지역 농산물의 저장성 향상을 위한 전처리 및 저장조건 최적화와 그에 따른 이화학적 특성과 미생물 안정성 변화 = Optimization of Pretreatment and Storage Conditions to Improve Shelf Life of Local Agricultural Products: Effects on Physicochemical Quality and Microbial Stability

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Chapter 2
As tropical and subtropical fruit cultivation areas are increasing due to climate warming, this study evaluated the quality characteristics of each freezing and thawing method for passion fruit storage to find out how to minimize quality changes. As the freezing method, air cooled freezing, immersion freezing, and quick freezing were applied, and as the thawing method, room temperature thawing, running water thawing, and high pressure thawing method were applied. Drip loss, color, soluble solids, pH, acidity, hardness, fragrance, and microbial properties after storage were evaluated. The freezing speed was 0.05°C/min for air freezing, 0.47°C/min for immersion freezing, and 7.83°C/min for quick freezing and thawing in running water was faster than air cooled freezing after immersion or quick freezing. The drip loss was small in all thawing treatments of immersion freezing, and in quick freezing, except for high pressure thawing. Soluble solid content was highest in immersion freezing in room temperature thawing and air cooled freezing in running water thawing, and the lowest in quick freezing in case of high pressure thawing. Overall, the hardness decreased compared to the fresh fruit through freezing and thawing. When penetrating the peel, there was no significant difference between immersion freezing and quick freezing, and it was further decreased in air freezing. Electronic nose analysis results showed that air freezing and room temperature thawing maintained scent patterns close to fresh fruit. In conclusion, running water thawing after immersion freezing had the lowest drip loss and high soluble solids content, so it was advantageous for quality maintenance. And high pressure thawing after quick freezing, which is excellent for freezing speed and color maintenance, significantly affected the increase of drip loss due to outflow of nectar and the reduction of soluble solids, suggesting that it is not a suitable method for passion fruit storage.

Key words: passion fruit, freezing, thawing, quality, drip loss

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Chapter 3
The purpose of this study was to investigate the effect of microbial reduction and quality maintenance of the physical and chemical pretreatment of Allium monanthum, For physical treatment, hand wash, bubble wash and ultra sonication were conducted at 50℃ and 60℃ for 1,3 and 5 minutes, respectively, As a result of the microorganism and quality analysis, 3 minutes of bubble wash the most effective physical pretreatment in reducing fungi although the effect on reducing total viable bacterial was small. Furthermore, 5 minutes of ultrasonication at 60℃ significantly reduced microorganisms, but also resulted in the reduction of the a value of chromaticity, which cause the green color to fade. With chemical pretreatment, it was found that treating with fumaric acid was more effective in reducing the total viable bacteria and fungi than fumaric acid. The result shows that 1.5% concentration of acetic acid is the most effective with 3 minutes of treatment time. The quality of Allium monanthum were compared before and after BF treatment, which is a combination of the two most effective microorganism reduction pretreatments: 3 minutes of bubble wash (B3) and 3 minutes in 1.5% fumaric acid (F153). As a result of analyzing the quality characteristics over 9 days of storage at 4℃ after the treatments, it was revealed that the BF treatment is more effective in reducing fungi than the total viable bacteria. The results shows that the BF treatment is more effective in reducing total viable bacteria, whereas the F153 treatment is more effective in reducing microorganisms. Also, it was found that the ΔE value in color change was the lowest, whereas treatment with organic acid showed color change as the green color faded after F153 treatment. The maximum cohesiveness changed more significantly in the green stems than in the roots. On the 9th day of storage, the hardness of the green stem was found to be maintained at the highest level (P<0.05) after F153 treatment, whereas that of the roots decreased (P<0.05) since the 6th day from the bubble wash. Considering both microbial reduction and quality preservation of Allium monanthum, the BF treatment (combined physical and chemical pretreatment) was identified as the most effective approach. This treatment effectively reduced microbial populations while maintaining color and hardness for up to 3 days under cold storage at 4 °C, and satisfied the microbial criteria for fresh-cut produce specified by the Korean Food Code for up to 9 days of storage.

Key words : Allium monanthum, Bubble washing, Organic acid, Fumaric acid, Microorganism

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Chapter 4
The purpose of this study was to investigate the effects of organic acid and ultrasonication treatment in maintaining the quality of garlic during storage. Samples were exposed for 5 min to either ultrasonication at 60°C, 1% citric acid, or 0.5% fumaric acid. Presence of microorganisms and minerals, hardness, and color were compared during storage at 4°C for 28 days. No proliferation of Escherichia. coli was observed after treatment with fumaric acid or ultrasonication, and mold proliferation was inhibited by ultrasonication. The mineral content of the northern type garlic was higher than the southern type. Exposure to fumaric acid did not result in a substantial difference in hardness until 21 days of storage, at which time there was a decrease in the L value in each cultivation type. Our results indicate that treatment with 0.5% fumaric acid for 5 min was effective in reducing the abundance of microorganisms during storage without affecting the hardness or color in garlic.

Key words: garlic, microorganism, ultrasonication, organic acid, quality control

국문 초록 (Abstract)

국문초록
지역 농산물의 저장성 향상을 위한 전처리 및 저장조건 최적화와 그에 따른 이화학적 특성과 미생물 안정성 변화

연구배경
지역농산물은 ‘특정 지역에서 생산되어 동일 지역 내에서 소비되거나 유통되는 농산물’로 정의되며 지리적 표시제 농산물, 특정 지역 생산량이 많은 주요 품목, 특산품 등을 포함하여 인근지역에 유통되는 농산물까지 넓은 범주를 가지고 있다. 그 가치는 지리적·환경적 특수성을 기반으로 하기 때문에 차별화된 품질과 높은 부가가치로 농가 소득 증대와 지역 경제 활성화에 크게 기여하고 있다. 특히 지역에서 생산된 신선 농산물의 경우 근거리 유통으로 인한 푸드 마일리지 감소, 신선도 유지와 친환경적인 소비에 대한 신뢰로 인해 그 수요가 꾸준히 이어지고 있다.
그러나 농산물의 특성상 수확 후 유통·저장 과정에서 품질 저하와 물리적·미생물학적 손실이 발생하고 있어, 품질 관리 기술 개발이 요구되고 있다. 농산물의 수확 후 손실과 품질 저하는 농가 소득 감소뿐 아니라 국가 식량 자원의 비효율적 관리로 이어져, 이러한 문제에 대응할 효과적인 유통·저장 기술이 필요하다.
특히 지역농산물의 유통 구조상 농가의 직접 포장, 운송 인프라 부족, 적절한 포장재 미사용 등은 유통 과정 중 외부 충격, 부적절한 온도 및 습도 관리, 미생물의 증식 등으로 이어져 품질 저하와 위생 문제에 취약하다. 더구나 과일과 채소류는 수분 함량이 높아 미생물 오염 위험이 높고, 물리적 충격에 의해 상품성이 급격히 저하된다. 또 소규모 농가에서는 고비용의 첨단 저장·가공 설비를 도입하기 어렵고, 기존의 기술 적용 또한 제한적인 문제점을 가지고 있다. 이와 같은 기술적 한계로 인해 지역농산물의 유통 경쟁력이 저하되고 있어 경쟁력을 갖추기 위한 효율적인 기술 접근이 필요하다.
유통과 저장단계의 품질 관리 기술 중 냉동 및 해동 기술은 신선 농산물의 장기 보존을 가능하게 하며, 급속냉동과 적절한 해동 방법을 활용하면 품질 손상을 최소화할 수 있다. 또 소비자의 수용도가 높은 유기산을 이용한 화학적 전처리는 미생물의 성장을 억제하여 농산물의 저장성을 연장하는 데 효과를 보이고 있다.
본 연구에서는 지역농산물을 대상으로 저장·유통 과정 중 품질 저하와 미생물 오염을 최소화할 수 있는 기술적 방안을 제시하고자 한다. 과일 품목중에는 전주시 인근에서 생산되는 passion fruit의 저장성 향상을 위한 냉동과 해동 방법에 대해서, 양념채소 중에는 충남 서산에서 생산되는 달래와 마늘을 대상으로 미생물학적 오염을 감소시키기 위한 효율적인 전처리 방법에 대해 비교하고자 한다.

연구 1.
기후 온난화로 인해 열대 및 아열대 과일 재배 면적이 증가함에 따라, 패션프루트의 저장을 위한 각 동결 및 해동 방법의 품질 특성을 평가하여 품질 변화를 최소화하는 방법을 알아보고자 하였다.
동결 방법으로는 공기식 동결, 침지식 동결, 급속 동결을 적용하였고, 해동 방법으로는 상온 해동, 유수 해동, 초고압 해동 방법을 적용하였다. 저장 후 drip loss, 색도, 가용성 고형분, pH, 산도, 경도, 향기, 미생물 특성을 평가하였다. 동결 속도는 공기식 동결은 0.05°C/분, 침지식 동결은 0.47°C/분, 급속 동결은 7.83°C/분이었으며, 침지 또는 급속 동결 후 유수 해동이 공기식 동결보다 빨랐다. 침지식 동결의 모든 해동 처리에서 drip loss가 적었고, 고압 해동을 제외한 급속 동결에서도 drip loss가 적었다. 가용성 고형분 함량은 상온 해동에서는 침지 동결, 유수 해동에서는 공기식 동결이 가장 높았고, 고압 해동의 경우 급속 동결이 가장 낮았다. 전반적으로 냉동과 해동을 거치면서 원과에 비해 경도가 감소하였다. 백향과의 겉껍질 관통 시 침지식 동결과 급속 동결은 유의한 차이는 없었으나, 공기식 동결 시에는 경도가 더욱 감소하였다. 전자코 분석 결과, 침지식 냉동과 유수 해동 처리 시 생과일에 가까운 향기 패턴을 유지하는 것으로 나타났다. 결론적으로, 침지 동결 후 유수 해동은 drip loss가 가장 낮고 가용성 고형분 함량이 높아 품질 유지에 유리했다. 또한, 빠른 동결 속도와 색도 유지에 효과적인 급속 동결 후 고압 해동은 과즙 유출로 인한 drip loss 증가와 가용성 고형분 감소에 유의적인 영향을 미쳐 패션프루트 저장에 적합한 냉·해동 방법이 아님을 시사하였다.

연구 2.
달래의 전처리 방법을 통해 미생물 저감과 품질 유지 효과를 알아보기 위해 물리적인 처리로는 손 세척 1분, 버블 세척, Ultrasonication 처리를 50℃와 60℃의 온도에서 각각 1분, 3분, 5분 동안 세척하였고, 화학적 처리에서는 유기산인 Fumaric acid와 Aceitic acid 용액 1.5%와 2%에서 각각 1분, 3분, 5분 동안 침지 처리하였다.
미생물과 품질 분석 결과 물리적 처리에서는 버블 세척 3분이 곰팡이 저감에 효과적이었으나 일반세균 저감 효과는 적었고, Ultrasonication 60℃, 5분 처리에서 미생물 저감 효과가 가장 높았으나 색도의 a값이 증가하는 경향을 보여 녹색이 약해졌다. 화학적 처리에서는 Acetic acid에 비해서 Fumaric acid에서 일반세균과 곰팡이의 저감 효과가 높았으며, Fumaric acid 1.5% 용액에서 3분 처리의 저감 효과가 가장 높았다. 달래의 미생물 저감 효과가 좋은 버블세척 3분(B3), Fumaric acid 1.5%의 3분 처리(F153), 두 가지 방법을 조합한 병합(BF) 처리를 실시하고 9일 동안 4℃에서 저장하며 품질 특성을 비교해 본 결과, BF는 일반세균과 곰팡이에 F153 처리는 곰팡이 감소에 효과가 있었다. 색 변화에 있어 BF처리의 ΔE값이 가장 낮았으며, 유기산 단독 처리에서 색 변화를 보여 F153에서 녹색이 약해졌다. 조직감 변화는 흰색의 둥근 인경(비늘줄기) 보다는 녹색 줄기에서 현격히 나타났는데 저장 9일 차에 F153처리에서 녹색 줄기의 경도가 가장 높게 유지되었고(p<0.05), 인경 부분은 물리적 방법인 버블 세척 시 6일차부터 다른 처리에 비해 낮아졌다(p<0.05). 달래의 미생물 저감과 품질의 유지를 고려할 때 전처리 방법으로는 버블세척과 Fumaric acid 병합처리에서 미생물 저감 효과와 색·조직감의 특성이 냉장 3일간 유지되었고, 식품공전의 신선편이식품의 미생물 권고기준은 9일간 충족할 수 있었다..

연구 3.
마늘의 전처리 방법을 통해 미생물 저감과 품질 유지 효과를 알아보고자, 초음파(60℃, 5 min)와 유기산(citric acid 1.0%, fumaric acid 0.5%, 각각 5 min) 처리 후 냉장(4℃) 온도에서 28일간 저장하면서 재배유형(난지형, 한지형)별 마늘의 품질 특성을 조사하였다. 총균수는 한지형과 난지형 모두 fumaric acid와 초음파 처리시 저장 기간이 증가하여도 차이가 없었으나, 대조구와 citric acid 처리 시에는 저장 기간이 증가할수록 총균수도 증가하였다. 대장균은 한지형과 난지형의 대조구를 제외한 모든 처리에서 미검출되었다. 대조구에서는 저장 7일부터 검출되기 시작하였으며, 그 수준은 식품공전의 신선 편의 식품의 법적인 기준인 2.0 log CFU/g을 초과하였다. 곰팡이도 대장균과 마찬가지로 저장 7일부터 검출되기 시작하였으나 초음파 처리 시에는 저장 기간 중 모든 재배유형별 마늘에서 검출되지 않았다. Fumaric acid 0.5%를 처리했을 때 총균수는 0.06±0.13 log CFU/g으로 한지형과 난지형이 동일하였고, 곰팡이는 한지형 0.68±0.25 log CFU/g와 난지형은 증식하지 않는 등 낮은 수준을 유지하고 있었으며, 대장균은 검출되지 않아 미생물 억제에 효과적이었다. 무기질 변화 분석 결과 모든 재배유형별 마늘에서 Fe와 Zn은 검출되지 않았으며 함유량이 많은 성분은 K, P, Mg, Ca, Na 순이었다. 경도는 전반적으로 저장 기간이 증가할수록 감소하는 경향을 보였는데, fumaric acid 처리구에서는 모든 재배유형에서 저장 21일까지 경도에 유의적인 차이가 없어 조직변화 측면에서 fumaric acid 0.5%, 5분 처리가 가장 효과적인 것으로 나타났다. 색도는 L값은 감소, a값과 b값은 증가하여 육안으로 보았을 때 녹변현상과 일치하였는데, 푸마르산 처리에서 두 재배유형 모두 적색도 값의 변화가 적었다. 따라서 본 연구에서 활용한 전처리 조건에서는 미생물 감소, 무기질 및 경도, 색 변화와 같은 품질을 유지하는 방안으로 fumaric acid 0.5%, 5분 처리가 식품공전의 신선편이농산물의 미생물 기준을 충족할 수 있었으며, 미생물 저감과 품질 유지에 효과적인 것으로 나타났다. 그러나 채소류의 미생물, 색, 경도 등 품질을 향상하고 유지할 수 있는 다양한 물리적, 화학적인 방법들이 추가로 연구되어야 할 것으로 사료된다.

품목간 전처리의 결과를 종합적으로 보면, 달래와 마늘에 푸마르산 및 시트르산 처리 시 색도 변화와 조직 경도, 미생물 저감 효과에서 뚜렷한 차이가 나타났다. 특히 마늘에서는 푸마르산 처리 시 색 변화가 거의 발생하지 않고 경도가 가장 잘 유지된 반면, 동일한 푸마르산 조건에서도 달래에서는 녹색도가 감소(a 증가)하는 방향의 색 변화가 관찰되었다. 이러한 차이는 유기산의 고유한 화학적 특성과 두 식품의 색소·조직 차이에 기반한 것으로 해석할 수 있다. 즉, 같은 푸마르산 전처리라도 마늘처럼 엽록소가 거의 없는 조직에서는 색 변화가 작고, 달래처럼 엽록소 기반 색을 가진 조직에서는 pH 의존적 엽록소 불안정성이 더 크게 작용하여 색 변화가 발생하는 구조적 차이가 확인되었다. 이러한 결과는 동일한 처리 조건이라도 식품의 색소 구성, 세포벽 특성, 금속이온 반응성, pH 안정성에 따라 전처리 반응이 다르게 나타날 수 있음을 보여주며, 전처리 기술 선정 시 품목 기반의 맞춤형 접근이 필요함을 시사하였다.
결론적으로 본 연구는 냉·해동 조건 제어와 비잔류성 유기산 기반 전처리가 지역농산물의 품질 안정화, 미생물 안전성 확보, 소비자 신뢰도 향상에 기여할 수 있는 가능성을 확인하였으며, 유기산 전처리는 고가 장비나 복잡한 시스템 없이도 농가와 유통업계가 현장에서 즉시 적용 가능한 현실적인 지속가능한 품질관리 기술로서, 향후 지역농산물의 고부가가치화 및 안정적 유통망 구축에 필요한 기초자료를 제공할 수 있을 것이다. 또한 동일한 전처리라도 품목간 반응이 다르게 나타나는 것을 확인하여, 전처리 기술 선정시 품목별 맞춤형 전처리의 접근이 필요함을 시사하였다.

주요어: 백향과, 달래, 마늘, 냉동, 해동, 전처리, 품질 특성, 저장

목차 (Table of Contents)

• CHAPTER1：LITERATURE REVIEW 1
• 1. Overview of Local Agricultural Products 2
• 1.1. Definition of Local Agricultural Products 2
• 1.1.1. Major Producing-Area Agricultural Products Based on Yield 3
• 1.1.2. Geographical Indication (GI) Agricultural Products 5
• 1.2. Value of Local Agricultural Products 8
• 1.2.1. Economic Value 8
• 1.2.2. Social and Cultural Value 8
• 1.2.3. Environmental Value 9
• 1.2.4. Consumer Perception and Value Assessment 11
• 2. Problems in the Distribution and Storage Stages 11
• 2.1. Structural Problems in Distribution and Storage 12
• 2.2. Quality Changes during Distribution and Storage 15
• 2.2.1. Physical Factors 15
• 2.2.2. Moisture Loss 16
• 2.2.3. Respiration and Ethylene Generation 17
• 2.2.4. Microbial Contamination 21
• 2.2.5. Environmental Factors 26
• 2.3. Postharvest Loss, PHL 27
• 2.4. Quality Standards in the Distribution of Agricultural Products 29
• 3. Storage and Distribution Technologies 34
• 3.1. Principles of Storage and Distribution Technologies 34
• 3.2. Freezing Technologies 35
• 3.2.1 .Air Blast Freezing 35
• 3.2.2. Rapid Freezing 36
• 3.2.3. Immersion Freezing 38
• 3.3. Thawing Technologies 38
• 3.3.1. Air Circulation Thawing 39
• 3.3.2. Water Immersion Thawing 40
• 3.3.3. High Pressure Thawing 41
• 3.4. Washing and Pretreatment Technologies 44
• 3.4.1. Physical Washing 44
• 3.4.2. Chemical Washing 45
• 4. Objectives of the Study 55
• REFERENCES 61
• CHAPTER ２
• Effect of Various Freezing and Thawing Methods on Quality Attributes of Passion Fruit 78
• ABSTRACT 79
• 1. INTRODUCTION 81
• 2. MATERIALS AND METHODS 86
• 2.1. Experimental Materials 86
• 2.2. Freezing Methods 87
• 2.3. Measurement of Freezing Temperature and Freezing Rate 89
• 2.4. Thawing Methods 90
• 2.5. Measurement of Thawing Temperature and Thawing Rate 91
• 2.6. Drip Loss 92
• 2.7. Appearance and Color Measurement 93
• 2.8. Soluble Solids Content 94
• 2.9. pH and Titratable Acidity 95
• 2.10. Texture 96
• 2.11. Microbiological Analysis 97
• 2.12. Electronic Nose Analysis 98
• 2.13. Statistical Analysis 99
• 3. RESULTS AND DISCUSSION 100
• 3.1. Changes in Internal Temperature and Freezing Rate 100
• 3.2. Changes in Internal Temperature and Thawing Rate 103
• 3.3. Thawing Loss According to Freezing and Thawing Methods 107
• 3.4. External Appearance and Internal Cross-Sections 110
• 3.5. Physicochemical Properties of Passion Fruit 112
• 3.6. Hardness According to Freezing and Thawing Methods 117
• 3.7. Microbiological Analysis 120
• 3.8. Electronic Nose Analysis 122
• 3.8.1. Changes in Aroma Profiles According to Freezing Method 122
• 3.8.2. Changes in Aroma Profiles According to Thawing Method 127
• 4. CONCLUSION 133
• REFERENCES 136
• CHAPTER ３
• Effects of Physical and Chemical Treatment on Microbial Populations and Quality Characteristics of Allium monanthum 142
• ABSTRACT 143
• 1. INTRODUCTION 145
• 2. MATERIALS AND METHODS 148
• 2.1. Experimental Design 148
• 2.2. Pretreatment Methods 149
• 2.3. Proximate Composition 151
• 2.4. Microbiological Analysis 152
• 2.5. Hunter Value 153
• 2.6. Texture Measurement 154
• 2.7. Statistical Analysis 155
• 3. RESULTS AND DISCUSSION 156
• 3.1. Proximate Composition 156
• 3.2. Effects of Physical Pretreatments 158
• 3.3. Effects of Chemical Pretreatments 163
• 3.4. Changes in Microbial Populations during Storage 170
• 3.5. Changes in Color Parameters during Storage 173
• 3.6. Changes in Hardness during Storage 177
• 4. CONCLUSION 181
• REFERENCES 183
• CHAPTER 4
• Changes in Qualities of Different Cultivation Types of Garlic during Storage: Changes Assessed by Ultrasonic and Organic Acid Treatment 189
• ABSTRACT 190
• 1. INTRODUCTION 191
• 2. MATERIALS AND METHODS 194
• 2.1. Experimental Materials 194
• 2.2. Pretreatment Conditions 195
• 2.3. Microbiological Analysis 196
• 2.4. Mineral Analysis 197
• 2.5. Analysis of Physicochemical Quality Changes 198
• 26. Statistical Analysis 199
• 3. RESULTS AND DISCUSSION 200
• 3.1. Establishment of Physical and Chemical Pretreatment Conditions 200
• 3.2. Total Viable Counts, E. coli, and Mold Dynamics in Garlic 204
• 3.3. Mineral Composition 209
• 3.4. Hardness of Garlic during Storage 212
• 3.5. Color Parameters of Garlic during Storage 215
• 4. CONCLUSION 222
• REFERENCES 224
• OVERALL CONCLUSION 229
• ABSTRACT (KOREAN) 234