품적 가치를 잃음 - 떡과 같은 식품에 곰팡이가 번식하는 것 (3) 식품 위생학적 변패 감염형 또는 독소형의 식중독의 원인이 되는 세균과 곰팡이독(mycotoxin)의 원 인이 되는 각종 곰팡이가 식품에 부착하는 경우 - 일반적으로 식품 성분의 분해가 별로 심하지 않고 또 때로는 외관도 별로 손상이 없기 때문에 가장 위험한 변패 소비자에게는 발견되기 어려운 형태이므로 경구전염병의 병원균에 의한 식품의 오염과 더불어 그 예방에 세심한 주의를 하지 않으면 안되는 식품 변패의 형

<표 5-2> 곰팡이독과 생산균주 독소명 원인균 공격부위 발현년도 국명 Aflatoxin 맥각원균 (맥각 alkaloid) Citreoviridin Citrinin Islanditoxin Rubratoxin Gibberella 독 Fusarium 독 Maltoryzine Patulin Aspergillus flavus Aspergillus parasticus Claviceps purpurea Penicillum citreoviride Penicillum citrinum Penicillum islandicum Penicillum rubrum Gibberella saubinetii Fusarium roseum Fusarium tritinctum Aspergillus oryzae var. Microsporus Aspergillus clavatus Aspergillus terreus 간 발암 소화관, 신경 신경 신장 간 간, 신장 위, 간 . 1960 1994 1947 1951 1957 1878 1954 1952 영국 프랑스 대만 태국쌀 에이레쌀 소련 소련,독일, 미국, 일본 일본

§4. 부패균 여러 가지 물질을 부패시키는 세균을 뜻함 - 병원균처럼 정해져 있는 것이 아님 , 분류학상 부패균류라는 것이 따로 있는 것도 아님 - 식품의 변패를 초래할 수 있는 모든 세균을 보통 부패균이라고 함 <표 5-3> 부패균의 종류 균명 발육온도(℃) 소재 호기성 유포자 세균 Bacillus subtilis(고초균) Bacillus mesentericus(마령서균) Bacillus megaterium(거대균) Bacillus mycoides(간상균) 혐기성 유포자 세균 Clostridium 호기성 무포자 세균 Proteus Eschericha coli Aerobacter aerogenes Serratia marcescens(영균) Achromobacter Micrococcus Pseudomonas 32~37 37 36~37 25~30 20~25 공기 · 물 · 토양 · 간장 · 된장 공기 · 물 · 곡물 · 감자 공기 · 물 · 곡물 · 고주박 공기 · 물 · 토양 · 우유 · 간장 물 · 토양 물 · 썩은 고기 동물의 장관내 토양 · 먼지 물 · 하천 · 수산물 담수 · 해수 우유 · 유제품 · 먼지 · 피부 · 해수 · 어류 수중 · 공기중

(1) 바실러스(Bacillus) 토양 · 곡류 기타 도처에 존재 - 포자가 바람에 날려 모든 식품에 오염되는 기회가 극히 많음 포자는 습열 건조에 대한 저항력이 강함 - 바실러스 앤틀러스(Bacillus anthracis)의 포자는 100℃에서 수분 또는 수시간 견딤 건열일 때도 140℃에서 저항력 Bacillus brevis Bacillus cereus Bacillus megaterium

(2) 프로티우스(Proteus) 자연계에 널리 분포하는 대표적인 부패균 육류의 부패에 관여 그 외에 단백질 식품에도 관여하여 부패 통성혐기성균 또는 편성혐기성균 , 무포자 단백질 분해력이 강함 여름철 장내에서 관찰 : 장염을 일으키는 식중독 원인균 Proteus vulgaris Proteus morganii

(3) 대장균 (Escherichia coli) 사람이나 동물의 장내에서 기생 - 분변의 배설 시 외부로 나와 자연계에 생존 식품 부패에 관여하는 비중은 적은편 - 60℃에서 15분이면 사멸 식품을 다루는 영역에서 중요시 - 부패력이나 병원성보다도 출처가 분변(fecal origin)이기 때문 - 식품위생상의 균학적 지표 Escherichia coli Escherichia coli O157 EMB 배지상의 대장균 집락

(5) 형광균( Vibrio fluorescens) (4) 에어로게네스 (Aerobacter aerogenes) 자연계에 널리 분포 대장균과 생리적 기작이 비슷 - 대장균군(Coli group)에 포함 시킬 수 있으나 대장균과는 출처가 전혀 다름 동물성 식품보다가 식물성 식품의 부패에 관여 자신의 부패력은 대단한 것이 없으나 타균의 부패작용 조장 (5) 형광균( Vibrio fluorescens) 어개류의 부패에 관여 황록색 수용성의 형광색을 내고 단백질 분해력이 강함 담수 해수 토양에 존재 호염성의 어떤 것은 콜레라와 비슷한 증상을 일으키는 것도 있다 저온에서도 잘 번식 - 육류 등의 저온 저장시 번식 (고기 표면의 끈적거리는 진을 내기도 함)

Serratia marcescens의 집락 식품에 번식 시 핑크색이나 빨간색을 냄 - 식품을 적변시킴 부패 세균 중 단백질 분해력이 가장 강하고 - 병원성을 나타내는 것도 있음 자연계 분포는 적은 편 Serratia marcescens의 집락 Serratia marcescens (7) 아크로모박타(Achromobacter) 대표적 수중세균 형광균에 비해 부패력은 약함 생어류의 초기부패에 관여하나 - 부패의 정도는 낮고 진행속도도 늦지만 후기에 육질을 연화시키고 - 생선조림이나 가열한 육류에서는 상당한 부패작용을 볼 수 있음

(9) 클로스트리움(Clostridium) (8) 구균(Coccus) 자연계에 널리 존재 - 담수· 해수· 토양 ·공기· 동물 등의 장내에 분포 황색· 적색· 보라색 등의 색조를 내기도 함 전반적으로 동물성식품에서 부패력 강함 - 생선· 어개류· 염장· 어개류· 수산연제품 ·팥앙금 ·유제품 등의 부패균 (9) 클로스트리움(Clostridium) 토양 중에 존재 편성혐기성 , Clostridium butylicum 이 대표적 Clostridium acetobutylicum Clostridium perfringens Clostridium botulinum

<그림5-2> 식품과 부패세균군과의 관계

§5.부패균이 일으키는 화학 변화 1) 탈 아미노 반응 부패균에 의해서 식품이 부패할 때 일어나는 화학변화는 그 식품의 성분과 관여하는 미생물의 종류에 따라서 다르고 대단히 복잡 단백질이 부패균에 의해서 분해되는 과정은 다른 식품분석이 분해되는 것에 비해서 대단히 복잡 1) 탈 아미노 반응 아미노산에서 아미노기가 암모니아로서 유리되고 지방산, 옥시지방산등이 생김

2) 탈 탄산반응 3) 탈아미노·탈탄산병행반응 아미노산에서 CO2와 아민이 생성 - 히스티틴에서 생성된 히스타민은 알레르기 식중독의 원인 - 티로신에서 생성되는 티라민은 혈압상승작용 3) 탈아미노·탈탄산병행반응 암모니아와 CO2가 생기고 한편 알코올, 지방산, 탄화수소를 냄

4) 기타 함황아미노산에서는 메르캅탄 또는 황화수소 등이 생김

§ 6. 미생물의 생육에 관계하는 조건 (1) 수분 모든 생물의 생명활동에 있어서 물은 불가결의 존재 - 단세포생물에 있어서는 주변의 물의 양과 질은 그 생육에 큰 영향을 미침 - 물은 순수한 화학물질인 H2O의 모양으로 존재하는 일은 드물며 항상 무엇인가의 물질을 용존하고 있는 상태로 존재 동·식물체속에 존재하는 물 - 일부는 결합수로서, 또 일부는 유동체인 유리수로서 존재 수분함량 - 결합수와 유리수의 합계를 뜻하는 것 - 미생물이 이용할 수 있는 수분만을 표시할 때는 수분활성이란 표현을 이용하면 편리 <표5-4> 미생물의 증식과 Aw(전반적 경향) 미생물 증식하한 Aw 세균 효모 곰팡이 0.94 0.88 0.80 호염세균 내건성 곰팡이 내삼투압성효모 ≤0.75 0.65 0.60

(2) 삼투압 미생물에 있어서 주변의 삼투압은 수분활성과 밀접한 관계 - 높고 낮음은 미생물의 생육에 직접 영향 - 비호염성 미생물 환경의 삼투압이 어느 강도 이상 높아지면 물이 세포내에 필요이상으로 침입 하게 되어 세포의 정상기능장해를 받게된다. 따라서 증식저해 또는 세균막의 표층구조파양 등을 일으켜서 사멸하게 됨 삼투압 정도는 미생물의 종류에 따라 다름 - 그램양성균은 그램음성균에 비해서 내삼투압성으로 보여짐 삼투압은 용질의 양뿐만 아니라 종류에 의해서도 다르게 나타남 미생물학적실험 또는 고삼투압을 이용한 식품저장의 경우 소금이나 설탕이 흔히 쓰여짐

온천균(Sulfur bacteria 등),유아포간균 (3) 온도 여름에는 식품이 변하기 쉬움 - 여름에는 기온이 높으므로 부패균의 번식속도가 빠름 미생물의 세포는 어느 이상의 온도로 가열하면 사멸하지만 저온에서는 잘죽지 않음 - 저온에서는 미생물의 생육이 억제, 또는 저지되어 식품중의 효소도 활성이 저하됨 <표5-5> 미생물의 증식과 온도 분류 최저증식온도 (℃) 최적증식 온도(℃) 최고증식온도 (℃) 예 저온균(Psychrophile) -10∼5 10∼20 20∼40 수생균(Vibrio 등 ) 부패균(Pseudomonas등) 중온균(Mesophile) 10∼5 25∼40 40∼50 사상균 효모 대부분 병원균 고온균(Thermophile) 40∼45 55∼75 60∼80 온천균(Sulfur bacteria 등),유아포간균

(4) pH 미생물의 발육은 pH에 의해서 크게 영향을 받음 효능이 있는 것 들을 제외하고는 거의 모든 세균은 생육하기 어려움 - 부패세균에 속하는 균들도 pH 5.0이하가 되면 생육불가능 - 음식에 식초를 치는 일은 이와 같은 원리의 응용 <그림5-3>미생물의 생육과 pH

- 효모·세균·곰팡이의 여러 미생물이 생활 가능 pH 5.0∼6.0의 범위 - 부패균의 생육은 상당히 저지되지만 효모나 젖산균은 잘 번식하고, pH가 더 내려가면 곰팡이가 번식 -세균 중에서 식초산균은 내산성이 가장 강함 일반적으로 식품은 미산성 - 효모·세균·곰팡이의 여러 미생물이 생활 가능 - 어떤 식품이 미생물의 오염에 의하여 부패를 받게 되면 pH가 달라지므로 그 다음에는 그 pH에 맞는 미생물이 번식하여 변화를 진행 세균의 내열성은 일반적으로 중성 부근에서 최대 - 가열액의 pH가 중성에서 산성으로 기울어지면 내열성은 급격히 약해짐 - 과일 통조림과 같이 pH 5.0이하인 것은 100℃이하의 저온도에서 어느 정 도의 살균목적 달성

(5) 산소 1) 호기성균 2) 혐기성균 3) 통성혐기성균 유리산소를 호흡해서 에너지를 얻는 세균 2) 혐기성균 물질을 분해해서 유리되는 에너지를 생활에 이용하는 세균이며 유리산소가 존재하면 오히려 생육하지 못함 3) 통성혐기성균 유리산소가 있는 곳이나 없는 곳에서 다같이 생활할 수 있는 세균이며 자연계에 존재하는 대부분의 세균은 호기성, 또는 통성혐기성 세균 - 식품이 표면에서부터 부패하기 시작하는 것은 호기성 세균이 산소가 풍부한 표면에 서 작용하기 때문 혐기성균은 산소의 통로가 차단된 식품내부에서 부패를 일으킬 수 있음 - 통조림의 살균 부족인 경우는 클로스트리디엄 보툴리넘과 같은 혐기성 식중독균이 번 식하는 일이 있으므로 주의해야 함

클로렐라나 일부의 광합성세균처럼 광을 이용하는 것도 있으나 대부분의 (6) 광선과 방사선 클로렐라나 일부의 광합성세균처럼 광을 이용하는 것도 있으나 대부분의 미생물은 그 생육에 광을 필요로 하지 않고 오히려 광은 유해 - 가시광선 이상의 장파장에는 살균력은 없음 - 4000Å이하의 자외선은 미생물에 대하여 살균력을 나타냄 - 2650Å 부근의 파 장은 가장 강하게 작용 살균력작용은 X선, γ선에서도 볼 수 있음 - 조사량에 따라서 변이주를 내게 하거나 사멸시키게 되는데 그 기작은 DNA의 손상 때문 - γ선의 작용은 이와 같은 직접적 손상뿐이 아니라 조사에 의해서 미생물의 주변 물질의 분자가 이온화되어서 유리기를 내고 그것이 세포내의 생체고분자물질 과 반응해서 미생물의 기능장해를 가져온다고 보고 있음

일반적으로 그램양성균은 그램음성균보다, 포자형성균은 비포자 형성균보다도 방사선에 대한 저항성이 높다. 효모와 곰팡이를 비 교하면 효모가 방사선 저항성이 높지만 그램양성균보다는 낮음 <표 5-6> 전자방사선과 그 광선에너지 방사선 파장 에너지(eV) r 선 X 선 진공 자외선 원자외선 근자외선 가시광선 적외선 마이크로파 10-8∼10-2 10-3∼102 1∼2×102 2∼3×102 3∼3.8×102 3.8∼7.8×102 8×102∼105 105∼108 1011∼105 106∼10 12.4∼6.2 6.2∼4.1 4.1∼3.3 3.3∼1.6 2∼0.01 10-2∼10-5

§ 7. 미생물의 생육곡선과 식품의 저장 (1) 미생물의 생육곡선 미생물의 생육은 영양·온도·수분·pH·산소 등의 여러 조건 이 좋은 때는 대단히 빠른 속도로 증식 세균의 생육속도 - 분열에 의해서 생긴 세포가 자라서 다시 분열 할 때까지는 요하는 시간 - 젖산균이나 대장균의 한 세대는 20 분이며 효모는 약 60분 - 계산대로 하면 대장균은 24시간 후 에는 472×1019의 막대한 숫자가 됨 - 실제는 대사산물의 축적, 영양 물질 의 소비등 에 의해서 사멸하는 세균도 많아지므로 그림과 같은 곡선을 이룸 <그림5-4> 미생물의 생육곡선(대장균)

지체기: 처음의 수시간동안 증식을 준비하는 시기 - 세포분열은 거의 일어나지 않음 - 세균이 어떤 배지에 접종되었다고 하더라도 즉시 세포분열을 개시하는 것이 아니고 잠시 동안은 정지상태에 있다가 서서히 증식이 진행됨 대수기: 균체수가 대수적으로 증식하는 시기 정지기: 증식속도가 서서히 늦어져서 사멸균수와 분열균수가 평형 하게 되는 시기 감쇄기: 생균수가 점차 감소되는 시기 각종세균은 그들의 독특한 생육곡선을 가짐 - 생육곡선에 의한 과정을 끝내는 데 있어서 젖산균은 수일이 걸리지만, 그 외의 대부분의 균은 수개월이 걸림

(2) 초기균수와 유도기 저장의 대상이 되는 식품으로서 무균 상태인 것은 거의 없음 - 발육지체기를 연장방법은 식품저장기술과 직결되는 문제 - 깨끗하게 제조되고 그 후에도 조심스럽게 취급된 식품은 저장 수명이 길어짐 살균처리가 되어 있는 식품 - 다소의 부패균이 존재하고 있다 하더라도 그 수는 대단히 적기 때문에 살균하 지 않는 것에 비하여 더 장기간 저장할 수 있음 - 식품중의 초기 세균수는 지체기가 더디고 빠름에 관계가 있는 것이 아님 - 초기 세균수가 반으로 줄었을 때 지체기의 연장은 2배 이상으로 나타남

- 세균의 적온에서 멀면 멀수록, 초기의 세균의 생활력이 약하면 약할수록 식품의 보존온도 - 세균의 적온에서 멀면 멀수록, 초기의 세균의 생활력이 약하면 약할수록 지체기가 연장 식품중의 균의 생육저해가 되는 물질이 많이 존재할수록 지체기가 연장 식품방부제 - 미생물에 대해서 독소가 되거나 또는 독소까지는 되지 않는다 하여도 미생물 생육에 지장을 주는 물질 - 인체나 식품자체에는 별다른 지장을 주지 않는 물질 - 식품방부제등에 의해서 지체기만을 지속하게 하는 작용을 정균작용이라고 함