[논문]시중 유통판매 중인 편육에서의 Staphylococcus aureus 성장예측모델 개발

김안나; 조준일; 손나리; 최원석; 윤상현; 서수환; 곽효선; 주인선

doi:10.13103/jfhs.2017.32.3.206

시중 유통판매 중인 편육에서의 Staphylococcus aureus 성장예측모델 개발
Development of a Predictive Model Describing the Growth of Staphylococcus aureus in Pyeonyuk marketed 원문보기

한국식품위생안전성학회지 = Journal of food hygiene and safety, v.32 no.3, 2017년, pp.206 - 210

김안나 (식품의약품안전처 식품의약품안전평가원 식품위해평가부 미생물과) , 조준일 (식품의약품안전처 식품의약품안전평가원 식품위해평가부 미생물과) , 손나리 (식품의약품안전처 식품의약품안전평가원 식품위해평가부 미생물과) , 최원석 (식품의약품안전처 식품의약품안전평가원 식품위해평가부 미생물과) , 윤상현 (식품의약품안전처 식품의약품안전평가원 식품위해평가부 미생물과) , 서수환 (식품의약품안전처 식품의약품안전평가원 식품위해평가부 미생물과) , 곽효선 (식품의약품안전처 식품의약품안전평가원 식품위해평가부 미생물과) , 주인선 (식품의약품안전처 식품의약품안전평가원 식품위해평가부 미생물과)

초록
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본 연구에서는 축산식품인 편육을 대상으로 황색포도상구균의 성장예측모델을 개발하였다. 편육에서 황색포도상구균의 성장패턴은 4, 10, 20, $37^{\circ}C$의 보관온도에서 측정되었으며, 황색포도상구균은 각각의 저장 온도에서 모두 증가하는 것으로 나타났다. 편육에 오염된 황색포도상구균의 생육결과를 토대로 Baranyi model을 이용하여 유도기(LPD)와 최대성장률(${\mu}_{max}$)을 산출한 결과, 유도기는 4, 10, 20, $37^{\circ}C$에서 212.81, 79.67, 3.12, 2.21 h으로 온도에 반비례한 것으로 나타났고 최대성장률은 같은 보관온도에서 0.004, 0.009, 0.130, 0.568 log CFU/g/h으로 온도에 비례한 것으로 조사되었다. 2차 모델은 ${\mu}_{max}$의 경우, square root model, LPD는 polynomial equation을 사용하여 산출하였고, 개발한 모델의 적합성을 평가하기 위해 통계적 지표인 RMSE 값을 계산한 결과, 비교적 0에 가까운 0.42로 도출되어 모델이 적합한 것으로 확인되었다. 따라서 개발된 모델이 편육에 대한 황색포도상구균의 성장 예측모델로 사용 가능하다고 판단되어지며, 편육에서의 식중독을 예방하고 미생물학적 위생관리기준을 설정하는데 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was performed to develope mathematical models for predicting growth kinetics of Staphylococcus aureus in the processed meat product, pyeonyuk. Growth patterns of S. aureus in pyeonyuk were determined at the storage temperatures of 4, 10, 20, and $37^{\circ}C$ respectively. The number of S. aureus in pyeonyuk increased at all the storage temperatures. The maximum specific growth rate (${\mu}_{max}$) and lag phase duration (LPD) values were calculated by Baranyi model. The ${\mu}_{max}$ values went up, while the LPD values decreased as the storage temperature increased from $4^{\circ}C$ to $37^{\circ}C$. Square root model and polynomial model were used to develop the secondary models for ${\mu}_{max}$ and LPD, respectively. Root Mean Square Error (RMSE) was used to evaluate the developed model and the fitness was determind to be 0.42. Therefore the developed predictive model was useful to predict the growth of S. aureus in pyeonyuk and it will help to prevent food-born disease by expanding for microbial sanitary management guide.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

돼지고기를 푹 삶아 식힌 다음 썰어서 먹는 편육은 최근 일반 마트에서 조리된 형태로 판매되고 있으며 간단한 과정만 거치면 쉽게 섭취할 수 있어 소비량과 함께 생산량도 늘고 있으므로 미생물학적 안전관리가 필요하다고 여겨진다. 따라서 본 연구에서는 황색포도상구균이 쉽게 증식할 수 있는 축산식품 중 편육을 대상으로 성장예측모델을 개발하고, 개발한 모델의 적합성을 평가함으로써 효과적이고 과학적인 식중독 예방 및 축산식품의 안전성 확보를 위한 기초 자료를 제공하고자 하였다.

제안 방법

각 온도별(4, 10, 20, 37^oC) 편육에 오염된 황색포도상구균의 생육결과를 토대로 Baranyi model을 이용하여 유도기(LPD, lag phase duration)와 최대성장률(μ_max, maximum specific growth rate)을 산출하였다(Table 1). 최대성장률(μ_max)은 온도가 높아질수록 증가하여 37^oC에서 0.
개발한 모델의 적합성을 평가하기 위해 통계적 지표인 RMSE 값을 산출하여 모델의 통계적 적합성을 확인하였으며 이를 위하여 모델 개발에 사용되지 않은 15^oC 저장 온도에서의 추가실험을 진행하였다. 각 온도별(4, 10, 20, 37^oC) 황색포도상구균의 관측값과 개발한 1, 2차 모델을 통해 산출된 황색포도상구균의 예측값을 이용하여 RMSE 값을 산출하였으며, 0에 가까울수록 모델이 적합하다고 평가할 수 있다.
편육에서 황색포도상구균의 μ_max와 LPD에 대한 저장 온도의 영향을 평가하기 위해 μ_max는 square root model, LPD는 polynomial equation을 사용하여 2차 모델을 개발하였다(Fig. 2).
황색포도상구균이 접종된 시료를 4, 10, 20, 37^oC에서 저장하면서 온도별로 10~15회 정도 시료를 분석하였다. 시료에 PBS 225 ml를 첨가한 후 균질기(BagMixer^®, Interscience, St.

대상 데이터

본 연구에 사용된 표준균주는 Staphylococcus aureus ATCC 14458 (isolated from human), ATCC 27664 (isolated from chicken tetrazzini), ATCC 23235 (isolated from turkey salad), ATCC 13565 (isolated from ham) 및 ATCC 19095 (isolated from leg abscess)으로 American Type Culture Collection (ATCC)에서 분양 받았으며, tryptic soy broth (TSB, Difco Laboratories, Detroiy, MI, USA)에 전 배양하여 1 mL을 vial tube에 50% glycerol를 첨가하여 −70^oC에 동결 보관하면서 실험에 사용하였다.

데이터처리

개발된 황색포도상구균 성장예측모델 식을 평가하고자 통계적 지표인 RMSE (Root Mean Square Error)을 산출하였다. RMSE는 실험을 통해 얻어진 값과 예측 값과의 차이를 이용하여 얻어지는 수치로, 이 값이 0에 가까울수록 개발된 모델의 적합도가 높아진다¹⁷⁾.

이론/모형

본 연구에서는 편육에서 황색포도상구균의 1차 모델을 개발하기 위하여 Baranyi model¹²⁾을 이용하였으며, 온도별 생장패턴 결과를 바탕으로 최대생장률(μ_max; maximum specific growth rate, log CFU/g/h), 유도기(LPD; lag phase duration, h), 초기 세균수(N₀; the initial bacterial counts, log CFU/g) 및 최대 생장 세균수(N_max; the final bacterial counts, log CFU/g)를 산출하였다.
황색포도상구균의 생장예측 2차 모델은 Square root model¹⁶⁾과 Polynomial equation을 이용하여 매개변수에 대한 저장 온도의 영향을 계산하였다. 식은 다음의 (1), (2), (3)과 같다.

성능/효과

C 저장 온도에서의 추가실험을 진행하였다. 각 온도별(4, 10, 20, 37^oC) 황색포도상구균의 관측값과 개발한 1, 2차 모델을 통해 산출된 황색포도상구균의 예측값을 이용하여 RMSE 값을 산출하였으며, 0에 가까울수록 모델이 적합하다고 평가할 수 있다. 편육 성장예측모델의 RMSE 값은 0.
국내에 유통·판매되는 편육은 전국단위 26개 지역의 대형마트, 농협, 축협 등에서 구매하여 아이스박스에 보관하며 시험장소로 운반한 뒤 실험 전까지 냉장온도 4^oC에 보관되었다. 식품공전의 미생물 확인 시험법으로 황색포도상구균의 오염 여부를 확인한 후, 각 시료를 clean bench 에서 기존의 형태를 최대한 유지하며 진공팩에 25 g 씩 채취하고 희석한 시험 균액 100 µl를 접종하여 균수가 3~4 log CFU/g 수준이 되게 하였다.
42로 도출되어 모델이 적합한 것으로 확인되었고, 편육에 대한 황색포도상구균의 성장 예측모델로 사용 가능하다고 판단된다. 따라서 본 연구의 결과, 편육은 영양성이 높아 부패가 빠르기 때문에 안전하게 섭취하기 위해서는 저온에서 보관하는 냉장유통체제가 중요하며, 조리 후 신속하게 섭취하는 것을 권장한다.
81 h으로 확인되었다. 따라서 연구결과 최대성장률과 유도기는 모두 온도에 대해 유의적인 차이가 있는 것으로 조사되었다. 박형수 등(2010)²⁰⁾의 연구에서 수육에 황색포도상구균을 접종하여 5, 15, 25^oC에서 생육을 관찰한 결과, 온도와 균의 증식속도는 비례, 온도와 균의 유도기는 반비례한 것으로 나타나 본 연구결과와 일치하였다.
μ_max의 2차 모델식으로 사용된 square root model은 #으로 표현되며, 이때 T_min은 미생물 생장가능 최저온도를 의미한다. 따라서 황색포도상구균은 편육이 3.30^oC 이상의 저장온도에서 보관될 때 생장가능할 것으로 사료된다.
황색포도상구균은 저장 온도(4, 10, 20, 37^oC)에서 모두 증가하였으며 4^oC는 288시간, 10^oC는 168시간, 20^oC는 9시간, 및 37^oC는 3시간 이후에 성장이 나타나기 시작했다. 온도별 최대 성장은 4^oC의 경우 988시간에서 6.97, 10^oC의 경우 912시간에서 8.88, 20^oC의 경우 156시간에서 9.02 및 37^oC의 경우 24시간에서 8.78 log CFU/g 수준으로 확인되었다. 이러한 결과는 35^oC 보관온도에서 숙주나물에 초기농도 3.
각 온도별(4, 10, 20, 37^oC) 황색포도상구균의 관측값과 개발한 1, 2차 모델을 통해 산출된 황색포도상구균의 예측값을 이용하여 RMSE 값을 산출하였으며, 0에 가까울수록 모델이 적합하다고 평가할 수 있다. 편육 성장예측모델의 RMSE 값은 0.42로 도출되어 모델이 적합한 것으로 확인되었고, 편육에 대한 황색포도상구균의 성장 예측모델로 사용 가능하다고 판단된다. 따라서 본 연구의 결과, 편육은 영양성이 높아 부패가 빠르기 때문에 안전하게 섭취하기 위해서는 저온에서 보관하는 냉장유통체제가 중요하며, 조리 후 신속하게 섭취하는 것을 권장한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	축산식품 및 그 가공품에서 식중독을 유발하는 주요 미생물은?	축산식품은 가장 우수한 고단백 영양식품으로, 다른 식품에 비해 변질과 부패가 빠른 특징이 있다2). 축산식품 및 그 가공품에서 식중독을 유발하는 주요 미생물은 Staphylococcus aureus, Salmonella spp., Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Campylobacter spp., Listeria monocytogenes, Escherichia coli O157, Yersinia enterocolitica 등이 있으며3), 특히 황색포도상구균은 2007년에 육류 및 가공품에서 40건 이상의 식중독을 발생시킨 것으로 보고되어 축산식품에서의 황색포도상구균의 체계적인 관리가 필요하다2,4).
	축산식품의 특징은?	최근 국민 소득의 증가와 식생활의 서구화로 인해 축산식품의 소비가 꾸준히 증가하고 있으며1) 농축수산물의 수입 개방화로 외국산 축산물의 국내유입이 급증함에 따라 국내에 유통되고 있는 축산물 및 그 가공품에 대한 미생물학적 안전성이 중요해지고 있다2). 축산식품은 가장 우수한 고단백 영양식품으로, 다른 식품에 비해 변질과 부패가 빠른 특징이 있다2). 축산식품 및 그 가공품에서 식중독을 유발하는 주요 미생물은 Staphylococcus aureus, Salmonella spp.
	미생물에 의한 식중독을 야기하는 황색포도상구균의 특징은?	황색포도상구균은 공기, 토양 등 자연계에 광범위하게 분포하고 있어 식품에 다양한 경로를 통해 쉽게 오염될 수 있으며 독소를 생성하여 식중독을 일으킨다5,6). 황색포도상구균에 의한 식중독은 가열조리 후 바로 섭취한 식품이나 살균우유 등에 의해서도 발생되는데 이는 황색포도상구균 장독소가 100oC로 30분간 가열해도 파괴되지 않고, 218-248oC로 30분간 가열해야 파괴되는 수준의 내열성을 갖고 있기 때문이며 따라서 원재료의 오염방지와 충분한 열처리 및 신속한 섭취가 중요하다7). 우리나라에서 황색포도상구균에 의한 식중독 발병률은 2005년 이후로 약 13% 정도를 차지하고 있으며8), 주요 원인식품으로는 육류, 육제품 등 축산식품을 비롯하여 크림케익, 해산물, 감자, 햄샐러드, 김밥, 도시락 등으로 다양하다9).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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