Transcript 미생물제어
식품의 미생물 제어 및 살균 목 차 I. 미생물제어 방법 1. 저온 저장 2. 건조 3. 화학약품 4. 공기 환경 조건 II. 살균 방법 1. 2. 3. 4. 5. 열처리 가스처리 전리 방사선 처리 자외선 조사 기타 방법 I. 미생물제어 방법 구분 내용 물리적 요인 형태의 손상, 포장재의 훼손, 온도, pH변화, 자외선 노출 화학적 요인 수분 함량, 산소 농도, 고형분 함량 생물학적 요인 효소의 반응, 미생물의 오염, 미생물간의 작용 1. 저온 저장 가. 저온 저장의 종류 냉장 - 가장 일반적인 식품의 보존 방법 - 일반적으로 냉장 온도는 0 ~ 10℃임 - 온도가 내려갈수록 미생물의 활동이 둔화되는 것을 이용한 방법임. - 미생물의 생육 최적온도에서 멀수록 보존성이 좋아짐 - 일반적인 부패미생물의 최적온도는 효모,곰팡이는 20~30℃, 대장균군과 박테리 아는 30~40℃임. 냉동 - 식품공전상 냉동식품의 보관 온도는 -18℃이하로 규정되어 있음. - 냉장보다 냉동 저장 시 보존성이 매우 좋아짐. (예) 버터의 유통기한 : 냉장 시 3개월, 냉동 시 2년 - 냉동 상태에서도 미생물이 다 죽는 것은 아니며, 서서히 증식이 될 수 있음. 초저온 냉동 - 미생물을 장기간 보존하려면 -80℃ 이하에서 보존하며, 이 온도에서는 식품의 보존성도 매우 우수함. - 그러나 냉동온도가 낮아질수록 에너지 경비는 증가하므로 특별한 경우 외 에는 사용하지는 않음. - 초저온 냉동상태에서는 내냉성이 강한 미생물도 잘 증식하지는 못하고 숫자 가 점점 감소함. 저장 중 보존성의 비교 실온 < 냉장 < 냉동 < 초저온 냉동 나. 저온 저장의 유의점 냉장에 대한 과신 금물 - 냉장고는 보존기간을 연장한다는 개념이지 안전하다는 것은 아님. - 냉장고 내에서도 식품이 부패하여 버리는 경우가 많음. 저온상태에서 가장 문제가 되는 미생물 : - 곰팡이가 가장 문제가 됨. - 세균이나 대장균군에 비하여 악조건에서도 상대적으로 가장 강하기 때문 - 내냉성 세균(예 : Pseudomonas)가 우유 등의 부패에 관여함. 냉장에서 우유가 쓴맛이나 악취가 나는 경우가 발생할 수 있음. 냉장보존 전 신선한 상태를 유지해야 함. - 냉장 시 살균된 빵과 오염된 빵을 넣으면, 당연히 오염된 빵이 빨리 상함. - 초기의 미생물 숫자가 유통기한에 큰 영향을 줌. 냉장 시의 식품의 물리적 상태의 영향력 : - 수분이 많은 식품과 건조된 식품을 냉장보존 시 건조될수록 신선한 상태를 장기간 유지함. - 저온 저장은 다른 방법과 병용 시 효과를 극대화할 수 있음. 2. 건조 가. 건조 방법 열풍 건조(Hot air Drying) - 가장 경제적임.(대량 처리 가능) - 고추, 차잎, 생약류 등의 건조에 사용 - 온도가 지나치게 높아지면 탈색 등의 품질 열화 발생되어 50℃ 내외에서 많이 건조함. 분무 건조(Spray Drying) - 액상의 건조에 적합 - 세계적으로 우유를 건조하여 분유를 만드는 용으로 많이 사용 - 물에 다시 용해 후 원래의 액상으로 환원됨. - 분무 건조 시 신선도를 유지하기 위하여 가급적 낮은 온도로 건조하는 방법도 있으며, 이 경우 원료가 매우 위생적이어야 함. 진공 건조(Vacuum Drying) - 열풍건조에 비해 품질이 우수하나 경비가 많이 드는 단점이 있음 - 액상의 경우 진공 건조 시 필수적으로 농축을 하는 과정이 포함됨. - 일반적으로 50℃ 전후에서 건조하며, 미생물이나 효소 활성을 유지 시켜야 할 경우에는 40℃ 이하에서 실시함. 냉동 건조(Freeze Drying) - 식품의 맛과 향미를 유지하기 위하는데 가장 이상적인 방법임 - 타 방법에 비하여 건조량이 작고 경비가 가장 많이 드는 단점이 있음 - 고급 커피나 유산균 배양물 등의 건조에 사용함 - 건조된 제품의 물리적 상태가 흡습성이 강하기 쉬워 분말을 건조한 상태로 보관하도록 유의 나. 건조 공정의 주의사항 시료의 특성에 따라 적합한 방법을 선택 - 액상인지 형태를 갖춘 시료인지에 따라 건조방법 다름 - 온도가 높아지면 안되는 미생물이나 효소를 함유한 시료는 진공 또는 냉동 건조를 해야 함 - 일반적으로 가능한 한 낮은 온도에서 신속하게 건조하는 공정을 선택 건조 전후의 오염 주의 - 건조가 살균 온도보다 낮은 조건에서 대부분 이루어질 때 건조공정 중 미생물의 증식이 일어나 품질 문제 야기 가능 - 건조 전 살균이 되어 있어야 하고, 건조 중에는 오염원을 차단하여야 건조 후 문제가 발생되지 않음. - 건조 후 분말의 멸균은 거의 불가능함. (분말의 멸균은 방사선처리방법 외에 는 거의 안됨) 3. 화학약품 가. 보존제의 분류 및 장단점 인공 보존제(Artificial Preservatives) - 적은 농도로 첨가하여 높은 보존효과를 얻을 수 있음. - 맛에 영향을 주는 것을 최소화할 수 있음. - 비교적 저렴한 비용 - 안전성 문제로 이슈화 되는 단점이 있음. 천연 보존제(Natural Preservatives) - 비교적 높은 농도로 첨가해야 보존효과를 얻을 수 있음. - 맛과 색상 등을 변화시키므로 사용상 제한이 많음. - 원가적인 부담이 높은 편임. - 인공 보존제에 비하여 단점이 많음에도 불구하고 소비자로서 매우 선호하는 방안임. 나. 보존제의 종류 및 항균효과 유기산(Organic Acids) : pH 저하에 의한 미생물생육 억제 종류 장점 단점 효과 신맛으로 인하 여 사용에 제 한적임 세균과 대 장균군 등 의 미생물 억제 (초산이 가장 효과 가 좋음) 청량음료 효모, 곰 팡이 억제 세균이 억 제 효과도 있음 음료, 빵, 치즈, 육류 등에 사용 구연산 사과산 젖산 초산 주석산 호박산 아디핀산 안전성에 문제없음. 신맛이 필요할 때 이 상적임 효모, 곰팡이 의 억제력은 약함 소르빈산 (소르빈산칼륨) 적은 농도로 효과적 임 보존제의 맛을 느낄 수 있음 가격이 저렴함 산성에서 효과 적임 (pH 4.0) 가격이 저렴함 적용 [표] pH 5.0 에서 세균에 대한 유기산류의 완전생육저지 농도(%) 균종 초산 호박산 젖산 사과산 구연산 주석산 Ps. fluorescens 0.04 0.30 0.30 0.50 >0.50 >0.50 E. coli 0.04 0.30 0.30 >0.50 >0.50 >0.50 Sal. typhimurium 0.04 0.20 0.20 0.50 >0.50 >0.50 Bac. megaterium 0.04 0.20 0.30 0.50 >0.50 >0.50 Bac. cereus 0.08 0.40 0.50 >0.50 >0.50 >0.50 Micrococcus flavus 0.02 0.10 0.20 0.50 >0.50 >0.50 M. freudenreichii 0.10 0.50 >0.50 >0.50 >0.50 >0.50 Mc. roseus 0.50 >0.50 >0.50 >0.50 >0.50 >0.50 Staphylococcus 0.40 >0.50 >0.50 >0.50 >0.50 >0.50 항균력 비교 : 초산 >> 호박산 > 젖산 > 사과산 > 구연산, 주석산 Ethyl Alcohol : 장점 저농도에서 정균 효과, 용매로서의 작용, 어취 소거 효과, 단점 효과 적용 휘발성 높음, 자극적인 냄새, 단백질 변성에 의한 조직 경화, 포자에 대한 항균력 없음, Bacillus 속도 살균이 어려움 알코올 농도가 고 농도로 갈수록 항 균력이 높아지며, 70~80% 에탄올 함량이 가장 높음 알코올을 산미료 와 혼합 사용 시 살균력이 향상됨, 냉장보다 상온에 서 살균력 높음 분무, 침지 등의 방법으로 사용 향신료 : 종류 장점 Mustard(겨자), 천연물 소재, Cloves(정향), Cinnamon(계피), 항산화 및 기 능적 효과, Rosemary, 단점 효과 적용 효과가 있는 농도 첨가 시 향미에 영향 을 줌, 원가가 높음 항균 효과 및 항산화 등의 복합적인 효 과를 갖는 향 신료가 많음 향신료와 맛의 조화를 이루는 음식물에 생물 이나 추출액으 로 첨가 합성 보존제 : 종류 안식향산, 안식향산나트륨, 안식향산칼륨, 안식향산칼슘 소르브산, 소르브산칼륨 특징 적용 세균과 효모, 곰팡이 등의 생육 을 억제, 음료에 0.06% 이 하(0.6g/kg) 사용 안전성을 고려하여 사용하는 최고 농도를 설정하였고, 사용 할 수 있는 식품을 지정하여 그 외에는 사용하지 못함, 일반적으로 비살균제품에는 사 용하지 못하고 가공식품에 적 용 음료에 0.1%이하 사용, 식육가공품에 0.2% 이하 사용, 치즈에 0.3% 이 하 사용 디히드로초산, 디히드로초산나트륨 버터 및 치즈에 0.05% 이하 사용 프로피온산칼슘, 프로피온산나트륨 치즈에 0.3% 이 하 사용 4. 공기 환경 조건 가. 작업장의 청정 공기 환경 식품공장의 GMP 조건 - 청정지역과 오염지역으로 구분하여 관리 - 청정지역을 다시 미생물을 사용하는 특수작업장과 미생물을 사용하지 않는 일반작업장으로 구분하여 분리 - 청정지역의 공기는 10만 class 이하로 관리 - 오염지역에서 청정지역으로 오염공기가 유입되지 않도록 청정지역의 공기압 이 더 높게 관리 Class 단위 - class : 1 ft3 당 먼지의 숫자 - 100,000 class 는 1 ft3 에 먼지가 100,000개 있다는 의미. 나. 청정공기의 관리 식품공장의 GMP에서는 100,000 class 이하로 관리 의약품공장의 KGMP에서는 10,000 class 이하까지 관리 미생물이나 세포배양을 위하여 작업하는 Clean bench에서는 100 class 이하로 관리(절대적인 무균실은 아니라는 점을 인식해야 함) 멸균 식품의 의미 - 식품 내용물의 멸균 - 포장재의 멸균 - 식품내의 공기의 멸균 - 이 세가지가 동시에 갖추어져야 멸균 식품이 되어 장기간 보존이 가능하고, 셋 중 하나라도 적합하지 않으면 살균 식품이 됨. II. 살균 방법 1. 열처리 가. 기작(Mechanism) 미생물내의 단백질 불활성화 - 미생물내에 존재하는 생리활성 단백질은 생명현상에 절대적으로 필요 - 미생물내의 생리활성 단백질 : DNA, RNA, 효소계 등 - 단백질은 열에 의해 변성(denaturation)되어 고유의 3차 구조가 파괴됨으써 활성을 잃어버리게 되어 결과적으로 미생물이 사멸됨. 단백질을 불활성화시키는 방법은 열처리 외에 pH 조정, 가염(salting), 효소 처리 등의 방법이 있음. 미생물 중에는 열에 대해 매우 강한 단백질을 갖고 있어서 고온에서도 생존 할 수 있는 종류가 있음(내열성 미생물) 또한 포자(spore) 역시 보호막을 가 지고 있어서 열에 대한 저항성이 매우 높음. 나. 열처리 방법 Blanching - 끓는 물이나 증기에 3~5분 정도 데치는 열처리 방법이며, 채소나 과일, 곡물 등의 전처리 작업으로 활용 - 미생물의 초기 생균수를 낮추고, 효소의 불활성, 공기를 없애는 효과 Pasteurization - 63~65℃에서 30분간 열처리하여 단백질의 불활성화와 불용성 염류(Minerals) 의 형성을 최소화하는 살균법 - 프랑스의 파스퇴르가 처음 개발한 장기보존법 - 유해균이 없애는 정도의 최소한의 살균조건 HTST (High Temperature Short Time) - 고온순간살균법으로서 72~75℃에서 15~30초간 살균 - pasteurization 에 비하여 시간당 많은 양의 액체를 살균할 수 있음. - 연속적으로 공정을 처리할 수 있는 장점이 있음. UHT (Ultra-High Temperature)처리 - 130~135℃에서 3~5초간 열처리하는 초고온순간살균법 - 상온에서 한순간에 130℃이상으로 올리지 않고, 1단계로 90~95℃로 올린 후 2단 계로 130~135℃로 올림 - 짧은 시간에 가장 많은 양을 열처리할 수 있으므로 공장에서 가장 많이 활용 - HTST 에 비하여 살균 효과가 가장 좋음. Retort (멸균) - 121℃에서 15~20분간 고압수증기로 멸균하는 열처리 방법 - Batch 식으로 작업하나, 대량으로 자동화할 수 있는 연속식 시스템도 활용 하고 있다.(병두유 등의 멸균 음료 제품) 간헐 살균 - 100℃에서 열처리하면 100% 미생물이 죽지 않으므로, 살균 후 상온에 방치하였다 가 다시 열처리하는 것을 2~3회 반복하여 완전 멸균이 되도록 하는 방법임 - 포자(spore)를 상온에서 영양세포(vegetative cell)로 바꾸도록 한 후 열처리하여 살균함(일반적으로 포자는 내열성이 매우 강하여 UHT 조건에서도 살아남을 수 있 음) 다. 열매체별 비교 습식 열처리 - 물이나 스팀으로 살균 또는 멸균하는 방법이다. - 수분을 함유하고 있는 식품에 적용 가능하며 효율이 높다. - 121℃에서 15~20분이면 멸균 가능 건식 열처리 - 공기를 가열하여 식품을 살균 또는 멸균하는 방법이다. - 습식 열처리에 비하여 온도와 시간이 더 많이 소요 - 멸균을 위해서는 150~180℃에서 1시간 이상 소요 - 수분이 들어가면 안되는 고체형 제품에 적용할 수 있으나, 살균이 잘 안되는 단점이 있어서 식품의 살균에는 잘 사용치 않음. 라. 열처리 공학 요소 高 열처리 온도 높을수록 좋다 수분 함량 높을수록 좋다 低 고형분 함량 적을수록 좋다 점도(걸쭉한 정도) 낮을수록 좋다 단위 입자 크기 작을수록 좋다 열매체와의 거리 짧을수록 좋다 열처리 시간 길수록 좋다 pH 낮을수록 좋다 단백질 함량 적을수록 좋다 지방 함량 적을수록 좋다 초기 미생물 생균수 적을수록 좋다 2. 가스 처리 가. EO 가스 EO 가스란? - Ethylene Oxide 와 불활성 기체와 혼합하여 식품 또는 용기 등을 멸균 처리 - 세균의 세포벽을 침투하여 세포의 번식을 억제 또는 파괴 - ether 와 비슷한 냄새가 있고 액체상태이며 보관하기 쉬우나, 공기 중에서 인 화성이 매우 높아 주의가 필요한 독성 기체임. EO 가스의 장단점 - 장점 : 모든 종류의 미생물을 사멸시킬 수 있고, 고온이나 고습, 고압을 필요 로 하지 않으며, 기구나 물품에 손상을 주지 않음 - 낮은 온도에서 이루어므로 Cold 멸균법이라고 한다. - 단점 : EO 가스에 노출시킨 시간에 비례하여 공기에 노출시키는 시간도 오래 걸림. 스팀멸균에 비하여 경비가 많이 들고 위험물 취급이 불편(액체가 피 부에 접촉 시 화상 우려) 나. 원리 미생물에 EO가스가 침투하여 단백 생균에 있는 수소이온과 결합하여 불활성화된 반응 생성물로 변화하여서 세포대사나 DNA복제를 방해하여 미생물 사멸(alkylation) 나. 적용처 수술기구류 플라스틱 및 고무제품류 내시경, 일회용 주사기 등 열에 약하고 습기에 예민한 기구류 라. 멸균 공정 멸균기내부 진공 및 적정온도 유지 스팀 분사하여 가습 EO 가스 주입(질소나 이산화탄소 등과 혼합 주입) 시료 멸균 잔류 EO가스 방출 공기치환하여 멸균 공정 완료 EO 가스 처리 장치 3. 전리 방사선 처리 가. 감마선(Gamma rays) 방사선 동위원소 Co-60과 세시움-137에 의해 조사된 전자자기 고주파 에너지가 감마선임.(식품용으로 Co-60 감마선이 허용되어 있음) 식품의 발아억제, 살충,살균 및 숙도 조절의 목적에 한하여 허용되며, 허용 되어 있는 식품 및 흡수선량은 다음과 같음. - 감자, 양파, 마늘 : 0.15KGy 이하 - 밤 : 0.25KGy 이하 - 생버섯, 건조버섯 : 1 Kgy 이하 - 난분, 가공식품 제조원료용 곡류, 두류 및 분말, 조미식품제조용 전분 : 5KGy - 건조향신료 및 이들 조제품, 복합조미식품, 소스류, 침출차, 분말차, 2차살균 이 필요한 환자식 : 10KGy 이하 나. 특징 열과 압력을 받지 않아 제품의 변형이 없음 포장되어 있는 상태로 멸균 가능하며 대규모 물량 처리 용이 다른 방법으로 살균이나 멸균이 어려운 시료도 처리 가능 멸균력이 EO 가스보다 더 우수 식품 원료 및 완제품, 화장품, 실험용품,의료용 기구에 이르기까지 광범위 하게 활용되고 있음. 감마선처리 장치 구조 4. 자외선 조사 가. 자외선의 분류 종류 파장 적용 UV-A 320-400 nm 광화학 반응, 특수조명 UV-B 280-320 nm 경화, 검사장비, 의료용 UV-C 100-280 nm 살균, 오존생성, 탈취 살균에 사용하는 자외선은 단파장대 중에서 살균력이 가장 뛰어난 257.3 nm 선을 사용함. 나. 자외선의 4대 작용 광화학 반응(화학선 : 365nm) - 빛의 작용에 의해 일어나는 화학반응 - 합성화학, 형광작용 홍반 현상(건강선 : 297nm) - 바다나 산과 같이 자외선이 강한 곳에서 일어나는 홍반 현상 살균작용(살균선 : 253.7nm) - 저압 수은램프에서 인공적으로 발생시켜 살균등으로 사용 오존(O3)발생(오존발생 자외선 : 184.9nm) - 200nm 이하에서 오존이 발생하며 184.9nm 가 최적임(살균, 탈취작용) 다. 자외선 조사의 특징 및 이용 특징 - 투명한 물이나 공기는 투과가 양호하나, 불투명도가 높을수록 살균이 안됨. - 자외선 살균에 영향을 주는 요인 중 습도는 상대습도 60% 에서 살균 효율이 100%이고, 상대습도 80%에서는 살균 효율이 60%가 됨. - 온도는 20~25℃의 실온이 최적, 0℃에서는 20℃보다 60%의 출력 - 불투명한 식품의 경우 자외선이 도달하는 표면만 살균되므로 내부는 처리 불가함. - 자외선 조사한 미생물에 내성을 주지 않음 - 장시간 조사받을 경우 변색과 발열을 유도하므로 유의 이용 - 공기와 물의 살균에 가장 적합함. - 제조공정 중 2차 오염을 방지하기 위하여 장치 내외부에 설치하기도 함. - 식품제조 공장의 청정도 유지를 위하여 방 천장이나 필터에 설치 5. 기타 방법 가. 훈연법(smoking) 참나무나 떡갈나무들을 불완전 연소시킬 때 나오는 알데하이드나 석탄산 등의 성분이 살균작용을 함. 훈연을 통해 건조와 살균, 향미 증진 등이 복합적으로 나타남. 햄, 베이컨, 조개와 같은 육제품에 널리 사용되고 있고, 치즈도 훈연 한 제품이 있음. 나. 오존 살균 발생기 산소 원자 3개가 모여 이루어진 불완전 기체이며, 살균과 탈취효과가 있 음. 비릿한 냄새가 있고 적정농도를 초과하면 인체에 산화적인 스트레스를 유발할 수 있어서 유의해야 함. 무농약 친환경 재배에 살균소독수 제조에 활용되고 축사의 악취제거 효과 등도 보고되어 있음. 물의 살균과 공장내부의 공기 살균에 이용되며 자외선과 함께 이용되기도 함. 감사합니다!