수분 활성도 102: 미생물 증식

식품 제조업체는 제품을 생산하고 포장할 때 미생물 증식을 고려해야 합니다. 이 웨비나에서는 미생물 증식에 영향을 미치는 요인, 수분 활도가 미생물 증식에 미치는 영향, 관련 법규 준수, 주요 식품 병원균, 특정 수분 활도 설정 방법, 그리고 허들 기술에 대해 다룹니다.

식품 포장에서 발생하는 미생물 관련 문제는 제품 리콜로 이어질 수 있으며, 이로 인해 기업은 운영 지연, 법률 비용, 의료 보상 청구, 제품 회수, 폐기 및 의료 지원 비용 등으로 수백만 달러의 손실을 입을 수 있습니다. 또한 평판 훼손, 향후 매출 감소, 소비자 신뢰 상실 등으로 인해 추가적인 손실을 초래할 수도 있습니다.

팻 톰: 미생물 증식에 영향을 미치는 6가지 요인

미생물의 증식에 영향을 미치는 6가지 주요 요인은 영양분, 산도, 시간, 온도, 산소, 수분입니다. (바보 같지만 기억하기 쉬운 암기법은 ‘FAT TOM’입니다.) 식품의 영양 성분에 따라 어떤 미생물이 증식할 수 있는지 결정됩니다. 산도, 즉 pH 수준 또한 미생물의 증식에 영향을 미칩니다. 곰팡이는 가장 낮은 pH에서도 자랄 수 있는 반면, 박테리아는 가장 높은 pH 수준에서 잘 자라며 pH가 4.6 미만인 환경에서는 증식할 수 없습니다.

미생물은 기하급수적으로 증식하므로, 위험한 병원균을 조기에 차단하는 것이 매우 중요합니다. 미생물의 영양분과 산소를 차단하고 경쟁 종을 도입함으로써 병원균의 증식을 막을 수 있습니다. 병원균마다 번식하기 적합한 온도가 다릅니다. 식품 안전 위험 구간은 섭씨 4도에서 60도(화씨 40도에서 140도) 사이입니다. 우리는 높은 온도와 장시간 처리를 병행하여 박테리아를 사멸시킬 수 있습니다.

미생물의 산소 요구도나 산화환원 전위를 살펴보겠습니다. 호기성 미생물(곰팡이 등)은 산소가 필요한 반면, 혐기성 병원균(보툴리누스균 및 세레우스균)은 성장에 산소가 필요하지 않습니다. 일부 박테리아( 대장균 및 황색포도상구균 등)는 조건부 호기성 미생물로, 환경에 따라 호기성 및 혐기성 상태 사이를 전환할 수 있다. 반면, 미호기성 미생물은 성장하기 위해 소량의 산소가 필요하다(캄필로박터 제주니).

수분 함량은 식품의 수분 활도를 통해 병원균의 증식에 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 병원성 세균은 수분 활도가 0.85 이상일 때만 증식하는 반면, 곰팡이와 효모에 의한 부패는 수분 활도가 0.7일 때 발생합니다. 반대로, 수분 활도가 0.6 미만이면 미생물이 증식할 수 없습니다.

수분 활도가 미생물에 미치는 영향

수분 활성도의 차이는 에너지 수준의 차이를 의미합니다. 수분 활성도가 높으면 미생물 내부의 물이 빠져나가려 하게 되며, 이로 인해 미생물 내부의 압력이 변화합니다. 미생물은 자신의 에너지 상태를 주변 환경의 수분 활성도와 일치시키려 합니다.

미생물은 수분 활성을 낮추기 위해 세포막을 변화시켜, 이를 통해 발효 압력을 유지합니다. 수분 활성을 낮추기 위해 소량의 아미노산이나 당류를 생성하거나 운반할 수도 있습니다. 하지만 수분 활성이 여전히 환경 조건에 맞지 않게 되면, 미생물은 정지 상태, 즉 휴면 상태에 들어갑니다.

흔히 발견되는 식품 병원균

식품 유해균은 식중독과 식품 매개 감염의 두 가지 범주로 나뉩니다. 식중독은 식품 내에서 생성된 독소를 섭취하여 병에 걸리는 경우를 말합니다. 식품 매개 감염은 독소가 위장관 내에서 증식하는 경우를 말합니다. (식중독은 식품 내에서 발생하고, 감염은 장 내에서 발생합니다.)

황색포도상구균은 산소 유무와 관계없이 증식할 수 있으며, 수분 활성도가 가장 낮고 교차 오염이 쉽게 발생합니다. 따라서 식품 가공 장비에서 황색포도상구균이 검출되는 것은 위생 상태가 불량하다는 신호입니다. 세척, 살균, 적절한 준비 과정, 그리고 교차 오염을 최소화함으로써 이러한 병원균의 증식을 쉽게 예방할 수 있습니다.

보툴리누스균은 혐기성 세균으로, pH 4.6 미만에서는 번식하지 않습니다. 단 3분간 끓이기만 해도 보툴리누스균을 사멸시킬 수 있습니다. 이 균은 수분 활성도가 높은 환경에서 번식합니다. 보툴리누스균은 토양, 식물, 물 등 자연계에 존재할 뿐만 아니라, 부적절하게 통조림 처리된 식품이나 산도가 낮은 식품—비트, 강낭콩, 호일로 감싼 구운 감자, 훈제 생선, 허브를 우려낸 오일, 꿀 등—에서도 발견됩니다.

살모넬라균(Salmonella spp.)은 가장 많이 보고되는 병원체입니다. 이 미생물은 식중독을 일으키며, 특히 여름철에 더 흔히 발생합니다. 살모넬라균은 산소가 풍부한 환경이나 산소가 부족한 환경 모두에서 번식할 수 있으며, 조리 과정을 통해 사멸됩니다. 또한 오염된 배설물, 식수, 사람 간 접촉, 계란 제품, 생과일과 채소, 저온 살균되지 않은 유제품은 물론 밀가루나 땅콩버터와 같은 제품에서도 발견됩니다.

리스테리아균은 냉장 온도에서도 증식할 수 있으며, 조리나 저온 살균을 통해 사멸시킬 수 있고, 수분 활성도는 0.92를 한계로 합니다. 리스테리아균은 조리되지 않은 육류, 채소, 저온 살균되지 않은 우유, 그리고 일부 연질 치즈에 존재합니다. 저온·저산소 환경에서는 리스테리아균이 존재할 경우 증식할 수 있습니다.

대부분의 대장균 균주는 무해하며 장 기능에 필수적입니다. 병원성 균주는 조리나 저온 살균을 통해 사멸시킬 수 있습니다. 대장균은 감염에 필요한 최소량이 적고 사멸시키기 어렵습니다.

바실러스 세레우스 (Bacillus cereus )는 혐기성 세균이며 잠복기가 짧습니다. 이 병원체는 흔히 위장형 독감과 혼동되곤 합니다.

미생물 증식을 방지하기 위해 수분 활성을 낮추기

수분 활성을 낮추면 어떤 미생물이 증식할 수 있는지가 달라집니다. 제품을 탈수하면 식품을 보존할 수 있을 뿐만 아니라 수분 활성도 낮출 수 있습니다. 보습제를 단독으로 또는 여러 가지를 조합하여 첨가하는 것도 수분 활성을 낮추는 데 도움이 됩니다. 허들 기술은 온도, 수분 활성, 산도, 산소 농도 등을 조절하는 등 미생물 증식을 억제하는 장벽을 도입하는 것을 말합니다.