후춧가루의 위생화를 위한 감마선, 전자선 및 X-선 조사 효과 비교

본 실험에 사용된 후춧가루는 2013년 생산/가공된 것으 로 전라북도 정읍 소재 지역 마트에서 구매하여 사용하였 다. 구입한 시료는 100 g씩 0.1 mm 두께의 포장지 (aluminium-laminated low-density polyethylene, Sunkyung Co., Seoul, Korea)에 담아 진공포장 후 방사선을 조사하였 다.

시료의 감마선 조사는 11.1 PBq, Co-60 감마선 조사시설 (IR-221 gamma irradiator, MDS Nordion, Canada)을 이용하 여 실온(20±2℃)에서 시간당 10 kGy의 선량률로 흡수선량 이 각각 2, 4, 6, 8 및 10 kGy가 되도록 조사하였으며 흡수선 량의 확인은 방사선 선량계(Ceric cerous dosimeter, Bruker Instruments, Rheinstetten, Germany)를 사용하여 총 흡수선 량의 오차를 계산하였다. Dosimeter 시스템은 국제 원자력 기구(IAEA)의 규격에 준용하여 표준화한 후 사용하였으며, 총 흡수선량의 오차는 ±2% 이내였다. 시료의 전자선 조사 는 LINAC Electron Accelerator(ELV-8, 10 MeV, Eb-Tech, Daejeon, Korea)를 이용하여 총 흡수선량이 2, 4, 6, 8 및 10 kGy가 되도록 조사하였다. 시료의 X-선 조사는 LINAC Electron Accelerator(ELV-8, 7.5 MeV, Eb-Tech, Daejon, Korea)에 X-선 컨버터를 부착하여 총 흡수선량이 2, 4, 6, 8 및 10 kGy가 되도록 조사하였다. 전자선과 X-선의 흡수선 량 확인은 cellulose triacetate dosimeter system을 이용하여 확인하였다.

시료의 미생물을 분석하기 위해 후춧가루와 시료무게의 10배에 해당하는 멸균 Nutrient Broth(0.8%, Difco Co., Detroit, MI, USA)를 멸균 bag에 넣고, stomacer lab blender(Mark II Lab Blender, Tekmar Teledyne Technologies Inc., Mason, OH, USA)에서 1분간 균질화 하였다. 각 미생물 군의 선택배지 배양온도 및 측정은 다음과 같다. 총균수는 PCA배지(Plate Count Agar, Difco Co.)를 사용하여 35℃, 48시간 배양 후 30～300개의 집락을 형성한 배지만 선택하 여 계수하였다. 곰팡이 및 효모는 PDA배지(Potato Dextrose Agar, Difco Co.)를 사용하여 25℃, 48～72시간 배양 후 계수 하였다. 대장균군은 EMB배지(Eosin methylene blue agar, Difco Co.)를 사용하여 35℃, 48시간 배양 후 계수하였다. 시료 1 g당 colony forming unit(CFU)로 나타냈으며, 총균수, 곰팡이 및 효모의 검출을 위한 최소 한계치는 1 log CFU/g 이었다.

시료의 색도 변화를 관찰하기 위해 시료 10 g을 지름 50 mm의 투명 용기에 넣은 후 color/color differencemeter (CM-3500d, Minolta Co., Ltd. Osaka, Japan)를 이용하여 명 도(lightness, L-value), 적색도(redness, a-value) 및 황색도 (yellowness, b-value)를 측정하였다. 이 때 표준색은 L-value 90.5, a-value 0.4 및 b-value 11.0인 calibration plate를 표준으 로 사용하였다.

방사선 조사된 후춧가루의 관능적 품질을 평가하기 위한 panel은 미리 훈련된 10인을 대상으로 하였다. 나이․성별 등을 기록하고 각 시료는 물컵, 시료를 뱉는 컵, 정수기에서 받은 물을 시료 사이에 제공하였으며, 검사 중의 영향을 최소화하기 위해 total session은 15～20분으로 정하였다. 이때의 평가항목은 외관(Appearance), 향(Flavor), 종합적인 기호도(Overall acceptability) 및 이취(Off-flavor)에 대한 강 도를 7점 척도법으로 평가하였다(13,15). 이때 매우 좋아한 다(강하다) : 7점, 좋지도 싫지도 않다 : 4점, 매우 싫어한다 (약하다) : 1점이었다.

이상의 실험에서 얻어진 결과는 Statistical Package for Social Sciences(SPSS, Inc., Ver 10.0, Chicago, IL, USA) (16) 를 이용하여 One Way ANOVA 분석을 하였으며, 시료간의 유의성은 Duncan's multiple range test로 p<0.05 수준에서 비교하였다

후춧가루에 감마선, 전자선 및 X-선을 각각 조사한 후 일반호기성미생물, 곰팡이/효모 및 대장균군의 변화와 일 반호기성 미생물의 D10 value 변화 측정 결과를 Table 1,2에 나타내었다. 후춧가루 분말에는 Table 1과 같이 미생물의 혼입도가 6.5 log CFU/g 수준이었다. 위생지표 미생물인 대장균군의 경우 검출한계( < 1 log CFU/g)이하로 나타났으 며 곰팡이/효모 역시 검출한계 이하인 것으로 확인되어 본 실험에 사용된 후춧가루는 매우 위생적으로 제조되어 판매 되는 것으로 판단하였다. 감마선, 전자선 및 X-선의 각 선종 에 따른 일반호기성미생물의 살균 효과를 확인한 결과, 선 종에 관계없이 흡수선량이 증가할수록 미생물 감균 효과가 증가하는 것으로 확인되었다. 즉, 감마선의 경우 초기 6.5 log CFU/g에서 10 kGy로 조사할 경우 1 log CFU/g으로 전자선의 경우 2 log CFU/g으로 X-선의 경우 2.6 log CFU/g 각각 감균 효과가 나타나 전자선과 X-선에 비해 감마선의 감균 효과가 다소 효과적인 것을 확인할 수 있었다. 일반적 으로 식품에 감마선 및 전자선을 조사할 경우 미생물 세포 내 에너지가 증가하여 세포의 항상성 불균형이 발생하게 되어 DNA repair 반응을 방해하여 미생물의 사멸을 일으키 게 된다고 보고하였다(17). 또한 Calenberg 등(18)의 연구에 서 건조향신료에 존재하는 미생물이 5 kGy에서 2 log CFU/g 정도 감소한 실험결과와 비교할 때 비슷한 감균 효과 를 보인 것으로 판단하였다. 통후추에 전자선 조사한 Ko 등(2)의 연구에서도 6 kGy 수준에서 약 2 log CFU/g 감균 효과를 보여 본 실험 결과와 유사하였다. 후춧가루의 위생화를 위해 X-선을 적용한 연구는 없지만 본 연구결과 에서는 감마선 및 전자선과 유사한 미생물 감균 효과를 보여 상업적 이용가능성이 있는 것으로 판단하였다. 일반 호기성 미생물 생존 수를 곡선으로 나타내어 미생물 수가 1 log CFU/g 감소하는 수치를 감마선, 전자선 및 X-선 선종 에 따라 방사선 감수성(D10 value)을 평가한 결과 감마선 (2.24 kGy), 전자선(2.37 kGy) 및 X-선(2.75 kGy)으로 각각 확인되었고(Table 2) 선종별 유의적 차이가 없는 것으로 나타났다. 미생물의 방사선감수성은 미생물의 종류, 농도, 매개체의 화학적 조성과 물리적 상태, 조사 시의 환경과 조사 후 저장조건 등에 따라 달라지는데(19) 선종에 따라 2.24～2.75 kGy 범위를 보여 다소 다른 값을 보이는 것으로 판단하였다.

이상의 결과를 종합하여 볼 때 후춧가루에 오염된 미생 물을 위생화 하는데 감마선, 전자선 및 X-선 선종에 관계없 이 유사한 효과가 있는 것으로 판단하였으며, 이상의 결과 는 X-선의 상업적 이용 가능성을 제시할 수 있는 기초자료 로 활용될 수 있을 것으로 사료되었다.

후춧가루에 감마선, 전자선 및 X-선을 조사한 후 시료의 색도를 color/color difference meter로 측정한 Hunter’s color value 측정 결과를 Table 3에 나타내었다. 후춧가루에 감마 선, 전자선 및 X-선을 각각 10 kGy 수준으로 조사하여도 방사선 조사에 따른 색도의 변화가 거의 없는 것으로 나타 났다. Lee 등(20)의 연구결과에서도 후춧가루의 미생물학 적 품질 개선이 가능한 10 kGy 수준으로 전자선을 조사하여 도 본 연구 결과와 같이 명도(lightness), 적색도(redness) 및 황색도(yellowness)에 있어서 유의적 차이가 없다고 보 고하였다. 또한 Jaczynski 등(21)역시 가열 및 전자선 조사에 다라 후춧가루의 색변화가 거의 없다고 보고된 바 있다. 일반적으로 가열처리나 고선량 감마선 조사는 식품고유의 색소에 영향이 미치는 것으로 알려져 있으나 후춧가루의 경우 감마선, 전자선 및 X-선을 10 kGy 수준으로 조사하여 도 고유의 색 품질에 영향이 없는 것으로 판단하였다.

이상의 결과를 종합하여 볼 때 방사선 선종에 따른 후춧 가루의 색 품질변화는 없는 것으로 사료되었으며, 감마선 및 전자선과 같이 X-선의 상업적 이용이 가능할 것으로 판단되었다.

후춧가루에 감마선, 전자선 및 X-선을 조사한 후 시료의 관능적 품질변화 결과를 Table 4에 나타내었다. 외관가 없는 것으로 나타났다. 풍미(flavor)와 전체적 기호도 (overall acceptance)의 경우 방사선 선종에 관계없이 흡수선 (appearance)의 경우 방사선 선종 및 흡수선량에 따른 차이 량이 증가할수록 관능점수가 낮아지는 것으로 나타났다. 즉, 풍미의 경우 대조구 5.6 점수에서 10 kGy 수준으로 감마선, 전자선 및 X-선을 조사할 때 각각 4.8, 4.5 및 4.8 점수로 낮아 졌으며, 전체적기호도 역시 대조구 6.0 점수에 서 감마선, 전자선 및 X-선을 조사할 때 각각 4.8 수준으로 낮아지는 것으로 나타났다. 이취(off-flavor) 강도 역시 선종 에 관계없이 흡수선량에 따라 품질이 다소 저하되는 것으로 나타났다. 현재까지 후춧가루에 X-선을 조사하여 관능적 품질에 관한 연구는 보고되지 않았지만, 감마선 및 전자선 을 조사한 경우와 관능적 품질 저하 정도가 비슷한 경향을 보여 건조분말 제품에 X-선을 조사한 후 품질개선 연구 역시 병용처리 방법으로 개선이 가능한 것을 암시하였다. 즉, 일반적으로 식품에 일정한 선량 이상으로 감마선 및 전자선을 조사할 경우 식품의 관능적 품질을 저하시킬 수 있으며, 이러한 현상은 방사선 조사선량이 증가할수록 더 욱 커지는 것으로 보고되고 있다(22). 방사선 조사에 의한 품질저하의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 진공 또는 가스치환포장, 냉동온도에서의 방사선조사, Vitamin C와 같은 항산화제의 병용처리 등이 효과적인 것으로 보고되고 있다(23,24). 따라서 X-선의 상업적 이용을 위해 감마선 및 전자선의 품질개선 방법이 적용될 수 있을 것으로 사료되 었다.

이상의 결과를 종합하여 볼 때 후춧가루에 감마선, 전자 선 및 X-선을 조사 할 때 선종에 관계없이 흡수선량에 따른 품질저하가 발생되는 것으로 판단되었으며, X-선의 상업적 이용을 위해 여러 식품가공 병용처리를 통해 품질을 개선할 수 있을 것으로 판단하였다.