식중독균 불활성화를 위한 유산, 열처리, 초음파 조합기술의 적용

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, we evaluated the efficacy of combining lactic acid (LA; 0.1%,0.15%), heat (H; 50℃), and ultrasound (US) treatment to inactivate Salmonella
Typhimurium and Listeria monocytogenes inoculated in apple juice. Also, the effect of combination treatment on the qualities of apple juice was determined by
measuring the changes in the color, non-enzymatic browning index, total phenolic content and DPPH radical scanvenging activities of apple juice. When treated with 0.1% LA-H-US, S. Typhimurium and L. monocytogenes showed a significant decrease of 5.32 log CFU/ml at 120 s and 2.02 log CFU/ml at 180 s, respectively. When treated with 0.15% LA-H-US, S. Typhimurium and L. monocytogenes showed a significant decrease of 5.77 log CFU/ml at 75 s and 2.31 log CFU/ml at
180 s, respectively. Populations of S. Typhimurium in apple juice were reduced to under the detection limit (1.0 log CFU/ml) after 0.15% LA-US-H combination
treatment for 75 s. The reduction of foodborne pathogens in simultaneous treatment of LA-H-US at both of concentrations was greater than the sum of the
reductions in LA, H, and US treatment alone. Therefore, it was to confirm the synergistic effect of the LA-H-US combination treatment. Additionally, there were
no significant (P>0.05) differences in color values, browning indices, total phenolic content, and DPPH radical scavenging activities between untreated and treated samples. Thus, it was confirm that LA-H-US combination treatment can effectively control foodborne pathogens without affecting the quality of apple juice. To evaluated the applicability of various foods of LA-H-US combination treatment, alfalfa seeds inoculated with S. Typhimurium and L. monocytogenes were treated in combination with LA(1, 2%), H(50℃), US treatment to verify the inactivation effect. The treatment time was set to a maximum of 5 min at 1 min intervals. The effect of combination treatment of alfalfa seeds and sprouts qualities were determined by measuring the changes in the germination rate of alfalfa seeds and total phenolic content and DPPH radical scavenging activities of alfalfa sprouts. The reduction of foodborne pathogens in simultaneous treatment of LA-H-US was greater than the sum of the reductions in LA, H, US treatment alone. Thus, it was to confirm the synergistic effect of the LA-H-US combination treatment at both of S. Typhimurium and L. monocytogenes. Also, to determine the effect of combination treatment on the qualities of seeds, after treating the
seeds for 5 min, which is the maximum treatment time, the germination rate was measured, and the total phenolic content and DPPH radical scavenging activities of the germinated alfalfa sprouts were analyzed. As a result of the analysis, there was no significant difference in germination rate, total phenolic content, and DPPH radical scavenging activities. Additionally, in order to investigate the pasteurization mechanisms of LA-H-US combination treatment, cell membrane damage, DNA damage, and efflux pump activities were analyzed. Combination treatment was confirmed to attack cell membrane, DNA, and efflux pump, of which it was found that cell membrane damage is considered the main mechanism. In conclusion, the combination treatment of LA-H-US could be effectively inactivated by attacking the cell membrane, DNA, and efflux pumps of foodborne pathogens present in apple juice and alfalfa seeds, and it was also confirmed that the qualities was not affected even after combination treatment. Therefore, the possibility of applying this combination treatment to the food industry was confirmed, and it is believed that this will help ensure food safety.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 다양한 식품군에 조합처리 기술을 적용시켜 식중독균 살균 기술로써의 적용 가능성을 평가하였다.
먼저, 사과주스에 접종된 Salmonella Typhimurium, Listeria monocytogenes에 lactic acid (LA; 0.1%, 0.15%), mild heat (H; 50℃), ultrasound (US; 40 kHz, 500 W) 기술을 동시 조합처리 하여 식품 병원성 미생물 불활성화에 대한 효과를 확인하였다. 또한 조합 처리된 식품의 색도, 비효소적 갈변, 총 phenolic 함량, DPPH radical 소거능을 측정하여 식품의 품질변화를 확인하였다. 0.1% LA-H-US 처리 시 S. Typhimurium은 120 s에서 5.32 log CFU/ml, L. monocytogenes는 180 s에서 2.02 log CFU/ml의 유의미한 감소를 나타내었다. 0.15% LA-H-US 처리 시 S. Typhimurium은 75 s 에서 5.77 log CFU/ml, L. monocytogenes는 180 s에서 2.31 log CFU/ml 의 유의미한 감소를 보였다. 두 종류의 식중독균 모두 단일처리와 reduction 을 비교하였을 때 0.1, 0.15% 두 가지 농도 모두에서 시너지 효과를 보였다. 식품의 색도, 비효소적 갈변반응에서 유의미한 차이를 나타나지 않았으며, 총 phenolic 함량, DPPH radical 소거능을 통해 항산화능을 평가한 결과 유의미한 차이가 나타나지 않았음을 확인할 수 있었다. 따라서, LA-H-US의 조합기술은 사과주스의 품질에 영향을 미치지 않으면서 식중독균을 효과적으로 제어할 수 있음을 확인하였다.
이 조합기술의 식품 적용 확장성을 평가하기 위해 씨앗을 sample 로 하여 처리를 진행하였다. 씨앗은 알팔파 씨앗을 model sample로 사용하였다. 알팔파 씨앗에 접종된 식중독균 살균 처리 시 LA의 농도는 1, 2%로 설정하였으며 처리시간은 두 가지 균과 농도 모두 1 min 간격으로 최대 5 min까지 처리하였다. 1% LA-H-US 처리 시 S. Typhimurium은 3.91 log CFU/g, L. monocytogenes는 1.86 log CFU/g의 유의미한 감소를 나타내었다. 0.15% LA-H-US 처리 시 S. Typhimurium은 5.28 log CFU/g, L. monocytogenes는 3.91 log CFU/g의 유의미한 감소를 보였다. 두 가지 식중독균 모두 조합기술이 상승효과를 나타냄을 확인하였다. 또한, 조합기술이 품질에 미치는 영향을 확인하기 위해 알팔파 씨앗을 최대 처리 시간인 5 min 동안 처리 한 후 발아율을 측정하였으며, 발아시킨 새싹의 총 phenolic 함량, DPPH radical 소거능을 분석하였다. 분석결과 발아율에서 유의미한 차이를 보이지 않았으며, 총 phenolic 함량, DPPH radical 소거능 역시 유의차가 발생하지 않았음을 확인할 수 있었다. 추가적으로, 조합기술의 살균 메커니즘을 밝히기 위해 세포막 손상, DNA 손상, 유출 펌프 활성을 확인한 결과 세포막 손상, DNA 손상, 유출 펌프 활성 모두에서 유의미한 차이가 발생하여 조합처리기술이 식중독균의 세포막, DNA, 유출 펌프를 공격한다는 것을 확인하였으며 그 중 특히 세포막의 결과가 식중독균 불활성화의 결과와 비슷한 경향성을 보여 세포막 손상이 main mechanism 임을 확인할 수 있었다.
LA-H-US의 조합처리는 사과주스와 알팔파 씨앗에 존재하는 식중독균의 세포막, DNA, 유출 펌프를 공격함으로써 효과적으로 제어할 수 있었으며, 또한 처리 후에도 품질에 영향을 미치지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 이 조합기술을 식품산업에 적용할 수 있다는 가능성을 확인할 수 있었으며 이로써 식품 안전을 확보할 수 있음에 도움이 될 것이라 사료된다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 2 장 실험 방법 4
• 제 1 절 유산, 열처리, 초음파 조합 기술을 이용한 사과주스의 살균 4
• 제 1 항 식중독균의 선정 4
• 제 2 항 식중독균의 배양 4
• 제 3 항 시료 준비와 접종 5
• 제 4 항 조합처리 5
• 제 5 항 균수 측정 6
• 제 6 항 품질 측정 7
• 제 7 항 통계 처리 8
• 제 2 절 유산, 열처리, 초음파 조합 기술을 이용한 알팔파 씨앗 내 식중독균 제어 9
• 제 1 항 식중독균의 선정 9
• 제 2 항 식중독균의 배양 9
• 제 3 항 시료 준비와 접종 10
• 제 4 항 조합처리 11
• 제 5 항 균수 측정 12
• 제 6 항 품질 측정 13
• 제 7 항 세포막 손상 측정 15
• 제 8 항 DNA 손상 측정 16
• 제 9 항 유출 펌프 활성 측정 17
• 제 10 항 통계 처리 17
• 제 3 장 결과 18
• 제 1 절 유산, 열처리, 초음파 조합 기술을 이용한 사과주스의 살균 18
• 제 1 항 식중독균이 접종된 사과주스에 0.1% LA-H-US를 조합처리 하였을 때의 불활성화 효과 18
• 제 2 항 식중독균이 접종된 사과주스에 0.15% LA-H-US를 조합처리 하였을 때의 불활성화 효과 22
• 제 3 항 LA-H-US 조합처리 후 사과주스의 품질분석 25
• 제 2 절 유산, 열처리, 초음파 조합 기술을 이용한 알팔파 씨앗 내 식중독균 제어 29
• 제 1 항 식중독균이 접종된 알팔파 씨앗에 1% LA-H-US를 조합처리 하였을 때의 불활성화 효과 29
• 제 2 항 식중독균이 접종된 알팔파 씨앗에 2% LA-H-US를 조합처리 하였을 때의 불활성화 효과 33
• 제 3 항 LA-H-US조합처리 후 알팔파 씨앗의 품질변화 37
• 제 4 항 조합처리가 cell의 세포막 손상에 미치는 영향 41
• 제 5 항 조합처리가 cell의 DNA에 미치는 영향 43
• 제 6 항 조합처리가 cell의 유출 펌프 활성에 미치는 영향 45
• 제 4 장 고찰 47
• 참고 문헌 51
• Abstract 55