Application of superheated steam for inactivation of foodborne pathogens on cantaloupe and watermelon surfaces.

Abstract

과열 증기는 포화 압력 그대로 더욱 가열하여 포화 온도 이상으로 한 증기를 말한다. 과열 증기는 포화 증기에 비해 이용할 수 있는 잠열이 크기 때문에 이를 이용하여 식품 병원성균 저감화에 응용 할 수 있는 잠재력이 큰 기술임에도 불구하고, 이에 대한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 이 연구에서는 과열 증기를 이용하여 신선 식품에서의 식중독 균의 저감과 식품의 품질 변화에 미치는 영향을 살펴보았다. 식중독균으로는 대표적으로 문제가 되고 있는 병원성 균 중에서 Escherichia coli O157:H7, Salmonella enterica serovar Typhimurium 과 Listeria monocytogenes 를 선택하여 연구를 진행하였다. 먼저, 포화 증기와 과열 증기를 이용하여 수박과 캔탈롭에서 식중독균의 저감 효율성을 실험하였다. 과열증기는 포화증기에 비해 추가적인 저감화를 일으켰으며, 과열 증기의 온도와 처리 시간이 증가할수록 병원균의 수가 유의적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 과열 증기 200℃로 수박에 10 초, 캔탈롭에는 30 초 처리시 세 균에서 모두 5 로그 이상의 저감화를 달성하였다. 수박과 캔탈롭에서 병원균 저감화 효율성 차이를 해석하기 위해 표면 특성을 연구하였다. 표면 거칠기 측정기를 통해 캔탈롭의 거칠기가 수박에 비해 유의적으로 (p > 0.05) 크다는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 주사전자 현미경을 통해 수박은 매끈한 표면을 가져 균들이 바깥에 쉽게 노출되어 있으나, 캔탈롭은 거친 표면을 가져 균들이 쉽게 노출되지 않고 틈 속에 숨어있는 것을 확인 할 수 있었다. 이를 통해 캔탈롭에서 증기의 살균 효율성이 수박에 비해 낮은 것을 표면 특성으로 설명할 수 있었다. 신선 식품에서 살균 기술을 적용하는 데 있어서 미생물 저감화만큼이나 품질에 대한 영향성도 매우 중요하다. 수박의 경우 품질 영향성이 없었지만, 캔탈롭의 경우 5 로그를 달성했던 처리 조건에서 품질 저하가 나타났다. 이에 따라 캔탈롭에서 품질 변화없이 미생물 5 로그 저감화를 달성하기 위한 방법의 필요성을 느껴 추가적으로 산과의 복합 처리를 진행하였다. 캔탈롭에 유기산의 일종인 젖산 처리 후, 증기 처리하여 추가저감화가 일어나는 지를 연구한 결과, 젖산 처리 후 200℃ 과열증기를 20 초처리하였을 때, 개별 처리를 더한 것에 비해 시너지 효과를 나타내어 병원균들이 검출한계 이하 (1.00 logCFU/cm2) 로 감소하였다. 산 처리 방법으로는 침지 방법과 분무 방법 두가지로 진행하였는데, 두 가지 방법은 미생물 저감화 효율성에 있어 유의적인 차이를 나타내지 않았다 (p>0.05). 산과 증기의 병행 처리 후 캔탈롭 품질에 미치는 영향을 살펴본 결과, 처리하지 않은 대조군과 비교해 처리군의 색도와 텍스쳐와의 유의적인 차이는 발견되지 않았다. 종합적으로 과열 증기를 이용한 미생물 저감화 기술이 신선 식품 산업에서 병원균을 빠르고 효과적으로 제어할 수 있는 기술임을 확인하였으며, 저감화가 어려운 식품의 경우, 산과의 병행처리를 통해 살균 효율성을 높일 수 있음을 확인하였다.

The purpose of this study was evaluation of the effectiveness of superheated steam (SHS) on inactivation of Escherichia coli O157:H7, Salmonella Typhimurium and Listeria monocytogenes on fresh produce, cantaloupes and watermelons. Saturated steam (SS) treatment was performed at 100°C and that of SHS at 150 and 200°C. E. coli O157:H7, S.Typhimurium and L. monocytogenes-inoculated cantaloupes and watermelons were exposed for a maximum of 30 s and 10 s, respectively. E. coli O157:H7, S. Typhimurium and L. monocytogenes populations on cantaloupes and watermelons were reduced by more than 5 log after 200°C steam treatment for 30 s and 10 s, respectively. Differences in microbial inactivation efficiency were investigated with SEM images and a noncontact 3D surface profiler, and seemed to be associated with surface characteristics, especially surface roughness. The effect of superheated steam on quality was also assessed by measuring color and texture change during storage. After SHS treatment of watermelons for maximum treatment time, color and maximum load values were not significantly (P > 0.05) different from those of untreated controls.On the other hand, color a* and b* values of treated cantaloupes are different from those of untreated controls. Thus, the sanitizing effect of combination of steam and acid is evaluated to achieve 5 log reduction of pathogens on cantaloupes preventing quality deterioration. When LA-SHS treatments were applied to cantaloupes for 20 s, 200°C SHS effected greater than 5 log reduction to below the detection limit of E. coli O157:H7, S. Typhimurium, and L. monocytogenes on cantaloupes. This research demonstrated that SHS treatment leads to effective inactivation of E. coli O157:H7, S. Typhimurium, and L. monocytogenes on watermelons. LA-SHS treatment leads to effective inactivation of these pathogens on cantaloupes. SHS treatment of watermelon and LA-SHS treatment of cantaloupes can yield more than a 5-log reduction without quality loss.