KR101692515B1

KR101692515B1 - 생고분자와 자몽씨 추출물을 포함하는 생분해성 자외선 차단용 포장필름 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101692515B1
Application number: KR1020150048114A
Authority: KR
Inventors: 임종환; 이승주
Original assignee: 동국대학교 산학협력단; 목포대학교산학협력단
Priority date: 2015-04-06
Filing date: 2015-04-06
Publication date: 2017-01-03
Also published as: KR20160119453A

Abstract

본 발명은 감자의 저장이나 유통 중에 발생하는 녹변현상을 방지할 수 있는 자외선 차단용 항균성 식품포장재의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 생고분자, 가소제, 천연소재인 식물추출물 또는 나노금속의 자외선 차단제 및 항균제를 첨가하여 용매에 용해시켜 필름 용액을 얻는 단계와; 상기의 필름용액으로부터 필름을 제조하는 단계와; 상기의 나노복합필름을 감자의 녹변방지용 포장에 적용하는 단계;로 구성된다.
본 발명은 자외선 차단성이 우수하고, 투명성을 유지하며 항균성과 항산화성을 가지는 환경친화적인 바이오 나노컴포지트 식품포장용 필름을 제공할 수 있다.

Description

생고분자와 자몽씨 추출물을 포함하는 생분해성 자외선 차단용 포장필름 및 이의 제조방법{Biodegradable Ultraviolet Light Screening Packaging Film Comprising Biopolymers and Grapefruit Seed Extract, and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 감자의 저장이나 유통 중에 발생하는 녹변현상을 방지할 수 있는 자외선 차단용 항균성 식품포장재의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 생고분자를 단독 또는 복합적으로 사용하여 복합필름의 기제로 사용하고 여기에 자몽씨추출액과 같은 천연식물추출액이나 ZnO 나노입자와 같은 나노금속을 첨가하여 나노복합필름을 제조하는 단계; 상기의 필름 원료를 용매에 용해시켜 얻은 필름 혼합용액을 캐스팅하여 필름을 제조하거나 필름의 원료를 extrusion방법에 의해 혼합하고 사출하여 필름을 제조하는 단계; 상기의 나노복합필름을 감자의 녹변방지용 포장에 적용하는 단계;를 포함하는 감자의 녹변방지용 생분해성 나노복합 포장필름의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 필름은 자외선 차단성이 우수하여 감자의 저장 및 유통 중에 발생하는 감자의 녹변 방지와 저장 안정성 증진 및 투명성을 유지하는 환경친화적인 바이오 나노복합 포장필름을 제공할 수 있다.

감자는 수확 후 저장이나 유통 중 햇빛에 노출되거나 마트의 형광조명등에 노출되면 표면이 녹색으로 변하여 상품의 품질이 저하된다. 이러한 녹변현상은 엽록소의 생성에 기인하는 것으로 그 자체로는 해가 없으나 엽록소가 생성될 때 동시에 생차방어물질인 glycoalkaloid, 즉 솔라닌(Solanin)을 생성하는데, 이 솔라닌이 인체에 강한 식중독을 일으키므로 감자의 녹변은 외관적인 품질저하 뿐만 아니라 식품의 안전성에 문제가 되고 있다. 이러한 감자의 녹변현상은 주로 햇빛이나 형광조명등의 자외선에 기인하기 때문에 감자가 자외선에 노출되는 것을 차단하므로 녹변현상을 방지할 수 있다. 현재 대부분의 마트에서는 감자를 세척하지 않고 흙이 묻어 있는 상태로 종이상자에 넣고 상부를 투명한 플라스틱재질로 포장하여 유통하는 방법을 사용하여 감자의 녹변현상을 방지는 수단으로 사용하고 있으나 이는 상품의 외관이 떨어지고 소비자가 따로 세척을 해야 하는 불편한 점이 있다. 또 다른 방법으로는 감자의 플라스틱 백에 자외선을 차단할 수 있는 수단을 부여하는 방법이 있는데, 가장 널리 사용되고 있는 방법으로는 PE와 같은 플라스틱 백의 표면을 갈색으로 코팅하여 자외선을 차단하는 방법이 주로 외국에서 널리 사용되고 있다. 현재 식품포장에 널리 사용되고 있는 대부분의 플라스틱 필름은 투명하여 포장내부를 확인할 수 있는 장점이 있으나 동시에 자외선을 투과시켜 포장식품에 광화학반응을 초래하여 내용물의 탈색이나 변색에 의한 외관의 변화, 이미나 이취의 발생, 영양성분의 파괴, 식감의 저하 등과 같은 품질저하를 야기하고 있다. 이를 방지하기 위하여 포장필름에 자외선 흡착제 (UV absorber)를 첨가하여 포장재의 투명성을 유지하면서 자외선을 선택적으로 차단할 수 있는 것을 자외선 차단용 포장재라고 한다. 이러한 자외선 흡착제로서 o-hydroxyphenylbenzotriazole과 같은 자외선 흡착능을 갖는 화학물질을 첨가하여 자외선 차단용 플라스틱 포장재로 개발하고 있으나 이러한 화학물질은 저장이나 유통 중 식품에 이행하여 인체에 해를 끼칠 수 있어 그 첨가량을 제한하고 있는 실정이다. 이외에도 현재 식품포장용으로 널리 사용되고 있는 포장필름들은 석유화학물질로부터 제조한 합성플라스틱 재질로 되어 있어, 자원고갈 문제와 사용 후 폐기 시 비분해성에 따른 환경오염문제를 야기하여 이들을 대체할 수 있으며 지속적인 발전이 가능한 환경친화형의 포장재 개발이 시급하게 요구되고 있다. 뿐만 아니라 현대의 소비자들은 안전하고 품질이 우수한 식품에 대한 요구가 증대되고 있어 인체에 무해한 안전한 포장방법의 개발이 요구되고 있다. 이를 위해 플라스틱포장재의 사용을 일부 대체할 수 포장재로서 생분해성 플라스틱이 사용되고 있는데, 이러한 생분해성 플라스틱 중에는 동식물 유래의 탄수화물이나 단백질과 같은 천연생고분자와 PLA, PBS, PBAT, PGA, PCL, PVOH 등과 같은 합성 생고분자 및 PHA, PHB, PBHV 등과 같은 미생물 발효에 의해 생산되는 생분해성 플라스틱이 있다. 이들 중 천연생고분자는 매년 값싸고 풍부하게 얻을 수 있으며, 재생이 가능하고, 환경 및 인체에 무해할 뿐만 아니라 천연 항균제나 항산화제를 첨가하여 기능성 포장재의 개발이 이루어지고 있다.

플라스틱에 의한 환경오염과 자원고갈 문제를 지니는 플라스틱 소재를 대체하기 위한 소재로서 환경친화적이고 생체조화성이 우수한 생고분자 물질의 사용이 주목을 받고 있다. 그러나 대부분의 생고분자 물질은 기존의 플라스틱에 비해 물리적인 강도가 떨어지고, 수분에 대한 저항성이 약하며 가공성이 떨어지는 문제점이 있다. 최근에는 이러한 생고분자 소재의 문제점을 개선하기 위한 여러 가지 연구가 이루어지고 있으나 아직까지 생고분자 소재의 문제점의 해결에 만족할 만한 결과가 부족한 실정이다.

이에 본 발명의 발명자들은 매년 재생이 가능하고 환경친화적이며 인체에 무해한 여러 종류의 생고분자를 단독 또는 혼합하여 생고분자 복합필름을 제조하고, 여기에 인체에 안전한 천연식물추출물이나 나노 금속산화물을 첨가한 생고분자 복합필름을 제조하여 자외선 차단성과 항균성을 갖는 기능성포장재를 제조하여 상기의기능성 제재를 포함하는 감자의 녹변방지용 친환경 식품포장재를 제공하고자 한다.

본 발명의 목적은 감자의 저장 및 유통 중 녹변방지용 친환경포장재의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기에서 언급한 생고분자 복합필름의 제조방법에 의해 제조한 생분해성 나노복합필름을 제공하거나 또는 상기에서 언급한 생분해성 나노복합필름의 제조 시 기능성 제제를 첨가하도록 하여 기능성 제재를 포함하는 생분해성 나노복합필름을 제공하고자 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기에서 언급한 생분해성 나노복합필름의 제조방법에 의해 제조한 생분해성 나노복합필름의 감자의 녹변방지 효능 및적용방법에 대한 기술을 제공하고자 한다.

본 발명은 생고분자를 단독 또는 복합적으로 사용하여 복합필름의 기제로 사용하고 여기에 자몽씨추출액과 같은 천연식물추출액이나 ZnO 나노입자와 같은 나노금속을 첨가하여 나노복합필름을 제조하는 단계; 필름의 제조방법으로 필름의 원료를 용매에 용해시켜 얻은 필름혼합용액을 캐스팅하여 필름을 제조하거나 필름의 원료를 extrusion방법에 의해 혼합하고 사출하여 필름을 제조하는 단계; 상기의 나노복합필름을 감자의 녹변방지용 포장에 적용하는 단계를 포함하는 감자의 녹변방지용 생분해성 나노복합 포장필름의 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명은 상기에서 언급한 생분해성 나노복합필름의 제조방법에 의해 제조한 생분해성 나노복합 포장필름을 제공하거나 또는 상기에서 언급한 생분해성 나노복합 포장필름의 제조 시 기능성 제제를 첨가하도록 하여 기능성 제제를 포함하는 생분해성 나노복합 포장필름을 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기에서 언급한 생분해성 나노복합 포장필름의 제조방법에 의해 제조한 생분해성 나노복합 포장필름의 감자의 녹변방지에 적용하는 기술을 제공할 수 있다.

본 발명은 감자의 저장 및 유통 중에 발생하는 감자의 녹변을 방지할 수 있는 자외선 차단성이 우수하고, 투명성을 유지하는 환경친화적인 바이오 나노복합 포장필름을 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 바이오 나노복합 포장필름은 자외선 차단성 외에 항균성을 가지므로 포장식품의 저장 안정성을 증진시키는 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 실험예 1의 대조구 필름 (아가/알긴산/콜라겐 복합필름), 실험구 필름 (은나노함유 복합필름, 자몽씨추출물 함유 복합필름)의 광투과도를 분광광도계를 사용하여 전 파장범위에서 측정한 그래프이다.
도 2는 실험예 1에서 제조한 대조구 필름과 자몽씨추출물함유 복합필름을 사용하여 감자를 포장하여 대기조건에서 10일간 저장한 후 감자의 표면색 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 실험예 2에서 제조한 산화아연나노입자(a)와 젤라틴 필름(b) 및 산화아연나노입자를 함유하는 젤라틴 복합필름(c)의 전자주사현미경 사진이다.
도 4는 실험예 2에서 제조한 젤라틴/산화아연 나노복합필름의 항균특성을 식중독세균인 Listeria monocytogenes 및 E. coli에 대해 조사한 그래프이다.

본 발명은 감자의 녹변 방지용 바이오 나노컴포지트 포장필름의 제조방법을 나타낸다.

본 발명은 생고분자, 가소제 및 천연 식물추출액 또는 나노금속제재를 용매에 분산 용해시킨 후 캐스팅하여 필름을 제조하는 방법; 상기의 소재를 압출기를 사용하여 용융혼합하고 캐스팅을 하여 필름을 제조하는 방법을 나타낸다.

상기에서 생고분자 100중량부에 대하여 천연식물추출액 (자몽씨 추출물)이나 나노금속 (은나노 또는 나노아연) 1∼10중량부를 첨가하고, 가소제를 30-40 중량부 혼합하여 필름용액을 얻을 수 있다.

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상기에서 필름용액의 구성 성분인 용매는 정제수를 사용할 수 있다.

상기에서 필름 용액의 구성 성분인 용매는 알코올, 바람직하게는 탄소수가 1 내지 10개인 알코올을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 메탄올(methanol) 또는 에탄올(ethanol)을 사용할 수 있다.

상기에서 필름용액의 구성 성분인 용매는 생리식염수를 사용할 수 있다.

상기에서 필름용액의 구성 성분인 용매는 버퍼용액(buffer solution)을 사용할 수 있다.

상기에서 필름용액의 구성 성분인 용매는 정제수, 알코올, 생리식염수, 버퍼용액(buffer solution) 중에서 선택된 어느 2종 이상이 동일한 중량비로 혼합된 혼합 용매를 사용할 수 있다.

상기에서 필름용액의 구성 성분인 생고분자는 젤라틴(gelatin), 밀단백(wheat protein), 대두단백(soy protein), 유청단백(whey protein), 펙틴(pectin), 알긴산(alginic acid), 카라기난(carrageenan), 키토산(chitosan), 아가(agar) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 생고분자를 사용할 수 있다.

상기에서 필름용액의 구성 성분인 생고분자는 젤라틴, 밀단백, 대두단백, 유청단백, 펙틴, 알긴산, 카라기난, 키토산, 아가 중에서 선택된 2종의 생고분자가 각각 0.1∼9.9:9.9∼0.1의 중량비로 혼합된 혼합 생고분자를 사용할 수 있다.

상기에서 필름용액의 구성 성분인 생고분자는 젤라틴, 밀단백, 대두단백, 유청단백, 펙틴, 알긴산, 카라기난, 키토산, 아가 중에서 선택된 3종 이상의 생고분자가 0.1∼9.8:0.1∼9.8:0.1∼9.8의 중량비로 혼합된 혼합 생고분자를 사용할 수 있다.

상기에서 필름용액의 구성 성분인 가소제는 글리세린(glycerin), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylen glycol), 트리에틸 시트레이트(triethyl citrate), 솔비톨(sorbitol) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 가소제를 사용할 수 있다.

상기에서 식물추출액은 자몽씨와 껍질로부터 알코올, 물 및 글리세롤 혼합추출용매로 추출한 추출액을 사용할 수 있다.

상기에서 은나노 물질은 질산은(AgNO₃)을 환원시켜 얻은 나노금속을 사용할 수 있다.

상기에서 나노아연은 초산아연 (Zn(C₂H₃O₃)₂)이나 질산아연(Zn(NO₃)₂)을 환원시켜 얻은 나노입자의 산화아연 (ZnO)을 사용할 수 있다.

상기에서 정제수, 알코올, 생리식염수, 버퍼용액 중에서 선택된 어느 하나의 용매에 혼합하여 제조한 필름용액은 5,000∼20,000rpm으로 5∼20분 동안 교반 혼합한 다음 20∼100kHz의 초음파로 10∼20분 동안 처리하여 얻은 것을 사용할 수 있다.

상기에서 필름용액을 80∼95℃의 온도에서 10∼30분 동안 가열한 후 유리판에 캐스팅하여 건조시켜 실시할 수 있다.

상기에서 필름용액을 80∼95℃의 온도에서 10∼30분 동안 가열한 후 유리판에 캐스팅하고 40∼60℃에서 건조시켜 실시할 수 있다.

상기에서 필름의 대량생산을 위해 전분에 상기의 식물성 추출물, 나노금속과 같은 첨가물과 가외의 글리세린을 첨가하여 고온 고압 하에서 (120^oC, 1∼2 기압) 20분∼100분 처리하고 건조 분말화하여 가소화 전분을 얻을 수 있다.

상기에서 생고분자나 생분해성 플라스틱 (PLA, PVOH, PBAT 등)와 상기의 가소화 전분을 쌍축압출기를 이용하여 혼합하여 마스터배치를 제조하고, 이 마스터배치를 일축압출기를 사용하여 필름으로 제조할 수 있다. 필름원료의 혼합 및 필름성형을 위한 압출기의 작동조건은 당업자가 적의 선택하여 실시할 수 있기에 충분하므로 이에 대한 자세한 내용은 생략하기로 한다.

본 발명의 나노입자 및 천연식물추출물을 포함하는 나노복합필름의 제조방법에 대해 다양한 조건으로 실시한 바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건에 의해 나노입자 및 천연식물추출물을 포함하는 감자녹변방지용 바이오 나노컴포지트 필름의 제조방법을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기에서 언급한 방법에 의해 제조한 바이오 나노컴포지트 필름을 포함한다.

*이하 본 발명의 내용을 실험 예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실험예 1> 복합생고분자를 포함하는 바이오 나노컴포지트 필름의 제조

정제수 100중량부에 대하여 3종의 생고분자 (아가, 알긴산, 카라기난) 가 1중량부, 가소제로서 글리세린 1중량부를 첨가하고 용해시켜 필름 용액을 얻었다.

정제수 100중량부에 대하여 은나노 입자 0.15중량부를 첨가하고 10,000rpm으로 10분 동안 교반 혼합한 다음 55±5kHz의 초음파로 15분 동안 처리하여 은나노 복합필름 용액을 얻었다.

정제수 100중량부에 대하여 자몽씨추출물 0.15중량부를 첨가하고 10,000rpm으로 10분 동안 교반 혼합하여 자몽씨추출물 함유복합필름 용액을 얻었다.

상기의 필름 용액들을 90℃의 온도에서 20분 동안 가열한 후 테플론이 코팅된 수평의 유리판에 1mm 두께가 되도록 캐스팅하고 25℃에서 건조시키는 겔화 공정에 의해 바이오 나노컴포지트 필름을 제조하였다.

한편 상기에서 제조한 각각의 바이오 나노컴포지트 필름(실험구 필름) 및 대조구 필름에 대하여 투광도를 분광광도계로 측정하여 그림 1에 나타냈으며, 인장강도, 투습도, 투광도 등의 특성을 각각 측정하여 그 결과를 아래의 표 1에 정리하여 나타내었다.

상기에서 실험구 필름 및 대조구 필름에 대한 인장강도는 만능인장강도계를 사용하여 ASTM D882-91 방법을 이용하여 측정하였다.

상기에서 실험구 필름 및 대조구 필름에 대한 투습도는 투습컵법(ASTM E96-92)을 이용하여 측정하였다.

상기에서 실험구 필름 및 대조구 필름에 대한 투명도 및 광차단특성은 분광광도계를 사용하여 280nm 및 660nm에서 투광도를 측정하는 방법을 이용하여 측정하였다.

상기에서 실험구와 대조구 필름의 자외선 차단효과를 조사하기 위하여 감자의 포장실험을 실시하였는데, 이를 위하여 신선한 감자를 세척한 후 수분을 제거하고 PP 재질의 불투명한 트레이(크기: 12cm x 17.5cm x 5cm))에 충진하고 상부를 각 포장 필름으로 밀착포장한 후 일광이 비치는 대기의 조건에 10일 저장한 후 감자의 저장감모와 표면색의 변화를 육안검사와 색차계를 사용하여 조사하였다.

상기 도 1에서 처럼 아가, 알긴산, 카라기난 복합 필름은 투명하여 자외선 영역 및 가시광선 영역에서 높은 투광도를 나타냈으며, 은나노입자를 함유한 필름은 대조구 필름에 비해 전 파장범위에서 투광도가 낮았으나 가시광선 영역에서도 투광도가 낮아 필름의 투명도가 떨어졌다. 반면에 자몽씨 추출물을 함유한 복합필름은 자외선 영역에서는 투광도가 낮았으나 가시광선 영역에서는 높은 투광도를 나타내어 필름의 투명도에 변화가 없이 자외선을 선택적으로 차단할 수 있음을 보이고 있다. 상기의 표 1에서처럼 인장강도는 은나노입자를 함유하는 복합필름이 다소 높은 값을 보였으며, 자몽씨 추출물을 함유한 필름은 대조구필름과 유사한 값을 나타냈다. 필름의 투습도는 은나노입자를 함유한 필름이 다소 낮은 값을 나타냈으나 필름 간에는 유의적인 차이가 없었다. 필름의 투명도는 가시광선에 대한 광투과도(T660nm)가 은나노입자를 함유한 필름에서는 크게 감소하였으나 자몽씨 추출물을 함유한 필름에는 대조구에 비해 차이가 없었으며, 자외선에 대한 광투과도(T280nm)는 실험구 필름에서 모두 감소하였는데, 그 정도는 은나노입자함유 필름에 비해 자몽씨추출물 함유 필름에서 크게 나타났다. 이러한 자몽씨추출물 함유 필름에 대한 광투과도 결과는 이 필름이 투명도에는 변화가 없이 자외선 차단성이 증가함을 의미한다.

상기 필름을 사용하여 감자의 포장실험 결과 상기 그림 2에서 보는 바와 같이 대조구를 사용하여 포장한 감자의 표면은 녹색으로 변하였으나 실험구인 자몽씨추출물함유 복합필름으로 포장한 감자는 녹변현상이 없이 온전한 감자의 상태를 유지하였다. 이는 상기의 필름의 투광도 결과에서 나타난 바와 같이 실험구 필름의 높은 자외선 차단성이 기인한다. 이러한 실험구와 대조구 필름의 감자저장 효과를 저장 중의 수분감모와 표면색의 변화를 색차계로 측정한 결과 상기의 표2 에 보인 바와 대조구에 비해 실험구의 무게감모가 적었으며, 표면색의 변화에도 차이가 있었는데, 특히 표면색의 녹색정도를 나타내는 Hunter-a 값이 무포장구나 대조실험구에서는 크게 감소하여 녹변현상이 발생하였음을 나타내고 있다. 상기의 결과에서 보는 바와 같이 실험구 필름의 경우 자외선 차단성이 커서 감자의 저장 중 녹변현상을 효과적으로 방지할 수 있었다. 이는 감자의 저장 중 녹변으로 인한 외관상의 품질 저하를 방지하는 효과 외에 녹변과 함께 발생하는 감자의 솔라닌 생성을 억제하여 식품의 안전성 확보에 크게 기여할 수 있음을 알 수 있다. 이러한 감자의 저장 중 녹변현상의 방지는 포장필름이 갖는 자외선 차단성에 기인하는 것으로 자외선 차단용 포장필름은 본 실험 예에서 사용한 필름 외에도 다른 필름에도 적용이 가능한 기술이다.

<실험예 2> 젤라틴과 나노산화아연 복합필름의 제조

(1)정제수 100중량부에 대하여 하기 표 3에 기재된 젤라틴과 나노산화아연을 일정 비율로 혼합한 생고분자 4중량부, 가소제로서 글리세린 3중량부를 첨가하고 10,000rpm에서 10분간 혼합하고 다시 10분간 초음파처리를 하여 분산용해시켜 필름용액을 얻은 후 이 필름용액을 90℃의 온도에서 20분 동안 가열한 후 테플론이 코팅된 수평의 유리판에 0.1mm 두께가 되도록 캐스팅하고 25℃에서 건조시키는 겔화 공정에 의해 복합필름을 제조하였다.

상기 제조한 나노산화아연 입자 및 젤라틴 필름, 젤라틴 산화아연 나노복합필름의 미세구조를 전자주사현미경을 사용하여 측정하였으며 그 결과를 도 3에 나타내었다.

상기 제조한 복합필름에 대한 인장강도, 투습도 및 광투과율 등의 특성을 측정하고 이들의 결과를 하기의 표 3에 나타내었다.

상기에서 실험구 필름 및 대조구 필름에 대한 광투과도는 분광광도계를 이용하여 280nm와 660nm에서 광투과도를 측정하여 자외선 및 가시광선에 대한 광투과도를 조사하였다. 상기에서 각각의 필름에 대한 인장강도는 만능인장강도계를 사용하여 ASTM D882-91 방법을 이용하여 측정하였다.

상기에서 실험구 필름 및 대조구 필름에 대한 투습도는 투습컵(ASTM E96-92)을 이용하여 측정하였다.

상기에서 실험구 필름 및 대조구 필름의 항균특성을 그램양성 세균인 Listeria monocytogenes와 그램 음성 세균인 E. coli에 대해 총균수측정법을 사용하여 측정하고 이들의 결과를 하기의 그림 4에 나타내었다.

상기 도 3에서 보는 바와 같이 나노산화아연은 구형의 나노입자를 나타냈으며, 젤라틴과 복합필름을 제조한 결과 산화아연 나노입자가 젤라틴 필름에 균일하게 분산된 복합필름이 형성되었음을 보이고 있다. 표 3의 결과에서 보는 바와 같이 젤라틴 필름은 산화아연과 복합필름을 형성했을 때 복합필름의 인장강도는 감소하고 수증기 투과도는 증가하였는데, 그 정도는 산화아연의 첨가량에 비례하였다. 실험구 필름의 광투과도는 나노산화아연의 첨가에 의해 감소하였는데, 가시광선에 대한 광투과도는 감소가 적었던 반면에 자외선에 대한 광투과도(T_280nm)는 크게 감소하여 이들 필름으로 식품을 포장할 경우 포장 내부를 관찰할 수 있으며, 자외선은 차단할 수 있어 자외선 차단이 요구되는 식품의 포장에 적절하게 활용할 수 있음을 나타낸다. 대조구와 실험구 필름에 대한 항균성 실험결과는 그림 4에 나타난 바와 같이 나노산화아연을 첨가한 필름은 그램 양성균 (Listeria monocytogenes) 및 그램 음성균 (E. coli) 모두에 강한 항균성을 나타냈으며, 항균성의 정도는 나노산화아연의 첨가량이 증가함에 따라 크게 나타났다. 이러한 복합필름의 항균성은 나노산화아연에 기인하는 것으로 이러한 항균성을 갖는 나노복합필름은 식품의 항균성 포장재로 사용이 가능함을 의미한다.

이와 같이 항균성과 자외선 차단성을 갖는 나노복합필름은 감자의 녹변방지용 포장재로 사용이 가능하며, 또한 항균성에 의해 포장식품의 안전성 확보와 유통기간 연장에 사용이 기대된다.

<실험예 3> LLDPE/PBAT 복합필름 제조

LLDPE(Linear Low Density Polyethylene)와 PBAT [poly(butylene-adipate-co-terephthalate)]을 표 4에 기재된 비율에 따라 이축 스크루 익스트루더를 사용하여 용융혼합하고, 일축스크루 익스투루더를 사용하여 캐스팅 필름을 제조하였다. 필름원료의 혼합 및 필름성형을 위한 압출기의 작동조건은 당업자가 적의 선택하여 실시할 수 있으면 족하므로 이에 대한 자세한 내용은 생략하기로 한다.

상기에서 각각의 필름에 대한 투명도는 분광광도계를 사용하여 280nm와 660nm에서 투광도를 측정하는 방법을 이용하여 측정하였다상기에서 각각의 필름에 대한 인장강도는 만능인장강도계를 사용하여 ASTM D882-91 방법 이용하여 측정하였다. 상기에서 각각의 필름에 대한 연신율은 만능인장강도계를 사용하여 ASTM D882-91 방법을 이용하여 측정하였다.

상기에서 각각의 필름에 대한 투습도는 투습컵법(ASTM E96-92)을 이용하여 측정하였다.

상기에서 실험구와 대조구 필름의 자외선 차단효과를 조사하기 위하여 감자의 포장실험을 실시하였는데, 이를 위하여 신선한 감자를 세척한 후 수분을 제거하고 PP 재질의 불투명한 트레이(크기: 12cm x 17.5cm x 5cm))에 충진하고 상부를 각 포장 필름으로 밀착포장한 후 일광이 비치는 대기의 조건에 10일 저장한 후 저장 후의 감자의 저장감모와 표면색의 변화를 육안검사와 색차계를 사용하여 조사하였다.

상기 표 4의 결과에서 보는 바와 같이 LLDPE와 PBAT 혼합필름의 인장강도, 연신율, 투습도 및 광투과도는 원료의 혼합비에 따라 변화함을 알 수 있다. 즉 PBAT의 첨가량이 증가함에 따라 인장강도와 광투과도는 감소하였으며, 연신율과 투습도는 증가하였다. 이는 각각의 필름의 특성에 기인한다. 필름의 광투과도를 살펴보면 LLDPE필름에 PBAT를 혼합할 경우 가시광선 투과도(T_660nm)에 차단용 포장 필름으로 사용이 가능함을 시사한다.

이들 필름의 자외선 차단 특성을 이용하여 감자를 포장하여 대기 조건에서 10일간 저장하면서 감자표면의 변색 정도를 조사한 결과는 표 5에 나타난 바와 같다. 초기감자시료의 표면색의 백색도 또는 밝기를 나타내는 Hunter-a 값은 71 이었으나 대기 중에 10일간 저장한 후에는 갑자표면의 백색도가 현저하게 감소하였는데, 그 정도는 무포장구가 포장구에 비해 더 크게 나타났다. 황색도를 나타내는 Hunter-b 값은 무포장구 및 포장구 모두 저장 후에 다소 증가하여 저장중 감자의 표면의 황색도가 증가하였음을 알 수 있으나 PBAT함량이 증가할수록 황색도의 증가정도가 낮았음을 알 수 있다. 반면에 표면색의 녹색정도를 나타내는 Hunter-b 값은 초기에 4.10을 나타냈으나 10일간 저장 후에는 무포장구가 13.57를 크게 감소하여 녹색도가 증가하였음을 알 수 있으며, 실제로 육안으로도 감자의 표면이 녹색으로 변하였음을 확인하였다. 포장구 중에서는 포장필름의 PBAT의 함량이 증가할수록 Hunter-b값이 크게 나타나 녹변의 정도가 적었음을 알 수 있었다. 이는 필름의 광투과도 결과에서 나타난 바와 같이 PBAT 함유필름의 자외선 차단성에 기인한다. 이러한 자외선 차단성을 필름은 감자의 저장 중 녹변방지를 위한 포장재로 이용이 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실험예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 자외선 차단성이 우수하고, 투명성을 유지하며 환경친화적인 바이오 나노컴포지트 식품포장용 필름을 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 바이오 나노컴포지트 포장필름의 제조시 첨가하는 소재들은 자외선 차단성 외에 항균성과 항산화성을 가지므로 항균성 활성포장재로서의 개발 및 이용이 가능하여 식품포장 산업의 활성화와 상품 개발에 기여할 수 있으므로 산업상 이용가능성이 있다.

Claims

생고분자, 자몽씨 추출물 및 가소제를 포함하는 생분해성 자외선 차단용 포장필름.
제1항에 있어서, 상기 생고분자 100중량부에 대하여 자몽씨 추출물 1~10 중량부 및 가소제 30~40 중량부를 포함하는 생분해성 자외선 차단용 포장필름.
제1항에 있어서, 상기 생고분자는 젤라틴, 밀단백, 대두단백, 유청단백, 펙틴, 알긴산, 카라기난, 키토산 및 아가 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 생분해성 자외선 차단용 포장필름.
제1항에 있어서, 상기 가소제는 글리세린, 폴리에틸렌 글리콜, 트리에틸 시트레이트 및 솔비톨 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 생분해성 자외선 차단용 포장필름.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포장필름의 용도가 감자의 녹변방지용인 것을 특징으로 하는 생분해성 자외선 차단용 포장필름.
생고분자, 자몽씨 추출물, 가소제 및 용매를 혼합하여 생고분자 필름용액을 얻는 단계;
상기 제조된 생고분자 필름용액을 성형하는 단계를 포함하는 생분해성 자외선 차단용 포장필름의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 용매는 정제수, 알코올, 생리식염수 및 버퍼용액 중에서 선택된 2종 이상이 동일한 중량비로 혼합된 혼합 용매인 것을 특징으로 하는 생분해성 자외선 차단용 포장필름의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 생고분자 100중량부에 대하여 자몽씨 추출물 1~10 중량부 및 가소제 30~40 중량부를 포함하는 생분해성 자외선 차단용 포장 필름의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 생고분자는 젤라틴, 밀단백, 대두단백, 유청단백, 펙틴, 알긴산, 카라기난, 키토산 및 아가 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 생분해성 자외선 차단용 포장필름의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 가소제는 글리세린, 폴리에틸렌 글리콜, 트리에틸 시트레이트 및 솔비톨 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 생분해성 자외선 차단용 포장필름의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 생고분자 필름용액을 80∼95℃의 온도에서 10∼30분 동안 가열한 후 유리판에 캐스팅하고 40∼60℃에서 건조시키는 것을 특징으로 하는 생분해성 자외선 차단용 포장필름의 제조방법.
제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포장필름의 용도가 감자의 녹변방지용인 것을 특징으로 하는 생분해성 자외선 차단용 포장필름의 제조방법.
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