미생물 삼군법(n,c,m,M)이란? 정량·정성 시험과 일상분석 기준 정리
식품분석 실무자가 알려주는 품질관리 이야기 3
식품회사의 품질관리(QC) 업무를 하다 보면 한 번쯤은 이런 의문이 생길 수 있습니다.
- 왜 미생물 분석 결과는 평균값으로 판단하지 않을까?
- 삼군법(n, c, m, M)은 왜 사용하는 것일까?
- 매일 수행하는 일상분석은 왜 n=1로 운영하면서 기준을 더 엄격하게 설정할까?
이번 글에서는 미생물 시험의 특성과 삼군법의 의미, 그리고 일상분석 기준 설정 방법까지 쉽게 정리해 보겠습니다.
미생물 분석에 평균값을 적용하지 않는 이유
일반적인 품질·이화학 분석에는 평균값을 사용하는 경우가 많습니다. (ex, 3반복 후 평균)
하지만 미생물 분석은 평균값으로 판단하기 어렵습니다.
예를 들어 동일한 제품을 5반복 분석했는데 다음과 같은 결과가 나왔다고 가정해 보겠습니다.
- 10 CFU/g
- 20 CFU/g
- 30 CFU/g
- 40 CFU/g
- 1,000 CFU/g
이 경우 산술평균은 220 CFU/g입니다.
하지만 실제로는 대부분의 시료가 10~40 CFU/g 수준인데, 단 하나의 시료만 매우 높은 값을 나타내고 있습니다.
이런 분석 결과에서 만약 평균값만으로 샘플의 오염도를 판단한다면 실제 존재하는 오염 위험을 놓칠 수 있습니다. 따라서 미생물 시험에서는 평균값보다 개별 시료의 분석 결과가 더욱 중요하며, 평균값을 사용하지 않습니다.
미생물은 균일하게 분포하지 않습니다
미생물은 제품 전체에 균일하게 존재하지 않는 경우가 많습니다.
같은 날짜 같은 시간에 제조한 제품끼리라도
등에 따라 결과가 달라질 수 있습니다.
특히 병원성 미생물의 경우 평균값이 아무리 낮더라도 일부 시료에서 검출된다면 소비자 안전에 직접적인 영향을 줄 수 있습니다. 그렇다보니 정성 규격을 사용하는 것이며, 정량 규격의 경우에도 상기 예시처럼 미생물이 균일하게 포함되어 있지 않아 결과에 차이가 발생하게 됩니다. 이러한 이유로 미생물 분석은 평균값보다는 개별 결과를 기준으로 평가합니다.
그래서 등장한 것이 삼군법(Three-Class Sampling Plan)입니다
이군법이란?
이전에는 이군법을 사용해서 미생물을 분석하였습니다.
이군법이란 미생물 결과를 2개의 구간으로 나누어 평가하는 방법이며, 적합/부적합 2가지로 결과가 확인되게 됩니다. 예를 들어, 기준이 10,000 이하라면, 10,000을 넘는 11,000은 부적합이고, 10,000은 적합입니다.
삼군법이란?
삼군법은 미생물 결과를 3 개의 구간으로 나누어 평가하는 방식입니다. 적합/부적합 외 중간값이 있어 중간값이 몇개인지에 따라 적/부를 판정할 수 있습니다.
예를 들어 다음과 같은 규격이 있다고 가정해 보겠습니다.
- n = 5
- c = 1
- m = 100
- M = 1,000
이 경우
- 100 이하 : 적합
- 100 초과 ~ 1,000 이하 : 1개까지 허용
- 1,000 초과 : 부적합
으로 판정합니다. 약간의 오차는 허용하되 안전성에 영향을 줄 수 있는 높은 수준의 오염은 허용하지 않는 개념입니다.
정량 시험에서의 삼군법
정량 시험은 오염된 미생물 수를 숫자로 표현하는 시험입니다.
대표적으로 다음과 같은 항목이 있습니다.
예를 들어 규격이
- n = 5
- c = 1
- m = 100
- M = 1,000
이라고 가정해 보겠습니다.
그리고 시험 결과가 50, 80, 90, 120, 70 CFU/g 이라면 120 CFU/g만 중간값 영역에 존재하므로 적합입니다.
반면 50, 150, 200, 80, 70 CFU/g 이라면 경고 영역에 속하는 시료가 2개이므로 부적합이 됩니다.
이 때, 만약 규격이 n=5, c=2, m=100, M=1,000으로 c 값이 2로 바뀐다면, 해당 결과 또한 적합입니다. 중간값에 있는 결과가 2개까지는 적합이기 때문입니다.
정성 시험에서의 삼군법
정성 시험은 균의 존재 여부를 판단하는 시험으로, 살모넬라, 리스테리아 모노사이토제네스 등의 존재 여부를 확인하는 방법입니다.
예를 들어
이라는 규격은 5개 시료 모두에서 해당 균이 검출되지 않아야 함을 의미합니다.
즉, 음성, 음성, 음성, 음성, 음성 은 적합이며, 5개 결과 중 하나라도 양성이 혼합되어 있으면 부적합입니다.
정성 시험은 사실상 "검출 여부"를 평가하는 규격이라고 이해하시면 됩니다.
일상분석은 왜 n=1로 수행할까요?
법적 규격이나 자가품질검사는 규격서에 명시된 조건에 따라 수행해야 합니다.
하지만 생산 현장에서는 매일 또는 매 제조 로트마다 생산 시 이상을 확인하기 위한 분석이 필요할 수 있습니다.
이때마다 n=5 시험을 수행하면 샘플이 5개가 소요되고, 분석 비용도 그만큼 많이 들기 때문에
등의 문제가 발생합니다.
따라서 많은 제조 현장에서는 공정 모니터링 목적으로 n=1의 일상분석을 운영하고 있습니다.
정량 시험의 일상분석 기준은 어떻게 설정해야 할까요?
예를 들어 법적 규격이 n = 5, c = 1, m = 100, M = 1,000 인 경우를 생각해 보겠습니다.
일상분석은 1회만 수행하기 때문에 원래의 삼군법을 그대로 적용할 수 없습니다.
따라서 일반적으로는 m 값을 기준으로 내부 관리기준을 설정합니다.
예를 들면
와 같이 운영할 수 있습니다.
- 80 → 적합
- 90 → 적합
- 150 → 조사 또는 원인 분석
과 같은 방식으로 관리합니다.
여기서 중요한 점은 "m 이하"와 "m 미만"의 차이입니다.
예를 들어 m이 100인 경우
- m 이하(≤100) : 100도 적합
- m 미만(<100) : 100은 부적합
이 됩니다.
따라서 m 미만 기준이 m 이하 기준보다 더 엄격한 관리기준입니다.
실무적으로는 다음과 같은 방식으로 운영할 수 있습니다.
- 법적 규격 : m = 100
- 일상분석 기준 : ≤100
- 강화된 내부 관리기준 : <100
- 목표 관리수준 : ≤50
즉, 일상분석 기준은 원칙적으로 m 이하로 설정하되, 공정 안정성 확보를 위해 m 미만 또는 더 낮은 수준으로 관리할 수도 있습니다.
일반세균수 법적 규격이 n=5, c=1, m=100, M=1000인 제품을 매일 생산한다고 가정해 보겠습니다.
일상분석 결과가 120 CFU/g가 나왔다면, 법적 부적합은 아니지만 공정 이상 신호로 볼 수 있습니다.
한번의 분석 결과라면 120 CFU/g이 적합인지 부적합인지를 판정하기는 어렵지만,
매일 10~30 CFU/g의 결과를 확인하였는데, 갑자기 120 CFU/g이 나왔다면, 공정 이상 신호로 확인하고, 공정 문제를 개선하는 방법을 시행하여야 합니다.
이처럼, 매일 혹은 특정 기간마다 계속 분석을 진행한다면 일반적인 결과가 얼마나 나오는지 알 수 있기 때문에 이상 결과도 확인이 가능합니다.
정성 시험의 일상분석 기준은 어떻게 설정해야 할까요?
예를 들어 규격이
이라면 일상분석 기준은 일반적으로 다음과 같이 설정할 수 있습니다.
즉, 정성 시험 역시 일상분석 기준은 원래 규격의 m 수준과 동일하게 운영하는 것이 가장 보수적이고 합리적인 방법입니다.
마무리
미생물 시험은 평균값보다 개별 결과가 중요합니다.
모든 제품이 균일하게 혼합되지 않기 때문에, 미생물이 제품 내에 균일하게 분포하지 않으며, 일부분의 높은 오염 수준이 소비자 안전에 직접적인 영향을 줄 수 있기 때문입니다.
이러한 특성을 반영하기 위해 식품업계에서는 삼군법을 사용하고 있습니다.
또한 생산 현장의 일상분석은 대부분 n=1로 수행되므로 원래의 삼군법을 그대로 적용할 수 없습니다.
따라서 일상분석 기준은 일반적으로 m 값을 기준으로 설정하며, 필요에 따라 더욱 엄격한 내부 관리기준을 운영할 수 있습니다. 내부 관리기준을 m과 같거나 그보다 엄격하게 설정한다면, 공정 이상을 조기에 발견하고 제품의 품질 안정성을 확보하는 데 도움이 됩니다.
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