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ISSN : 1229-1153(Print)
ISSN : 2465-9223(Online)
Journal of Food Hygiene and Safety Vol.33 No.6 pp.495-499
DOI : https://doi.org/10.13103/JFHS.2018.33.6.495

Combination Effect of UV-C and Mild Heat Treatment Against Artificially Inoculated Escherichia coli O157:H7, Salmonella Typhimurium on Black Pepper Powder

Seung-Hae Gwak, Jin-Hee Kim, Se-Wook Oh*
September 6, 2018 September 24, 2018 November 12, 2018

Abstract


The reduction effect of UV-C irradiation and mild heat treatment was examined against Escherichia coli O157:H7 and Salmonella Typhimurium on black pepper powder. E. coli O157:H7 (ATCC 35150) and S. Typhimurium (ATCC 19585) were inoculated onto black pepper powder at approximately 107 and 106 CFU/g, respectively. E. coli O157:H7 and Salmonella Typhimurium were treated with UV-C and mild heat at 60oC. A UV-C intensity (2.32 W/cm2) was used for 10 min to 70 min at 60oC. After UV-C and heat treatment at 60°C, microbial analysis and color change of black pepper powder was conducted. E. coli O157:H7 and S. Typhimurium were reduced by a level of 1.89 and 2.24 log CFU/g, respectively, when treated with UV-C alone for 70 min. And E. coli O157:H7 and Salmonella Typhimurium were reduced by 2.22 and 5.10 log CFU/g, respectively, when treated with mild heat treatment at 60°C alone for 70 min. But when combined with UV-C and mild heat, it showed higher levels of reduction by 2.46 and 5.70 log CFU/g. S. Typhimurium was more easily reduced than E. coli O157:H7. Color values were not significantly (p > 0.05) different in all treated samples. Therefore, these results suggest that the combined treatment with UV-C and mild heat was effective to inactivate the food pathogens in black pepper powder and can be used as a food industrial microbial intervention method.



후춧가루에 인위접종된 Escherichia coli O157:H7, Salmonella Typhimurium에 대한 UV-C와 mild heat의 살균 효과

곽승해, 김진희, 오세욱*

초록


    Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs
    농축2017300496

    향신료(Spices)는 스파이스(spices)와 향료식물(herbs)의 총칭으로 식품에 맛, 색, 향을 변화시켜 풍미를 주어 식욕 을 증진시키고 소화흡수를 돕는 기능이 있으며 생선의 이 취를 제거하는데 효과적이다1-3). 후추는 후추과(Piperaceae) 의 열대성 식물인 Pirernigrum L.의 열매를 건조한 것으로 식품공장 및 가정에서 향신료로 많이 사용되고 있다4). 후 추의 주성분 중 하나인 Piperine은 위액 분비를 촉진시켜 소화흡수를 돕는 기능이 있으며, 항염, 항산화 작용이 있 다는 보고도 있다4).

    후춧가루는 수확 후 세척하여 건조, 분쇄 과정을 거치 는 가공 특성상 가공처리 중 다양한 곰팡이류, 세균 및 내 열성 포자 형성균 등에 오염될 수 있으며 가공 처리를 한 후에도 식중독 균에 오염될 가능성이 있다5). 또한 Salmonella spp., Bacillus cereus, Escherichia coli, Clostridium 등의 미 생물들이 후추에서 검출되었다는 보고가 있어 효과적인 살균 기술이 필요한 실정이다6). 일반적으로 향신료에 사 용되는 식품 살균처리 기술에는 감마선 조사, 오존수 처 리, microwave 처리, ethylene oxide를 이용한 훈증제 처 리 등이 있다7,8). 그러나 감마선 조사는 시설의 초기 설비 비용이 많이 들고 방사선 식품 표시의무로 인해 소비자의 인식이 부정적이며9), 오존수 처리는 시간이 많이 소요되 고 휘발성 화학물질이 발생하여 품질을 저하시킬 수 있으 며10), microwave 처리는 살균 효과가 미미하며 훈증제 처 리는 유해한 독성물질의 생성으로 인한 발암가능성이 있 어 사용이 금지되었다. 이외에도 처리 후 풍미 및 품질 변 화, 영양 손실, 2차 오염 가능성, 부산물의 잔류 등 많은 문제점을 내포하고 있다11,12).

    Ultraviolet (UV)는 물리적인 비가열 처리기술로써 파장 의 범위에 따라 UV-A, UV-B, UV-C로 구분되는데, 그 중 UV-C가 일반적으로 식품 살균에 쓰이는 파장이다13). 특히 UV-C인 253.7 nm의 파장이 식품 살균에 주로 사용되는데, DNA base에 손상을 일으켜 pyrimidine dimer를 생성하고 DNA 전사와 복제를 방해하여 미생물을 사멸 시킨다고 알 려져 있다14). 열을 적게 발생시키는 물리적 처리 방법으로 식품의 품질 변화가 적고 화학적 위해 요소 생성이 없으 며 또한 온도와 수분의 영향을 크게 받지 않는다. 이러한 장점 때문에 유통기한 연장을 위한 식품 표면의 살균 기 술로써 FDA에서 사용이 승인된 기술이다15,16). 그러나 UVC는 식품 내부 깊숙이 침투하기 어려워 높은 효율의 미생 물 살균은 어렵다는 단점이 있어 다른 살균 기술과 병합 하여 사용되기도 하였다17).

    전통적으로 행하여져 왔던 열처리 방법은 곰팡이 및 식 품에 부패를 일으키는 미생물을 저해하는 효과적인 방법 이지만 너무 높은 온도로 처리할 경우 식품의 관능적 품 질을 저하시킬 수 있다18,19).

    현재 국내에서 UV-C 조사와 mild heat을 병합 처리하여 후춧가루의 미생물적 안전성을 파악한 연구는 미흡한 실 정이다. 따라서 본 연구에서는 후춧가루의 안전성과 저장 성을 확보하기 위해 물리적인 방법인 UV-C와 mild heat 을 단일 처리 및 병합 처리하여 이에 의한 미생물 사멸 효과 및 관능적 품질 변화를 조사하였다.

    Materials and Methods

    사용 균주 및 활성화

    Escherichia coli O157:H7 (ATCC 35150)와 Salmonella Typhimurium (ATCC 19585)는 한국미생물자원센터(Korean Collection for Type Cultures, KCTC, Jeollabukdo, Korea) 에서 분양 받은 후 −80°C 초저온 냉동고에서 50% glycerol stock (v/v)에 보관하여 사용하였다. 모든 균주는 tryptic soy broth (Difco, Franklin Lakes, New Jersey, USA) 10 mL 에 50% glycerol stock (v/v)을 0.1 mL 접종하여 37°C에서 7시간 동안 1차 배양한 뒤, 16시간 동안 2차 배양하여 균 주를 활성화한 후 실험에 사용하였다.

    시료 준비 및 미생물 접종

    후춧가루는 서울시 성북구에 위치한 대형마트에서 구매 하여 사용하였다. 후춧가루에 균을 접종하기 위하여 후추 를 120 g씩 멸균 비닐백(Whirl-pak, 19 × 30 cm; Nasco, Fort Atkinson, WI, USA)에 넣고 109CFU/mL 수준으로 배양한 E. coli O157:H7와 S. Typhimurium 배양액을 각각 12 mL씩 접종하여 2분간 마사지한 뒤 1시간 동안 clean bench에서 건조시켰다. 결과적으로 S. Typhimurium와 E. coli O157:H7이 각각 106, 107CFU/g 수준이 되도록 접종 하였다.

    UV-C와 mild heat 병합 처리 방법

    후춧가루에 대한 UV 조사와 mild heat 처리는 자체 제 작한 UV incubator를 사용하여 진행되었다. UV incubator 에 2개의 UV lamp (58W, SANTO-UV, Incheon, Korea)와 roaster (MK-300, JC Company, Foshan, China)을 설치하 였다. 후춧가루는 UV incubator 안에 roaster (diameter 24 cm, depth 3.5 cm)에 둔 뒤 UV-C를 조사하고 이 후 mild heat 처리하였다. 시료와 UV lamp 사이의 거리는 5 cm로 조정하였고, UV-C가 후춧가루에 고르게 조사되도록 하기 위해 roaster를 이용하여 균일하게 혼합되도록 하였다. UVemitting lamp (length 510 mm, lamp diameter 19 mm)의 파장은 253.7 nm이었고, 조사선량은 2.32 W/cm2이었다. Incubator 내부 온도는 30°C와 60°C로 설정한 후, UV-C와 mild heat 처리를 단독 또는 병합하여 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70분 동안 처리하였다.

    생균수 측정

    후춧가루에 존재하는 미생물을 분석하기 위해 후춧가루 10 g에 90 mL의 멸균한 0.85% saline을 첨가하여 stomacher (Laboratory Blender Stomacher 400; Seward, MO, USA)로 2분간 균질화하였다. 그 후, 0.85% 생리식염수를 사용하 여 십진 희석하였다. 이 후 S. Typhimurium와 E. coli O157: H7은 각각 선택배지인 xylose-lysine-deoxycholate agar (XLD, Oxoid, Hampshire, UK)와 Eosin methylene blue agar (EMB agar, Oxoid, Hampshire, UK)에 도말하였다. 도말 후 37°C에서 24-48 시간 배양하고 형성된 집락 수를 계수하였다.

    색도 측정

    UV-C와 mild heat 처리에 따른 후춧가루의 색도 변화를 파악하기 위해 각 시간 별로 처리 후, 2 g의 후추를 petri dish에 소분한 뒤 colorimeter (CR-400 Chroma Meter, Konica Minolta Sensing, Inc., Japan)를 이용하여 명도(lightness, L-value), 적색도(redness, a-value), 및 황색도(yellowness, b-value)를 측정하였다.

    통계적 처리 분석

    모든 실험 결과의 유의성 검정은 각 3회 반복 측정하여 IBM SPSS statistics program (version 23, IBM Corp., New York, USA)을 사용하여 통계처리 하였다. One Way ANOVA와 Duncan’s multiple range test 방법을 사용하여 p < 0.05 범위 내에서 실험 데이터의 유의성을 검증하였다.

    Results and Discussion

    UV-C와 mild heat 병합 처리에 의한 살균 효과

    후춧가루에 인위 접종한 존재하는 식중독 세균에 대한 UV-와 mild heat 병합 처리 후 살균 효과를 Fig. 1과 Fig. 2에 나타내었다. Fig. 1S. Typhimurium에 대한 효과를 나타내었다. 후춧가루에 S. Typhimurium의 초기 농도가 6.73 log CFU/g이 되도록 접종하였다.

    Mild heat 처리 없이 30°C에서 2.32 W/cm2의 조사선량 으로 UV-C를 단독으로 조사했을 때, 20분 동안 S. Typhimurium을 0.84 log CFU/g 정도 저감하였으며, 70분 동안 처리하였을 때 약 2.24 log CFU/g 수준의 살균 효과 를 나타내었다. 60°C에서 20분 동안 처리했을 때 2.01 log CFU/g 정도로 저감되었고, 70분 동안 처리했을 때에는 약 5.10 log CFU/g으로 저감되었다. UV-C와 mild heat 병행 처리를 70분 이상 처리했을 때, 약 5.70 log CFU/g 이상의 저감 효과를 나타내었다. UV-C와 60°C 병행 처리는 UVC 단독 처리보다 유의적인(p < 0.05) 차이가 있었다. 결과 적으로 UV-C와 60°C를 병합 처리했을 때, 후춧가루에 인 위 접종한 식중독 균에 대한 가장 큰 살균효과가 있었으 며 UV-C와 60°C 단독 처리에 비하여 유의적 차이(p < 0.05) 가 있었다.

    S. Typhimurium에 대하여 각 처리구의 살균 효과를 비 교하였을 경우, UV-C와 60°C 병합 처리, 60°C 단독 처리, UV-C 단독 처리 순으로 효과가 크게 나타났으며 각 처리 구 간에 유의적 차이(p < 0.05)가 있었다.

    E. coli O157:H7에 대한 UV-C와 mild heat 병행 처리에 대한 저감효과를 Fig. 2에 나타내었다. 후춧가루에 인위적 으로 접종된 E. coli O157:H7의 초기 농도는 약 7.78 log CFU/g 수준이었다.

    Mild heat 없이 UV-C를 단독으로 처리했을 때, 30분 동 안 E. coli O157:H7을 0.59 log CFU/g 정도 저감하였으며, 70분 동안 처리했을 때 약 1.89 log CFU/g 정도 살균 효과 를 나타내었다. 60°C에서 30분 동안 처리했을 때에는 1.51 log CFU/g 정도로 저감 효과가 나타났고 70분 동안 처리 했을 때는 약 2.22 log CFU/g 정도로 효과가 나타났다. UVC와 mild heat 병행 처리를 70분 이상 처리했을 때, 약 2.46 log CFU/g 이상의 저감 효과를 나타내었다. UV-C와 60°C 병합 처리는 UV-C 단독처리보다 유의적인(p < 0.05) 차이가 있었으나 60°C 단독처리구와 유의적인(p > 0.05) 차 이가 없었다. UV-C와 60°C 병합 처리했을 때, 식중독 균 저감 효과가 가장 크게 나타났으며, UV-C의 단독 처리 효 과와 비교하였을 때 유의적 차이(p < 0.05)를 나타내었다.

    E. coli O157:H7에 대해 각 처리구의 살균 효과를 비교 하면, S. Typhimurium에 대한 효과와 같이 UV-C와 60°C 병합 처리, 60°C 단독 처리, UV-C 단독 처리 순으로 효 과가 큰 것으로 나타났다. UV-C와 60°C의 병합 처리와 UV-C 단독 처리 사이에는 유의적인(p < 0.05) 차이가 나타 났지만 열 단독 처리에는 유의적인(p > 0.05) 차이가 없었 다. Gabriel 등20)S. Typhimurium이 E.coli O157:H7과 L. monocytogenes 보다 UV에 대한 저항성이 낮다고 보고하 고 있다. 마찬가지로 실험 결과에서 E. coli O157:H7 보 다는 S. Typhimurium의 저감효과가 더 큰 것으로 판단되 었다.

    UV-C는 DNA base에 돌연변이를 일으켜 광화학적 산화 반응을 일으켜 pyrimidine dimer를 생성하여 DNA 전사와 복제를 방해함으로써 미생물을 사멸시킨다14). 그리고 UVC를 이용한 살균효과는 UV lamp 사이의 거리, UV-C 조 사선량, 조사 시간에 따라 달라진다21). 이러한 조건들을 조 정하면 미생물 살균 효과가 커지지만 본 실험 결과에선 후춧가루를 UV-C 단독 처리 했을 때 큰 효과가 나타나지 않았다. Todo 등22)은 UV-C가 균에 손상을 입히고 열처리 에 따라 세포막의 유동성이 커지며 이에 따라 UV-C에 따 른 효과가 커진다는 연구 결과가 있다. 이러한 결과를 통 하여 후춧가루에 오염된 식중독 균을 살균시키는 데에 mild heat과 UV-C 조사를 병합 처리한 것이 효과가 있다 고 판단하였다.

    UV-C와 mild heat 병합처리에 따른 후추 색도 변화

    후춧가루에 UV-C와 mild heat를 처리한 후, colorimeter 로 측정한 색의 변화는 Table 1에 나타내었다. 처리 전 후 춧가루의 L*, a*, b* 값은 각각 51.15 ± 1.13, 2.37 ± 0.08, 10.13 ± 0.52로 측정되었다. 후추에 UV-C와 mild heat 을 70분간 처리 후 측정한 L*, a*, b* 값은 각각 48.89 ± 1.10, 2.34 ± 0.02, 9.67 ± 0.10 이었다. Jaczynski 등23)은 가열 및 전자선 조사에 따라 후춧가루의 색변화가 거의 없다고 보 고한 바 있다. 60°C 열 단독 처리에서는 b* 값에 유의적 인(p < 0.05) 차이가 있었지만 이는 시료 간의 차이라고 판 단되었다. 전체적으로 L*, a*, b* 값에 유의적인(p > 0.05) 차이가 없었다. 이를 종합하여 판단하여 볼 때 UV-C와 mild heat 단독처리 뿐만 아니라 UV-C와 mild heat 병합 처리가 후춧가루의 색 품질변화에 영향을 미치지 않으며 후춧가루에 대한 상업적 살균 기술로 이용이 가능할 것으 로 판단되었다.

    국문요약

    후춧가루에 존재하는 식중독 균을 저감화시키기 위한 방 법으로 UV-C와 mild heat를 병합 처리 가능성을 타진하 였다. Escherichia coli O157:H7 (ATCC 35150)와 Salmonella Typhimurium (ATCC 19585)를 후춧가루에 각각 106, 107 CFU/g 수준으로 인위접종하여 2.32 W/cm2의 UV-C와 60°C 의 mild heat을 10분에서 70분 동안 처리하였다. 그 후 미 생물 분석 및 후춧가루의 품질변화를 측정하였다. UV-C 를 단독으로 70분 동안 처리했을 때 E. coli O157:H7과 S. Typhimurium는 각각 1.89, 2.24 log CFU/g 수준으로 감 소하였지만, UV-C와 mild heat을 70분 동안 병합처리 했 을 때는 각각 2.46, 5.70 log CFU/g으로 감소하였다. E. coli O157:H7 보다는 S. Typhimurium의 저감효과가 더 컸다. 색도는 모든 처리구에서 유의적인 차이가 없는 것으로 나 타났다. 따라서 UV-C와 mild heat 병합처리는 후춧가루에 존재하는 식중독 균을 사멸시키는 데 효과적이기 때문에 산업적인 살균처리 기술로 활용될 수 있을 것으로 판단되 었다.

    Acknowledgments

    본 연구는 농림축산식품부의 재원으로 고부가가치 식품 개발사업(과제번호 농축2017300496호)의 연구비 지원에 의해 수행되었으며 이에 감사드립니다.

    Figure

    JFHS-33-495_F1.gif

    Effect of UV-C and mild heat treatment against S. Typhimurium inoculated on black pepper powder. The date are expressed at the mean value ± standard deviation of three individual experiments. Each experiment was conducted in duplicated.

    Different capital letters indicate significant differences (p < 0.05) among treatments for each time

    JFHS-33-495_F2.gif

    Effect of UV-C and mild heat treatment against E. coli O157:H7 inoculated on black pepper powder The date are expressed at the mean value ± standard deviation of three individual experiments. Each experiment was conducted in duplicated.

    Different capital letters indicate significant differences (p < 0.05) among treatments for each time

    Table

    Changes in color values of black pepper powder treated with UV-C and mild heat in alone or combination according to treatment time

    Reference

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