된장과 고추장에 대하여 Bacillus cereus포자를 $10^5$ spore/g 접종하고 이의 저감화에 적용 가능한 허들로서 additive(95% ethanol 3%, 1% oregano 추출물 0.3%), Joule 가열($95^{\circ}C$, 5분) 및 초고압처리(500 MPa, $45^{\circ}C$, 5분)를 적용하여 Bacillus cereus 포자의 살균효과와 저장성을 분석하였다. 된장에 있어 AJ(additive+Joule 가열) 및 AJP(additive+Joule 가열+초고압) 처리구는 각각 2.80 log 및 3.74 log 감소효과를 보였고 고추장의 경우에는 각각 4.71 log 및 5.60 log 감소를 보여 Joule 가열처리구는 된장과 고추장에 있어서 additive 처리구와 함께 Bacillus cereus 포자의 살균에 상당한 시너지 효과를 나타내는 것으로 판단되었다. 한편 $30^{\circ}C$ 저장시험에서 additive, Joule 가열 및 초고압 병행 처리는 된장 및 고추장에서 낮은 수준의 포자를 유지하는 데에도 유효한 효과를 보여 AJ(additive+Joule 가열) 및 AJP(additive+Joule 가열+초고압) 처리기법은 된장 및 고추장의 Bacillus cereus 포자에 대한 효율적인 살균방법으로서 적용이 가능할 것으로 보였다.
된장과 고추장에 대하여 Bacillus cereus 포자를 $10^5$ spore/g 접종하고 이의 저감화에 적용 가능한 허들로서 additive(95% ethanol 3%, 1% oregano 추출물 0.3%), Joule 가열($95^{\circ}C$, 5분) 및 초고압처리(500 MPa, $45^{\circ}C$, 5분)를 적용하여 Bacillus cereus 포자의 살균효과와 저장성을 분석하였다. 된장에 있어 AJ(additive+Joule 가열) 및 AJP(additive+Joule 가열+초고압) 처리구는 각각 2.80 log 및 3.74 log 감소효과를 보였고 고추장의 경우에는 각각 4.71 log 및 5.60 log 감소를 보여 Joule 가열처리구는 된장과 고추장에 있어서 additive 처리구와 함께 Bacillus cereus 포자의 살균에 상당한 시너지 효과를 나타내는 것으로 판단되었다. 한편 $30^{\circ}C$ 저장시험에서 additive, Joule 가열 및 초고압 병행 처리는 된장 및 고추장에서 낮은 수준의 포자를 유지하는 데에도 유효한 효과를 보여 AJ(additive+Joule 가열) 및 AJP(additive+Joule 가열+초고압) 처리기법은 된장 및 고추장의 Bacillus cereus 포자에 대한 효율적인 살균방법으로서 적용이 가능할 것으로 보였다.
The effects of hurdle techniques on the reduction of Bacillus cereus spores in Doenjang and Gochujang were investigated. In our system, Bacillus cereus spores were artificially inoculated into Doenjang and Gochujang. Hurdle techniques used in this study were additives (3% ethyl alcohol-0.03% oregano...
The effects of hurdle techniques on the reduction of Bacillus cereus spores in Doenjang and Gochujang were investigated. In our system, Bacillus cereus spores were artificially inoculated into Doenjang and Gochujang. Hurdle techniques used in this study were additives (3% ethyl alcohol-0.03% oregano extract), Joule heating ($95^{\circ}C$ for 5 min), and hydrostatic pressure (500 MPa for 5 min at $45^{\circ}C$). Additive-Joule (AJ) and additive-Joule-pressure (AJP) treatments for Doenjang resulted in a 2.80 log and 3.74 log reduction, respectively, while treatments for Gochujang resulted in a 4.71 log and 5.60 log reduction, respectively. This suggests a high synergistic effect of Joule heating with additive treatment in Doenjang and Gochujang. A combination ofg hurdles such as additives, Joule heating, and hydrostatic pressure also kept Bacillus cereus spore counts low during storage at $30^{\circ}C$. Therefore, Bacillus cereus spores inoculated into Doenjang and Gochujang can be effectively reduced through combined treatments, including AJ or AJP.
The effects of hurdle techniques on the reduction of Bacillus cereus spores in Doenjang and Gochujang were investigated. In our system, Bacillus cereus spores were artificially inoculated into Doenjang and Gochujang. Hurdle techniques used in this study were additives (3% ethyl alcohol-0.03% oregano extract), Joule heating ($95^{\circ}C$ for 5 min), and hydrostatic pressure (500 MPa for 5 min at $45^{\circ}C$). Additive-Joule (AJ) and additive-Joule-pressure (AJP) treatments for Doenjang resulted in a 2.80 log and 3.74 log reduction, respectively, while treatments for Gochujang resulted in a 4.71 log and 5.60 log reduction, respectively. This suggests a high synergistic effect of Joule heating with additive treatment in Doenjang and Gochujang. A combination ofg hurdles such as additives, Joule heating, and hydrostatic pressure also kept Bacillus cereus spore counts low during storage at $30^{\circ}C$. Therefore, Bacillus cereus spores inoculated into Doenjang and Gochujang can be effectively reduced through combined treatments, including AJ or AJP.
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문제 정의
본 연구에서는 사전 실험결과와 기존에 보고를 종합하여 된장과 고추장에 대하여 B. cereus 포자를 접종하고 기존의 열처리방식과는 다른 Joule 가열법과 물리적 방법인 초고압 기술, 첨가물로서 미생물의 저감효과가 인정되는 에탄올 및 오레가노 추출물 등을 활용하여 B. cereus 포자에 대한 살균 효과와 저장 중의 변화를 검토함으로써 효과적인 미생물 살균에 대한 허들기술을 개발하고자 하였다.
상술한 바와 같이 초고압처리의 경우, 즉각적인 균의 효과적인 감소를 보기는 어렵지만 세포 손상에 의해 저장 중에 감소하는 사례(15)가 있고, 또한 균의 저감이 발생한 처리구라 하더라도 저장 중에 생육가능성도 있어서 본 연구에서는 상기의 다양한 허들처리구들에 대하여 30℃에서 32일간 저장하면서 포자의 거동을 평가하여 hurdle technique의 처리 효과를 분명히 하고자 하였다.
가설 설정
2)Mean with the same letter within a column are not significantly different (p<0.05).
제안 방법
Batch식 Joule 가열장비(Ohmic heater, Frontier engineering, Tokyo, Japan)를 이용하여 살균 시험을 행하였다. Joule 가열장치는 출력전압 100∼400 V까지 조절할 수 있으며, 주파수는 20 kHz의 고정형의 것을 사용하였다.
EtOH은 95% 주정을 활용하고 오레가노 추출물은 주정에 건조 오레가노 분말을 1%(w/v) 되도록 첨가한 후 overnight 한 다음 3,000 × g에서 10분간 원심분리 하여 상등액을 된장 혹은 고추장에 대하여 3%(v/w) 되게 첨가하였다.
Fig. 1에서와 같이 된장과 고추장에 대해 Bacillus cereus 포자를 접종하고 additive(EtOH/oregano 추출물) 첨가 유무구로 나누고 계속하여 Joule 가열처리 유무구 및 초고압처리 유무구로 나누어 처리구를 구성해 보면 전체적으로는 C(대조구), P(초고압처리구), J(Joule 가열처리구) 및 A(EtOH/ oregano 추출물 처리구)의 단독처리구와 다음으로 JP(Joule 가열과 초고압처리), AP(additive와 초고압처리) 및 AJ(additive와 Joule 가열처리)의 2개 단위 복합처리구, 그리고 최종적으로는 AJP(additive와 Joule 가열처리와 초고압처리)의 3개 단위 복합처리구로 나뉘어져 단일기술들의 조합 효과(hurdle technology)를 충분히 비교할 수 있을 것으로 기대되었다.
MYP 배지 분석법(1)을 변형하여 계수하였다. 시료 10 g 을 취하여 20 mL의 멸균 생리식염수를 가하여 2분간 고속으로 균질화하여 시험용액으로 하였다.
된장과 고추장에 대하여 Bacillus cereus 포자를 105 spore/ g 접종하고 이의 저감화에 적용 가능한 허들로서 additive(95% ethanol 3%, 1% oregano 추출물 0.3%), Joule 가열(95℃, 5분) 및 초고압처리(500 MPa, 45℃, 5분)를 적용하여 Bacillus cereus 포자의 살균효과와 저장성을 분석하였다. 된장에 있어 AJ(additive＋Joule 가열) 및 AJP(additive＋ Joule 가열＋초고압) 처리구는 각각 2.
1 mL씩을 도말하여 30℃에서 24시간 동안 배양하였다. 배양 후 집락 주변에 lecithinase를 생성하는 혼탁한 환을 갖는 분홍색 집락을 선별하여 계수하였다.
시료를 30℃ incubator에 32일 동안 저장하고 일정 기간마다 시료를 채취하여 B. cereus 수를 측정하였다.
진공포장 된 된장 및 고추장을 hydrostatic fluid medium 으로 채워진 고압기(Quintus foodprocessor 6, ABB Autoclave System, Inc., Houston, TX, USA)의 chamber에 넣고 500 MPa 압력으로 5분간 처리하였으며, 이때 chamber의 온도는 45±3℃였다.
허들의 요소기술로서 ①Aw(water activity) ②보존료 ③air 존재유무 ④가열처리 및 ⑤고압처리 등 크게 5가지로 나누어 조사하였다. 그 결과, ①Aw 분야에서는 Takano와 Yokoyama(5)의 주정(EtOH)을 이용한 기술, ②보존제 분야에서는 Galli 등(11)의 천연향신료 추출물인 오레가노(oregano)를 이용한 기술, ③탈기분야에서는 고전적인 탈기 방법, ④열처리분야에서는 순간적이며 일률적인 열처리가 가능한 Joule 가열법(12), ⑤고압분야에서는 500 MPa 부근의 초고압을 이용한 기술(13-15) 등을 허들의 요소기술로서 활용하는 것이 효율적일 것으로 판단되었다.
대상 데이터
시판 된장과 고추장(S사)은 성남시 소재 롯데백화점에서 구입하여 사용하였다.
MYP 배지, egg yolk 및 supplement는 Merck(Rahway, NJ, USA)의 특급품을 사용하였고 기타 시약은 모두 특급을 사용하였다. B. cereus(ATCC 21772)는 50% glycerol stock로 보관 중인 균주를 사용하였다.
데이터처리
실험은 모두 3회 반복하였고 자료의 통계분석은 SAS program(ver. 9.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)(1999)을 이용하였으며 각 처리구 간의 유의성 검증을 위해 one way ANOVA를 실시한 후 처리군의 평균값 간의 비교를 위해 Duncan의 다중검정(multiple range test)을 이용하여 5% 수준에서 유의성 검정을 실시하였다.
이론/모형
Yang 등(3)이 제시한 방법에 따라 제조하여 접종하였다. B.
회수된 포자는 4℃에서 보존 하고 실험 전에 80℃에서 10분간 처리하여 영양세포를 사멸한 후 된장 접종에 사용하였다. 포자의 확인은 Schaeffer와 Fulton 포자염색법(10)을 사용하였다. 회수된 포자의 최종 농도는 107 spore/mL 수준이었다.
성능/효과
32 log만큼 감소효과를 보였다. 2개 단위의 복합처리구에서는 AP(additive와 초고압) 처리구는 4.40 log였으나 JP(Joule 가열과 초고압) 처리구는 2.83 log로 2.04 log만큼의 감소 효과가 있었으며 AJ(additive와 Joule 가열)처리구는 2.07 log로서 2.80 log만큼의 감소 효과를 보여 AJ처리 구가 2개 단위 복합처리구 중 가장 우수하였다. 계속해서 3개 단위 복합처리구인 AJP(additive, Joule 가열 및 초고압) 처리구는 3.
Fig. 2의 된장의 경우 포자수는 처리구별로 절대치가 다르며 전체적으로 볼 경우 C(대조구), P(초고압처리구), A(첨가물처리구) 및 AP(첨가물과 초고압처리구)는 저장 중에 증식하는 경향을 보이고 있었으나 J(Joule 가열처리구), JP(Joule 가열＋초고압 처리구), AJ(첨가물 및 Joule 가열처리구) 및 AJP(첨가물, Joule 가열＋초고압 처리구)는 저장시간이 지남에 따라 초기수준과 유사하거나 다소 낮은 수준을 유지하였다. 상기의 결과로부터 A(첨가물), J(Joule 가열) 및 P(초고압) 병행 처리는 된장의 저장 중에도 낮은 포자수 수준을 유지하는 데에도 유효한 결과를 보여주고 있다.
65 log만큼의 유의한 감소 효과가 있었다. 계속해서 2개 단위의 복합처리구에서는 AP(additive와 초고압) 처리구는 3.90 log였고 JP(Joule 가열과 초고압) 처리구는 3.24 log로서 대조구 대비 2.36 log만큼의 유의한 감소 효과가 있었으며 AJ(additive와 Joule 가열) 처리구는 0.89 log로서 대조구 대비 4.71 log만큼 의 강력한 감소 효과를 보여 2개 단위 복합처리구 중에서 가장 우수하였다. 마지막으로 3개 단위인 AJP(additive, Joule 가열 및 초고압) 처리구에서는 포자가 검출되지 않아 모든 처리구 중에서 가장 우수한 것으로 평가되었다.
80 log만큼의 감소 효과를 보여 AJ처리 구가 2개 단위 복합처리구 중 가장 우수하였다. 계속해서 3개 단위 복합처리구인 AJP(additive, Joule 가열 및 초고압) 처리구는 3.74 log만큼의 가장 큰 감소효과를 보였다.
허들의 요소기술로서 ①Aw(water activity) ②보존료 ③air 존재유무 ④가열처리 및 ⑤고압처리 등 크게 5가지로 나누어 조사하였다. 그 결과, ①Aw 분야에서는 Takano와 Yokoyama(5)의 주정(EtOH)을 이용한 기술, ②보존제 분야에서는 Galli 등(11)의 천연향신료 추출물인 오레가노(oregano)를 이용한 기술, ③탈기분야에서는 고전적인 탈기 방법, ④열처리분야에서는 순간적이며 일률적인 열처리가 가능한 Joule 가열법(12), ⑤고압분야에서는 500 MPa 부근의 초고압을 이용한 기술(13-15) 등을 허들의 요소기술로서 활용하는 것이 효율적일 것으로 판단되었다.
3%), Joule 가열(95℃, 5분) 및 초고압처리(500 MPa, 45℃, 5분)를 적용하여 Bacillus cereus 포자의 살균효과와 저장성을 분석하였다. 된장에 있어 AJ(additive＋Joule 가열) 및 AJP(additive＋ Joule 가열＋초고압) 처리구는 각각 2.80 log 및 3.74 log 감소효과를 보였고 고추장의 경우에는 각각 4.71 log 및 5.60 log 감소를 보여 Joule 가열처리구는 된장과 고추장에 있어서 additive 처리구와 함께 Bacillus cereus 포자의 살균에 상당한 시너지 효과를 나타내는 것으로 판단되었다. 한편 30℃ 저장시험에서 additive, Joule 가열 및 초고압 병행 처리는 된장 및 고추장에서 낮은 수준의 포자를 유지하는 데에도 유효한 효과를 보여 AJ(additive＋Joule 가열) 및 AJP(additive＋Joule 가열＋초고압) 처리기법은 된장 및 고추장의 Bacillus cereus 포자에 대한 효율적인 살균방법으로서 적용이 가능할 것으로 보였다.
71 log만큼 의 강력한 감소 효과를 보여 2개 단위 복합처리구 중에서 가장 우수하였다. 마지막으로 3개 단위인 AJP(additive, Joule 가열 및 초고압) 처리구에서는 포자가 검출되지 않아 모든 처리구 중에서 가장 우수한 것으로 평가되었다.
상기 된장 및 고추장의 결과를 종합해 보면 Joule 가열처리구는 A(에탄올과 oregano 추출물) 처리구와 함께 상당한 시너지효과를 보이는 것으로 판단되며 한편으로 기대되었던 초고압처리는 부분적으로 유효하지만 타 허들과의 시너지효과는 상대적으로 낮은 것으로 평가된다.
상기의 결과로부터 A(첨가물), J(Joule 가열) 및 P(초고압) 병행 처리는 된장 및 고추장의 저장 중에도 낮은 포자수 수준을 유지하거나 zero base를 유지하는데 유효한 효과를발휘하는 것으로 보여 된장 및 고추장은 AJ(첨가물＋Joule 가열) 및 AJP(첨가물＋Joule 가열＋초고압) 처리기법을 통해 유통상 문제가 없을 만큼 Bacillus cereus의 살균이 가능할 것으로 판단된다. 그러나 Joule 가열 온도나 초고압 적용범위의 압력을 현재 수준보다 더욱 낮출 수 있는 허들기술에 대한 추가적인 연구도 필요하다고 본다.
60 log 감소를 보여 Joule 가열처리구는 된장과 고추장에 있어서 additive 처리구와 함께 Bacillus cereus 포자의 살균에 상당한 시너지 효과를 나타내는 것으로 판단되었다. 한편 30℃ 저장시험에서 additive, Joule 가열 및 초고압 병행 처리는 된장 및 고추장에서 낮은 수준의 포자를 유지하는 데에도 유효한 효과를 보여 AJ(additive＋Joule 가열) 및 AJP(additive＋Joule 가열＋초고압) 처리기법은 된장 및 고추장의 Bacillus cereus 포자에 대한 효율적인 살균방법으로서 적용이 가능할 것으로 보였다.
후속연구
cereus는 32～40℃의 중온성, 그람양성, 호기성, 10%내염성 및 내열성으로 알려져 있으며 포자를 생성하며 식중독을 일으키는 유해균이다(2). B. cereus의 영양세포(vegetative cell)는 된장 등 고염 농도의 장류에 접종하고 난 후에 극한 환경으로 인해 검출이 잘 안 되는 것으로 알려져 있으나 포자(spore)의 경우에는 접종 후에도 검출되기 때문에 된장에 존재하는 B. cereus의 살균을 위해서는 영양세포가 아닌 포자를 중심으로 다루어져야 보다 실용적인 결과를 얻을 수 있을 것이다(3). B.
상기의 결과로부터 A(첨가물), J(Joule 가열) 및 P(초고압) 병행 처리는 된장 및 고추장의 저장 중에도 낮은 포자수 수준을 유지하거나 zero base를 유지하는데 유효한 효과를발휘하는 것으로 보여 된장 및 고추장은 AJ(첨가물＋Joule 가열) 및 AJP(첨가물＋Joule 가열＋초고압) 처리기법을 통해 유통상 문제가 없을 만큼 Bacillus cereus의 살균이 가능할 것으로 판단된다. 그러나 Joule 가열 온도나 초고압 적용범위의 압력을 현재 수준보다 더욱 낮출 수 있는 허들기술에 대한 추가적인 연구도 필요하다고 본다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
B. cereus란 무엇인가?
B. cereus는 32～40℃의 중온성, 그람양성, 호기성, 10%내염성 및 내열성으로 알려져 있으며 포자를 생성하며 식중독을 일으키는 유해균이다(2). B.
Bacillus(B.) cereus 균의 비활성 효과에 영향을 주는 첨가물은 무엇인가?
5% NaCl 조건에서는 어떤 온도조건에서도 생장이 관찰되지 않고 있다(4). 솔빈산, 안식향산, 초산, 개미산 및 젖산 등 유기산, nicin 등 bacteriocin 및 오레가노 등 허브추출물, 벤조인산, EDTA 및 polyphosphate 등에 의한 첨가물도 비활성 효과를 주는 것으로 알려져 있다(5). 그러나 포자의 경우에는 105 spore/mL가 zero base로 사멸되는 데 100℃에서 6분으로 알려져 있으나 오염원에 따라 열 저항성에도 차이가 있는 것으로 보고되고 있다(5).
허들의 종류는 무엇인가?
한편 Leistner(6)는 미생물로부터 식품을 보존하기 위한 수단을 허들(hurdle)이라고 명명한 이후 허들은 온도(고온-열살균, 저온-보존온도), pH, Aw(건조, 고삼투), 산화한원 전위, 가스환경(CO2, O2, N2), 포장(진공, 무균), 압력(초고압), 전자파(초음파, 마이크로파, PEF), 미생물 및 보존제(유기산, 천연 보존제 등) 등 식품을 미생물의 공격에서 방어하는 수단으로 지금까지 약 수십여 가지 이상의 허들이 제시되고 있다(7).
참고문헌 (15)
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Yang SK, Kim JJ, Kim SJ, Oh SW. 2011. Synergistic effect of grapefruit seed extract, EDTA and heat on inactivation of Bacillus cereus spore. J Korean Soc Food Sci Nutr 40: 1469-1473.
Koo MS. 2009. Bacillus cereus: An ambusher of food safety. Bull Food Technol 22: 587-600.
Takano M, Yokoyama M. 1998. Inactivation of food borne microorganisms. Shinshobou, Tokyo, Japan. p 87-106.
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Leistner L. 2000. Minimally processed ready to eat and ambient stable meat products. In Shelf Life Evaluation of Foods. Man CMD, ed. An Aspen Pubilishers, Inc., Gaithberg, MD, USA. p 242-263.
Shin HW, Lim YH, Lee JK, Kim YJ, Oh SW, Shin CS. 2008. Effect of commercial antimicrobials in combination with heat treatment on inactivation of Bacillus cereus spore. Food Sci Biotechnol 17: 603-607.
Lopez-Pedemonte TJ, Roig-Sagues AX, Trujillo AJ, Capellas M, Guamis B. 2003. Inactivation of spores of Bacillus cereus in cheese by high hydrostatic pressure with the addition of nisin or lysozyme. J Dairy Sci 86: 3075-3081.
Galli A, Franzetti L, Briguglio D. 1985. Antimicrobials properties in vitro of esentila oils and extract of spices used for foods. Ind Aliment 24: 463-466.
Knirsch MC, dos Santos CA, de Oliveira Soares Vicente AAM, Christina Vessoni Penna T. 2010. Ohmic heating-a review. Trends Food Sci Technol 21: 436-441.
Lim SH, Kim BO, Kim SH, Mok C, Park YS. 2001. Quality changes during storage of kochujang treated with heat and high hydrostatic pressure. J Korean Soc Food Sci Nutr 30: 611-616.
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