Bactericidal effects and quality characteristics of pork and chicken meat treated by plasma-activated organic acids

Abstract

Plasma-activated organic acid (PAOA), which is produced by combined treatment of plasma and organic acid, was used to increase the bactericidal effect on pork and chicken and to improve their oxidative stability. PAOA was produced by treating the organic acid surface with plasma discharge, and the antibacterial effect, physicochemical quality, and oxidation stability of pork and chicken meat immersed in various PAOA were confirmed. The purpose of this study is to investigate whether the use of PAOA can be a technology that can improve the safety and oxidative stability of meat.

본 연구에서는 유기물에 대해 제한된 살균력을 갖고 과도한 산화를 유발하는 플라즈마 활성수(Plasma-activated water, PAW)의 한계점을 플라즈마 활성 유기산(Plasma-activated organic acid, PAOA)를 통해 개선하고자 하였다. 실험은 다음과 같이 두 개의 실험으로 진행되었다. 첫번째 실험은 유기물에 대한 PAW의 살균력을 개선하고자 진행되었다. 초산, 구연산, 젖산에 각각 플라즈마를 복합처리하여 생성된 PAOA를 Salmonella Typhimurium, Escherichia coli O157:H7, Listeria monocytogenes가 각각 접종된 돈육의 등심에 처리하였으며, 각 PAOA의 살균력과 돈육 등심의 이화학적 및 관능적 품질을 확인하였다. 두번째 실험은 젖산, 갈산, 젖산과 갈산의 혼합물에 각각 플라즈마를 처리하여 생성된 PAOA를 S. Typhimurium과 C. jejuni가 각각 접종된 닭 가슴살과 닭 북채에 적용하였으며, 이때의 각 PAOA의 살균력과 계육의 산화 안정성을 확인하였다. 첫번째 실험에서, 초산, 젖산, 그리고 구연산을 사용한 모든 종류의 PAOA는 PAW 보다 세 가지 병원성 미생물(S. Typhimurium, E. coli O157:H7, 그리고 Listeria monocytogenes)을 효율적으로 불활성화 시켰다. 하지만 병원성 미생물이 접종된 돈육 등심에 대해서는 오직 플라즈마 활성 초산(Plasma-activated acetic acid)만이 PAW 보다 높은 살균 효과를 보였으며 특히, 0.5%의 PAA는 플라즈마 복합처리에 따른 시너지 살균 효과를 가졌다. 이러한 결과는 다른 PAOA에 비해 PAA의 높은 산화 환원 전위와 플라즈마를 복합처리하였을 때 hydrogen peroxide와 ozone과 같은 활성 산소종 농도가 가장 크게 증가한 결과에 기인했을 것이다. 한편, 돈육 등심의 품질에 대해 모든 PAOA는 육색에 부정적인 영향을 미치지 않았으며 pH 또한 정상적인 식육의 범주에 해당하는 결과를 보였다. 반면 돈육 등심의 지질 및 단백질 산화에 대해서 각 PAOA는 다른 결과를 보였다. PAA와 플라즈마 활성 구연산(Plasma-activated citric acid, PAC)은 플라즈마 활성 젖산(Plasma-activated lactic acid, PAL)에 비해 더 낮은 수준의 지질 산화를 보였다. 이는 PAW에 처리된 돈육 등심과 비교했을 때 유의적인 차이를 보이지 않았으며 저장 기간 동안 낮은 수준의 지질 산화를 유지했다. 단백질 산화의 경우 지질 산화 결과와는 다르게 PAA와 PAL에서 우수한 결과를 보였다. PAA와 PAL은 PAW 보다 낮은 carbonyl 함량을 가졌으며, 저장 기간에도 낮은 수준의 단백질 산화를 유지했다. 즉, PAA는 다른 PAOA에 비해 돈육 등심의 품질에 미치는 부정적인 영향이 가장 적었으며 상대적으로 높은 저장 안정성을 보였다. 하지만 PAA가 처리된 돈육 등심은 다른 처리구들에 비해 높은 감칠맛(umami)과 신맛을 보였는데, 과도한 신맛의 경우 식육의 관능적인 품질에 부정적인 영향을 줄 수 있기 때문에 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다. 두번째 실험에서, 젖산, 갈산, 그리고 젖산-갈산 혼합물을 이용한 PAOA는 닭 가슴살과 닭 북채에 접종된 S. Typhimurium과 C. jejuni를 효율적으로 불활성화 시켰다. 하지만 PAL과 플라즈마 활성 젖산-갈산 혼합물(Plasma-activated mixture of lactic and gallic acid, PLGA)은 플라즈마 활성 갈산(Plasma-activated gallic acid, PAG)보다 높은 살균 효과를 보였으며, 특히 젖산-갈산 혼합물은 다른 유기산에 비해 플라즈마 복합처리 시 높은 시너지 살균 효과를 보였다. 이는 갈산에 비해 더 높은 살균력을 갖는 젖산에 의한 영향이 때문일 것이다. 한편 PAOA는 닭 가슴살과 닭 북채의 지질 산화를 억제하였는데, PAG와 PLGA는 PLA 보다 저장 기간 동안 더 높은 산화 안정성을 보였다. 이것은 갈산의 높은 항산화 활성에 기인했을 것이다. 갈산은 젖산에 비해 높은 총 페놀 화합물 함량과 ABTS 및 DPPH 라디칼 소거능을 갖는다. 특히 젖산-갈산 혼합물은 다른 유기산에 비해 플라즈마와 복합처리 시 항산화 활성이 가장 크게 개선되는 결과를 보였다. 즉, PLGA는 계육에 대해 시너지 살균 효과를 보였을 뿐만 아니라 저장 기간 동안 개선된 산화 안정성을 보여주었다. 본 연구의 결과를 바탕으로 우리는 PAOA가 PAW의 살균력과 산화 안정성을 개선해 줄 수 있는 효율적인 방법이 될 수 있다고 판단한다. 하지만 PAOA의 살균력과 식육에 처리되었을 때 나타나는 항산화 특성에 대한 세부적인 기작에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다. 이에 더해 돈육과 계육 이외의 다른 식육에 대한 적용 및 응용이 진행된다면, 식육 산업에서 안전성을 향상시키기 위한 기술로서 PAOA의 활용가치는 증가할 것이라고 사료된다.