보고서 정보
주관연구기관 |
강원대학교 Kangwon National University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2014-11 |
과제시작연도 |
2013 |
주관부처 |
농림축산식품부 Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs(MAFRA) |
등록번호 |
TRKO201500011231 |
과제고유번호 |
1545007053 |
사업명 |
생명산업기술개발 |
DB 구축일자 |
2015-07-18
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201500011231 |
초록
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Ⅳ. 연구개발결과
1. 레이저를 이용한 비천공 맞춤형 비천공 breathable 필름 가공 기술 개발
본 과제에서는 레이저를 이용한 비천공 breathable 필름 가공 원천 개발 기술 개발에 그 목표를 두고 있다. 이를 위해서 Ti-sapphire 펨토초 레이저, CO2 레이저, UV 레이저 다양한 레이저를 이용한 폴리프로필렌 필름 가공 특성과 레이저 가공 조건에 따른 필름 가공 특성 연구를 진행하여 그 결과를 확인하였고, 숨쉬는 필름 산업화를 위해 UV 레이저 시스템을 개발 및 구성하여 실제로 숨쉬
Ⅳ. 연구개발결과
1. 레이저를 이용한 비천공 맞춤형 비천공 breathable 필름 가공 기술 개발
본 과제에서는 레이저를 이용한 비천공 breathable 필름 가공 원천 개발 기술 개발에 그 목표를 두고 있다. 이를 위해서 Ti-sapphire 펨토초 레이저, CO2 레이저, UV 레이저 다양한 레이저를 이용한 폴리프로필렌 필름 가공 특성과 레이저 가공 조건에 따른 필름 가공 특성 연구를 진행하여 그 결과를 확인하였고, 숨쉬는 필름 산업화를 위해 UV 레이저 시스템을 개발 및 구성하여 실제로 숨쉬는 필름 포장지를 제작하여 저장성 실험으로 기능성 포장지로서의 특성을 확인하였다.
다양한 과채류 품목에 맞춤형 숨쉬는 필름 제작을 위해서 공기투과도 조절이 가능하도록 미세 홈의 가공 조건을 변화시켰다. 이를 통하여 작물에 맞는 비천공 숨쉬는 필름을 개발하였고, 실제로 상품화에 성공하였다. 그리고 다양한 기능성 포장지로서 사용하기 위하여 냉장/냉동용, 그리고 전자레인지용 숨쉬는 필름으로 확장하여 개발하였고, 이를 위해서 합지 포장 필름 (PET+CPP, PET+Al+CPP)의 레이저 가공 특성 연구를 진행하였다. 이 과정을 통하여 다양한 기능성 숨쉬는 필름 포장지를 개발할 수 있었다.
2. 원예작물 소포장 MAP 기술 확립
국내 주요 농산물(상추, 쪽파, 고구마 등) 유통 환경 조사 결과, 대형유통마트에서도 상당부분상온에서 판매되고 있었으며, 저온 유통의 경우도 판매처 입고 과정에 상온 노출이 있었다. 국내 농산물 저온 매대의 평균 관리 온도는 5-7℃ 수준이었고, 상대습도는 50% 내외였다. 포장형태는 버섯, 깐마늘 등을 제외하고는 유공필름 포장이었다.
35품목의 저장 유통 조건별 적정 비천공 breathable 필름을 조사하였는데 1,300cc는 마늘(저온), 아위버섯(저온), 3,000cc는 양상추(신선편이-저온&상온), 청경채(저온), 5,000cc는 깻잎(저온), 브로콜리(저온), 쌈추(저온&상온), 단감(저온), 사과(저온), 퉁퉁마디(저온), 7,000cc는 치커리(저온)이 적합하다. 10,000cc는 깻잎(상온), 달래(저온&상온), 돌나물(저온), 베이비채소(저온), 브로콜리(상온), 유채(저온&상온), 청경채(상온), 감귤(저온), 단감(상온), 배(저온), 사과(상온), 자몽(저온), 한라봉(저온), 미니&새송이버섯(저온&상온), 곰취장아찌(저온&상온), 20,000cc는 돌나물(상온), 세발나물(저온&상온), 치커리(상온), 감귤(상온), 바나나(상온), 그린&골드키위(저온), 한라봉(상온), 파프리카(저온), 토마토(저온)을 저장하기에 적합하다. 30,000cc는 오렌지(저온&상온), 40,000cc는 새싹채소(저온) 또는 혼합 새싹채소(저온), 자몽(상온), 그린&골드키위(상온), 미니파프리카(저온&상온), 토마토(상온)이다. 60,000cc은 배(상온) 저장에 알맞으며, 80,000cc는 신선편이 사과(저온), 알스트로에메리아 절화(상온), 시금치 (저온&상온), 그리고 100,000cc는 파프리카(상온)을 저장하는데 적합하다.
호흡률과 에틸렌 발생량등 수확 후 생리 특성에 따른 MA저장 모델 개발에서는 에틸렌 발생량의 경우 저온 저장조건에서 많은 작물이 0에 가까워 모델 개발에 이용하기에 어려웠다.
이에 반해 호흡률은 작물별 저장온도별 다양하게 분포되어 이를 모델 개발에 적용하였다. 예측 모델은 작물의 호흡률과 저장실험을 통해 얻은 각 작물의 저장 유통별 최적 비천공 breathable 필름의 산소투과도간의 회귀분석을 통해 관계식과 결정계수(r2)를 조사를 통해 개발하였다. 관계식과 결정계수 계산은 전체 작물과 작물의 형태적 분류(과실, 엽경)로 실시하였다.
총 35작물의 호흡률과 실험에서 얻은 적합한 분석하였을 때는 회귀식은 y=18.438+19972였고, 결정계수(r2))로 0.0002로 계산되어 작물의 특성을 고려하지 않고 단순 호흡률만으로는 MA저장 모델 제시는 불가능하였다.
이에 반해 작물의 형태 및 이용 분야별로 크게 과실과 경엽부위를 나누어 계산한 결과 과실·과채류에서는 회귀식 y=2535.4x+6047.8였고, 결정계수(r2))가 0.4698로 상관관계가 인정되었으며, 엽경채류의 경우에서도 회귀식 y=438.51x-3231.8에, 결정계수(r2)) 0.5814의 상관관계가 나타났다. 여기에 추가적으로 에틸렌 발생량과 민감도 그리고 이산화탄소, 산소의 허용범위를 감안할 경우 작물의 저장 유통 온도에서의 호흡률만 계산된다면, 적합한 비천공 breathable 필름 종류의 예상이 가능할 것으로 판단되었다.
비천공 breathable 필름의 농식품 포장재로써의 안정성 검정을 위해 잿빛 곰팡이와 대장균 (E.coli)의 필름 투과 여부를 조사하였다. 잿빛 곰팡이와 대장균 모두 기존의 사용중인 천공필름에서는 필름을 투과하여 전염되었으나, 비천공 breathable 필름은 산소투과도가 가장 높은 100,000cc 필름에서도 투과 전염되지 않아 안전한 농산물 유통에 적합한 포장재임이 확인되었다.
3. 식량작물 및 특용작물(산채, 버섯, 약용식물) MAP 기술 확립
식량작물의 경우, 비천공 breathable 필름 이용 시 저장물의 지방산가 및 환원당 함량, 발아 등에서 효과가 있었다. 특용작물의 경우, 작물의 크기와 상태에 따라 차이가 있다. 인삼 저장은 10,000~30,000 cc/m2)·day의 투과도를 갖는 포장지에서 15℃ 이하로 저장하는 것이 인삼의 품질 유지에 유리하였으며, 느타리버섯 저장은 10,000 cc/m2)·day 이하의 투과도를 갖는 포장지에서 10℃ 이하로 저장하는 것이 품질 유지에 유리하였다. 마(산마) 저장은 10,000cc/m2)·day 이하의 투과도를 갖는 포장지에서 8~12℃로 저장하는 것이 잔뿌리 발생을 막았으며,서류의 경우, 고구마 저장은 60,000 cc/m2)·day 이상의 투과도를 갖는 포장지가 저장 중의 고구마 품질 유지에 유리하다.
Abstract
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1. The purpose of this project is development of original technology for breathable film by using laser micro-machining. A polypropylene film was ablated using a CO2 laser, Ti-sapphire femtosecond laser, and UV nanosecond laser. For modified atmosphere packaging, polypropylene films were ablated by
1. The purpose of this project is development of original technology for breathable film by using laser micro-machining. A polypropylene film was ablated using a CO2 laser, Ti-sapphire femtosecond laser, and UV nanosecond laser. For modified atmosphere packaging, polypropylene films were ablated by laser pulse with different pulse energies and measured on an optical microscope. Also, we observed the shelf life of a banana contained within packaging of a breathable zipper bag. As a result, we have demonstrated that the breathable film can efficiently extend the shelf life of respiring foods, particularly fresh fruits and vegetables. The development of breathable film laser microfabrication system will more useful for industrial applications.
In order to fabricate customized breathable film for various vegetable and fruit, we changed laser machining condition for controlling size of the non-perforated micro holes (depth and width). By this process, proper breathable films for various fruits and vagetables were merchandised. As well as this, we fabricated one of functional breathable film packages on the use of microwave oven by using UV nanosecond laser micromachining, and the number of micro-grooves on the film is controlled for different oxygen transfer rate(OTR). Additionally, we fabricated another use of breathable films for refrigeration and frozen in the refrigerator. For using breathable film as various purpose, thin lamiated plastic films such as PET. CPP, and Al were used for the experiments. As a result of the experiment, it was possible to fabricate various fuctional breathable film package.
Laser machining for breathable film with various thin laminated film was investigated by controlling the machining stage speed for merchandising the various film as products. We also studied machining method using diffractive beam splitter(DBS) and multi-pulse repeated radiation for breathable film. We fabricated micro-grooves on polypropylene(PP) films using multi-pulse radiation and DBS. In the result, width and depth of the PP film using multi-pulse repeated radiation were more precisely controllable. Therefore, this method can be adoptable in manufacturing breathable film precisely with high speed.
2. In the screening research of distribution environment in major horticultural product, such as lettuce, jjok-pa and sweet potato, the most sales place had been sell a room temperature condition in big distribution market, even they have controlled a low temperature distribution system, still exposed the outside temperature between transporting and input a warehouse. Average controlled temperature was 5-7℃ in low temperature sales place for agricultural product and relative humidity was around 50%. Packaging film used to use perforated film except a mushroom and a garlic.
This research was identified a suitable film of non-perforated breathable film for storage and distribution conditions in 35 horticultural products, garlic (low temp.) and Awe-mushroom (low temp.) had shown the best in 1,300cc film, lettuce (low and room temp.) and pak choi (low temp.) had shown the best in 3,000cc film, perilla leaf (low temp.), broccoli (low temp.), korean cabbage (low and room temp.), persimmon (low temp.), apple (low temp.), and Salicornia europaea L(low temp.) had shown the best in 5,000cc film, and chicory (low temp.) had shown the best in 5,000cc film. 10,000cc film was suitable packaging film for perilla leaf (room temp.), wild chive (low temp. and room temp.), Sedum sarmentosum Bunge(low temp.), baby vegetable (low temp.), broccoli (room temp.), rape (low temp. and room temp.), pak choi (room temp.), Tangerine (low temp.), persimon (room temp.), asian pear(low temp.), apple(room temp.), grapefruit(low temp.), Citrus kiyomi x ponkan(low temp.), Pleurotus eryngii var. eryngii & Pleurotus eryngii cv. Mini (low temp. and room temp.), and Handaeri - gomchwi jangajji(low temp. and room temp.). Orange (low temp. and room temp.) was 30,000cc film was suitable. 40,000cc film was appeared best in sprout vegetable (low temp.) or mixed sprout vegetable (low temp.) grapefruit (room temp.), green & gold kiwifruit(room temp.), mini paprika (low temp. and room temp.), and tomato (room temp.). Pear (room temp.) had the best result in 60,000cc film, 80,000cc film was suitable in a convenience apple package and a cut flower of alstroemeria (room temp.), and 100,000cc film was great for paprika (room temp.) storage and distribution.
In the development of MA storage model under the characteristics of postharvest physiology such as respiration rate and ethylene production rate, ethylene production rate was hard to apply the development of model because most horticultural product had shown the close rate the 0 under low temperature condition. But respiration rate was applied development of MA storage model because it had shown very variety positions depend on crops and storage temperatures. Predicting model was developed by the regression analysis through research of relation and coefficient of determination (r2) about respiration rate and oxygen transmission rate in the suitable type of non-perforated breathable film by crops and distribution conditions. Relation and coefficient of determination was calculated by all crops and characteristics of crops (fruits and length of leaf). Through the respiration rate and research of 35 horticultural crops, regression analysis was y=18.438+19972 , coefficient of determination (r2) was 0.0002, This result could not present the MA storage model because it is no include the characteristics of each crop, only inserted simple respiration rate. But the result of crop type and using part such as fruit and leaf, results of fruits and fruit vegetables were shown the regression analysis as y=2535.4x+6047.8 and coefficient of determination (r2) as 0.4698, leaf vegetables were shown the regression analysis as y=438.51x-3231.8 and coefficient of determination (r2) as 0.5814. These result recognized the relation between crop type and using part. Additionally, if we considerate the ethylene production, sensitivity, and permitted limit of carbon dioxide and oxygen with respiration rate in the storage and distribution temperature, quickly identified the suitable film types of non-perforated breathable film.
Non-perforated breathable film was tested for the safety of agricultural package in transmission of fungal contamination as Botrytis cinerea and E.coli. Both Botrytis cinerea and E.coli was contaminated normal perforated film used to use normally through film, but all non-perforated breathable films were not contaminated even higher 100,000cc film, this results was confirmed the safety of suitable package film for agricultural storage and distribution.
3. Status and distribution environment research using cereal packaging. When is the best non-perforated breathable film grain packing materials and storage conditions apply to the non-perforated breathable film conditions identified. When using a non-perforated breathable film identify optimal conditions for storing sprouts, oyster mushroom, and medicinal plants(raw ginseng, yam)
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