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문제 정의
- 본 연구에서는 광촉매 효과가 탁월한 나노 콜로이달 TiO2를 이용하여 콩나물 포장에 사용되고 있는 OPP 필름에 직접 코팅하여 새로운 기능성 포장재를 개발하였고, 앞서 언급한 콩나물의 문제점인 자엽부의 청변에 대한 억제 효과와 콩나물 내에서 발생하는 이취 성분인 acetaldehyde 감소 효과에 대하여 연구 분석하였다.
제안 방법
- 나노 TiO2 코팅 필름의 광분해성 측정을 위하여 MB를 사용하여 광분해성을 측정하였다. 광분해 실험용으로 사용되는 MB는 증류수와 혼합하여 액상을 만든 후, 10 ppm을 정량으로 사용하였다.
- 나노 TiO2 코팅 필름의 기계적 특성을 고찰하기 위해 필름의 인장강도, 신장률, 열접착강도를 측정하였다. 인장강도 및 신장률 실험은 KS A 1055에 따라 시편을 절단하여 UTM (Daekyeung Co.
- 나노 TiO2 코팅 필름의 이취 성분 제거는 콩나물에서 발생하는 이취 성분인 acetaldehyde를 제거하는 실험으로써 GC (Agilent Technologies Inc., Santa Clara, USA)를 이용하였다. 이 실험은 1L의 용기 안에 코팅 필름(250 mm×100 mm) 5장을 넣고 다시 콩나물 150 g을 넣은 후 직접 제조한 상자 안에서 UV-lamp를 조사하였으며, 내부 온도는 25℃로 일정하게 유지시켰다.
- 나노 TiO2 코팅 필름의 자외선 차단력을 측정하기 위하여 UV/visible 분광 광도계(Mecasys Co., Seoul, Korea)를 이용하여 필름의 자외선 차단력 측정을 하였다. 농도별로 제조된 나노 TiO2 코팅 필름에서 각각 5개의 샘플(10 mm×50 mm)을 채취하여 자외선부터 가시광선까지의 영역인 200-700 nm에서 transmitance를 측정하였고, step (측정간격)은 10 nm간격으로 측정하였다.
- 나노 TiO2 코팅 필름의 표면 분석은 코팅 필름 표면에 농도별로 제조된 나노 TiO2와 바인더의 분산 상태를 알아보기 위하여 실시하였다. 각각의 샘플을 채취하여 전처리 과정을 거친 후 FESEM (Hitachi Co.
- 콩나물을 이용한 자엽부 색상변화를 관찰하기 위하여 제조된 코팅 필름(250 mm×300 mm)을 반자동식접착기(Kumkang Co., Seoul, Korea)를 이용하여 sealing time을 5, cooling time을 4로 하여 3면 입방 열접착 후 콩나물 100 g을 제조된 포장재에 넣은 후 투입구를 다시 열접착하여 콩나물을 포장하였다.
대상 데이터
- 나노 TiO2 코팅 필름은 식품 포장재에서 많이 사용하는 PU와 PVB-cellulose 두 가지 바인더에 나노 콜로이달 TiO2를 각각 3%와 5%의 농도로 혼합제조하여 OPP 필름에 코팅하였다. PVB 바인더로 코팅한 필름이 PU 바인더(3%와 5%)보다 불균일하게 필름에 코팅이 되었다.
- 실험에 사용된 콩나물(Pulmuone Co., Eumseong, Korea)은 운반하여 당일 사용하였으며, 콩나물의 평균길이는 12±0.5 cm이고 무게 1.5±0.4 g이었다. 포장 소재는 콩나물 포장재로 사용되고 있는 OPP 필름을 사용하였으며, 두께 30 um의 OPP 필름(Juwin PNB Co.
- 4 g이었다. 포장 소재는 콩나물 포장재로 사용되고 있는 OPP 필름을 사용하였으며, 두께 30 um의 OPP 필름(Juwin PNB Co., Ansan, Korea) 을 사용하였다.
이론/모형
- 코팅 필름의 기계적 특성을 고찰하기 위해 필름의 인장강도, 신장률, 열접착강도를 측정하였다. 인장강도 및 신장률 실험은 KS A 1055에 따라 시편을 절단하여 UTM (Daekyeung Co., Incheon, Korea)을 이용하여 측정을 하였다. 시편을 표본에서 3개를 채취 후 시편의 중심에서 양쪽으로 20 mm 위치에 표점을 긋고 표점기에 맞추어 시험기의 클림프에 시험편을 끼운 후 시편의 두께를 측정하고, 시편의 최대 절단 하중을 측정하였다.
성능/효과
- 콩나물 자엽부 색상변화 실험은 상온에서 대조구와 나노 TiO2 코팅 필름 적용 시 콩나물 자엽부의 색상 변화를 알아보기 위하여 실시하였다. 48시간 동안 6시간 주기로 콩나물 자엽부 색상을 측정한 결과 대조구의 콩나물은 12시간 이후부터 L값이 점차 감소하였고, 코팅 필름의 경우는 24시간 이후부터 자엽부의 색상이 조금씩 변해가는 것을 확인 할 수 있었다. 결과적으로 자외선에 의해서 명도가 어두워졌기 때문에 L값은 점차 감소하는 것이고(Fig.
- 그러나 청변현상 방지 실험과 광분해 실험에서는 필름 코팅 상태와 상관없이 선도 유지 효과가 나타났다. MB를 사용한 광분해성 효과 측정 실험에서 나노 TiO2의 광촉매 반응으로 인해 초기 30분부터 MB가 분해되는 것을 확인하였고, 콩나물 포장재 내에서 혐기성 호흡으로 발생하는 이취인 acetaldehyde는 나노 TiO2 코팅 필름이 대조구에 비해 농도가 감소하는 것을 확인하였다. 따라서 개발된 나노 TiO2 코팅 필름으로 콩나물의 청변 현상과 이취 제거로 인해 콩나물의 보관 수명을 연장할 수 있었다.
- 또한 3% 보다 5% TiO2에서 자외선 차단력이 우수한 것을 확인할 수 있었다. TiO2 농도 차이 외에 바인더 자체가 자외선 차단력에 영향력을 미친다는 것도 알 수 있었다(Fig. 1).
- 나노 TiO2 코팅 필름에 의한 콩나물에서 발생하는 이취 성분인 acetaldehyde 감소량을 측정한 결과, 실험개시 일부터 3일째 되는 날까지는 acetaldehyde가 GC에 검출되지 않았으나 그 후부터 8일 까지는 acetaldehyde가 검출되었다. 대조구나 나노 TiO2 코팅 필름을 투입한 실험구에서 모두 acetaldehyde가 발생된 것을 확인할 수 있었으나 발생량에서 대조구와 나노 TiO2 적용 실험구에서 acetaldehyde 농도에 차이가 있었다(Fig.
- 나노 TiO2 코팅 필름의 자외선 차단 효과로 인하여 콩나물 자엽부의 청변 현상을 방지할 수 있었고, 이로 인해 콩나물의 선도 유지에 효과가 있음을 알 수 있었다.
- 나노 TiO2 코팅 필름의 자외선 차단력은 TiO2 코팅 유무에 따라 큰 차이를 보였다. 또한 3% 보다 5% TiO2에서 자외선 차단력이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
- 코팅 필름에 의한 콩나물에서 발생하는 이취 성분인 acetaldehyde 감소량을 측정한 결과, 실험개시 일부터 3일째 되는 날까지는 acetaldehyde가 GC에 검출되지 않았으나 그 후부터 8일 까지는 acetaldehyde가 검출되었다. 대조구나 나노 TiO2 코팅 필름을 투입한 실험구에서 모두 acetaldehyde가 발생된 것을 확인할 수 있었으나 발생량에서 대조구와 나노 TiO2 적용 실험구에서 acetaldehyde 농도에 차이가 있었다(Fig. 4).
- 대조구에서는 8일까지 acetaldehyde가 평균 5.85 ppm이 검출되었고 나노 TiO2를 3% 농도로 코팅한 필름을 적용한 실험구에서는 5.27 ppm, 나노 TiO2를 5% 농도로 코팅한 필름을 적용한 실험구에서는 5.08 ppm이 검출되었다. 이와 같은 결과를 비추어 볼 때 나노 TiO2의 농도가 높아질수록 acetaldehyde의 분해량이 증가되었으며 결과적으로 이는 나노 TiO2가 적용된 필름이 이취 성분을 효과적으로 분해한 것으로 판단된다.
- 이와 같은 결과를 비추어 볼 때 나노 TiO2의 농도가 높아질수록 acetaldehyde의 분해량이 증가되었으며 결과적으로 이는 나노 TiO2가 적용된 필름이 이취 성분을 효과적으로 분해한 것으로 판단된다. 따라서 TiO2 코팅 필름을 콩나물에 적용하여 실험한 결과 이취 성분인 acetaldehyde를 광분해 함으로써 콩나물의 선도를 보다 오래 유지할 수 있음을 알 수 있었다.
- 코팅 유무에 따라 큰 차이를 보였다. 또한 3% 보다 5% TiO2에서 자외선 차단력이 우수한 것을 확인할 수 있었다. TiO2 농도 차이 외에 바인더 자체가 자외선 차단력에 영향력을 미친다는 것도 알 수 있었다(Fig.
- 08 ppm이 검출되었다. 이와 같은 결과를 비추어 볼 때 나노 TiO2의 농도가 높아질수록 acetaldehyde의 분해량이 증가되었으며 결과적으로 이는 나노 TiO2가 적용된 필름이 이취 성분을 효과적으로 분해한 것으로 판단된다. 따라서 TiO2 코팅 필름을 콩나물에 적용하여 실험한 결과 이취 성분인 acetaldehyde를 광분해 함으로써 콩나물의 선도를 보다 오래 유지할 수 있음을 알 수 있었다.
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