Application of radio-frequency heating for inactivation of foodborne pathogen in grain-based food products

Abstract

본 연구의 목적은 (1) 쌀의 도정도에 따른 고주파 가열의 Salmonella Typhimurium과 Staphylococcus aureus 살균 효율 평가, (2) 선식에서 고주파 가열 및 고주파 가열과 자외선의 조합 처리를 통한 Escherichia coli 와 S. Typhimurium의 제어 효과 규명, 그리고 (3) 선식에서 Bacillus cereus 포자의 발아 조건 평가이다. 고주파 가열은 두 전극 사이에서 교류 전기장이 형성되어 식품 내부로부터 열이 발생하기 때문에 효과적인 가열 처리 기술이라고 할 수 있다. 그래서 고주파 가열은 식품에서 빠르고 고른 온도 상승을 가능하게 한다. 고주파 가열은 품질 파괴 없이 곡물 소재의 식품에 사용할 수 있다. 그 중에서도 쌀에 적용했을 때, 쌀의 도정도가 낮아질수록 고주파 가열 속도가 빨라지다가 2% 이하에서는 더 이상 증가하지 않고 감소하였다. 또한, E. coli와 S. Typhimurium이 접종된 선식에도 고주파 가열 처리를 하여 식중독균을 제어하였다. 선식에서 고주파 가열 처리 시, 마지막 10초 동안 이전 처리 시간에 비해 유의적인 저감화 차이가 나지 않았기 때문에 살균 효율 증진을 위해 자외선 조사와의 병행 처리 연구를 수행한 결과, 시너지 효과를 보여줄 수 있었다. 따라서 고주파 가열 처리와 다른 기술과의 조합 처리는 기존 가열 방식의 대안이 될 수 있을 것이다. 또한, 곡물을 소재로 한 분말 식품에서 주로 발생하는 B. cereus포자 문제를 변형된 간헐 멸균법으로 발아 조건을 확인하고 저감화 실험을 진행하였으나 세포의 열 저항성에 대한 추가적인 연구가 더 필요하다. 실제 식품 산업에서 곡물 소재의 식품 처리 시 여러가지 사항을 고려해야하기 때문에 본 연구를 통해 도출된 결과는 실제 식품 산업에서 고주파 가열 기술의 살균 효과를 최적화 하는 데 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

The objectives of this study were, (ⅰ) to evaluate the efficacy of RF heating for inactivating food-borne pathogens, including Salmonella Typhimurium and Staphylococcus aureus on rice by different milling degrees, (ⅱ) evaluate the antimicrobial effects of RF heating and the combination treatment of RF heating with ultraviolet (UV) radiation against foodborne pathogens, including Escherichia coli and S. Typhimurium in roasted grain powder, and (ⅲ) evaluate conditions for the germination of Bacillus cereus spores in roasted grain powder. RF heating is a useful heating technology because heat is generated inside foods by applying an alternating electric field between two electrodes. Thus, RF heating can achieve rapid and uniform heating in foods. RF heating can be applied to control pathogens in grain-based food products without affecting product quality. Effects of milling degrees of rice was important in RF heating, so decreasing the milling degree of rice made the heating rate faster in general. Also, roasted grain powder was subjected to conventional convective heating and RF heating after inoculated with E. coli and S. Typhimurium. The heating rate of RF heating was about 7.5 times as fast as that of conventional convective heating. The pathogen inactivation rate in roasted grain powder slowed down at last few seconds, so the RF-UV combined treatment was needed. The RF-UV combined treatment showed synergistic effects over 1 log unit. The combination treatment of RF heating with other technology can be an alternative to conventional heating treatments. In addition, it is difficult to control B. cereus spore in many rice-based products, especially in dried and powdered foods. Thus, modified tyndallization could be applied to roasted grain powder inoculated with B. cereus spore, but there are various considerations for conditions of spore germination. Roasted grain powder needed to be treated by modified tyndallization with additional germinant or other treatments. Therefore, application of RF heating for grain-based food products has many advantages of inactivating foodborne pathogens and there are many considerations which have significant effects on the performance of RF heating for controlling foodborne pathogens.