식품 중 미생물성장 관리
위해미생물 제어방법 가공기술의 원리 Canning (heat treatment) Pasteurization (heat treatment) 무균공정 냉동, 냉장 농축, 건조 여과 방사선 처리 화학약품처리
식품의 가공기술 발효 화학적 저장기술 냉동기술 열처리 농축, 건조 기술 방사선 조사 신기술 화학보존료, 천연항균제, 항산화제, 살균제 냉동기술 열처리 농축, 건조 기술 방사선 조사 신기술 초고압, 고전압펄스전기장, 자외선, 광펄스, 진동자기장, 초음파
살균과 멸균 식품공전 상의 정의 살균 : 따로 규정이 없는 한 세균, 효모, 곰팡이 등 미생물의 영양세포를 사멸시키는 것을 말한다. 멸균 : 따로 규정이 없는 한 미생물의 영양세포 및 포자를 사멸시켜 무균상태로 만드는 것을 말한다.
살균원리 균체성분(단백질, 핵산)의 변성, 분해 균성장 관여효소의 inactivation 방법 : 가열, 방사선, 화학처리, 자외선, 초음파
살균법 Sterilization(살균) Commercial Sterilization(상업적 살균): endospores를 포함한 모든 미생물 사멸. 가열처리를 통하여 목적을 달성 Commercial Sterilization(상업적 살균): 통조림의 경우 Clostridium botulinum 의 내생포자 사멸. 비병원성 thermophiles의 endospore는 파괴하지 않는다.
Disinfection(소독): 병의 원인인 병원성 미생물을 제어. 일반적으로 영양세포 제거가 목적 물리, 화학적 방법 Disinfectant(소독제) Antiseptic(방부제) Degerming(소독약): 제한된 구역에 대한 미생물의 기계적 제거(Example: Alcohol swab on skin) Sanitization(위생처리): 식품관련 기구에 대해 화학적 약품 처리하여 공중 보건과 질병확산 방지(E.g: Hot soap & water)
가열에 의한 미생물 관리 Heat(습열살균): 미생물의 단백질을 coagulating에 의해 일반적으로 건열살균보다 훨씬 효과적 Boiling: 100oC 이상에서 모든 병원성 세균, 바이러스 곰팡이, 곰팡이 포자등을 10분이내로 파괴. Hepatitis virus: Can survive up to 30 minutes of boiling. Endospores: Can survive up to 20 hours or more of boiling.
끊는 물 이상의 온도가 필요하기도 압력하에서 뜨거운 스팀으로 채워진 챔버 2. Autoclave: 압력하에서 뜨거운 스팀으로 채워진 챔버 가장 선호되는 사멸법(단, 시료가 열, 수분, 압력에 의해 손상되지 않을 경우 이용) 스팀온도는 대기압의 두배 정도에서 121oC에 도달 스팀과 직접적으로 접촉시 혹은 시료에 소량의 수분이 있을 경우 더욱 효과적 모든 균들과 포자가 15분이내로 파괴 부피가 크거나 고체 시료인 경우 중심에 열도달시간이 걸리므로 더 많은 시간이 요구됨
Classic Method of Pasteurization: 65oC for 30 min(우유). High Temperature Short Time Pasteurization (HTST): 72oC for 15 sec.(우유) Ultra High Temperature Pasteurization (UHT):140oC for 3 sec.(우유), 후 진공챔버에서 재빨리 냉각
건열살균 (Dry Heat) oxidation 효과로 사멸 Direct Flaming: Used to sterilize inoculating loops and needles. Heat metal until it has a red glow. Incineration(소각): Effective way to sterilize disposable items (paper cups, dressings) and biological waste. Hot Air Sterilization: 오븐에서 170oC, 2시간 이상 처리 열전도가 습열보다 덜 효과적
Filtration 열에 민감한 물질 사멸 시 사용 (백신, 효소, 항생제, 배지 등) High Efficiency Particulate Air Filters (HEPA): 작업실, 소각실 등에서 공기로부터 미생물 제거하기 위해 사용 Membrane Filters: 동일한 pore size로 산업과 연구용으로 이용 Different sizes: 0.22 and 0.45 m Pores: 대부분의 세균은 걸러내지만, spirochetes, mycoplasmas, viruses는 통과 0.01 m Pores: 모든 바이러스와 큰 사이즈의 단백질 걸러냄.
저온처리 Freezing(동결): 0oC이하의 온도 Refrigeration(냉장): 0 ~ 7oC의 온도 Bacteriostatic effect(정균). 대부분의 미생물 대사속도 감소시켜 독소 등을 생성시킬 수 없음 Freezing(동결): 0oC이하의 온도 급속동결: Does not kill most microbes. 완만동결: More harmful because ice crystals disrupt cell structure. 영양세포의 1/3이상이 1년 이상 생존 대부분의 기생충은 동결 후 몇 일 이내에 사멸
Dessication(건조) 물이 없는 상태에서 대부분의 미생물은 성장 및 증식할 수 없지만 살아있는 상태로 유지 건조에 대한 민감성은 종에 따라 다양 Neisseria gonnorrhea: 1시간 정도 생존 Mycobacterium tuberculosis: 몇 달간 생존가능 Viruses 대부분 건조에 잘 견딤 Clostridium spp. and Bacillus spp.: 몇년간 생존
삼투압 Osmotic Pressure: 식품에 존재하는 고농도의 염과 당이 삼투압을 증가시켜 hypertonic 상태 야기. Plasmolysis(원형질분리): 세포에서 물이 제거되어 원형질막이 세포벽에서 수축됨. 죽지는 않지만 생장 정지. Yeasts and molds: 고 삼투압에서도 견딤. 피부에 서식하는 Staphylococci spp. 들은 대개 고삼투압에 잘 견딤.
Radiation(방사선) 3가지 형태의 방사선 1. Ionizing Radiation: Gamma rays, X rays, electron beams, or higher energy rays (1 nanometer이하의 단파) 원자에서 전자를 방출시켜 이온화됨 DNA를 변화시키고 peroxides를 생성 의료품 및 1회용 의료용품 살균에 이용, 식품산업에서도 관심. 단점 : 사람의 피부를 관통해서 유전적 변이를 유발할 수 있음. 2. Ultraviolet light (Nonionizing Radiation): 1 nanometer이상의 파장 변이를 유발하는 thymine dimers를 형성하여 DNA 손상 야기. 작업실, 병원, 카페 등의 소독에 이용. 단점: 피부, 눈 손상, 종이, 유리, 옷을 통과 못함 3. Microwave Radiation: 1 millimeter에서1 meter의 파장 범위 물분자에 의해 열 흡수 수분식품에서 영양세포의 파괴 수분을 포함하지 않는 세균 포자는 파괴되지 않음
미생물의 사멸속도
D value(Decimal reduction tome) 생균수가 1 log cycle 감소하는데 걸리는 시간 생균의 90%가 사멸되는데 걸리는 시간 가열 치사시간(Thermal Death Time: TDT) 주어진 온도에서 시료에 존재하는 미생물의 상업적 살균을 위해 필요한 시간 가공도 지수 : m pH 4.5 이상의 약산성 식품인 경우 m=12 그 외 m= 5
TDT 곡선
F-value Log(FT/F121.1) = 121.1-T/z FT 온도 T에서의 가열치사시간