식품기사, 영양사, 식품공학, 영양학 등 대비 식품위생학 핵심 요약 정리 3. 식품과 미생물

* 식품 중 수분의 역할

① 용매[solvent] 및 분산매[dispersant]
: 영양소, 효소, 화학물질 등을 용해 or 분산시키는 역할
② 화학반응의 연속상[medium] 및 반응물질
[reactant]
: 가수분해 작용 등 각종 화학반응의 장을 제공
반응물질의 역할을 수행하기도 함
③ 미생물 생육에 필수적
∴ 식품 중의 수분은 식품의 변질과 밀접한 관계!

 

수분의 종류

동일한 수분함량을 지닌 식품이라도저장안정성(storage stability)은 다를 수 있다! ∴ 수분함량만으로 저장안정성 판단 불가!!

Ex. A : 20%, B: 30%의 수분함량?
 B가 변질이 더 잘 일어난다??
∵ 식품이 가지고 있는 수분들 중 모든 수분이 기질로 작용하지는 않음!
free water만 기질로 작용!

수분활성도

:어떤 임의의 온도에서 식품이 나타내는 수증기압(P)에
대한 그 온도에 있어서의 순수한 물의 수증기압(P0)의 비

 

P0 = 주어진 온도에서 순수한 물(용매)의 수증기압(기압)
P = 주어진 온도에서의 식품(용액)의 수증기압(기압)
%ERH = 평형상대습도(equilibrium relative humidity)(%)
0.0 < Aw ≤ 1.0

순수한 물의 경우 Aw가 1.0이 될 수 있다.
But, 일반식품의 경우 자유수를 완전히 0으로 만들 수는 없음

 

수분

 결합수/자유수
- 결합수 (bound water): 미생물이 이용할 수 없는 물
로 단백질이나 탄수화물 등과 결합한 상태로 용매로
서 역할을 하지 못하며 화학반응에도 참여 못함
- 자유수 (free water): 미생물이 이용할 수 있는 물
 수분활성도 (water activity, aw)
- 화학반응의 용매, 기질로 작용
- 미생물이 이용 가능한 수분의 비율 (0~1)
- 일반적으로 호염세균이 0.75, 곰팡이 0.80, 효모
0.88, 세균 0.93

수소이온농도 (pH)

- 세균의 최적 pH는 중성 (pH 6.8~7.2) 부근이고 일부 균을 제외하면 pH 4.5 이하에서는 잘
생육하지 못함
- 곰팡이: 최적 pH 3.0~3.5
- 효모: 최적 pH 4.0~4.5

온도

- 생육최적온도: 생육도가 가장 큰 온도
- 최적온도조건에 따라 호냉균 (psychrophile), 중온균 (mesophiles), 고온균 (thermophiles) 등
으로 구분
- 대부분의 식중독 균 및 부패 미생물은 중온균에 해당
- Bacillus stearothermophilus, Clostridium thermosaccharolyticum, Desulfotomaculum
nigrificans 등의 고온균은 통조림 등의 캔 식품에서 부패의 원인이 되는 균으로 최적온도가
55°C 이고 최고 온도가 70°C 임

산소
- 산소요구성 차이에 따라 절대호기성균 (obligate aerobe), 통성혐기성균 (facultative
anaerobe), 절대혐기성균 (obligate anaerobe), 미호기성균 (microaerophile)로 분류
- 산소가 있는 조건에서 생육하거나 산소에 내성이 있는 미생물들은 산소로부터 생성되는
O2- (superoxide)나 H2O2 (hydrogen peroxide)와 같은 유해물질을 분해시킬 수 있는
superoxide dismutase, catalase, peroxidase 등의 효소를 가지고 있음

 

 

식품의 미생물 오염원
 1차 오염/2차 오염
- 1차 오염: 식품의 가공 이전에 발생
- 2차 오염: 식품의 취급 및 가공·저장이나 보존과정에서 발생
 토양미생물
- Bacillus, Pseudomonas, Serratia, Proteus, Citrobacter, Klebsiella, Enterobacter,
Clostridium 등의 세균
- Streptomyces, Nocardia, Corynebacterium, Brevibacterium, Micrococcus 등의 방선균
- Penicillium, Aspergillus, Mucor, Rhizopus, Fusarium 등의 곰팡이
- Saccharomyces, Candida 등의 효모
 수생미생물
- Pseudomonas, Alcaligenes, Aeromonas, Flavobacterium 등의 민물세균
- Vibrio, Pseudomonas, Aeromonas, Photobacterium 등의 해수세균
- Escherichia coli, Proteus, Citrobacter, Klebsiella, Enterobacter, Clostridium, Bacillus 등의 하
수세균

 

 

 공중미생물
- 토양미생물이 바람에 의해 비산한 것이 대부분
- Bacillus 등의 포자형성세균, 곰팡이포자, Micrococcus, Staphylococcus, Streptococcus 등의
그람양성 구균류가 대부분
 분변미생물
- Escherichia coli, Clostridium, Bifidobacterium, Lactobacillus, Klebsiella, Citrobacter,
Enterobacter, Serratia, Proteus, Shigella, Salmonella, Streptococcus faecalis 등

 

식품오염의 지표미생물
 지표미생물
- 병원성 미생물과 공존 가능성이 높고 검출이 쉬우며, 구별이 용이한 지표미생물을 사용하여
식품에 바람직하지 않은 미생물의 오염 가능성을 나타냄
 일반세균수
- 식품 중에 존재하는 총균의 수를 나타내며 식품의 부패나 변질을 추정할 수 있는 지표로 사용
 대장균군 (coliform bacteria)
- 그람음성, 무아포의 간균으로 lactose를 분해하여 산과 가스를 생성하는 호기성 또는 통성혐기성균
- Escherichia coli, Citrobacter, Enterobacter, Klebsiella, Hafnia 등

 대장균 (Escherichia coli)
- 대장균군에는 식품, 토양, 물 등에서 유래되는 것들도 포함되어 있어 대장균 검사를 통해 식품
의 분변에 의한 오염을 보다 확실히 추정
 장구균 (Enterococcus)
- 사람이나 동물의 장관에 서식하는 그람양성 세균으로 분변 지표균
- Enterococcus faecalis, Enterococcus faceium이 가장 흔함
- 건조, 고온, 냉동 등 식품의 가공과정에서도 생존율이 높아 냉동식품, 건조식품, 가열식품 등
의 검사에 유용하게 사용

 

식품의 미생물학적 검사
 일반세균수 검사 (표준평판법)
- 시험용액 1 mL와 10배 단계 희석액 1 mL씩을 멸
균 페트리접시 2매 이상씩에 표준한천배지와 무균
적으로 분주하고 잘 혼합하여 응고시킴
- 1개의 평판당 15∼300개의 집락을 생성한 평판을
택하여 집락수를 계산하는 것을 원칙

 

 일반세균수 검사 (건조필름법)
- 시험용액 1 mL와 각 10배 단계 희석액 1 mL를 세균수 건조필름배지에 각 2매 이상씩 접
종한 후 35±1℃에서 48±2시간 배양한 후 생성된 붉은 집락수를 계산

 대장균군 검사 (정성시험-유당배지법)
- 추정시험
 시험용액 10 mL를 2배 농도의 유당배지 (lactose broth)에, 시험
용액 1 mL 및 0.1 mL를 유당배지에 각각 3개 이상씩 가함
 접종한 유당배지를 35～ 37℃에서 48시간까지 배양한 후 발효관
내에 가스가 발생하면 추정시험 양성

- 확정시험
 가스 발생한 관으로부터 BGLB (Brilliant green lactose bile
broth)배지에 접종하여 35~37℃에서 48 시간 동안 배양한 후 가
스발생 여부를 확인

 대장균군 검사 (정성시험-유당배지법)
- 확정시험
 가스발생을 보인 BGLB 배지로부터 Endo 한천배지 또는 EMB (Eosin Methylene Blue
Agar) 한천배지에 분리 배양 후 전형적인 집락이 발생되면 확정시험 양성

Endo 한천배지

EMB 한천배지

- 완전시험
 확정시험의 Endo 한천배지나 EMB한천배지에서 전형적인 집락 1개 또는 비전형적인 집
락 2개 이상을 각각 유당배지발효관과 보통한천배지에 접종하여 35~37℃에서 48±3시간
동안 배양
 가스를 발생한 발효관에 해당되는 한천배지의 집락에 대하여 그람음성, 무아포성 간균이
증명되면 완전시험은 양성이며 대장균군 양성으로 판정

 

 대장균군 검사 (정성시험-BGLB법)
- 시험용액 1～ 0.1 mL를 2개씩 BGLB 배지에 가함 (대량의 시험용액을 가할 필요가 있을 때
에는 대량의 배지를 넣은 발효관을 사용)
- 시험용액을 넣은 BGLB 배지를 35~37℃에서 48±3시간 배양한 후 가스 발생을 인정하였을
때에는 Endo 한천배지 또는 EMB 한천배지에 분리 배양

 

 대장균군 검사 (정성시험-Desoxycholate lactose 배지법)
- 시험용액 1 mL와 10배 단계 희석액 1 mL씩을 멸균 페트리접시 2매 이상씩에 -
Desoxycholate lactose 배지 약 15 mL과 함께 분주하고 잘 혼합한 후 응고 시킴
- 35~37℃에서 24시간 배양 한 후 암적색의 집락이 인정하였을 때에는 1개 이상, 의심스러운
집락일 경우에는 2개 이상을 Endo 한천배지 또는 EMB 한천배지에서 분리 배양

 

 대장균 검사 (정성시험)
- 양성일 경우 해당 EC 발효관으로부터 EMB 배지에 접종하여 35~37℃에서 24±2시간 배양한
후 전형적인 집락을 유당배지 및 보통한천배지로 각각 이식
- 유당배지에 접종한 것은 35~37℃에서 48±3시간 배양하고 보통한천배지에 접종한 것은
35~37℃에서 24±2시간 배양
- 유당배지에서 가스발생을 인정하였을 때에는 이에 해당하는 보통한천배지에서 배양된 집락
을 취하여 그람염색을 실시하여 그람음성, 무아포성 간균을 확인한 후 생화학 시험을 실시하
여 대장균 양성으로 판정
- 시험용액 1 mL를 3개의 EC 배지에 접종하고 44.5±0.2℃에서
24±2시간 배양 후 가스발생시 양성, 가스발생 안할 시 음성

 

 생화학적 시험
- IMViC test

 

 생화학적 시험
- API kit

- ViTek system

 대장균/대장균군 정량시험
- 건조필름법

E. coli : Blue colonies with gasβ-glucuronidase 활성 이용Total coliform : Red and blue colonies with gas

 미생물 규격에서 사용하는 용어 (n, c, m, M)
- n : 검사하기 위한 시료의 수
- m : 미생물 허용기준치
- M : 미생물 최대허용한계치
- c : 최대허용시료수
- 예) 냉동 제품 미생물 규격 (식품공전)
① 세균수 : n=5, c=2, m=100,000, M=500,000
② 대장균군 : n=5, c=2 m=10, M=100
③ 대장균 : n=5, c=2, m=0, M=10

 

 식품의 변질과 부패
- 식품이 여러 요인에 의해 분해되고 맛, 냄새, 색깔 및 외관 등이 나빠져서 식품으로서의 가치
를 잃게 되는 현상을 변질 (또는 열화, spoilage)이라고 함
- 식품의 변질은 생물학적 요인, 화학적 요인, 물리학적 요인 등의 변질 요인이 한 가지 또는 복
합적으로 작용하여 나타남
 부패 (putrefaction)
- 단백질을 함유한 식품이 부패세균의 효소작용에 의해 분해될 때, 악취와 유해물질을 생성하
여 가식성을 잃는 현상
 변패 (deterioration)
- 탄수화물과 지방질이 분해되어 산미를 형성하거나 비정상적인 맛과 냄새가 나는 현상
 산패 (rancidity)
- 지질이 생화학적 요인 또는 산소, 햇볕 등의 비생화학적 요인에 의하여 산화, 변질되는 현상

 

식품성분의 변질

 단백질의 부패
- 식품 자체 자가효소의 자기소화작용 (autolysis)과 더불어 미생물의 단백질 분해효소 등에 의
하여 펩타이드, 아미노산으로 분해
- 그 이후 암모니아, 이산화탄소, 아민류, 황화수소 (H2S), indole, scatole, mercaptane,
carbonic acid 등이 생성되어 변질과 악취 발생

식품성분의 변질 및 부패

 탄수화물의 변패
- 탄수화물의 분해생성물인 당류의 분해 시 알코올, 유기산 등이 생성되어 식품의 풍미를 저하
시키고 이산화탄소가 생성되어 변질을 야기시킴

 지방의 산패
- 산소에 의한 산패, 효소 (미생물 효소)에 의한 산패 등으로 구분할 수 있음
- Aldehyde, alcohol, ketone 등이 생성되어 산패취 발생

식품의 변질에 따른 주요 생성물

 

 암모니아
- 부패취의 원인이 되는 물질, 단백질 식품에서 부패의 지표로 사용하는 경우가 많음

 

 황화수소 및 mercaptane
- 황을 함유하는 아미노산은 분해되어 황화수소 (H2S)나 mercaptane 등의 휘발성 황화합물을
생성하여 냄새 및 변색 (흑변)을 유발

 

 인돌 (indole), 스카톨 (skatole)
- 트립토판으로부터 생성되는 부패취 원인 물질

 

 아민 (amine)
- 아미노산의 탈탄산반응에 의해 생성
- putrescine, spermidine, spermine과 cadaverine은 살아있는 세포에서 필수불가결한 구성성
분으로 단백질 합성과 막 안정성에 중요한 역할
- 신경 전달 물질 역할, 혈압조절 및 혈류 등의 심혈관계에도 영향
- Histamine : 알레르기성 식중독 (두통, 두드러기, 발작, 설사, 구토)
- Tyramine : 과량 섭취시 혈관수축과 심박활동을 증가시켜 혈압상승을 유발
- Putrescine, spermidine : 질산염과 반응하여 발암물질인 nitrosoamine 생성 가능

 

기질 아미노산	생성되는 아민	기질 아미노산	생성되는 아민
Histidine	Histamine	Ornithine	Putrescine
Tyrosine	Tyramine	Lysine	Cadaverine
Arginine	Spermidine, Spermine	Tryptophan	Tryptamine
Valine	Isobutylamine	Leucine	Isoamylamine

 Trimethylamine (TMA)
- 해산 어패류 부패취의 주요 원인이며 전구물질은 trimethylamine oxide (TMAO)
- TMAO 환원효소의 작용으로 생성
 알코올류
- 탄수화물의 변패 생성물 중 하나로 맛의 변화와 냄새 유발
 유기산
- 유기산은 냄새 성분으로 관여하는 것이 많고 식품의 맛이나 보존성에도 관여
 이산화탄소
- 통조림, 레토르트 식품, 포장된 햄, 어육 소시지, 생선묵 등의 식품 중에서 팽창의 원인

 

부패 생성물

 점질물
- 소시지나 어육제품의 표면에서 Leuconostoc, Micrococcus 등에 의해 심한 악취를 내는 점질
물질 생성
- 우유에서는 Alcaligenes에 의한 점질물 생성

 

 색소
- 미생물이 만드는 균체 내 또는 균체 외 색소는 식품의 변색을 유발
- 카로티노이드 색소는 Flavobacterium, Serratia, Corynebacterium, Xanthomonas 등이 생산
- Pseudomonas 속 일부 세균은 fluorescein, pyocyanin, pyorubin 등의 형광색소 생성
- 육류나 육제품에서 부패세균에 의해 만들어진 황화수소가 육류 중의 미오글로빈 (myoglobin)
이나 헤모글로빈 (hemoglobin)과 반응하여 생성되는 sulfmyoglobin이나 sulfhemoglobin

부패의 판정

 관능검사
- 식품의 부패에 의한 냄새, 색깔 변화, 물성 변화, 점액화, 맛의 변화 등을 통한 판정
- 개인적인 차이로 인해 객관적인 판정법이 될 수 없음
ˇ 냄새의 발생 (암모니아, 아민, 인돌, 알코올 냄새 및 산패취 등)
ˇ 색깔의 변화 (변색, 퇴색, 광택 등)
ˇ 조직의 변화 (고체인 경우 탄력성, 유연성, 점액의 발생 상태 등)
ˇ 이상한 맛이나 불쾌한 맛의 발생 (신맛, 쓴맛, 자극적인 맛 등)

 

 세균학적 판정
- 식품 중 세균 수를 측정하여 판정하는 방법
- 유해균종의 유무와 대사산물의 측정 필요
- 측정에 많은 시간이 필요하고 모든 식품에 적용할 수 없음

 화학적 판정
- pH
ˇ 탄수화물이 많은 식품은 미생물이 증식하여 유기산을 생성하므로 pH가 저하
ˇ 일정시간 계속 측정하여야 하며 식품의 종류, 균종 등에 따라 pH가 변동
- 휘발성 염기질소 (volatile basic nitrogen, VBN)
ˇ 단백질 식품에는 아미노산 분해에 의해 암모니아, TMA, 휘발성 아민류 등의 휘발성 염기질
소 생성
ˇ 어육의 신선도 판단 예

- Trimethylamine (TMA)
ˇ 어패류 100g 중 3 mg이하는 신선도가 양호, 4~5 mg은 초기부패로 간주, 10 mg 이상은 부
패로 판정

 

- k 값
 감칠맛의 정도를 나타내기 위해 사용하는 값
 어패류 및 식육의 선도 판정에 많이 사용