수학적모델을 이용한 황색포도상구균의 생육예측모델개발을 위한 연구

Abstract

건어물은 건조가공 및 저장하는 동안 공기 및 다양한 오염경로에 의해 노출되기 때문에 세균, 효모, 곰팡이의 오염으로 변질?변패되기 쉬운 식품이다. 본 연구는 시중에 판매되고 있는 건어물 중 조미 오징어채에서 검출된 병원성 식중독균인 Staphylocccus aureus에 대한 온도, NaCl 농도 및 pH에 따른 수학적모델을 이용한 성장예측모델을 개발하여 향후 식품의 품질과 안전성을 확보하고자 하였다. 액체배지 모델(Broth model)은 계절별 평균 저장온도인 12, 20, 28℃와 35℃를 대조군으로 설정하였다. 실제 조미 오징어채의 물리적 조건을 고려하여 pH 5.5～6.5와 NaCl 0～2.5% 농도로 broth 조건을 조정하였다. 조미 오징어채 중 S. aureus 생육 변화를 12, 20, 28℃와 35℃에서 측정하였다. Broth model과 조미오징어채 중 S. aureus의 생육 따른 일차모델은 Gompertz model을 적용하여 최대 증식속도(maximum specific growth rate, SGR)와 유도기(lag time, LT)에 대한 성장예측모델을 개발하였다. 개발된 Gompertz model의 적합성은 R2로 평가하였다. 이차모델은 response surface model을 이용하여 예측값을 산출하였다. 유도된 예측모델의 적합성은 mean square error(MSE), bias factor(Bf) 및 accuracy factor(Af)로 평가하였다. Broth model 상에서 개발된 Gompertz model의 R2는 모든 실험군에서 0.98이상으로 타당성이 검증되었다. 본 연구에서 도출한 이차모델의 SGR과 LT의 R2는 각각 0.989와 0.829였다. 유도된 이차모델의 SGR와 LT값에 대한 MSE, Bf 및 Af는 각각 -0.134, 0.949 및 0.857와 0.150, 1.141 및 1.189이었다. 조미 오징어채 중 S. aureus 생육예측에 따른 Gompertz model의 R2는 28℃와 35℃에서 각각 0.734과 0.993였다. response surface model을 이용하여 이차 모델식을 얻었으나 실험값과 예측값의 변화가 관찰되지 않았다. 따라서 본 연구에서 개발한 Broth system 상에서 respose surface model을 적용한 S. aureus 성장예측모델 중 SGR은 온도, pH 및 NaCl 변화에 따른 이차 모델식으로 실제 식품에 적용할 수 있다. 그러나 LT값에 대한 모델식은 추가 연구가 필요하다.; Dried seafood is exposed in the air during drying process and stocking, therefore, it is highly possible to be polluted microbiologically through the pollution of bacteria, yeast, and mold. This study was conducted to develop the mathematical model for the kinetics of growth of Staphylococcus aureus(S. aureus) both in trypsin soy broth(TSB) and dried squid slice to acquire higher-quality and safety. The TSB containing four different concentrations of NaCl(0, 1.5, 2.0 and 2.5%) was adjusted to an initial of three different pH levels(pH5.5, 6.0 and 6.5). The kinetics growth of S. aureus in TSB and dried squid slice was determined to incubate at either 12, 20, 28 or 35℃. The specific growth rate(SGR) and lag time(LT) were obtained from Gompertz equation and the developed primary model was verified with coefficient determination(R2) value. The secondary models from SGR and LT value were calculated using response surface model. The developed secondary models were identified as appropriated models on the basis of R2, mean square error(MSE), bias factor(Bf) and accuracy factor(Af). In broth system, the primary growth curves were well (R2≥0.98) fitted to a Gompertz equation, which means that experimental data was highly fitted to Gompertz model. The R2 values of secondary models for SGR and LT were 0.989 and 0.829. The MSE, Bf and Af in SGR were -0.1339, 0.9487 and 0.8572. The MSE, Bf and Af in LT were 0.1502, 1.1410 and 1.1887. In dried squid slice, the kinetic growth of S. aureus did not grow at below 20℃. The R2 values of SGR were 0.7343 and 0.9932 at 28 and 35℃ in primary growth model. We took the secondary model of S. aureus in dried squid slice through the response surface model but no change on experimental and estimated point. We were unable to develop using response surface model the secondary model of S. aureus in dried squid slice. The developed secondary model proved reliable predictions of the various effect followed temperatures, NaCl concentrations and pH levels for S. aureus in broth system. Therefore, we were expected to applicate it into real food and more studies are needed for the model on LT.