다양한 산소 투과도를 가진 커버필름과 산소지시물질로 제작된 인쇄형 TTI Printable Time Temperature Integrator Consisting of Oxygen Indicator and Cover Film with Various Oxygen Permeability원문보기
본 연구에서는 산소지시물질을 이용한 새로운 UV-activation 인쇄형 시간-온도 이력지시계(time temperature integrator; TTI)를 개발하였다. $TiO_2$와 glycerol이 UV activation을 위해서 첨가되었으며 glycerol의 경우 비가역적반응을 위해 첨가량을 23 mg으로 조절하였다. 또한 인쇄적성을 위해 zein 함량 0.8 g, 90% ethanol 함량 4.0 g으로 조절하였고 silk screen의 mesh는 250 mesh일 때 최적의 인쇄성상을 나타내었다. 서로 다른 커버필름(PE, PET, OPP, and LLDPE)을 이용하여 색변화속도와 온도의존성을 측정하였다. 각 필름의 $E_a$를 측정한 결과 OPP, PE, LLDPE의 경우 60.07-84.47 kJ/mol의 $E_a$를 나타내어 TTI로서의 적용가능성을 확인할 수 있었다. 반면 PET의 경우 $E_a$가 15.76 kJ/mol으로 적용성이 떨어지는 것으로 판단되었다. 또한 커버필름의 두께의 경우 $E_a$에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났으며 annealing한 필름은 고분자 구조의 변화로 인해 산소 투과도가 annealing하지 않은 동종의 필름보다 PET의 경우 29.8%, PVC의 경우 60.7% 감소하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 새롭게 개발된 UV-activation 인쇄형 TTI는 다양한 커버필름을 통해 산소 투과도와 $E_a$를 조절할 수 있었고 annealing을 통하여 추가적으로 산소 투과도를 조절할 수 있어 다양한 유효기간을 갖는 식품에 광범위하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 산소지시물질을 이용한 새로운 UV-activation 인쇄형 시간-온도 이력지시계(time temperature integrator; TTI)를 개발하였다. $TiO_2$와 glycerol이 UV activation을 위해서 첨가되었으며 glycerol의 경우 비가역적반응을 위해 첨가량을 23 mg으로 조절하였다. 또한 인쇄적성을 위해 zein 함량 0.8 g, 90% ethanol 함량 4.0 g으로 조절하였고 silk screen의 mesh는 250 mesh일 때 최적의 인쇄성상을 나타내었다. 서로 다른 커버필름(PE, PET, OPP, and LLDPE)을 이용하여 색변화속도와 온도의존성을 측정하였다. 각 필름의 $E_a$를 측정한 결과 OPP, PE, LLDPE의 경우 60.07-84.47 kJ/mol의 $E_a$를 나타내어 TTI로서의 적용가능성을 확인할 수 있었다. 반면 PET의 경우 $E_a$가 15.76 kJ/mol으로 적용성이 떨어지는 것으로 판단되었다. 또한 커버필름의 두께의 경우 $E_a$에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났으며 annealing한 필름은 고분자 구조의 변화로 인해 산소 투과도가 annealing하지 않은 동종의 필름보다 PET의 경우 29.8%, PVC의 경우 60.7% 감소하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 새롭게 개발된 UV-activation 인쇄형 TTI는 다양한 커버필름을 통해 산소 투과도와 $E_a$를 조절할 수 있었고 annealing을 통하여 추가적으로 산소 투과도를 조절할 수 있어 다양한 유효기간을 갖는 식품에 광범위하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
A printable time temperature integrator (TTI) consisting of oxygen indicator and cover films with various oxygen permeability was developed. The printing ink contained methylene blue (oxygen indicator) which changed in color during storage. $TiO_2$ and glycerol for UV-activation of TTI an...
A printable time temperature integrator (TTI) consisting of oxygen indicator and cover films with various oxygen permeability was developed. The printing ink contained methylene blue (oxygen indicator) which changed in color during storage. $TiO_2$ and glycerol for UV-activation of TTI and zein and ethanol for printing performance were also contained in the printing ink. The cover film on the ink was employed to control the color change rate and temperature dependency (Arrhenius activation energy, $E_a$) by using the different films (PE, PET, OPP, and LLDPE). The film properties were varied by annealing. TTI was produced by silk screen printing. As a result, the color change rates were different for the cover films, being the highest in TTI with LLDPE, followed by OPP, PE, and PET. The rate decreased with increase in the cover film thickness. The $E_a$ was the highest in TTI with LLDPE, followed by OPP, PE, and PET. The $E_a$ did not change with the cover film thickness. The annealed PVC and PET film were lower in oxygen permeability than the unannealed ones, indicating the lower color change rate.
A printable time temperature integrator (TTI) consisting of oxygen indicator and cover films with various oxygen permeability was developed. The printing ink contained methylene blue (oxygen indicator) which changed in color during storage. $TiO_2$ and glycerol for UV-activation of TTI and zein and ethanol for printing performance were also contained in the printing ink. The cover film on the ink was employed to control the color change rate and temperature dependency (Arrhenius activation energy, $E_a$) by using the different films (PE, PET, OPP, and LLDPE). The film properties were varied by annealing. TTI was produced by silk screen printing. As a result, the color change rates were different for the cover films, being the highest in TTI with LLDPE, followed by OPP, PE, and PET. The rate decreased with increase in the cover film thickness. The $E_a$ was the highest in TTI with LLDPE, followed by OPP, PE, and PET. The $E_a$ did not change with the cover film thickness. The annealed PVC and PET film were lower in oxygen permeability than the unannealed ones, indicating the lower color change rate.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 산소에 민감한 잉크를 이용한 새로운 UV-activation 인쇄형 TTI를 개발하고자 하였다. 우선적으로, glycerol 함량이 UV-activation에 미치는 영향을 파악하고, 유기용매인 ethanol과 고분자물질이자 최적의 인쇄적성을 위한 잉크의 물성 개선을 위해 물성조절제인 zein의 양을 조절하여 silk screen 인쇄에 적합한 잉크 물성을 조절한 후, 새로운 인쇄형 TTI를 제작하였다.
가설 설정
일반적으로 잉크는 판식, 건조방식, 피인쇄지와 같이 용도에 따라 광범위하게 분류된다. 인쇄형 TTI는 스크린 인쇄가 가능해야 하며 따라서 실크 스크린에 인쇄될 수 있는 적정 전이량과 점도를 가져야 한다. 이러한 인쇄 적성은 잉크의 물성에 따라 달라지며 잉크 구성 성분 중 점도조절 물질과 용매의 비율이 결정적인 역할을 한다.
제안 방법
우선적으로, glycerol 함량이 UV-activation에 미치는 영향을 파악하고, 유기용매인 ethanol과 고분자물질이자 최적의 인쇄적성을 위한 잉크의 물성 개선을 위해 물성조절제인 zein의 양을 조절하여 silk screen 인쇄에 적합한 잉크 물성을 조절한 후, 새로운 인쇄형 TTI를 제작하였다. 그리고 커버필름의 종류 및 두께를 조정하고 annealing을 통해 분자구조를 변형하여 TTI의 반응속도와 온도의존성을 비교, 분석하였다.
따라서 본 연구에서는 산소에 민감한 잉크를 이용한 새로운 UV-activation 인쇄형 TTI를 개발하고자 하였다. 우선적으로, glycerol 함량이 UV-activation에 미치는 영향을 파악하고, 유기용매인 ethanol과 고분자물질이자 최적의 인쇄적성을 위한 잉크의 물성 개선을 위해 물성조절제인 zein의 양을 조절하여 silk screen 인쇄에 적합한 잉크 물성을 조절한 후, 새로운 인쇄형 TTI를 제작하였다. 그리고 커버필름의 종류 및 두께를 조정하고 annealing을 통해 분자구조를 변형하여 TTI의 반응속도와 온도의존성을 비교, 분석하였다.
잉크가 인쇄된 TTI를 커버필름으로 덮고 UV-activation한 뒤(420 nm, 5 min) 5, 10, 15, 25℃로 설정된 배양기에 보관, 일정한 시간 간격으로 색 변화를 측정하였다. TTI의 색 변화는 portable colorimeter(CR300, Minolta Co.
대상 데이터
본 연구에 사용된 모든 시약은 Sigma-Aldrich 및 Fluka에서 구입하였고, 어떠한 전처리 없이 사용하였다. 피인쇄지로 사용된 경질 PVC 라벨지는 현대 UV인쇄(Hyundai UV Sticker Co.
인쇄형 TTI의 잉크는 5종류의 물질 TiO2/glycerol/methylene blue/zein(texturing agent)/90% ethanol를 이용하여 제작하였다. 우선적으로 잉크를 비가역적으로 반응시키기 위해 glycerol의 함량을 조절하여 비가역적 반응을 유도하였다.
본 연구에 사용된 모든 시약은 Sigma-Aldrich 및 Fluka에서 구입하였고, 어떠한 전처리 없이 사용하였다. 피인쇄지로 사용된 경질 PVC 라벨지는 현대 UV인쇄(Hyundai UV Sticker Co., Seoul, Korea)에서, 커버필름으로 사용된 PE, LLDPE, OPP, PET, PVC 필름은 모두 한화케미칼(Hanhwa chemical Co., Seoul, Korea)에서 구입하였다.
성능/효과
이를 바탕으로 잉크 제조시 methylene blue의 함량인 80 mg당 들어가는 glycerol의 양을 환산한 결과는 23 mg이었다. 조절한 함량인 80 mg당 23 mg의 비율로 잉크를 제조하여 두 구성물질이 1:1로 반응하도록 한 후 activation에 따른 변색 여부를 확인한 결과 여분의 전자가 발생하지 않아 한 번의 activation 및 변색 후 UV나 형광등에 다시 activation되지 않음을 확인할 수 있었으며 인쇄형 TTI의 비가역적 반응을 유도해낼 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
식품 포장에 이용되는 플라스틱 필름의 원료는?
식품 포장에 이용되는 플라스틱 필름은 고분자 물질로서 합성수지를 원료로 하여 만든다. 기체가 필름을 투과하는 과정은 흡착, 확산, 탈착의 3단계로 이루어진다.
플라스틱 필름을 가열냉각하게 되면 어떠한 현상이 일어나는가?
이는 플라스틱 필름을 annealing하게 되면 고분자의 운동성이 높아져 필름의 성질이 변하기 시작하며 내부 결정이 두꺼워지고 구 형태의 결정이 생기면서 결정화도가 높아지는 것에 기인한다28,29). 두꺼워지고 많아진 결정들은 곧 고분자 사이의 space filling을 낮추고 이로 인해 산소 분자의 필름 내 확산을 늦춘다30,31). 이에 따라 annealing에 의해 산소 투과도가 낮아지게 된다. 결과적으로 인쇄형 TTI에 적용되는 커버필름을 annealing함으로써 산소 투과도를 조절할 수 있었고 차후에 반응 속도와 Ea를 조절하여 좀 더 넓은 범위의 식품에 적용 가능할 수 있을 것으로 판단되었다.
기체가 필름을 투과하는 과정은?
식품 포장에 이용되는 플라스틱 필름은 고분자 물질로서 합성수지를 원료로 하여 만든다. 기체가 필름을 투과하는 과정은 흡착, 확산, 탈착의 3단계로 이루어진다. 이 중 기체의 필름 투과에 가장 중요한 영향을 끼치는 단계는 필름 내부에서 일어나는 확산 단계로, 이는 분자가 이동할 수 있는 자유부피(free volume)에 기인한다.
참고문헌 (31)
Taoukis, P. S. 2001. Food process modelling. L. M. M. Tijskens, CRC press, England, pp. 402-432.
Taoukis, P. S., Koutsoumanis, K., and Nychas, G. J. 1999. Use of time temperature integrators and predictive modelling for shelf life. Int. J. Food Microbiol. 53: 21-31.
Ellouze, M. and Augustin, J. C. 2010. Applicability of biological time temperature integrators as quality and safety indicators for meat products. Int. J. Food Microbiol. 138: 119-129.
Giannakourou, M. C., Koutsoumanis, K., Nychas, G. J., and Taoukis, P. S. 2005. Field evaluation of the application of time temperature integrators for monitoring fish quality in the chill chain. Int. J. Food Microbiol. 102: 323-336.
Shellhammer, T. H. and Singh, R. P. 1991. Monitoring chemical and microbial changes of cottage cheese using a full history time temperature indicator. J. Food Sci. 56: 402-410.
Fu, B., Taoukis, P. S., and Labuza, T. P. 1991. Predictive microbiology for monitoring spoilage of dairy products with time-temperature indicators. J. Food Sci. 56: 1209-1215.
Giannakourou, M. C. and Taoukis, P. S. 2003. Kinetic modeling of vitamin C loss in frozen green vegetables under variable storage conditions. Food Chem. 83: 33-41.
Pocas, M. F. F., Delgado, T. F., and Oliveira, F. A. R. 2008. Smart packaging technologies for fruits and vegetables. In Smart packaging technologies. John Wiley and Sons Ltd, West Sussex, England, pp. 151-166.
Yan, S., Huawei, C., Limin, Z., Fazheng, R., Luda, Z., and Hengtao, Z. 2008. Development and characterization of a new amylase type time-temperature indicator. Food Control 19: 315-319.
Bobelyn, E., Hertog, M. L., and Nicolai, B. M. 2006. Applicability of an enzymatic time temperature integrator as a quality indicator for mushrooms in the distribution chain. Postharvest Biol. Tech. 42: 104-114.
Kim, W., Park, E. A., and Hong, K. W. 2012. Development of a time-temperature integrator system using Burkholderia cepacia lipase. Food sci. Biotech. 21: 497-502.
Choi, D. Y., Jung, S.W., Lee, D. S., and Lee, S. J. 2013. Fabrication and characteristics of microbial time temperature indicators from bio-paste using screen printing method. Package Tech. Sci. 27: 303-312.
Chen, J. H. and Zall, R. R. 1987. Packaged milk, cream and cottage cheese can be monitored for freshness using polymer indicator labels. Dairy Food Sanit. 7: 402-404.
Suppakul, P. Kim, D. Y., Yang, J. H., Lee, S. B., and Lee, S. J. 2018. Practical design of a diffusion-type-temperature indicator with intrinsic low temperature dependency. J. Food Eng. 223: 22-31.
Xie, K., Liu, H., and Wang, X. 2009. Surface modification of cellulose with triazine derivative to improve printability with reactive dyes. Carbohyd. Polym. 78: 538-542.
Galagan, Y., Hsu, S. H., and Su, W. F. 2010. Monitoring time and temperature by methylene blue containing polyacrylate film. Sensor. Actuat. B-Chem. 144: 4955.
Galagan, Y. and Su, W. F. 2008. Fadable ink for time-temperature control of food freshness: Novel new time-temperature indicator. Food Res. Int. 41: 653-657.
Magoshi, J. and Nakamura, S. 1975. Studies on physical properties and structure of silk. Glass transition and crystallization of silk fibroin. J. Appl. Polym. Sci. 19: 1013-1015.
Price, D. M., Reading, M., Hammiche, A., Pollock, H. M., and Branch, M. G. 1999. Localised thermal analysis of a packaging film. Thermochim. Acta 332: 143-149.
Park, H. R., Kim, K. H., and Lee, S. J. 2013. Adjustment of Arrehenius activation energy of laccase-based time-temperature integrator (TTI) using sodium azide. Food Control 32: 615-620.
Yan. S., Huawei, C., Limin, Z., Fazheng, R., Luda, Z., and Hengtao, Z. 2008. Development and characterization of a new amylase type time-temperature indicator. Food Control 19: 315-319.
Mills, A., Tommons, C., Bailey, R. T., Tedford, M. C., and Crilly, P. J. 2008. UV-activated luminescence/colourmetric $O_2$ indicator. Int. J. Photoenergy. open access article ID 547301, doi:10.1155/2008/547301, p. 6.
Dhawan, S. 2013. Polymeric-based multilayer food packaging films for pressure-assisted and microwave-assisted thermal sterilization. Proquest dissertation publishing, Washington, USA, pp. 68-89.
Dabral, S., Van Etten, J., Zhang, X., Apblett, C., Yang, G. R., Ficalora, P., and McDonald, J. F. 1992. Stress in thermally annealed parylene films. J. Electron. Mater. 21: 989-994.
Park, H. J., Shim, S. D., Min, S. G., and Lee, S. J. 2009. Mathematical simulation of the temperature dependence of time temperature integrator (TTI) and meat qualities. Korean J. Food Sci. An. 29: 349-355.
Drieskens, M., Peeters, R., Mullens, J., Franco, D., Lemstra, P. J., and Hristova-Bogaerds, D. G. 2009. Structure versus properties relationship of poly(lactic acid). I. Effect of crystallinity on barrier properties. J. Polym. Sci. 47: 2247-2258.
Kim, J., Kim, M. S., and Kim, B. W. 2011. Study on isothermal crystallization behavior and surface properties of nonoriented PLA film with annealing temperature. Kor. Chem. Eng. Res. 49: 611-616.
Perkins, W. 1988. Effect of molecular weight and annealing temperature on the oxygen barrier properties of oriented PET film. Polym. Bull. 19: 397-401.
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