Inactivation of Lactobacillus plantarum by High Voltage Pulsed Electric Fields Treatment

고전압 펄스 전기장 처리에 의한 Lactobacillus plantarum의 불활성화

Lethal effects of high voltage pulsed electric fields (PEF) on suspensions of Lactobacillus plantarum cells in phosphate buffer solution were examined by using continuous recycle treatment system. Critical electric field strength and treatment time needed for inactivation of L. plantarum were 13.6 kV/cm and $16.1\;{\mu}s$ at room temperature, respectively. As decrease in frequency (decreasing pulse number), the degree of inactivation of L. plantarum was increased. A 2.5 log reduction in microbial population could be achieved with an electric field strength of 80 kV/cm, 300 Hz frequency and $2000\;{\mu}s$ treatment time. Survivability was decreased with increase in total treatment time (cycle number) and frequency at the same cycle number. As sterilization model of continuous recycle PEF treatment, $logS=-N_m\;log\;m+B$ and $N_m=k_1\;P_n+k_2$ were established. This model was very well fitted to tile empirical data. The rate of inactivation increased with increase in the processing temperature. The maximum reduction in survivability (5.6 log reduction) was obtained with 80 kV/cm electric field strength at $50^{\circ}C$ for $1000\;{\mu}s$ treatment.

발효식품의 산패 주원인인 Lactobacillus plantarum을 비열 살균 기술인 고전압 펄스전기장(High Voltage Pulsed Electric Fields, PEF) 처리에 의하여 불활성 시키고자 연속재순환 처리가 가능한 장치를 이용하여 L. plantarum의 불활성에 미치는 전기장 세기, 주파수, 처리시간, 온도 등에 관하여 연구하였다. L. plantarum의 불활성화에 필요한 최소 전기장세기인 임계전기장 세기$(E_c)$는 13.6 kV/cm, 최소처리시간$(T_c)$은 $16.1\;{\mu}s$이었다. 전기장 세기 80 kV/cm에서 생균수의 불활성화율은 주파수 작을수록, 즉 펄스수가 작을수록 증가하여 300 Hz, $2000\;{\mu}s$처리하여 2.5 log의 생균수 감소를 가져왔다. 또한 총처리시간인 재순환 사이클수가 증가할수록 생존율은 감소하였으며, 동일한 사이클수에서는 주파수가 증가할수록 불활성화율이 증가하였다. 즉 동일한 살균시간에서도 펄스전기장에 매우 짧은시간 연속적으로 노출되는 것보다 적절한 시간간격이 필요한 것으로 판단되었다. 처리온도의 경우에는 온도가 증가할수록 L. plantarum의 사멸속도가 증가하여 $50^{\circ}C$에서 80 kV/cm, $1000\;{\mu}s$처리하여 5.6 log의 균체량 감소를 가져왔다.