식품과미생물 02 02

식품과 미생물

02

미리보기

1. 식품에 관여하는 미생물

세균(Bacteria) / 곰팡이(Fungi) / 효모(Yeast) / 바이러스(Virus) / 원생동물(Protozoa)

2. 미생물 증식과 식품의 변질

토양미생물 : Bacillus, Clostridium, Micrococcus, Pseudomonas, Acinetobacter 등 수생미생물 : Aeromonas, Vibrio, Achromobacter, E. coli, Alcaligenes 등

공기중 미생물 : Bacillus 등

분변미생물 : Escherichia, Lactobacillus, Clostridium, Enterobacter 등

3. 식품 품질 및 위생에 관련된 중요한 미생물

바실러스 속, 락토바실러스 속, 마이크로카커스 속, 슈도모나스 속, 대장균 속, 프로테우스 속, 세라티아 속, 황색포도알균 속, 비브리오 속, 클로스트리듐 속 등

4. 식품위생 오염지표 미생물

대장균군(Coliform), 대장균(Escherichia coli), 장알균(Enterococcus)

5. 미생물 생육에 영향을 미치는 요인

: 온도, 산소, 수소이온농도, 식품의 물리적 구조, 천연 항미생물 물질

 식품에 관여하는 미생물

• 세균(Bacteria)

• 곰팡이(Fungi)

• 효모(Yeast)

• 바이러스(Virus)

• 원생동물(Protozoa)

2.1 미생물의종류 및 특성

세균(Bacteria)

곰팡이(Fungi)

효모(Yeast)

바이러스(Virus)

원생동물(Protozoa)

2.1 미생물의 종류 및 특성

 세균의 형태 및 생리적 특성

• 세균의 형태

: 둥글거나 타원형의 알균(구균, coccus), 막대균(간균, rods), 나선균(spirals) 등

• 크기 : 알균 (0.5∼1.0 um) / 막대균 (0.5∼1x3 um)

• 최적 수분활성도 : Aw 0.96-0.99

• 중성 또는 약알칼리에서 잘 자라고, pH 4.5 이하의 산성에서는 억제

• 증식온도 : 고온균(45∼75℃) / 중온균 (25∼45℃) / 저온균 (0∼25℃)

• 호기성균(aerobes), 혐기성균(anaerobes), 통성혐기성균(facultative anaerobes) 등

• 영양요구성: 독립영양생물, 종속영양생물

(1) 세균(Bacteria)

나선균

그림 2-1. 원핵세포의 구조

(1) 세균(Bacteria)

 곰팡이(Mold)의 형태학적 특성

• 절대호기성(obligate aerobes) 다세포 생물이며, 사상균류임

• 균사나 포자에 의해서 증식하며 육안으로 식별이 가능

• 균사체는 지름 5 μm정도 되며 실 같은 형태의 균사가 있음

• 원형질은 다핵 덩어리 또는 격막을 가지고 있음

• 세포벽은 다당류인 키틴(chitin)이나 셀룰로오즈(cellulose)로 구성되어 있음

 곰팡이의 생리적 특성

• 수분활성도(Aw) 0.8이상에서 증식이 가능하며 일부는 0.61 에서도 증식 가능

• pH 2.0∼9.0의 증식 범위를 지니고, 산성영역에서 잘 증식

• 생육 최적 온도범위는 25∼30℃인 중온성이며, 증식속도는 세균보다 느림

• 세균이 증식하지 못하는 건조식품(수분 13∼15%)에서도 온도가 적당하면 증식가능

• 절단된 균사나 포자에 의해 증식

• 분생자, 포자낭포자와 같은 무성포자와 자낭포자, 접합포자와 같은 유성포자가 있음

 식품위생과 관련된 곰팡이

• 접합균류, 자낭균류, 불완전균류 등

• Aspergillus, Penicillium, Fusarium속 등은 독소를 생성하여 식중독을 유발함

(2) 곰팡이

(2) 곰팡이(계속)

그림 2-2 곰팡이의 일반적인 형태-1

(2) 곰팡이(계속)

그림 2-2 곰팡이의 일반적인 형태-2

 효모의 형태 및 생리적 특성

• 수분활성도는 곰팡이보다는 다소 높아 Aw 0.85까지 증식이 가능

• 증식할 수 있는 pH 범위는 pH 2.0∼8.5로 세균보다 넓음

• 생리적인 특성은 곰팡이와 비슷하나 혐기적인 조건에서도 성장 가능한 점이 다름

• 효모의 크기 : 5∼10 μm 정도임

• 형태 : 구형이나 타원형 및 소시지형 등 필라멘트나 균사를 형성하지 않는 단세포 생물

• 세균보다는 크고 곰팡이보다는 작은 세포임

• 무성생식에 의한 출아법(budding)으로 증식

• 진핵세포(eucaryotes)이며 진균류에 속함

 식품에서 효모의 역할

• 긍정적인 면

알코올발효능이 높아 주류의 양조, 제빵 등에 이용

균체는 식용 및 사료용 단백질, 핵산조미료, 비타민 등의 생산에 이용 탄화수소를 탄소원으로 하여 단세포 단백질(single cell protein)을 생산

• 부정적인 면

버터, 치즈, 요구르트 등 유제품이나, 소금, 설탕 등 절임식품의 숙성과 부패 원인균 Candida albicans와 같은 피부질환 원인균

세균이나 곰팡이와는 달리 식중독 유발 등 식품위생상의 위해는 낮은 편

(3) 효모

(3) 효모(계속)

 바이러스의 특성

• 크기가 0.02∼0.3 μm 정도로 전자현미경으로만 관찰할 수 있음

• DNA나 RNA 중 한 종류의 핵산과 그것을 보호하는 단백질이 있음

• 독자적인 대사기능은 없고 반드시 살아있는 숙주 세포내에서만 증식하는 절대기생성 생물임

• 식품 중에서는 증식하지 못함

• 항생제에 대한 감수성이 없어 간염이나 AIDS에 감염되었을 때 치료에 어려움이 큼

• 식품의 품질에는 영향을 미치지 않지만 박테리오파지는 발효산업에 이용하는 세균 이나 방선 균에 침입하여 발효균의 용균, 증식억제 등 여러 문제를 일으킴

(4) 바이러스(Virus)

 원생동물의 특성

• 원충이며 호기성을 지니고 세포의 크기가 2.0∼20 μm 인 단일세포

• 건조에 대한 저항성이 매우 낮으며 엽록소가 없음

• 형태는 구형, 원추형, 엽상형 등으로 이루어져 있음

• 편모충류(flagellates) : 리슈마니아(leishmania)

• 근족충류(amoeba) : 이질아메바(Entamoeba histolytics)

• 포자충류(sporozoa) : 플라스모디움 말라리아(Plasmodium malariae)

• 섬모충류(cillates)

(5) 원생동물(Protozoa)

 미생물 오염원

• 토양미생물

• 수생미생물

• 공기중 미생물

• 분변미생물

2.2 미생물 증식과 식품의 변질

2.2 미생물 증식과 식품의 변질(계속)

 미생물 오염원

• 1차오염 : 생산환경인 토양, 바다, 강, 공기 등의 자연환경에 서식하는 동물 및 식물에 존재하는 미생물에 의해 오염이 일어남

• 2차오염 : 식품의 취급 및 가공, 저장 및 유통 보관 중에 증식하는 미생물에 의하여 오염이 일어남

* 부패(Putrefaction)

단백질 등이 부패미생물의 작용에 의하여 분해되어 하급의 화합 물질로 변화되는 현상

* 발효(Fermentation)

탄수화물 등이 미생물의 작용으로 분해되어 각종 유기산이나

알코올 등을 생산하는 현상

(1) 토양미생물

 토양 1 g당 10⁶∼10⁹ 정도가 존재하며, 약 90% 정도가 세균임

 토양 속보다는 표면에 균수가 많고 방선균, 곰팡이, 효모, 조류 등이 함께 분포함

 식품을 오염시키는 주된 토양미생물 및 곰팡이 - 토양미생물 : Bacillus, Clostridium

- 곰팡이류 : Aspergillus, Penicillium, Mucor 및 Rhizopus 등

 토양으로부터 오염되기 쉬운 식품으로는 어패류, 과채류, 곡류, 유제품, 육류 등.

Bacillus Aspergillus

 담수세균

• 하천, 늪, 연못, 저수지 등에 서식하며 생선, 어패류의 부패에 관여

• 식품오염 경로는 담수어를 생식하거나 오염된 물을 식수로 사용하는 경우

• 담수세균류는 저온세균으로 Pseudomonas, Aeromonas, Flavobacterium, Achromobacter, Alcaligenes 등

 해수세균

• 소금농도가 1∼3%인 해수에서 잘 증식하는 호염 세균(halophiles)이 주종

• 연안, 외양, 조류, 수심 등에 따라 고유의 미생물상이 형성됨

• 저온세균(psychrotroph)이 주종으로 해수의 표면과 근해에 많이 서식함

• 장염비브리오(Vibrio parahaemoliticus)균이나 패혈증을 유발하는 V. vulnificus균 이 대표적 (어류나 패류의 직접적인 오염원)

 하수세균

• 민물, 흙, 분변 등에서 유래하는 세균으로 다양한 미생물 균 총을 형성

• 하수는 토양, 동물의 분변, 가정폐기물 등에 오염된 미생물로부터 유래됨

• 유기물이 풍부하며 부패세균이 증식하기 쉬워 하수 1 mL 중에는 수만∼수백만 마리

• 분변에서 유래하는 E. coli, Proteus 등, 토양에서 유래하는 Klebsiela, Enterobacter, Bacillus, Clostridium 등

(2) 수생미생물(대부분 저온균 또는 호냉균)

Pseudomonas

V. parahaemoliticus

E. coli

(3) 공기중 미생물

 토양이나 먼지로부터 오염된 많은 종류의 미생물이 비산하여 존재

 건조한 환경이나 자외선 등에 저항성이 강한 미생물이 살아남아 고유한 균 총을 형성

 대부분 Bacillus 와 같은 그람 양성, 포자형성세균과 진균류의 포자, 연쇄상 알균 등

 가공 중 식품 표면에 낙하하여 2차 오염을 일으키고 식기나 용기 등에 부착하여 간접 오염

Bacillus cereus

(4) 분변미생물

 위, 소장, 대장 등에는 각각 다른 세균이 미생물 균총을 형성하여 서식

 분뇨처리 시설의 미비나 분뇨의 불법 방류 등으로 토양이나 하천이 오염

 Escherichia, Lactobacillus, Clostridium, Enterobacter 등이 주종

 대장균이나 장 구균은 동물의 분변이 식품에 오염되었는지를 확인하기 위한 오염 지표균

Escherichia Enterobacter

2.3 식품 품질 및 위생에 관련된 중요한 미생물

 Bacillus 속

 Lactobacillus 속

 Micrococcus 속

 Pseudomona s속

 Escherichia 속

 Proteus 속

 Serratia 속

 Staphylococcus 속

 Vibrio 속

 Clostridium 속

(1) 바실러스( Bacillus )속

 호기성 또는 통성혐기성이며 내열성의 내생포자(spore) 형성

 단백질과 전분 분해력이 강한 것이 많아 식품을 변패 시키고 산과 가스를 생성하여 특이한 냄새를 발생

 대표적 부패균은 고초균(B. subtilis)이며 육류 및 어육제품, 빵, 우유, 유제품, 채소, 밥 등 에서 증식하여 부패의 원인

 대표적 병원균은 식중독을 유발하는 B. cereus와 인수공통 전염병을 일으키는 탄저균(B. anthracis)이 있음

 내열성포자는 100℃에서 3시간이나 120℃에서 1시간 가열 해야 사멸시킬 수 있음

B. subtilis B. cereus

(2) 락토바실러스( Lactobacillus )속

 미 호기성이며 운동성이 없고 색소를 생성하지 않는 무 포자균

 젖당을 분해하여 젖산을 생성하는 젖산균(Lactobacillus균)

 젖산균은 유익한 세균이 많은데, 특히 L. bulgaricus,

L. acidophius, L. casei 등은 치즈나 젖산음료의 발효균으로 맛, 향, 보존성 등을 향상

 우유와 버터를 변패 시키고 육류, 소시지, 햄 등의 표면에 점질물을 생성하는 등 부패를 일으키기도 함

L. acidophius L. casei L. bulgaricus

(3) 마이크로카커스( Micrococcus )속

 호기성 및 통성 혐기성균

 단백질 분해력은 강하나 전분 분해력은 약함

 공기, 물, 해수, 유제품, 젖, 육류 등에 널리 분포되어 있으며

식품 부패의 대표적인 균

 내염성이 강하고 수분이 적은 식품에서 잘 증식

 육 제품 등에서 표면에 점질물을 생성하는 부패균이며 병원성은

없음

(4) 슈도모나스( Pseudomonas )속

 그람 음성 간균으로 호기성이며 종속 영양균 속

 저온에서도 증식이 가능한 호냉균이며 단백질과 유지 분해력이 강함

 형광성 색소나 황색, 적색, 갈색 등의 색소를 생성

 육류, 육가공품, 우유, 달걀, 어패류, 채소류 등에 중요한 부패균

 P. fluorescens는 저온에서 생육하며 지방과 단백질을 분해하여 냉장고에 보관된

 우유, 고기, 달걀 및 해산물 등에 부패를 일으키는 원인균

(5) 대장균( Escherichia )속

 호기성 또는 통성혐기성이며 무 포자 간균

 젖당을 분해하여 산과 가스를 생산하는 장내 세균과에 속하는 세균

 Escherishia, Enterobacter, Klebsiella, Citrobacter 등

 식품, 물, 토양 등에서 쉽게 검출되는 부패세균이며 식품의

분변오염의 지표균

(6) 프로테우스( Proteus )속

 통성혐기성이고 장내 세균과에 속함

 단백질 분해력이 강하여 육류의 부패균으로 잘 알려져 있음

 P. morganii는 강력한 알레르기성 식중독 원인균

(7) 세라티아( Serratia )속

 색소를 생산하는 장내세균과(Enterobacteriaceae)에 속함

 토양, 하수, 수산물 등에 널리 분포하나 식품에는 많이 분포하지 않음

 빵, 우유, 육류 등에서 잘 번식하며 적색색소를 생성

 S. marcescens는 단백질 분해력이 강한 부패균으로 생선, 어묵, 쇠고기 등의 부패 원인균

→ 수산 연제품의 표면에 적변을 일으킴

(8) 황색포도알균( Staphylococcus )속

 그람 양성 무포자 알균으로 호기성 및 통성혐기성

 화농성 질환의 병원균이며 황색 포도알구균은 독소형 식중독의 원인균

(9) 비브리오( Vibrio )속

• 통성호기성이고 편모를 가지고 있으며 대부분 해수에서 발견

• V. cholera는 인간에게 콜레라를, V. parahaemolyticus는

장염 비브리오 식중독, V. vulnificus는 비브리오 패혈증 일으킴.

(10) 클로스트리듐( Clostridium )속

 그람 양성 간균이며, 내열성 포자 형성

 편성혐기성이며, 편모(flagella)로 운동

 육류, 육류가공품(소시지, 햄 등), 어패류, 채소류, 통조림 등을 부패

 Cl. botulinum이나 Cl. perfringens는 사람에게 식중독을 일으킴

2.4 식품위생의 오염지표 미생물

 분변에 다수 존재하며 병원균과 항상 공존하는 세균을 오염지표균

 오염지표 미생물은 식중독균의 공존 가능성을 시사하며 부패균의 오염 가능성

 대표적 오염 지표균 : 대장균군(Coliform)

대장균(Escherichia coli) 장알균(Enterobacter)

 통성 혐기성균으로 호기적 조건하에서 성장이 빠르고 다른 균과 구별이 가능하다는 특성

(1) 대장균 군(Coliform)

 젖당을 분해하여 산과 가스를 생성하는 호기성 또는 통성혐기성균

 사람이나 동물의 장 속에 존재하는 대장균과 그와 비슷한 균을 통틀어 대장균 군이라 말함.

 분변 유래균인 Escherichia속, Klebsiella속, Citrobacter속 등과, 분변과는 관계없이 토양 이나 식물에서 유래하는 엔테로박터 (Enterobacter)속, 에르위니아(Erwinia)속 등

 식품에서 대장균 군이 검출되었다는 것은 그 식품이 분변에 오염되어 있을 가능성이 큼

 가열처리식품에서 대장균 군이 검출되면 가열 후에 식품이 비위생적으로 취급되었다는 증거

(2) 대장균( Escherichia coli )

 대장균 군 중에서 인축의 분변에서 유래하는 대장균으로

대장균과 분변 그리고 장내 병원균들 사이에는 밀접한 관련이 있음

 식품으로부터 대장균이 검출되면 이는 식품이 분변에 의해 오염되었음을 확실하게 추정

 대장균 군이나 대장균은 가열이나 동결에 저항성이 약하기 때문에 가열식품이나 동결식품에 대장균을 단독으로 지표 미생물로 사용하는 것은 더 큰 문제를 가져올 수도 있음

(3) 장알균( Enterococcus )

 통성 혐기성, 카탈라아제(catalase) 음성

 산소가 필요하지 않으나 산소가 풍부한 환경에서 생존이 가능하고

병원성 없음

 건조, 고온, 냉동 등 환경에 대한 저항력이 대장균 군보다 높아서

냉동식품, 건조식품, 가열 식품 등의 위생검사에는 대장균보다

유용함

 대표적 장알균은 E. faecalis, E. faecium, E. avium 등 3종

대장균군과 알 구균의 비교

2.5 미생물 생육에 영향을 미치는 요인

 식품 자체와 연관된 내인성 인자

• pH

• 수분활성도

• 산화환원전위

• 식품의 물리적 구조

• 자연적 항미생물 존재

 외인성 인자

• 온도

• 습도

• 압력

• 공기조성(이산화탄소, 산소 유무)

• 식품에 존재하는 미생물의 종류와 수 등

(1) 온도

 호냉성균(psycrophiles) : 10∼15℃

 저온균(psychrotrophs) : 1∼20℃

Psedomonas속, Alcaligenes, L. monocytogenes, Yersinia enterocolitica

 중온균(mesophiles) : 25∼37℃ 대부분 미생물

 고온균(thermophiles) : 55∼65℃

Bacillus속, Clostridium속, B. stearothermophilus, C. thermosaccharolyticum균

그림 2-5. 배양온도에 대한 생육 특성

(1) 온도 (계속)

(2) 산소

 호기성균(aerobes)

 통성 혐기성균(facultative anaerobes)

 미 호기성균(microareobes)

 혐기성균(aeaerobes)

 편성 호기성균(obligate aerobes) : Acetobacter속, Pseudomonas 속, Mycrococcus속, Bacillus속, Sarcina속, Acromobacter속,

Flavobacterium속 등

 미 호기성균(microareobes) : Lactobacillus균, Campylobacter속

 편성 혐기성균(obligate aeaerobes) : Clostridium속

 통성 혐기성균(facultative anaerobes) : 대부분 효모와 세균

 내기성 혐기성균(aerotolerlant anaerobes) : Lactobacillus 등 젖산균

(2) 산소(계속)

(3) 수분활성도(Water activity; Aw)

 수분은 미생물이 이용할 수 있는 자유수와 이용할 수 없는 결합수 의 형태로 존재

 미생물은 열역학적 운동이 자유로운 자유수만을 이용

 0(100% 결합수)에서 1(순수한 물)까지의 범위

 수분활성 한계 : 세균이 Aw 0.90, 효모 Aw 0.88, 곰팡이 Aw 0.80

 호염성균(Aw 0.75), 내건성 곰팡이(Aw 0.65), 내 삼투압성효모 (Aw 0.60) 등

 수분함량이 높은 식품에서는 세균이 우선적으로 증식, 수분함량이 낮은 건조식품이나 과일류에서는 곰팡이가 우선적으로 증식

 식품의 저장성을 높이기 위하여 수분을 제거하는 건조나 냉동 또는 당장, 염장 등과 같이 수분활성도를 낮추는 방법이 사용

(3) 수분활성도(Water activity; Aw)(계속)

(4) 수소 이온 농도(pH)

 pH는 용액중의 수소 이온 농도를 표시하는 단위

 세균의 최적 pH는 중성(pH 6.5∼7.2)

 대부분 부패세균과 식중독세균은 pH 4.0 이하나 pH 9.5 이상에서 생육하지 못함

 효모는 pH 4.0∼8.5, 곰팡이는 pH 2.0∼8.5가 생육 범위

 유기산의 저해 기작

(5) 식품의 물리적 구조

 소시지와 햄버거 등은 쉽게 부패

 육류는 표면에만 미생물이 오염되어 있고 조직 내부는

무균상태이기 때문에 표면 살균만 잘하면 부패를 방지할 수 있음

(6) 천연 항 미생물 물질

 과일과 채소의 코마린(coumarin)

 달걀의 리소자임(lysozyme)

 마늘의 알리신(allicin)

 비발효 녹차의 폴리페놀(polyphenol) 등 자연적 항미생물 물질이 식품에 많이 존재

coumarin

요 약

1. 식품에 관여하는 미생물

세균(Bacteria) / 곰팡이(Fungi) / 효모(Yeast) / 바이러스(Virus) / 원생동물(Protozoa)

2. 미생물 증식과 식품의 변질

토양미생물 : Bacillus, Clostridium, Micrococcus, Pseudomonas, Acinetobacter 등 수생미생물 : Aeromonas, Vibrio, Achromobacter, E. coli, Alcaligenes 등

공기중 미생물 : Bacillus 등

분변미생물 : Escherichia, Lactobacillus, Clostridium, Enterobacter 등

3. 식품 품질 및 위생에 관련된 중요한 미생물

바실러스 속, 락토바실러스 속, 마이크로카커스 속, 슈도모나스 속, 대장균 속, 프로테우스 속, 세라티아 속, 황색포도알균 속, 비브리오 속, 클로스트리듐 속 등

4. 식품위생 오염지표 미생물

대장균군(Coliform), 대장균(Escherichia coli), 장알균(Enterococcus)

5. 미생물 생육에 영향을 미치는 요인

: 온도, 산소, 수소이온농도, 식품의 물리적 구조, 천연 항미생물 물질

식품위생학 기 출문제-1

1. 식품 내에 존재하는 미생물에 대한 설명으로 틀린 것은? (가) 가. 곰팡이는 일반적으로 세균보다 먼저 생육한다.

나. 수분활성도가 높은 식품에는 세균이 잘 번식한다.

다. 수분활성도 0.6이하의 식품에서는 거의 모든 미생물의 생육이 저지된다.

라. 당을 함유하는 산성식품에는 유산균이 잘 번식한다.

2. 식품에 오염된 포자를 형성하는 세균을 죽이는데 가장 적합한 방법은 ? (나) 가. 건열멸균 나. 고압증기멸균 다. 저온살균 라. 가스멸균.

3. 미생물의 최저 AW의 한계가 높은 순으로 나열된 것은? (가) (단, 특수세균, 내삼투압성 효모는 제외)

가. 세균 > 효모 > 곰팡이 나. 효모 > 곰팡이 > 세균 다. 곰팡이 > 세균 > 효모 라. 효모 > 세균 > 곰팡이

식품위생학 기출문제-2

4. 식품 내의 수분활성도를 낮추고자 할 때 효과가 가장 작은 방법은? (가) 가. 설탕, 소금 등 용질을 가한다.

나. 친수성 콜로이드를 만든다.

다. 물을 결정화시킨다.

라. PH 값을 떨어뜨린다.

5. 식품 내에 존재하는 미생물에 대한 설명으로 틀린 것은? (나) 가. 곰팡이는 일반적으로 세균보다 먼저 생육한다.

나. 수분활성도가 높은 식품에는 세균이 잘 번식한다.

다. 수분활성도 0.6이하의 식품에서는 거의 모든 미생물의 생육이 저지된다.

라. 당을 함유하는 산성식품에는 유산균이 잘 번식한다.