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미생물이야기 미생물의 온도에 대해 알아보자
2013-08-07 13:52:29
이엠생명과학연구원

온도

 
 
  • 미생물은 어느 일정한 온도범위에서만 생육하여 증식할 수 있다.
  • 미생물의 생육에 적당한 온도범위, 고온에 대한 내성, 저온에 대한 내성 등은 종류에 따라 상당한 차이가 있다.
  • 미생물을 이용한 각종 발효생산에 있어서는 최적온도를 유지하는 것은 매우 중요한 일이다.
  • 식품의 살균, 식품의 저온저장 등을 위해서는 대상이 되는 미생물의 고온과 저온에 대한 내성을 충분히 고려하여야 한다.
  1. 생육온도
 
  • 최저온도(minimum temperature) : 그 온도 이하에서는 성장이 되지 않음
  • 최적온도(optimum temperature) : 성장이 가장 활발하게 진행됨
  • 최고온도(maximum temperature) : 그 온도 이상에서는 성장이 되지 않음
  • 최저, 최적 및 최고 온도 pH나 영양 등의 환경조건에 따라서 변화한다.

    온도 상승에 따라 미생물 세포내의 화학적, 효소적 반응속도가 상승하게 되어 특정 온도범위내에서는 성장과 대사속도는 온도상승에 비례하여 빨라지지만 일정온도 이상에서는 단백질이나 핵산 등의 세포물질이 비가역적으로 불활성화되어 세포기능은 급속히 저하된다.
      * 최적온도는 최저온도보다 최고온도에 가깝다.

  • 생육온도 범위에 따른 미생물의 분류
    미생물군 생육온도(℃) 대표적인 예
    최고 최적 최저
    고온균(thermophiles) 70 50∼60 40 Bac. thermofibrinoides, Bac. coagulans,
    Cl. thermosaccharolyticum
    중온균(mesophiles) 45 25∼40 5∼10 Bac. subtilis, E. coli, 병원세균, 곰팡이, 효모
    저온균(psychrophiles) 30 15∼25 ≤0 Pseudomonas속, Achromobacter속 등의 수중세균
  • 중온균
    • 자연계에 가장 광범위하게 많이 분포
    • 포유동물의 장내미생물, 병원미생물 등 많은 세균, 효모 및 곰팡이
  • 고온균
    • 가열식품, 온천. 열대토양 등에 분포
    • 세균 : Bacillus, Clostridium, Sarcina, Thermus, Staphylococcus, Streptococcus, Spirochaeta의 일부 균종
    • 곰팡이 : 담자균류(Basidiomycetes)를 제외한 거의 모든 균종
  • 저온균
    • 바닷물, 민물, 토양, 어패류, 저온 저장한 식품 등에 분포
    • 세균 : Pseudomonas, Vibrio, Achromobacter, Flavobacterium, Serratia, Micrococcus, Alcaligenes
    • 효모 : Candida, Torulopsis
    • 곰팡이 : Aureobasidium pullulans, Botrytis cinerea. Phoma, Geotrichum candidum, Cladosporium 등
  2. 저온의 영향
 
  • 미생물의 생육은 저온이 될수록 완만하게 일어난다.
  • 0℃∼10℃의 냉장온도에서도 생육할 수 있는 균이 많으므로 3∼5일 후에는 식품이 변패하게 된다.
  • 0℃ 또는 그 이하의 냉동온도에서도 각종 저온균은 생육할 수 있다.
  • 저온균이 저온에서 잘 생육하는 이유
    • 저온에서는 효소활성이 높지만 고온에서는 효소활성이 저하되고 30∼40℃에서 불활성화된다.
    • 세포막 인지질 중의 불포화지방산의 함량비가 높기 때문에 영양소가 저온에서 능률적으로 수송되어 세포내에 농축된다.
  • 냉동은 미생물의 생육을 억제할 뿐이며 살균효과는 거의 없다.
    냉동식품은 동결과정 중에 조직이 손상되어 미생물이 쉽게 번식할 수 있는 상태로 되어 있는 경우가 많아 해동한 식품은 부패가 더 빨리 진행되기 쉬우므로 냉동식품의 가공 처리과정이 불결하면 위생적으로 안전하지 않다.
  • 미생물의 동결보존법
    미생물 세포를 15% 정도의 glycerol 등 동해방지제(cryoprotectant)와 섞어서 서서히 동결시켜 dry ice(약 -70℃) 또는 액체질소(-196℃) 중에서 보존한다.
  3. 고온의 영향
 
  • 고온균은 효소, 단백질, ribosome의 내열성이 높다.
  • 고온균의 세포막 지질은 융점이 높은 포화지방산을 많이 함유한다.
      미생물의 지질조성은 생육온도에 따라 변화하며 온도가 낮아질수록 지질 중의 불포화지방산의 상대적인 비가 증가된다. 지방산의 불포화도가 높아지면 저온에서도 막의 유동성이 유지되고 막수송 등의 막기능이 정상적으로 유지된다.
  • 미생물이 생성하는 효소는 배양온도에 따라 작용 최적온도나 열안정성이 변화하는 경우가 많다.
  • 고온에서는 세포내 효소의 일부가 불활성화되어 필요한 대사산물을 생합성할 수 없어 영양요구성이 다양해지는 경우가 많다.
  • heat shock(heat activation)
    • 포자를 단시간 가열처리하면 휴면상태의 포자가 활성화되어 발아율이 증가하는 현상
    • 세균(Bacillus 등)은 60℃ 30분, 곰팡이(Neurospora tetrasperma 등)는 50℃ 5분 정도 처리
  4. 가열의 영향
 
  • 미생물은 최고온도 이상으로 온도가 상승하면 가열시간의 경과에 따라 대수적으로 사멸하므로 고온이 될수록 단시간에 사멸하게 된다.


    중온균에 미치는 온도의 치사효과


    Decimal reduction time과 온도와의 관계

  • 90% 사멸시간(decimal reduction time, DRT)
    • 일정 온도하에서 균 농도가 1/10로 감소하는데 걸리는 시간
    • 식품멸균의 온도범위에서는 DRT와 온도간에는 지수관계에 있다.
    • 내열포자의 DRT는 121℃에서 4∼5분, 영양세포는 65℃에서 0.1∼0.5분
  • 가열치사시간(thermal death time, TDT)
    • 주어진 온도에서 현탁액 중의 모든 세포가 사멸하는 시간
    • 균의 농도가 높으면 장시간의 열처리가 필요하게 되므로 TDT는 같은 조건에서 비교하여야 한다.
    • TDT와 온도와의 관계는 직선을 나타낸다.
  • 가열치사온도(thermal death point, TDP)
    • 일정 균 농도의 현탁액을 10분간 가열하여 완전히 사멸(균농도 0)시키게 되는 최저온도
    • 균 농도와 시간을 정해서 온도로 표시하는 방법
  • 열에 대한 감수성
    • 저온균은 내열성이 약하고 고온균은 내열성이 강하다.
    • 포자는 영양세포보다 내열성이 강하다.
    • 자유수가 적은 건조세포나 포자는 자유수가 많은 영양세포보다 내열성이 강하다.
    • 산성에서 내열성은 크게 저하한다.
    • 당, 단백질, 지질이 고농도로 존재하면 내열성이 높아진다.
    • 염분농도가 높아지면 일반적으로 내열성은 저하된다.
    • 습한 환경에서보다 건조한 환경에서 내열성이 높아진다.
    • 호기적 환경일수록 내열성이 약해진다.
  • 가열 멸균(Sterilization)
    • 열을 가하여 포자를 포함하여 모든 미생물을 완전히 사멸시키는 것
    • 습열멸균(wet heat sterilization) : 수증기나 온탕을 이용하여 가열
      • 고압멸균(autoclaving) : 1kg/cm2의 수증기압(120℃)에서 10∼15분간 가열
      • 간헐멸균(tyndalization) : 100℃에서 30분, 1일 1회씩 3일간 가열
    • 건열멸균(dry heat sterilization) : 160∼180℃ 1∼2시간 건조상태에서 가열



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