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문제 정의
- 본 실험은 신선편이 식품으로 여러 음식에 다양하게 사용되고 있으나 가열살균이 불가능한 새싹 채소를 대상으로 비가열 살균 기술인 광펄스 기술을 적용하여 미생물의 사멸효과를 연구하였다.
제안 방법
- 광펄스 처리에 있어서 광원과 시료 사이의 거리는 광원으로부터 시료에 직접 조사되는 에너지의 양이나 밀도에 차이가 있어 사멸율에 영향을 미치는 것으로 보고(11,16)되고 있다. 광원과 시료 사이의 거리가 새싹 채소 내 균의 사멸에 미치는 영향을 검토하기 위하여 전압 1,000 V, 펄스 수 5 pps의 동일한 조건에서 광원과 시료 사이의 거리를 6.7, 7.9, 9.7 cm로 달리하여 10분간 처리하였다. Fig.
- 광펄스 처리에 사용된 광원은 50 kPa의 압력으로 xenon gas를 충진한 석영재질의 Heareus Noblelight XAP series (type NL 4006, Heraeus Noblelight, Cambridge, UK)로 무수은 제논 가스(xenon gas)로 충진되어 있는 램프를 사용하였다. 광원에서 발생되는 빛의 세기는 인가되는 전압의 세기나 광원에서 발생되는 빛을 에너지로 표기하여 쓸 수 있는데 본 실험에서는 광원에 인가되는 전압의 세기를 기준으로 실시하였다. 새싹의 광펄스 처리는 유채 3 g을 평판에 고르게 펼친 후 전압 700, 850, 1000 V, 펄스 수 5 pps, 그리고 시료와 광원사이의 거리는 장치에 미리 설치되어 있는 spacer를 활용하여 6.
- 광펄스 처리 전후의 시료의 수분함량 변화를 측정하기 위해 시료 3 g을 칭량접시에 담아 수분측정기(MA35, Satorius AG, Gottingen, Germany)를 이용하여 측정하였다. 비타민 C의 함량은 시료 2 g에 20 mL의 10% 메타인산용액을 가하여 10분간 현탁시킨 후 적당량의 5% 메타인산용액을 넣어 균질화한 후 시료를 100 mL메스플라스크에 옮기고 소량의 5% 메타인산 용액으로 용기를 씻은 후 메스플라스크에 합하여 100 mL로 한 후 0.
- 광펄스 처리한 시료의 생균수를 측정하기 위하여 표준한천배지(plate count agar), Desoxycholate lactose agar, MacConkey sorbitol agar (Difco Laboratories, Detroit, MI, USA)를 사용하였다. 광펄스 처리하지 않은 시료와 처리한 시료를 각각 3 g을 취하여 생리식염수(NaCl 0.85%) 27 mL를 넣고 균질기(stomacher, Stomacher lab blender 400, Seward Ltd., West Sussex, UK)를 사용하여 약 40초간 중속으로 균질화 시킨 후 멸균 생리식염수를 사용하여 단계적 희석법에 의해 적절한 희석 배수로 희석하였다. 희석한 시료를 측정하고자 하는 균의 종류에 맞는 평판 배지에 도말한 후 37 oC에서 24시간 배양한 후 평판배지에 형성된 군락수를 계수하였다.
- 광펄스 처리한 시료의 생균수를 측정하기 위하여 표준한천배지(plate count agar), Desoxycholate lactose agar, MacConkey sorbitol agar (Difco Laboratories, Detroit, MI, USA)를 사용하였다. 광펄스 처리하지 않은 시료와 처리한 시료를 각각 3 g을 취하여 생리식염수(NaCl 0.
- 희석한 시료를 측정하고자 하는 균의 종류에 맞는 평판 배지에 도말한 후 37 oC에서 24시간 배양한 후 평판배지에 형성된 군락수를 계수하였다. 군락수는 30-300개 사이의 것을 계수하였으며 CFU/g으로 나타내었고, 광 펄스 처리에 따른 균체의 사멸율은 초기균수(N0)에 대한 처리 후 생균수(N)의 비율을 계산하여 표시하였으며, 모든 실험은 각 시료당 3회 반복 실험하여 측정하였다.
- 본 실험에서는 빛의 세기를 전압발생기로부터 광원인 램프에 실제로 인가되는 전압의 세기로 나타내었으며, 펄스 수 5 pps, 광원과 시료 사이의 거리 6.7 cm의 동일한 조건에서 빛의 세기 700, 850, 1000 V로 하여 10분간 처리하였다.
- 비가열 살균 기술 중 하나인 광펄스 기술을 이용하여 신선편이 식품 중 하나인 새싹채소에 존재하는 미생물의 저감 효과를 검토하였다. 새싹 채소에 존재하는 미생물의 오염도는 총균수 1.
- 광펄스 처리 전후의 시료의 수분함량 변화를 측정하기 위해 시료 3 g을 칭량접시에 담아 수분측정기(MA35, Satorius AG, Gottingen, Germany)를 이용하여 측정하였다. 비타민 C의 함량은 시료 2 g에 20 mL의 10% 메타인산용액을 가하여 10분간 현탁시킨 후 적당량의 5% 메타인산용액을 넣어 균질화한 후 시료를 100 mL메스플라스크에 옮기고 소량의 5% 메타인산 용액으로 용기를 씻은 후 메스플라스크에 합하여 100 mL로 한 후 0.22 mm의 membrane filter로 여과한 후 고성능액체크로마토그래피(HPLC, 1100 series, Hewlett-Packard Co., Palo Alto, CA, USA)로 분석하였다. 컬럼(column)은 µ-Bondapak NH2(3.
- 광원에서 발생되는 빛의 세기는 인가되는 전압의 세기나 광원에서 발생되는 빛을 에너지로 표기하여 쓸 수 있는데 본 실험에서는 광원에 인가되는 전압의 세기를 기준으로 실시하였다. 새싹의 광펄스 처리는 유채 3 g을 평판에 고르게 펼친 후 전압 700, 850, 1000 V, 펄스 수 5 pps, 그리고 시료와 광원사이의 거리는 장치에 미리 설치되어 있는 spacer를 활용하여 6.7-9.7 cm의 조건에서 120-600초 사이의 임의의 시간을 선택하여 처리하였다.
- 컬럼(column)은 µ-Bondapak NH2(3.9×30 cm, I.D., Waters, Milford, MA, USA)를 사용하였고, 용매(solvent)와 흐름속도(flow rate)은 각각 0.05 M KH2PO4 :acetonitrile (60:40)과 1 mL/min으로 하였으며, UV 파장과 주입량(injection volume)은 254 nm와 20 µL였다(12).
- 펄스 수 5 pps, 광원과 시료 사이의 거리 6.7 cm, 전압 1000 V에서 6분간 처리한 후 수분함량과 비타민 C 함량의 변화를 살펴보았다(Fig. 3). 광펄스 처리 후 새싹 채소의 수분함량의 변화를 보면 처리 전 시료는 89.
- , West Sussex, UK)를 사용하여 약 40초간 중속으로 균질화 시킨 후 멸균 생리식염수를 사용하여 단계적 희석법에 의해 적절한 희석 배수로 희석하였다. 희석한 시료를 측정하고자 하는 균의 종류에 맞는 평판 배지에 도말한 후 37 oC에서 24시간 배양한 후 평판배지에 형성된 군락수를 계수하였다. 군락수는 30-300개 사이의 것을 계수하였으며 CFU/g으로 나타내었고, 광 펄스 처리에 따른 균체의 사멸율은 초기균수(N0)에 대한 처리 후 생균수(N)의 비율을 계산하여 표시하였으며, 모든 실험은 각 시료당 3회 반복 실험하여 측정하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 새싹 채소는 시중에서 유통되고 있는 유채, 다채, 콜라비, 적무싹 4종의 새싹이 들어있는 새싹 패키지(Wangin bioland, Youngam, Korea)를 지역의 대형유통매장에서 구입하여 사용하였다. 4종류의 새싹에 대해 총균수 검사를 통해 가장 많은 균이 존재하는 유채 새싹을 본 실험의 대상 시료로 사용하였다.
- 장치에 사용된 전원을 AC 220 V, 60 Hz의 단상전원이며, 장치에서 발생 가능한 펄스 수는 1-50 pps (pulse per second)이고, 1회에 작동할 수 있는 최대 시간은 60분이다. 광펄스 처리에 사용된 광원은 50 kPa의 압력으로 xenon gas를 충진한 석영재질의 Heareus Noblelight XAP series (type NL 4006, Heraeus Noblelight, Cambridge, UK)로 무수은 제논 가스(xenon gas)로 충진되어 있는 램프를 사용하였다. 광원에서 발생되는 빛의 세기는 인가되는 전압의 세기나 광원에서 발생되는 빛을 에너지로 표기하여 쓸 수 있는데 본 실험에서는 광원에 인가되는 전압의 세기를 기준으로 실시하였다.
- 본 실험에 사용된 새싹 채소는 시중에서 유통되고 있는 유채, 다채, 콜라비, 적무싹 4종의 새싹이 들어있는 새싹 패키지(Wangin bioland, Youngam, Korea)를 지역의 대형유통매장에서 구입하여 사용하였다. 4종류의 새싹에 대해 총균수 검사를 통해 가장 많은 균이 존재하는 유채 새싹을 본 실험의 대상 시료로 사용하였다.
- 본 연구에 사용된 광펄스 처리 장치는 Kim과 Shin(11)이 사용한 것과 같은 장치로 전원공급부, 펄스발생기, 광원과 처리용기로 구성되어 있다. 장치에 사용된 전원을 AC 220 V, 60 Hz의 단상전원이며, 장치에서 발생 가능한 펄스 수는 1-50 pps (pulse per second)이고, 1회에 작동할 수 있는 최대 시간은 60분이다.
데이터처리
- 모든 실험 데이터는 3회 측정하여 SPSS ver. 18.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 통계처리하였으며, 대응표본 t-test 분석에 의한 비교를 실시하였고, 유의 수준은 p<0.05 수준이다.
성능/효과
- 고강도 광원 처리에 의한 대장균군의 살균 효과를 보면(Fig.1B) 일반세균보다는 약간 높은 살균 효과를 나타내어 1000 V, 850 V에서는 약 1.6 log CFU/g의 사멸율을 보였으며, 700 V의 낮은 빛의 세기에서도 1.2 log CFU/g정도의 사멸율을 보였다. 병원성 대장균에 대해서는 일반세균이나 대장균군보다 높은 사멸율을 나타내어 1000 V, 850 V에서는 각각 1.
- 8 log CFU/g의 사멸율을 보였다. 광원과 시료 사이의 거리에 따른 사멸효과는 거리가 짧을수록 사멸율은 증가하여, 광원과 시료 사이의 거리 6.7 cm, 빛의 세기 1000 V, 펄스 수 5 pps에서 일반세균 0.9 log CFU/g, 대장균군 0.8 log CFU/g, 병원성대장균 1.9 log CFU/g의 사멸율을 나타내었다. 광펄스 처리 전후 새싹채소의 수분함량과 비타민 C의 함량변화는 처리 후의 시료가 감소하는 경향을 보였으나 유의적인 차이를 나타내지는 않았다.
- 9 log CFU/g의 사멸율을 나타내었다. 광펄스 처리 전후 새싹채소의 수분함량과 비타민 C의 함량변화는 처리 후의 시료가 감소하는 경향을 보였으나 유의적인 차이를 나타내지는 않았다. 새싹채소의 살균에 있어 광펄스 기술은 처리 조건에 따라 90-99%의 사멸율을 나타내어 신선편이 식품의 비가열 살균 기술로서의 적용 가능성을 보였다.
- 광펄스 처리 후 새싹 채소의 수분함량의 변화를 보면 처리 전 시료는 89.56±0.44%의 수분함량을 보였으며, 처리 후에는 84.16±3.96%의 수분함량을 나타내었으나(Fig. 3A), 유의적으로 차이는 없는 것으로 나타났다(p<0.05).
- 광펄스 처리에 의한 새싹 채소의 비타민 C 함량의 변화를 보면 처리 전의 시료는 12.21±2.27 mg/g, 광펄스 처리 후에는 10.53±0.98 mg/g의 함량을 보였으며, 유의적인 차이는 없는 것으로 나타나 광펄스 처리가 새싹 채소의 영양학적 품질에는 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다(Fig. 3B).
- 2B). 그리고 병원성 대장균은 6.7 cm에서 1.9 log CFU/g, 7.9 cm에서는 1.7 log CFU/g의 높은 사멸율을 보였으나, 9.7 cm에서는 사멸효과가 거의 나타나지 않았다(Fig. 2C). Kim 등(23)은 방사선에 저항성이 있는 Micrococcus roseus의 거리에 따른 광펄스의 살균효과를 살펴 본 결과 광원과 시료 사이의 거리가 짧을수록 살균효과가 높아져 약 6 cm의 거리에서 2분 처리하였을 때 약 6 log의 사멸율을 나타내었다고 보고하였다.
- 7 cm에서는 다소 낮은 사멸율을 나타내었다. 대장균군과 병원성 대장균의 경우에도 광원과 시료의 사이가 가까울수록 사멸율이 높게 나타나 대장균군은 6.7 cm에서 0.8 log CFU/g, 7.9 cm에서는 0.5 log CFU/g, 9.7 cm에서는 0.4 log CFU/g의 사멸율을 보였다(Fig. 2B). 그리고 병원성 대장균은 6.
- 2 log CFU/g정도의 사멸율을 보였다. 병원성 대장균에 대해서는 일반세균이나 대장균군보다 높은 사멸율을 나타내어 1000 V, 850 V에서는 각각 1.8 log CFU/g, 1.7 log CFU/g의 사멸율을 보였으며, 700 V에서도 1 log CFU/g의 사멸율을 나타내었다(Fig. 1C). Anderson 등(18)과 Rowan 등(19)은 고강도 광원 처리에 대해 미생물이 그람음성, 그람양성 그리고 포자의 순서로 민감하게 반응하여 높은 사멸율을 보이는 것으로 보고하였으며, MacGregor 등(20)은 미생물을 도말한 한천 배지에 고강도 광원을 512 µs 조사하였을 때 병원성 대장균(E.
- 본 실험에 사용된 유채싹의 총균수(total aerobic bacteria)는 1.2×107 CFU/g, 대장균군(coliform group)은 3.3×106 CFU/g, 병원성대장균, Staphylococcus aureus, 살모넬라(Salmonella) 및 리스테리아(Listeria)는 각각 2.1×105 CFU/g, 4.9×105 CFU/g, 1.7×105 CFU/g, 4.3×104 CFU/g의 오염도를 나타냈다.
- coli O157:H7) 2종류와 그람양성균(Listeria monocytogenes, Bacillus cereus) 2종류에 광펄스를 처리하였을 때 그람음성균이 그람양성보다 높은 사멸율을 보였으며, 포자의 크기가 클수록 사멸율이 낮아진다고 하였다. 본 실험에서도 일반세균이나 대장균군에 비해 비포자형성(no-sporulating) 그람음성의 간균인 병원성 대장균이 높은 사멸율을 보여 앞선 연구자들과 같은 결과를 보였다.
- 광펄스 처리 전후 새싹채소의 수분함량과 비타민 C의 함량변화는 처리 후의 시료가 감소하는 경향을 보였으나 유의적인 차이를 나타내지는 않았다. 새싹채소의 살균에 있어 광펄스 기술은 처리 조건에 따라 90-99%의 사멸율을 나타내어 신선편이 식품의 비가열 살균 기술로서의 적용 가능성을 보였다.
- 일반세균의 경우 최대 1.0 log CFU/g정도의 사멸율을 나타냈으며, 700 V의 빛의 세기에서는 10분간 처리하였을 때는 약 0.7 log CFU/g, 850 V, 1000 V에서는 1.0 log CFU/g 정도의 사멸율을 보여 빛의 세기가 강해짐에 따라서 살균 효과가 증가하는 경향을 나타냈다(Fig. 1A). Park 등(17)은 무 새싹을 이산화염소수와 열수로 처리하였을 경우 이산화염소수의 농도에 따라 살균효과가 다르게 나타났지만 200 ppm에서 20분간 처리하였을 경우 일반세균이 약 1 log CFU/g 정도의 감소효과를 나타내었으며, 열수처리에 의해서도 55oC에서 20분간 처리하였을 경우 1 log CFU/g에 못 미치는 감소효과를 나타내어 고강도 광원 처리가 지금 화학적 처리나 열수 처리와 비교해서 비슷하거나 높은 사멸율을 나타내는 것으로 보인다.
- 3×104 CFU/g이었다. 펄스 수 5 pps, 광원과 시료 사이의 거리 6.7 cm의 동일한 조건에서 빛의 세기를 달리하여 처리하였을 경우 빛의 세기가 강할수록 사멸율은 증가하였으며, 빛의 세기 1000 V에서 일반세균은 1.0 log CFU/g, 대장균군은 1.6 log CFU/g, 병원성 대장균은 1.8 log CFU/g의 사멸율을 보였다. 광원과 시료 사이의 거리에 따른 사멸효과는 거리가 짧을수록 사멸율은 증가하여, 광원과 시료 사이의 거리 6.
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