[논문]소스 종류를 달리한 햄 주먹밥에서의 Staphylococcus aureus 성장예측모델 개발 및 위해평가

오수진; 여성순; 김미숙

doi:10.14373/jkda.2019.25.1.30

소스 종류를 달리한 햄 주먹밥에서의 Staphylococcus aureus 성장예측모델 개발 및 위해평가
Development of a Predictive Model and Risk Assessment for the Growth of Staphylococcus aureus in Ham Rice Balls Mixed with Different Sauces 원문보기

대한영양사협회 학술지 = Journal of the Korean dietetic association, v.25 no.1, 2019년, pp.30 - 43

오수진 (단국대학교 식품영양학과) , 여성순 (단국대학교 식품영양학과) , 김미숙 (단국대학교 식품영양학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study compared the predictive models for the growth kinetics of Staphylococcus aureus in ham rice balls. In addition, a semi-quantitative risk assessment of S. aureus on ham rice balls was conducted using FDA-iRISK 4.0. The rice was rounded with chopped ham, which was mixed with mayonnaise (SHM), soy sauce (SHS), or gochujang (SHG), and was contaminated artificially with approximately $2.5{\log}\;CFU{\cdot}g^{-1}$ of S. aureus. The inoculated rice balls were then stored at $7^{\circ}C$, $15^{\circ}C$, and $25^{\circ}C$, and the number of viable S. aureus was counted. The lag phases duration (LPD) and maximum specific growth rate (SGR) were calculated using a Baranyi model as a primary model. The growth parameters were analyzed using the polynomial equation as a function of temperature. The LPD values of S. aureus decreased with increasing temperature in SHS and SHG. On the other hand, those in SHM did not show any trend with increasing temperature. The SGR positively correlated with temperature. Equations for LPD and SGR were developed and validated using $R^2$ values, which ranged from 0.9929 to 0.9999. In addition, the total DALYs (disability adjusted life years) per year in the ham rice balls with soy sauce and gochujang was greater than mayonnaise. These results could be used to calculate the expected number of illnesses, and set the hazard management method taking the DALY value for public health into account.

주제어

표/그림 (9)

표 Table 1. Input data for the hazard scenarios in FDA-iRISK 4.0.
그림 Figure 1. Growth of S. aureus in SHM (A), SHS (B), and SHG (C) during storage at different temperatures.
표 Table 2. Growth parameters of S. aureus in rice balls calcu-lated by the Huang model.
표 Table 3. Growth parameters of S. aureus in rice balls calcu-lated by the Baranyi model.
표 Table 3. Continued.
그림 Figure 2. Secondary models of S. aureus in rice balls mixed with mayonnaise (A), (B), soy sauce (C), (D), or gochujang (E), (F).
표 Table 4. Evaluation of the primary models developed for the growth of S. aureus in rice balls.
표 Table 5. Developments and validation of secondary models to predict the growth of S. aureus in rice balls by Baranyi model.
표 Table 6. Results of FDA-iRISK for S. aureus in ham rice balls with different sauces.

AI 본문요약
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문제 정의

aureus 등의 병원성 미생물에 오염될 가능성이 있기 때문에 조리원의 위생상태가 중요하고, 주먹밥을 부적절한 방법으로 보관하게 될 경우 병원성 미생물 증식 가능 성이 크다. 따라서 본 연구에서는 S. aureus에 쉽게 오염될 수 있는 식품 중 하나인 햄 주먹밥에 소스 종류를 다르게 하여 성장예측모델을 개발하고, 적합성을 조사하여 위해평가를 실시함으로써 소스 종류에 따른 햄 주먹밥의 식중독 발생 가능성을 비교하고자 하였다.
본 연구에서는 식중독 및 식품사고의 사전예방을 위한 위해평가를 실시하기 위하여 소스 종류를 달리한 햄 주먹밥에서의 S. aureus의 성장예측모델을 개발하고, 개발된 성장예측모델의 적합성을 평가하여 위해평가를 실시하였다.

제안 방법

각 주먹밥에서의 R²의 값을 비교해보면 Baranyi가 Huang model보다 더 적합한 것을 알 수 있다. Baranyi model로 1차 성장예측모델을 개발한 후 polynomial 식을 사용하여 LPD와 SGR에 대한 2차 성장예측모델을 개발하였다. 예측한 성장예측모델의 검증을 위해 20o C에서 추가 실험을 진행하여 MSE, RMSE로 적합성을 평가한 결과 SHS, SHG의 MSE, RMSE 값이 0에 근접하여 SHM을 제외한 SHS, SHG에서는 성장예측모델이 잘 개발되었음을 알 수 있었다.
S. aureus가 접종된 햄 주먹밥을 7℃, 15℃, 25℃에서 저장하면서 온도별로 6∼7회 정도로 시료를 분석하였다.
개발된 2차 성장예측모델의 적합성을 확인하기 위해 성장예측모델 개발에 사용되지 않은 20℃에서 추가 실험을 진행하여 적합성을 평가하였다. 각 보관 온도에서 S.
Nom, France)를 이용하여 1분 동안 균질화하였다. 균질화한 시료는 0.1% 펩톤수를 이용하여 10진 희석법으로 희석하여 tryptic soy agar(TSA, Difco Laboratories, Detroit, MI, USA) 배지에 도말하고 35℃에서 배양 후 균수를 측정하였다.
또한 온도별 성장패턴 결과를 통하여 유도기(LPD: lag phase duration, h), SGR, 초기 세균수(y0: the initial bacterial counts, log CFU/g) 및 최대 생장 세균수(ymax: the maximum bacterial counts, log CFU/g)를 도출하였다 (Baranyi & Roberts 1995).
햄은 1×1×1 cm로 잘라 마요네즈, 간장, 고추장과 각각 5:1, 12:1, 12:1 비율로 섞고, 균 액을 접종하여 햄을 오염시킨 후 이를 밥으로 감싸 햄 주먹밥을 제조하였다. 마요네즈를 첨가한 햄 주먹밥(SHM), 간장을 첨가한 햄 주먹밥(SHS) 및 고추장을 첨가한 햄 주먹밥(SHG)은 밀폐용 백(Ziploc^Ⓡ, Thai Griptech Co., LTD., Bangkok, Thailand)에 넣고 밀폐시킨 후 각각의 7℃, 15℃, 25℃의 배양기에서 저장하였다.
Baranyi model의 h₀값은 각 반복수의 성장곡선마다 다른 고유한 값을 가지며, 먼저 Baranyi model을 사용하기 위해 일정한 온도 조건에서 관찰된 성장곡선을 분석하여 개별 h₀ 값을 얻었다. 보관온도에서 최대생장률(SGR: maximum specific growth rate, log CFU/gㆍh)을 구하기 위해 개별 h0의 평균값을 고정값으로 사용하여 모든 성장곡선을 다시 분석하였다(Hong 등 2016a). 또한 온도별 성장패턴 결과를 통하여 유도기(LPD: lag phase duration, h), SGR, 초기 세균수(y₀: the initial bacterial counts, log CFU/g) 및 최대 생장 세균수(y_max: the maximum bacterial counts, log CFU/g)를 도출하였다 (Baranyi & Roberts 1995).
선행연구들에서 언급된 최소인체위해용량의 장독소를 생성하는 S. aureus의 균체 농도는 5 log CFUㆍg–1 으로 보고되어 있어 본 연구에서는 유도기부터 성장패턴을 보고자 2.5 log CFUㆍg–1 수준으로 희석하여 이를 균 액으로 사용하였다(Ramanathan 2010; Son 등 2017; Stevenypark 2011).
이 연구에서는 Huang model과 Baranyi model을 이용하여 햄 주먹밥에서 S. aureus의 1차 성장예측모델을 개발하였다. 1차 성장예측모델 개발에는 예측미 생물학 분야의 응용을 위해 개발된 데이터 분석도구인 Integrated Pathogen Modeling Program(IPMP) 2013을 사용하였다(IPMP 2013).
햄은 1×1×1 cm로 잘라 마요네즈, 간장, 고추장과 각각 5:1, 12:1, 12:1 비율로 섞고, 균 액을 접종하여 햄을 오염시킨 후 이를 밥으로 감싸 햄 주먹밥을 제조하였다.

대상 데이터

This study was supported by National Research Foundation of Korea (2016R1D1A1B03934137), Republic of Korea.
079를 사용하였다(Oh 등 2007). 또한 햄 주먹밥의 초기 단위 질량에 대한 자료가 존재하지 않아 햄 주먹밥과 유사한 삼각김밥의 평균 1회 제공량인 118.6 g을 초기 단위 질량 값으로 입력하였고(Shin 등 2017), 초기 오염농도의 최소 및 최대 수준은 본 연구의 실험 데이터를 사용하였다. 공정단계에서는 본 연구에서 실시된 S.
본 연구에서 미생물은 한국생명공학연구원 생물 자원센터(KCTC, Jeongeup, Korea)에서 분양받은 S. aureus KCTC 3881이며, tryptic soy broth(TSB, Difco Laboratories, Detroit, MI, USA)에 배양하여 40% glycerol과 함께 –80℃에서 냉동 보관하여 사용하였다.
aureus KCTC 3881이며, tryptic soy broth(TSB, Difco Laboratories, Detroit, MI, USA)에 배양하여 40% glycerol과 함께 –80℃에서 냉동 보관하여 사용하였다. 쌀(Nonghyup, Anseong, Korea), 햄(SPAM, CJ Cheiljedang, Jincheon, Korea), 마요네즈(Ottogi, Eumseong, Korea), 간장(Sempio, Icheon, Korea), 고추장(Haechandeul, CJ Cheiljedang, Nonsan, Korea)은 시중에서 구입하여 사용하였다.

데이터처리

개발된 성장예측모델을 평가하기 위해 저장온도 20℃에서 추가로 실험을 진행하였으며, 결정 계수 (R² : coefficient of determination), 편향도 계수(B_f: bias factor), 정확도 계수(A_f: accuracy factor) 및 평균제곱 근오차(MSE: mean square error)를 산출하였다(Lee 등 2015).
실험 결과는 Minitab 16(Minitab Inc., State College PA, USA)을 이용하여 모델 간의 유의성을 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 실시한 후 P＜0.05 수준에서 Tukey test로 검정하였다.

이론/모형

aureus의 1차 성장예측모델을 개발하였다. 1차 성장예측모델 개발에는 예측미 생물학 분야의 응용을 위해 개발된 데이터 분석도구인 Integrated Pathogen Modeling Program(IPMP) 2013을 사용하였다(IPMP 2013). Baranyi model의 h₀값은 각 반복수의 성장곡선마다 다른 고유한 값을 가지며, 먼저 Baranyi model을 사용하기 위해 일정한 온도 조건에서 관찰된 성장곡선을 분석하여 개별 h₀ 값을 얻었다.
2차 성장예측모델 개발은 Microsoft Excel^Ⓡ의 선형 회귀 함수를 사용하여 개발하였으며, 햄 주먹밥에서 S. aureus의 LPD와 SGR은 polynomial model 식을 이용하여 저장 온도 변화에 따른 영향을 평가하였다.
또한 Baranyi model을 이용하여 성장곡선을 분석하 였으며, 각 온도에서의 h₀ 값은 상이하였다(Table 3). h₀ 값은 0.
소스 종류를 달리한 햄 주먹밥의 위해 정도를 비교하기 위해 FDA-iRISK 4.0(FDA CFSAN, Maryland, USA)을 사용하였으며, Risk scenarios는 Table 1과 같이 공정모델, 섭취모델, 용량-반응모델 및 건강수준과 관련된 질병부담[e.g., losses in disability-adjusted life years(DALYs)] 등의 다양한 매개변수들로 구성하였다(Chen 등 2013). 햄 주먹밥에서의 S.
햄 주먹밥에서의 S. aureus의 성장에 대한 온도의 영향을 평가하기 위해 polynomial model 식을 사용하여 LPD와 SGR을 산출하였다. Fig.

성능/효과

1. 1차 모델 개발은 Huang model, Baranyi model을 사용하여 7°C, 15°C, 25°C에서 햄 주먹밥에서의 S. aureus 성장패턴을 예측한 후, 적합성을 평가한 결과 R2의 최댓값은 Huang model에서 0.9881, Baranyi model에서는 0.9979로 Baranyi model이 더 적합하였다.
2. Baranyi model로 예측한 결과를 polynomial model 식을 이용하여 온도에 따른 S. aureus의 LPD, SGR에 관한 성장예측모델을 개발하고 검증한 결과 SHM, SHS, SHG에서 MSE 값은 각 4.12, 0.16, 0.04, RMSE 값은 각 2.03, 0.40, 0.19로 나타났다.
3. SHS, SHG의 MSE, RMSE 값은 비교적 0에 가깝게 나타나 성장예측모델의 적합성이 높았다.
4. FDA-iRISK를 이용하여 소스 종류를 달리한 햄 주먹밥의 보관온도에 따른 위해평가를 실시한 결과 SHM을 15°C에서 보관했을 때 질병부담 값은 인구 100,000명 당 9.02, 질병발생 위험 값은 0.08로 가장 적었으며, 이를 제외한 나머지 햄 주먹밥은 소스 종류 및 보관온도에 상관없이 인구 100,000명에 대한 질병부담 값은 17.10이였고, 질병발생 위험 값은 0.15였다.
SHM에서는 7℃에서 15℃ 로 증가할 때에는 h₀ 값이 감소했지만, 25℃로 증가 할 때에는 h₀ 값이 증가했다. Baranyi model을 사용하여 다양한 온도에서 예측된 SGR 값은 Huang model을 이용하여 구한 결과와 동일하게 저장온도가 높아질수록 SGR은 높은 값을 나타냈다. Baranyi model에서 LPD의 값은 h₀을 SGR로 나누어 구하였으며, SHS와 SHG의 25℃에 해당하는 값을 제외한 나머지 값들은 Huang model에서 예측된 값보다 높았다.
FDA-iRISK를 이용하여 소스 종류가 다른 햄 주먹밥 을 각 7℃, 15℃, 25℃에 저장하면서 S. aureus에 대해 위해평가를 실시한 결과 SHS, SHG에서 DALY 값은 소스 종류 및 저장온도에 상관없이 모두 같은 값의 결과가 나왔다. DALY는 질병의 심각성과 지속시간에 대한 정보를 통합하여 질병, 사망 등으로 인해 건강 한 삶을 잃어버린 기간을 의미하고(Min 등 2017), 평균 질병 발생 위험(mean risk of illnesses)은 연간 질병 발생률을 주먹밥 섭취 횟수로 나눈 값, 평균 질병 발생 위험은 주먹밥을 1회 섭취하였을 때 병이 걸릴 확률을 말하며, 1회 섭취 또는 1인 섭취 당 질병 부담(DALYs per eating occasions or consumers)은 DALYs 값을 주먹밥 섭취 횟수로 나눈 것이다.
IPMP 2013에서 상하위 95% 신뢰구간으로 Huang 과 Baranyi 예측모델을 적용하여 다양한 온도에서 햄 주먹밥의 S. aureus 성장패턴을 분석한 결과 Baranyi model을 사용하여 다양한 온도에서 예측된 LPD 값은 Huang model에 의해 예측된 값보다 대체 로 높은 값을 나타냈다. 이는 Lee 등(2015)의 IPMP 2013을 사용하여 개발된 생 돼지고기에서의 S.
S. aureus 성장에 대한 온도의 영향을 평가하기 위해 polynomial model 식을 사용하여 LPD와 SGR을 산출한 결과 SHM을 제외한 SHS, SHG에서는 저장온도가 증가함에 따라 LPD 값이 감소하였고, SGR은 저장온도가 높아짐에 따라 증가하였다. Ding 등(2010)의 샌드위치에 있는 S.
SHM, SHS와는 다르게 SHG는 빠른 시간에 균수가 증가하였으며, 동일한 온도, 시간에 균수를 측정 했을 때 가장 높은 균수가 측정되었다. 7℃에서 보관한 SHG는 43시간 이후로 점차 증가해 137시간에 5.
개발된 1차 성장예측모델에 대해 적합성 평가를 한 결과 Huang model과 Baranyi model간 유의적 차이는 없었으며, B_f와 A_f는 각 모델의 수행을 측정하 기 위한 정량적인 도구로 사용되었다. B_f는 평균적으로 모델이 관찰된 데이터를 과도하게 예측(bias factor＞1) 했는지, 또는 예측이 부족(bias factor＜1) 했는지 정도를 나타내고, A_f는 얼마나 많은 예측이 관찰된 데이터와 다른지를 나타낸다(Álvarez 등 2003).
Baranyi model에서 LPD의 값은 h₀을 SGR로 나누어 구하였으며, SHS와 SHG의 25℃에 해당하는 값을 제외한 나머지 값들은 Huang model에서 예측된 값보다 높았다. 두 모델에서 SHS, SHG의 LPD는 저장온도가 높아질수록 짧았고, SHM의 경우 25℃의 LPD 값이 15℃의 LPD 값보다 Huang model, Baranyi model에서 각각 1.53h, 0.43h 정도 길었다.
또한 식품의약품안전평가원(National Institute of Food and Drug Safety Evaluation 2017; National Institute of Food and Drug Safety Evaluation 2018)에서 @RISK 프로그램을 이용하여 알 가열성형제품(구운ㆍ삶은계란), 건조저장육류에서의 S. aureus 위해평가결과 S. aureus에 의한 1인 1일 위해발생 가능성은 알 가열성형제품에서 1.47×10–4 , 양념하지 않은 건조저장육류는 최대 5.18×10–2 , 양념한 건조저장육류에서는 최대 5.20×10–8 로 나타났다.
마요네즈 소스를 첨가한 SHM 햄 주먹밥에서 초기 균 수(y0)의 예측값은 1.10∼2.74 log CFU/g의 범위였고, 최대 성장 균 수(ymax)는 25℃에서 6.47 log CFU/g으로 가장 높았다.
세 종류의 햄 주먹밥 중에서 특히 SHM의 SGR이 급격하게 증가하였으며, 세 종류의 햄 주먹밥 모두 전반적으로 Huang model 의 SGR이 Baranyi model의 결과 값보다 가파르게 증가하였다.
소스의 종류를 달리한 햄 주먹밥에서의 S. aureus 성장은 저장온도가 높아질수록 유도기가 짧았고, 균의 수가 급격하게 늘어났다. 이는 저장온도가 S.
08로 가장 낮은 것으로 나타났다. 연간 질병부담(total DALY per year) 값은 15℃에 보관한 SHM이 9.02, 나머지 햄 주먹밥은 17.10으로 햄 주먹밥 세 종류 중에서 마요네즈가 포함된 햄 주먹 밥을 15℃에 보관했을 때, 이 질병에 의한 위험부담이 가장 적은 것으로 나타났다. 또한 1회 섭취 또는 1인 섭취당 질병부담(DALYs per eating occasions or consumers)은 SHM을 15℃에 보관했을 경우 0.
Baranyi model로 1차 성장예측모델을 개발한 후 polynomial 식을 사용하여 LPD와 SGR에 대한 2차 성장예측모델을 개발하였다. 예측한 성장예측모델의 검증을 위해 20o C에서 추가 실험을 진행하여 MSE, RMSE로 적합성을 평가한 결과 SHS, SHG의 MSE, RMSE 값이 0에 근접하여 SHM을 제외한 SHS, SHG에서는 성장예측모델이 잘 개발되었음을 알 수 있었다. SHM의 경우 RMSE 값이 2.
64였다. 평균 질병발생 위험(mean risk of illness)은 SHS와 SHG에 비해 15℃에 보관한 SHM이 0.08로 가장 낮은 것으로 나타났다. 연간 질병부담(total DALY per year) 값은 15℃에 보관한 SHM이 9.

후속연구

결론적으로 햄 주먹밥에서 S. aureus의 오염에 의한 위해도가 높기 때문에 미생물에 의한 초기 오염 수준을 파악하고 가공, 유통 및 저장 단계에서의 적절한 온도관리 등 위해관리를 위한 지속적인 연구와 위해평가가 수행되어야 할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	S. aureus가 생성하는 장독소의 특징은?	S. aureus가 생성하는 장독소는 내열성을 가지고 있어 218∼248oC의 온도로 30분간 가열해야 파괴되며, 장독소가 생성된 식품은 맛, 형태 및 육안으로 식별하기 어렵기 때문에 식품에서의 S. aureus의 오염과 생육을 저해하는 것은 중요하다(Doyle 1989; Ministry of Food and Drug Safety 2015).
	S. aureus란?	S. aureus는 사람과 동물의 피부, 장관 등에 존재하며 공기, 토양 등 자연계에 널리 분포하고, 단백질, 탄수화물이 많은 식품에 쉽게 오염되어 독소를 생성한다(Cho 등 2011). S.
	마요네즈를 첨가한 햄 주먹밥(SHM)에서 나타나는 S. aureus의 성장 변화 양상은?	S. aureus는 저장기간이 길어지면서 모두 증식하였으며, 7oC에서 보관된 SHM은 88시간까지 3.00 log CFU/g 이하였다가 그 이후로 조금씩 증가해 277시간에는 4.00 log CFU/g, 277시간 이후로는 7 log CFU/g 정도까지 급격히 증가하였다. SHM을 15oC에서 보관한 경우에는 17시간까지 일정하고, 그 이후로 점차 증가하다 91시간 후부터 급격하게증가하여 118시간에는 6.73 log CFU/g이었다. 25oC에서는 4시간까지 일정하다가 14시간 이후로 급격히 증가하여 20시간에 6.00 log CFU/g을 지나 68시간에 7.13 log CFU/g까지 증가하였다.

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Stevenypark (2011). Food toxemia - non-inflammatory diarrhea (57). Available from: http://quizlet.com/7078170/food-toxemia-non-inflammatory-diarrhea-57-flash-cards. Accessed July 30, 2018
Vadehra DV, Harmon LG (1965): Action of lipases of Staphylococcus aureus on milk fat. Appl Microbiol 13(3):335-339

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저자의 다른 논문 :

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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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