Efficacy of Sterilization According to Operating Condition of Intense Pulsed Light

Abstract

광펄스는 강한 펄스의 빛 에너지를 식품에 가하여 식품 표면의 미생물을 감소시키며 살균효과를 기대하며 식품의 저장기간 연장에 목적을 두고 있는 비가열 살균기술이다. 천연 상태의 식품이 주목 받고 있는 이때 웰빙의 열풍과 함께 식품의 품질을 유지할 수 있는 살균기술로서 과거의 가열 살균기술과 비교되며 주목 받고 있다. 광펄스 기술은 기존의 빛으로 살균되고 있는 비가열 살균기술인 UV살균에 비해 식품에 전달되는 에너지가 월등히 크며 살균력 또한 월등히 높은 것으로 알려져 있다. 이러한 광펄스 기술은 식품 표면과 투명한 포장재, 물, 약품 등에 이용이 가능한 살균기술이다. 본 연구에서는 광펄스의 살균력을 높이기 위해 에너지 발생 근원인 파워장치의 수행능력을 분석하기 위해 오실로스코프와 스펙트로라디오메터를 이용하여 살균력에 대해 어떠한 영향력을 주는지 경향을 살펴 보았으며 이를 위해 P. aeruginosa와 식품 (고춧가루, 생식파우더, 라면스프, 카레가루, 파슬리, 쌀, 보리)에 적용하여 살균효과를 살펴보았다. 이를 대상으로 광펄스 처리한 결과 전기력의 세기가 증가할 수록, 처리 시간이 증가할수록 미생물의 사멸율이 증가하였다. 또한 펄스 폭 변화에 있어서도 광펄스 처리 살균에 대한 영향력이 있었으며 광펄스 살균처리에 있어 펄스 폭 또한 중요한 인자가 될 수 있음을 확인할 수 있었다. 다양한 식품에서 광펄스를 293.80 mJ/cm2/s 에서 처리한 결과 고춧가루에서 5분 동안 0.3 log, 생식가루에서 3분 동안 1.2 log, 라면스프에서 5분 동안 0.3 log, 카레가루에서 4분 동안 0.3 log, 파슬리에서 5분 동안 0.4 log, 쌀에서 4분 동안 0.3 log, 보리에서 1분 동안 0.2 log 감소한 것을 볼 수 있었다. 그리고 광펄스의 펄스 폭을 달리하여 실험한 결과 1.5 ms에서 30초 처리한 것과 0.15 ms에서 300초 처리한 P. aeruginosa 의 감소율이 비슷한 결과를 볼 수 있었다. 광펄스는 식품에 가해지는 시간의 연관성이 크기 때문에 펄스 폭의 길이에 따라서도 살균력이 달라짐을 확인할 수 있었다. 이와 같은 실험 결과를 바탕으로 식품의 분말 식품뿐만 아니라 야채, 해산물, 다양한 액상식품 등에 광펄스 기술을 실제로 적용할 수 있는 비가열 살균기술로서의 가능성을 기대해 본다.;Traditional thermal sterilization techniques involve exposing foods to high temperatures. The large amount of energy transferred to the food during this exposure can lead to undesirable changes in the food matrix. Nonthermal technologies exert little effects on the food, thus enhancing the safety of food products while maintaining their nutrient content and appearance, as well as prolonging their shelf life. Intense pulsed light (IPL) is one type of nonthermal technology. IPL can maintain the freshness foods by using very-high-power and very-short-duration pulses of light emitted by inert-gas flashlamps. This method is most practicable in reducing or destroying the microbial population on packaging or food surfaces such as powdered foods, fish, vegetables, meats, fruits, and milk products. The inactivation efficacy of IPL depends on the voltage, frequency, and treatment time; these three parameters all crucially affect the total energy density that the food is exposed to. The purposes of this study were to identify the factors determining the efficacy of IPL treatment and characterize the effects of IPL on the sterilization of foods and microorganisms. The light source used to supply light energy for sterilization treatment had three power levels (“Power-1,” “Power-2,” and “Power-3”). Food and microorganism samples were diluted and treated with IPL under the following conditions: triggering voltage, 16 kV; input voltage, 500-1800 V; frequency, 2-15 Hz; pulse width, 0.3-1.5 ms; and treatment time, 30-300 s. The samples were placed in the IPL chamber at 9 cm from the xenon flashlamp. The results indicated that there was a tenfold difference in the energy density between the Power-1 and Power-2 levels, which corresponded to pulse widths of 1.5 and 0.15 ms. The inactivation of microorganisms when using Power-1 treatment for 30 s (5.1 log reduction at 900 V and 10 Hz) was very similar to that for Power-2 treatment for 300 s (5.0 log reduction at 900 V and 10 Hz). Also, the energy density increased with the pulse width, and the inactivation of microorganisms increased with the treatment time and the input voltage and frequency. In the experiments involving the sterilization of foodstuffs, the reduction in the number of microorganisms was up to 0.3 log for red pepper powder, 1.2 log for saengsik powder, 0.3 log for ramen soup powder, 0.3 log for curry powder, 0.4 log for parsley, 0.3 log for rice, and 0.2 log for barley. The results of this study have confirmed the potential efficacy of IPL in food sterilization.