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ISSN : 1229-1153(Print)
ISSN : 2465-9223(Online)
Journal of Food Hygiene and Safety Vol.35 No.6 pp.552-560
DOI : https://doi.org/10.13103/JFHS.2020.35.6.552

Quantitative Risk Assessment of Listeria monocytogenes Foodborne Illness Caused by Consumption of Cheese

Jimyeong Ha1, Jeeyeon Lee2*
1Risk Analysis Research Center, Sookmyung Women’s University, Seoul, Korea
2Department of Food & Nutrition, Dong-eui University, Busan, Korea
*Correspondence to: Jeeyeon Lee, Department of Food & Nutrition, Dong-eui University, Busan 47340, Korea Tel: +82-51-890-1596, Fax: +82-505-182-6873 E-mail: jylee@deu.ac.kr
November 25, 2020 December 5, 2020 December 5, 2020

Abstract


Listeria monocytogenes is a highly pathogenic gram-positive bacterium that is easily isolated from cheese, meat, processed meat products, and smoked salmon. A zero-tolerance (n=5, c=0, m=0/25 g) criteria has been applied for L. monocytogenes in cheese meaning that L. monocytogenes must not be detected in any 25 g of samples. However, there was a lack of scientific information behind this criteria. Therefore, in this study, we conducted a risk assessment based on literature reviews to provide scientific information supporting the baseline and to raise public awareness of L. monocytogenes foodborne illness. Quantitative risk assessment of L. monocytogenes for cheese was conducted using the following steps: exposure assessment, hazard characterization, and risk characterization. As a result, the initial contamination level of L. monocytogenes was -4.0 Log CFU/g in cheese. The consumption frequency of cheese was 11.8%, and the appropriate probability distribution for amount of cheese consumed was a Lognormal distribution with an average of 32.5 g. In conclusion, the mean of probabilities of foodborne illness caused by the consumption of cheese was 5.09×10-7 in the healthy population and 4.32×10-6 in the susceptible population. Consumption frequency has the biggest effect on the probability of foodborne illness, but storage and transportation times have also been found to affect the probability of foodborne illness; thus, management of the distribution environment should be considered important. Through this risk assessment, scientific data to support the criteria for L. monocytogenes in cheese could be obtained. In addition, we recommend that further risk assessment studies of L. monocytogenes in various foods be conducted in the future.



위해평가를 통한 치즈에서의 Listeria monocytogenes 식중독 발생 가능성 분석

하 지명1, 이 지연2*
1숙명여자대학교 위해분석연구센터
2동의대학교 식품영양학과

초록


L. monocytogenes는 고병원성 식중독 세균으로 치즈, 식 육 및 식육가공품, 훈제연어 등을 통해 식중독을 일으킨 다. 현재 국내 식품공전 상 치즈에서는 L. monocytogenes 에 대하여 불검출 기준을 적용하고 있으나, 이에 대한 과 학적 근거가 확실하지 않고 L. monocytogenes 식중독에 대 한 국민의 경각심을 일깨우기 위하여 기존에 수행된 연 구들을 토대로 위해평가를 실시하였다. 그 결과, 치즈에 L. monocytogenes의 초기오염수준은 -4.0 Log CFU/g으로 확인되었다. 2018년 국민건강영양조사 결과 치즈의 섭취 자 비율은 11.8%이고, 치즈 섭취량에 대한 최적확률분포 는 Lognormal distribution이며 평균 32.5 g의 치즈를 섭취 하는 것으로 확인되었다. 치즈 섭취로 인한 L. monocytogenes 식중독 발생 가능성은 일반군에서 평균 5.09×10-7, 민감군에서 평균 4.32×10-6로 분석되어, 민감군 에서의 식중독 발생 가능성이 다소 높은 것으로 확인되었 다. 식중독 발생 가능성에는 섭취자 비율이 가장 큰 영향 을 미치지만 보관 및 운송 시간 또한 영향을 미치는 것으 로 확인되어 유통환경에 대한 철저한 관리가 중요한 것으 로 사료된다. 본 위해평가를 통하여 치즈에서의 L. monocytogenes의 기준규격을 뒷받침 할 수 있는 과학적인 데이터를 확보할 수 있었다. 향후 다양한 식품에서의 L. monocytogenes 위해평가 연구가 수행되어야 할 것으로 사 료된다.



    Dong-Eui University(DEU)
    202003350001

    Listeria monocytogenes는 그람 양성의 통성혐기성 간균 이며 저온성 세균으로 알려져 있다1-3). L. monocytogenes 는 소량의 세균(1,000 cells 이하)으로도 질병을 발생시킬 수 있는데, 노약자, 어린아이, AIDS 환자 등 면역력이 저하 된 사람이 L. monocytogenes에 감염되었을 경우에는 패혈증 과 사망에 이르게 될 수 있고, 임산부에게는 유산, 사산, 기 형아 출산 등의 고통을 초래할 수 있다4). L. monocytogenes 는 감염되었을 경우 치사율(case fatality rate)이 높으며5), 다양한 스트레스(저온, 산, 염 등)에서 생존 및 증식이 가 능한 세균이다6,7). L. monocytogenes는 식육과 식육가공품, 훈제연어, 우유, 치즈, 아이스크림 등의 축·수산식품에 주 로 존재하며, 이들이 L. monocytogenes 식중독의 주요 원 인식품으로 알려져 있다5).

    최근 목장형 유가공 산업의 확대, 비살균 원유치즈에 대 한 관심 증가 등으로 인하여 유가공품의 형태가 다양화되 고 배달·택배 등의 유통수단을 통해 유가공품에 대한 접 근성이 용이해짐에 따라 다양한 유가공품이 소비되고 있 으며, 특히 치즈의 경우 소비량이 꾸준히 증가하고 있는 추세이다8,9). 과거에는 치즈가 주로 간식으로써 소비되었 다면, 현재에는 각종 요리에 활용되며 술안주 등으로 다 양하게 소비되면서 치즈 소매시장의 규모는 2013년 3,113 억 원에서 2017년 3,568억 원으로 대략 15%의 증가율을 보였고, 수입치즈는 품질 대비 가격경쟁력이 우수하여 수 입량의 증가도 나타났다8).

    현재 국내 유가공품의 L. monocytogenes 관리기준은 모든 유가공품(13종; 우유류, 가공유류, 버터류, 치즈류 등)에 대 하여 불검출 기준(n=5, c=0, m=0/25 g)을 적용하고 있다10). 그럼에도 불구하고, 국내에서 유통 및 판매되는 치즈에서 L. monocytogenes가 검출되어 부적합 판정을 받은 바 있다11,12). 다행스럽게도 국내에서 치즈로 인한 L. monocytogenes 식중 독 발생 사례는 아직 보고되지 않았으나, 국외에서는 몇몇 사고가 보고되었으며 사망도 발생하였다. 2014년 미국에 서는 치즈를 섭취하고 5명이 식중독 증세를 보였으며, 그 중 1명이 사망하였고13), 2017년에는 살균하지 않은 우유 (비살균 원유)로 만든 소프트 치즈를 섭취하고 8명의 식중 독 환자가 발생하였으며, 2명이 사망하는 사건도 있었다14). 수입치즈는 품질 대비 가격경쟁력이 우수하여 국내에 지속 적으로 수입되고 있는데, 식중독 사고가 발생한 수입치즈 를 수입하게 된다면 국내에서의 L. monocytogenes 식중 독 사고도 결코 안심할 수 없다. 또한 유가공품에 대한 L. monocytogenes는 불검출 기준으로 관리하고 있으나 이에 대한 과학적 근거가 부족하고, 국내에서 식중독 사고가 보 고된 바 없기 때문에 L. monocytogenes에 대한 경각심이 다 소 낮은 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 기존에 수 행된 다양한 연구들의 자료를 수집하고 분석하여 치즈에 서의 L. monocytogenes 위해성을 검토해보고자 한다.

    Materials and Methods

    노출평가(Exposure assessment)

    국내에서 수행된 치즈에서의 L. monocytogenes 오염실 태 연구 데이터를 수집하였으며, 이를 Vose15)의 Beta distribution 및 Sanaa 등16)의 방정식에 적용시켜 치즈에서 의 L. monocytogenes 초기오염수준을 산출하였다. Beta distribution은 α와 β를 parameter로 갖는 확률분포로, α는 ‘병원성 세균이 검출된 시료의 수(양성시료수)+1’이고, β 는 ‘전체 시료수-양성 시료수+1’을 의미한다. 국내·외 연 구논문들을 조사하여 치즈에서의 L. monocytogenes 생장 예측모델을 수집하고 이를 위해평가 시뮬레이션 모델에 적용하였다. 국내에서 치즈가 유통되는 채널(대형마트, 편 의점 등)에 대한 문헌조사를 실시하였으며, 그 중 대표되 는 유통채널에 대한 유통환경(온도, 시간) 조사 자료를 수집 하여 유통 중 치즈가 노출된 환경에 대한 L. monocytogenes 생장 정도를 예측하는데 활용하였다. 치즈의 섭취자 비율 과 섭취량을 도출하기 위하여 질병관리본부에서 실시한 2018년 국민건강영양조사의 원시자료 중 24시간 회상법 자료를 활용하였다17). 24시간 회상법 자료에서 치즈를 섭 취했다고 응답한 인원과 섭취량 데이터를 SAS® version 9.3(SAS Institute, Cary, NC, USA)을 이용하여 추출하고, 추출한 자료에 대해 응답자 중복성 검사를 실시하였다. 섭 취자 비율은 ‘하루 한 번 해당 식품을 섭취했다고 응답한 사람의 비율(%)’을 의미하며, 2018년 국민건강영양조사 대 상자 전체의 인원 대비 치즈를 섭취했다고 응답한 사람의 수를 통해 계산하였다. 섭취량은 ‘한 사람이 하루에 해당 식품을 섭취한 양’을 의미하며, 치즈를 섭취했다고 응답한 사람들의 섭취량을 @RISK (Palisade Corporation, Ithaca, NY, USA)의 fitting 기능으로 분석하여 최적의 확률분포모 델 결정 및 평균 섭취량을 추산하였다.

    위험성 결정(Hazard characterization)

    병원성 세균의 노출량(dose)에 따른 질병의 정도(response) 를 수학적으로 예측할 수 있도록 만든 모델이 용량-반응 모델이다. 용량-반응 모델은 대게 동물모델을 통해 개발할 수 있으며, 기 개발된 용량-반응 모델을 위해평가에 적용 할 수 있다. 치즈에서의 L. monocytogenes 식중독 위해평 가를 수행하기 위해 L. monocytogenes를 대상으로 개발된 용량-반응 모델에 대한 문헌조사를 실시하였으며, 이를 치 즈 섭취(dose)로 인한 L. monocytogenes 식중독 발생 가능 성(response) 분석에 활용하였다.

    위해도 결정(Risk characterization)

    노출평가와 위험성 결정에서 수집한 치즈에서의 L. monocytogenes 오염실태, 치즈의 유통채널 및 유통환경 과 섭취자 비율 및 섭취량, L. monocytogenes의 용량-반응 모델을 활용하여 치즈에서의 L. monocytogenes 위해평가 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 위해평가 시뮬레이션 모 델은 Excel spreadsheet에 디자인하였으며 @RISK를 이용 하여 분석하였다. 10,000번의 시뮬레이션을 진행하여 치즈 섭취로 인한 L. monocytogenes 식중독 발생 가능성을 도 출하였다. 또한 위해평가 시뮬레이션 모델에 대입된 변수 들을 대상으로 L. monocytogenes 위해도와의 상관성을 분 석하였으며, 이를 토대로 위해도에 가장 큰 영향을 미치 는 변수를 확인하였다.

    Results and Discussion

    치즈에서의 Listeria monocytogenes 초기오염수준

    치즈에서의 L. monocytogenes 오염실태 데이터를 수집 한 결과, 총 242건의 치즈 시료 모두에서 L. monocytogenes 가 불검출되었다18-22). 이러한 불검출 데이터를 Beta distribution에 대입하였다. 본 연구에서 수집된 오염실태 데이터를 대입하면 α=1, β=243이다. Sanaa 등16)은 자연로 그를 이용하여 초기오염수준을 추정하는 식(-ln(1-Beta distribution)/시료무게)을 개발하였으며, 그 결과, 치즈에서의 L. monocytogenes 초기오염수준은 -4.0 Log CFU/g인 것으로 추정되었다(Fig. 1). 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)의 경우, 위해평가의 초기오염도 추정 결과 -2.4 Log CFU/g 에서 -2.7 Log CFU/g으로 나타났으며, 이와 비교하였을 때 L. monocytogenes의 초기오염도가 다소 낮은 것으로 판 단된다23).

    Listeria monocytogenes 예측모델

    치즈에서 L. monocytogenes의 생장을 예측하기 위해 Lobacz 등24)의 논문을 참고하였다. 해당 논문에서는 까망 베르 치즈에서 L. monocytogenes 생장을 예측하기 위해 Baranyi 모델과 polynomial model을 이용하였다. 그 결과, 치즈에서의 L. monocytogenes 생장율에 대한 2차 모델은 아래와 같이 도출되었다.

    LN(growth rate) = 0.0089 - 0.0011 ×Temperature +0 .0003×Temperature 2

    치즈의 유통채널 및 유통환경

    치즈는 B2B(기업 간 거래)와 B2C(기업과 소비자 간 거 래)의 비율이 3:7인 유통구조를 가지고 있다8). 또한 치즈 를 판매하는 유통채널은 대형할인점(대형할인마트), 백화 점, 체인슈퍼(기업형 슈퍼마켓인 SSM이나 체인점을 보유 한 슈퍼), 독립슈퍼(80평 이상의 중대형 규모의 개인 슈퍼 마켓), 편의점, 일반식품점(80평 미만의 중소형 규모의 슈 퍼마켓이나 식품판매점)이 있으며, 2019년의 치즈 판매액 기준으로 치즈가 가장 많이 판매되는 유통채널은 대형할 인점으로 확인되었다. 2019년 치즈 판매액은 약 3,504억 원이며, 이 중 51.0%에 해당하는 1,785억원이 대형할인점 을 통해 유통되었다25)(Table 1).

    치즈의 절반 이상이 대형할인점을 통해 유통·판매되고 있음을 확인하였으며, 이에 따라 치즈의 유통단계는 Lee 등23)의 논문을 참고하여 (1) 치즈 가공장에서 대형할인점 까지, (2) 대형할인점에서의 보관, (3) 대형할인점에서의 진열, (4) 대형할인점에서 가정까지, (5) 가정에서의 보관 으로 구분하였다. 단계 별 치즈가 노출되는 온도와 시간 은 Lee 등23), Latorre 등26)과 Jung27)의 연구를 통해 확인하 였다. 치즈 가공장의 관리자에 의하면 4°C(최소 0°C, 최대 10°C)의 온도 내에서 3시간(최소 1시간, 최대 6시간) 만에 치즈 가공장에서 대형할인점까지 치즈가 유통된다고 하였 다23,26). 대형할인점으로 유통된 치즈는 판매 전까지 창고 에 보관되는데, 대형할인점 관계자에 따르면 치즈가 2-4°C 내외에서 대략 2시간(최소 0시간, 최대 48시간) 동안 보관 된다고 하였다23). 창고에 보관 중이던 치즈를 판매하기 위 해 진열대에 진열해두는데, 진열대의 온도는 평균 6.6°C(최 소 0.6°C, 최대 15.2°C)이며, 진열시간은 48시간(최소 0시간 , 최대 168시간)으로 나타났다23). 소비자가 구매한 치즈를 가 정으로 운반할 때는 보통 18°C(최소 10°C, 최대 25°C)의 온 도에서 59.0분(최소 19.5분, 최대 98.6분) 동안의 운반시간을 거친다고 하였다27). 마지막으로 가정에서 치즈를 섭취하기 전까지 치즈를 보관하는 온도는 가정냉장고의 온도를 측정 하여 도출되었는데, 평균 4.0°C에서 대략 250.2시간 정도 보 관되는 것으로 확인되었다23). 치즈의 유통환경에 대한 데이 터는 @RISK의 확률분포 기능을 적용시켜 시뮬레이션 모델 개발 시 이용하였으며, 이 때 활용된 확률분포는 Pert distribution, Uniform distribution, Normal distribution, Triangular distribution, Log-Logistic distribution이다(Table 2).

    치즈의 섭취자 비율 및 섭취량

    2018년에 수행된 국민건강영양조사의 전체 응답자는 7,069 명이며, 이 중 ‘치즈’ 함유식품을 섭취했다고 응답한 인원은 834명으로 추출되었다. 따라서 전체 인원 중 하루에 한번 치 즈를 섭취하는 섭취자의 비율은 11.8%로 나타났으며, 이를 Discrete distribution에 입력 변수로 사용하였다. 또한 치즈를 섭취했다고 응답한 응답자의 섭취량을 분석한 결과 치즈의 1일 평균 섭취량은 28.3 g으로 나타났다. 섭취자의 섭취량을 @RISK의 fitting 기능을 활용하여 최적확률분포 모델을 추정 하였으며, 그 결과 치즈 섭취량에 대한 최적확률분포 모델은 Lognormal distribution [32.786, 83.358, Shift(-0.25343)]으로 나 타났고, 이를 통해 계산된 치즈를 섭취하는 사람들의 1일 평 균 섭취량은 32.5 g으로 확인되었다(Fig. 2).

    Listeria monocytogenes의 용량-반응 모델

    용량-반응 모델에는 크게 세 가지 형태가 있으며, Beta- Poisson model, Exponential model, Weibull-Gamma model 이다28). Park 등28)의 연구에 따라 L. monocytogenes의 용 량-반응 모델은 Exponential model이 적합한 것으로 확인 되었으며, 따라서 L. monocytogenes의 용량-반응 모델은 WHO/FAO29)가 제시한 것을 활용하였다. Exponential model 은 r 값을 parameter로 하는 용량-반응 모델로 FAO/WHO29) 는 일반군(건강한 집단; Healthy population)과 임산부, 노 약자 등의 취약군(Susceptible population)을 구분하여 r 값 을 제시하였으며, 이 때 일반군의 경우 r=2.37×10-14, 취약 군의 경우 r=1.06×10-12으로 확인되었다.

    치즈에서의 Listeria monocytogenes 위해평가

    치즈에서의 L. momocytogenes 초기오염수준, 치즈의 유통환 경과 섭취자 비율 및 섭취량에 대한 확률분포, 치즈에서의 L. monocytogenes 생장예측모델, L. monocytogenes 용량-반응 모델을 바탕으로 위해평가 시뮬레이션 모델을 개발하였다 (Table 2). @RISK로 위해평가 시뮬레이션을 수행한 결과, 치 즈를 섭취함으로써 L. monocytogenes 식중독이 발생하게 될 가능성(위해도, Risk)은 일반군에서 평균 5.09×10-7으로 나타났 다. 민감군에서는 평균 4.32×10-6의 위해도가 확인되어 일반군 보다 식중독 발생 가능성이 다소 높은 것으로 확인되었다. 입 력 변수 중 위해도에 영향을 미치는 요인을 분석한 결과, 치 즈의 섭취자 비율이 위해도에 가장 큰 영향을 미치며, 가정에 서의 치즈 보관 시간, 대형할인점에서 가정으로 치즈를 운반 하는 시간 순으로 나타났다(Fig. 3). 이는 치즈의 섭취를 자주 할수록, 치즈의 보관 및 운반시간이 길수록 L. monocytogenes 식중독 발생 위험성이 높아진다는 것을 시사한다.

    Conclusion

    L. monocytogenes는 고병원성 식중독 세균으로 치즈, 식 육 및 식육가공품, 아이스크림 등을 섭취함으로써 감염될 수 있다. 본 연구 결과, 치즈의 섭취 뿐만 아니라 유통환경 (보관 및 운송시간 등)의 관리가 치즈로 인한 L. monocytogenes 식중독의 발생 가능성에 영향을 미치는 것을 확인하였고, 유통환경의 관리가 식중독 발생 가능성을 낮출 수 있는 중 요한 요인이 될 수 있다는 것을 상기시켰다. L. monocytogenes 는 고병원성 식중독 세균임에도 불구하고 국내에서는 식중 독 사고 사례가 보고된 바 없기 때문에 이에 대한 경각심 이 낮았다. 본 연구에서 수행된 치즈에서의 L. monocytogenes 에 대한 위해평가를 통해 L. monocytogenes에 대한 국내의 연구자료(오염실태, 예측모델 등)가 부족하다는 것을 확인하 였으며, 향후 다양한 식품에서 L. monocytogenes로 인한 식 중독 발생 가능성을 평가하기 위해서는 위해평가의 연구가 수행될 필요가 있다고 사료된다.

    Acknowledgement

    This work was supported by Dong-eui University Grant (202003350001).

    Figure

    JFHS-35-6-552_F1.gif

    Initial contamination level of Listeria monocytogenes in cheese.

    JFHS-35-6-552_F2.gif

    Probabilistic distribution of consumption amount of cheese in 2018.

    JFHS-35-6-552_F3.gif

    Correlation coefficient values of input factors, affecting the probability of L. monocytogenes foodborne illness per person per day caused by cheese consumption.

    Table

    Distribution channel analysis of cheese based on cheese sales in 2019

    Risk assessment simulation model for calculating the probability of foodborne illness caused by consumption of Listeria monocytogenes contaminated-cheese with @RISK

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