[논문]식육의 안전성과 식육가공 공정개선에서 대기압 플라즈마의 응용

용해인; 김현주; 정사무엘; 조철훈

[국내논문] 식육의 안전성과 식육가공 공정개선에서 대기압 플라즈마의 응용
Application of Atmospheric Pressure Plasma on Improvement of Meat Safety and Processing Procedure 원문보기

축산식품과학과 산업, v.6 no.1, 2017년, pp.55 - 62

용해인 (서울대학교 농생명공학부) , 김현주 (농촌진흥청 국립식량과학원) , 정사무엘 (충남대학교 동물자원과학부) , 조철훈 (서울대학교 농생명공학부)

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문제 정의

따라서 본 원고에서는 대기압 플라즈마 기술을 축산식품에 적용한 연구사례를 살균 및 염지 분야로 나누어 소개하고 향후 축산식품 분야에서 대기압 플라즈마의 이용 가능성에 대해 논하고자 한다.
본 연구팀은 공기(ambient air)로 방전되는 봉지 형태의 플라즈마(flexible-thin layer DBD plasma)를 개발하여 닭가슴육, 돈육 후지, 우육 등심, 치즈, 육포 등에서 살균 효과를 확인하고 그 품질 변화를 측정하였다(특허등록: 한국 제 10-1492864호). 그림 4는 해당 플라즈마를 베이컨 및 닭가슴육에 0, 5, 10분간 처리 결과로서 플라즈마 처리 후 베이컨 및 닭가슴육의 품질 변화는 관찰되지 않았다.
그림 4는 해당 플라즈마를 베이컨 및 닭가슴육에 0, 5, 10분간 처리 결과로서 플라즈마 처리 후 베이컨 및 닭가슴육의 품질 변화는 관찰되지 않았다. 본 연구팀은 이 외에도 공기 방전 컨테이너 형태의 플라즈마(encapsulated DBD plasma)를 개발하고 우유 및 치즈 등을 처리하여 그 살균 효과를 확인하였다(Kim 등, 2015; Yong 등, 2015). 특히 밀폐된 형태의 플라즈마는 제트 또는 펜 형태의 플라즈마와 다르게 “방치효과(post-treatment)”를 이용하여 살균효과를 더 높일 수 있다는 특징이 있다.
본 연구팀은 플라즈마 이용범위를 좀 더 확대하고자 플라즈마 기술을 육제품 제조에 첨가의 형태가 아닌 하나의 공정으로의 적용을 시도하였다. 이를 위하여 플라즈마 처리 시에 아질산 이온을 생산하고 이를 육제품에 직접 노출시키는 기기 및 처리 방법을 개발하였다(출원 번호: KR1020150029641).
연구 초반에는 주로 축산식품에서 플라즈마의 살균효과를 확인하고 이에 영향을 미치는 요인들을 찾고자 하였다. Lee 등(2011)은 제트 형태의 플라즈마를 가공육제품에 적용한 결과 주입되는 기체(헬륨, 질소에 산소를 저농도 첨가)에 따라 Listeria monocytogenes의 살균효과가 달라짐을 확인하였다.

제안 방법

위와 같은 연구를 바탕으로 본 연구팀은 처리수 내 아질산 이온(NO₃^-)이 많이 생성되는 플라즈마 장치를 개발하고, 이 플라즈마 처리수를 활용하여 유화형 소시지를 제조하여 이에 대한 품질평가를 진행하였다(그림 6). 해당 장치로 제조한 플라즈마 처리수를 이용하여 유화형 소시지를 제조한 결과, 합성 아질산염(NaNO₂) 및 천연 첨가제(샐러리 분말)가 이용된 소시지의 적색도와 유의적인 차이가 없었다고 발표하였으며, 이를 통해 플라즈마 처리 수의 합성 아질산염 대체 가능성이 제시되었다(Jung 등, 2015; 특허출원 10-2015-0027737).
본 연구팀은 플라즈마 이용범위를 좀 더 확대하고자 플라즈마 기술을 육제품 제조에 첨가의 형태가 아닌 하나의 공정으로의 적용을 시도하였다. 이를 위하여 플라즈마 처리 시에 아질산 이온을 생산하고 이를 육제품에 직접 노출시키는 기기 및 처리 방법을 개발하였다(출원 번호: KR1020150029641). Jung 등(2017)은 개발된 플라즈마 기기를 이용하여 육반죽을 제조한 결과 플라즈마 처리 시간이 증가함에 따라 적색도와 잔류 아질산 이온 함량이 증가하였다고 발표하였다.

후속연구

밀폐형태의 플라즈마 역시 식품 산업 내에 용이하게 적용 될 것으로 기대된다. 미국에서는 컨베이어 벨트 위를 지나가는 포장된 식품에 플라즈마가 처리되는 방법과, 포장과 동시에 플라즈마가 처리되는 방법에 대하여 특허가 출원되었다(특허 번호: US 8372460B2).
또한 미국에서 발표한 특허(US 9295280B2)에 따르면 컨베이어벨트 상단에 유전체 장벽방전 플라즈마를 장착하여 컨베이어 벨트 위의 식품을 직접적으로 처리하는 방법이 개발되었다. 위와 같은 공정 등을 적극 활용한다면 플라즈마의 산업적 적용이 극대화될 것이라고 판단된다. 식육산업에서 대기압 플라즈마 적용에 관한 기본적인 이론과 응용사례, 그리고 추후 발전방향 등은 총설논문에서 자세히 다루고 있다(Misra and Jo, 2017).
또한, 중국에서는 냉장고 내부에 플라즈마를 장착하여 음식 냄새를 탈취하거나, 살균하는 방식의 특허를 출원한 바 있다(특허 번호: CN104874005A). 플라즈마는 어떠한 물질의 상태일 뿐으로서, 일정한 기기 형식에 국한되어 있지 않기 때문에 다양한 형태로 제작 및 응용이 가능하며 이러한 점이 식품 산업 적용의 장점으로 작용할 것이라고 판단된다.
아급성과 만성독성실험 실시 후 Control, SCP, 그리고 SCS 급여군 마우스의 비장 크기 및 무게를 측정한 결과 역시 모두 정상으로 나타났다(그림 7). 하지만, 더 구체적이고 장기적인 추가 실험으로 그 안전성을 거듭 확인할 필요성이 있으며, 이를 통하여 산업에 한걸음 더 다가갈 수 있을 것이라 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	플라즈마의 의미는 무엇인가?	최근 플라즈마 기술을 식품산업에 적용하기 위한 시도가 이루어지고 있으며, 이에 대한 관심이 급증하고 있다. 플라즈마란 물질의 제 4상태로서 고체, 액체, 기체 다음의 이온화된 기체 상태를 의미한다(그림 1). 초고온 상태에서 만들어진 플라즈마의 경우 분자가 완전히 해리되어 원자 상태가 되고 원자에 구속되어 있던 모든 전자들이 전자궤도를 자유 전자로 이탈하게 되어 이온과 전자로 이루어진 기체상태가 되지만 플라즈마의 온도가 높지 않은 경우에는 불완전하게 해리된 분자, 불완전하게 이온화된 이온분자 등으로 반응성이 높은 라디칼이 형성되게 된다(유석재, 2015).
	축산식품의 경우 일반식품에 비해 매우 전문적이고 체계적인 살균 기술이 요구되는 이유는 무엇인가?	실제로 국내 발생 식중독 건수 중 축산물이 차지하는 비중은 약 70% 정도이며 이 중 50∼60%에 달하는 식중독은 식육 및 육제품과 연계되어있는 실정이다(Lee 등, 2015). 식육을 비롯한 대부분의 축산식품은 우수한 고단백 영양식품으로서 다른 식품보다 부패 및 변질이 용이하며 동물 분변에 존재하는 Salmonella 및 Escherichia coli 등에 의하여 직·간접적으로 오염되기 쉽다. 따라서 축산식품의 경우 일반식품에 비해 매우 전문적이고 체계적인 살균 기술이 요구된다.
	식품 산업에서 이용되고 있는 비가열 가공 기술인 초고압, 자외선 및 방사선의 단점은 무엇인가?	현재 식품의 부패 방지 및 품질 유지·향상을 위한 기술로 활발히 연구되고 있는 것은 비가열 가공 기술(non-thermal process)이다(박지용 등, 2010). 실제로 식품 산업에서 이용되고 있는 비가열 가공 기술로 초고압, 자외선 및 방사선 등이 있으나 각각 비용이 많이 들고 살균효과가 미비하거나 소비자 수용성이 낮다는 단점을 가지고 있다(Kim 등, 2013). 따라서 소비자의 요구에 대응하며 경제적이고 안전한 소재 창출을 위한 새로운 식품 가공 기술 개발이 요구되고 있다.

참고문헌 (21)

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유석재 (2015) 플라즈마 기술의 농식품 분야 활용. Vacuum Magazine 12월호. 특집_플라즈마응용
박지용, 나상열, 이연정 (2010) 비가열 식품가공기술의 현재와 미래. 식품과학과 산업 3월호. Vol.43 No.1

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정종연 (2016) 육제품에서의 합성 아질산염 대체기술. 축산식품 과학과 산업. 10. Vol.5, No.2

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저자의 다른 논문 :

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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