The Korean Journal of Food and Cookery Science
pISSN 2287-1780 l eISSN 2287-1772 l KOREAN

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Korean Journal of Food & Cookery Science - Vol. 34 , No. 5

[ Article ]
Korean Journal of Food & Cookery Science - Vol. 33, No. 6, pp.609-615
Abbreviation: Korean J Food Cook Sci
ISSN: 2287-1780 (Print) 2287-1772 (Online)
Print publication date 31 Dec 2017
Received 01 Sep 2017 Revised 18 Sep 2017 Accepted 21 Sep 2017
DOI: https://doi.org/10.9724/kfcs.2017.33.6.609

시판 과일 주스에서 대장균과 효모의 생존
김민수 ; 박은진1,
경희대학교 생물학과
1제주대학교 식품생명공학과

Viability of Escherichia coli and Yeast in Fruit Juices
Min-Soo Kim ; Eun-Jin Park1,
Department of Biology, Kyung Hee University, Seoul 02447, Korea
1Department of Food Bioengineering, Jeju National University, Jeju 63243, Korea
Correspondence to : Eun-Jin Park, Department of Food Bioengineering, Jeju National University, 102 Jejudaehak-ro, Jeju-si, Jeju Special Self-Governing Province 63243, Korea Tel: +82-64-754-3612, Fax: +82-64-755-3601, E-mail: ejpark@jejunu.ac.kr


© 2017 Korean Society of Food and Cookery Science
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Abstract
Purpose

This study monitored the growth of microbes contaminated in sterilized fruit juices on the market under two different storage conditions.

Methods

We selected three strains, Escherichia coli ubiquitously found in the environment, a yeast strain isolated from decayed citrus, and Streptococcus mutans causing dental cavities. Three types of fruit juices (citrus, apple and grape) obtained from retail stores were inoculated with the three strains and incubated at 4°C and 20°C for up to 12 weeks. Growth of the strains was monitored every week by culturing on media.

Results

The pH of the fruit juices ranged from pH 3.32 to 3.58. E. coli initially inoculated at 7.23 log CFU/mL disappeared from fruit juices by 3 weeks at 4°C and by 9 weeks at 20°C. The yeast inoculated at 5.7 log CFU/mL was reduced by 1-2 log CFU/mL at 4°C and 20°C for 12 weeks. No growth of S. mutans was observed within 4 days of incubation.

Conclusion

These data suggest that storage at room temperature could be more effective than cold storage for preventing microbial contamination of fruit juices. This study notes that microbial contamination by psychrophilic yeasts rotting citrus fruits could alter food quality during food processing and storage.


Keywords: fruit juice, Escherichia coli, yeast, mandarin juice, storage temperature

Ⅰ. 서 론

과일과 채소는 재배 및 수확하는 과정에서 토양과 관개용수 등의 환경으로부터 미생물이 오염될 가능성이 높다. 세척이 불완전한 자연 상태의 농산물을 섭취하였을 때 건강상의 위해가 많이 발생하는 이유이다. 식품의 가공기술이 발달하면서 원료에 대한 세척과 살균이 충분하게 이루어지고는 있지만 이 과정이 불충분하여 문제가 발생했을 때는 식중독 사고 발생 건수가 증가하고 범위가 넓어진다는 특징이 있다. 또한 대용량의 가공식품을 보관하면서 섭취할 때는 외부 환경 또는 식품과 접촉하는 사람의 손과 타액 등으로부터 미생물이 오염되어 식품의 품질에 영향을 미칠 수 있다. 가공식품은 그 종류에 따라 권장 보관 온도에 차이가 있다. 많은 가공식품의 보관 온도는 15-25°C의 실온이며 식품에 따라 영상 10°C 이하의 냉장보관 또는 영하 18°C 이하에서 냉동보관을 권장한다. 그러나 실온과 일부 냉장 온도에서는 미생물의 생육이 관찰되기 때문에 살균이 불충분한 상태로 출하된 제품을 보관하는 동안 잔존하는 미생물의 증식이 가능하다. 특히 소비가 많은 대용량의 과일 주스의 경우에는 포장되어 소비자에게 판매되기 전까지 실온에서 보관하기 때문에 가공 과정에서 잔존하거나 오염된 미생물이 존재할 때는 저장하는 동안 증식이 가능하다.

시판 과일 주스는 오렌지, 감귤, 사과, 포도, 자몽, 망고, 그리고 매실 등을 재료로 가공한다. 서양에서는 오렌지 주스의 소비가 꾸준히 증가하고 있지만 우리나라에서는 오렌지의 대부분을 수입하는 실정이며, 수입의 90%를 차지하는 미국산 오렌지의 경우 2014년 미국 날씨의 영향으로 수입이 감소하여 국내 오렌지 주스의 생산도 감소하였다(Hong SP 등 2016). 반면에 감귤은 우리나라 제주도 등지에서 재배되고 있으며 감귤 자체로의 소비는 점차 줄어들고 있지만 주스 등 다양한 가공식품으로의 이용은 점차 증가하고 있는 추세이다. 뿐만 아니라 최근에는 다양한 감귤 품종이 개발되어 재배되고 있기 때문에 이에 대한 소비자의 관심과 소비 역시 꾸준히 증가하고 있다(Hong SP 등 2016). 감귤 부패병은 주로 Penicillium 속(genus)이 관여하는데 이 외에도 감귤 외피 성분인 펙틴을 분해하는 효소를 생산하는 효모가 오염되면 감귤에 연화(softening) 현상이 발생한다. 선행 연구에서는 표면에 하얀 막이 형성되며 부패가 발생한 감귤로부터 효모인 Cystofilobasidium capitatum를 분리하였다(Park EJ & Kim SY 2015). 이는 저온 활성 펙틴 분해능(cold-active pectinolytic activity)을 가지는 호냉성 효모(psychrophilic yeast)이며(Tomoyuki N 등 2002), 감귤 외피에 오염되어 있다가 감귤에 연화를 발생시키고 결국 부패를 일으킨다(Park EJ & Kim SY 2015). 이들이 주스 가공 중 제거되지 않고 최종 제품에 남아있다면 가공 공정에서 청징(clarification) 작업이 완료된 감귤 주스에 남아있는 펙틴을 분해하여 품질이 저하되고 부패가 발생하는 원인이 될 수 있다.

과일 주스는 90-98°C에서 10-60초 동안 살균하는 과정을 거치면서 부패 미생물이나 내열성의 펙틴 분해 효소 등이 제거된다(Vervoort L 등 2011). 또한 미생물 관점에서 보면 감귤 주스 등의 주스 가공품은 pH 4.6 이하의 고산성 식품이기 때문에 미생물 생육이 어려운 환경이며, 여기에 살균과정이 추가된다면 과일 주스는 실온에서도 안전한 식품이라고 할 수 있다(Silva FVM & Gibbs P 2004). 병원성 세균은 낮은 pH를 가진 과일 주스에서 낮은 확률로 생존이 가능하며 이후 산성 환경에 적응하게 되면 증식을 하면서 내성이 증가한다(Mazzotta AS 2001). 비살균 과일과 채소 주스는 오염된 미생물에 의한 식중독 발생이 가능하지만 아직까지 살균 과일 주스가 심각한 식중독을 유발하는 Escherichia coli O157:H7이나 Salmonella 속, 그리고 Listeria monocytogenes와 같은 병원성 세균의 운반체 역할을 한다고 판단하지는 않고 있고 이와 관련된 내용이 보고된 바도 없다. 그러나 살균이 불완전한 과일 주스 등에서는 위험 발생 가능성이 항상 존재하기 때문에 US Food and Drug Administration(US FDA)는 과일과 채소 주스를 제조할 때 5 log CFU 이상의 병원성 세균을 감소시킬 수 있는 살균방법을 적용하라는 지침을 관련자들에게 제공하고 있다(Char C 등 2009).

많은 연구자들이 pH, 보존제, 당도, 그리고 저장 온도를 달리한 주스에서의 병원균 생육을 연구하였다(Oyarzábal OA 등 2003, Parish ME 등 2004, Char C 등 2009). L. monocytogenes는 pH 4.1의 토마토 주스에 인위적으로 오염되었을 때 냉장 온도에서 15일 동안 생존하였음이 보고되었고(Beuchat LR & Brackett RE 1991), 과일 샐러드에서는 냉장보관 6일 후에 0.5 log CFU/g 만이 감소하여 냉장 온도와 산성 pH가 생육을 억제하는 영향이 크지 않다는 보고도 있다(Char C 등 2009). 살균 과일 주스는 구입 후 실온에 보관하거나 냉장고에서 보관한다. 대용량의 과일 주스는 여러 차례 섭취하는 과정 중에 사람의 손이나 입 등으로부터 미생물이 오염될 수 있다. 특히 감귤 주스는 감귤 표면에 존재하는 곰팡이와 효모 등이 불완전 살균에 의하여 잔존할 가능성도 존재한다.

따라서 본 연구에서는 시판되고 있는 살균 과일 주스에 인위적으로 미생물을 접종하여 저장기간 동안 그 변화를 관찰하는 미생물학적 모의시험을 수행하였다. 이를 위하여 사람 피부와 환경에 가장 일반적으로 존재하는 E. coli, 충치를 유발하는 Streptococcus mutans, 그리고 감귤 연부현상과 부패를 유발하는 C. capitatum를 각각 감귤 주스와 사과 주스, 그리고 포도 주스에 접종하였다. 인위적으로 미생물에 오염된 주스는 냉장 온도인 4°C와 실온인 20°C에서 각각 저장하면서 2-3일 간격으로 미생물 생균수를 측정하여 저장 온도와 과일 주스의 pH가 미생물 생육에 미치는 영향을 확인하고자 하였다.


Ⅱ. 재료 및 방법
1. 접종 미생물 준비

본 실험에 사용한 균주는 대장균(Escherichia coli, E. coli), 호냉성 효모(psychrophilic yeast)인 Cystofilobasidium capitatum(C. capitatum), 충치를 유발하는 것으로 알려진 Streptococcus mutans(S. mutans)이다. 균주 번호와 배양 조건은 Table 1에 나타내었다. 대장균은 한국생명공학연구원 미생물자원센터(Korean Collection for Type Cultures (KCTC), Daejeon, Korea)로부터, S. mutans는 농촌진흥청 농업유전자원정보센터(Korean Agricultural Culture Collection (KACC), Jeonju, Korea)로부터 분양받아 실험에 사용하였다. 대장균은 KCTC 2223, 2411과 2790을 배양 후 혼합하여 mixture를 만들어 사용하였다. 효모는 본 연구실에서 연부현상이 발생한 감귤로부터 직접 분리한 것으로, C. capitatum와 99% 이상의 상동성(similarity)을 가지는 것으로 확인되었다(Park EJ & Kim SY 2015). 분양 받은 균주는 각각의 액체배지에서 계대배양 후 배양액을 80% glycerol(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) 용액과 1:1로 혼합하여 -18°C에서 보관하면서 실험에 사용하였다. 보관된 균주는 실험 시작 전에 액체배지에 접종하여 각각 최적 배양 조건에서 2회 계대배양 후 실험에 사용하였다.

Table 1. 
List of tested microorganisms and optimal growth conditions
Strain Reference No. Culture medium Growth temperature
    Gram negative bacteria
    Escherichia coli mixture
KCTC1) 2223, 2441, 2790 TSA3)/TSB4) 30°C
    Gram positive bacteria
    Streptococcus mutans
KACC2) 16833 TSA + 0.30% YE5)
TSB + 0.30% YE
30°C
    Yeast
    Cystofilobasidium capitatum
Isolate YMA6)/YMB7) 15°C
1) KCTC: Korea collection for type cultures (Daejon, Korea).
2) KACC: Korean agricultural culture collection (Jeonju, Korea).
3) TSA: trypic soy agar (Difco, Becton Dickinson, Sparks, MD, USA).
4) TSB: trypic soy broth (Difco).
5) YE: yeast extract (Difco).
6) YMA: yeast mold agar (Difco).
7) YMB: yeast mold broth (Difco)

2. 과일 주스 시료

본 실험에 사용된 과일 주스는 감귤 주스, 포도 주스와 사과 주스이다. 감귤 주스는 3가지로 모두 제주산 감귤을 재료로 제조된 것이다. 대장균과 효모 생존 확인을 위해 사용된 감귤 주스는 A(Minute Maid, The Coca-Cola Company, Yangsan, Korea), B(Sunkist, Haitai HTB. Co., Ltd., Seoul, Korea)와 C(Jayeoneun, Woongjin Foods Co., Ltd., Seoul, Korea)이다. 대장균의 생존 실험에는 추가적으로 포도 주스(Delmonte grape 100, Lotte Chilsung Beverage Co., Ltd., Seoul, Korea)와 사과 주스(Gwailchon achime apple, Haitai HTB. Co., Ltd.)가 사용되었다. S. mutans는 감귤 주스 B에 접종하여 배양하였다.

3. 과일 주스에 미생물 접종

과일 주스에 미생물을 접종하기 전에 실험에 사용된 모든 시료를 tryptic soy agar(TSA, Difco, Becton Dickinson, Sparks, MD, USA)와 Yeast Mold Agar(YMA, Difco)에 배양하여 미생물이 존재하지 않음을 확인하였다. 각각 최적배양 조건(Table 1)에서 배양한 균주는 4°C를 유지하면서 16,000 ×g로 10분 동안 원심 분리하였다. 이후 멸균된 0.1% buffered peptone water(BPW, Difco)를 이용하여 재현탁 후 같은 조건에서 원심분리 하는 과정을 2회 반복하였다. 세척 후 침전된 균체는 0.1% BPW로 재현탁하여 각각의 주스 시료 40 mL에 생균수를 105-107 CFU/mL가 되도록 접종하였다. 시료는 각각 3개 이상 제조하였다.

4. 증류수와 액체배지

과일 주스에서의 미생물 생육을 비교하기 위한 대조 시료로 증류수(distilled water)와 배양 액체배지를 준비하였다. 배양 액체배지는 Table 1에 제시되어 있다. 증류수와 액체배지에서 배양하는 미생물은 5-8주 동안 1주일 간격으로 생균수를 분석하였다.

5. 시료의 저장 조건

각각의 미생물을 접종한 과일 주스, 증류수, 액체배지는 4°C와 20°C에 저장하였다. 4°C는 냉장보관 온도이고, 20°C는 실온이다. 살균 후 판매되는 과일 주스는 냉장고 또는 실온에 보관하기 때문에 두 가지 온도에서 미생물 생육을 확인하고자 선택하였다. 시료는 12주 동안 보관하면서 1주일마다(S. mutans는 2일마다) 채취하여 실험하였으며, 저장 기간 동안 미생물 생육이 더 이상 관찰되지 않은 시료는 확인 후 실험을 중단하였다.

6. 시료의 미생물 계수

시료는 보관된 항온기(BF-150BSC, BioFree, Seoul, Korea)로부터 무균상(BF-150LTI, BioFree)으로 옮기고 시료가 담긴 용기를 충분히 흔들어서 내부를 균일하게 한 후에 0.1 mL를 채취하여 0.1% BPW로 십진 희석하였다. 적절한 희석배수를 선택하여 Table 1에 제시된 각각의 배양 고체배지에 접종하여 배양하였다. 대장균은 30°C에서 1-2일, 효모는 15°C에서 5일 이상, S. mutans는 30°C에서 2-3일 배양 후 생성된 각각의 전형적인 colony를 계수하였다. 생균수는 log CFU/mL로 나타내었다.

7. 시료의 pH 측정

미생물을 접종하여 배양한 과일 주스의 pH는 발효 전과 후에 각각 측정하였다. pH는 pH meter(Docu-PH, Sartorius, Goettingen, Germany)를 사용하여 측정하였다. 시료의 pH는 미생물 접종 전, 접종 후 2주, 4주, 그리고 8주에 각각 측정하였다.

8. 통계처리

실험 결과는 GraphPad Prism(Windows 용 ver. 5.0, Graph-Pad Software, La Jolla, CA, USA)의 one-way ANOVA와 Tukey posthoc test을 통하여 평균값의 유의차(p<0.05)를 확인하였다.


Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 과일 주스의 성분 및 저장 중 pH 변화

본 실험에 사용된 과일 주스에 표기된 영양성분과 pH 측정 결과는 Table 2에 나타내었다. 감귤 주스 3종, 포도 주스와 사과 주스는 모두 농축 과일즙을 이용하여 제조한 것으로 과즙으로 환원했을 때 감귤 주스와 사과 주스는 50%, 포도 주스는 100%였다. 모든 영양소는 1회 섭취 분량인 200 mL를 기준으로 나타내었다. 전체적으로 열량과 탄수화물 함량은 비슷한 수준이었다. 단백질과 지방, 콜레스테롤은 모든 주스에서 함유량이 0으로 표시되었다. 영양성분 중 시료 간 차이가 큰 성분은 나트륨이었다. 감귤 주스 B가 7 mg으로 가장 낮은 함유량을 나타내었고 사과 주스와 포도 주스는 각각 20 mg과 25 mg의 나트륨 함유량을 나타내었다. 과일 주스의 pH는 3.32-3.58 범위를 나타내었다. 포도 주스가 3.32로 가장 낮았고, 감귤 주스 C가 3.36, 감귤 주스 B가 3.43, 사과 주스가 3.57, 그리고 감귤 주스 A가 3.58이었다. 시료의 pH는 저장 2, 4, 그리고 8주에 각각 측정하였으나 변화 정도가 ±0.02 수준으로 유의적인 차이는 확인할 수 없었다(p>0.05)(Data not shown). 본 실험에 사용된 과일 주스의 pH는 3.6 이하로 다른 과일 주스와 같이 고산성을 나타내었으며(Silva FVM & Gibbs P 2004), 본 연구에는 사용되지 않았지만 매실 주스의 pH는 2.8 정도로 산도가 더 높다(Kim MR 등 2008).

Table 2. 
Nutritional composition and pH of fruit juices used in this study
Composition Mandarin A Mandarin B Mandarin C Apple Grape
1 Serving (mL) 200 200 200 250(200) 200
Fruit juice (%) 50 50 50 50(40) 100
Calorie (kcal) 92 95 92 112(90) 95
Carbohydrate (g) 23 23 23 28(22) 23
Sugar (g) 23 21 19 25(20) 21
Protein (g) 0 0 0 0 0
Fat (g) 0 0 0 0 0
Saturated (g) 0 0 0 0 0
Trans (g) 0 0 0 0 0
Cholesterol (mg) 0 0 0 0 0
Sodium (mg) 12 7 10 20 25
pH 3.58 3.43 3.36 3.57 3.32

2. 과일 주스 저장 중 대장균의 생존

시판 멸균 과일 주스에 접종한 대장균은 4°C와 20°C에서 그 생존 양상에서 차이를 확인할 수 있었다(Fig. 1, Fig. 2). 주스 종류에 따른 차이는 있었지만 초기 7.23 log CFU/mL 접종한 대장균은 전체적으로 20°C에서는 3주 이후에, 4°C에서는 9주 경과 후 검출되지 않았다. 증류수에 접종한 대장균은 20°C에서 5주 동안 큰 변화가 없었고, 4°C에서는 5주 후 서서히 감소하여 실험이 완료된 9주까지 계속 감소하였다. 반면에 TSB에 접종한 대장균은 4°C와 20°C에서 모두 증식이 확인되었으며, 20°C에서 그 생균수의 증가 폭이 더 크게 나타났다. 4°C와 20°C에서 모두 사과 주스에서 대장균 사멸이 가장 빠르게 확인되었으며 20°C에서는 감귤 주스 A와 마찬가지로 2주 만에, 4°C에서는 주스시료 중 가장 먼저 4주 만에 대장균이 모두 사멸하였다. 20°C에서는 3주 만에 모든 시료에서 대장균이 사멸하였지만 4°C에서는 생균수가 서서히 감소하다가 감귤 주스 A는 6주, 포도 주스는 7주, 감귤 주스 C는 8주, 그리고 감귤 주스 B에서는 9주 만에 대장균이 모두 사멸하였다. 대장균은 생육 최적 온도가 37°C이지만 4°C 냉장 온도에서도 서서히 증식하는 것으로 확인하였다(Fig. 1). 증식이 확인된 TSB 배지, 영양성분이 없는 조건임에도 생균수의 큰 감소가 확인되지 않은 증류수에서의 대장균과는 달리 모든 과일 주스에서는 대장균 증식은 불가하고 뚜렷하게 사멸하는 것으로 확인되었다. 당류와 비타민 등이 함유된 주스에서 대장균 생육이 어렵다는 것은 앞에서도 언급한 바와 같이 과일 주스의 낮은 pH 때문인 것으로 추측된다. 그러나 젖산균과 같이 낮은 pH에서도 생육이 활발한 미생물은 과일 주스의 pH 영향을 적게 받는다. Lactobacillus reuteri를 사과, 파인애플과 오렌지 주스 접종한 후 저장하면서 1 log CFU/mL의 감소에 걸리는 시간을 조사한 결과 4°C에서는 36-53일, 37°C에서는 7-9일 걸리는 것으로 확인되었다(Perricone M 등 2014). 또한 이 결과는 4°C보다 37°C에서 미생물 사멸이 빠르게 일어났음을 보여준다. 본 연구에서는 1 log CFU/mL 감소하는데 4°C에서는 7-14일, 20°C에서는 7일 이내가 소요되어 온도 변화에 따른 양상이 비슷함을 확인하였다(Perricone M 등 2014). 본 연구에서는 사과 주스에서 대장균 사멸이 더 빠르게 일어났지만 감귤 주스 C의 경우에는 상대적으로 2배 이상의 기간 동안 대장균이 생존하였다. 이는 과일 주스 종류가 대장균 생육에 영향을 준다는 것인데, Perricone M 등(2014)의 연구에서 레드오렌지와 석류 과일 주스에 L. reuteri를 접종하여 저장하였을 때 4°C에서는 0.47일 만에 1 log CFU/mL 감소하여 사과, 파인애플, 오렌지 주스보다 훨씬 빠른 감소를 확인하였으며 본 연구와 마찬가지로 과일 주스 종류에 따라 미생물 생존에 차이가 있음을 알 수 있었다. Salmonella Typhimurium과 L. monocytogenes를 접종한 감귤 주스와 매실 주스를 4°C에서 2주 동안 보관하면서 그 생균수 변화를 관찰한 연구에서는 두 균주 모두 감귤 주스에서는 저장 2주 후 1-1.5 log CFU/mL의 감소를 확인하여 본 연구 결과와 유사하였다(Kim MR 등 2008). 그러나 매실 주스에서는 저장 2주 후에 두 균주 모두 사멸하여 pH가 감귤 주스보다 낮은 2.8의 매실 주스가 미생물 사멸에 영향을 준 것이라 판단된다. 따라서 이는 pH가 낮은 식품일수록 미생물이 생육하기 어렵다는 것을 다시 한 번 확인한 결과이다. 그러나 비산성 식품에서도 오염된 미생물의 생육이 저장온도에 의해 영향을 받는다는 결과도 있다. 땅콩버터에 Salmonella tennessee를 접종한 후 4°C 냉장온도와 22°C 실온에서 2주 동안 보관하면서 생균수 변화를 관찰한 결과, 2주 동안 생균수 변화가 거의 없는 4°C 보관 시료와는 달리 22°C 보관 시료에서는 유의적인 생균수 감소를 확인하였다(Park EJ 등 2008). 이와 같은 연구결과를 실생활에 적용하여 보면 대용량의 과일 주스를 여러 차례 나눠 먹는 과정에서 대장균 등이 오염되었을 때는 미생물 관점에서만 보면 냉장고에 보관하는 것보다 실온에 보관하는 것이 오염 미생물 제거에 효과적인 환경이라는 것이다. 그러나 산성 pH가 아닌 제품에는 적용이 어려우며, 주스의 관능적 특성의 관점에서 보면 저장 온도 상승이 부정적인 영향을 주기 때문에 4°C에서 보관하는 것을 권장한다(Lee WC 등 2007).


Fig. 1. 
Viability of Escherichia coli mixture in juice during storage at 4oC.


Fig. 2. 
Viability of Escherichia coli mixture in juice during storage at 20oC.

3. 감귤 주스 저장 중 효모의 생존

연부현상이 발생하여 부패한 감귤로부터 분리한 내냉성 효모인 C. capitatum를 3종류의 감귤 주스에 접종한 후 4°C와 20°C에서 저장하면서 1주일 간격으로 그 생균수를 측정한 결과는 Fig. 3에 나타내었다. 접종된 생균수는 5.7 log CFU/mL이며, 저장 1주일 후 감귤 주스에서 효모는 1.13-1.4 log CFU/mL 감소하여 4.3-4.57 log CFU/mL의 생균수를 나타내었다. 4°C에서는 실험이 완료된 12주까지 유의적인 감소 없이 4.11-4.39 log CFU/mL 수준을 유지하였다. 반면에 20°C에서는 4주까지는 큰 변화가 관찰되지 않았지만 이후 서서히 감소하다가 10주가 지나면서 그 감소의 폭이 크게 나타났다. 따라서 앞서 설명한 대장균과 마찬가지로 효모 생균수는 4°C보다 20°C에서 상대적으로 감소가 크게 관찰되었다. 그러나 저장 12주 이후에도 4°C 시료는 4.17-4.35 log CFU/mL를, 20°C 시료는 3.05-3.53 log CFU/mL를 나타내어 3주와 9주 만에 대장균이 전부 사멸한 앞의 결과와는 차이가 있었다. 효모 역시 배양 액체배지인 YMB와 증류수에 접종하여 감귤 주스와 같은 온도에서 저장하였다. 그 결과 YM 배지에 접종한 효모는 배양 최적온도(15°C)와 유사한 20°C에서 서서히 증식하였지만 4°C에서는 증식을 확인할 수 없었다. 증류수에서도 마찬가지로 실험이 완료된 5주까지 생균수가 서서히 감소하는 것을 확인하였지만 감귤 주스보다 그 감소의 폭은 미미하였다. 따라서 본 연구에서 사용한 효모는 감귤 주스에서 대장균과 마찬가지로 증식은 불가하지만 더 오랜 시간 동안 생존은 가능하여 낮은 pH의 환경이 대장균만큼 생존에 크게 영향을 미치지는 않는 것으로 판단된다. 효모의 생육 최적 pH는 4.5 정도로 7 근처인 세균 보다 낮기 때문에 이와 같은 결과가 나타난 것으로 사료된다. 과일 주스에 함유된 산은 대부분 유기산이다. 유기산은 낮은 pH 환경을 만들 뿐만 아니라 수분활성을 낮추는 역할 때문에 미생물 생육이 어렵다(Kim DH & Hahn YS 2003). 또한 세포 내로 침투하여 세포 내 pH 변화와 효소 활성 저해 등의 작용을 나타낸다. 같은 미생물이어도 유기산 종류마다 그 억제 효과에 차이가 있고, 같은 유기산이어도 미생물마다 차이가 나타나는 이유는 세포 구조 차이와 유기산의 세포 내 침투 정도 차이에 기인하는 것으로 판단된다(Young KM & Foegeding PM 1993). 이와 같은 이유로 본 연구에서도 과일 주스의 유기산이 세균과 효모에 미치는 영향에 차이가 있는 것으로 사료된다. 본 연구에서 20°C에서 미생물 사멸 효과가 크게 나타난 것은 생육이 거의 정지된 상태인 4°C보다는 미생물 생장이 미미하게 일어나는 20°C에서의 세포들이 더 민감하게 반응하기 때문인 것으로 추측된다. 따라서 감귤 표면에 오염되어 연부현상을 유발하는 내냉성 효모가 불완전 가열로 가공된 감귤 주스에 잔존한다면 4°C와 20°C에서 모두 12주 이상 생존이 가능하기 때문에 지속적으로 감귤 주스 내 펙틴을 분해하는 등의 품질 변화를 가져올 것으로 추측된다.


Fig. 3. 
Viability of Cystofilobasidium capitatum in mandarin juice during storage at 4 and 20oC.

4. 감귤 주스 저장 중 S. mutans의 생존

충치를 유발하는 것으로 알려진 S. mutans를 감귤 주스 B에 접종하여 그 생존을 확인하여 그 결과를 Fig. 4에 나타내었다. 4°C와 20°C에서 저장 2일 후 각각 5와 6.5 log CFU/mL 감소하였으며 4일 후에는 전부 사멸하는 것으로 확인되었다. 대장균과 효모의 결과와 마찬가지로 20°C보다 4°C에서 그 사멸 속도가 늦게 나타났지만 대장균보다 그 사멸 속도가 빨랐다. S. mutans의 생육이 같은 세균인 대장균보다 주스의 낮은 pH에 더 크게 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다. 이는 세포벽 구조와 생육특성 등 다양한 환경 요인에 의한 차이일 수도 있으며, 주스에 함유된 어떠한 요소들이 대장균과 효모보다 S. mutans의 성장을 억제하는데 더 효과적이었을 가능성도 제시할 수 있을 것이다. 따라서 추후에는 환경에 따른 미생물 생육 차이에 관한 보다 심도 있는 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.


Fig. 4. 
Viability of Streptococcus mutans in mandarin juice during storage at 4 and 20oC.


Ⅳ. 요약 및 결론

본 연구에서는 시판 살균 과일 주스에 오염된 미생물의 저장 중 생육을 확인하기 위하여 미생물학적 모의실험을 수행하였다. 환경에 가장 많이 존재하는 대장균과 연부현상이 발생하여 부패한 감귤로부터 분리한 효모, 충치 원인균인 Streptococcus mutans를 과일 주스에 접종한 후 냉장 온도인 4°C와 실온인 20°C에서 12주까지 저장하면서 생균수 변화를 관찰하였다. 실험에 사용된 감귤, 사과, 그리고 포도 주스의 pH는 3.32-3.58 범위를 나타내었다. 초기 7.23 log CFU/mL 접종한 대장균은 4°C에서 3주 만에, 20°C에서는 9주 만에 모두 사멸하였다. 감귤 주스에 5.7 log CFU/mL 접종한 효모는 4°C와 20°C에서 모두 12주 동안 1-2 log CFU/mL 정도만 서서히 감소하였다. 충치 원인균은 S. mutans는 두 온도에서 모두 4일 만에 모두 사멸하였다. 실생활에서 대용량 과일 주스를 여러 차례 나눠서 섭취하는 과정에서 냉장고에 보관하거나 실온에 보관한다. 본 연구 결과를 바탕으로 과일 주스에 대장균 등이 오염되었을 때는 냉장 보관 온도보다 20°C 전후인 실온에 보관하는 것이 미생물 감소에 효과가 있을 것으로 판단된다. 또한 감귤 껍질에 오염된 내냉성 효모가 주스로 오염되었을 때는 냉장 온도와 실온에서 모두 12주 이상의 시간 동안 생존이 가능함을 확인하였다. 따라서 효모에 오염된 감귤 주스는 저장 중 효모에 의한 식이섬유 분해 등의 품질 변화가 발생할 수 있음을 추측할 수 있다. 현재 시판되는 과일 주스는 그 종류가 다양하므로 추후 더 다양한 과일 주스와 오염 가능한 미생물을 연구하여 이들의 주스 저장 중 생존 가능성에 관한 폭넓은 연구가 추가되어야 할 것으로 판단된다.


Conflict of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.


Acknowledgments

This research was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Science, ICT & Future Planning (NRF-2014R1A1A1003104). This work was supported by grants from the Basic Science Research Program (2015R1D1A4A01019807) funded by the Ministry of Education.


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