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문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 식품포장에 일반적으로 사용되는 다섯 가지 단일유연포장재(single flexible packaging films)의 두께에 따른 화랑곡나방의 침투율(%, penetration rate)을 시간의 경과에 따라 관찰하여 해충으로부터 식품을 보호하기 위해 갖추어야 할 최적의 포장필름 두께를 탐색하고자 하였다.
제안 방법
- 1b), 화랑곡나방 2령말-3령초 유충을 각각 10마리씩을 넣어 준비하였다. 그 후 유충의 침입에 의해 시료에 생긴 핀홀(pin-hole)의 여부를 일정 시간 별로 72시간까지 관찰하였다. 실험은 18번 반복하였으며, 화랑곡나방 유충은 28℃ 인큐베이터에서 보관하며 실험하였다.
대상 데이터
- , Bucheon, Korea)에서 공급받아 실험에 사용하였다. AF는 시중에서 판매되고 있는 제품(Lotte Aluminum Co., Seoul, Korea)을 구매하여 사용하였다.
- (i) PE 필름(35, 40, 70, 80, 90µm 두께); (ii) PP 필름(20, 30, 40, 50, 60 µm 두께); (iii) PET 필름(12, 16 µm 두께); (iv) PS 필름(30, 60 µm 두께); (v) AF (9, 16, 30 µm 두께). PE 필름은 (주)SR테크노팩(SR Technopack, Cheonan, Korea)에서, 그리고 PP, PET와 PS 필름은 (주)에이유(AU Co., Bucheon, Korea)에서 공급받아 실험에 사용하였다. AF는 시중에서 판매되고 있는 제품(Lotte Aluminum Co.
- 실험에 사용된 포장재는 단일 유연포장필름으로서 식품포장 분야에서 일반적으로 가장 널리 사용되는 품목들을 선택하였으며, 그 종류와 두께는 다음과 같다. (i) PE 필름(35, 40, 70, 80, 90µm 두께); (ii) PP 필름(20, 30, 40, 50, 60 µm 두께); (iii) PET 필름(12, 16 µm 두께); (iv) PS 필름(30, 60 µm 두께); (v) AF (9, 16, 30 µm 두께).
- 실험에 사용된 해충인 화랑곡나방의 유충은 고려대학교 생명 자원연구소 개체군 생태학 연구소에서 분양받아 배양기(incubator)를 사용하여 27-28℃, 상대습도 70-80%를 일정하게 유지하여 배양하였다. 해충의 먹이(feed)는 밀기울(wheat brown) 800 g, 효모 200 g, glycerol 500 mL, methyl p-hydroxybenzoate 2 g, sorbic acid 2 g을 혼합하여 이용하였으며(12), 이렇게 배양된 화랑곡나방의 3령 유충(3rd instar larvae)을 실험에 이용하였다.
- 실험에 사용된 해충인 화랑곡나방의 유충은 고려대학교 생명 자원연구소 개체군 생태학 연구소에서 분양받아 배양기(incubator)를 사용하여 27-28℃, 상대습도 70-80%를 일정하게 유지하여 배양하였다. 해충의 먹이(feed)는 밀기울(wheat brown) 800 g, 효모 200 g, glycerol 500 mL, methyl p-hydroxybenzoate 2 g, sorbic acid 2 g을 혼합하여 이용하였으며(12), 이렇게 배양된 화랑곡나방의 3령 유충(3rd instar larvae)을 실험에 이용하였다.
성능/효과
- PP 20µm는 6시간 이내에 40% 가량의 높은 침투율을 보이며, 이 후 침투속도가 급격히 증가하는 경향을 보였다.
- PP 필름은 실험에 사용된 다른 종류의 필름들보다 얇은 두께에서 침투율이 상대적으로 높은 것으로 나타났다(Fig. 4). PP 20µm는 6시간 이내에 40% 가량의 높은 침투율을 보이며, 이 후 침투속도가 급격히 증가하는 경향을 보였다.
- PS 60 µm는 최종적으로 약 55%의 침투율을 나타내었는데 이와 비슷한 결과를 보인 다른 종류와 두께의 필름들은 PET 12 µm, PP 30 µm, PE 40 µm로서 PS 60 µm보다 훨씬 더 얇아 PS의 두께대비 방충효과가 상당히 취약한 것으로 밝혀졌다.
- PS의 경우 실험에 사용된 필름 중 30, 60 µm 두 가지 두께에서 24시간 이후 48시간 이내에 침투율이 급격히 증가하는 유사한 경향을 보였으며 다른 종류의 필름과 마찬가지로 두께가 얇은 30 µm 필름에서 20% 정도 더 높은 침투율을 보였으며, 모든 반복실험에서 72시간 내 침투율 100%라는 결과를 보였다(Fig. 5).
- 실험은 18번 반복하였으며, 화랑곡나방 유충은 28℃ 인큐베이터에서 보관하며 실험하였다. 결과는 전체 반복 수에 대하여 침투된 포장재의 수를 침투율(%, penetration rate)로 나타냈다.
- 이는 각 필름의 물리적 성질이 서로 다르기 때문이라고 판단되는데 PE, PET, PP, linear low-density polyethylene (LLDPE) 등의 필름을 두께별로 분류하여 필름의 물리적 성질에 따른 화랑곡나방 유충의 침투 테스트를 한 실험에서 필름의 연신율(elongation)이 증가하고 인장강도(tensile strength)가 감소할수록 방충효과가 증가한다는 연구 결과가 보고된 바 있다(14). 결론적으로 유연포장 필름의 종류에 따른 물리적 특성의 차이가 해충에 의한 필름의 표면 손상 및 천공 여부에 영향을 미친다고 사료된다.
- 또한 PE 필름은 48시간 이후에서 35 µm보다 40 µm이 10%가량 더 높은 침투율을 보이며 두께 의존적이지 않은 결과를 보였는데, 이는 5 µm라는 두 샘플간의 미비한 두께 차이가 원인으로 작용한 것으로 사료된다.
- PP 20µm는 6시간 이내에 40% 가량의 높은 침투율을 보이며, 이 후 침투속도가 급격히 증가하는 경향을 보였다. 또한 모든 반복실험에서 72시간 내 침투율 100%라는 결과를 보여 방충 포장소재로서 상대적으로 취약한 것으로 나타났다. 이에 반해 PP 30 µm의 경우에는 72시간 이내에 55% 정도의 침투율을 보였으며, 40 µm 이상의 두께에서는 화랑곡나방 유충의 침입이 전혀 일어나지 않아, 이는 본 소재를 식품포장에 사용함에 있어 유충 침입 방지를 위해 필요한 최소한의 두께로 판단된다.
- 또한 본 연구에서는 같은 두께의 필름이라도 종류에 따라 서로 상이한 침투율 차이를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 그 예로 PP 30 µm, PS 30 µm, AF 30 µm, PET 30 µm이 72시간 이내에 최종적으로 각각 55, 100, 0, 0%의 침투율을 나타낸 것을 들 수 있다.
- 파우치(pouch) 형태의 유연 포장재는 식품포장의 대표적인 방법 중 한가지로서, 해충 관련 식품사고 예방을 위한 포장소재 탐색에 적합한 포장 방법으로 선택하였다. 실험 결과에 의하면 각각의 유연 포장 필름은 종류에 따라 유충 침투율의 차이를 보였으며, 모든 필름이 그 종류에 상관없이 두께가 얇을수록 24시간 이내에 침투가 되는 것을 관찰 할 수 있었다(Fig. 2). 이는 화랑곡나방 유충의 날카롭고 강력한 턱구조로(3) 합성플라스틱 필름 소재를 뚫는 천공(perforation) 능력을 보여주는 결과로서 실험에 사용된 유연필름의 종류별, 두께별 침투테스트 결과는 아래와 같다.
- 이상의 결과를 통해 필름의 종류에 관계없이 두께가 증가할수록 화랑곡나방 유충의 침투율이 감소하는 것을 확인하였다. 이와 같이 포장의 두께를 두껍게 함으로써 유충의 침입 정도를 효과적으로 제어할 수 있지만 단가(cost) 및 경제적 효율성이 매우 떨어진다는 단점이 생긴다.
- 하지만 12시간 이후부터 35 µm, 40 µm 두께의 필름에서 빠른 속도로 핀홀 발생량이 증가하였고, 특히 40 µm의 필름의 경우에는 24시간 이후 48시간 이내에 급격히 침투되는 현상을 보였다.
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