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문제 정의
- 김치는 한국의 대표적인 발효식품이지만 발효식품의 특성상 장기간 보관이 어려우며, 우주식품으로 개발하기 위해서는 김치에 존재하는 미생물을 제어하는 것이 필수적이다. 따라서 우주공간에서도 장기저장이 가능하고, 김치의 신선한 관능적 품질을 유지하기 위해 방사선 식품공학 융합기술을 이용하여 개발된 즉석섭취 가능한 원터치 캔 형태의 멸균 우주김치를 개발하였다. 캔 내부에는 김치로부터 발생되는 김치국물을 흡수할 수 있는 식품용 특수패드를 함께 포장하여 국물이 우주환경으로 비산하는 것을 방지하고 안전하게 섭취가 가능하도록 설계하였다.
- 본 논문에서는 한국우주식품 10품목에 관하여 우주에서 우주인들의 입맛이 어떻게 변화하는지를 알아보았다. 한국우주인의 개인 기호도 차이 때문에 관능평가 점수가 낮은 품목도 있었지만 대부분 높은 점수를 받았다.
- 본 논문에서는 한국우주식품 개발과정과 우주에서 우주인들의 입맛이 어떻게 변화하는지를 알아보기 위하여 국제우주정거장에서 수행된 우주식품의 색깔, 맛 , 향 등 관능평가 결과를 분석하였다.
제안 방법
- 21일 이후에는 25±1℃의 온도에서 1일 주기로 30℃로 온도를 상승시키고, 2일 주기로 35℃로 온도를 상승시켜가며 15일 동안 번갈아 가며 총 36일간 저장한 샘플의 미생물학 성분평가 및 관능평가를 실시한다.
- 한국 우주인은 볶은김치, 고추장, 된장국, 홍삼차, 녹차, 밥, 김치, 라면, 수정과, 생식바 총 10품목에 대하여 지상 훈련기간 중의 관능평가를 수행하고 국제우주정거장내에서 관능평가를 실시하여 지상과 우주에서의 관능적 차이를 비교 분석하였다. 관능평가는 외관, 향, 짠맛, 단맛, 매운맛, 끝맛, 쓴맛, 조직감, 종합적 기호도를 7점 기호 척도법을 사용하여 평가하였다. 그림 8은 우주에서 수행된 한국우주식품의 관능평가결과를 나타낸다.
- 생식바는 가공처리를 하지 않아 영양소 함량과 신선도가 높은 50여종의 생식을 주원료로 구성되었으며, 우리나라 대표특산물인 홍삼농축액을 고농도로 첨가하여 기능성을 강화하였다. 또한 생식의 경우 가열처리를 하지 않아 우주에서 미생물에 의한 안전성이 문제가 되므로 최종적으로 방사선 기술을 적용하여 미생물을 제어하였다.
- 또한 한국 우주인은 4월 12일 ‘유리 가가린의 날’에 국제우주정거장에서 세계 우주인들과 한국 우주식품으로 우주만찬을 즐기면서 한국식품의 특성과 우수성을 소개하였다.
- 마지막으로 51일간 평가는 21일까지는 20±2℃온도로 유지하고 22일부터 36일까지는 1일 주기로 30℃온도상승과 2일 주기로 35℃ 온도상승을 15일간 번갈아 가며 실시 한 후 37일부터 25±1℃로 온도를 유지하여 51일 후에 저장한 샘플의 미생물학 성분평가 및 관능평가를 실시하였다.
- 각각의 평가는 미생물학적 시험과 맛 · 색깔, 향 및 종합적 기호도에 대한 구성되며 미생물학적 성분기준은 우주환경의 특성에 따른 우주방사선 및 급격한 온도변화에 따라 매우 엄격한 기준이 적용된다. 예비평가에서는 약 2주 동안 대장균, 곰팡이 균류, 세균류 등 다양한 미생물들을 분석하여 우주식품 기준에 적합한지를 평가하였다. 저장평가는 국제우주정거장과 유사한 환경조건에서 51일간 수행되며 온도변화에 따른 미생물학적 시험과 관능평가를 수행하였다.
- 우주식품 고추장은 현대식 방법으로 제조된 고추장을 우주식품의 미생물 인증기준에 적합하도록 가열살균 처리하였으며, 매운 맛과 짠맛을 약간 감소시키고 단맛을 증가시켜 우리나라 젊은 층의 기호뿐만 아니라 외국인도 소스로 쉽게 먹을 수 있도록 제조하였다.
- 2008년 1월 한국우주식품은 러시아 의생물학연구소(IBMP)로부터 국제우주정거장에서 섭취할 수 있는 우주식품으로서 최종인증을 받았다. 이번 평가에는 러시아 의생물학연구소(IBMP)의 주관 하에 산하 3개 연구기관이 참여하여, 약 100일간에 걸쳐 미생물학적 시험(microbiological test)과 온도 변화를 비롯한 환경변화에 대한 우주식품의 장기간 저장평가(life test) 등 다각적인 평가가 수행되었다.
- 예비평가에서는 약 2주 동안 대장균, 곰팡이 균류, 세균류 등 다양한 미생물들을 분석하여 우주식품 기준에 적합한지를 평가하였다. 저장평가는 국제우주정거장과 유사한 환경조건에서 51일간 수행되며 온도변화에 따른 미생물학적 시험과 관능평가를 수행하였다. 저장평가에 사용되는 샘플은 총 28개이며, 총 4회에 걸쳐 각각 첫째 날, 21일, 30일, 51일차에 평가가 진행된다.
- 저장평가는 국제우주정거장과 유사한 환경조건에서 51일간 수행되며 온도변화에 따른 미생물학적 시험과 관능평가를 수행하였다. 저장평가에 사용되는 샘플은 총 28개이며, 총 4회에 걸쳐 각각 첫째 날, 21일, 30일, 51일차에 평가가 진행된다. 1회 평가시 사용되는 샘플은 각각 7개이며, 5개의 샘플은 미생물학적 성분평가, 2개의 샘플은 관능평가에 사용된다.
- 진공포장을 위한 단계는 4단계로 나뉜다. 첫째, 포장재 내의 공기를 시간별 0초-99초로 빼주는 단계(vacuum)이고, 둘째 단계는 질소를 충전하는 시간을 시간별로 0-30초로 나뉘어 원하는 시간을 결정하며(질소충전이 필요한 경우), 셋째 단계는 실링(sealing)하는 단계로 0-3초까지 개입구를 부치는 단계이다. 마지막으로 실링(sealing)한 곳을 식혀주는 cooling단계는 0-6초로 나뉘어 원하는 시간만큼 결정된다.
- 따라서 우주공간에서도 장기저장이 가능하고, 김치의 신선한 관능적 품질을 유지하기 위해 방사선 식품공학 융합기술을 이용하여 개발된 즉석섭취 가능한 원터치 캔 형태의 멸균 우주김치를 개발하였다. 캔 내부에는 김치로부터 발생되는 김치국물을 흡수할 수 있는 식품용 특수패드를 함께 포장하여 국물이 우주환경으로 비산하는 것을 방지하고 안전하게 섭취가 가능하도록 설계하였다.
- 한국 우주인은 볶은김치, 고추장, 된장국, 홍삼차, 녹차, 밥, 김치, 라면, 수정과, 생식바 총 10품목에 대하여 지상 훈련기간 중의 관능평가를 수행하고 국제우주정거장내에서 관능평가를 실시하여 지상과 우주에서의 관능적 차이를 비교 분석하였다. 관능평가는 외관, 향, 짠맛, 단맛, 매운맛, 끝맛, 쓴맛, 조직감, 종합적 기호도를 7점 기호 척도법을 사용하여 평가하였다.
- 한국우주인은 지상에서의 훈련과정을 통해 다양한 러시아 우주식품을 경험한 후 최종적으로 자신이 선호하는 음식들을 선택하였다. 한국우주식품 10개 품목은 국제우주정거장 체류기간 중 7일 동안 무게와 개수식품간의 조화 등을 고려하여 짜여 졌으며, 한국우주인은 섭취 후 총 10개 품목에 관해 관능평가를 실시하였다.
대상 데이터
- 현재, 우주식품은 미국과 러시아에 의해서 국제우주정거장으로 제공되고 있으며 미국의 우주왕복선에 우주식품을 탑재하려면 NASA의 인증을 받아야하며 러시아의 경우 러시아 연방우주청(FSA: Federal Space Agency) 산하 의생물학연구소(IBMP: Institute of Biomedical Problems)의 인증을 받아야 한다. 2008년 1월 한국우주식품은 러시아 의생물학연구소(IBMP)로부터 국제우주정거장에서 섭취할 수 있는 우주식품으로서 최종인증을 받았다. 이번 평가에는 러시아 의생물학연구소(IBMP)의 주관 하에 산하 3개 연구기관이 참여하여, 약 100일간에 걸쳐 미생물학적 시험(microbiological test)과 온도 변화를 비롯한 환경변화에 대한 우주식품의 장기간 저장평가(life test) 등 다각적인 평가가 수행되었다.
- 포장지 1은 된장국, 홍삼차, 녹차, 수정과 포장에 사용되었고, 포장지 2는 밥, 볶음김치, 라면에 사용되었으며, 포장지 3는 고추장, 생식바에 사용되었다. 그리고 김치는 알루미늄 캔을 사용하였다. 그림 3은 우주로 보내기 위해 한국우주식품 전체를 포장한 노맥스 가방을 나타낸다.
- 미국과 러시아에서는 자체 우주식품용 포장지를 개발하여 사용하고 있으나 현재 우리나라는 우주식품 개발이 시작단계에 있기 때문에 아직 상용화된 우주식품용 포장지가 없다. 이번 한국우주식품 포장은 시간적 비용적 제약 때문에 러시아 연방우주청(FSA)산하 의생물학연구소(IBMP)에서 인증된 포장지를 사용하였다. 우주식품용 포장지의 외부재질은 나일론과 폴리프로필렌(Nylon, Polypropylene)이고, 내부재질은 폴리프로필렌이며 모두 무균상태로 되어있다.
- 러시아 포장지 형태는 그림2와 같다. 포장지 1은 된장국, 홍삼차, 녹차, 수정과 포장에 사용되었고, 포장지 2는 밥, 볶음김치, 라면에 사용되었으며, 포장지 3는 고추장, 생식바에 사용되었다. 그리고 김치는 알루미늄 캔을 사용하였다.
성능/효과
- 고추장은 모든 기호도에서 좋은 점수를 얻었으며 특히, 해외 우주인들의 입맛에도 매우 잘 맞아 좋은 평가를 받았다. 고추장은 매운맛을 통해 우주에서 둔해진 입맛을 회복하는데 큰 도움이 되었다.
- 우주식품은 발사비용을 줄이기 위해서 무게가 가벼워야 하므로 보통 동결건조형태로 개발되며, 지상에서와 같은 맛을 우주에서도 유지시키는 것이 가장 중요하다. 그래서 이번에 개발된 한국우주식품은 위의 조건들을 충족시키기 위해서 밥은 무균포장밥 형태, 볶은김치, 된장국, 홍삼차, 녹차는 동결건조형태, 고추장은 액상으로 고온고압살균, 김치, 라면, 수정과, 생식바는 방사선 멸균형태로 개발되었다.
- 그러나 우주환경에서는 미생물에 의한 안전성 및 기존의 라면과 같이 국물이 있는 경우 문제가 되며, 우주공간에서 물의 온도가 지상에 비해 낮아 낮은 온도에서도 호화가 될 수 있어야 한다. 따라서 본 연구팀이 개발한 우주라면은 70℃의 온도에서도 5분 만에 호화가 가능하며, 스파게티와 같이 국물이 없는 비빔면 형태로 개발되었으며, 라면에 존재하는 미생물을 제어하기 위해 최종적으로 방사선 멸균기술을 적용한 제품이다.
- 라면은 전체 맛에 대한 기호도 평가가 높았으며 특히 해외우주인의 선호도가 높았다. 그러나 쫄깃한 면의 조직감에 대한 개선이 필요하다.
- 그림 9는 한국우주식품의 종합적 기호도 평가점수를 나타낸다. 볶은김치, 고추장, 녹차, 밥, 수정과는 100점 만점에 86점으로 최고 점수를 얻었으며, 된장국, 김치, 라면은 71점, 홍삼차와 생식바는 57점으로 가장 낮은 점수를 받았다. 이 점수는 한국우주인 이소연씨의 개인적 입맛 특성을 나타내므로 평가에 참여하는 우주인에 따라 매우 다를 수 있다.
- 볶은김치는 우주에서 김치의 냄새가 예상보다 많이 났으며, 그것을 제외한 다른 기호도 평가에서 좋은 점수를 얻었다. 볶은김치의 복원시간은 지상에서 수행된 결과와 비교하여 실제 우주에서는 오래 걸렸으며, 향후 볶은김치의 특성을 유지하면서 정해진 시간내에 원상태로 복원시킬 수 있는 복원시간 개선이 필요하다.
후속연구
- 볶은김치는 우주에서 김치의 냄새가 예상보다 많이 났으며, 그것을 제외한 다른 기호도 평가에서 좋은 점수를 얻었다. 볶은김치의 복원시간은 지상에서 수행된 결과와 비교하여 실제 우주에서는 오래 걸렸으며, 향후 볶은김치의 특성을 유지하면서 정해진 시간내에 원상태로 복원시킬 수 있는 복원시간 개선이 필요하다.
- 이번에 최초로 개발된 한국우주식품은 오랫동안 한국인들에게 사랑을 받아온 전통식품 중에서 선정된 것이며, 이번 우주식품개발을 통해 우리는 한국식품업계의 우수한 인력과 기술력을 입증했고 향후 다양한 한국전통식품을 우주식품으로 개발할 필요성이 있다. 앞으로 유인우주탐사 시대를 맞이하여 한국우주식품의 지속적인 발전과 국내식품업계의 기술력 향상에 기여하는 동시에 비상용 식품 및 군용식품 발전 등의 분야에 파급효과를 기대해 본다.
- 이번에 사용된 러시아 포장지는 우주개발 초창기부터 사용될 정도로 여러 가지 면에서 검증된 것이지만 향후 한국우주식품용 포장지 개발을 위해서는 참고할 점도 있다. 우선, 차 종류의 경우 여러 번에 나누어 마시는 경우가 많기 때문에 취식구에 마개를 설치할 필요가 있으며, 국제우주정거장내에 쉽게 고정할 수 있도록 포장지에 조그만 벨크로를 붙일 필요가 있다.
- 이번에 최초로 개발된 한국우주식품은 오랫동안 한국인들에게 사랑을 받아온 전통식품 중에서 선정된 것이며, 이번 우주식품개발을 통해 우리는 한국식품업계의 우수한 인력과 기술력을 입증했고 향후 다양한 한국전통식품을 우주식품으로 개발할 필요성이 있다. 앞으로 유인우주탐사 시대를 맞이하여 한국우주식품의 지속적인 발전과 국내식품업계의 기술력 향상에 기여하는 동시에 비상용 식품 및 군용식품 발전 등의 분야에 파급효과를 기대해 본다.
- 생식바는 한국우주인 이소연씨의 쓴맛에 대한 기호도 차이에 따라 생식바에 홍삼이 포함되었기 때문에 전체적으로 낮은 점수를 얻었다. 향후 생식바의 조직감 개선이 필요하다.
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