수분 활도(Aw)와 식품 방부의 관계, 당신은 알고 있습니까?

고대인들은 일부 신선한 음식을 건조하면 저장기간을 연장할수 있다는것을 알고있었다. 후에 식품중의 물의 함량이 식품의 안정성과 안전성과 직접 관련되는것이 아니라 물의"상태"이거나 식품중의 물의"가용성"이 식품의 안정성과 안전성과 관련된다는것을 발견하고 수분활도의 개념을 도입하였다.

수분 활도는 식품 중의 물의 증기압과 동온에서 순수한 물의 증기압의 비율이다.Aw로 표현하자면, 그것은 식품의 물 분자 결합의 강도를 설명하지 않고, 단지 하나의 체계의 평균 성질의 표현일 뿐이다.

수분활도는 식품품질통제중의 중요한 지표로서 한 식품의 신선도유지품질과 미생물부패간의 관계를 고려할 때 극히 유용하다.

반드시 강조해야 할 것은 수분 활도가 상대적 균형 습도와 다르다는 것이다. 식품 수분 활도는 식품 내적 성질을 나타내고 식품의 구성 구조와 관련이 있으며 상대적 균형 습도는 식품이 균형을 이룰 때 대기의 성질과 관련이 있다.

01、

수분 활도와 미생물의 관계

식품의 수활성은 식품중의 미생물의 번식, 대사 (산독 포함), 항성 및 생존에 영향을 줄수 있기에 수분활도는 식품의 부패를 일으키는 유해미생물과 관련될뿐만아니라 발효식품에 필요한 유익미생물에도 마찬가지로 영향을 준다.

① 미생물 번식에 미치는 영향

Aw 값은 미생물의 포자 발생뿐만 아니라 균의 성장, 번식에도 영향을 미친다.식품과 관련된 대부분의 미생물은 Aw 수치가 높은 상황에서 비교적 잘 자라며, 소수만이 낮은 Aw 수치에서 자라야 한다.

따라서 Aw 수치를 낮추면 식품에서 번식할 수 있는 미생물의 종류가 줄어들고, 각종 미생물은 Aw 수치에 대한 요구가 다르며, 세균은 수분 활도에 대한 요구가 가장 높으며, Aw>0.9 시에만 생장 번식할 수 있다;그 다음은 효모균으로 Aw>0.87, 다시 곰팡이를 요구하며 Aw가.0.8일 때 번식하기 시작한다.또 같은 종에 속하고 다른 미생물도 Aw에 대한 요구가 완전히 같지 않다.

표1 미생물 생장에 필요한 최소 수분 활성

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사람들은 서로 다른 미생물 종류가 번식하는 최소 Aw 값을 알고 있지만, 이러한 수치는 대부분 Aw 값만 제어하고 나머지 성장 조건은 최적 값에 가까운 조건에서 얻어지는 실험실 조건에서 얻어집니다.이러한 조건은 식품에 있어서 도달하기 어렵기 때문에 문헌 데이터는 참고할 수 있는 극한값이다.

해흡착 (건조) 법제로 얻은 식품은 흡착 (재수화) 법제로 얻은 식품에 비해 전자의 미생물은 낮은 Aw에 대한 내성이 후자보다 강하다. 이로부터 알수 있다싶이 흡착과정은 식품의 안정성을 개선할수 있지만 이렇게 만든 식품가격은 비교적 높다.

또한 글리세린이 존재할 때 일부 미생물은 낮은 Aw 값에서 성장하고 쌍생하며 포자를 형성할 수 있으며, 그 Aw 값은 NaCI나 자당을 습윤제로 사용하는 것보다 훨씬 낮다는 점은 중습도 식품에 매우 의미가 있다.

식염과 사탕수수당을 습윤제로 사용하면 음식물 부패를 일으키는 다수의 그람음성균의 극한 Aw 수치는 0.95, 그람양성균은 0.90이다.황색포도상구균의 경우 혐기성 상태에서는 역치가 0.9, 공기 중에는 0.86으로 Aw 수치가 0.60 미만일 경우 고침투성 효모와 조생 곰팡이균을 포함한 모든 미생물이 억제된다.

② 미생물 대사활성에 미치는 영향 감소

Aw 값은 미생물의 성장 속도를 낮출 수 있으며, 나아가 식품 부패 속도, 음식 독소 및 미생물 대사 활성도 낮출 수 있지만 대사 과정에 따라 중단에 필요한 물 활성 값은 다릅니다.예를 들어, 박테리아가 포자를 형성하는 데 필요한 Aw 값은 그들이 성장하는 값보다 높습니다.사실 포자의 쌍생과정은 그 생장의 역치하에서 발생할수 있다.

독소의 생성은 인체 건강과 가장 관련이 있는 미생물 대사 활동이다.균이 생장하는 경우 독소가 형성되어 그 생장과 독소 형성의 최저 Aw치를 유지할 수 있으며, A류는 0.95, B류는 0.94, E류는 0.97이다.이 수치들은 NaCl을 습윤제로 사용한 상태에서 측정된 것으로, 글리세린을 습윤제로 사용했다면 수치가 좀 더 낮았다.

황색포도상구균의 성장과 장독소의 형성도 Aw와 관련이 있어 NaCl의 농도를 높이면 세균의 성장과 장독소의 형성, 장독소 억제 효과가 더 강하다.Aw 수치를 낮추는 것은 장독소 A에 미치는 영향보다 장독소 B에 미치는 영향이 크다.

많은 곰팡이에 의해 생성되는 톡신 플라보노이드는 적어도 200 가지가 있기 때문에 Aw와 곰팡이의 성장 및 독소 생성의 관계는 매우 복잡하며, 일반적으로 생독 곰팡이의 성장에 필요한 물 활성치는 독소 형성에 필요한 물 활성치보다 낮다고 생각합니다.또 대사수의 생성으로 생장하는 곰팡이는 생장 환경의 Aw 수치를 증가시킨다.그러므로 생독세균이나 곰팡이가 존재하는 식품에는 독소의 존재가 극히 가능성이 있다.

③ 미생물 내열성에 미치는 영향

가열은 식품의 미생물을 억제하거나 죽이는 데 자주 사용되는 효과적인 방법으로 미생물과 그 포자에 따라 내열성이 다르다.

세균의 내열성을 결정하는 여러 요소가운데서 열용제의 물리적성질, 화학구성과 Aw값 등은 모두 매우 중요하다. 일반적으로 세균포자의 내열성은 Aw값이 낮아짐에 따라 증강되는데 Aw가 0.2~0.4인 범위내에서 가장 강하다.예를 들어 영양 미생물에서 부유 매체의 Aw 값을 낮추고 열 저항성이 현저히 증가하는데, 이 효과는 NaCl을 윤습제로 사용할 때 두드러진다.때로는 고농도 용액에서 세균의 열 저항성이 희석용액보다 낮기도 하는데, 용질 자체가 가열 과정에서 세포의 열 파괴를 가중시킬 수 있기 때문이다.

④ 미생물의 생존 능력에 미치는 영향

자라지 못하는 미생물은 점차 죽는다.따라서 음식물의 Aw 값이 미생물 생장 최저치보다 낮으면 미생물의 수는 서서히 줄어든다.낮은 Aw의 경우 그람양성균은 그람음성균보다 생존능력이 강하다.

냉동식품(Aw<0.10)에서는 미생물의 수가 Aw치가 낮아지면서 증가하는데, 이런 현상은 일정한 습도가 있는 식품에서는 드물다.단백질, 비환원당이나 글리세린 등 보호성 물질은 식품 저장 과정에서 세균의 수를 증가시킬 수 있다.비에스테르화 지방산이나 보존제 등은 세균의 사망을 가속화시킬 수 있다.이밖에 낮은 pH수치, 저산소와 암광, 고습 등으로 건성식품에서 미생물이 대량으로 사망하였다.

살모넬라균, 황색포도상구균, Cl.Sotulinum 음식물독성미생물의 생존과 Aw 사이의 관계에 대한 연구를 통해 세균포자의 맹아가 영양세균의 번식에 필요한 Aw치보다 낮다는 것을 증명하였다.따라서 Aw 수치가 낮은 식품에서 (포자의 맹아를 허용하지만 영양세균은 성장하지 못한다.) 포자 수가 낮아지고 이런 식품은 저장 과정에서 무균으로 변하기도 한다.

음식물에 포함된 기생충의 생존도 냉동이나 건조 과정에서 죽일 수 있는 낮은 Aw 값의 영향을 받는다.고기 속 선모충의 건조 과정 중 생존 상황을 연구할 때 발효 소시지에서 Aw 값이 0.949~0.931이면 이들 기생충은 살지 않고 생햄에서 Aw는 0.948~0.904여야 한다는 것을 관찰했다.

위에서 설명한 바와 같이 적절한 조건 (Aw 값, pH 값, 습도, 보존제 등) 을 선택함으로써 미생물을 감소하거나 죽일 수 있어 식품 안정성과 안전성을 높일 수 있다는 결론을 내릴 수 있다.

02、

식품의 수분 활도

저수분 식품(Aw=0.0~0.6)과 중수분 식품(Aw=0.6~0.9)에서는 Aw 수치를 낮추면 식품의 안정성과 안전성이 높아지지만, 고수분 식품(Aw=0.9~1.0)에서는 뚜렷하지 않다.Aw 값은 전통 식품의 신선도 유지에 도움이 될 뿐만 아니라 현대 신형 식품의 신선도 유지에도 도움이 된다.

식품의 Aw 수치를 낮추려면 일반적으로 건조 탈수, 농축 또는 윤습제 첨가 등의 방법을 사용한다.식품이 건조되거나 농축되면 잔류한 물에 용질이 축적돼 Aw 수치를 낮출 수 있다.전통식품에 사용되는 윤습제는 주로 NaCl과 사탕수수당으로서 량자는 같은 비례로 식품에 첨가되는데 그중 NaC1은 Aw의 수치를 낮추는 능력이 사탕수수당의 3배에 달한다.

신형 식품에 사용되는 습윤제는 글리세린, 배알코올, 유산염, 아크릴에틸렌글리콜 등이다.식품에 수분 함유량이 낮은 성분, 예를 들어 전분, 분유, 콩단백질 등을 첨가해도 Aw 수치를 낮출 수 있다. 육제품에서도 지방 첨가량을 늘리면 Aw 수치가 줄어든다. 지방 중 물 함량이 5~10% 로 적기 때문이다. 고기 중 수분 함유량은 70~75% 에 달한다.

Aw는 건조식품이나 윤습제를 첨가한 식품의 신선도, 안정성 및 안전성에 촉진작용을 하지만 식품에 미치는 영향의 정도에 따라 차이가 있다.

신선한 우유, 고기, 생선, 채소, 과일 등 고수분 식품은 그람음성과 그람양성세균에 쉽게 감염되거나 곰팡이가 빠르게 생장하며 이와 류사한 상황도 미량의 염분이 함유된 식품에서 발생하는데 례를 들면 쇠고기소시지 등은 예방방법은 랭장 또는 가열처리하는것이다.

Aw = 0.95~0.90 범위 내의 식품, 예를 들면 구운 식품, 발효된 치즈, 가염 버터, 발효 소시지, 생 햄, 절임 및 농축 고자즙 등은 모두 진열대 기간을 연장할 수 있다.

이들 식품은 건조와 염화나트륨, 자당을 첨가하는 등의 방법을 통해 신선도를 유지할 수 있으며, 고수분 식품이 발효되면 pH치, 경쟁균군 및 공기 침투량 등이 식품 안정성에 더 큰 역할을 할 것이다.

묵은 치즈, 딱딱한 소시지, 익힌 햄, 생선 절임, 잼, 주스 젤리 및 말린 과일 등 중수분 식품, 이러한 제품의 신선도 유지 방법은 적당량의 소금이나 설탕을 넣고 건조하는 것이다.중수분 식품의 부패는 주로 내조성 곰팡이나 내고투과 효모로 인한 것이지만, 내염성 세균으로 인한 부패는 매우 적기 때문에 이러한 식품에 야마나시산, 이산화황 등을 첨가하면 부패균군을 억제할 수 있다.

저수분 식품, Aw 수치에 따라 높은 순서에서 낮은 순서로 배열하면 주로 초콜릿, 사탕, 꿀, 코코아, 케이크, 분유, 밀가루 및 채소 건조 등이 있는데, 이러한 식품에는 세균이 성장하기 어렵다.이들 제품은 건조 후 매우 낮은 Aw 값에 도달하지만 과도한 탈수는 피해야 한다.윤습제는 위의 식품의 안정성에 일정한 역할을 하지만 대부분의 경우 탈수가 결정적인 역할을 합니다.

03、

장애 효과 및 식품 방부에서의 응용

대부분의 식품의 안정성, 안전성은 전적으로 낮은 Aw 값에 달려 있지 않으며, 또 일부 다른 영향 요소도 있으며, 실제 작업에서 Aw 값을 다른 요소와 종합적으로 고려해야 한다.

식품공업에서"장애효과"는 식품저장품질에 영향을 주는 종합요소를 가리키는데 이런 요소에는 가열, 냉각, 수분활도, 산도, 탈산소, 방부제 및 경쟁균군 등이 포함되는데"장애효과"에서"장애기술"의 개념이 파생되였다.

식품 방부의 목적을 달성하기 위해 한 가지 방법으로 상술한 여러 가지 요소 중의 문제를 해결하는데 이상적인 효과를 얻지 못한다. "장애 기술"은 가열 처리, pH치와 탈산소 조절, 방부제 추가, 적당한 수활도 선택 등 몇 가지 방법을 종합적으로 사용하는 것이다. 그 중에서 각 방법의 사용 정도와 사용량은 단독으로 사용하는 극한 기준에 미치지 못하지만 여러 가지 방법이 협동하여 이상적인 효과를 발휘하기 때문에 최종적으로 신선도를 유지하는 효과가 비교적 좋다.

식품이 발효되거나 저장되는 과정에서 미생물의 활동은 정적이 아니라 동태적이기 때문에 이 미생물 예측은 식품의 방부에도 중요하다.

한 식품의 내적 장애를 고려할 때, 반드시 식품 저장 기간의 부패 세균 (예를 들어 진공 포장된 육류 제품에서) 이나 식품 독성 세균 (예를 들어 소시지에서) 의 성장 곡선, 그리고 식품 독성 세균이 저수분 식품 (건조 또는 냉동 제품에서) 의 잔존 곡선, 신형 식품 연구 및 개발 작업에서 장애 효과와 예측 미생물학은 제품 설계 및 품질 통제에 사용될 수 있으며, 식품의 위험 분석과 임계 통제를 제정한다.

장애효과는 일반적으로 중수분식품과 고수분식품의 개발에 응용된다. 례를 들면 중수분을 함유한 육제품은 가공과정에 완화가열을 사용하는 동시에 염화나트륨이나 자당을 첨가하여 Aw값을 낮추고 적당히 건조하며 종합처리를 거친후 완제품에는 극히 적은 미생물만 함유되여있다.

육가공후의 재감염을 방지하는것은 육방부의 관건적인 문제로서 Aw를 0.69이하로 조절하고 게다가 고기에 존재하는 미라드반응산물의 작용으로 저장과정에서 곰팡이의 성장을 억제할수 있으며 살모넬라균과 포도상구균을 재빨리 사망시킬수 있다.

냉동 환경에 저장되지 않은 고수분 육류 제품은 F-spp (즉, 가열하여 만든 진열대 안정 제품) 로 나눌 수 있다. Aw-spp와 pH-spp 몇 가지 유형으로 나눌 수 있다. 이 모든 제품에 Aw 값은 똑같이 중요하다. Aw 값을 0.97 또는 0.96, pH 값을 <6.5, F-spp 고압 멸균 소시지 (F>0.4) 는 비교적 낮은 포자 생장 과정을 가지고 있기 때문에 미생물이 무산화 번식할 수 있다.

Aw-spp는 가공 과정에서 78 ℃ 까지만 가열하면 되며 Aw 값은 0.95 미만이며 또한 소량의 박테리아 포자가 잔존하고 부패한 독성 미생물만 차단됩니다.

pH-spp의 pH를 5.4~5.6으로 조정하고 완화 가열 과정(80℃)을 수반하며, 손상된 박테리아 포자와 비활성화 박테리아의 제품 재감염을 방지하기 위한 과정은 모두 포장 후 진행된다.발효 소시지도 아질산염, 탈산소, 경쟁 균군 첨가, pH 수치 조절 및 Aw 수치 가열 등 장애 기술을 사용하여 제품의 안정성과 안전성을 확보할 수 있다.장애 기술은 육제품 가공에서 이미 광범위하게 응용되었다.