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문제 정의
- Choi 등(2)은 Sal. Typhimurium를 균일한 크기로 썰어진 양배추에 접종시킨 후 이산화염소수의 농도를 달리하여 처리하였을 경우 200 ppm의 이산화염소수에 10분 처리 시 1.9 log CFU/g의 감소효과를 나타낸다고 보고하여 본 연구의 Sal. Typhimurium 억제 효과가 더 크게 나타났다.
- 본 연구에서는 미생물학적 위해요소가 되는 대표적인 미생물인 Escherichia coli, Bacillus cereus, Salmonella Typhimurium 그리고 인축 특히 작업자에 의해 오염의 빈도가 높은 식중독균인 Stapylococcus aureus를 대상으로 강산성 및 약알칼리 전기분해수 및 이산화염소수의 살균효과를 유효성 평가에 의해 조사하였고, 김치의 원재료인 배추에 병원성 미생물을 인위적으로 오염시킨 후 세척수로서 전기분해수와 이산화염소수를 적용하여 처리 시간을 달리하였을 때 일반적인 염소소독법과 그 살균효과를 비교 평가하여 염소 대체재로서의 가능성을 살펴보았다.
제안 방법
- cereus, Sal. Typhimurium, 및 S. aureus를 인위적으로 오염시킨 후 각각의 살균소독수를 100 ppm의 농도로 하여 침지 시간을 달리 하면서 미생물 제어효과를 비교하였다. 전체적으로 줄기 부분보다 잎 부분에서 세척 효과가 더 크게 나타났으며 네 가지 병원성 미생물에 대한 세척효과는 이산화염소수가 가장 큰 것으로 나타났다.
- 살균소독수의 농도는 학교급식에서 사용하고 있는 학교급식 위생관리 지침서에서 제시한 유효염소 농도 100 ppm을 기준으로 강산성 및 약 알칼리 전기분해수와 이산화염소수를 100 ppm으로 제조하였으며 대조구로는 수도수와 유효염소농도 100 ppm의 차아염소산나트륨 용액을 사용하였다. 배추 중량의 20배의 살균소독수에 오염시킨 배추를 각각 3, 5, 10분 침지한 후 잔류 염소를 제거하기 위해 동량의 증류수에 3분 침지하였다.
- 배추를 식중독균에 인위적으로 오염시키기 위해 멸균 증류수 1.5 L에 각각의 세균현탁액 15 mL를 넣어 균주 현탁액을 만든 후 여기에 4절 된 배추를 3분 동안 침지시켜 배추 표면의 균이 5-6 log CFU/g 수준으로 오염되도록 접종시켰다. 침지 시킨 배추는 clean bench에서 4시간 동안 건조시킨 후 사용하였다.
- 본 연구에서는 일반적인 염소소독법을 대체하기 위하여 살균소독수로의 유효성을 가진 강산성 및 약알칼리 전기분해수와 이산화염소수를 배추 세척에 적용하였다. 배추 표면에 E.
- 산화환원전위는 ORP meter(RE-12P, TOA Electronics, Kobe, Japan)를 사용하여 측정하였으며, pH는 pH meter(AB 15, Fisher Scientific, Pittsburgh, PA, USA)로 측정하였다. 차아염소산 함량은 식품 공전법에 따라 전기분해수 50 mL에 KI 2 g, acetic acid 10 mL와 전분지시약을 몇 방울 가하여 흑갈색이 되도록 한 후 0.
- 살균소독력을 평가하기 위해 정량적 현탁액 시험법인 EN 1276방법(15)을 응용하였으며 세척이 충분히 수행되지 않은 조건을 모사하기 위하여 오염조건에서 평가하였다(Fig. 1). 시험균 현탁액 1 mL와 간섭물질 1 mL가 혼합된 반응액와 시험용액 8 mL을 넣고 20±1℃에서 5분간 반응시켰다.
- 침지 시킨 배추는 clean bench에서 4시간 동안 건조시킨 후 사용하였다. 살균소독수의 농도는 학교급식에서 사용하고 있는 학교급식 위생관리 지침서에서 제시한 유효염소 농도 100 ppm을 기준으로 강산성 및 약 알칼리 전기분해수와 이산화염소수를 100 ppm으로 제조하였으며 대조구로는 수도수와 유효염소농도 100 ppm의 차아염소산나트륨 용액을 사용하였다. 배추 중량의 20배의 살균소독수에 오염시킨 배추를 각각 3, 5, 10분 침지한 후 잔류 염소를 제거하기 위해 동량의 증류수에 3분 침지하였다.
- 세척된 배추를 줄기 부분과 잎 부분으로 나누어 10 g씩 채취한 후 멸균된 0.85% saline 용액으로 10배 희석하여 균질기(Bagmixer R400, Interscience, Saint Norm, France)로 1분 동안 균질화 한 후 단계 희석하여 실험을 실시하였다. 희석한 검액 1 mL 를 멸균 페트리접시에 무균적으로 취하여 TSA 약 15 mL에 pouring culture method로 접종한 다음 37℃에서 24시간 배양하여 콜로니를 계수하여 colony forming unit(CFU/g)으로 표시하였다.
- 시험균 현탁액 1 mL와 간섭물질 1 mL가 혼합된 반응액와 시험용액 8 mL을 넣고 20±1℃에서 5분간 반응시켰다. 이 반응액 1 mL를 중화제 8 mL와 멸균증류수 1 mL가 혼합된 멸균시험관에 옮긴 후 중화반응혼합액 1 mL를 TSA 배지에서 24시간 배양한 다음 생균수를 측정하였다. 시험 용액의 희석에 사용한 경수는 MgCl2, CaCl2, NaHCO3 혼합액 이었으며, 중화제는 lecithin, polysorbate 80, sodium thiosulfate, l-histidine 및 saponine의 혼합액이었다.
- 인위적으로 식중독균에 오염시킨 배추를 수도수, 차아염소산나트륨수, 강산성 전기분해수, 약알칼리 전기분해수 및 이산화염소수에 시간을 달리하여 침지시킨 후 배추 표면의 식중독균 제어 효과를 평가하였다. 먼저 E.
- 산화환원전위는 ORP meter(RE-12P, TOA Electronics, Kobe, Japan)를 사용하여 측정하였으며, pH는 pH meter(AB 15, Fisher Scientific, Pittsburgh, PA, USA)로 측정하였다. 차아염소산 함량은 식품 공전법에 따라 전기분해수 50 mL에 KI 2 g, acetic acid 10 mL와 전분지시약을 몇 방울 가하여 흑갈색이 되도록 한 후 0.1 N Na2S2O3 용액으로 흑갈색의 용액이 투명해질 때까지 적정하여 농도를 측정하였다. 각각의 살균소독수 물성은 Table 1과 같다.
- 85% saline 용액으로 10배 희석하여 균질기(Bagmixer R400, Interscience, Saint Norm, France)로 1분 동안 균질화 한 후 단계 희석하여 실험을 실시하였다. 희석한 검액 1 mL 를 멸균 페트리접시에 무균적으로 취하여 TSA 약 15 mL에 pouring culture method로 접종한 다음 37℃에서 24시간 배양하여 콜로니를 계수하여 colony forming unit(CFU/g)으로 표시하였다.
대상 데이터
- 시험 용액의 희석에 사용한 경수는 MgCl2, CaCl2, NaHCO3 혼합액 이었으며, 중화제는 lecithin, polysorbate 80, sodium thiosulfate, l-histidine 및 saponine의 혼합액이었다. 간섭물질로는 bovine serum albumin을 사용하였다.
- 본 실험에 사용된 강산성 전기분해수(SAcEW)와 약알칼리 전기분해수(LAlEW)는 동시에 생성할 수 있도록 제작된 시스템으로 제조하였는데 이 때 사용한 전극은 이리듐 도금 티타늄 재질의 판형(70×140×1 mm)이었으며, 전해액 공급은 연속 유수 방식으로 0-10 mL/min으로 조절하여 사용하였다.
- 본 연구에 사용한 배추는 해남에서 수확된 춘광 품종으로 경기도 성남의 대형 유통점에서 구입하여 4℃에 저장하면서 사용하였다. 살균소독수의 유효성 평가와 배추의 인위적인 오염을 위해 Escherichia coli(ACTC 1039), Stapylococcus aureus(KFRI 171), Bacillus cereus(KFRI 181), Salmonella Typhimurium(KFRI 250)의 균주를 tryptic soy agar(TSA, Difco Laboratories, Detroit, MI, USA)에서 1차 증균 배양한 후 4℃에서 보관하면서 사용하였다.
- 본 연구에 사용한 배추는 해남에서 수확된 춘광 품종으로 경기도 성남의 대형 유통점에서 구입하여 4℃에 저장하면서 사용하였다. 살균소독수의 유효성 평가와 배추의 인위적인 오염을 위해 Escherichia coli(ACTC 1039), Stapylococcus aureus(KFRI 171), Bacillus cereus(KFRI 181), Salmonella Typhimurium(KFRI 250)의 균주를 tryptic soy agar(TSA, Difco Laboratories, Detroit, MI, USA)에서 1차 증균 배양한 후 4℃에서 보관하면서 사용하였다. 본 실험에 사용된 강산성 전기분해수(SAcEW)와 약알칼리 전기분해수(LAlEW)는 동시에 생성할 수 있도록 제작된 시스템으로 제조하였는데 이 때 사용한 전극은 이리듐 도금 티타늄 재질의 판형(70×140×1 mm)이었으며, 전해액 공급은 연속 유수 방식으로 0-10 mL/min으로 조절하여 사용하였다.
- 이 반응액 1 mL를 중화제 8 mL와 멸균증류수 1 mL가 혼합된 멸균시험관에 옮긴 후 중화반응혼합액 1 mL를 TSA 배지에서 24시간 배양한 다음 생균수를 측정하였다. 시험 용액의 희석에 사용한 경수는 MgCl2, CaCl2, NaHCO3 혼합액 이었으며, 중화제는 lecithin, polysorbate 80, sodium thiosulfate, l-histidine 및 saponine의 혼합액이었다. 간섭물질로는 bovine serum albumin을 사용하였다.
- 본 실험에 사용된 강산성 전기분해수(SAcEW)와 약알칼리 전기분해수(LAlEW)는 동시에 생성할 수 있도록 제작된 시스템으로 제조하였는데 이 때 사용한 전극은 이리듐 도금 티타늄 재질의 판형(70×140×1 mm)이었으며, 전해액 공급은 연속 유수 방식으로 0-10 mL/min으로 조절하여 사용하였다. 이산화염소수(ACD)는 chlorine dioxide generator system(Boobuck Entech Co., Ltd, Seoul, Korea)을 사용하여 제조하였다.
데이터처리
- 실험 결과는 Statistical Analysis System(SAS, Cary, NC, USA)를 이용하여 각 시료의 평균과 표준편차를 계산하였고, Duncan’s multiple range test 방법을 사용하여 0.05% 수준에서 유의성을 분석하였다.
성능/효과
- Typhimurium에 대해서는 40 ppm이었다. B. cereus는 강산성 및 약알칼리 전기분해수에 대하여 60 ppm 농도에서 5 log CFU/mL의 살균소독력을 나타냈으며, S. aureus는 산성 및 알칼리 전기분해수에 대하여 80 ppm 이상의 농도에서 사멸되어 다른 병원성 미생물보다 5 log CFU/mL 이상 감소시킬 때 높은 농도의 유효염소가 필요한 것으로 나타났다. 일반적으로 Gram 양성균은 Gram 음성균보다 살균소독제에 대한 감수성이 큰 것으로 알려져 있다(16).
- aureus에 대한 제어효과가 높게 나타나는 것을 확인하였다. S. aureus에 대한 전기분해수 및 이산화염소수의 유효성 평가 결과에서도 S. aureus를 제어하는 데는 높은 농도의 유효염소 함량이 요구되었는데, 같은 농도의 살균소독수를 배추에 적용시에도 앞선 식중독균에 비해 그 감소효과가 적게 나타났다.
- aureus, Sal. Typhimurium에 대하여 5 log CFU/mL 이상의 감소 효과를 나타내는 최소 농도는 10 ppm으로 측정되어 강산성 및 약알칼리 전기분해수보다 5 log CFU/mL 이상의 감소 효과를 나타내는 유효염소의 농도가 상당히 낮음을 확인하였다. 전반적으로 E.
- coli와 Sal. Typhimurium의 살균소독수에 대한 감수성이 B. cereus와 S. aureus보다 더 높은 것으로 평가되었다.
- 결론적으로 전기분해수 및 이산화염소수를 살균소독수로서 배추 세척에 적용한 결과 3분 처리구에서 초기 균수에 대한 감소가 가장 크게 나타났으며, 5분과 10분 처리구에서는 유의성은 있었으나 그 차이가 크지 않아 배추의 미생물학적 위험을 감소시키기 위해서는 5분 정도 침지 시켜 세척하는 방법이 효과적일 것으로 생각된다. 본 연구에서 사용한 살균소독수 중에서 이산화염소수로 처리하였을 때가 네 가지의 병원성 미생물을 제어 하는데 있어서 가장 우수한 것으로 평가되었다.
- 또한 식중독 균에 오염시킨 배추를 살균소독수로 세척한 결과 줄기보다 잎 부분에서 균의 감소효과가 더 큰 것으로 나타났는데 이는 배추 줄기 사이의 공간이 촘촘하여 살균소독수의 접촉이 잎보다 어려워 세척효과가 적었던 것으로 판단된다.
- Typhimurium, 10분) 수준의 차이를 나타내어 본 연구에서 사용된 살균소독수가 염소소독 대체재로서 가능성이 있는 것으로 사료된다. 또한 이산화염소수는 병원성 미생물을 제어하는 데는 우수한 것으로 평가되었으나 배추의 품질 저하가 야기되어 배추 적용에는 부적합한 것으로 판단된다.
- 잎의 경우 살균소독수의 처리 시간에 따른 균의 감소는 강산성 전기분해수를 제외하고 시간이 경과함에 따라 그 차이는 적으나 유의적으로 증가하였다. 배추 표면에 오염된 E. coli의 균수는 수도수에 비해 전기분해수와 이산화염소수로 세척할 경우 최대 4 log CFU/g의 차이가 나타났으며 일반적인 염소소독법인 차아염소산나트륨수에 비해서는 이산화염소수만이 1 log CFU/g 차이를 나타냈을 뿐 강산성 전기분해수와 약알칼리 전기분해수는 균의 감소에서 효과적인 차이를 나타내지 않았다.
- Beuchat 등(26)은 상추의 절단면이나 조직의 파괴가 많을수록 염소와 반응하는 세포의 조직액인 유기물이 증가하여 유효염소의 감소가 일어나는데, 특히 살균소독제와의 처리 비율이 1:10 미만일 경우 짧은 시간 안에 유효 염소가 감소되어 살균가능성이 작아진다고 보고하였다. 본 연구에서 20배 분량의 살균소독수의 양이 Choi 등(2)의 연구보다 많아 제어효과가 크게 나타난 것으로 사료되며, 배추의 세척 전 절단면을 최소화하여 살균소독수에 세척 시 병원성 미생물을 효과적으로 제어할 수 있을 것으로 판단된다.
- 1 log CFU/g(29)보다는 낮았지만 증식이 일어나면 식중독을 야기할 수 있으므로 섭취 전 충분한 세척으로 균수를 감소시키는 것이 필요하다고 보고하였다. 본 연구에서 S. aureus 가 줄기 5.7 log CFU/g, 잎 6.3 log CFU/g 수준으로 오염된 배추를 세척한 결과(Fig. 5) 차아염소산나트륨수에서는 10분 침지 시 잎에서 최대 2.3 log CFU/g 정도 감소되었으나, 약알칼리 전기분해수는 5분 침지 시 2.4 log CFU/g, 이산화염소수는 3분 침지 시 2.8 log CFU/g, 10분 처리 시 3.5 log CFU/g 정도 감소되어 약알칼리 전기분해수와 이산화염소수로 세척할 경우 일반적인 염소 세척보다 S. aureus에 대한 제어효과가 높게 나타나는 것을 확인하였다. S.
- 결론적으로 전기분해수 및 이산화염소수를 살균소독수로서 배추 세척에 적용한 결과 3분 처리구에서 초기 균수에 대한 감소가 가장 크게 나타났으며, 5분과 10분 처리구에서는 유의성은 있었으나 그 차이가 크지 않아 배추의 미생물학적 위험을 감소시키기 위해서는 5분 정도 침지 시켜 세척하는 방법이 효과적일 것으로 생각된다. 본 연구에서 사용한 살균소독수 중에서 이산화염소수로 처리하였을 때가 네 가지의 병원성 미생물을 제어 하는데 있어서 가장 우수한 것으로 평가되었다. 그러나 이산화염소수처리 시 배추 표면이 미홍색으로 변하는 것이 관찰되었으며 이는 이산화염소수의 빠른 산화력에 의해 배추의 품질 저하가 야기된 것으로 판단된다.
- 전체적으로 줄기 부분보다 잎 부분에서 세척 효과가 더 크게 나타났으며 네 가지 병원성 미생물에 대한 세척효과는 이산화염소수가 가장 큰 것으로 나타났다. 수도수 처리 시 10분이 경과하여도 1 log CFU/g 이하의 낮은 감소 효과가 나타났으며, 살균소독수에 3분 침지 하였을 때 최소 감소효과는 약알칼리 전기분해수에서 1.3 log CFU/g였으며, 최대 감소효과는 이산화염소수에서 4.7 log CFU/g의 수준으로 수도수 세척에 비해 살균소독수의 미생물 감소효과가 크게 나타났다. 또한 5분과 10분 처리구에서 유의성은 있었으나 그 차이가 크지 않아 배추의 미생물학적 위험을 감소시키기 위해서는 5분 정도 침지 시키는 방법이 효과적일 것으로 생각된다.
- cereus가 검출되지 않았다. 약알칼리 전기분해수 3.4 log CFU/g의 감소 차이를 나타내어 강산성 및 약알칼리 전기분해수와 이산화염소수의 B. cereus 대한 살균력이 일반적인 염소소독법보다 더 우수한 것으로 나타났다.
- 9 log CFU/g 정도 감소되었으나 처리 시간을 10분으로 하여도 3분 처리구와 크게 차이를 보이지 않아 시간이 경과함에 따른 감소효과는 기대할 수 없었다. 약알칼리 전기분해수와 이산화염소수 처리구의 경우 시간이 경과함에 따라 균의 감소는 유의적으로 증가하였으며, 10분 침지하였을 때 약알칼리 전기분해수는 잎 부분에서 3.8 log CFU/g의 감소를 나타냈고, 이산화염소수는 줄기 4.4 log CFU/g, 잎 5.1 log CFU/g 정도 감소시켜 가장 높은 살균 효과를 보였다. 이산화염소는 거의 100% 분자상태로 존재하는 강력한 산화제로 세척 처리 시 균의 세포막을 쉽게 투과하여 세포의 반투과성 막과 삼투압을 파괴시켜 미생물을 사멸시키는 것으로 알려져 있다(17).
- 0 log CFU/g 감소된다는 Kwon 등(18)의 연구와 같이 수도수로 처리할 경우의 감소효과는 크지 않았다. 오염된 배추를 차아염소산나트륨수, 강산성 전기분해수, 약알칼리 전기분해수 및 이산화염소수에 3분간 침지 하였을 때 잎 부분에서 각각 3.8, 3.9, 4.2, 3.8 log CFU/g로서 세척 전보다 약 3 log CFU/g 이상 감소되는 것으로 나타났다. 잎의 경우 살균소독수의 처리 시간에 따른 균의 감소는 강산성 전기분해수를 제외하고 시간이 경과함에 따라 그 차이는 적으나 유의적으로 증가하였다.
- aureus를 인위적으로 오염시킨 후 각각의 살균소독수를 100 ppm의 농도로 하여 침지 시간을 달리 하면서 미생물 제어효과를 비교하였다. 전체적으로 줄기 부분보다 잎 부분에서 세척 효과가 더 크게 나타났으며 네 가지 병원성 미생물에 대한 세척효과는 이산화염소수가 가장 큰 것으로 나타났다. 수도수 처리 시 10분이 경과하여도 1 log CFU/g 이하의 낮은 감소 효과가 나타났으며, 살균소독수에 3분 침지 하였을 때 최소 감소효과는 약알칼리 전기분해수에서 1.
- 2와 같다. 줄기 5.9 log CFU/g, 잎 7.0 log CFU/g 수준으로 오염된 배추를 수도수로 처리 하였을 때 줄기 0.1-0.2 log CFU/g, 잎 0.2-0.8 log CFU/g 정도 감소되었다. 치커리 잎을 수도수로 세정을 한 경우 미생물이 0.
- 수도수에 침지 시 감소 효과는 줄기와 잎에서 1 log CFU/g 이하로 앞선 두 병원성미생물의 결과와 유사하였다. 차아염소산나트륨수에 침지 시 잎에서 1.7-1.9 log CFU/g의 감소를 나타냈으며, 강산성 전기분해수의 경우 3분 침지 시 2.9 log CFU/g 정도 감소되었으나 처리 시간을 10분으로 하여도 3분 처리구와 크게 차이를 보이지 않아 시간이 경과함에 따른 감소효과는 기대할 수 없었다. 약알칼리 전기분해수와 이산화염소수 처리구의 경우 시간이 경과함에 따라 균의 감소는 유의적으로 증가하였으며, 10분 침지하였을 때 약알칼리 전기분해수는 잎 부분에서 3.
- 또한 5분과 10분 처리구에서 유의성은 있었으나 그 차이가 크지 않아 배추의 미생물학적 위험을 감소시키기 위해서는 5분 정도 침지 시키는 방법이 효과적일 것으로 생각된다. 차아염소산나트륨수와 비교 시 산성 및 약알칼리 전기분해수의 미생물 감소효과는 유사하거나 최대 2.7 log CFU/g 정도(LAlEW, B. cereus, 10분)의 차이를 나타냈고, 이산화염소수는 3.2 log CFU/g (Sal. Typhimurium, 10분) 수준의 차이를 나타내어 본 연구에서 사용된 살균소독수가 염소소독 대체재로서 가능성이 있는 것으로 사료된다. 또한 이산화염소수는 병원성 미생물을 제어하는 데는 우수한 것으로 평가되었으나 배추의 품질 저하가 야기되어 배추 적용에는 부적합한 것으로 판단된다.
후속연구
- 배추 또한 잎이 겹쳐진 부분이 있고, 표면이 일정하지 않아 살균소독수 처리 시 제약을 받았을 것으로 판단된다. 배추를 세척할 경우 처리시간 외에 채소의 틈새 사이로 살균소독수의 접촉이 잘 일어날 수 있도록 물리적 작용이 가해진다면 좀 더 효과적으로 미생물을 제어할 수 있을 것으로 사료된다.
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