Ice Nucleating Activities of Ice Nucleation-Active Bacteria Sterilized with Heat, Pressure and Irradiation , and Their Thermophysical Effects on Water

가열, 고압, 방사선 처리된 빙핵활성세균의 활성 및 물의 동결특성에 미치는 영향

Four ice nucleation-active bacteria (INA-bacteria), Pseudomonas syringae, Xanthomonas campestris, Escherichia coli JM109/pEIN229 and Gluconobacter oxydans/pKIN230, were treated with heat, pressure and gamma-irradiation to compare viability and their ice nucleation activity (INA) after sterilization. Gamma-irradiated INA-bacteria showed the least decrease in T90 value (the temperature at which the 90% of drops are frozen). According to cumulative INA spectra, gamma-irradiated INA-bacteria showed little decrease in class A ice nuclei $(nucleate\;H_{2}O\;at\;higher\;than\;-5^{\circ}C)$, pressurized INA-bacteria showed more than 90% decrease in class A ice nuclei, and heat-treated INA-bacteria barely showed class A ice nuclei. Differential scanning calorimetry (DSC) was used to examine the effect of INA-bacteria on the thermophysical properties of water at freezing temperature. Freezing peaks were appeared at about $11{\sim}15^{\circ}C$ higher on thermograms and enthalpies of phase change were decreased for the water containing INA-bacteria compared with the pure water, while melting peaks were not shifted. INA measured by DSC method were significantly correlated with INA measured by drop freezing method $(R^{2}>0.993,\;p<0.0001)$, indicating that DSC can be used as a new, simple and precise method for measuring INA.

INP를 포함한 빙핵활성세균을 식품 가공 단계에 직접 이용하기 위해 빙핵활성을 최대한 유지시키면서 완전 살균하는 방법을 찾기 위해 가열, 고압, 방사선으로 처리한 후 생균수 및 빙핵활성을 측정하였다. 균주는 Pseudomonas syringae, Xanthomonas campestris와 INP유전자를 포함한 plasmid가 재조합된 Escherichia coli JM109/pEIN229, Gluconobacter oxydans/pKIN230를 사용하였다. 빙핵활성을 T90 (drop의 90%가 어는 온도)으로 나타내었을 때 방사선 조사시 $0.3^{\circ}C{\sim}0.7^{\circ}C$, 초고압 처리시 $1^{\circ}C{\sim}2^{\circ}C$, 가열 처리시 $4^{\circ}C{\sim}7^{\circ}C$가 감소하여 방사선 조사에 의한 살균시 빙핵활성의 감소가 가장 적은 것으로 나타났다. 각 살균점에서의 cumulative ice nucleation activity spectra를 측정한 결과 A부류의 빙핵($-5^{\circ}C$ 이상에서 빙핵으로 작용)의 수는 방사선처리시 거의 감소가 없었으며 초고압처리시 90% 이상 감소하였으며 가열처리시 존재하지 않았다. 증류수에 방사선조사로 살균된 빙핵활성세균을 첨가한 후 DSC를 이용해 thermogram을 얻었다. 빙핵활성세균을 첨가하지 않은 증류수보다 $11^{\circ}C{\sim}15^{\circ}C$ 정도 높은 온도에서 발열 피크가 형성되기 시작했으나 흡열 피크는 큰 차이를 보이지 않았으며, 발열량 및 흡열량은 감소했다. 한편, DSC를 이용해 측정된 빙핵활성은 drop freezing method에 의해 측정된 값과 높은 연관성$(R^{2}>0.993,\;p<0.0001)$을 보여 간편하고 정확한 빙핵활성 측정법으로의 사용 가능성을 제시했다.