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문제 정의
- 본 연구에서는 생식의 주원료가 되는 곡물의 미생물 안전성을 향상시키는 기술을 개발하고자 CDPJ를 이용한 미생물 저감화를 시도하였고, 처리에 따른 곡류의 품질변화를 지방에 미치는 영향을 중심으로 조사하였다.
가설 설정
- 1)Values with same letters within same column are not significantly different (p<0.05).
제안 방법
- 플라즈마에는 반응성이 큰 이온, 라디칼 및 자외선이 존재하므로 CDPJ 처리가 곡류지방을 산화시킬 가능성이 있다. CDPJ 처리에 의한 곡류지방 산화 여부를 확인하기 위하여 산패 시 생성되는 malonaldehyde 양에 기초한 TBA가를 비교하였다(18).
- CDPJ 처리한 곡류를 멸균증류수 100 mL와 함께 멸균백에 넣고 stomacher (Masticator Silver, IUL Instrument, Barcelona, Spain)로 150 s 동안 균질화한 시료 1 mL를 취하여 멸균생리식염수 9 mL와 혼합하고 vortex mixer (MaxiMix II, Barnstead International, Dubuque, IA, USA)로 10 s간 교반하는 방식으로 순차적으로 10진 희석하였다. 희석한 시료 100 µL를 plate counting agar (PCA, Becton Dickinson & Co.
- 곡류 시료 약 10 g을 petri-dish (60×15 mm)에 취하여 CDPJ 장치의 시료처리판 위에 위치시키고 전류세기와 방전전극과 시료 처리판 간의 간격(span length)을 달리하여 일정시간 동안 CDPJ 처리 하였으며, 모든 처리는 3회 반복하여 실시하였다.
- 곡류표면구조는 현미경(B-600Ti, Optika SRL, Ponteranica, Italia)을 사용하여 관찰하였으며 영상을 디지털카메라(Optikam microscopy digital USB camera, Optika SRL)로 촬영하였다.
- 생식제조에 사용되는 곡류의 미생물 오염을 저감하기 위하여 코로나방전플라즈마제트(CDPJ)를 사용하여 곡류 표면의 미생물을 살균을 시도하고, CDPJ 처리에 따른 곡류 품질변화 여부를 조사하였다. 곡류의 초기 오염도는 1.
- 1). 전극에 DC 20.0 kV 전압을 인가하고 전류세기 1-1.5 A 범위에서 플라즈마를 생성하면서 전극 사이로 원심식 블로어를 이용하여 공기를 주입함으로써 플라즈마를 제트 형태로 분사하는 방식을 적용하였다.
- 희석한 시료 100 µL를 plate counting agar (PCA, Becton Dickinson & Co., Sparks, MD, USA)와 potato dextrose agar (PDA, Becton Dickinson & Co.)에 각각 도말하여 36℃에서 24-48시간 배양한 후 계수한 집락 수로부터 일반세균과 진균 수를 산출하였다(2).
대상 데이터
- 백미는 유기농쌀(Cheonbo Natural Foods Co., Ltd., Chungju, Korea), 현미는 혼합 품종의 무농약현미(Gwangboknongsan Co., Sinan, Korea), 압맥은 다좋은압맥(Yongdoo Nonghyeop, Jangheung, Korea)을 성남시 소재 대형마트에서 구입하여 −20℃에서 보관하며 사용하였다.
- 본 실험에 사용한 백미, 현미, 압맥의 조지방 함량은 각각 1.15, 2.81, 1.92%로 기존에 보고된 1.1, 2.3, 1.7% (15)와 유사한 값을 보였다. 곡류에 함유된 지방의 지방산 조성은 oleic acid와 linoleic acid가 주류를 이루며 이들 지방산의 산화가 품질에 큰 영향을 미친다(16,17).
- 본 연구에서 사용한 CDPJ 장치는 Mok과 Lee(6)가 고안한 시스템으로 전원장치, 변압기, 방전전극, 송풍장치 및 시료처리판으로 구성되었다(Fig. 1). 전극에 DC 20.
데이터처리
- 실험결과에 대한 통계처리는 SAS (Ver. 9.1, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 사용하여 분산분석을 행한 후 실험변수에 따른 차이의 유의성을 Duncan의 중범위검정으로 확인하였다.
이론/모형
- CDPJ에 의한 미생물 살균패턴은 식 (1)과 같은 1차 반응(7), 또는 식 (2)와 같은 의사 1차 반응 모델인 Singh-Heldman 모델 (8)을 적용하여 해석하였다. 식 (2)를 식 (3)과 같이 변형하여 log (t)에 대한 log (log (N0/N))를 작도하고, 얻어진 선형회귀식의 기울기와 절편으로부터 형상계수 n과 유사 D값(D-like value)인 D'값을 산출하였다(6).
- , Seoul, Korea)로 10 s간 분쇄한 시료를 대상으로 하여 식품공전 시험법(2)으로 분석하였다. TBA가는 Uhm 등(9)의 방법을 사용하여 다음과 같이 측정하였다. 분쇄시료 2.
- 곡류시료의 조지방 함량은 분쇄기(HR2860, Philips Electronics Korea Ltd., Seoul, Korea)로 10 s간 분쇄한 시료를 대상으로 하여 식품공전 시험법(2)으로 분석하였다. TBA가는 Uhm 등(9)의 방법을 사용하여 다음과 같이 측정하였다.
성능/효과
- 75 nmol/g으로 아주 낮은 값을 보였다. CDPJ 처리에 의한 곡류의 TBA가는 거의 변화하지 않고 초기 수준을 유지하는 것으로 나타나 10분 이하의 처리는 곡류 지방특성에 영향을 미치지 않음을 확인하였다.
- 5 A 범위에서 전류세기에 따라 증가하였으며, 토출거리 25 mm에서 가장 양호한 살균 효과를 나타냈다. 곡류 미생물의 CDPJ 살균패턴은 의사 1차반응 모델인 Singh-Heldman 모델에 부합하였고, 세균이 진균에 비해 더 민감한 살균효과를 보였다. 곡류별로는 백미가 가장 잘 살균되었고, 압맥, 현미 순으로 살균효과가 낮아졌다.
- 곡류 별 D'-value는 백미, 압맥, 현미 순으로 높아져 백미의 살균효과가 가장 양호하였으며, 현미에서 살균효과가 가장 저하되는 것으로 나타났다.
- 곡류 미생물의 CDPJ 살균패턴은 의사 1차반응 모델인 Singh-Heldman 모델에 부합하였고, 세균이 진균에 비해 더 민감한 살균효과를 보였다. 곡류별로는 백미가 가장 잘 살균되었고, 압맥, 현미 순으로 살균효과가 낮아졌다. 처리시간 10분 이하의 처리는 곡류의 TBA가에 영향을 주지 않아 CDPJ 처리는 생식제조용 곡류의 지방특성을 변화시키지 않고 미생물을 저감함으로써 생식의 위생 향상에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 9×105 CFU/g 정도를 보였다. 곡류에 대한 CDPJ의 살균력은 1-1.5 A 범위에서 전류세기에 따라 증가하였으며, 토출거리 25 mm에서 가장 양호한 살균 효과를 나타냈다. 곡류 미생물의 CDPJ 살균패턴은 의사 1차반응 모델인 Singh-Heldman 모델에 부합하였고, 세균이 진균에 비해 더 민감한 살균효과를 보였다.
- 955 min을 보여 세균의 CDPJ 민감도가 진균보다 훨씬 높음을 알 수 있었다. 따라서 CDPJ를 사용하여 곡류를 살균할 경우 최적조건은 전류세기 1.50 A, 토출거리 25 mm 임을 확인하였다. 이러한 전류세기와 토출거리에 따른 살균효과의 변화 경향은 현미와 압맥에서도 동일하게 관측되었다(data not shown).
- 백미에 존재하는 일반세균과 진균 수는 각각 9.93×105, 6.90×105 CFU/g, 현미는 각각 9.23×105 , 5.95×105 CFU/ g으로 각각 5.77×103, 1.70×103 CFU/g을 보인 압맥보다 높은 오염도를 보였다.
- 일반세균의 D'-value는 2.990-16.475 min을, 진균의 D'-value는 7.955-25.358 min으로 일반세균에 대한 CDPJ 살균력이 진균에 비해 2-3배 정도 높은 것으로 나타났다.
- 일반세균의 D'-value는 3.484-7.053 min으로 진균의 5.581-11.458 min에 비해 낮은 값을 보여 곡류 종류와 무관하게 세균의 CDPJ 살균이 진균에 비해 용이한 것으로 나타났다.
- 2와 같이 살균곡선은 2부분으로 구분되었다. 즉, 처리시간 1분 내외를 경계로 전반부는 기울기가 큰 반면, 후반부는 기울기가 작아져 후반부에는 전반부보다 살균효과가 저하되는 것으로 나타났으며, 1차 반응을 따르지 않음을 의미한다. 반면 의사 1차 반응 모델인 Singh-Heldman model을 적용하여 해석한 결과 Fig.
- 5와 같다. 처리 전 곡류의 TBA가는 지방함량이 높았던 압맥과 현미의 경우 각각 21.4 nmol/g과 20.3 nmol/g을 보여 높은 값을 나타낸 반면 백미는 1.75 nmol/g으로 아주 낮은 값을 보였다. CDPJ 처리에 의한 곡류의 TBA가는 거의 변화하지 않고 초기 수준을 유지하는 것으로 나타나 10분 이하의 처리는 곡류 지방특성에 영향을 미치지 않음을 확인하였다.
- 최소 D'-value는 본 연구에서 사용한 CDPJ 장치에서 공급할 수 있는 최대 전류인 1.50 A에서 관측되었으며, 일반세균과 진균에 대해 각각 2.990 min과 7.955 min을 보여 세균의 CDPJ 민감도가 진균보다 훨씬 높음을 알 수 있었다.
- 최적 토출거리로 확인된 25 mm에서 전류세기에 따른 살균력을 조사한 결과, Table 3에서 보는 바와 같이 일반세균과 진균 모두의 살균효과는 1-1.5 A 범위에서 전류세기에 비례하였다. 최소 D'-value는 본 연구에서 사용한 CDPJ 장치에서 공급할 수 있는 최대 전류인 1.
- 토출 거리 별 D'-value는 25 mm에서 가장 작은 값을 보였고, 15, 35 mm 순으로 낮아 미생물 살균을 위한 최적 토출거리는 25 mm 임을 확인하였다.
- 한편, 곡선형상계수는 일반세균이 진균보다 작은 값을 보였고, 전류별로는 1.50 A, 1.25 A, 1.00 A 순으로 낮아져 일반세균이 CDPJ에 보다 민감하고 전류세기가 높을수록 초기 살균효과가 증가함을 알 수 있었다. 이러한 결과는 유전체장벽방전플라즈마를 이용한 E.
후속연구
- 5 log 이상의 살균효과를 나타낸다(6). 이러한 CDPJ의 특성은 열에 민감한 제품 또는 가열처리가 곤란한 식품의 비가열살균에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 이상의 결과로부터 CDPJ 처리는 생식제조용 곡류 지방품질을 저하시키지 않고 상온에서 미생물을 살균할 수 있음을 확인하였으며, 현장적용에 필요한 후속 단계를 거쳐 생식의 위생향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
- 곡류별로는 백미가 가장 잘 살균되었고, 압맥, 현미 순으로 살균효과가 낮아졌다. 처리시간 10분 이하의 처리는 곡류의 TBA가에 영향을 주지 않아 CDPJ 처리는 생식제조용 곡류의 지방특성을 변화시키지 않고 미생물을 저감함으로써 생식의 위생 향상에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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