Effect of a 915 MHz microwave system on inactivation of foodborne pathogens in tomato products

Abstract

마이크로파가열은 식품가공을 위한 대표적인 열처리 기술 중 하나로서 기존 열처리 방법과 달리 식품에 진동하는 전기장을 형성시키고, 이에 따른 쌍극성 및 이온성 물질의 작용을 통해 식품 내부에서부터 열을 발생시키는 기술이다. 따라서 비교적 품질 변화가 적으므로 효율적인 식품 가공처리가 가능하다. 그러나 현재까지 식품 내 병원성 균에 대한915 MHz 마이크로파 시스템의 살균 효과를 보고한 연구는 매우 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 토마토 제품인 토마토 페이스트와 살사에서 E. coli O157:H7, S. Typhimurium 및 L. monocytogenes 에 대한 915 MHz 마이크로파 시스템의 저감화 효과를 조사하였다. 또한 마이크로파 가열 처리를 한 후, 토마토 제품의 색, pH 및 리코펜 함량 변화를 연구하였다. 915 MHz 마이크로파 시스템을 적용하는데 있어 최적의 전력 수준-시간 처리 조건을 탐색하기 위해 세 종류의 병원균을 접종한 토마토 페이스트 (1.8, 2.1, 2.4, 3.0, 3.6 kW)와 살사(1.2, 1.8, 2.4, 3.6, 4.8 kW)에 전력 수준별로 각각 마이크로파 가열 처리를 하였다. 토마토 페이스트와 살사의 중심부 온도가 각각 90도와 100도에 도달할 때까지 시간에 따른 온도 상승 변화를 측정한 결과, 처리하는 전력 수준이 높아질수록 시료의 중심부가 목표 온도에 도달하는데 소요되는 시간이 감소하는 것을 확인하였다. 처리 중 중심부와 주변부의 온도 간에 차이가 발생하였으나, 이는 정해진 전력 수준 중 높은 전력을 처리할수록 감소하는 경향을 보였다. 특정 전력 수준에서 처리 시간이 증가함에 따라 병원균이 감소하였고, 높은 전력을 처리한 경우 상대적으로 짧은 시간 내에 특정 수준의 병원균을 효과적으로 저감할 수 있었다. 토마토 페이스트의 경우 마이크로파 가열 처리 후 세 종류의 병원균 모두 검출 한계 (1.0 log CFU/g) 이하로 저감화되었고, 살사에서는 E. coli O157:H7, S. Typhimurium, L. monocytogenes 각각 5.17-6.21 log CFU/g, 5.76-6.10 log CFU/g, 4.51-4.84 log CFU/g 수준의 저감화가 일어났다. 마이크로파 가열처리 후 시료의 색, pH, 리코펜 함량의 변화는 대체로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 이러한 결과는 토마토 페이스트와 살사에 대한 915 MHz 마이크로파 가열처리는 식품의 미생물학적 안전성을 향상시킴과 동시에 품질을 보존할 수 있다는 점에서 기존 살균 과정을 대체할 수 있는 기술임을 나타낸다.

Microwave heating is one of popular thermal technology for food processing. Unlike conventional heating methods, in microwave heating, heat is volumetrically generated inside the food by influence of dipolar and ionic components in an oscillating electric field. Therefore, efficient food processing with relatively less quality change is possible. However, to our knowledge, very few research studies have reported on the bactericidal effect of 915 MHz microwave systems against foodborne pathogens in foods. Therefore, in this study, we investigated the effect of a 915 MHz microwave system with different power levels on the inactivation of E. coli O157:H7, S. Typhimurium, and L. monocytogenes in tomato processed products

tomato paste and salsa. Also, changes in color, pH, and lycopene content of tomato products after microwave heating treatment were studied. In the present work, we attempted to explore the optimal treatment power level-time conditions for application of a 915 MHz microwave system to each tomato product. Tomato paste or salsa inoculated with the three pathogens was treated with microwave heating at different power levels: 1.8, 2.1, 2.4, 3.0, 3.6 kW and 1.2, 1.8, 2.4, 3.6, 4.8 kW, respectively. Time-temperature profiles were obtained at both center and side portion of a container filled with tomato products for all power levels. Tomato paste and salsa were heated by microwave until the center temperature reached 100°C and 90°C, respectively. As power level for treatment increased, the time needed for the center portion to achieve the target temperature decreased. There was a temperature difference between center and side portions during treatment, but it generally decreased as power level increased within designated range. In all samples, populations of surviving pathogens decreased when treatment time increased at the designated power level. Also, higher power levels of microwave heating allowed certain levels of pathogens to be effectively inactivated in less time. After microwave heating treatment, populations of all three kinds of pathogens were reduced by detection limit (1.0 log CFU/g) in tomato paste. Population reductions of 5.17-6.21 log CFU/g, 5.76-6.10 log CFU/g, and 4.51-4.84 log CFU/g were observed in salsa for E. coli O157:H7, S. Typhimurium, and L. monocytogenes, respectively. We confirmed that microwave heating did not have a great effect on color values (L*, a*, and b*), pH, and lycopene content of tomato products. L* values of tomato paste were significantly changed after treatment compared to control, but the difference was not that large. And in the case of lycopene content of salsa, only samples treated with 4.8 kW, which had 67.72±1.65 mg/kg of lycopene, showed significant difference when compared to control which had 75.47 mg/kg. In conclusion, microwave heating of tomato paste and salsa with a 915 MHz system could be an alternative pasteurization intervention in that it can improve microbiological safety while simultaneously maintaining overall organoleptic quality.