【概要】
この研究では、ガス状オゾンが牛挽肉中の大腸菌に対する殺菌作用を評価するために2つのフェーズで行われました。
フェーズ1では、オゾンガスが牛肉に与える色と見た目の変化を調べました。
フェーズ2では、オゾンガスが大腸菌に対して有効な殺菌作用を検証しました。
オゾン処理を受けた牛肉は、大腸菌の減少に効果的なオゾンレベルで処理されましたが、色や風味に変化はありませんでした。
さまざまな濃度のオゾンガスを使って処理された生の牛挽肉に一般的な大腸菌を接種し、結果として牛肉中の大腸菌の約95.8%が死滅しました。
【はじめに】
牛肉加工おける問題は、通常、安全でないレベルの大腸菌が製品に含まれていることが原因で起こります。
具体的には、O157:H7株の大腸菌（Escherichia coli／大腸菌）のO157:H7株が問題が起きたときの牛肉から検出されます。
現在、牛肉の加工工程で使用できる殺菌剤の選択肢はほとんどありません。
この研究はオゾンガスが牛肉挽き肉加工において効果的な殺菌剤となる可能性があるかどうかを評価するために行われました。
オゾンは、赤身肉と牛肉への適用を含む、多くの食品加工用途において非常に効果的な殺菌剤であることが証明されています。
オゾンは大腸菌、そして特にO157:H7 E.Coliに対して有効であることが証明されています。
しかし、オゾンは従来、表面の衛生と一般的な消毒のために液体（オゾンを水に溶存させたオゾン水と呼ばれる液体）で使用されていました。
オゾン水は一般的に殺菌剤として非常に利便性が高く、オゾン水はすでに食品加工における対象物の表面や農産物の洗浄等に使用され、また費用対効果にも優れています。
オゾン水はすでに他の牛肉加工用途で有効であることが証明されていますが、牛肉加工用途の過程においてオゾン水の使用は実用的とはいえませんでした。何故なら、牛肉の混合物に液体を加える必要があるからです。
オゾン水の使用は、牛肉挽き肉の混合物に水を加える必要があり、そうすると牛肉挽き肉が100％でなくなるので好ましくないという問題がありました。
しかし、液体のオゾン水ではなく、気体（ガス状）のオゾンガスであれば、挽肉加工においてオゾン水の代わりに殺菌剤として使用できる可能性があります。
オゾンガスも、オゾン水同様他の工程で殺菌剤として使用され、すでに大きな成功・多数の実績があります。
過去には牛肉の貯蔵にごく短期間使用され、いくつかの菌株を減少させるという良好な結果が得られている。
ただし、過去に行われた試験では、赤身肉の変色が分析されました。
100PPM（濃度を表す単位）のオゾンを30分まで暴露したところ、赤身肉の変色は見られませんでした。
500PPMのオゾンを同じ時間暴露した場合、肉に好ましくない色と臭いの変化が見られました。
この試験で見られた肉の明らかな臭いの変化は、オゾン処理後に調理された牛肉の風味の変化を試験する正当な理由となります。
オゾンガスが牛挽肉に有効であるという決定的な証拠がないこと、そしてオゾンガスを牛挽肉に殺菌剤として使用することの限界のため、さらなる研究が求められていました。
以前から指摘されている色と風味に関する疑問を解消するためには、オゾンがこれらの品質に影響を与えないことを確認するための試験が必要です。
今回の研究は、オゾンガスが牛挽き肉製品に対し、色と風味に与える影響を評価し、次にオゾンガスの有効性を評価することを目的としています。
この研究は、次の3社によって共同研究として行われました。
- Ozone Solutions Inc.
- Synergy Environmental Inc.
- Kraft Science Consulting
各当事者は、この研究を完成させ、調査結果を提供するために、各関係者は多大な時間と費用を提供しました。
機材とセットアップ
オゾンガスは、牛肉の挽肉工程で、混合または粉砕の際に殺菌剤として使用されることが理論的に示されています。
オゾンガスが、牛肉挽き肉の混合または粉砕の工程で殺菌剤として使用される可能性があります。
このため、本試験ではLEM Products社製の小型ステンレス製ミキサーを使用しました。
このミキサーは、牛挽肉の混合工程をシミュレートするために使用されました。
このミキサーの側面には6つのオゾンガス注入口が設置され、オゾンガスを注入し、ミキサー全体にオゾンを分散させることができます。
ミキサーの上部には、プレキシガラス（＊1）の透明なカバーがしっかりと固定されていました。
透明カバーの面にはシールが貼られていなかったため、余分なオゾンガスはこの部分とミキサー前後のクランクシャフト部分から若干漏れていました。
ミキサーは可変速ドリルで回し、十分な攪拌とスピードが出せるようにしました。
これによりオゾンガスが牛挽き肉に十分に接触するように、ミキシング速度を上げることができ、オゾンガスと挽き肉が十分に接触するようにしました。
オゾンガスは、Ozone Solutions社製のOZV-4というオゾン発生器によって生成された。
このオゾン発生器には、供給ガスとして10 LPMの乾燥圧縮空気が供給されました。
さらに乾燥空気をオゾン発生器の周りにバイパスさせ、オゾン＋乾燥空気の合計空気流量を1CFM（30LPM／＊2）であった。
オゾンガスのサイドストリーム（＊3）は、2B Technologies社のモデル106オゾンアナライザーに接続されました。
このアナライザーはオゾンレベルをPPMで測定し、この試験中、一定のオゾンレベルが保たれるようにし、オゾンガス/乾燥空気混合物を1CFMの流量で3分間ミキサーに流しました。
3分間のオゾン投与時間は、研究期間中に見学した特定の加工工場での牛挽肉混合時間をシミュレートするために定められました。
1CFMの流量は、チャンバー内のオゾンガス濃度が有機物によって消費されないようにするために採用されました。
チャンバーへの流量を高くすることで、チャンバー内のオゾンレベルが低下することが予想されました。
また、3分間、チャンバー内のオゾン濃度はきわめて一定に保たれるはずだと考えました。
色味と風味のテスト-フェーズ1
第一段階のテストでは、1つのバッチから15ポンドの使用された。
この牛挽き肉は5ポンドに分割され、各試験のためにミートミキシングチャンバーで処理された。
この量はパドルで十分に混合できる量であったため、各試験のためにミートミキシングチャンバーで処理された。
使用した牛挽肉は、試験当日に地元の食肉市場から購入したものである。
挽肉は、試験当日に地元の食肉市場から購入し、各試験で完全なバッチを使用して、挽肉サンプルの完全な一貫性を確保した。
カラー/フレーバーと殺菌の両試験とも、1CFMのオゾン/ドライエアーの流量、3分間のミキシング時間、5ポンドの牛挽き肉サンプルという同じ定数を使用しました。
オゾン濃度のみを変更しました。
この試験の第一段階は、オゾンが赤肉の味や色に悪影響を与えるかどうかを判断するために行われました。
この試験の第一段階を行ううえでどのようなことをしたのか下記に示します。
- 色や味の変化を評価するため、オゾン濃度0、100、200の3種類のオゾンを使用した。
- 各試験において、1CFMのオゾン/乾燥空気混合物を肉に流した。
- オゾン処理後、3つの牛挽き肉サンプルを別々にし、パティメーカーで0.25ポンドのパティに成形し、合計20個の牛挽き肉パテを作成した。
- 0、100、200PPMの各バッチから、完成した挽き肉パテのうち3つを保存した。
- 挽き肉パテのうち3つは色表示用に取り置いた。
- 合計9個のビーフ挽き肉パテを色調変化の評価用に取り置いた。
- 色調変化の指標として置いておいた挽肉パティ9枚を、パティ成形後すぐに目視で分析したところ、また、これらのパテの写真を撮影し、記録した。
- 24時間冷蔵した後、これらのパティを再び目視で分析し、記録用に写真を撮影。
- 3つのサンプルバッチの残りの17の牛挽き肉パティは、同様のグリルで調理され、9人の味覚テストが行われた（この9名には事前の情報は提供されなかった）。
- 3つのサンプルバッチには1、2、3のラベルが貼られ、その数字が何を意味しているのかについては何も示されていない。
フェーズ1の結果
色味の結果
当初、3つのサンプルバッチの間に目に見える色の変化はありませんでした。
すべてのパティは同じ色を保っていました。
24時間後、同じ9つのビーフ挽肉パティを目視で再分析したところ、3つのバッチの間で色の変化は見られませんでした。
200PPMまでのオゾン処理後、赤身肉に何らかの色の変化が見られると考えられていましたが、オゾン処理後直接、または24時間後の目視による色の変化は見られませんでした。
これらの9つのビーフパティサンプルは、冷蔵庫でさらに3日間保管されたことに留意することが重要です。
この3日間の冷蔵保存の後でも、色の変化は全く見られませんでした。
味覚の結果
挽き肉パティが均一に調理された後、味覚テストを行いました。
最終的に調理されたパティを試食した各人には、好みの味をベスト（もっとも良い）からワースト（もっとも悪い）の間で評価するよう求めました。
0PPMと100PPMのサンプルバッチの結果には、統計的な違いはありませんでした。
200PPMのサンプルバッチの風味には統計的に顕著な不満がありました。
パティの味については、全員一致の意見は得られませんでしたが、0PPMと100PPMのバッチの味に好意的でした。
各試験官との意見交換の結果、200PPMサンプルバッチのパティは、味に深みがあることが明らかになりました。
その「味の深み」は数人のテスターによると「ちょっと異臭がする」とコメントした人もいて個人差があることに注意して下さい。
200PPMサンプルバッチのパティは、わずかに「オフフレーバー（＊4）」と表現できるような風味があった。
0PPMと100PPMのサンプルバッチのパティは風味に差がなく、好みが分かれる。
0PPMと100PPMのサンプルバッチのパティの風味を識別することは困難であった。
数名のテスターは、3つのパティサンプル間の実質的な風味の違いを識別することができませんでした。
フェーズ1に関するその他の留意点
100PPMのオゾンを使用した牛挽肉パティには、色や風味の変化がなかったことから、オゾンは牛挽肉パティの殺菌に有効であると判断された。
オゾン濃度を使用した牛挽肉パティの色や風味に変化がなかったことから、牛挽肉加工における殺菌は実行可能であると判断された。
低いオゾン濃度では、牛肉の色が変化することが予想されましたが、実際にはそうならないことも証明されました。
風味の変化は200PPMのサンプルで発生したが、目立った色の変化は見られませんでした。
微生物学的介入試験-フェーズ2
100PPMのオゾンガスで3分間挽肉を処理することに成功したため、この研究は第2段階のテストに進みました。
この試験では、牛挽肉に一般的な大腸菌を植え付けました。
このフェーズ2の試験がどのように行われたのか下記に示します。
- 大腸菌を接種し、密閉されたミキシングチャンバー内で様々な濃度のオゾンガスで3分間処理した。
- オゾン濃度レベルは、50PPM、100PPM、150PPM、200PPMの4種類を選択し、挽肉サンプルを処理した。
- 第1段階の試験で風味の変化が見られたものの、200PPMの濃度を使用することにした（もし大腸菌レベルに変化がなかった場合、オゾンガスは牛挽肉への殺菌に適さないと判断するため）。
- オゾン濃度は50PPMと150PPMを選択した。
- オゾン濃度は、大腸菌の減少について複数のデータポイントが得られるように選択した（大腸菌の減少を確実にするため）。
- フェーズ1試験で使用されたすべての試験パラメータは、フェーズ2試験でも使用した。
- 挽肉をミキシングチャンバーで3分間混合し、目的のオゾン濃度と接触させた。
- 1CFMのオゾンガス/乾燥空気混合物をミキシングチャンバーに注入し、この 3分間の間、ミキシングチャンバーに1CFMのオゾンガスを注入した。
- 各オゾン濃度サンプルには、同じ5ポンドの牛肉サンプルを使用した（フェーズ1で使用されたのと同じロットから 25ポンド購入された）。
- この牛挽き肉は Kraft Science Consulting に届けら、E-coli菌が植え付けられた。
接種とテスト
一般的な大腸菌をトリプチケースソイ培地（＊5）で増殖させ、接種直前に測定した細胞数は約620
cfu/mlまで増殖させた。
25ポンドの牛肉挽き肉を、まず5ポンドずつ（5つのバッチ）に分け、接種しました。
次に、各バッチを清潔で衛生的な5ガロンの容器に入れました。
衛生的な5ガロンの容器に1バッチずつ入れ、各バッチの間に20mlの大腸菌をまきました。
大腸菌を投入した後、25ポンドの牛肉はすべて、均一に分散させるために徹底的に混ぜ合わされました。
そうして接種された25ポンドの牛肉は、混合とオゾン処理を行うため、Ozone Solutions Inc.に送られました。
その結果、オゾンの濃度だけが異なる5つの集団（各5ポンド）の牛挽肉が生成されました。
この5つの牛挽肉は、その後、大腸菌を定量化するために実験室に戻されました。
各集団の大腸菌数を推定するため
各個体群の大腸菌数を推定するため、3つのサンプル（各約10～20グラム）を個体群から無作為に採取し、AOAC Official Method 998.08 を用いて各サンプルの大腸菌数を定量化しました。
3つのサンプルの平均値を算出し、その集団の実際のカウントの推定値として使用しました。
フェーズ2の結果
以下の表とグラフからわかるように、大腸菌の約73%が50ppmのオゾン・3分間で死滅しました。
50ppmのオゾンを3分間使用した場合、対照群（「C」＝曝露なし）と比較して約73%、150ppmを使用した場合、約96% の大腸菌が死滅しました。
観測データ
各試験において、1CFMのオゾンガスがミートミキサーに導入された。
排出口がないため、透明な蓋と密閉されていないクランクシャフトの穴から余分なガスが若干漏れたことが分かったが、濃度計測から大部分のオゾンガスはそこに滞留していることを観察した。
この観察からオゾンガスはほぼすべて牛挽肉に消費されたと判断した。この観察は実験中、オゾンガスによる安全上のリスクを排除するためであり重要なことでした。
しかし、これはまた、オゾンガスの流量が、挽肉処理前の適切な消毒に必要な量より少なかった可能性もわずかに示している。この点については、今後さらに研究の工夫が必要かもしれません。
購入された牛挽肉は、消費者がすぐに使えるように購入されたものである。
さらにチャンバー内でさらに混合すると、加工されすぎて美観が損なわれることがあった。
この実験の結論
この実験により、牛肉をオゾンガスで満たした密閉容器内で混合・粉砕した場合、大腸菌を顕著に死滅させることが証明されました。
大腸菌の約73％が50ppmのオゾンを用いて3分間の暴露で死滅しました。
また、150ppmのオゾンを使用した場合、同じ暴露時間で約96％が死滅しました。
大腸菌は50ppmのオゾンで3分、150ppmのオゾンで96％死滅しました。
この初期研究と試験により、オゾンガスが牛肉加工における適切な殺菌剤となる可能性があることが証明されました。
今後、より多くの研究により、牛肉加工に最も効果的な特定の大腸菌やその他の病原体に対して最も効果的なオゾン濃度を評価するために、さらなる研究が必要です。
この初期研究は、今後の試験の助けとなり、オゾンガスを抗菌剤として使用する将来の研究のベースラインを提供するものです。
この実験に関するその他の留意点
200PPMのオゾン濃度サンプルでは、明らかに風味が変化したため、牛肉加工においてこの濃度は使用することは適切ではなく、また実用的でないオゾン濃度である。
100PPMのオゾン濃度を使用した牛肉挽き肉に風味と色の変化がなく、73%減少したことからこれはオゾンが牛肉加工工程において、実用的な殺菌施策のひとつであると考えられる。
大腸菌の減少率は、オゾン濃度を100から150PPMに増加させたときに、劇的に増加した。
このオゾン濃度では風味のテストが行われなかったため、さらなる評価を行うために追加のテストを行う必要があります。
| 発表元 | URL |
| Ozone Solutions Inc. Synergy Environmental Inc. Kraft Science Consulting ※共同研究／順不同 | Efficacy of Gaseous Ozone Against Generic E.coli in Ground Beef |
