KR100764516B1 - 식품 품질 지시약 장치 - Google Patents

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Abstract

식품 품질 지시약 장치는 기질상에 제공되는 지시약 화합물을 포함한다. 지시약 화합물은 식품이 냉동되었을 때에도, 부패된 식품에서 발생하는 휘발성 염기와 같은 휘발성 화합물의 존재로 인해 색이 변한다. 또는, 지시약 화합물은 박테리아 또는 균류 등의 바람직하지 않은 아민-생성 생물제제의 존재를 검출한다. 지시약 화합물은 통상적으로 기질상에 배치된 중합체 매트릭스내에 함유된다. 예를 들어, 적절한 지시약 화합물은 할로겐화된 아조 염료, 술폰화된 크산텐 염료, 및 술폰화된 수산기 트리페닐메탄 염료를 포함한다.
식품 품질 지시약 장치, 기질, 지시약 화합물, 휘발성 화합물, 아민-생성 생물제제, 중합체 매트릭스

Description

식품 품질 지시약 장치{Food Quality Indicator Device}
본 발명은 일반적으로 식품의 품질을 표시하기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 냉동 식품을 포함하는 식품의 품질을 비색적으로(colorimetrically) 표시하기 위해 기질(基質)상에 배치되는 지시약 화합물을 갖는 장치에 관한 것이다.
식품이 부패되었는지 여부는 식품 생산자로부터 식료품상, 관리업자, 수입상, 수출상, 및 중간 상인을 포함하는 소비자에 이르기까지의 다수의 사람들에게 관심있는 일이다. 곡물, 과일 및 채소를 포함하는 많은 식품이 부패할 수 있다. 그러나, 가장 중요한 것중 하나는 붉은 고기(쇠고기, 양고기 등), 돼지고기, 가금(家禽), 육가공품, 및 해산물의 부패이다. 부패된 식품은 많은 위험을 가지며, 그중에서 가장 위험한 것은 부패된 식품을 섭취함으로써 야기되는 질병이다. 이러한 질병은 면역 시스템이 손상된 사람 뿐만 아니라 특히 연소자 또는 노약자의 생명을 위협할 수 있다.
부패 속도를 늦추기 위해 현재 많은 식품들이 포장되어 냉동된다. 불행히도, 다수의 이용가능한 붉은 고기, 돼지고기, 가금, 육가공품, 및 해산물을 포함하는 포장 냉동 식품은 부패 여부를 검사하기가 어렵다. 종종 포장된 식품은 포장을 풀고 검사한 후 가능한 경우 재포장하는 것이 필요하다. 통상적으로, 냉동 식품은 종종 색, 냄새 및 조직감에 의존하는 현재의 기술에 의해 식품의 품질을 결정하기 위해 해동될 필요가 있다. 미국 식품 의약품국(United States Food and Drug Administration)에 의해 해산물을 검사하기 위해 여전히 사용되는 한 방법은 관능분석(organoleptic analysis)이다. 이러한 방법에서는 식품의 상태를 결정하기 위해 잘 훈련된 전문가들에 의한 후각 분석을 할 수 있도록 해산물의 해동을 필요로 한다.
현재, 식품의 해동을 필요로 하지 않는 냉동 식품 품질 검사 장치가 공지되어 있다. 그러나, 상기 장치는 통상적으로 부피가 크고, 소비자 및 식료품상과 같은 경험이 없는 개인에 의해서는 용이한 이용 및 작동과 이해가 어렵다.
식품이 부패되어 위험한지를 표시하기 위한 식품의 품질을 결정하는데 간단하고 빠르며 효과적인 장치가 필요하다. 또한, 0℃ 이하의 온도를 포함하여, 모든 통상적인 식품 저장 조건에 효과적인 식품 포장 장치가 필요하다. 이러한 장치는 식품에 사용하기에 적합하고 해로운 화학 성분을 내포하거나 발생시키지 않는 물질로 이루어진다. 또한, 상기 장치는 모든 혹은 거의 모든 사람들에게 쉽게 읽혀지고 이해될 수 있는 식품 품질의 표시를 제공해야 한다.
본 발명은 상기 필요를 충족시키는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 한 양태는 기질과 그 기질상에 제공되는 지시약 화합물을 갖는 지시약 장치에 관한 것이다. 지시약 화합물은 0℃ 이하의 온도에서 식품 부패에 의해 발생되는 휘발성 염기에 비색적으로 반응한다. 지시약 장치는 휘발성 산을 포함한 다른 휘발성 화합물을 검출하는데 사용될 수도 있다.
상기 양태의 다른 실시예는 약 pH 1.0 내지 약 pH 6.0의 범위 내에서 색깔이 변화하는 지시약 화합물을 포함한다. 다른 실시예는 할로겐화된 크산텐 염료, 술폰화된 아조 염료, 또는 술폰화된 수산기 트리페닐메탄 염료인 지시약 화합물을 포함한다. 다른 실시예는 내부에 지시약 화합물이 고정된 기질상에 코팅되는 중합체 매트릭스를 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 지시약 화합물, 용매 및 산의 용액을 형성하는 단계를 포함하는 지시약 장치 제조 방법이다. 실란 단량체 물질이 용액에 추가된다. 그 용액은 기질상에 배치되고 실란 단량체는 중합되어 내부에 지시약 화합물이 배치된 실리카 매트릭스를 형성한다.
다른 양태는 기질과 그 기질상에 지시약 화합물을 갖는 지시약 장치를 제공함으로써 냉동 식품의 부패를 검출하는 방법이다. 상기 지시약 화합물은 부패된 냉동 식품에 의해 발생되는 휘발성 염기에 0℃ 이하의 온도에서 비색적으로 반응한다. 지시약 장치와 지시약 화합물은 식품에 노출되고, 그후, 장치는 식품의 부패 여부를 결정하기 위해 육안으로 검사된다.
또 다른 양태는 식품에 사용하기 위한 식품 포장이다. 식품 포장은 식품용 포장과 지시약 장치를 포함한다. 지시약 장치는 기질과 그 기질상에 제공되는 지시약 화합물을 포함한다. 지시약 화합물은 0℃ 이하의 온도에서 식품 부패에 의해 발생되는 휘발성 염기에 비색적으로 반응한다. 지시약 장치는 식품으로부터 나오는 휘발성 염기에 노출되도록 포장된다.
다른 양태는 식품상의 바람직하지 않은 아민-생성 생물제제의 존재를 검출하기 위한 방법이다. 지시약 장치는 식품에 노출된다. 지시약 장치는 기질과 그 기질상에 배치되는 지시약 화합물을 갖는다. 지시약 화합물은 바람직하지 않은 아민-생성 생물제제에 의해 방출되는 휘발성 염기에 비색적으로 반응한다. 상기 장치는 지시약 화합물의 색이 변화되었는지를 관찰함으로써 식품이 바람직하지 않은 생물제제를 함유하는지를 결정하기 위해 육안으로 검사된다.
본 발명에 대한 상기 요약 내용이 본 발명의 각각 설명되는 실시예 또는 모든 실행을 설명하는 것은 아니다. 하기의 도면과 상세한 설명은 특히 이러한 실시예의 예이다.
도 1 은 본 발명에 따른 식품 품질 지시약 장치의 한 실시예의 측면 사시도.
도 2 는 본 발명에 따른 차폐층을 포함하는 식품 품질 지시약 장치의 다른 실시예의 측면 사시도.
도 3a 내지 도 3d 는 식품 품질의 정량 혹은 반-정량 측정치 획득 방법을 도시하는 본 발명에 따른 식품 품질 지시약 장치의 평면 단면도.
도 4 는 본 발명에 따른 식품 품질 지시약 장치의 제 3의 실시예의 측면 사시도.
도 5 는 본 발명에 따른 지지 재료(backing material)상에 장착되는 도 1의 식품 품질 지시약 장치의 측면 사시도.
도 6 은 본 발명에 따른 지지 재료상에 장착되는 도 2의 식품 품질 지시약 장치의 측면 사시도.
도 7 은 본 발명에 따른 지지 재료의 홈 내에 장착되는 도 2의 식품 품질 지시약 장치의 측면 사시도.
본 발명은 첨부 도면을 참조로 본 발명의 다양한 실시예에 대한 하기의 상세한 설명을 고려하여 더욱 완전히 이해될 것이다.
본 발명이 다양한 변형 및 대안적인 형태로 변경가능하지만, 그 특징은 도면에서 예로서 도시되어 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 기술된 특정 실시예로 제한되는 것이 아니라는 것이 이해되어야 한다. 이에 반해, 본 발명은 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 요지 및 범위에서 모든 변형, 동등물 및 대안을 포함한다.
본 발명은 식품 품질의 비색 측정을 위한 다수의 장치 및 방법에 적용될 수 있다. 본 발명은 상기에 제한되지 않으며, 본 발명의 다양한 양태의 이해는 붉은 고기, 돼지고기, 가금, 육가공품, 및 해산물의 부패의 검출 특히, 민물 및 바다 고기와 조개를 포함하는 해산물에서의 부패의 검출에 관한 장치 및 방법의 논의를 통해 획득될 것이다.
본 발명의 한 실시예는 도 1에 도시된다. 식품 품질 지시약 장치(20)는 기질(24)상에 배치되는 지시약 층(22)을 포함한다. 기질(24)은 종이, 플라스틱(예를 들어, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 염화 폴리비닐), 무명, 아마(亞麻), 수지, 유리, 유리 섬유, 또는 직물과 같은 지시약 층(22)을 지지할 수 있는 재료로 이루어진다. 몇몇 실시예에서, 지시약 층(22)은 기질(24)의 섬유상에 형성된다. 기질(24)은 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 기질(24)은 스트립(strip), 시이트(sheet), 또는 스트링(string)일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 기질(24)은 식품 포장재의 일부분이거나 식품 포장재에 부착된다. 기질(24)의 두께는 다양할 수 있다. 지시약 층(22) 내의 화학 성분을 쉽게 흡수하는 기질의 경우에는, 기질의 두께는 흡수되는 화학 성분의 양을 감소시키기 위해 몇몇 실시예에서 제한될 수 있다.
지시약 층(22)은 통상적으로 중합체 매트릭스를 포함하고 하나 이상의 지시약 화합물이 그 매트릭스 내에 유지된다. 지시약 화합물은 일반적으로 식품의 변질 또는 부패에 관련된 하나 이상의 화학적 화합물의 존재를 비색적으로 표시할 수 있는 염료 화합물이다. 특히, 지시약 화합물은 물의 빙점 이하의 온도에서 부패 여부를 표시할 수 있다. 이러한 경우에, 지시약 화합물은 매개체인 물이 부재하는 경우에 부패 화합물에 반응해야 한다.
식품이 변질 및 부패되어 발생되는 다수의 화학적 화합물이 있다. 붉은 고기, 돼지고기, 가금, 육가공품, 및 해산물을 포함하는 다량의 단백질 성분을 함유하는 많은 식품은 변질되는 동안 휘발성 염기와 같은 휘발성 화합물을 발생시킨다. 아민은 유리 아미노산의 탈아미노화 및 뉴클레오티드의 분해와 같은 과정을 통해 식품을 변질시킴으로써 발생되는 휘발성 염기의 한 그룹을 포함한다. 발생되는 아민은 암모니아, 디메틸아민, 및 트리메틸아민을 포함한다. 디메틸아민과 트리메틸아민은 냉동 식품에서조차 적어도 부분적으로 휘발한다. 식품의 변질에 관한 다른 아민은 히스티민, 카다베린, 푸트레신, 인돌, 스퍼민, 및 스퍼미딘을 포함한다. 이러한 화합물 또한 휘발성일 수 있다. 상기 화합물 및 다른 화합물은 식품의 변질동안 형성되는 유기 염기량 전체를 포함한다.
일반적으로, 지시약 층(22) 내의 지시약 화합물은 상기 휘발성 염기의 존재하에 색이 변한다. 지시약 화합물의 색 변화를 유발하는 휘발성 염기 농도의 구체적 범위는 장치에 사용되는 구체적인 지시약 화합물, 내부에 지시약 화합물이 위치되는 화학적 환경(예를 들어, 그 환경의 산성도 및 염기성도), 및 상기 장치에 사용되는 지시약의 양과 같은 인자에 따라 변한다. 적절한 범위는 예를 들어, 테스트 샘플의 보정에 의해 각 식품에 대해 결정될 수 있다. 다른 식품은 부패될 때 다른 양의 휘발성 염기를 생성할 것이다. 그러나, 유사한 음식(예를 들어, 다른 형태의 물고기)은 유사한 양의 휘발성 염기를 발생시킬 것이다.
지시약 화합물의 색 변화를 야기하는 발생된 휘발성 염기의 농도 범위는 다양한 조건을 표시하기 위해 선택될 수 있다. 예를 들어, 색 변화는 식품이 소비하기에 위험하다는 것 또는 식품이 소비하기에는 곧 부적합해질 것이라는 것을 나타낼 수 있다.
다른 실시예에서, 박테리아 또는 진균류 등의 바람직하지 않은 아민-생성 생물제제의 존재는 식품 변질 대신 또는 식품 변질에 더하여 검출될 수 있다. 지시약 화합물의 색 변화는 박테리아 또는 진균류 등의 바람직하지 않은 생물제제의 존재를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 임의의 진균류는 곡물과 접촉할 때 아민을 발생시킨다. 특히, 사일로(silo) 또는 선박의 화물 내에 저장된 가공되지 않은 밀의 스머트(smut)는 트리메틸아민을 발생시킨다. 본 발명이 식품 변질의 검출을 참조로 하여 본원에 설명되었지만, 동일한 장치, 방법 및 원리가 바람직하지 않은 생물제제의 검출에 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 발명에 사용되는 지시약 화합물은 통상적으로 약 pH 1.0 내지 약 pH 6.0의 범위 내에서 색 변화를 가지며, 특히 수용액 내의 약 pH 2.5 내지 약 pH 5.0의 범위 내에서 색 변화를 갖는다. 이상적인 지시약은 독성이 없고, 특히 식품 첨가물 또는 염료로서 사용될 수 있어서, 식품 품질 지시약 장치로부터 지시약 화합물이 누출될 경우 발생할 수 있는 임의의 위험을 최소화한다. 바람직하게는, 지시약 화합물은 식품에 사용하기 위해 미국 식품 의약품국과 같은 규제 기관에 의해 승인된다. 또한, 이상적인 지시약은 휘발성 염기의 검출시 강한 색 변화를 가지고 색 변화는 색맹인 다수의 사람들에게도 명백하다. 그러나, 이러한 특징이 없는 지시약이 사용될 수도 있다.
식품 품질 지시약 장치에 사용되는 지시약은 물의 빙점 이하의 온도에서 색깔을 변화시킬 수 있어야 한다. 이는 변질된 식품에 의해 방출되는 휘발성 염기와 지시약의 색깔형성 화학 반응이 물과 같은 매개체에 의존하지 않는다는 것을 의미한다. 시판중인 다수의 pH 지시약 스트립은 그 스트립이 수용액과 접촉하여 위치되어야 하고 젖어 있는 동안 판독되어야만 한다고 지시되어 있다. 하기에 상세히 설명될 이러한 스트립을 사용하는 실험은 그 스트립이 부패된 냉동 물고기에 의해 방출되는 염기에 적절히 반응하지 않는다는 것을 나타낸다.
적합한 지시약의 부류는 크산텐 염료, 아조 염료 및 수산기 트리페닐메탄 염료를 포함한다. 이러한 다수의 지시약은 페놀기를 함유한다. 많은 적합한 지시약은 할로겐화되고/되거나, -COOH, -SO3, 또는 -S(O2)O, 또는 이의 염과 같은 산성 관능기를 함유한다. 바람직한 지시약은 프록신 비(Phloxine B), 로즈 벵갈(Rose Bengal), 에리트로신 (Erythrosine) 등의 할로겐화된 크산텐 염료; 콩고 레드(Congo Red) 및 메타닐 옐로우(Metanil Yellow) 등의 술폰화된 아조 염료; 및 브로모페놀 블루(Bromophenol Blue), 브로모크레졸 그린(Bromocresol Green) 및 페놀 레드(Phenol Red) 등의 술폰화된 수산기 트리페닐메탄 염료를 포함한다. 냉동된 해산물에 사용하기에 가장 바람직한 지시약은 프록신 비, 로즈 벵갈, 및 브로모페놀 블루이다.
지시약 화합물은 통상적으로 식품 내로 지시약 화합물의 누출을 방지하기 위해 중합체 매트릭스 내에 고정된다. 중합체 매트릭스는 지시약 화합물을 포접(clathrate)시키도록 적용될 수 있다. 적절한 중합체 매트릭스는 검출될 하나 이상의 휘발성 염기에 대해 적어도 부분적으로 투과성이다. 바람직하게는, 중합체 매트릭스는 또한 방수성, 무독성, 투명성을 가지고 식품 또는 식품 포장재 용으로 적합한, 바람직하게는 인증된 제제로 이루어진다. 상기 중합체 매트릭스의 예는 폴리디메틸 실리콘, 실란 티타늄 옥사이드 졸-겔(sol-gel), 실란 교차결합 수지, 폴리비닐클로라이드, 및 부틸레이트 셀룰로오즈를 포함하는 실리콘 중합체로 이루어진 매트릭스들을 포함한다.
하나의 특별히 유용한 중합체 매트릭스는 하나 이상의 알콕시실란의 가수분해에 의해 형성되는 졸-겔 유리이다. 적절한 알콕시실란은 테트라알콕시실란과 알킬 트리알콕시실란을 포함하고, 여기서, 알킬 그룹은 C1 내지 C30 직선 또는 분지된 알킬 그룹이고, 알콕시 그룹은 C1 내지 C4 알콕시 그룹이다. 적절한 알콕시실란의 예는 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 알킬 트리메톡시실란, 및 알킬 트리에톡시실란을 포함한다.
일반적으로 알콕시실란의 중합은 통상적으로 물에서 산 또는 염기로 촉매될 수 있다. 이러한 중합 반응의 유용한 촉매는 하이드로클로라이드산, 아세트산, 포름산, 또는 트리플루오르아세트산 등의 고휘발성 산을 포함한다.
지시약 층(22)은 중합체 수지, 수화 알루미나, 또는 비휘발성 산 등의 다른 첨가물을 포함할 수도 있다. 중합체 수지는 중합체 층의 강도 또는 강성을 증가시키기 위해 첨가시킬 수 있다. 적절한 수지의 한 예는 약 5,000 내지 20,000의 평균 분자량을 갖는 폴리비닐 알콜(PVA)이다.
수화 알루미나는 지시약 장치상의 휘발성 염기를 유지시키기 위해 첨가될 수 있다. 이것은 스트립으로 관찰되는 색 변화에 대해 추가의 안정성을 제공해서, 색 변화가 비가역적이 되게 하거나, 가역적 반응이 느리게 일어나도록 한다. 본 발명에 사용되는 적절한 수화 알루미나 화합물의 한 예는 제올라이트이다. 제올라이트는 암모니아와 같이 분자를 유지할 수 있는 능력을 갖는 것으로 공지되어 있다.
비휘발성 산은 식품 품질 지시약 장치의 반응률 또는 검출 감도를 제어하기 위해 추가될 수 있다. 본 발명에 부합하는 특정 이론은 없지만, 산이 중합체 매트릭스의 산 부하를 바꿀 수 있다는 것이 고려되어, 지시약 화합물이 색 변화를 야기하는데 필요한 휘발성 염기의 양을 변화시킨다. 적절한 산은 농축된 황산, 술팜산, 인산, 제올라이트, 알루미나, 폴리아크릴산, 및 나피온-에이치(Naphion-H)와 같은 술폰화된 퍼플루오로에틸렌을 포함한다.
통상적으로, 지시약 층(22)은 기질에 대해 지시약 층의 양호한 고착을 제공하기 위해 중합체 매트릭스의 중합 전에 또는 중합 중에 기질(24)에 적용된다. 기질(24)에 대한 지시약 층(22)의 적용은 용액에 기질을 담그는 단계, 기질상에 용액을 분무하는 단계, 기질상의 용액을 닦아 내는 단계, 또는 기질 위로 용액을 흘리는 단계를 포함하는 다양한 기술에 의해 성립될 수 있다. 한 실시예에서, 지시약 층은, 부패된 식품의 존재하에 문자, 숫자 또는 표식이 분명해지거나, 색 변화가 일어나도록 적용된다. 다른 실시예에서, 기질 또는 임의의 지지 재료는 지시약 화합물의 색 변화에 대해 추가의 대조를 제공하기 위해 착색된다. 예를 들어, 기질 또는 임의의 지지 재료는 백색일 수 있다. 또는, 기질 또는 임의의 지지 재료는 부패된 식품에 노출되기 전의 지시약의 색과 유사한 색을 가질 수 있다. 이후, 지시약 화합물의 색 변화가 지시약 층으로 덮히지 않은 기질 또는 임의의 지지 재료의 인접부의 색과 대조될 수 있다.
도 2는 지시약 층(22) 및 기질(20)이 차폐층(26)으로 에워싸인 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 차폐층(26)은 제자리 중합, 가열 밀봉, 초음파 용접, 또는 접착제 부착을 포함하는 다양한 방법에 의해 지시약 층(22) 및/또는 기질(24)에 부착될 수 있다.
한 실시예에서, 차폐층(26)은 아래에 놓인 지시약 층의 손상을 방지하고/하거나 장치로부터의 지시약 화합물의 누출을 방지하는 아민 침투성 방수 중합체이다. 상기 차폐층은 지시약 층의 중합체 매트릭스와 동일한 재료로 이루어질 수 있지만, 다른 중합체가 적용될 수도 있다. 이러한 형태의 차폐층에 사용하기에 적합한 중합체는 실리카 졸-겔과 실리카 폴리머를 포함하고, 실리카 폴리머는 폴리디메틸 실리콘, 실란 티타늄 옥사이드 졸-겔, 실란 교차결합 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(예를 들어, 테프론(TeflonTM)), 폴리비닐클로라이드, 또는 부틸레이트 셀룰로오즈를 포함한다. 상기 차폐층은 통상적으로 두께가 약 10 내지 100 ㎛이므로, 지시약 층에 도달하는 아민 증기의 양은 검출 수준 이하로 감소되지 않는다.
다른 실시예에서, 차폐층(26)은 아민 증기에 대해 불침투성이다. 이러한 차폐층은 또한 방수성, 무독성, 투명성을 가질 수 있거나 식품 포장에 사용하기에 적합한 제제로 이루어질 수도 있다. 이러한 형태의 차폐층에 사용되는 적절한 중합체 재료는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 및 ABS(아크릴로니트릴, 부타디엔, 및 스티렌 단량체로 이루어진 공중합체) 또는 폴리(스티렌-부타디엔)과 같은 폴리스티렌 공중합체를 포함한다.
아민 불침투성 차폐층을 갖는 본 발명의 한 실시예는 도 3a(차폐층(26)과 지시약 층(22) 사이의 상대적 차이가 본 발명을 설명할 목적으로 과장되어 도시되어 있음)에 도시된다. 도시된 실시예는 식품 품질의 정량 또는 반-정량 측정치를 제공하는 데 사용될 수 있는 지시약 스트립(25)이다. 지시약 스트립(25)은 지시약 층(22)과 기질(24)을 에워싸는 차폐층(26)을 갖는 도 2에 도시된 실시예와 유사하다. 지시약 스트립을 사용하기 위해, 차폐층(26)의 일부는 식품으로부터의 증기에 대해 지시약 층(22)의 일부를 노출시키기 위해 제거된다. 차폐층의 일부를 제거하는 한 방법은 도 3b에 도시된 바와 같이 스트립의 일부분(27)을 절단하는 것으로, 지시약 층(22)의 모서리(28)를 노출시킨다. 식품으로부터의 휘발성 염기는 지시약 층의 노출된 모서리와 접촉하고, 도 3c에 도시된 바와 같이 모서리에서의 지시약 화합물(30)은 색깔이 변화된다. 색깔(32)은 도 3d에 묘사된 바와 같이 휘발성 염기에 대해 증가된 노출로 지시약 층을 통해 확산된다.
정량 또는 반-정량 측정은 특정 온도에서 소정의 시간에 걸쳐 색이 확산하는 거리를 측정함으로써 상기 스트립을 사용하여 이루어질 수 있다. 한 실시예에서, 식품 품질 지시약 장치는 확산된 색의 깊이를 측정하는데 간편한 방법을 제공하기 위해 특정 간격으로 이격된 표지를 포함한다. 색 확산의 측정치는 식품의 품질을 결정하기 위해 보정 샘플과 비교될 수 있다.
정량 또는 반-정량 측정치를 획득하기 위해, 지시약 화합물의 양과 노출된 모서리의 크기는 용기 내의 식품의 중량에 비례해야 한다. 통상적으로, 다른 형태의 식품의 샘플은 비교될 수 없지만, 거의 유사한 식품(예를 들어, 다른 형태의 물고기)은 다른 인자가 동일하다면 비교가능한 결과를 낳을 수 있다.
두 개의 지시약 층(22a, 22b)이 하나 이상의 기질(24a, 24b)상에 배치된 다른 실시예는 도 4에 도시된다. 단지 지시약 층(22b)만이 아민-불침투성 차폐층(26b)으로 에워싸인다. 지시약 층(22a)은 색 변화가 휘발성 염기의 존재로 인해 발생되는 때를 결정하기 위해 층(22b)과 비교될 수 있다. 지시약 층(22b)은 차폐층(26b) 때문에 색 변화가 방지된다. 두 개의 지시약 층(22a, 22b)의 비교는 지시약 화합물의 색이 변화한 때, 특히, 색 변화가 희미하거나 약간만 된 때를 결정하기에 편리한 방법을 제공한다. 다른 구성도 가능하다.
도 5는 지시약 장치(20)가 식품 포장에 부착될 수 있는 지지 재료(30)상에 제공되는 본 발명의 실시예를 도시한다. 포장에 지지 재료(30)를 부착하는 것은 예를 들어, 지지 재료(30)에 적용되는 접착제 층(32)에 의해 또는 경화성 수지 또는 다른 접착제를 사용한 포장에 지지 재료를 접착시킴으로써 성립될 수 있다. 장치(20)는 또한 장치와 함께 제조되어, 포장 재료에 또는 임의의 다른 필요 위치에 적용하기 위해 접착제를 노출시키도록 제거되는 접착제 보호층(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 장치(20)는 가열 밀봉 또는 접착제 부착을 포함하는 방법에 의해 지지 재료에 부착된다. 장치(20)는 지지 재료(30)의 일부 또는 전부를 덮을 수 있다.
다른 실시예에서, 장치(20)는 접착제 또는 다른 방법에 의해 식품 포장에 직접 부착된다. 또 다른 실시예에서, 지시약 층(20)은 포장 재료를 기질로 사용하여, 식품 포장 재료상에 직접 형성된다.
도 6 및 도 7은 아민-불침투성 차폐층(26)이 지시약 층(22) 위에 적용되는 것을 제외하고는 도 5와 유사한 두 개의 실시예를 도시한다. 도 6에 도시된 실시예는 지지 재료(30)상의 지시약 장치(20)를 도시한다. 차폐층(26)은 차폐층이 제거되는 영역을 제외하고는 아민 증기가 장치에 접촉하는 것을 방지하기 위해 장치(20)와 지지 재료(30) 위로 적용된다. 또는, 장치(20)는 차폐층과 함께 제조된 후 지지 재료(30)에 부착될 수 있다.
도 7은 장치(20)가 위치하는 홈(34)을 도시한다. 아민-불침투성 차폐층(26)은 홈(34)을 형성하는 지지 재료(30)의 상승부와 장치(20) 위로 적용된다. 또는, 차폐층(26)은 홈(34)에 장치(20)를 위치시키기 전에 장치(20) 위에 형성된다.
도 6 및 도 7의 실시예는 차폐층(26)에 의해 덮히지 않은, 장치의 모서리와 같은 장치(20)의 영역을 갖도록 제조될 수 있다. 또는, 차폐층(26)의 일부가 장치가 사용될 때 제거(절단)될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 바람직하게는 서로에 인접하여 위치되는 두개 이상의 스트립 또는 스트링을 포함한다. 각각의 스트립 또는 스트링은 지시약 화합물과 다른 첨가제로 이루어진 상이한 제제를 함유하여 상이한 감도를 제공한다. 예를 들어, 제제는 지시약 화합물의 양이 다르거나, 지시약 화합물에 첨가되는 산의 양이 다를 수 있다. 통상적으로, 두개 이상의 스트립 또는 스트링은 불침투성 코팅으로 도포된다.
작동시에, 불침투성 코팅은 상기 각각의 스트립 또는 스트링의 말단으로부터 제거된다. 오염물질의 정량 분석은 소정의 시간 동안 변화된 색과 스트립 또는 스트링의 상대 길이를 비교함으로써 측정될 수 있다. 예를 들어, 이러한 상대량은 식품의 오염물질 양을 정성적으로 또는 정량적으로 결정하기 위해 테스트 샘플과 비교될 수 있다.
본 발명의 적어도 몇몇 실시예가 냉동 식품에서 및 0℃ 이하의 온도에서 오염물질을 검출하는데 사용될 수 있을 지라도, 이러한 동일한 또는 다른 실시예는 보다 높은 온도에서 오염물질을 검출하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 식품 샘플을 포함하는 용기와 지시약 장치는 예를 들어, 샘플로부터 오염물질의 방출률을 증가시키기 위해 수중에서 끓이는 것과 같이 가열될 수 있다. 어느 경우든, 지시약 장치는 예를 들어, 밀봉된 용기 내에 물의 매개 없이 작용한다. 식품과 지시약 장치의 가열은 오염물질의 검출에 필요한 시간을 감소시킬 수 있다.
식품 품질 지시약 장치를 형성하기 위한 방법의 한 실시예는 0.01 내지 1.0mg/mL 용액을 제공하도록 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 아세톤, 에테르, 또는 다른 지시약 용해 액체에 지시약 화합물을 용해시키는 것이다. 염산, 아세트산, 포름산, 또는 트리플루오르아세트산과 같은 0.01 내지 1.0M 고휘발성 산 약 1 내지 10mL가 지시약 용액 50mL에 첨가된다. 용매 내에 용해될 수 있는 0 내지 10g의 중합체 수지, 0 내지 10g의 수화 알루미나, 및 인산과 같은 0 내지 10g의 비휘발성 산은 지시약 용액에 선택적으로 첨가될 수 있다.
별도의 용기에서, 1 내지 50g의 테트라알콕시실란과 1 내지 50g의 알킬 트리알콕시실란이 혼합된다. 그 다음, 실란 혼합물은 지시약/산 용액에 첨가된다. 이로써 실란 중합을 개시한다. 그후, 상기 용액의 적어도 일부는 실란 중합이 완료되기 전에 기질에 적용된다. 장치는 건조된다. 가열이 건조를 가속시키는데 사용될 수 있다. 경우에 따라, 장치는 예를 들어, 상기 층 주위의 단량체 물질의 중합에 의해 또는 하나 이상의 중합체 필름의 적용에 의해 형성되는 차폐층 내에 싸인다.
본 발명이 아민과 같은 휘발성 염기의 검출과 관련해 기술되었지만, 다른 휘발성 화합물, 예를 들어, H2S 또는 머캅탄(즉, 티올)과 같은 휘발성 산도 동일 또는 유사한 지시약 장치에 의해 검출될 수 있음이 이해될 것이다. 휘발성 산을 포함하는 이러한 휘발성 화합물은 예를 들어, 식품의 변질에 의해 또는 생물제제의 존재에 의해 발생될 수 있다.
특히, 지시약 장치는 휘발성 산의 존재하에 색이 변하는 지시약 층을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 지시약 화합물은 수용액 내의 약 pH 8 내지 약 pH 14의 범위에서, 바람직하게는 약 pH 9 내지 약 pH 13의 범위에서 색 변화를 일으키는데 사용될 수 있다. 지시약 화합물은 물의 빙점 이하의 온도에서 및/또는 매개체인 물 없이 색을 변화시킬 수 있어야 한다.
중합체 매트릭스는 예를 들어, 알콕시실란의 염기 촉매되는 중합에 의해 형성되는 졸-겔 유리를 사용하여 형성될 수 있다. 바람직하게는, 염기는 휘발성이다. 또한, 비휘발성 염기는 지시약 장치의 검출 감도 및/또는 반응률을 제어하기 위해 지시약 장치의 기질상에 배치될 수 있다.
실시예
하기의 실시예는 본 발명의 식품 지시약 스트립의 제조 및 사용 방법을 설명한다. 이러한 예는 단지 본 발명을 설명하는 것이지, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안된다.
실시예 1
브로모페놀 블루를 사용한 식품 품질 지시약 장치의 제조
50mg의 브로모페놀 블루를 50mL의 에탄올에 용해시켰다. 0.1 M HCl의 5mL와 폴리비닐 알콜(M.W.2000) 5g을 에탄올 용액에 첨가하였다. 테트라에톡시실란 5g과 옥타데실트리에톡시실란 5g을 별도의 용기 내에서 혼합하였다. 실란 혼합물을 기계적으로 교반하면서 에탄올 용액에 첨가하였다. 종이 스트립과 스트링을 용액에 침지시킨 후 건조시켰다. 건조 후에, 종이 스트립 및 스트링을 테트라하이드로푸란(THF) 중에 용해된 폴리비닐 클로라이드(PVC)로 코팅하였다. THF를 증발시킨 다음, 종이 스트립과 스트링을 아민-불침투성 투명 차폐층을 형성하기 위해 두개의 폴리프로필렌 필름 사이에 적층하였다.
스트립의 한 모서리와 스트링의 단부를 절단하여 한시간 동안 -20℃에서 공지의 부패된 대구(cod) 샘플에 브로모페놀 블루 지시약 층을 노출시켰다. 스트립 모서리와 스트링 단부 모두 노출 시간 내에 노란색에서 파란색으로 급격한 색 변화를 보였다. 상기 색 변화는 또한 개방된 모서리/단부에 인접한 스트립 및 스트링 영역에서도 두드러졌다. 이는 휘발성 염기가 개방된 모서리/단부를 통해 지시약 장치 내로 확산되었음을 나타내었다.
실시예 2
프록신 비를 사용하는 식품 품질 지시약 장치의 제조
a) 지시약 스트립 및 스트링은 프록신 비가 지시약으로서 사용되고 PVC 코팅이 적용되지 않았다는 것을 제외하고는 실시예 1에 설명된 것과 같이 제조되었다. 이 경우에, 색 변화는 냉동 부패된 대구 샘플에 한시간 동안 노출시킨 후 무색 또는 약간의 핑크색으로부터 밝은 후시아(즉, 핑크빛 적색)로 되었다.
b) 지시약 스트립 또는 스트링의 다른 세트를 제조하였다. 이 세트를 위해, 수화 알루미나 용액을 50mL의 1.0 M HCl 내에 10g의 알루미나를 실온에서 15시간 동안 교반함으로써 제조하였다. 50mg의 프록신 비를 50mL의 에탄올과 5mL의 수화 알루미나 용액에 용해시켰다. 5g의 테트라에톡시실란과 5g의 옥타데실트리에톡시실란을 별도의 용기 내에서 혼합하였다. 그 후, 실란 혼합물을 기계적으로 혼합하면서 에탄올 용액에 첨가하였다. 종이 스트립과 스트링을 용액에 침지한 후 건조시켰다. 건조 후에, 종이 스트립 및 스트링을 아민-불침투성 투명 차폐층을 형성하는 두개의 폴리프로필렌 필름 사이에 적층시켰다.
스트립의 한 모서리와 스트링 단부를 절단하여 한시간 동안 -20℃에서 공지의 부패된 대구 샘플에 프록신 비 지시약 층을 노출시켰다. 스트립 모서리와 스트링 단부 모두 노출 시간 내에 무색 또는 연한 핑크색으로부터 밝은 후시아(즉, 핑크빛 적색)로 급격한 색 변화를 나타내었다. 상기 색 변화는 또한 개방된 모서리/단부에 인접한 스트립 및 스트링 영역 상에서 두드러졌다. 이는 휘발성 염기가 개방된 모서리/단부를 통해 지시약 장치 내로 확산되었음을 나타내었다. 그러나, 색 변화의 길이는 지시약 층 내의 수화 알루미나에 의한 휘발성 염기의 흡수로 인해 a)에서 설명된 프록신 비 스트립 및 스트링보다 훨씬 짧았다. 이는 수화 알루미나가 색 변화의 확산 및 가역적 변화를 지연시킬 수 있으므로 식품 품질 지시약 장치의 감도를 제어하는 한 방법을 설명한다.
실시예 3
프록신 비를 사용하는 다른 식품 품질 지시약 장치의 제조
지시약 스트링을 제조하였다. 먼저, 수화 알루미나 용액을 50mL의 1.0 M HCl 내에 10g의 알루미나를 실온에서 15시간동안 교반함으로써 제조하였다. 또한, 2g의 폴리아크릴산을 100mL의 에탄올에 현탁시켰다. 15mg의 프록신 비와 0.285mg의 인산을 50mL의 에탄올, 5mL의 수화 알루미나 용액, 및 5mL의 폴리아크릴산 현탁액에 용해시켰다. 5g의 테트라에톡시실란과 5g의 옥타데실트리에톡시실란을 별도의 용기 에서 혼합하였다. 그후, 실란 혼합물을 기계적으로 교반하면서 에탄올 용액에 첨가하였다. 폴리에스테르 스트링을 용액에 침지한 후 건조시켰다. 건조 후에, 상기 스트링을 테프론-스프레이(캘리포니아주, 실마(Sylmar)시에 소재한 밀러-스티븐슨사로부터 입수가능한 PTFE 릴리즈 에이전트 드라이 루브리컨트(Release Agent Dry Lubricant) MS122N/CO2)로 덮었다.
스트립의 한 모서리와 스트링의 단부를 절단하여 한시간 동안 -20℃에서 공지의 부패된 대구 샘플에 프록신 비 지시약 층을 노출시켰다. 스트립 모서리와 스트링 단부 모두 노출 시간 내에 무색 또는 연한 핑크색으로부터 밝은 후시아(즉, 핑크빛 적색)로 급격한 색 변화를 나타내었다. 상기 색 변화는 또한 개방된 모서리/단부에 인접한 스트립 및 스트링 영역상에서 두드러졌다. 이는 휘발성 염기가 개방된 모서리/단부를 통해 지시약 장치 내로 확산되었음을 나타내었다.
비교 실시예
-20℃에서 부패된 대구 샘플에 대한 시판중인 pH 지시약 스트립의 노출
시판중인 pH 종이를 실시예 1 및 실시예 2의 식품 품질 지시약 스트립으로서 한 시간동안 -20℃에서 실시예 1 및 2의 부패된 대구 샘플에 노출시켰다. 테스트된 pH 종이는 a) EM-리전트사 ColorpHastTM pH 3.5 내지 pH 4.5 종이(Cat. No. 9581), b) 시그마 케미컬 컴퍼니의 pH 테스트 스트립 0 내지 14.0(Cat. No. P4786), 및 c) pH 2 내지 10 범위인 피셔 사이언티픽 캄파니의 알크액시드 테스트 종이(Cat. No. 14-839)였다. 종이(a)는 샘플에의 노출시 오랜지색으로부터 오랜지-적색으로 색이 약간 어두워졌지만, 실온에서 60초 후에 다시 오랜지색으로 변화하였다. 유사하게, 종이(b)는 올리브 브라운에서 다소 더 어두운 색조로 다소 색이 어두워졌지만, 실온에서 5분 후에는 색이 다시 되돌아갔다. pH 종이(c)의 색깔 변화는 관찰되지 않았다.
이에 반해, 실시예 1 및 실시예 2의 식품 품질 지시약 장치는 브로모페놀 블루 지시약 장치에 대해서는 파란색이 노란색으로 변하는 급격한 색깔 변화가 있었고, 프록신 비 지시약 장치에 대해서는 무색 또는 연한 핑크색이 밝은 후시아로 급격하게 변화되었다. 각각의 경우에, 색깔 변화는 아민-함유 환경으로부터 벗어난 후에 실온에서 영구적이거나 적어도 몇주동안 지속되었다.
본 발명은 상기 특정예 또는 실시예로 제한되는 것으로 고려되어서는 안되고, 첨부된 특허청구범위에 적절히 제시된 바와 같은 본 발명의 모든 양태를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명에 적용될 수 있는 다수의 구조와 다양한 변형 및 동등한 방법은 당업자에게는 자명할 것이다. 특허청구범위는 상기 변형 및 장치를 포함한다.

Claims (34)

  1. 기질,
    상기 기질상에 코팅된 제 1 중합체 매트릭스,
    상기 제 1 중합체 매트릭스의 모서리 부분을 제외한, 제 1 중합체 매트릭스의 전체를 덮고, 변질되는 식품에 의해 발생되는 휘발성 염기에 대해 불침투성인 제 2 중합체 매트릭스, 및
    식품 변질에 의해 발생되는 휘발성 염기에 대해 0℃ 이하의 온도에서 비색적으로 반응하며, 제 1 중합체 매트릭스 내에 배치되는 지시약 화합물을 포함하고,
    휘발성 염기에 대한 노출이 증가함에 따라 제 1 중합체 매트릭스 내에 배치된 지시약 화합물의 비색 반응의 거리가 증가되고, 특정 온도에서 정해진 시간 동안의 비색 반응의 거리를 측정함으로써 식품 품질을 결정하는 것을 특징으로 하는 지시약 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 지시약 화합물이 약 pH 1.0 내지 약 pH 6.0의 범위에서 색이 변하는 화합물을 포함하는 지시약 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 지시약 화합물이 약 pH 2.5 내지 약 pH 5.0의 범위에서 색이 변하는 화합물을 포함하는 지시약 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 지시약 화합물은 아미노 또는 알킬아미노 관능기가 없는 하나 이상의 산성 관능기를 구비한 화합물을 포함하고, 상기 하나 이상의 산성 관능기중 적어도 하나는 -COOH, -SO3, -S(O2)O-, 또는 이들의 염인 지시약 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 지시약 화합물은 할로겐화된 크산텐 염료, 술폰화된 아조 염료, 또는 술폰화된 수산기 트리페닐메탄 염료인 지시약 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 지시약 화합물은 브로모페놀 블루, 프록신 비, 로즈 벵갈, 콩고 레드, 또는 메타닐 옐로우인 지시약 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 중합체 매트릭스가 실리콘-함유 매트릭스를 포함하는 지시약 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 중합체 매트릭스가 단량체 재료의 산 촉매 중합에 의해 형성되는 지시약 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 단량체 재료가 테트라알콕시실란, 알킬 트리알콕시실란, 또는 이의 혼합물을 포함하는 지시약 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서, 제 1 중합체 매트릭스 내에 배치되는 중합체 수지를 추가로 포함하는 지시약 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 제 1 중합체 매트릭스 내에 배치되는 산성 재료를 추가로 포함하는 지시약 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 산성 재료는 수화 알루미나, 제올라이트, 또는 인산인 지시약 장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 식품 포장 내에 포함되기에 적합하게 되어 있는 지시약 장치.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 기질은 종이, 플라스틱, 무명, 아마, 수지, 유리, 유리 섬유, 또는 직물을 포함하는 지시약 장치.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 식품에 대해 사용하기에 적합한 재료로 구성되어 있는 지시약 장치.
  19. 삭제
  20. 제 1 항에 따른 지시약 장치를 냉동 식품에 노출시키는 단계와,
    상기 장치를 육안으로 검사함으로써, 지시약 화합물의 색이 변하였는지를 관찰하여 식품이 부패되었는지를 결정하는 단계를 포함하는, 부패된 냉동 식품의 검출 방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 식품을 위한 포장과,
    식품으로부터 방출되는 휘발성 염기에 노출되도록 상기 포장과 결합되어 있는 제 1 항에 따른 지시약 장치를 포함하는, 식품에 사용하기 위한 식품 포장.
  24. 제 23 항에 있어서, 제 1 항에 따른 둘 이상의 지시약 장치를 포함하고, 각각의 지시약 장치가 다른 양의 지시약 화합물을 가지거나 지시약 화합물에 제공되는 다른 양의 산을 가지는 식품 포장.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 식품은 냉동된 붉은 고기, 돼지 고기, 가금, 육가공품, 또는 해산물인 식품 포장.
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