KR101820878B1 - 단백질을 포함하는 코팅용 조성물, 이의 제조 방법, 이를 이용한 식품포장재용 필름 및 이를 이용한 식품포장재용 필름의 제조 방법 - Google Patents

단백질을 포함하는 코팅용 조성물, 이의 제조 방법, 이를 이용한 식품포장재용 필름 및 이를 이용한 식품포장재용 필름의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

단백질을 포함하는 코팅용 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 식품포장재용 필름, 이를 이용한 식품포장재용 필름의 제조 방법이 제공된다.

Description

단백질을 포함하는 코팅용 조성물, 이의 제조 방법, 이를 이용한 식품포장재용 필름 및 이를 이용한 식품포장재용 필름의 제조 방법{COATING COMPOSITION COMPRISING PROTEIN, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, FILM FOR FOOD PACKAGING USING SAME, AND METHOD FOR MANUFACTURING FILM FOR FOOD PACKAGING USING SAME}
본 발명은 단백질을 포함하는 코팅용 조성물, 이의 제조 방법, 이를 이용한 식품포장재용 필름 및 이를 이용한 식품포장재용 필름의 제조 방법에 관한 것이다.
현대인의 생활 속에서 다양한 식품 포장재들이 레토르트 식품, 도시락, 라면, 즉석밥 등의 포장에 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 식품 포장재에서는 특히 수분이나 공기에 대한 적절한 차단성을 부여하여 식품의 선도를 오랫동안 유지하는 것이 중요하다.
종래에 사용되고 있는 식품 포장재로는 크게 금속, 유리, 종이, 플라스틱 등이 있으며, 이 중 필름의 형태로 사용되는 것은 알루미늄 호일과 같은 금속박, 가공지(processed paper), 그리고 다양한 플라스틱 필름 제품이 있다.
금속 포장재는 기계적 강도가 높고, 수분, 산소, 자외선과 같은 외부환경에 대해 차단성이 높다. 그러나, 금속 포장재는 플라스틱에 비하여 중량이 무겁고 산성 식품에 접촉시에는 녹이 슬어 장기 보관이 어려울 수 있다. 종이 포장재는 가공이 비교적 용이하며, 원료가 풍부하여 가격이 저렴하며 재활용이 가능하다. 다만, 종이포장은 친환경성은 우수하지만, 수분에 약하여 포장할 수 있는 식품의 종류에 한계가 있다.
플라스틱 포장재는 일반적으로 가볍고 투명성이 뛰어나며, 물리적 강도도 높아 다양한 응용이 가능하다. 그러나, 플라스틱은 부식이나 산화가 거의 일어나지 않는 장점 때문에 오히려 환경에 악영향을 미치고, 식품이 적절한 선도를 유지하는 것을 방해하기도 한다.
최근 환경과 건강에 대한 관심이 높아짐에 따라, 친환경성 소재로서 천연 소재를 이용한 식품포장재에 대한 연구가 이루어지고 있으나, 이러한 식품포장재는 친환경성 소재의 부패 등으로 인하여 보존성이 낮고, 코팅층 형성이 어려워 금속이나 플라스틱 소재와 같은 높은 수준의 차단성을 달성하는 것이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 단백질을 개질(modification)하여 부패 방지 그룹을 도입한 부패 방지 그룹-함유 단백질을 포함함으로써, 코팅층 형성에 적합한 수준으로의 점도 조절이 가능하고, 단백질의 부패를 방지하여 보존성이 개선된 코팅용 조성물 및 이의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 코팅용 조성물을 이용하여 산소 투과도가 낮아 식품의 부패를 효과적으로 방지하고, 투명성이 높으며, 환경에 대한 영향이 적어 환경친화적인 식품 포장재 및 상기 식품 포장재의 제조 방법을 제공한다.
일 측면에 따르면,
부패 방지 그룹-함유 단백질;
충진제; 및
용매;
를 포함하고,
상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 부패 방지 그룹은, 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 단백질과 화학 결합된, 코팅용 조성물이 제공된다.
다른 측면에 따르면, 용매 내에서 아민계 화합물과 단백질을 반응시켜, 부패 방지 그룹-함유 단백질을 제조하는 제1단계; 및
상기 용매, 상기 제1단계에서 수득한 부패 방지 그룹-함유 단백질 및 충진제를 혼합하는 제2단계;
를 포함하고,
상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 부패 방지 그룹은, 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 단백질과 화학 결합된, 코팅용 조성물 제조 방법이 제공된다.
또 하나의 측면에 따르면, 상기 코팅용 조성물을 이용하여 형성된 배리어층을 포함하는 식품포장재용 필름이 제공된다.
다른 측면에 따르면, 기재 상에 상기 코팅용 조성물을 제공하는 단계; 및
상기 코팅용 조성물 중 용매의 적어도 일부를 제거하여 배리어층을 형성하는 단계;를 포함하는 식품포장재용 필름의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 코팅용 조성물은, 단백질을 개질하여 부패 방지 그룹을 도입한 부패 방지 그룹-함유 단백질을 포함함으로써, 단백질의 부패를 방지하여 코팅액의 보존성을 향상시키고, 코팅층 형성에 적합한 수준으로의 점도 조절이 가능하여 코팅액 점도 조절의 어려움이나 단백질의 부패와 같은 종래의 코팅용 조성물에서의 문제점을 해소할 수 있다.
또한, 본 발명의 코팅용 조성물을 이용한 식품포장재용 필름은, 식품의 부패를 효과적으로 방지하고, 산소 투과도가 낮으면서도 충분한 투명성을 가지며, 환경에 대한 영향이 적어 환경친화적이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 코팅용 조성물 및 비교 조성물의 액상 안정성을 평가한 결과를 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용 및 가능한 구현예들을 설명한다. 다만, 하기에 구체적으로 명시되지 않은 구성에 관하여서는, 본 발명의 목적에 반하지 않는 한, 해당 기술분야에 알려진 내용이 적용될 수 있다.
본 명세서에서, 어떤 층 또는 부재가 다른 층 또는 부재와 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 층 또는 부재가 다른 층 또는 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 층 또는 두 부재 사이에 또 다른 층 또는 또 다른 부재가 존재하는 경우를 포함한다.
또한, 본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[코팅용 조성물]
본 발명의 일 구현예에 따른 코팅용 조성물은,
부패 방지 그룹-함유 단백질;
충진제; 및
용매;
를 포함하고,
상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 부패 방지 그룹은, 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 단백질과 화학 결합되어 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 부패 방지 그룹은 상기 화학식 1로 표시될 수 있다.
종래의 기술에 따른 천연물 유래의 코팅용 조성물은 탄수화물, 단백질, 지질 등의 천연물과 충진제 성분을 조합하여 식품 포장재에서 요구되는 산소 차단성을 확보하였으나, 코팅에 적합한 수준의 점도를 유지하지 못하거나, 제품의 보관 및 유통 기간에 따라 단백질이 부패되어 액상 안정성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 코팅용 조성물은, 단백질을 개질하여 부패 방지 그룹을 도입한 부패 방지 그룹-함유 단백질을 포함함으로써, 점도 조절의 어려움이나 단백질의 부패와 같은 종래의 코팅용 조성물에서의 문제점을 해소할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 코팅용 조성물을 이용하여 산소 투과도가 낮아 식품의 부패를 효과적으로 방지하고, 투명성이 높으며, 환경에 대한 영향이 적어 환경친화적인 식품 포장재를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 코팅용 조성물은 부패 방지 그룹-함유 단백질을 포함하고, 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 부패 방지 그룹은, 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 단백질과 화학 결합된다. 즉, 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 부패 방지 그룹은 단백질과 화학 결합한 상태이며, 이러한 부패 방지 그룹-함유 단백질을 포함한 코팅용 조성물이 제공된다.
일 구현예를 따르면, 상기 화학 결합은 공유 결합이고, 상기 부패 방지 그룹은 하기 화학식 1로 표시된 그룹일 수 있다:
<화학식 1>
Figure 112017054261280-pat00001
상기 화학식 1 중, * 및 *'는 각각 상기 단백질과의 결합 사이트이다.
일 구현예를 따르면, 상기 화학 결합은 공유 결합일 수 있다. 즉, 상기 부패 방지 그룹은 상기 단백질과의 화학적 반응을 통해 공유 결합되어 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질의 일부로서 포함될 수 있다. 상기 화학 결합이 공유 결합인 경우에, 상기 부패 방지 그룹이 첨가제로서 상기 코팅용 조성물에 첨가되어 상기 단백질과 화학적 반응하지 않고 단순히 혼합되거나, 상기 부패 방지 그룹과 상기 단백질이 수소 결합되는 경우와는 구별된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 코팅용 조성물은 상기 부패 방지 그룹이 상기 단백질의 부패를 방지하는 것뿐 아니라, 상기 부패 방지 그룹이 상기 단백질과 화학 결합, 특히 공유 결합되어 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질을 구성함으로써, 코팅시에 상기 단백질이 3차원의 망상 구조(network structure)를 형성하는 것을 저해하지 않기 때문에, 높은 수준의 산소 차단성과 투명성을 갖는 필름을 확보할 수 있다. 이와 달리, 부패 방지를 위한 첨가제를 코팅용 조성물에 단순히 첨가하는 경우에는, 코팅시에 단백질의 3차원 망상 구조 형성이 저해되어 산소 투과도가 높아지고, 헤이즈의 비율이 높아지는 등 식품포장재용 필름으로서의 물성이 급감하게 된다.
일 구현예를 따르면, 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질은 하기 화학식 2로 표시된 반복단위를 포함할 수 있다.
<화학식 2>
Figure 112017054261280-pat00002
상기 화학식 2 중,
R 및 R'는 서로 독립적으로 아미노산 곁사슬(side chain)을 나타낸다.
상기 부패 방지 그룹-함유 단백질은 후술하는 본 발명의 코팅용 조성물 제조 방법에서와 같이 상기 단백질을 아민계 화합물과 반응시켜 제조할 수 있다.
예를 들어, 하기와 같이 단백질의 펩타이드 결합 중 일부분을 부패 방지 그룹으로 개질하여 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질을 제조할 수 있다.
Figure 112017054261280-pat00003
이와 같은 부패 방지 그룹-함유 단백질의 제조 방법에 대해서는 본 명세서에서 후술하는 설명을 참조할 수 있다. 다만, 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질의 제조 방법은 이에 한정되지 않고, 해당 기술 분야에 알려진 다른 방법에 따라 제조할 수도 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 단백질은 천연물에서 유래된 단백질일 수 있다.
예를 들어, 상기 단백질은 분리 유청 단백질(whey protein isolate: WPI), 농축 유청 단백질(whey protein concentrate: WPC), 대두단백질(soy protein isolate: SPI), 쌀단백질(rice protein isolate: RPI), 오트단백질(oat protein isolate: OPI), 완두단백질(pea protein isolate: PPI), 카제인(casein), 카제인나트륨(sodium caseinate), 옥수수단백질(corn zein), 젤라틴(gelatin), 밀 단백질(gluten) 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
상기 단백질은 복수의 아미노산 단위가 펩타이드 결합으로 연결된 고분자 화합물로서, 다수의 펩타이드 결합에 의하여 우수한 산소차단성을 나타낸다. 또한, 상기 단백질을 포함하는 코팅용 조성물을 이용하여 코팅층을 형성할 경우에, 상기 펩타이드 결합들이 서로 수소 결합되는 등, 상기 단백질이 3차원 망상 구조를 형성함으로써 식품포장재용 필름에서 요구되는 배리어 특성을 달성할 수 있다.
Figure 112017054261280-pat00004
상기 단백질의 함량은 상기 코팅용 조성물 100 중량부당 5 중량부 내지 25 중량부, 예를 들어 7 중량부 내지 15 중량부일 수 있다. 상기 단백질의 함량이 상기 범위를 만족할 때에, 코팅액 저장안정성 및 생산성 측면에서 유리한 효과가 있다. 만일 상기 단백질의 함량이 5 중량부 미만일 경우에는 산소차단성능을 구현하기 위해 요구되는 코팅 도막 두께를 달성하기 위하여 비교적 많은 양의 코팅액이 도포되어야 하므로 생산성이 낮아지는 문제점이 있고, 25 중량부를 초과할 경우에는 코팅액의 저장안정성이 불안정한 문제점이 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 코팅용 조성물은 충진제를 포함한다.
일 구현예를 따르면, 상기 충진제는 소르비톨(sorbitol), 프럭토오스(fructose), 수크로오스(sucrose), 마니톨(mannitol), 프로필렌글리콜(propylene glycol), 글리세롤(glycerol), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol) 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
상기 충진제는, 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질이 형성하는 3차원 망상 구조(network structure) 사이의 공극(hole)에 배치되어 상기 공극을 메움으로써 코팅층의 산소차단성을 증가시키며, 표면을 매끄럽게 하는 역할을 할 수 있다.
상기 충진제의 함량은 상기 코팅용 조성물 100 중량부당 5 중량부 내지 25 중량부, 예를 들어 7 중량부 내지 15 중량부일 수 있다. 상기 충진제의 함량이 상기 범위를 만족할 경우에, 필름의 외관과 기계적 물성, 산소차단성 측면에서 유리한 효과가 있다. 만일 상기 충진제의 함량이 5 중량부 미만일 경우에는 코팅 도막이 갈라지며 기재 필름에서 박리되는 문제점이 있고, 25 중량부를 초과할 경우에는 건조 도막을 장기간 보관 시 충진제가 이동(migration)하여 필름의 투명도를 낮추고 산소차단성을 저하시키는 문제점이 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 용매는 물일 수 있고, 다만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 용매로 증류수 또는 정제수를 사용할 수 있다.
상기 용매의 함량은 상기 코팅용 조성물 100 중량부당 50 중량부 내지 99 중량부, 예를 들어 70 중량부 내지 95 중량부일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 코팅용 조성물은 촉매를 더 포함할 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 촉매는 무기산일 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매는 인산(H3PO4)일 수 있다.
상기 촉매는 상기 코팅용 조성물의 pH를 낮춤으로써, 상기 단백질이 상기 부패 방지 그룹이 도입되는 반응을 촉진할 수 있다.
상기 촉매의 함량은 상기 코팅용 조성물 100 중량부당 0.01 중량부 내지 0.5 중량부, 예를 들어 0.1 중량부 내지 0.3 중량부일 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 코팅용 조성물의 pH는 1 내지 7, 예를 들어 1 내지 4일 수 있다.
[코팅용 조성물의 제조 방법]
본 발명의 일 구현예를 따르면, 용매 내에서 아민계 화합물과 단백질을 반응시켜, 부패 방지 그룹-함유 단백질을 제조하는 제1단계; 및
상기 용매, 상기 제1단계에서 수득한 부패 방지 그룹-함유 단백질 및 충진제를 혼합하는 제2단계;
를 포함하고,
상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 부패 방지 그룹은, 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 단백질과 화학 결합된, 코팅용 조성물 제조 방법이 제공된다.
일 구현예를 따르면, 상기 화학 결합은 공유 결합이고, 상기 부패 방지 그룹은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:
<화학식 1>
Figure 112017054261280-pat00005
상기 화학식 1 중, * 및 *'는 각각 상기 단백질과의 결합 사이트이다.
상기 제1단계의 부패 방지 그룹, 단백질 및 부패 방지 그룹-함유 단백질에 대하여, 각각 전술한 부패 방지 그룹, 단백질 및 부패 방지 그룹-함유 단백질에 대한 설명이 적용될 수 있다.
상기 코팅용 조성물 제조 방법 중 제1단계는 용매 내에서 아민계 화합물과 단백질을 반응시켜, 부패 방지 그룹-함유 단백질을 제조하는 단계이다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1단계의 아민계 화합물은 1차 아민, 2차 아민, 3차 아민 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
상기 1차 아민은 메틸아민(methylamine), 메탄올아민(methanolamine), 에틸아민(ethylamine), 에탄올아민(ethanolamine),
프로필아민(propylamine), 3-아미노-1-프로판올(3-amino-1-propanol), 이소프로필아민(isopropylamine), 모노이소프로파놀아민(monoisopropanolamine), tert-부틸아민(tert-butylamine), 부틸아민(butylamine), 헥실아민(hexylamine), 도데실아민(dodecylamine), 시클로헥실아민(cyclohexylamine), 에틸렌디아민(ethylenediamine) 또는 헥사메틸렌디아민(hexamethylenediamine)일 수 있고, 다만 이에 한정되지 않는다.
상기 2차 아민은 디메틸아민(dimethylamine), 디에틸아민(diethylamine), 디에탄올아민(diethanolamine), 디프로필아민(dipropylamine), N-에틸메틸아민(N-ethylmethylamine), N-메틸프로필아민(N-methylpropylamine), 3-(메틸아미노)-프로판올[3-(methylamino)-propanol], N-이소프로필메틸아민(N-isopropylmethylamine), 디부틸아민(dibutylamine), 디-sec-부틸아민(di-sec-butylamine), 디옥틸아민(dioctylamine), N-메틸시클로헥실아민(N-methylcyclohexylamine), 피롤리딘(pyrrolidine), 피리딘(pyridine), 또는 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine)일 수 있고, 다만 이에 한정되지 않는다.
상기 3차 아민은 트리메틸아민(trimethylamine), 트리메탄올아민(trimethanolamine), 트리에틸아민(triethylamine), 트리에탄올아민(triethanolamine), 디메틸에탄올아민(dimethylethanolamine), N,N-디메틸프로필아민(dimethylpropylamine), N,N-디메틸부틸아민(dimethylbutylamine), 3-디메틸아미노-1-프로판올(3-dimethylamino-1-propanol), N,N-디메틸도데실아민(N,N-dimethyldodecylamine), N,N-디메틸옥타데실아민(N,N-dimethyloctadecylamine), 트리펜틸아민(tripentylamine), N,N-디메틸시클로헥실아민(N,N-dimethylcyclohexylamine), 3-(디메틸아미노)벤질 알코올[3-(dimethylamino)benzyl alcohol] 또는 N,N,N',N'-테트라메틸-1,4-부탄디아민(N,N,N',N'-tetramethyl-1,4-butanediamine)일 수 있고, 다만 이에 한정되지 않는다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1단계의 아민계 화합물은 1차 아민을 포함할 수 있다.
다른 구현예를 따르면, 상기 제1단계의 아민계 화합물은 히드록시기(-OH)를 하나 이상 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1단계의 아민계 화합물은 메틸아민(methylamine), 메탄올아민(methanolamine), 에탄올아민(ethanolamine), 프로필아민(propylamine), 하이드록실아민(hydroxylamine), 이소프로판올아민(monoisopropanolamine, MIPA), 모노이소프로판올아민(monoisopropanolamine), 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
전술한 바와 같이, 단백질은 복수의 아미노산 단위가 펩타이드 결합으로 연결된 고분자 화합물로서, 상기 펩타이드 결합은 케톤기를 포함한다.
Figure 112017054261280-pat00006
일 구현예를 따르면, 상기 제1단계의 부패 방지 그룹-함유 단백질의 부패 방지 그룹은, 상기 아민계 화합물에 포함된 아민기와 상기 단백질의 펩타이드 결합에 포함된 케톤기 간의 반응에 의하여 형성된 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1단계의 아민계 화합물이 히드록시기(-OH)를 하나 이상 포함하는 경우에, 상기 제1단계의 아민계 화합물과 단백질의 반응 메커니즘은 하기 반응 메커니즘 1과 같이 표현될 수 있다.
<반응 메커니즘 1>
Figure 112017054261280-pat00007
상기 반응 메커니즘 1 중 * 및 *'에 대하여, 전술한 화학식 1 중 * 및 *'에 대한 설명이 적용될 수 있다.
상기 반응 메커니즘 1은 본 발명의 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 부패 방지 그룹을 도입하는 과정을 예시적으로 설명하기 위한 것이고, 본 발명을 이론에 의하여 한정하고자 하는 의도는 아니다. 또한, 상기 반응 메커니즘 1에서 이용한 아민계 화합물의 구조는 예시적인 것이며, 본 발명의 범위가 상기 반응 메커니즘 1에 나타난 화학식, 설명 등에 의하여 한정되지 않는다.
상기 제1단계는 예를 들어, 상기 아민계 화합물을 용매와 혼합한 뒤, 상기 단백질을 첨가하면서 교반하는 방식으로 수행될 수 있다. 다만, 상기 아민계 화합물 및 상기 단백질을 용매와 혼합하는 순서가 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 용매에 대하여 전술한 용매에 대한 설명이 적용될 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 제1단계에 있어서, 아민계 화합물과 단백질을 반응시키기 위해 촉매를 더 첨가하고 교반할 수 있다. 상기 촉매에 대하여, 전술한 촉매에 대한 설명이 적용될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제1단계는 상기 용매, 상기 아민계 화합물 및 단백질을 포함하는 혼합물을 10시간 내지 20시간 동안 400 rpm 내지 800 rpm의 속도로 교반하면서 수행될 수 있다.
상기 코팅용 조성물 제조 방법 중 제2단계는 상기 용매, 상기 제1단계에서 수득한 부패 방지 그룹-함유 단백질 및 충진제를 혼합하는 단계이다.
상기 제2단계는 예를 들어, 상기 용매 및 상기 제1단계에서 수득된 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질을 포함하는 혼합물에 상기 충진제를 첨가하고 교반하는 방식으로 수행될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제2단계는 상기 용매 및 상기 제1단계에서 수득된 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질을 포함하는 혼합물을 약 10분 동안 교반하면서 수행될 수 있다.
상기 제2단계에 있어서, 상기 충진제가 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질이 형성하는 3차원 망상 구조 사이의 공극에 배치되어, 전술한 바와 같이 코팅층 형성시 산소차단성을 증가시키며, 매끄러운 표면을 형성할 수 있는 코팅용 조성물을 제조할 수 있다.
[식품포장재용 필름 및 그 제조 방법]
본 발명의 일 구현예를 따르면, 상기 코팅용 조성물을 이용하여 형성된 배리어층을 포함한, 식품포장재용 필름이 제공된다. 본 발명의 일 구현예에 따른 식품포장재용 필름은, 산소 투과도가 낮아 식품의 부패를 효과적으로 방지하고, 투명성이 높으며, 환경에 대한 영향이 적어 환경친화적이다.
상기 배리어층은 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 및 충진제를 포함할 수 있다. 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 및 상기 충진제에 대하여 각각 전술한 부패 방지 그룹-함유 단백질 및 충진제에 대한 설명이 적용될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 배리어층의 두께는 0.1 내지 20㎛, 예를 들어 1 내지 10㎛일 수 있다. 상기 배리어층의 두께가 두꺼울수록 산소차단성이 높아지고, 두께가 얇을수록 제조 공정상 경제적이다.
일 구현예를 따르면, 상기 식품포장재용 필름이 기재를 더 포함하고, 상기 배리어층은 상기 기재 상에 배치된 것일 수 있다.
상기 기재는 본 발명의 목적에 반하지 않는 한 해당 기술 분야에 알려져 있는 다양한 종류의 기재를 제한 없이 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 기재는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate: PET), 폴리에틸렌(polyethylene: PE), 폴리프로필렌(polypropylene: PP), 폴리카보네이트(polycarbonate: PC), 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methyl methacrylate): PMMA), 폴리이미드(polyimide: PI), 연신폴리프로필렌(oriented polypropylene: OPP), 이축연신폴리프로필렌(biaxially oriented polypropylene: BOPP), 폴리에틸렌 2,6-디카르복실나프탈레이트(polyethylene 2,6-dicarboxyl naphthalate: PEN), 폴리에테르설폰(polyethersulfone: PES), 폴리에스테르(polyester: PE) 또는 폴리스티렌(polystyrene: PS)를 포함할 수 있다.
다른 구현예를 따르면, 상기 기재는 생분해성 기재일 수 있다.
예를 들어, 상기 생분해성 기재는 폴리유산(polylactic acid: PLA), 폴리부틸렌 아디페이트-co-테레프탈레이트(polybutylene adipate-co-terephthalate: PBAT), 폴리카프로락톤(polycaprolactone: PCL), 지방족 폴리에스테르(alphatic polyester: AP), 폴리글리콜산(polyglycolic acid: PGA), 폴리부틸렌 석시네이트(polybutylene succinate: PBS), 폴리하이드록시알카노에이트(poly hydroxyalkanoate: PHA), 폴리하이드록시부틸레이트(polyhydroxybutyrate, PHB), 폴리하이드록시발러레이트(polyhydroxyvalerate, PHV), 변성 전분(Thermoplastic starch: TPS) 등의 생분해성 기재일 수 있고, 다만 이에 한정되지 않는다.
상기 식품포장재용 필름은 후술하는 본 발명의 식품포장재용 필름 제조 방법에 따라 제조할 수 있고, 다만 이에 한정되지 않고 해당 기술 분야에 알려진 다른 방법에 따라 제조할 수도 있다.
본 발명의 일 구현예를 따르면, 기재 상에 상기 코팅용 조성물을 제공하는 단계; 및 상기 코팅용 조성물 중 용매의 적어도 일부를 제거하여 배리어층을 형성하는 단계;를 포함하는 식품포장재용 필름의 제조 방법이 제공된다.
일 구현예에 따르면, 상기 기재 상에 상기 코팅용 조성물을 제공하는 단계는, 상기 기재 상에 상기 코팅용 조성물을 코팅하는 방식으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 기재 상에 상기 코팅용 조성물을 제공하는 단계는 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥(dip) 코팅, 슬릿(slit) 코팅, 슬롯 다이(slot die) 코팅, 바(bar) 코팅 등의 방법으로 수행될 수 있고, 다만 이에 한정되지 않는다.
일 구현예에 따르면, 상기 기재 상에 상기 코팅용 조성물을 제공하는 단계에서, 상기 코팅용 조성물은 일정한 두께 범위로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅용 조성물은 10㎛ 내지 70㎛의 두께로 제공될 수 있다. 상기 코팅용 조성물이 제공되는 두께가 두꺼울수록 산소차단성이 높아지고, 두께가 얇을수록 제조 공정상 경제적이다.
상기 기재에 대하여, 전술한 식품포장재용 필름의 기재에 대한 설명이 적용될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 코팅용 조성물 중 용매의 적어도 일부를 제거하여 배리어층을 형성하는 단계는 열풍 건조의 방법으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 코팅용 조성물 중 용매의 적어도 일부를 제거하여 배리어층을 형성하는 단계는, 열풍 건조기를 이용하여 60℃ 내지 150℃의 온도에서 1분 내지 5분간 수행될 수 있다.
일 구현예를 따르면, 상기 식품포장재용 필름의 산소 투과도는 5 cc/(m2day) 이하일 수 있다. 또한, 일 구현예를 따르면, 상기 식품포장재용 필름의 광투과율(transparency)가 80% 내지 95%, 예를 들어 85% 내지 93%이고, 상기 식품포장재용 필름의 헤이즈(haze)는 5% 이하일 수 있다. 상기 식품포장재용 필름의 산소 차단성, 광투과율 및 헤이즈 특성은 후술하는 실시예에 의해 뒷받침될 수 있다.
이하, 하기 실시예들은 본 발명의 범위를 제한하지 않고 본 발명을 예시한다.
[실시예]
<코팅용 조성물 제조예>
실시 조성물 1의 제조
(1) 단백질의 옥심화 반응
아민(MIPA) 0.9g을 증류수 92g에 용해시킨 후, 교반하면서 단백질 8g을 천천히 첨가하였다. 촉매로서 10% H3PO4 0.25g을 적가한 후, 기계식 교반기(mechanical stirrer)를 이용하여 600 rpm으로 약 15시간 동안 교반하여 단백질 사슬에 옥심기가 충분히 기능화될 수 있도록 하였다. 상기 단백질로는 분리 유청 단백질(Hillmar 社의 WPI 9410)을 사용하였다.
(2) 코팅용 조성물 제조
옥심-개질된 단백질에 소르비톨(sorbitol) 8g을 첨가하고 10분 동안 교반하였다. 교반이 종료된 후 용액을 필터링하여 본 발명의 일 구현예에 따른 코팅용 조성물을 제조하였다.
비교 조성물 1의 제조
증류수 92g에 단백질 8g을 천천히 첨가하고 교반한 다음, 소르비톨 8g을 첨가하여, 개질되지 않은 단백질을 포함하는 비교 조성물 1을 제조하였다.
비교 조성물 2의 제조
증류수 92g에 단백질 8g을 천천히 첨가하고 교반한 다음, 소르비톨 8g 및 아세톤 옥심 0.87g을 첨가하여, 옥심 첨가제를 포함하는 비교 조성물 2를 제조하였다.
<식품포장재용 필름 제조예>
실시예 1
기재 필름을 도공기 유리판에 밀착시킨 후, 상기 실시 조성물 1을 기재 필름 상에 약 1 내지 2.5g 정도 적하하고, 어플리케이터(YBA-5)를 사용하여 약 50㎛의 두께로 도포하였다. 다음으로, 열풍 건조기를 이용하여 약 120℃에서 3분 내지 5분 동안 코팅용 조성물을 도포한 필름을 건조하여 식품포장재용 필름을 제조하였다.
비교예 1
실시 조성물 1 대신 비교 조성물 1을 이용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 식품포장재용 필름을 제조하였다.
비교예 2
실시 조성물 1 대신 비교 조성물 2를 이용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 식품포장재용 필름을 제조하였다.
[평가예]
평가예 1: 조성물의 액상 안정성 평가
상기 실시 조성물 1, 비교 조성물 1 및 2를 각각 용기에 담아 밀봉시킨 후, 상온상습 조건(온도 20±5℃, 습도 55±5%)에서 보관하면서 시간의 흐름에 따라 코팅액의 부패 정도를 관찰하여, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1을 참조하여, 단백질의 부패를 방지하기 위한 첨가제를 포함하지 않는 비교 조성물 1의 경우에는 30일 후에 코팅용 조성물에 부패가 발생하는 것과 달리, 부패 방지 그룹-함유 단백질을 포함하는 본 발명의 실시 조성물 1은 30일 후에도 부패가 발생하지 않은 것을 확인하였다.
평가예 2: 조성물의 점도 평가
상기 실시 조성물 1, 비교 조성물 1 및 2의 점도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 점도는 Brookfield社, DV-Ⅱ+Pro 점도계를 이용하여 상온상습 조건(온도 20±5℃, 습도 55±5%)에서 점도를 측정(spindle: No. 63, rpm: 100rpm)하였다.
하기 표 1을 참조하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 코팅용 조성물은 액상 안정성이 우수하고, 점도가 일정 수준으로 유지되어 식품포장재용 필름을 제조하기에 적합한 것을 확인하였다. 특히, 실시 조성물 1은, 비교 조성물 1 및 2와 달리, 기재 상에 코팅층을 형성하기에 적합한 수준의 점도를 나타내는 것을 확인하였다.
평가예 3: 필름의 광투과율, 헤이즈 및 산소 투과도 평가
상기 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 식품포장재용 필름의 광투과율 및 헤이즈를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 기재 필름을 포함한 필름의 광투과율과 헤이즈는 NIPPON DENSHOKU社, NDH7000 헤이즈미터를 사용하여 측정하였다.
또한, 상기 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 식품포장재용 필름의 산소 투과도(Oxygen Transmission Rate: OTR)을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 산소 투과도는 온도 23±1℃, O2 농도 100%의 조건에서 24시간 동안 코팅 필름을 투과하는 산소의 양으로 나타내며, MOCON社, OXTRAN 2/21 산소 투과도 시험기를 이용하여 측정하였다.
[표 1]
Figure 112017054261280-pat00008
상기 표 1을 참조하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 코팅용 조성물을 이용한 식품포장재용 필름은 광투과율, 헤이즈 및 산소 투과도 면에서 우수한 물성을 나타내는 것을 확인하였다.
특히, 단백질의 부패를 방지하기 위하여 옥심 화합물을 첨가한 비교 조성물 2의 경우에 산소 투과도가 높아, 식품포장재용 필름에 적합한 수준의 배리어 특성을 얻지 못한 것과 달리, 본 발명의 실시 조성물 1를 이용한 경우에는 식품 포장재용 필름의 산소 투과도가 낮아 우수한 배리어 특성을 나타내었다.
상기 평가예를 종합적으로 고려하여, 비교 조성물 1은 저장 안정성이 취약하고, 비교 조성물 2는 산소 차단성이 취약한 것과 달리, 본 발명의 실시 조성물 1은 단백질을 개질하여 부패 방지 그룹을 도입한 부패 방지 그룹-함유 단백질을 포함함으로써 부패를 방지하여 저장 안정성을 향상시키면서, 이와 동시에, 이를 이용하여 제조한 식품 포장재용 필름의 배리어 특성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

Claims (14)

  1. 부패 방지 그룹-함유 단백질;
    충진제; 및
    용매;
    를 포함하고,
    상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 부패 방지 그룹은, 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 단백질과 화학 결합되고,
    상기 화학 결합은 공유 결합이고,
    상기 부패 방지 그룹은 하기 화학식 1로 표시된 그룹인, 코팅용 조성물:
    <화학식 1>
    Figure 112017126023567-pat00009

    상기 화학식 1 중, * 및 *'는 각각 상기 단백질과의 결합 사이트이다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단백질은 천연물에서 유래된 단백질인, 코팅용 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단백질은 분리 유청 단백질(whey protein isolate: WPI), 농축 유청 단백질(whey protein concentrate: WPC), 대두단백질(soy protein isolate: SPI), 쌀단백질(rice protein isolate: RPI), 오트단백질(oat protein isolate: OPI), 완두단백질(pea protein isolate: PPI), 카제인(casein), 카제인나트륨(sodium caseinate), 옥수수단백질(corn zein), 젤라틴(gelatin), 밀 단백질(gluten) 또는 이들의 임의의 조합인, 코팅용 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충진제는 소르비톨(sorbitol), 프럭토오스(fructose), 수크로오스(sucrose), 마니톨(mannitol), 프로필렌글리콜(propylene glycol), 글리세롤(glycerol), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol) 또는 이들의 임의의 조합을 포함한, 코팅용 조성물.
  6. 용매 내에서 아민계 화합물과 단백질을 반응시켜, 부패 방지 그룹-함유 단백질을 제조하는 제1단계; 및
    상기 용매, 상기 제1단계에서 수득한 부패 방지 그룹-함유 단백질 및 충진제를 혼합하는 제2단계;
    를 포함하고,
    상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 부패 방지 그룹은, 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 단백질과 화학 결합되고,
    상기 화학 결합은 공유 결합이고,
    상기 부패 방지 그룹은 하기 화학식 1로 표시된 그룹인, 코팅용 조성물 제조 방법:
    <화학식 1>
    Figure 112017126023567-pat00010

    상기 화학식 1 중, * 및 *'는 각각 상기 단백질과의 결합 사이트이다.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1단계의 아민계 화합물은 메틸아민(methylamine), 메탄올아민(methanolamine), 에탄올아민(ethanolamine), 프로필아민(propylamine), 하이드록실아민(hydroxylamine), 이소프로판올아민(monoisopropanolamine, MIPA), 모노이소프로판올아민(monoisopropanolamine), 또는 이들의 임의의 조합을 포함한, 코팅용 조성물의 제조 방법.
  9. 용매 내에서 아민계 화합물과 단백질을 반응시켜, 부패 방지 그룹-함유 단백질을 제조하는 제1단계; 및
    상기 용매, 상기 제1단계에서 수득한 부패 방지 그룹-함유 단백질 및 충진제를 혼합하는 제2단계;
    를 포함하고,
    상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 부패 방지 그룹은, 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 단백질과 화학 결합되고,
    상기 제1단계의 부패 방지 그룹-함유 단백질의 부패 방지 그룹은, 상기 아민계 화합물에 포함된 아민기와 상기 단백질의 펩타이드 결합에 포함된 케톤기 간의 반응에 의하여 형성된, 코팅용 조성물 제조 방법.
  10. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항의 코팅용 조성물을 이용하여 형성된 배리어층을 포함한, 식품포장재용 필름.
  11. 제10항에 있어서, 상기 식품포장재용 필름이 기재를 더 포함하고,
    상기 배리어층은 상기 기재 상에 배치된, 식품포장재용 필름.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기재는 생분해성 기재인, 식품포장재용 필름.
  13. 기재 상에 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항의 코팅용 조성물을 제공하는 단계; 및
    상기 코팅용 조성물 중 용매의 적어도 일부를 제거하여 배리어층을 형성하는 단계;를 포함하는 식품포장재용 필름의 제조 방법.
  14. 부패 방지 그룹-함유 단백질;
    충진제; 및
    용매;
    를 포함하고,
    상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 부패 방지 그룹은, 상기 부패 방지 그룹-함유 단백질 중 단백질과 화학 결합되고,
    상기 부패 방지 그룹은, 아민계 화합물에 포함된 아민기와 상기 단백질의 펩타이드 결합에 포함된 케톤기 간의 반응에 의하여 형성된, 코팅용 조성물.
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