Inactivation of pathogens in particulate foods using superheated steam

Abstract

최근 건강 지향성 및 편의성을 중시한 식생활 패턴의 변화로, 분체 형태로 가공된 곡류 및 과채류의 수요가 늘고 있다. 하지만 분체 식품은 보관이나 유통 과정을 소홀히 하여 부패를 초래하는 경우가 많다. 이러한 분체 식품을 살균하기 위해 에틸렌옥사이드나 감마선 조사 등의 비가열 살균이 이용되지만, 소비자의 인식이나 잠재적 위해성으로 인하여 사용이 제한되었다. 과열 수증기는 열전도율이 높고, 초기 응축 시 전달되는 응축 잠열로 인하여 표면의 순간 살균에 이용되고 있다. 본 연구에서는 최근 Salmonella 오염으로 회수 조치를 받은 귀리, 아마씨, 고춧가루를 시료로 선정하고, 과열 수증기를 이용하여 시료에 오염된 위해균을 저감해보고자 하였다. 각 시료에 Salmonella Typhimurium과 E. coli K-12를 10^7 CFU/g 접종하여 과열 수증기를 처리하였다. 그 결과, 모든 시료에서 150°C 의 과열수증기를 처리하였을 때, 10초 이내에 품질 변화 없이 두 위해균이 검출 한계 이하로 저감되었다. 고춧가루의 총호기성균을 저감화하기 위해 180°C 의 과열 수증기를 처리한 결과, 75초 처리 시 3 log CFU/g 저감화되었다. 하지만 이러한 조건에서는 높은 온도로 인하여 시료가 탄화되는 현상이 나타났다. 고춧가루에 포자를 형성하는 Bacillus의 오염도가 높기 때문에, Bacillus 속의 포자의 저감을 통해 고춧가루의 총호기성균을 저감해보고자 하였다. 멸균된 모래에 Bacillus cereus의 포자를 10^5 CFU/g 접종하여 과열 수증기를 처리하였다. 그 결과, 180°C 의 과열 수증기를 5분 처리 시 약 3 log CFU/g 저감화되었다. 모든 조건에서 포자의 저감 속도는 특정 시간 후에 느려졌는데, 이는 과열 수증기의 건조 효과에 기인한 것으로 판단된다. 더 효과적으로 포자를 제어하기 위해, 이미 알려져 있는 발아 방법으로 고춧가루에 오염되어 있는 포자를 영양세포로 전환시킨 후 과열 수증기를 처리해보았다. 그 결과, 발아를 유도하기 전 보다 열로 발아시킬 경우 약 1.9 log CFU/g, 발아유도 용액으로 발아시킬 경우 약 2.4 log CFU/g 더 저감화되는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과들을 통해 교차 오염의 가능성이 있는 표면 위해균을 저감화하는 데에 과열 수증기가 효과적으로 적용될 수 있음을 확인하였다. 또한 식품 제조 시 과열 수증기를 전처리 공정으로 이용하여 위해균의 포자 등 원료의 초기 오염을 감소시킴으로써 총 살균 시간을 줄일 수 있음을 시사한다. 포자를 발아시킨 후 과열 수증기를 처리하여 저감하는 방법은 추가 연구가 더 필요할 것으로 사료된다.

Particulate foods could be corrupted easily because of improper handling during storage and distribution. To sterilize particulate foods, non-thermal sterilization such as ethylene oxide and gamma irradiation was used. However, these processes have limitation because of consumers perception and potential hazard of residue. Superheated steam (SHS) has the advantage of high rate of heat transfer. The latent heat transferred to food when SHS condenses on food surfaces. In this study, the effect of SHS on decontamination of bacteria on the surface of particulate foods including oats, flaxseeds, and red pepper powder was investigated. Each sample contaminated with Salmonella Typhimurium and Escherichia coli K-12 was treated by SHS with various temperatures and times. Within less than 10 s of SHS treatment, both pathogens were reduced below the detection limit in all samples without quality loss. In case of red pepper powder, after treated by 160°C SHS for 15 s, the total aerobic bacteria were reduced by 1.5 log CFU/g without quality change. However, after treated by 180°C SHS for 75 s, the sample was tanned because of the high temperature and long treatment time although the total aerobic bacteria were reduced by 3 log CFU/g. The contamination level of Bacillus spp. is found to be high in red pepper powder. Bacillus spp. are capable of forming spores which are the potential risk for food safety. Therefore, the effect of SHS on Bacillus cereus spores was investigated. After the exposure to 180°C SHS for 300 s, the reduction of viable spores was 2.7 log CFU/g. In order to reduce the spore more effectively, the spores in red pepper powder were geminated by known germination methods before SHS treatment. As a result, the reduction of viable spores was 1.9 and 2.4 log CFU/g after germinated by mild heating and germinant buffer, respectively. On the other hand, the reduction of viable spores of non-geminated sample was only 1 log CFU/g. These results suggest that SHS can be effectively applied for the reduction of bacteria on the surface which have the possibility of cross contamination. In addition, SHS could reduce Bacillus cereus spore about 3 log CFU/g, and pretreatment with SHS could reduce total sterilization time by lowering the initial contamination of a raw material. Moreover, further study about combination SHS with spore germination is required.