본문내용
1. 미생물과 식품의 변질
1.1. 곡류
1.1.1. 수확 전 곡류의 미생물 오염
곡류에 존재하는 미생물은 수확 전 성숙과정 중에 침입한 병원성 기생균과 수확 후 주로 공중에서 오염부착하여 저장 중의 변질에 관여하는 균들이다. 수확 전 성숙과정 중에는 Pseudomonas, Alternaria, Fusarium, Helminthosporium과 같은 미생물이 곡류에 침입하여 존재한다. 이러한 미생물들은 점차 감소하여 곡류의 변질에는 거의 관여하지 않는다.
그러나 수확 후 주로 공중에서 곡류에 오염부착하여 저장 중의 변질에 관여하는 균들이 있다. 대표적으로 Aspergillus와 Penicillium 균주들이 있는데, 이들은 수분함량 15%(Aw 0.45)이면 증식이 불가능하므로 수분함량 15% 이하로 건조하여 저장관리를 하는 것이 중요하다. 또한 저장장소의 상대습도가 곡류의 상대습도보다 높을 경우 곡류가 수분을 흡수하여 곰팡이의 증식이 가능하기 때문에 적절한 습도 관리도 필요하다. 이와 같이 수확 전 곡류에 침입한 미생물과 수확 후 공중에서 오염부착된 미생물이 곡류의 변질에 관여한다고 볼 수 있다."
1.1.2. 저장 중 곡류의 미생물 변질
저장 중 곡류의 미생물 변질이란 수확 후 곡류를 보관하는 과정에서 미생물에 의해 발생하는 변화를 의미한다. 곡류는 생육 중에 침입한 병원성 미생물과 수확 후 공기 중에서 오염되는 미생물로 인해 변질될 수 있다.
수확 직후 곡류에는 주로 세균 Pseudomonas와 곰팡이 Alternaria, Fusarium, Helminthosporium이 검출되지만, 점차 이들의 수가 감소하여 저장 중 곡류의 변질에는 거의 관여하지 않는다. 반면 저장 중에는 Aspergillus와 Penicillium 등의 곰팡이가 곡류의 변질에 큰 영향을 미친다. Aspergillus는 곡류의 발아력 저하를 유발하고, Penicillium은 대사산물인 mycotoxin을 생성하여 식중독을 일으킨다.
곡류의 미생물 번식에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 수분함량 또는 수분활성이다. 곰팡이의 증식을 억제하기 위해서는 수분함량 13%(Aw 0.6) 이하로 건조하여 저장하는 것이 중요하다. 그러나 대부분의 Aspergillus와 Penicillium 균주는 수분함량 15%(Aw 0.45) 이하에서도 증식이 어렵다. 저장 장소의 상대습도가 곡류의 수분함량보다 높으면 곡류가 수분을 흡수하여 곰팡이가 증식할 수 있으므로, 상대습도를 낮게 유지하는 것도 중요하다. 수분함량이 지나치게 적은 경우(7-8%)에는 입자의 파쇄, 지방의 산화, 단백질의 변성 등 문제가 발생할 수 있다. 따라서 곡류의 바람직한 저장 조건은 수분함량 15% 이하, 온도 10-15°C이다.
쌀의 경우, 수확 직후에는 세균 Pseudomonas, 곰팡이 Alternaria, Fusarium, Helminthosporium이 많이 검출되지만 점차 감소하여 저장 중의 변질에는 거의 관여하지 않는다. 저장 중에는 Aspergillus가 쌀의 발아력 저하에 큰 영향을 미치고, Penicillium은 mycotoxin 생성으로 식중독을 유발한다. 또한 저온 저장에서도 효모가 증식하여 변질을 일으킬 수 있다.
이처럼 저장 중 곡류의 미생물 변질은 곡류의 종류와 수분함량, 저장 온습도 등 다양한 요인에 의해 좌우되며, 적절한 관리를 통해 이를 최소화할 수 있다.
1.1.3. 곡류 가공식품의 미생물 변질
곡류 가공식품의 미생물 변질은 주로 미생물에 의해 일어나며, 이로 인해 곡류 가공식품의 품질이 저하된다.
밀가루는 제분과정에서 미생물 생균수가 감소하지만, 여전히 총균수 2,750-19,500/g, 포자형성균 4-85/g, 내열성 균주 1,000/g 이하(1-2종의 혐기성 세균)가 검출된다. 이 중 토양유래의 내열성 포자(Bacillus)가 식빵의 변질을 일으키는 주요 원인이 된다. 따라서 밀가루의 철저한 선별 및 세척, 가열처리, 화학처리 등을 통해 이들 내열성 세균을 제거하는 것이 중요하다.
식빵의 경우, 발효과정에서 효모와 다소의 세균이 존재하지만 이들은 발효산물을 생산하여 빵의 풍미에 기여한다. 그러나 반죽을 오래 두면 젖산균, 대장균 등이 과도로 증식하여 산발효가 일어나, 신반죽이 되고 불쾌한 풍미가 생성될 수 있다. 또한 곰팡이에 의해서도 변질될 수 있는데, 이는 빵을 구운 후 냉각 과정이 길어 공기 중 오염이 많거나 slicing 과정에서 혼입되는 것이 주요 원인이다. 이를 방지하기 위해 공장 내 공기 청정, 냉각 공정 개선, 표면 살균 등의 노력이 필요하다.
한편, 점질화(rope 현상)는 밀가루의 gluten이 Bacillus subtilis와 B. licheniformis에 의해 분해되고 당이 생성되어 일어나는데, 포자가 적은 밀가루 사용, 기구 및 도구의 살균, 적정 냉각, pH 조절 등의 방법으로 예방할 수 있다.
이처럼 곡류 가공식품의 미생물 변질은 주로 세균, 곰팡이, 효모 등에 의해 일어나며, 원료 관리, 제조 공정, 저장 방법 등을 개선함으로써 품질 저하를 방지할 수 있다.
1.2. 당 및 전분식품
1.2.1. 설탕의 변질과 발효
설탕은 사탕수수즙이나 사탕무에서 추출되어 만들어진 순백의 결정체로서, 가장 대표적인 단당류 식품이다. 하지만 설탕은 그 자체로 변질되기 쉬운 식품이며, 미생물에 의한 변질과 발효가 빈번하게 일어나는 것으로 알려져 있다.
설탕의 변질과 발효는 주로 미생물 오염에 의해 일어난다. 사탕수수즙이나 사탕무즙에는 B. cereus와 B. subtilis가 존재하여 설탕을 고분자의 levan으로 전환시킬 수 있다. 또한 Leuconostoc mesenteroides는 dextran 등의 점질물을 생성하여 여과 및 결정화를 방해한다. 이러한 점질 물질 생성은 설탕의 가공 및 정제 공정에 문제를 야기할 수 있다.
설탕의 변질에 관여하는 주요 미생물로는 곰팡이인 Aspergillus glaucum, A. niger, A. sydowi, Monilia Spp., Penicillium glaucum과 효모인 Hormodeudron, Stemphyllium, Sterigmatocystis 등이 있다. 이들 곰팡이와 효모는 설탕을 분해하고 변패물질을 생성하여 설탕의 품질을 저하시킨다. 특히 고온성 세균인 Bacillus stearothermophillus, Clostridium thermosaccarolyticum, C. nigrificans 등은 혐기적 조건에서 젖산, 초산, formic acid, ethanol 등을 생성하여 설탕을 변질시키는 것으로 알려져 있다.
이처럼 설탕의 변질과 발효는 수분함량이 중요한 요인으로 작용한다. 안전계수(factor of safety) X=W/(100-S) (X=허용수분함량, W=당의 수분함량, S=비설탕고형물)에 따르면 수분함량이 높을수록 설탕의 변패가 빨리 진행된다. 따라서 설탕의 저장 시에는 수분함량을 17.1% 이하로 유지하는 것이 중요하다. 이 외에도 온도, pH, 환경 등의 요인들도 설탕의 변질과 발효에 영향을 미친다.
설탕의 변질과 발효를 방지하기 위해서는 청결한 생산환경 유지, 멸균 공정 강화, 적절한 포장과 저온 저장 등이 필요하다. 또한 보존제 첨가, 이산화황 처리, ...
