[논문]스마트 포장기술: 시간- 온도 지시계와 신선도 지시계를 중심으로

허재영; 이선미; 김상원; 이광근

doi:10.23093/fsi.2010.43.3.2

[국내논문] 스마트 포장기술: 시간- 온도 지시계와 신선도 지시계를 중심으로
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문제 정의

RFID 기술은 바코드를 대신할 차세대 포장기술로 식품의 이력 및 품질상태를 실시간으로 알려줄 수 있는 중요한 포장기술이다. 본 고에서는 RFID기술을 제외한 지시계 기술에 대한 총괄적인 소개를 하고자 한다.
첫번째는 그리스의 Taoukis 교수가 제안한 TTI의 식품유통 시스템이다(7). 이 논문에서는 TTI의 사용으로 소비자에게 제품의 품질에 관한 정보를 제공 할뿐만 아니라 제품 유통 최적화 및 모니터링 관리로 유통기한을 향상하고 폐기물을 절감할 수 있는 장점을 생산자에게 제공한다고 서술하고 있다(7). TTI를 식품산업에 가장 잘 적용한 예가 SMAS(Safety Monitoring and Assurance System)이다.
광학적, 전기적 측정과 바이오 센서 같은 기술은 앞으로 선도 지시계의 새로운 발전에 도움을 줄 것으로 예상하고 있다. 여러 품질 관련 지표 물질 중 본 고에서는 휘발성질소화합물, 바이오 제닉 아민, 이산화탄소, ATP 분해 산물, 그리고 황화합물 등에 대해 설명하고자 한다.

제안 방법

k_Iref는 기준온도에서 반응속도 상수이고, E_AI는 활성화 에너지로 지시계의 Arrhenius 매개변수이다. 계산 결과를 통해 저장 온도와 시간에 따른 미생물의 성장 시나리오를 구성하고, 이 시나리오를 기반으로 SMAS 소프트웨어가 남은 유통기한에 의거하여 제품을 장거리시장과 단거리시장으로 분류한다. 따라서 먼저 도착한 제품 및 라벨의 유효기간이 가까운 것 먼저 출하, 전시, 판매되는 선입선출(First–In/First– Out, FIFO) 시스템에 비하여 유통기한이 적게 남은 제품의 효율적인 분배가 가능하다.
Mendoza 교수는 수산식품 포장에 적합한 TTI를 결정하기 위한 실험을 수행하였다. 실제 상업적으로 이용되고 있는 3종류(C2-10, TJ2, M2-10)의 TTI(0차 kinetic 적용)를 수산식품 부패원인 균 중 하나인 Clostridium botulinum의 독소 형성 모델(S-L 곡선)과 비교하였다(15,16).
이로써 저장온도와 시간에 따른 미생물의 성장 시나리오 6가지가 구축되고, TTI에 의해 얻어진 정보를 통해 돼지고기의 부패균 성장 데이터를 만든다. 데이터는 시간함수로써 이용되는 Baranyi 모델과 kinetic 매개변수(지수적 성장 속도상수 k와 미생물 성장 유도기)를 측정함으로써 산출된다. 이제 두 번째 단계에서 TTI를 붙인 실험군은 부패균 성장 데이터를 기반으로 SMAS를 통해 장거리 유통 시장과 단거리 유통 시장으로 분류하고, TTI를 붙이지 않은 나머지 실험군은 FIFO에 따라 무작위로 분류한다.
데이터는 시간함수로써 이용되는 Baranyi 모델과 kinetic 매개변수(지수적 성장 속도상수 k와 미생물 성장 유도기)를 측정함으로써 산출된다. 이제 두 번째 단계에서 TTI를 붙인 실험군은 부패균 성장 데이터를 기반으로 SMAS를 통해 장거리 유통 시장과 단거리 유통 시장으로 분류하고, TTI를 붙이지 않은 나머지 실험군은 FIFO에 따라 무작위로 분류한다. 분류 후 72개의 실험군은 4℃와 8℃에서 저장하여 마지막으로 유통 시간과 저장온도에 따른 미생물 수를 평가하였다.
이제 두 번째 단계에서 TTI를 붙인 실험군은 부패균 성장 데이터를 기반으로 SMAS를 통해 장거리 유통 시장과 단거리 유통 시장으로 분류하고, TTI를 붙이지 않은 나머지 실험군은 FIFO에 따라 무작위로 분류한다. 분류 후 72개의 실험군은 4℃와 8℃에서 저장하여 마지막으로 유통 시간과 저장온도에 따른 미생물 수를 평가하였다.
Fig 8은 실험 후 FIFO와 SMAS의 효과를 비교한 결과를 나타내고 있다. FIFO와 SMAS 처리법을 사용하여 제품을 유통한 뒤 미생물의 균수를 측정하였다. 그 결과 FIFO를 사용한 샘플은 33%가 부패 레벨 log 7.

이론/모형

확산형 TTI는 미국의 Avery Dennison회사의 TT sensor TTI가 대표적으로 확산 반응 기작에 기반을 두었다(Fig 5). 이는 극성 혼합물이 두 개의 고분자 층에서 이것들의 농도 변화에 의해 확산된다.

성능/효과

전문가들은 효율적이고 이상적인 TTI의 조건으로 다음의 사항을 지적하고 있다. 첫째로, 온도의 변화에 대해서 비가역적이고 명확하며 지속적 이어야 한다는 것이다. 둘째, 값이 싸고 신뢰할 수 있어야 하며 사용이 쉽고 크기가 작아야 한다.
Pseudomonas spp., lactobacilli, enterococci, staphylococci 같은 장내세균은 biogenic amines이 형성되면 활성화 되는데, tyramine은 균수가 10⁶이상 일 때 축적이 많이 되는 것으로 알려졌다. 따라서 Tyramine은 소고기, 돼지고기, 가금류 고기의 품질 지시계로 제안되었다(28-31).
FIFO와 SMAS 처리법을 사용하여 제품을 유통한 뒤 미생물의 균수를 측정하였다. 그 결과 FIFO를 사용한 샘플은 33%가 부패 레벨 log 7.2에 도달하였지만 SMAS를 사용한 샘플은 16%만이 부패 레벨에 도달한 것을 볼 수 있다. 이를 통해 SMAS가 TTI 모니터링에 적합함을 알 수 있었다.
2에 도달하였지만 SMAS를 사용한 샘플은 16%만이 부패 레벨에 도달한 것을 볼 수 있다. 이를 통해 SMAS가 TTI 모니터링에 적합함을 알 수 있었다.

후속연구

현재로서는 TTI와 선도 지시계 기술을 상호 배타적 방식이 아닌 상호보완적 방식으로 사용하는 것이 올바르다고 판단된다. 향후 이 연구의 지속적인 발전으로 식품 및 유통산업의 일대 혁신이 있을 것으로 전망된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

식품의 포장기술에서 품질유지와 함께 유념해야 할 사항은 무엇인가?

이러한 최적의 품질을 유지하기 위하여 MA(Modified atmosphere) 포장, 능동(active) 포장 등 여러 기법이 적용되어 왔다. 식품의 포장기술에서 품질유지와 함께 유념해야 할 사항은 농식품은 유통이나 소비 시점에서 한 곳이 아닌 여러 곳에 분포된다는 것이다. 따라서 식품의 통합 관리가 매우 어렵게 된다.

스마트 포장의 2009년 시장 규모는?

스마트 포장은 지능형(Intelligent) 포장이라고도 하는데 품질의 실시간 측정 및 이력을 확인 할 수 있어 신개념의 융복합기술로 성장하고 있다. 2009년 지능형 포장의 세계시장은 약 5억 USD(약 6000억원)으로 전체 포장시장규모인 2000억 USD를 고려하면 산업 초기단계라고 할 수 있다(1,2). 스마트 포장의 핵심기술로는 지시계(Indicator)와 RFID(Radio Frequency Identification) 기술을 들 수 있다.

농식품의 포장 기능은 무엇인가?

농식품의 포장은 식품 내외에서 발생할 수 있는 생물학적ㆍ화학적ㆍ물리적 품질의 저하를 방지하여 소비자에게 고품질의 상품을 제공하는 기능을 지닌다. 이러한 최적의 품질을 유지하기 위하여 MA(Modified atmosphere) 포장, 능동(active) 포장 등 여러 기법이 적용되어 왔다.

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