Antimicrobial Effects of Chlorine Dioxide Gas on Pathogenic Escherichia coli and Salmonella spp. Colonizing on Strawberries for Export

수출 딸기 중 이산화염소 가스 처리를 통한 병원성 Escherichia coli와 Salmonella spp. 저감화 효과

이효섭1 ·심원보2 ·안현미3 ·하지형4 ·이은선3 ·김원일3 ·김황용5 ·김세리3 * 1 국립농업과학원 농산물안전성부 화학물질안전과, 2 경상대학교 식품공학과 3 국립농업과학원 농산물안전성부 유해생물팀, 4 세계김치연구소 위생안전성분석센터 5 농촌진흥청 기술협력국 국외농업기술과 Hyo-Sub Lee1 , Won-Bo Shim2 , Hyun Mi An3 , Ji-Hyoung Ha4 , Eun-Seon Lee3 , Won-Il Kim3 , Hwang-Yong Kim5 , and Se-Ri Kim3 * 1 Chemical Safety Division, Agro-Food Safety and Crop Protection Department, National Institute of Agricultural Sciences (NAS), Rural Development Administration (RDA), Wanju 55365, Republic of Korea 2 Department of Food Science and Technology, Gyeongsang National University, Jinju 52828, Republic of Korea 3 Microbial Safety Team, Agro-Food Safety and Crop Protection Department, National Institute of Agricultural Sciences (NAS), Rural Development Administration (RDA), Wanju 55365, Republic of Korea 4 Hygienic Safety and Analysis Center, World Institute of Kimchi, Gwangju 61755, Republic of Korea 5 Division for Korea Program on International Agriculture, Technology Cooperation Bureau, RDA, Jeonju 54875, Republic of Korea (Received June 28, 2016/Revised July 16, 2016/Accepted September 24, 2016)

ABSTRACT - The purpose of this study was to determine the antimicrobial effects of ClO2 gas on pathogenic E. coli and Salmonella spp. colonizing on the fruit surface of strawberries for export. Factorial design was employed to treat strawberries inoculated with pathogenic E. coli or Salmonella spp. with a combination of ClO2 gas concentrations (10, 20, 30, 40, and 50 ppmv), RH (50, 70, and 90%), and treatment time (0, 5, 10, 20, and 30 min). Interaction between the factors was observed to note that the reduced levels of microbial population were the highest when RH is set at 90% with gas concentration- and treatment time-dependent manner. With RH and gas concentration fixed at 90% and 50 ppmv, the populations of E. coli and Salmonella spp. decreased by 2.07 and 2.28 log CFU/g when treated for 20 min whereas population reduction by 0.5 and 0.7 log CFU/g were observed when treated for 5 min, respectively. The results help establish most effective conditions for ClO2 gas treatment to enhance microbial safety of strawberries for export.

딸기는 장미과에 속하는 다년생 과채류로서 미네랄, 비 타민 C가 풍부하고, 맛과 향이 좋아서 전 세계적으로 인 기가 있다1-4). 특히 최근 들어 딸기는 내수용뿐만 아니라 싱가포르, 홍콩, 말레이시아 등 동남아시아 지역으로 수출 되는 수출용 딸기의 재배도 활발히 이루어지고 있으며 수 출액도 꾸준히 증가하고 있다5).

그러나 최근 들어 농산물에 의한 식중독사고가 발생하 면서 세계 각국은 자국의 농산물뿐만 아니라 수입농산물 에 대해서도 안전관리를 강화하고 있는 추세이다6-8). 미국 에서는 식품사고를 예방하기 위하여 2010년 12월 미국 식 품 현대화법을 제정하였고 식품안전현대화법의 실행을 위 하여 FDA가 제안한 다섯 가지 규칙 중의 하나가 농산물 안전기준이다9). 미국의 농산물안전기준은 생물학적 위해 요소가 신선 과일과 채소에 유입되는 것을 예방하기 위하 여 미생물 오염 5대 경로 ① 농업용수, ② 가축분뇨를 이 용한 생물학적 토양 개량제, ③ 작업자의 건강과 개인위 생, ④ 장비, 도구, 건물, 하수설비, ⑤ 가축과 야생동물을 관리하도록 하는 것이 주요한 내용이다9). 이 기준은 미국 내 농가뿐만 아니라 미국으로 수출하는 농산품을 생산하 는 모든 농가에게 동일하게 적용된다9). 2016년 2월부터 시행되는 인도네시아의 ‘수입 농산물 식품안전 관리규정’ 에서는 수출 상대국이 인도네시아로 농산물을 수출할 시 GAP 등 삼자 인증을 취득한 농산물을 수출하도록 규정하 고 있다. 비인증 농산물에 대해서는 수출 농산물에 각종 위해요소를 검사한 성적서를 첨부하도록 규정하고 있다7).

대상 물질로 잔류농약, 중금속, 곰팡이 독소 뿐만 아니라 Salmonella spp., Eshcherichia coli도 해당되며 딸기는 Salmonella 불검출/25 g, E. coli는 20 CFU/g이하인 딸기만 수출할 수 있도록 규정하였다7). 이들 사례들을 통해 볼 때 농산물 안전성에 있어서 화학적 위해 요소뿐만 아니라 생 물학적 위해 요소의 관리가 한층 강화되는 추세임을 알 수 있다. 이에 세계 각국은 식중독세균에 오염된 농산물 에 의한 식중독사고를 예방하고자 소독제를 이용한 미생 물저감 기술을 농산물에 적용하고 있는 실정이다10-11). 농 산물 중 미생물 제어를 위하여 널리 사용되고 있는 소독제 중 하나가 이산화염소이다12).이산화염소는 그동안 식품 소 독제로 가장 널리 사용되었던 차아염소산나트륨에 비해 수용성이 10배 정도 높고 유기물질과의 반응성이 약하여 반응부산물도 적을 뿐만 아니라 차아염소산나트륨에 비하 여 살균력도 약 3배 정도 높다13). 또한 이산화염소는 공기 중에서 쉽게 분해되어 소독제 처리 후 식품에 소독성분이 잔류하지 않는 특징이 있어 농산물에 적합한 소독제라 할 수 있다13).

농산물 중 미생물 제어에 사용되는 이산화염소 는 액체와 기체로 많이 이용되는데, 기체형태가 침투력이 높아 액체보다 더 살균력이 높다고 보고되고 있다14). 이산화염소의 살균효과는 농산물의 종류, 농도, 습도, 시 간 등에 의해 영향을 받는다고 알려져 있는다15-18). Mahmoud 등16)과 Bhagat 등17)의 연구에 따르면 딸기와 토마토에 이 산화염소 가스의 미생물 저감효과는 농도와 시간을 증가 시켰을 때 높아진다고 보고하였고 Han 등15)은 8 mg/L의 이산화염소로 부패미생물을 저감시키는 데 있어서 상대습 도가 56%에서 94%로 증가할 때 미생물 저감효과는 증가 하였다고 보고하였다. 하지만 딸기를 대상으로 상대습도 차이에 따른 살균효과에 대한 연구는 아직 진행된 바가 없다. 따라서 본 연구에서는 수출용 딸기 중 병원성 Escherichia coli와 Salmonella spp.를 제어하기에 적합한 이산화염소 처리 조건을 구명하기 위하여 수행하였으며 그 결과를 보 고하고자 한다.

국문요약

본 연구는 수출 딸기 중 병원성 E. coli와 Salmonella spp.를 제어하기 위하여 이산화염소 가스 농도, 상대습도, 시간에 따른 이산화염소 가스의 미생물 저감효과를 조사하였다. 병원성 E. coli, salmonella spp.를 접종한 딸기에 이산화염소 가스 농도(10, 20, 30, 40, 50 ppmv), 상대습도 (50, 70, 90%), 처리시간(0, 5, 10, 20, 30분)에 대한 삼요인 실험을 하였다. 그 결과, 각 처리 조건 간의 상호작용이 나타났으며 미생물 저감효과는 상대습도가 가장 높은 조건인 90%에서 이산화염소 가스 농도와 처리시간의 값이 증가할수록 높아지는 경향이 있었다. 상대습도 90%,

이산화염소 가스 농도 50 ppmv에서 처리시간에 따른 미생물 저감화 효과는 5분 동안 처리하였을 때 병원성 E. coli와 Salmonella spp.이 각각 0.5, 0.7 log CFU/g 정도 감소하였으나 20분간 처리하였을 때는 각각 2.07과 2.28 log CFU/g 정도 감소하였다. 따라서 본 연구는 수출 딸기 중 병원성 E. coli와 Salmonella spp.를 제어하기 위한 최적의 이산화염소가스 처리 조건을 확립한 결과로서 수출 딸기의 미생물 안전성 향상에 기여할 수 있으리라 사료된다.

Summary

In this study, the microbial reduction effect of chlorine dioxide gas according to chlorine dioxide gas concentration, relative humidity, and time was investigated to control pathogenic E. coli and Salmonella spp. in exported strawberries. Chlorine dioxide gas concentration (10, 20, 30, 40, 50 ppmv), relative humidity (50, 70, 90%), treatment time (0, 5, 10, 20 and 30 minutes), a three-factor experiment was performed. As a result, the interaction between each treatment condition was revealed, and the microbial reduction effect tended to increase as the chlorine dioxide gas concentration and treatment time values increased under the condition of the highest relative humidity of 90%. 90% relative humidity,

As for the microbial reduction effect according to the treatment time at a chlorine dioxide gas concentration of 50 ppmv, pathogenic E. coli and Salmonella spp. were reduced by 0.5 and 0.7 log CFU/g, respectively, when treated for 5 minutes, but 2.07 and 2.28, respectively, when treated for 20 minutes. It decreased by about log CFU/g. Therefore, this study, as a result of establishing optimal chlorine dioxide gas treatment conditions to control pathogenic E. coli and Salmonella spp. among exported strawberries, is considered to contribute to the improvement of microbial safety of exported strawberries.