KR101608019B1 - 갈변 효과를 이용한 시간 경과 온도 감지 캡슐 - Google Patents

Abstract

본 발명의 시간 및/또는 온도 경과를 측정할 수 있는 캡슐은 내부 내용물을 외부로부터 밀봉하는 외부 피막; 상기 외부 피막의 내부를 제 1 영역과 제 2 영역으로 격리시키는 구획부로서, 외부 충격에 의해 파단(破斷)가능한 구획부; 상기 제 1 영역에 보관되어 있는 폴리페놀(polyphenol)을 포함하는 기질 성분; 및 상기 제 2 영역에 보관되어 있는 폴리페놀 산화효소(polyphenol oxidase)를 포함하는 효소 성분을 포함한다. 본 발명의 캡슐에 보관되어 있는 기질 성분과 효소 성분이 반응하여 시간 및/또는 온도 경과에 따라 변색 반응이 유도되는데, 이러한 변색 반응 여부 및 변색 정도를 감지하여 간편하고 효율적으로 사용 시간 경과를 측정할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 캡슐의 구획 수단을 파단한 뒤, 예를 들어 신선식품 포장 용기 등과 같은 피착 대상물에 본 발명의 캡슐을 부착하면, 기질 성분과 효소 성분의 반응에 의한 변색 반응을 감지하여, 시간 및/또는 온도 경과에 따른 신선도 유지 여부 및/또는 식품의 부패, 변성 여부 등을 용이하게 인식할 수 있다.

Description

갈변 효과를 이용한 시간 경과 온도 감지 캡슐{TIMING FLOW AND TEMPERATURE SENSING CAPSULE USING BROWNING EFFECT}

본 발명은 캡슐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 효소의 반응에 의하여 야기되는 색상 변화를 이용하여 시간 경과 및/또는 온도 변화를 감지할 수 있는 캡슐에 관한 것이다.

과거의 자급자족 사회에서 벗어나 사회구조가 복잡해지면서, 자신이 필요한 물품이나 상품을 직접 제조하는 경우는 매우 드물다. 현대 일상생활에서 소비되는 대부분의 상품들은 타인이 제조한 상품을 전통시장, 마트, 백화점과 같은 오프라인 유통 경로나, 또는 인터넷의 오픈마켓이나 온라인 쇼핑몰 등의 온라인 유통 경로를 통해 대부분 구입한다.

현대 사회에서 유통되고 있는 상품 중에서 신선식품으로 대표되는 식품류는 온도나 습도 등의 영향에 의하여 신선도가 유지되지 못하기 때문에 유통기한이 정해져 있다. 또한 화장품 중에서도 합성 화학 성분을 사용하지 않는 천연 화장품은 외부 환경의 영향으로 화장품에 함유된 성분들이 쉽게 부패하기 쉽다. 이러한 상품들의 외부에는 유통기한이 기재되어 있기는 하지만 통상적으로 작은 글씨로 인쇄되어 있어서 한 눈에 알아보기 곤란하다.

이러한 문제점을 고려하여, 예를 들어 부패, 손상되기 쉬운 상품의 적절한 위치에 시간 및/또는 온도 경과 또는 변화를 시각적으로 인식, 파악할 수 있는 방안이 모색되고 있다. 예를 들어, 대한민국공개특허 제10-2012-0074835호에서는 예를 들어 화장품 등의 용기를 개방, 폐쇄하는 캡부의 체결 동작에 연동되어 변색을 유발하고, 일정 기간 동안 변색 구간을 형성시키는 시간 표시 수단이 구비된 용기를 제안하고 있다. 하지만, 이 공개특허에서 시간 표시 수단은 용기의 캡부의 개폐 동작에 연동되기 때문에, 캡부를 구비하지 않거나 구비할 필요가 없는 상품에 대해서는 적용할 수 없다. 이로 인하여 이 공개특허는 캡부의 조작에 의하여 외부 환경에 노출됨으로써 손상 또는 부패되는 상품, 예를 들어 천연 화장품에 대해서만 적용될 수 있는 한계가 있다. 또한, 용기에 캡부 및 시간 표시 수단을 조립, 해제하여야 하는 불편함이 초래된다. 아울러, 용기에 형성되면 재활용이 불가능하고, 전자적 표시 장치에 비하여 제조비가 저렴하지만 경제적이라고 볼 수 없기 때문에 상용화에 한계가 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 효소와 기질액의 반응에 따른 변색 반응을 이용하여 시간 경과 및/또는 온도 변화를 감지할 수 있는 캡슐 형태의 용기를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 간단하고 효율적으로 신속하게 시간 경과 및/또는 온도 변화를 감지, 인식할 수 있는 캡슐 형태의 용기를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 임의의 제품에도 적용될 수 있으며 제조비를 절감할 수 있으며, 재활용이 가능한 시간 경과 및/또는 온도 변화를 감지할 수 있는 캡슐 형태의 용기를 제공하고자 하는 것이다.

전술한 목적을 갖는 본 발명은 기질 및 이 기질과 반응하여 변색 반응을 유발하는 효소가 내부에 격리, 보관되어 있고, 필요한 경우에 이들을 격리하는 수단이 파손됨으로써 기질과 효소의 반응에 의한 변색 반응을 통하여 시간 경과 및/또는 온도 변화를 감지, 인식할 수 있는 캡슐을 제안한다.

구체적으로 본 발명은 내부 내용물을 외부로부터 밀봉하는 외부 피막; 상기 외부 피막의 내부를 제 1 영역과 제 2 영역으로 격리시키는 구획부로서, 외부 충격에 의해 파단(破斷)가능한 구획부; 상기 제 1 영역에 보관되어 있는 폴리페놀(polyphenol)을 포함하는 기질 성분; 및 상기 제 2 영역에 보관되어 있는 폴리페놀 산화효소(polyphenol oxidase)를 포함하는 효소 성분을 포함하는 캡슐을 제공한다.

바람직하게는, 상기 외부 피막의 외주면의 적어도 일부에 점착제 또는 접착제가 도포될 수 있다.

특히, 상기 외부 피막은 산소 투과가 가능한 것을 특징으로 한다.

하나의 예시적인 실시형태에서, 상기 구획부는 분리막일 수 있다.

다른 예시적인 실시형태에서, 상기 구획부는 내부 피막일 수 있다.

예를 들어, 상기 구획부의 파단에 의하여 상기 기질 성분과 상기 효소 성분의 혼합 성분의 pH는 4 ~ 8 범위일 수 있다.

예시적인 실시형태에서, 상기 외부 피막은 젤라틴 및/또는 터폴리머를 주재로 하여 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 캡슐은 효소와 이 효소가 반응하는 기질을 구획부에 의해 독립된 영역으로 보관하고 있다가, 시간 및/또는 온도 경과나 변화를 측정할 필요가 있는 시점에서 구획부를 의도적으로 파단시키면, 효소와 기질의 반응에 의하여 변색 반응이 일어나고, 이러한 변색 반응 정도에 따라 시간 및/또는 온도 경과를 측정할 수 있다는 점에 근거한다.

본 발명에 따르면, 부패하기 쉬운 물질이 보관되어 있는 포장 용기 등의 부착대상물(피부착물)의 외부에 본 발명의 캡슐을 스티커 형태로 부착하고, 캡슐 내부의 효소와 기질의 반응에 따른 변색 정도에 따라 시간 경과 및/또는 온도 변화를 용이하고, 효율적으로 감지할 수 있다.

더욱이, 본 발명의 캡슐은 시간 경과 및/또는 온도 변화를 감지할 필요가 있는 임의의 제품에 적용될 수 있으며, 제조가 용이하여 제조비용을 크게 절감할 수 있어서 경제성을 확보할 수 있고, 피착 대상물에 부착된 뒤에 이를 간단히 제거한 뒤 새로운 캡슐을 부착할 수 있기 때문에 동일한 피착 대상물에 대하여 여러 번 재활용이 가능하다.

따라서 예를 들어 천연화장품이나 신선식품과 같이 신선도가 요구되거나 부패, 변질되기 쉬운 물품의 포장지 또는 포장 용기에 본 발명에 따른 캡슐을 부착하여 사용 후 어느 정도의 시간이 경과하였는지, 온도의 변화 여부를 감지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 예시적인 제 1 실시예에 따라 색상 변화에 따른 시간 경과를 확인할 수 있는 캡슐의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 제 1 실시예에 따른 캡슐 내부의 분리막이 파단되면서, 캡슐 내부의 기질액과 효소액이 혼합되어 변색이 유도되는 상태의 캡슐의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 제 1 실시예에 따른 캡슐의 개략적인 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 제 2 실시예에 따라 색상 변화에 따른 시간 경과 및/또는 온도 변화를 확인할 수 있는 캡슐의 구성을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 제 2 실시예에 따른 캡슐 내부의 피막이 파단되면서, 캡슐 내부의 기질액과 효소액이 혼합되어 변색이 유도되는 상태의 캡슐의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 제 2 실시예에 따른 캡슐의 개략적인 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따라 캡슐을 피착 대상물에 부착하여, 변색 정도에 따라 시간 경과 및/또는 온도 변화를 알 수 있다는 것을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 예시적인 실시 형태에 따라, 사전에 측정된 시간 경과에 따른 참조 색상 스티커를 캡슐과 함께 피착 대상물에 부착하고, 캡슐에서의 갈변 반응에 따른 변색 정도와 참조 색상 스티커를 비교하여 시간 경과 및/또는 온도 변화를 알 수 있다는 것을 보여주는 도면이다.

이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명의 예시적인 실시형태에 기초하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

제 1 실시예

도 1은 본 발명의 예시적인 제 1 실시예에 따라 색상 변화에 따른 시간 경과 및/또는 온도 변화를 감지할 수 있는 캡슐의 구성을 도시한 단면도, 도 2는 본 발명의 예시적인 제 1 실시예에 따른 캡슐 내부의 분리막이 파단되면서, 캡슐 내부의 기질액과 효소액이 혼합되어 변색이 유도되는 상태의 캡슐의 구성을 보여주는 단면도, 도 3은 본 발명의 예시적인 제 1 실시예에 따른 캡슐의 개략적인 분해 사시도이다.

이들 도면에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 캡슐(100)은 내부의 기질 및 효소 수용 영역을 외부 환경으로부터 밀봉하는 외부 피막(110), 내부 수용 영역을 격리하는 구획부로서의 분리막(120), 분리막(120)에 의해 격리되어 있는 2개의 내부 영역 중 폴리페놀 산화효소(Polyphenol oxidase, PPO)를 함유하는 효소 성분이 보관된 제 1 영역(130), PPO에 의해 변환되는 폴리페놀(Polyphenol, PP)을 함유하는 기질 성분이 보관된 제 2 영역(140)을 포함한다. 필요한 경우, 본 실시예에 따른 캡슐(100)은 외부 피막(110)의 적어도 일면에 도포된 점착제 또는 접착제(150)와, 이 점착제/접착제(150)가 다른 부위에 접착되는 것을 방지하는 이형지(160)를 포함한다.

외부 피막(110)은 예를 들어 연질 젤라틴 또는 셀룰로오스 등을 주재로 하여 제조될 수 있으며, 바람직하게는 산소 투과성 소재를 포함하여 제조될 수 있다. 예시적으로, 외부 피막(110)은 젤라틴을 주재로 하여 글리세린/글리세롤, 솔비톨 등의 가소제와 반투명화제, 염료 또는 안료 등과 함께 물과 같은 정제수를 적절히 배합하거나, 셀룰로오스를 주재로 하여 젤란 검(Gellan gum), 구연산나트륨, 가소제, 유화제 및 정제수를 적절히 배합하여 성형할 수 있다.

예를 들어, 연질 젤라틴을 주재로 하는 외부 피막(110)은 주재로서의 젤라틴 40 ~ 50 중량부; 1,2-프로필렌글리콜과 같은 폴리히드록시글리콜, 글리세롤, 솔비톨, 소비탄, 및 이들의 조합일 수 있는 가소제 7 ~ 25 중량부(예를 들어 1,2-프로필렌글리콜 5 ~ 15 중량부, 글리세롤/솔비톨/소비탄 중 적어도 하나의 성분 3 ~ 10 중량부), 용매인 물 30 ~ 40 중량부, 및/또는 필요에 따라 공용매인 에탄올 5 ~ 15 중량부 및 사이클로덱스트린(예를 들어 히드록시프로필-베타-사이클로덱스트린) 1 ~ 20 중량부를 혼합한 미세 에멀션(micro emulsion)을 제조하고, 이 미세 에멀션에 대하여 캡슐화 공정 및 건조 공정을 진행하여 연질 젤라틴을 제조할 수 있다. 대안적인 실시형태의 연질 캡슐의 외부 피막(110)을 제조하기 위한 방법으로 전분류 5 ~ 30 중량부, 젤라틴 15 ~ 35 중량부, 가소제 20 ~ 45 중량부 및 정제수 10 ~ 40 중량부를 배합한 것을 사용할 수 있다. 이렇게 형성된 연질 젤라틴을 주재로 하는 외부 피막(110)은 산소에 대한 투과도가 경질 젤라틴에 비하여 우수하기 때문에, 본 발명의 목적을 위하여 사용될 수 있다.

대안적으로 경질 캡슐 형태인 외부 피막(110)을 제조하기 위한 방법으로는 셀룰로오스 18 ~ 22 중량부를 주재로 하고, 증점 안정제인 젤란검 0.8 ~ 1.2 중량부, 구연산나트륨 0.05 ~ 0.1 중량부, 가소제인 글리세린 0.01 ~ 0.05 중량부, 유화제인 자당지방산 에스테르(surose fatty acid ester) 0.1 ~ 0.5 중량부, 정제수 76.15 ~ 81.04 중량부를 배합한 것을 사용할 수 있다.

필요한 경우에, 외부 피막(110)의 산소 투과율을 향상시킬 수 있도록, 외부 피막(110)을 제조할 때, 예를 들어 2-하이드록시에틸메타크릴레이트와 같은 하이드록시에틸메타크릴레이트(hydoryethylmethacrylate, HEMA), 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate) 또는 메틸메타크릴레이트(methylmethacrylate, MMA), 및 N-비닐피롤리돈(N-vinyl pyrolidone) 등의 성분의 공중합체인 삼중합체(terpolymer) 성분이나, 폴리메틸펜텐, 실리콘과 불소 화합물인 실리콘 레진 등을 30 ~ 50 중량부의 비율로 전술한 조성물에 배합할 수 있다. 특히, 바람직하게는 삼중합체 성분이다.

이러한 외부 피막(110)은 예를 들어 스핀 코팅, 액적 형성(coacervation), 접촉면 중합(interfacial polymerization), 용제 증발(solvent evaporation), 고리형상 제트 형성 등의 캡슐화 기술을 포함하는 임의의 적절한 기술에 의해 형성될 수 있다.

외부 피막(110) 내부에는 본 발명에 따른 효소 성분인 PPO와 기질 성분인 PP가 각각 보관되는 제 1 영역(130) 및 제 2 영역(140)을 격리시킬 수 있는 구획부인 분리막(120)이 형성된다. 이 분리막(120)은 본 실시예에 따른 캡슐(100)을 손으로 압착하는 것과 같은 외부 충격에 의하여 파단(破斷) 또는 절취(截取)될 수 있는 소재로 제조될 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 제 1 영역(130)과 제 2 영역(140)을 격리하고 외부 충격에 의하여 파단 가능한 구획부인 분리막(120)은 전단응력이 낮은 소재, 예를 들어 플라스틱 소재를 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어 분리막(120)은 젤라틴 베이스일 수 있고, 또는 하이드록시프로필메틸 셀룰로오스와 같이 변형된 셀룰로오스와 같은 고분자 재료를 사용하여 제조될 수 있다. 분리막(120)은 예를 들어 스핀 코팅이나 용제 증발 등의 기법을 사용하여 제조될 수 있지만, 그 외에도 다른 방법에 의해 제조될 수 있다.

이러한 분리막(120)에 의하여 캡슐(100)의 내부는 PPO를 함유하는 효소 성분이 수용되는 제 1 영역(130)과, PO를 함유하는 기질 성분이 수용되는 제 2 영역(140)으로 구분된다. 제 1 영역(130)에 수용되어 있는 PPO(EC 1.14.18.1)는 페놀류, 예를 들어 모노페놀류나 디페놀류에 반응하여 o-퀴논(o-quinone)을 형성하고, 효소적 갈변을 야기하는 생물학적 촉매이다. 구체적으로 PPO는 구리를 함유하는 효소로서 모노페놀류를 가수분해하여 o-디하이드록시페놀류를 형성하는 반응과, 산소를 매개로 o-디하이드록시페놀류를 다시 산화하여 o-퀴논을 형성하는 반응을 매개한다. 변형된 퀴논은 중합하든지 또는 적절한 아미노화합물과 중합 반응에 의하여 갈색의 착색 물질을 생성하는 갈변 효과를 야기한다. PPO의 작용은 pH의 영향을 많이 받는데, pH 4 미만에서는 일반적으로 무색의 생성물이 형성되고, 높은 pH, 예를 들어 10을 초과하는 pH에서는 황색을 띤 물질이 생성되며, pH 4 ~ 10 사이에서는 갈변 반응이 유도된다. 이와 같이 PPO에 의하여 PO가 변환되면서 야기되는 갈변 반응의 정도는 시간 경과 및 온도 변화에 따라 좌우되는데, 본 발명에서는 이러한 성질을 이용하여 시간 경과 및, 필요한 경우에 온도 변화를 감지할 수 있도록 구성하였다.

예시적인 실시예에서, PPO는 적절한 안정화제 및 버퍼(완충) 성분과 혼합되어 액상 형태로 제 1 영역(130)에 수용될 수 있다. PPO와 함께 사용될 수 있는 성분의 예로는 예를 들어 pH 4 ~ 8, 바람직하게는 pH 5 ~ 7의 완충 용액인 인산완충용액(PBS), 트리톤 X-114, 에틸렌글리콜, tween 20 등의 성분을 들 수 있다.

특히, 제 1 영역(130)에 수용되는 PPO는 냉장 보관할 때 활성이 쉽게 감소될 수 있지만, 트리톤 X-114로 처리하면 활성이 거의 소실되지 않는다. 따라서 바람직하게는 제 1 영역(130)에 적절한 완충 용액과 트리톤 X-114와 PPO를 혼합시킨 형태로 수용하고, 0 ~ 10℃의 저온에서 보관할 수 있다.

한편, 제 2 영역(140)에 수용된 PP는 PPO의 작용에 의하여 갈변되는 기질 성분이다. 제 2 영역(140)에 수용되는 PP의 예로는 t-부틸카테콜(t-butylcatechol), 4-메틸카테콜(4-methylcatechol), 클로로젠산(chlorogenic acid), 카페인산(caffeic acid), 피로카테콜(pyrocatechol), 아스코르브산(ascorbic acid) 등을 들 수 있지만, 그 외에도 PPO의 작용에 의하여 갈변 반응을 야기할 수 있는 다른 폴리페놀을 포함할 수 있다. 필요하다면 PP는 적절한 완충 성분, 예를 들어 pH 4-8의 PBS와 같은 완충 용액과 함께 제 2 영역(140)에 수용될 수 있다.

예시적인 실시형태에서, 제 1 영역(130)에 수용된 PPO를 함유하는 효소 성분과, 제 2 영역(140)에 수용된 PP를 함유하는 기질 성분은 대부분이 트리톤 X-114를 포함하는 적절한 완충 용액으로 충전될 수 있다. 예를 들어, 분리막(120)이 파단, 절취되어 효소 성분과 기질 성분이 혼합된 배합 성분의 전체 부피를 기준으로, PPO는 대략 1 ~ 10 부피부, PO는 대략 5 ~ 15 부피부를 차지하고, 완충액은 PPO와 PP를 제외한 나머지 부피, 예를 들어 75 ~ 95 부피부의 비율이 될 수 있도록 이들 성분들을 캡슐(100) 내부에 수용할 수 있다. 예를 들어, 완충액은 제 1 영역(130)과 제 2 영역(140)에서 각각 30 ~ 70 부피부, 특히 40 ~ 60 부피부의 비율로 수용될 수도 있을 것이다. 또한, 선택적으로 완충액은 제 1 영역(130) 또는 제 2 영역(140) 중 어느 하나의 영역에만 수용될 수도 있다.

한편, 도면에서는 제 1 영역(130)에 PPO를 포함하는 효소 성분이 수용되고 제 2 영역(140)에 PP를 포함하는 기질 성분이 수용되는 것으로 도시하였으나, 제 1 영역(130)에 PP를 포함하는 기질 성분이 수용되고 제 2 영역(140)에 PPO를 포함하는 효소 성분이 수용될 수 있다.

이와 같이, 제 1 영역(130) 및 제 2 영역(140) 내부에 수용되는 대부분의 물질을 PBS 및 트리톤 X-114를 포함하는 완충액으로 충전하면, 분리막(120)이 파단되었을 때 캡슐(100) 내부의 pH를 대략 완충액의 pH에 맞출 수 있다. 제 2 영역(140)에 수용되는 폴리페놀류는 대부분 약산성으로 중성에 가까운 pH를 가지고 있다는 점, PPO는 4 ~ 8, 바람직하게는 5 ~ 7의 pH에서 최대 활성을 가지고 있으며 중성 상태에서 대략 pH 5 정도를 나타낸다는 점을 고려해 볼 때, 인산완충용액을 비롯한 완충액의 pH를 4 ~ 8, 바람직하게는 5 ~ 7로 조정된 것을 사용할 수 있다.

전술한 것과 같이, PPO는 PP를 기질로 하는 갈변 반응을 매개하기 때문에 본 실시예에 따른 캡슐(100)의 분리막(120)을 파단한 상태에서 PPO와 PP가 혼합되고, 외부 피막(110)을 통하여 산소가 유입되면서 갈변 반응에 따른 변색 반응이 일어난다. PPO와 PP의 반응에 의한 갈변 반응의 진행 정도에 따라 변색에서 차이가 있으므로, 본 실시예에 따른 캡슐(100)의 분리막(120)을 파단하여 PPO와 PP의 반응이 매개된 시점부터 갈변 정도를 인식함으로써, 시간 경과 및/또는 온도 변화를 감지할 수 있다. 예시적으로, 캡슐(100) 내부의 pH를 5 ~ 7 정도, 온도를 4 ~ 30 ℃로 유지한다면 PPO의 활성은 1 시간 ~ 10일 단위로 변색 정도가 다르게 나타난다. 따라서 기질로 사용된 PP가 퀴논으로 변환되고 중합되면서 지속적인 갈변 반응이 유발되므로, 갈변 정도에 따른 시간 경과 및/또는 온도 변화를 감지할 수 있다.

분리막(120)이 파단되어, PPO를 함유하는 효소 성분이 수용된 제 1 영역(130)과, PP를 함유하는 기질 성분이 수용된 제 2 영역(140)의 격리 상태가 해제되면, PPO, PP가 혼합되고 외부 피막(110)을 통하여 유입되는 산소가 반응하여 갈변 반응이 매개될 수 있다. 이러한 갈변 반응의 속도나 정도는 캡슐(100) 내부에 수용되는 PPO, PP 및 완충액의 양, 캡슐(100) 내부의 pH나 온도 등에 따라 변할 수 있다. 예를 들어 캡슐(100)의 제 1 영역(130)에 수용되는 PPO는 대략 0.01 ~ 0.1 mL의 부피, 제 2 영역(140)에 수용되는 PP는 대략 0.05 ~ 0.15 mL의 부피, 제 1 영역(130) 및/또는 제 2 영역(140)에 수용될 수 있는 완충 용액은 대략 0.75 ~ 0.95 mL의 부피로 충전될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.

이처럼, 도 1에 도시된 것과 같이 외부 충격이 없을 경우, 효소 성분이 수용된 제 1 영역(130)과, 기질 성분이 수용된 제 2 영역(140)이 분리막(120)에 의해 완전히 격리되어 있다. 즉, 본 실시예에 따른 캡슐(100)을 사용하기 전에, 생물학적 촉매인 PPO가 함유된 제 1 영역(130)과, PPO의 기질인 PP가 함유된 제 2 영역(140)은 분리막(120)에 의해 완전히 격리되어 있다. 따라서 예를 들어 산소 투과성 외부 피막(110)을 통하여 산소가 캡슐(100) 내부로 유입되더라도 효소 성분인 PPO와 기질 성분이 PO가 서로 다른 영역에 격리되어 있기 때문에 갈변에 의한 변색 반응이 일어나지 않는다(도 1 참조).

하지만, 캡슐(100)을 사용하고자 하는 경우, 손을 사용하여 캡슐(100)을 압착하는 것과 같이 외부 압력에 의하여 분리막(120)이 파단, 절취되면, 제 1 영역(130)에 수용된 PPO와 제 2 영역(140)에 수용된 PP가 서로 혼합될 수 있다. 이에 따라 산소 투과성인 외부 피막(110)을 통하여 산소가 캡슐 내부로 유입되면서 갈변에 의한 변색 반응이 일어날 수 있고, 이러한 변색 반응 정도에 기초하여, 사용 시간 경과 및/또는 온도 변화 정도를 감지, 인식할 수 있다(도 2 참조). 이때, 사용되는 PPO 및 PP의 양과, 분리막(120)의 파단에 의해 PPO 및 PP가 혼합된 충전 용액의 pH를 설정한다면, PPO에 의하여 PP가 변환되면서 유발되는 갈변 반응의 정도에 따른 변색 정도를 알 수 있다. 따라서 갈변 정도에 따른 시간 및/또는 온도 경과를 감지할 수 있다.

계속해서, 본 실시예에 따른 캡슐(100)을 제조하는 방법을 도 3에 개략적인 분해 사시도로 참조하면서 설명한다. 예시적인 실시형태에서, 캡슐(100, 도 1 참조)을 대략 반구 형태로 구분하여 제 1 외피(112A)에 PPO를 함유하는 효소 성분을 제 1 영역(130)에 수용하고, 제 2 외피(112B)에 PP를 함유하는 기질 성분을 제 2 영역(140)에 수용한다.

제 1 외피(112A)의 개방된 단면(114)에 접착제를 도포하고, 파단 가능한 분리막(120)을 제 1 외피(112A)의 개방된 단면(114)에 접착하여 제 1 영역(130)을 밀봉한다. 기질 성분이 제 2 영역(140)에 수용되어 있는 제 2 외피(112B)의 개방된 단면(116)에 접착제를 도포하고, 제 1 영역(130)과 접착된 분리막(120)을 제 2 외피(112B)의 개방된 단면에 접착한다. 이러한 방법을 통하여 PPO가 함유된 효소 성분이 수용된 제 1 영역(130)과, PP가 함유된 기질 성분이 수용된 제 2 영역(140)은 분리막(120)으로 격리되어 있으며, 외부 피막(100, 도 1 참조)에 의하여 외부 환경으로부터 밀폐된 형태의 캡슐(100)을 제조할 수 있다.

대안적인 실시형태에서, 제 1 외피(112A)의 개방된 단면(114)과 제 2 외피(112B)의 개방된 단면(116)에 각각 접착제를 도포하고, 파단 가능한 분리막(120)을 이 단면(114, 116)에 접착하여, 제 1 외피(112A)와 제 2 외피(112B)가 결합된 외부 피막(100, 도 1 참조)을 밀봉한다. 이어서, 분리막(120)을 경계로 구분되는 제 1 외피(112A)에 미세한 주사 바늘 등을 사용하여 홀을 형성하고, 주사기 등을 이용하여 이 홀을 통하여 PPO를 함유하는 효소 성분을 제 1 영역(130)에 주입한다. 동시에 제 2 외피(112B)에 미세한 홀을 형성하고, 이 홀을 통하여 PP를 함유하는 기질 성분을 제 2 영역(140)에 주입한다. 효소 성분과 기질 성분을 각각의 영역(130, 140)에 충분히 주입한 뒤, 제 1 외피(112A) 및 제 2 외피(112B)에 형성된 홀 부분에 접착제 등을 도포하여 이들 외피(112A, 112B)를 포함한 외부 피막(110)을 밀봉할 수 있다.

이어서, 적절한 접착제/점착제를 사용하여 외부 피막(110) 중 적어도 일면에 접착제(150)를 도포하고, 접착제(150)가 도포된 면에 이형지(160)를 부착하여, 캡슐(100)을 사용하기 전에 접착제(150)가 다른 대상물에 부착되는 것을 방지할 수 있다.

제 2 실시예

도 4는 본 발명의 예시적인 제 2 실시예에 따라 색상 변화에 따른 시간 경과 및/또는 온도 변화를 확인할 수 있는 캡슐의 구성을 도시한 단면도, 도 5는 본 발명의 예시적인 제 2 실시예에 따른 캡슐 내부의 피막이 파단되면서, 캡슐 내부의 기질액과 효소액이 혼합되어 변색이 유도되는 상태의 캡슐의 구성을 보여주는 단면도, 도 6은 본 발명의 예시적인 제 2 실시예에 따른 캡슐의 개략적인 분해 사시도이다. 전술한 제 1 실시예와 비교하여 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명은 생략하고 제 1 실시예와 비교하여 차이가 있는 구성을 중심으로 설명한다.

본 실시예에 따른 캡슐(200)은 연질 젤라틴을 주재로 하여 제조되며, 산소 투과성 소재로 제조되어 내부 영역을 외부 환경으로부터 밀봉하는 외부 피막(210)과, 외부 피막(210) 내부 영역을 격리하는 파단 가능한 소재로 제조되는 구획부로서의 내부 피막(220), 내부 피막(220)에 의해 격리되는 영역으로서 PPO가 함유된 효소 성분을 수용하는 제 1 영역(230)과, PP가 함유된 기질 성분을 수용하는 제 2 영역(240)을 포함한다. 제 1 실시예에서와 유사하게, 외부 피막(210)의 적어도 일부를 도포하는 접착제/점착제(250)와 접착제/점착제(250)에 부착된 이형지(260)를 포함한다.

전술한 제 1 실시형태와 비교해서, 본 실시예에서는 제 1 영역(230)과 제 2 영역(240)을 격리하는 구획부가 분리막이 아닌 내부 피막(220)으로 형성되어 있다. 이 내부 피막(220)은 예를 들어 사용자가 손으로 캡슐(200)을 압착하는 것과 같은 외부 충격에 의하여 파단, 절취 가능한 소재로 제조된다. 예를 들어 내부 피막(220)은 젤라틴 베이스일 수 있고, 또는 하이드록시프로필메틸 셀룰로오스와 같이 변형된 셀룰로오스와 같은 고분자 재료를 사용하여 제조될 수 있다.

본 실시예에 따른 외부 피막(210)과 내부 피막(220)은 예를 들어 스핀 코팅, 액적 형성(coacervation), 접촉면 중합(interfacial polymerization), 용제 증발(solvent evaporation), 고리형상 제트 형성 등의 캡슐화 기술을 포함하는 임의의 적절한 기술에 의해 형성될 수 있다.

따라서 본 실시예에 따른 캡슐(200)을 사용하기 전에 PPO가 함유된 효소 성분이 수용된 제 1 영역(230)과, PP가 함유된 기질 성분이 수용된 제 2 영역(240)은 내부 피막(220)에 의해 격리되어 있다. 이처럼 효소 성분과 기질 성분이 완전히 격리, 차단되어 있으므로 산소 투과성 외부 피막(210)을 통하여 산소가 외부 피막(210) 내부에 유입되더라도 갈변에 의한 변색 반응은 일어나지 않는다(도 4 참조).

반면, 외부 충격에 의하여 내부 피막(220)이 파단, 절취되면, 내부 피막(220) 내부의 제 1 영역(230)에 수용된 PPO가 함유된 효소 성분과, 내부 피막(220)과 외부 피막(210) 사이의 제 2 영역(240)에 수용된 PP가 함유된 기질 성분이 서 혼합된다. 이와 같이, 효소 성분과 기질 성분이 배합되면, 산소 투과성 외부 피막(210)을 통하여 산소가 유입되면서 PPO에 의하여 PP가 퀴논으로 변환되는 변색 반응이 유도되어, 시간 경과 및/또는 온도 변화를 감지할 수 있다.

제 1 실시예와 마찬가지로, 도면에서는 제 1 영역(230)에 PPO를 포함하는 효소 성분이 수용되고 제 2 영역(240)에 PP를 포함하는 기질 성분이 수용되는 것으로 도시하였으나, 제 1 영역(230)에 PP를 포함하는 기질 성분이 수용되고 제 2 영역(240)에 PPO를 포함하는 효소 성분이 수용될 수 있다.

계속해서, 본 실시예에 따른 캡슐(200)을 제조하는 방법에 대해서 도 6을 참조해서 설명한다. 우선 내부 피막(220) 내부에 PPO를 함유하는 효소 성분을 수용하고, 내부 피막(220)을 완전히 밀봉한다. 한편, 외부 피막(210)은 대략 반구 형태로 구분하여 제 1 외피(212A)와 제 2 외피(212B)로 구분될 수 있다. 제 1 외피(212A) 및/또는 제 2 외피(212B) 내부의 영역(240A, 240B)에 PP를 함유하는 기질 성분을 수용한다. PPO를 함유하는 효소 성분이 제 1 영역(230)에 수용되어, 완전히 밀봉된 내부 피막(220)을 PP를 함유하는 기질 성분을 함유하는 제 1 외피(212A) 및 제 2 외피(212B)의 내부에 배치한다.

이 상태에서, 제 1 외피(212A)의 개방된 단부(214) 및 제 2 외피(212B)의 개방된 단부(216)에 접착제를 도포하여, 이들 외피(212A, 212B)의 단부를 결합, 접착한다. 이러한 방법으로 외부 피막(210) 내부로, PPO가 함유된 효소 성분이 수용되어 있는 제 1 영역(230)을 갖는 내부 피막(220)을 수용할 수 있다. 동시에, 외부 피막(210)과 내부 피막(220) 사이의 제 2 영역(240)으로는 PP가 함유된 기질 성분이 수용될 수 있다.

대안적인 실시형태에서, 우선 내부 피막(220) 내부에 PPO를 함유하는 효소 성분을 수용하고, 내부 피막(220)을 완전히 밀봉한다. 이어서, 제 1 외피(212A)의 개방된 단면(214)과 제 2 외피(212B)의 개방된 단면(216)에 접착제를 도포한 상태에서, 효소 성분이 수용된 내부 피막(220)이 이들 외피(212A, 212B) 내부에 수용될 수 있도록, 이들 단면(214, 216)을 결합하여 외부 피막(210, 도 4 참조)을 밀봉한다. 이어서, 외부 피막(210, 도 4 참조)을 구성하는 각각의 외피(212A, 212B)에 미세한 주사 바늘 등을 사용하여 홀을 형성한 뒤, 주사기 등을 이용하여 이 홀을 통하여 PP를 함유하는 기질 성분을, 내부 피막(220)과 외부 피막(210) 사이의 제 2 영역(240)으로 주입한다. 기질 성분이 제 2 영역(240)에 충분히 주입되면, 외피(212A, 212B)에 형성된 홀 부분에 접착제 등을 도포하여 이들 외피(212A, 212B)를 포함한 외부 피막(210)을 밀봉할 수 있다.

이어서, 적절한 접착제/점착제를 사용하여 외부 피막(210) 중 적어도 일면에 접착제(250)를 도포하고, 접착제(250)가 도포된 면에 이형지(260)를 부착하여, 캡슐(200)을 사용하기 전에 접착제(250)가 다른 대상물에 부착되는 것을 방지할 수 있다.

계속해서, 본 발명에 따른 캡슐을 사용하는 방법에 대해서 설명한다. 도 7은 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따라 1개의 캡슐을 피착 대상물(500)에 부착하여, 변색 정도에 따라 시간 경과 및/또는 온도 변화를 알 수 있다는 것을 보여주는 도면이다. 예를 들어 피착 대상물(500)은 신선도가 유지되어야 하는 식품 용기나 식품 포장지, 화장품 용기 등 유통기한이나 사용 기한을 감지할 필요가 있는 임의의 용기 또는 포장 용기이다.

사용자는 시간 경과 및/또는 온도 변화를 감지할 필요가 있는 피착 대상물(500)에 본 발명에 따른 캡슐(300)을 부착하기 전에, 손으로 이 캡슐(300)을 압착하는 등의 방법으로 캡슐 내부의 구획부(120, 220, 도 1 및 4 참조)를 파단, 절취한다. 이어서, 캡슐(300)의 외부 피막(110, 210, 도 1 및 4 참조)의 적어도 일면에 형성된 이형지(160, 260, 도 1 및 4 참조)를 떼어내고, 캡슐(300)의 적어도 일면에 도포된 접착제(350)를 사용하여 피착 대상물(500)에 부착한다.

시간 경과 및/또는 온도 변화에 따라 캡슐(300) 내부에 수용된 PPO와 PP가 외부 피막을 통하여 유입된 산소(O₂)에 의하여 반응하여 PP가 퀴논으로의 변환 및 중합 반응에 의해 변환되면서 갈변이 일어난다. 이때, 효소 성분인 PPO와 기질 성분인 PP가 혼합된 캡슐(300) 내부의 pH와 이들 성분의 양을 사전에 조정함으로써 갈변 반응이 유발되는 속도와 갈변 반응에 의한 변색 정도를 설정할 수 있다.

예를 들어, 캡슐(300) 내부에 PPO를 0.05 mL, PP를 0.1 mL, pH 6.0인 완충액을 0.9 mL의 부피로 수용한 상태에서 갈변 반응은 수 시간(예를 들어 1 ~ 10시간) 이후부터 본격적으로 진행되고 10일까지 진행된다. 이와 같이 PPO와 PP의 반응에 의해 유발되는 갈변 반응 정도에 따라 변색이 다르게 일어나기 때문에, 피착 대상물(500)에 부착된 캡슐(300)에서의 갈변 정도에 따른 시간 경과 및/또는 온도 변화를 감지, 인식할 수 있다.

한편, 도 8은 본 발명의 다른 예시적인 실시 형태에 따라, 사전에 측정된 시간 경과에 따른 참조 색상 스티커를 캡슐과 함께 피착 대상물에 부착하고, 캡슐에서의 갈변 반응에 따른 변색 정도와 참조 색상 스티커를 비교하여 시간 경과 및/또는 온도 변화를 알 수 있다는 것을 보여주는 도면이다.

본 실시형태에서, 캡슐(300)과 별도로 캡슐(300) 내부에 수용된 PPO, PO, 완충액의 상대적인 부피, pH, 및 온도 등의 조건이 동일한 상태에서 갈변 반응에 따른 변색 정도를 사전에 체크하고, 이를 참조 색상 스티커(400)로 표현한다. 예를 들어 도면의 색상 스티커(400)에서는 캡슐(300) 내부와 동일한 반응 조건에서 사전에 시간 경과에 따라 탐지된 색상 정보로서, 5시간 경과 후에 갈변된 색상 데이터(410), 24시간 경과 후에 갈변된 색상 데이터(420), 48 시간 경과 후에 갈변된 색상 데이터(430), 5일 경과 후에 갈변된 색상 데이터(440), 10일 경과 후에 갈변된 색상 데이터(450)를 포함하고 있다. 필요한 경우에는 다른 시간 경과 후에 갈변된 색상 데이터(예를 들어 1시간 경과 후, 72시간 경과 후, 7일 경과 후의 색상 데이터 등)가 참조 색상 스티커(400)에 포함될 수 있을 것이다.

사전에 측정된 갈변 반응 시간에 따른 변색 정도가 상이하기 때문에, 사용자는 이들 참조 색상 스티커(400)에 표현된 변색 정도와 캡슐(300)의 사용 기간에 따른 변색 정도를 비교하여 캡슐(300)의 사용 기간을 정확하게 감지할 수 있다. 즉, 사용자는 캡슐(300)의 구획부(120, 220, 도 1 및 4 참조)를 파단하여 PPO와 PP가 배합되도록 유도한 상태에서, 캡슐(300)의 이형지(160, 260, 도 1 및 4 참조)를 제거하여 접착제(350, 도 7 참조)를 통하여 캡슐(300)을 피착 대상물(500)에 부착한다. 시간이 경과함에 따라, 피착 대상물(500)에 부착된 캡슐(300)에서의 갈변 반응이 일어나는데, 캡슐(300)에서의 변색 반응과, 사전에 측정하여 색상으로 표시된 참조 색상 스티커(400)에 포함된 색상 정보를 비교한다.

예를 들어, 캡슐(300)의 갈변 반응에 의해 유발된 변색 정도가 사전에 측정된 48시간 경과 후의 색상 데이터(430)와 동일하다면, 사용자는 캡슐(300)이 피착 대상물(500)에 부착한 때부터 시작하여 48시간이 경과하였다는 것을 정확하고 용이하게 감지, 측정 인식할 수 있을 것이다.

아울러, 본 발명에 따르면 온도 변화를 알 수 있는데, 예를 들어 참조 색상 데이터(410, 420, 430, 440, 450)는 모두 10℃에서의 PPO와 PP의 반응에 따른 갈변 정도에 따라 얻어진 색상 데이터이다. 이어서, 캡슐(300)과 참조 색상 데이터(400)를 피착 대상물에 부착하고 48시간이 경과한 시점에서 캡슐(300)의 변색 정도와 참조 색상 데이터 중에서 48시간 경과 후의 색상 데이터(430)를 비교한다. 통상적으로 PPO는 온도가 상승할수록 그 활성이 상대적으로 증가하여 PP에 대한 갈변 반응 속도를 증가시킨다. 따라서 만약 캡슐(300)의 변색 정도가 48시간 경과 후의 색상 데이터(430)에 비하여 갈변이 더 일어났다면, 실제 캡슐(300)이 부착된 상태에서 온도가 참조 색상 데이터(400)의 기준이 된 온도인 10℃보다 높아졌다는 것을 알 수 있게 된다.

즉, 본 실시예에 따라, 실제 캡슐(300)에서의 갈변 정도와 참조 색상 데이터(400)가 상이하다면, 사용 기간 중에 온도의 변화가 있었다는 것을 뜻한다. 갈변 정도가 약하다면 온도가 낮은 곳에 노출이 되었고, 정도가 강하다면 온도가 높은 곳에 노출이 되었다는 것을 뜻한다. 따라서 신선도를 시간 경과 및/또는 온도 변화 여부를 통해 확인할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 예시적인 실시예 및 실시형태에 기초하여 본 발명을 설명하였다. 하지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시예 및 실시형태를 참조하여 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있다. 하지만, 그와 같은 변형과 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 사실은, 첨부하는 청구의 범위를 통하여 더욱 분명해질 것이다.

100, 200, 300: 캡슐 110, 210 : 외부 피막
120 : 분리막(구획부) 130, 230 : 제 1 영역
140, 240 : 제 2 영역 150 : 접착층/점착층
160, 260 : 이형지 220 : 내부 피막(구획부)
PP : 폴리페놀 PPO : 폴리페놀 산화효소

Claims (7)

1. 내부 내용물을 외부로부터 밀봉하는 외부 피막;
   상기 외부 피막의 내부를 제 1 영역과 제 2 영역으로 격리시키는 구획부로서, 외부 충격에 의해 파단(破斷)가능한 구획부;
   상기 제 1 영역에 보관되어 있는 폴리페놀(polyphenol)을 포함하는 기질 성분; 및
   상기 제 2 영역에 보관되어 있는 폴리페놀 산화효소(polyphenol oxidase)를 포함하는 효소 성분
   을 포함하는 캡슐.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 외부 피막의 외주면의 적어도 일부에 점착제 또는 접착제가 도포되어 있는 캡슐.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 외부 피막은 산소 투과가 가능한 것을 특징으로 하는 캡슐.
   
4. 제 1항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구획부는 분리막인 것을 특징으로 하는 캡슐.
   
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구획부는 내부 피막인 것을 특징으로 하는 캡슐.
   
6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구획부의 파단에 의하여 상기 기질 성분과 상기 효소 성분의 혼합 성분의 pH는 4 ~ 8 범위인 것을 특징으로 하는 캡슐.
   
7. 제 1항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 외부 피막은 연질 젤라틴을 주재로 하는 것을 특징으로 하는 캡슐.

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