KNU Microbial Biotechnology Laboratory

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경북대학교 미생물공학연구실 KNUmbl 11장. 식품저장 및 안전 11-1. 식품부패 11-2. 식품저장 11-3. 식품유래의 질병 방제 KNU Microbial Biotechnology Laboratory

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11-1. 식품의 부패 KNU Microbial Biotechnology Laboratory

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1. 일반적인 원리 가. 일반식품에서의 미생물 관리 : 식품의 안전성 및 위생성 확보 - 병원 미생물의 제어로 질병전파 방지 - 미생물 오염감소로 유통기한 연장 - 부패 및 식중독 미생물 탐색과 제거 * 발효식품의 경우 : 미생물의 증식 및 발효의 효율화 : 양적 측면 (quantitative aspects) : 얼마나 많은 미생물이 존재하는가? 질적 측면 (qualitative aspects) : 어떤 종류의 미생물이 존재하는가? 나. 식품의 미생물 함량 제어 1) 식품의 요리과정 유무에 따라 상이 : 채소(대개 요리과정 무)와 육류 2) 미생물의 양과 유지조건 : shelf life(유통기한)에 영향 - 식품의 종류(수분의 함량, pH, 물리적 특성), 유통조건 3) 미생물의 질에 따라 상이 : 요구르트의 경우 많은 미생물 존재 - 병원균은 없애고 유익한 균은 증가 4) 식품재료, 운송, 가공공정 등에서 오염의 최소화 필요 KNU Microbial Biotechnology Laboratory

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- 식품의 미생물 기준 * 식품의 미생물 기준 : 주로 세균과 대장균 기준 - 일반 세균 농도 : 식품의 신선도 추정 (일반적으로 호기성 및 통성혐기성 세균 농도 기준) - 지표 미생물 검출 : 식품의 질병 발생 위험 추정 (주로 분변오염 지표미생물 사용) 식품 종류 세균 수 (cell/ml or g) - 평판법 대장균군 (cell/ml or g) 아이스크림 10만 이하 10 이하 시유, 강화우유, 크림 4만 이하 얼음 100 이하 음성 멸균 시유, 마요네즈, 케첩, 식육제품, 어육 연제품, 통조림류 등 젖산균 음료 10 6 이상 (유산균수) 발효유 10 7 이상 (유산균수 또는 효모수) 농후 발효유 10 8 이상 (유산균수) KNU Microbial Biotechnology Laboratory

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2. 부패조건 * 식품은 다양한 영양소 함유 : 미생물의 증식에 이용 가능 : 식품에 부패 미생물이 생육하여 식품성분 분해 – 맛, 냄새, 색 등이 나빠짐 1. 물 : 미생물의 영양소는 수용액 상태로 흡수 - 수분의 함량이 높으면 부패 위험 증가 –건조식품의 제조 수분 16% 이상: 대부분의 곰팡이 생육 13-14%: 곰팡이 생육 불가 2. pH : 세균은 중성, 곰팡이와 효모는 약산성에서 생육 양호 –생육 최적 pH - 식품의 pH에 따라 부패 위험 상이 - 과일(pH 산성)이 채소(중성, 토마토는 산성)보다 안전 3. 물리적 구조 : 햄버거가 스테이크보다 부패 용이 - 햄버거의 조직 미생물 침투 용이 4. 산소 : 대부분의 부패 미생물은 호기성 –산소의 존재 하 생육 양호 - 진공포장, 질소포장의 경우 호기성 미생물 억제, 혐기성 미생물은 증식 증가 5. 온도 : 미생물의 생육최적온도 - 일반적으로 자연상태 하 고온에서 증식 양호 – 냉동 (-20℃ 이하) 또는 냉장(2-8℃) 보관 KNU Microbial Biotechnology Laboratory

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3. 다양한 식품의 부패 1. 육류 : 우유에 비해 살균 곤란, 고영양, 가공공정 복잡 –다양한 미생물 오염 가. 햄버거 : Escherichia coli O157:H7에 의한 용혈성 설사 - 1993년 미국의 어느 식당 – 500여명이 중독 - 1998년 미국 2500만 파운드 햄버거 리콜 나. 육류 절단면 : 점질물 생성과 갈색 - 유산균 증식(Lactobacillus sp., Leuconostoc sp.) –요리 후 비정상적 맛, 냄 새 다. 가공육 (processed meats) : 런천미트, 소시지, 프랑크푸르트 등 - 가공공정 복잡, 다양한 육류 부위 함유 –오염 위험 - 예) Botulism (botulinus 식중독) –발효가공을 통해 위험 감소 라. 절인 고기 (cured meats) : 햄, 베이컨, 소금에 절인 고기 - 다량의 소금 함유 - 삼투압에 의해 미생물 살균 효과 - 내염성 Lactobacillus sp. 증식 : 유산(신맛), 가스 발생(CO2), 녹색(과산화수소) KNU Microbial Biotechnology Laboratory

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2. 어류 : 육류보다 약한 조직, 아가미에 미생물 농축, 저장/운송 시 오염 증가 - 미생물의 생육이 빨라 부패가 빠르게 진행 - 소금절임, 가열, 건조 등을 통하여 부패 위험 감소 * 어류의 부패 측정 : 해양세균에 의한 근육조직 유기화합물의 파괴 정도 측정 - 조직의 TNO(trimethylamine-N-oxide)가 trimethylamine으로 변화량 측정 3. 가금류와 계란 가. Salmonella sp. –2,400종 이상의 병원성 종 – Salmonellosis(살모넬라증) 유발 – 닭, 칠면조 등 질병, 계란 및 가금류 소비자 전달 나. 계란 : 껍질과 내부막이 세균에 의해 침입 기능 1) Proteus sp. : 시스테인 분해로 흑색 침전 및 황화수소 발생 – 계란의 흑변, 악취 2) Serratia marcescens : 난황의 적변 * 닭의 미동정 미생물 - Bar : 2 ㎛ KNU Microbial Biotechnology Laboratory

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4. 우유와 유제품 * 우유의 특성 : 영양소 우수, pH 7.0 부근, 약 87%가 물 – 부패위험 큼 - 미생물의 증식 및 부패 위험이 큼 1) 유지방 분해 : 세균 효소의 작용으로 산패 –신맛 2) 탄수화물 유산발효 : 유산균이 유산 및 초산 생성 - 신응유(sour curd) 형성 3) Ropy milk : 우유에 점질성 물질 생성 4) 변색 : 적색, 회색, 핑크색, 오렌지색, 노란색 등 색소의 생성 5) 설사 유발 : Campylobacteriosis(캠필로박테리오시스 증) : 원인균 - Campylobacter jejuni 5. 제빵과 제과 상품 * 밀가루, 계란, 설탕 – 부패 근원 - 굽는 과정 중 일부 세균과 균류 포자 생존 1) Ropiness(빵이 끈적거림) : Bacillus sp.에 의한 점성물질 축적 2) 계란 커스타드(custards) : 빵 위에 올리는 것 – Salmonella sp. 오염 3) 거품 크림 : 유산균의 증식에 의한 신맛 6. 곡류 가. 아플라 톡신(aflatoxin) 생성 : Aspergillus flavus 독소 – 밀, 옥수수, 땅콩, 콩 - 간암, 결장암 유발 나. 맥각 독소(ergot poisoning) : Claviceps purpurea의 독소 – 귀리, 밀, 보리 - 신경 독소로 경련과 발작 유발 다. 황변미 독소 : Penicillium sp.의 생육으로 독소 생성 KNU Microbial Biotechnology Laboratory

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11-2. 식품보존 1. 열 : 구조단백질과 효소단백질의 변성 – 미생물 사멸 가. 통조림(canning) : 식품을 전처리 후 캔에 넣고 탈기 및 살균 - 살균 시 Bacillus와 Clostridium sp.를 목표로 살균 * 상업적 살균(commercial sterilization) : 완전살균이 아니라 특정 미생물 살균 나. 통조림의 부패 : 부적절한 가열온도, 작은 구멍, 부적절한 밀봉 – 세균 오염 - 주로 혐기성 세균(Clostridium sp.) – 가스 생산으로 팽창관 형성 - coliform 세균 : 유당을 발효하여 산과 가스 발생 - 팽창관 2. 저온살균 (Pasteurization) : 산업적으로 사용되는 실제조건 가. 저온장시간살균(LTLT-low temperature long time) = 저온처리법(Holding method) : 보통 63-68⁰C * 30 min – water bath에 담구어 둠 나. 고온단시간살균(HTST-high temperature short time) = 순간살균법(Flash method) : 71-75⁰C * sec – 열교환기 이용 다. 초고온순간살균(ultrapasteurization) : * 1-3 sec * 고온단시간 또는 초고온 순간 살균 : 열교환기 이용 KNU Microbial Biotechnology Laboratory

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- 열교환기의 원리 KNU Microbial Biotechnology Laboratory

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* 중요 가공온도 범위 KNU Microbial Biotechnology Laboratory

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3. 낮은 온도 : 미생물 효소의 활성 감소 – 생육과 증식 지연 – 식품의 보존 - 이전의 지하 저장고, 신라시대의 석빙고 1) 냉장 (2~8⁰C) : 보통 식품 보존, 내냉성 미생물 증식 -계란, 과일, 우유 변패 2) 냉동 (-20⁰C) : 얼음의 결정화로 미생물 세포 파괴 -육류, 생선 등의 보관 3) 초저온냉동(-60~-80⁰C) : deep freezing –동력비 고가 4. 건조 : 수분의 제거로 미생물 세포의 활성 감소 –이전에는 태양열 이용 1) 분무건조 (spray drying) : 위로부터 분사, 아래로부터 가열 2) 드럼건조 (heated drum drying) : 드럼의 표면에 액체를 묻히고 물을 증발 3) 동결건조 (lyophilization, freeze drying) : 동결된 상태에서 감압건조 분무 건조기 드럼 건조기 동결건조기 KNU Microbial Biotechnology Laboratory

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5. 삼투압(osmotic pressure) : 세포외부나 내부로 물을 이동시키는 힘 : 고농도의 염이나 당의 존재 –세포외부로 물이 확산 –미생물 활성 감소 6. 화학적 보존제 : 미생물의 증식을 억제 가. 식품첨가물 : 소르보산(sorbic acid), 안식향산(benzoic acid), 프로피온산 나. 훈연(smoking) : 식품건조 및 화학적 보존 동시 이용 다. 아황산(sulfites) : 미생물 억제, 색소의 안정화 –천식에 위험 1) 이산화황(sulfur dioxide, SO2) : 아황산가스 -마른 과일류, 농축주스 등 2) 아황산(sulfurous acid, H2SO3) : 포도주 –황산(sulfuric acid)와 다름 7. 방사선 조사 : 파장 15nm 이하 -α선, β선, γ선, x선 : 주로 감마선(-ray) 사용 : 파장이 0.5nm 이하 - 60Co 사용하여 발생 - 조미료, 과일류, 채소류 등에 인정 - 위해 가능성때문 반드시 처리 표시 * 비열살균(cold sterilization) : 열 발생 무 KNU Microbial Biotechnology Laboratory

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11-3. 식품유래의 질병방제 1. 식품이 병원균을 매개하는 경우 가. 경구전염병 : 전염병 매개 - 장티푸스, 파라티푸스, 콜레라, 이질 등 나. 미생물 식중독(microbial food poisoning) : 식품 섭취로 일어나는 중독현상 1) 세균성식중독 - 감염형 식중독(food-borne infection) - 독소형 식중독(food-borne intoxination) - 기타형 식중독(중간형 식중독) 2) 진균독소식중독(mycotoxicosis) : 식품의 진균 독소에 의한 식중독 2. 유용한 제안 : 식품의 위생적 관리 –미생물 오염 방지, 미생물 증식 억제, 오염식품 폐기 - 자세한 내용은 17, 18장 3. 식품위해요소 중점관리기준 체계 * HACCP(Hazard Analysis Critical Control Points) : 과학적으로 인정되는 식품류의 안전성 인정제도 - 각각의 식품, 가공공정, 유통 조건을 확인하여 안전 요인들을 확인하는 체계 - 미국의 관리부서 FDA(Food and Drug Administration) : 식품의약품안전청 USDA(U.S. Department of Agriculture) : 미농무성 KNU Microbial Biotechnology Laboratory