KR102514984B1 - 온도모니터링 기능을 갖는 생분해성 발포수지 포장상자 - Google Patents

온도모니터링 기능을 갖는 생분해성 발포수지 포장상자 Download PDF

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Abstract

본 발명의 온도모니터링 기능을 갖는 발포수지 포장상자는 신선식품을 수납하는 일정한 수납공간을 갖고,벽판들의 결합에 의해 형성되는 상자 본체와; 상기 상자 본체를 덮는 덮개와; 상기 벽판의 내측 하부에 결합되는 바닥판과; 상기 벽판들 사이에 대형 구획분리대와 소형 구획분리대가 결합되고; 상기 바닥판 위에 병 및 캔 고정자 및 발수코팅 종이팩으로 구성된 발포수지 포장상자에 있어서, 상기 상자 본체의 발수코팅 종이팩에 소비자가 신선식품 취식가능여부를 파악하기 위한 수단으로 비색 바코드 센서가 부착되고; 상기 덮개에 바코드 온도표시부가 구비되고; 상기 비색 바코드 센서와 바코드 표시부간의 통신은 GPIB 통신으로 RS232이고; 상기 대형구획분리대, 상기 소형 구획분리대 및 상기 병 및 캔 고정자 및 상기 발수코팅 종이팩의 재료는 발포수지에 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 비율은 60% 대 40% 비율로 첨가하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 비색 바코드 센서를 부착하여 생분해성 발포수지 포장상자 내에 보관하는 신선식품에 대한 안심 취식 판독 및 온도이력을 모니터링을 할 수 있는 효과가 있다.

Description

온도모니터링 기능을 갖는 생분해성 발포수지 포장상자{Biodegradable foamed resin packaging box with temperature monitoring function}
본 발명은 온도모니터링 기능을 갖는 생분해성 발포수지 포장상자에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 발포수지 포장상자에 대한 소비자 신뢰성 향상을 위하여 비색 바코드 센서(colorimetric barcode Sensor) 및 무전원 근거리 통신 온도센서(non-power NFC temperature sensor)(이하, “온도센서”라 한다)를 부착한 생분해성 발포수지 포장상자에 관한 것이다.
오늘날 냉동기의 개발은 다양한 산업에서 생산품의 양과 질을 혁신적으로 향상시켰다. 또한 식품산업에서도 보관과 수송에 크게 기여하고 있다.
콜드체인은 ‘to Table, 농장에서 식탁까지’라는 한 문장으로 요약된다. 식품을 생산지에서부터 소비자에게 전달하기까지 신선도와 맛을 유지할 수 있는 최적의 환경을 유지하는 연속적인 과정이다.
콜드체인 산업은 예냉, 저온저장, 저온수송, 저온유통 등이 유기적으로 연결되며 하나의 가치사슬을 형성하는 산업이다. 다시 말해 각 분야에 걸친 산업들이 모두 연관되며 동반성장을 꾀할 수 있는 규모가 크고 파급력이 매우 큰 산업이라 할 수 있다.
본 발명의 배경기술로서, 대한민국 특허공보 제10-1910649호 “미세 셀룰로스 및 칼슘화합물을 이용한 충전제의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 제지용 충전제를 포함하는 종이”이하, “종래기술 1”이라 한다)가 공개(공고일: 2018 .10. 23) 되어 있다.
도 1은 종래기술 1의 충전제의 제조방법에 대한 흐름도를 나타내는 것이다.
종래기술 1은 침엽수, 활엽수 또는 이들의 혼합물의 화학펄프인 목재 섬유(1); 아바카펄프, 볏짚펄프, 홍조류펄프, 바가스펄프, 대나무펄프, 면펄프, 마펄프, 황마펄프 및 케냐펄프 중에서 선택된 어느 하나 이상의 화학펄프인 비목재 섬유(2); 또는 이들의 혼합물;을 리파이너(refiner)로 피브릴화 시키는 단계; 상기 피브릴화된 섬유를 스크린을 통과시켜 캐나다 표준여수도 200㎖ 이하이며, WRV(water retention value) 1.5g/g 이상인 미세 셀룰로스의 미세분(4)을 수득하는 단계; 상기 미세분을 0.2~4.0중량%의 용액으로 제조하고, 상기 용액에 수산화칼슘을 첨가하여 1:1 내지 1:70의 중량비의 미세분과 수산화칼슘의 혼합물(5)을 제조하는 단계; 상기 수산화칼슘이 혼합된 미세분 용액에 이온성 폴리머를 첨가하여 미세분 및 수산화칼슘 복합체(6)를 제조하는 단계 및 30~60℃에서, 상기 미세분 및 수산화칼슘 복합체(6)에 이산화탄소(7)를 주입하여 1:30 내지 1:50 중량비의 미세분 및 탄산칼슘의 합성복합체(8)를 제조하는 단계를 포함하는 충전제의 제조방법 및 제지용 충전제를 포함하는 종이(9)이다.
일반적으로, 발포수지는 형상의 가공이 쉬우면서 중량이 가볍고, 충격을 흡수할 수 있어 식자재 및 전자제품의 포장재로 주로 사용된다. 발포수지는 포장 형상의 성형 공간을 갖는 금형의 내부로 주입되어 목적의 성형체로 제작된다.
발포수지는 수지가 발포되어 형성된 알갱이 또는 입자형상의 비드이다. 이러한 발포수지로는 EPP(expanded polypropylene)가 사용될 수 있다. EPP는 일반적으로 백색의 폴리프로필렌의 발포체로서, 독립기포구조를 가져 가볍고 외부 충격에 대한 내충격성이 강하며, 내약품성과 내열성이 우수하고, 성형조건 구체적으로는 성형온도와 압력의 변화를 통해 다양한 밀도와 압축강도를 갖는 제품으로 구현될 수 있다.
또한 대한민국 등록특허공보 제10-1637393호 “발포수지 성형장치”이하, “종래기술 2”라 한다)가 공개(공고일: 2016. 7. 6.)되어 있다.
종래기술 2는 발포수지가 공급되어 성형체를 형성할 수 있도록 상대 이동하는 복수의 금형에 의해 발포수지의 성형공간을 마련하되, 성형공간의 내부로 증기가 공급될 수 있도록 마련되는 금형유닛; 발포수지를 성형공간으로 공급할 수 있도록 마련되어 금형유닛에 연결되는 발포수지 공급유닛; 증기를 성형공간으로 공급하도록 금형유닛에 연결되는 증기공급유닛; 및 성형공간에서 성형되는 성형체를 냉각시키도록 금형유닛에 연결되는 냉각유닛을 포함하며, 복수의 금형 중 하나 이상은, 증기가 성형공간으로 분사되도록 증기의 유동속도를 증가시키는 노즐이 마련되며, 노즐에 연결되어 증기를 분사시킬 수 있으며 성형공간으로부터 발포수지의 유출을 차단할 수 있는 슬릿이 마련되는 증기분사유닛을 포함하여 구성된다.
또한 대한민국 등록특허공보 제10-1547101호 “홍조류를 이용한 펄프의 제조방법 및 이를 이용한 종이의 제조방법”(이하, “종래기술 3”이라 한다)이 공개되어 있다.
종래기술 3은 폐기물인 홍조류를 다종의 펄프 60 중량%와 목재 펄프 40 중량%를 혼합하여 평량 45g/㎡인 재료를 갖고, 제작된 종이는 80℃의 건조기(양키건조기)에서 1차 건조된 후, 120℃의 보조건조기에서 2차 건조된다. 이때 목재 펄프는 침엽수와 활엽수를 1:1의 중량비로 DDR(Double Disk Refiner)을 사용하여 혼합 고해(叩解)한 것을 사용하는 것이 특징이다.
또한 대한민국 등록특허공보 제10-2052345호 “유연 NFC 온도 센서 태그 및 유연 NFC 온도 센서 태그 동작 방법”이하, “종래기술 4”라 한다)이 공개되어 있다.
종래기술 4에서 근거리 NFC(Near Field Communication) 온도 센서 태그는, 롤투롤 그라비아, 옵셋, 그라비아-옵셋, 리버스 옵셋, 스크린 인쇄방식 중 적어도 하나의 방식으로 형성된 인쇄 회로 영역을 포함하는 유연 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 영역과 연속 공정을 통해 본딩되며 실리콘 기술 기반으로 제조된 NFC 칩, 상기 유연 인쇄 회로 기판에 도전성 점착제를 통해 부착된 온도 센서, 상기 온도 센서에서 감지된 온도가 기 설정된 조건을 만족할 때 감지 데이터로 저장하는 마이크로프로세서 칩, 및 도전성 박에 인쇄되어 형성된 전극을 포함하며 상기 마이크로프로세서 칩에 전원을 제공하는 2차 배터리를 포함하는 것이 특징이다.
또한 대한민국 등록특허공보 제10-1535522호에 나노 셀룰러 호스를 포함하는 제지용 충전제의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 제지용 충전제를 포함하는 종이가 공개되어 있고, 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0094393호에 리그노셀룰로오스계 제지용 충전제의 제조방법 및 이에 의해 제조된 리그노셀룰로오스계 제지용 충전제가 공개되어 있다. 그러나 본 발명은 발포 스티로폼(EPS)박스 생산설비를 이용하여 제조된 발포수지 소재를 활용하고, 발포수지 포장상자 내용물의 신선도를 모니터링하여 소비자 신뢰성 향상시킬 수 있는 수단인 비색 바코드 센서 및 NFC 온도센서를 부착한 온도모니터링 기능을 갖는 발포수지 포장상자에 대해서는 알려진 바 없다.
대한민국 등록특허공보 제10-1910649호 대한민국 등록특허공개공보 제10-1637393호 대한민국 등록특허공보 제10-1547101호 대한민국 등록특허공보 제10-2052345호
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 발포수지 포장상자에 대한 소비자 신뢰성 향상을 위하여 비색 바코드 센서 및 NFC 온도센서를 부착한 온도모니터링 기능을 갖는 생분해성 발포수지 포장상자를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 해결하고자 하는 과제는 본 발명의 발포수지 포장상자 제조방법으로 제조된 포장상자 내의 신선식품의 신선도를 최적으로 유지하기 위하여 수학식을 제시하여 온도에 따른 친수성 박테리아 성장을 예측하여 신선하게 식품을 배달할 수 있는 온도모니터링 기능을 갖는 생분해성 발포수지 포장상자를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 온도모니터링 기능을 갖는 생분해성 발포수지 포장상자는 신선식품을 수납하는 일정한 수납공간(30)을 갖고, 벽판(40)들의 결합에 의해 형성되는 상자 본체(110)와; 상기 상자 본체(110)를 덮는 덮개(160)와; 상기 벽판의 내측 하부에 결합되는 바닥판(50)과; 상기 벽판(40)들 사이에 대형 구획분리대(120)와 소형 구획분리대(130)가 결합되고; 상기 바닥판(50) 위에 병 및 캔 고정자(140) 및 발수코팅 종이팩(150)으로 구성된 발포수지 포장상자에 있어서,
상기 상자 본체(110)의 발수코팅 종이팩(150)에 소비자가 신선식품 취식가능여부를 파악하기 위한 수단으로 비색 바코드 센서(10)가 부착되고; 상기 덮개(160)에 바코드 온도표시부(11)가 구비되고;
상기 비색 바코드 센서(10)와 바코드 표시부(11)간의 통신은 GPIB 통신으로 RS232이고; 상기 대형구획분리대(120), 상기 소형 구획분리대(130) 및 상기 병 및 캔 고정자(140) 및 상기 발수코팅 종이팩(150)의 재료는 발포수지에 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 비율은 60중량% 대 40중량% 비율로 첨가하고;
상기 발포수지 포장상자에서 친수성 박테리아의 성장을 예측하기 위한 측정 수단으로 아래 수학식을 적용하는 것을 특징으로 하는 온도모니터링 기능을 갖는 생분해성 발포수지 포장상자.
[수학식]
Z=Z0+λP(t)-ln(1+exp[λP(t)-1]/exp(Zmax-Z0))
P(t)=t+(1/λ)ln(exp(λt)+exp(-λα)-exp(-λ(t+α))
Z: 셀 수(log CFU/g), Z0: 로그 초기 셀 수(log CFU/g)
λ: 세포의 최대 성장률( 생선 시료의 친수성 박테리아 성장 그래프의 Semi- Log 그래프 기울기)
P: 초기 세포 수와 최종 세포 수의 차이(CFU/g)
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
α: 지연 시간(h), Zmax: 최종 셀 수(log CFU/g), t: 시간(h)
본 발명에 의하면, 생분해성 발포수지 소재를 활용하여 기타 배달용품 및 2차 신산업 고부가가치를 창출할 수 있고, 해외로부터 수입되는 발포수지 소재의 가격부담을 저감하고 재활용(recycle)하여 국내 발포수지 취급 업체의 새로운 생태계를 구축하는 효과가 있다.
또한 본 발명의 온도모니터링 기능을 갖는 생분해성 발포수지 포장상자는 비색 바코드 센서 및 NFC 온도센서를 부착하여 생분해성 발포수지 포장상자에 대한 안심 취식 판독 및 온도이력 모니터링을 할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 생분해성 발포수지 포장상자는 신선식품의 신선도를 최적으로 유지하는 수학식을 제시하여 온도에 따른 친수성 박테리아 성장을 예측하고, 소비자에게 신선한 식품을 배달할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술의 충전제의 제조방법에 대한 흐름도
도 2는 본 발명의 해조류 섬유 첨가에 의한 밀도 증가율을 나타내는 그래프
도 3은 본 발명의 해조류 섬유 첨가에 의한 인장강도를 나타내는 그래프
도 4는 본 발명에 따라 제시된 신선식품 포장상자 내에서의 각 보관 온도에서
생선의 수성 박테리아 성장 곡선을 보여주는 그래프
도 5는 본 발명의 홍조류 섬유의 그물구조 사진
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 생분해성 발포수지 포장상자 분해사시도
도 7은 비색바코드센서가 부착된 포장상자를 스마트폰으로 조회하는 도면
도 8은 NFC 온도센서가 부착된 포장상자를 스마트폰으로 조회하는 도면
도 9는 본 발명의 발포수지 포장상자 재사용 공정을 나타낸 도면
도 10은 본 발명의 발포수지 포장상자의 재상 또는 폐기 과정을 나타내는 도면
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
발명의 설명에서는 또 본 발명의 내용을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 본 발명을 설명하는 과정에서 임의로 정의하였다. 본 발명에서 사용하는 “생분해성 발포수지 포장상자”는 종래기술 2에서 공개된 발포수지 포장상자의 재료를 개량한 포장상자로 정의한다.
도 2는 본 발명의 해조류 섬유 첨가에 의한 밀도 증가율을 나타내는 그래프이고, 도 3은 본 발명의 해조류 섬유 첨가에 의한 인장강도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따라 제시된 신선식품 포장상자 내에서의 각 보관 온도에서 생선의 수성 박테리아 성장 곡선을 보여주는 그래프이고, 도 5는 본 발명의 홍조류 섬유의 그물구조 사진이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 생분해성 발포수지 포장상자 분해사시도이고, 도 7은 비색바코드센서가 부착된 포장상자를 스마트폰으로 조회하는 도면이다. 도 8은 NFC 온도센서가 부착된 포장상자를 스마트폰으로 조회하는 도면이고, 도 9는 본 발명의 발포수지 포장상자 재사용 공정을 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 발포수지 포장상자의 재상 또는 폐기 과정을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예로 포장상자의 재료인 발포수지에 해조류 섬유 첨가한 경우 밀도 증가율을 나타내는 그래프이다. 도시된 도 2의 X축은 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 혼합비율을 나타내고, Y축은 밀도 증가율을 나타낸다,
도 2는 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 혼합비율에 대하여 해조류 섬유 첨가(10 중량%)에 의한 밀도 증가율을 나타낸 것이다. 도 2에서 X축은 활엽수가 0중량%일 때는 침엽수가 100중량%이고, 활엽수 섬유가 80중량%일 때, 침엽수 섬유가 20중량%이다. 본 발명의 일실시예에서 사용하는 생분해성 발포수지 포장상자는 종래기술 2에서 사용하는 발포수지 포장상자를 개량한 포장상자이다.
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발포수지에 해조류 섬유 무첨가 시료의 경우 활엽수 섬유의 배합비율이 증가할수록 밀도 값이 저하하는 현상을 확인할 수 있다. 활엽수 섬유 20중량%(침엽수 섬유 80중량%)와 활엽수 섬유 40중량%(침엽수 섬유 60중량%) 혼합한 것을 비교할 때 밀도가 0.61g/cm3에서 0.56g/cm3으로 크게 낮아지는 것을 알 수 있으나, 해조류 섬유 10중량%를 혼합할 경우 밀도 값이 크게 상승하여 활엽수 섬유 20중량% 처리의 경우와 거의 유사한 수준의 값을 갖는다. 이와 같이 밀도 상승효과가 활엽수 섬유 배합 비율이 40중량% 이상일 때 크게 상승하는 것은 침엽수와 활엽수 혼합에 의해 저하되는 밀도 값을 해조류 섬유 처리로 회복되기 때문이다.
본 발명에서 사용하는 생분해성 발포수지의 구성 성분중 해조류 섬유는 홍조류에서 추출한 cellulose fiber로서 섬유 길이는 0.5~1.0mm이고, 섬유 폭은 3~7㎛이다. 이러한 섬유들의 구조는 도 5에 나타난바와 같이 “그물구조”를 가지고 있다. 이러한 그물구조는 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 결합을 견고하게 하는 효과가 있다.
일반적으로 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 혼합비가 7:3일 때 강도가 상당히 증가하지만 침엽수 펄프 고해동력이 많이 소요되고 펄프가격이 비싸다. 따라서 활엽수 펄프의 지합개선, 고해동력 절감 등 장점 때문에, 포장상자 생산성을 위하여 혼합비가 5:5일 때를 최적 배합비로 한다.
본 발명에서는 종래 알려진 연안 폐기물인 해조류 중 홍조류 섬유가 첨가된 포장상자에 있어서, 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 배합에 따른 해조류 섬유 함량을 조절하여 밀도와 강도가 가장 바람직한 포장상자를 제시한다.
또한, 본 발명의 생분해성 발포수지 포장상자 내의 신선식품의 신선도를 최적으로 유지하기 위하여 본 발명의 실시예에서 수학식을 제시하여 박테리아 성장을 예측하는 방법 및 박테리아 성장 예측이 적용된 포장상자를 제시한다.
도 3은 본 발명의 해조류 섬유 첨가에 의한 인장강도를 나타내는 그래프이다.도시된 도 3의 X축은 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 혼합비율을 나타내며, 활엽수 섬유가 0중량%일 때는 침엽수 섬유는 100중량%이고, 활엽수 섬유가 80중량%일 때, 침엽수 섬유가 20중량%이다. Y축은 인장강도를 나타내는 것으로서, 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 혼합비율에 대하여 해조류 섬유 첨가(10중량%)에 의한 인장강도 측정을 나타낸 것이다.
이하, 해조류 섬유를 첨가한 후 밀도 및 강도 효과에 대하여 설명한다.
생분해성 발포수지에 침엽수 섬유와 활엽수 섬유를 혼합하여 포장상자를 제조할 경우 활엽수 섬유가 증가하면 포장상자의 밀도를 비롯한 제반 강도는 저하한다. 해조류 섬유의 첨가농도를 5중량%, 10중량%, 15중량%로 첨가한 결과, 해조류 섬유 10중량% 첨가 시 포장상자의 밀도 및 강도 특성이 가장 효과적으로 개선됨을 알 수 있다. 따라서 본 발명에서는 해조류 섬유를 10중량% 첨가하여 사용한다. 파열강도는 포장상자의 강도 값을 대표하는 강도로서 해조류 섬유 첨가(10중량%)에 의한 결과는 밀도의 변화와 유사한 경향을 나타낸다.
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해조류 섬유를 첨가하지 않은 무첨가 시료의 경우는 활엽수 섬유의 배합농도가 증가할수록 비례해서 급격히 낮아지나, 해조류 섬유의 첨가에 의해 인장강도가 크게 증가하며, 특히 활엽수 섬유 40중량% 첨가까지는 침엽수 섬유만으로 제조된 시료와 거의 유사한 값을 나타낸다. 이는 해조류 섬유가 섬유 간 결합강도 향상에 크게 기여하고 있음을 나타낸다.
한편, 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 혼합비율에 대하여 해조류 섬유 첨가(0중량%, 5중량%, 10중량%)에 의한 압축성을 측정한 결과, 해조류 섬유 10중량% 첨가를 하는 것이 무첨가(0중량%) 및 5중량% 해조류 섬유 첨가 시료에 비해 전반적인 압축성 상승효과를 나타내며, 특히 활엽수 섬유 40중량% 이상 혼합비에서 상승폭이 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 상승효과는 전자현미경 촬영에 의한 포장상자 종이의 표면 및 단면 촬영 결과 그물구조의 가느다란 섬유인 해조류 섬유가 포장상자 종이의 표층 및 내층에 분산되어 존재함으로써 섬유 간 결합을 촉진시킴은 물론 그물형 섬유배치로 인해 힘의 흡수 및 분산효과가 극대화되었기 때문이다. 이와 같이 해조류 섬유 10중량% 첨가 시료의 경우 압축성이 40∼50중량% 향상된 결과는 획기적인 상승효과이다.
<실시예>
본 발명의 목적을 해결하기 위하여 생분해성 발포수지 포장상자 내의 생선 식품의 위생 관리 및 안전을 위한 박테리아 및 바이러스의 성장 예측 수학식을 제공하는 것이다. 즉, 신선식품, 특히 생선식품의 포장상자에서 성장할 수 있는 박테리아 성장 예측 수학식을 제시한다. 식품에서 부패 유발 및 병원성 미생물의 성장 및 생존을 예측하는 수학적 모형이 중요하다. 미생물의 성장 특성은 내재적 요인(pH, 수분 활성, 영양소 조성 등) 및 외재적 요인(보관 온도, 화학 처리, 영양 공급 등)과 관련이 있으며, 식품 산업에 상당한 이점을 제공하는 수학적 모형을 통해 결정될 수 있다.
가공 또는 가열을 거치지 않는 해산물 및 어류는 세척 및 소독이 불충분할 경우 사람의 손과 조리 기구에 의해 박테리아 및 바이러스의 이차 오염의 대상이 될 수 있다. 또한, 해산물은 유통 및 보관 과정 중에 적절한 온도를 준수하지 않으면 미생물 오염, 증식 및 악화에 매우 취약하다.
본 발명의 실시예에서 생분해성 발포수지 포장상자에서 박테리아 배양은 친수성 박테리아 균주의 세 균주를 실험에 사용하였다. 개별 스톡 배양물을 배양실에 넣어 배양하였다. 각각의 세 균주(10μL)를 5mL 배양실에서 24시간 동안 37°C에서 인큐베이션하고, 4°C에서 10분 동안 5400rpm에서 원심분리를 수행하였다. 이 과정은 박테리아 활성화를 위해 두 번 반복되었다. 얻어진 펠렛을 0.85중량% 멸균된 NaCl 용액 9mL에 재현탁시키고, 각각의 세 균주의 펠렛을 혼합하여 풀을 생성하였다.
생선 시료를 박테리아로 오염시키기 위해, 멸균된 생선 시료를 100μL의 균주로 오염시켰다. 오염시킨 후, 생물학적 안전성 캐비닛에서 한 시간 동안 방치하였다. 활성화된 친수성 박테리아의 초기 농도는 약 2~3 log CFU/g이었다.
본 발명에 따라 제시된 생분해성 발포수지 포장상자 내의 생선 시료의 보관 온도는 2°C, 5°C, 8°C 및 15°C이다. 각 보관 온도에서 박테리아의 성장률을 확인하기 위해 시료를 냉동실에 보관하고 매번(2~168시간) 분석하였다. 각 실험은 두 번 반복되었고, 실험당 세 개의 샘플을 반복하여 분석하였다.
각 보관 온도에 대해 배양된 생선 시료를 멸균 용기에 넣고 0.85중량% 멸균 NaCl 용액으로 열 번 희석하여 위저(Easy Mix, AES Chemunex, Rennes, France)를 이용하여 균질화하였다. 희석된 시료(1 mL)를 배양실 상에 중복으로 붓고 플레이팅하고, 18~24시간 동안 인큐베이션하였다. 플레이트 당 15~300 개의 콜로니를 계산하고 표본 용액 1mL 당 CFU/g로 기록했다. 각 보관 온도에 대한 시료를 미생물 계수에 대해 분석하였다. 생선 시료의 보관 온도에 따른 지연 시간(α, h) 및 일성장률(SGR, log CFU/g) 계산을 아래 수학식을 사용하였다.
[수학식]
Z=Z 0 +λP(t)-ln(1+exp[λP(t)-1]/exp(Zmax-Z 0 ))
P(t)=t+(1/λ)ln(exp(λt)+exp(-λα)-exp(-λ(t+α))

Z: 셀 수(log CFU/g), Z0: 로그 초기 셀 수(log CFU/g)
λ: 세포의 최대 성장률( 생선 시료의 친수성 박테리아 성장 그래프의 Semi- Log 그래프 기울기)
P: 초기 세포 수와 최종 세포 수의 차이(CFU/g)
α: 지연 시간(h), Zmax: 최종 셀 수(log CFU/g), t: 시간(h)

통계분석을 위하여 시료 당 세 번의 반복을 수행하여 통계적 유의성을 평가하였다. 통계적 분석은 모델링에 의해 파라미터들 간의 유의한 차이를 확인하기 위해 수행되었다. 데이터는 표준 편차(SD)에 대한 세 번 반복하여 평균±로 제시된다. 통계 분석에서 유의한 차이는 5중량%의 확률 수준에서 검증되었다.
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아래 표 1은 수학식에서 얻은 생분해성 발포수지 포장상자 내에 보관된 생선시료의 친수성 박테리아의 성장 파라미터를 나타낸다.
Temperature(°C) α(h) SGR (log CFU/h) β
2 없음 없음 없음
5 없음 없음 없음
8 4.99*?* 0.02 ±0.01 0.97
11 3.41*?* 0.06 ±0.01 0.98
15 3.21*?* 0.18*?*±*?* 0.98
상기 표 1에서 α는 지연 시간, SGR은 일성장률이고, β는 상관 계수로서 더 높은 값일수록 예측 성장 수학식과 잘 일치함을 나타낸다.
다양한 온도, 2°C, 5°C, 8°C 및 15°C에서 보관된 생선 시료에서의 친수성 박테리아 성장의 결과에 기초하여, α 및 SGR 값은 상기 수학식에 적용하여 계산하였다. 2°C및 5°C의 경우 값이 매우 낮아 α 및 SGR 값을 예측할 수 없었다. 8°C, 11°C및 15°C의 α 값은 각각 4.99, 3.41 및 3.21h에서 관찰되었으며, SGR 값은 각각 0.02, 0.06 및 0.18 log CFU/h로 관찰되었다.
α 값은 감소하는 경향이 있었고, SGR 값은 보관 온도가 증가함에 따라 통계적으로 증가했다. β 값은 8°C, 11°C 및 15°C에서 각각 0.97, 0.98 및 0.98이었으며, 이 수학식의 높은 적합성을 확인할 수 있다. β는 적합도의 전반적인 척도로 사용되는 통계적 지수는 값(0 < β < 1)이 높을수록 데이터의 적합성이 높음을 의미한다. 야채샐러드에서 친수성 박테리아의 성장은 4°에서 냉장 보관의 216h(9일) 동안 3-4 log CFU/g로 유지되었으며, 본 발명에서 5°의 보관 결과와 유사하다. 생선은 야채보다 수분 함량이 높으며, 식품의 수분 함량이 낮을수록 박테리아가 증식이 잘 되지 않는다.
이와 같이 상기 수학식의 적합성을 검증하였으며, 신선식품, 특히 생선이 포함된 식품을 배달할 경우 포장상자에서의 친수성 박테리아 성장 예측으로 적용이 가능하다.
도 4는 본 발명에 따라 제시된 생분해성 발포수지 포장상자 내에서의 각 보관 온도( 2°C, 5°C, 8°C 및 15°C)에서 생선 시료 상의 친수성 박테리아 성장 곡선을 보여주는 그래프이다. 즉, 도 4는 본 발명에 따라 제시된 발포수지 포장상자 내에서의 각 보관 온도서 생선 시료 상의 친수성 박테리아의 성장 곡선을 나타낸 것이다.
도시된 도 4의 X축은 보관시간(h)을 나타내고, Y축은 박테리아 셀 수를 나타낸다, 친수성 박테리아의 초기 셀 수는 3.4~3.8 log CFU/g이었고, 보관 온도가 증가함에 따라 박테리아의 수는 비례하여 증가하는 경향을 보인다.
도시된 도 4의 Y축을 Linear Scale로 하지 않고, Logarithmic Scale 로 바꾸면, Semi -Log graph는 Y축의 Scale 만 Log이다. 상기 Semi -Log graph의 기울기가 세포의 최대 성장율(λ)을 나타낸다. λ = 세포의 최대 성장율이다.
친수성 박테리아의 초기 셀 수는 3.4~3.8 log CFU/g이었고, 보관 온도가 증가함에 따라 박테리아의 수는 비례하여 증가하는 경향을 보인다.
온도 2°C에서 보관 된 생선 시료의 박테리아 수는 보관 기간 동안 증가 및 매우 느린 성장 속도를 나타냈으며, 7일 (168h) 후에는 3.9 log CFU/g, 약 0.5 log의 증가로 나타났다. 온도 5°C에서, 보관 7일 후에 4.8 log CFU/g로 약 1 log만큼 숫자가 증가하여, 보관 기간 동안 매우 느린 성장 속도를 나타냈다.
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온도 8°C및 11°C에서, 보관 기간이 증가함에 따라 박테리아의 수는 꾸준히 증가하여 7 일 후에 각각 6.8 및 8.7 log CFU/g을 나타냈다.
온도 15°에서 보관된 샘플 상의 박테리아는 12시간 후에 매우 빠른 성장을 보였고, 24h에서 2 log 이상 증가하였다. 72 시간 후 약 8.5 log CFU/g에서 최대치를 나타내고, 그 후 박테리아 수는 크게 증가하지 않는다.
친수성 박테리아는 다양한 자연 환경에서 발견되며 대변 및 시체 샘플에서 관찰된다. 이 박테리아는 또한 음식을 오염시키고 사람에게 위장염을 일으킬 수 있다. 일반적으로 사람은 친수성 박테리아로 인한 세균 혈증의 경우 사망률은 30~50%이다.
따라서 생선 식품은 적절한 온도와 적절한 기간 동안 보관해야 하는데, 미생물 증식을 효과적으로 억제하기 위해 5°이하의 저온에 보관해야 한다. 본 발명의 보관 온도에 대한 최선의 실시예는 2°C이다.
본 발명의 실시예에서 생분해성 발포수지 포장상자 보관온도(2°C 내지 15°C)의 함수로 생선 시료에서 친수성 박테리아에 대한 예측 성장 수학식을 제시하였다. 상기 보관온도에서 상기 제시한 수학식이 잘 맞으며(β; 0.97~0.98), 이를 이용하여 지연 시간(α) 및 비성장률(SGR)을 얻을 수 있고, 또한, 온도가 증가함에 따라, 친수성 박테리아 성장이 증가함을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 홍조류 섬유의 현미경 사진으로서 그물구조를 나타낸다.
홍조류 섬유 길이는 0.5~1.0mm이고, 섬유 폭은 3~7㎛이다. 이러한 섬유들의 구조는 그물구조를 가지고 있고, 이러한 그물구조는 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 결합을 견고하게 하는 역할을 한다.
도 6은 본 발명의 생분해성 발포수지 포장상자 분해 사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 생분해성 발포수지 포장상자(100)는 상자 본체(110)와 상자 본체(110)를 덮는 덮개(160)로 구성된다.
상기 상자 본체(110)는 사각의 케이스 구조로서, 연질의 합성수지제로 형성될 수 있으며, 발포 스티렌 수지인 스티로폼(이하, “발포수지”라 한다)이 사용될 수 있다.
상기 상자 본체(110)는 한쪽이 개구된 구조로 내부에 생선, 또는 채소 등(이하, 신선식품“이라 한다)이 수납될 수 있도록 수납공간(30)이 갖춰지고, 상자 본체(100)의 사각형 내부에 형성된 벽면(40)과, 수납되는 신선식품이 상기 벽면에40)에 지지, 고정된다.
또한, 상기 상자 본체(110)의 내측 하부에 결합되는 바닥판(50)에는 아이스 팩 또는 얼음을 수납시키는 것이 바람직하다. 상기 덮개(680)는 상기 상자 본체(110)와 동일한 재질(발포수지)로 형성된다.
상기 상자 본체(110)의 발수코팅 종이팩(130)에는 소비자가 신선식품 취식가능여부를 파악하기 위한 수단으로 비색 바코드 센서(10)와 NFC 온도센서(20)가 부착된다.
상기 비색 바코드 센서(10)에 의하여 탐지한 신선식품의 신선도를 나타내는 상기 덮개(180)의 바코드 표시부(11)는 소비자가 육안으로 확인할 수 있다.
상기 비색 바코드 센서(10)와 바코드 표시부(11)간의 통신은 GPIB 통신으로 RS232이다. 또한 상기 NFC 온도센서(20)에서 탐지한 신선식품의 신선도를 나타내는 상기 덮개(180)의 NFC 표시부(21)에서 소비자가 스마트폰으로 조회할 수 있다.
본 발명은 신선식품을 수납하는 수납공간(30)을 갖고, 벽판(40)들의 결합에 의해 형성되는 상자 본체(110)와; 상기 상자 본체(110)를 덮는 덮개(160)와; 상기 벽판의 내측 하부에 결합되는 바닥판(50)로 구성된 발포수지 포장상자에 있어서, 상기 벽판(40)들 사이에 대형 구획분리대(120)와 소형 구획분리대(130)가 결합되고. 상기 바닥판(50) 위에 병 및 캔 고정자(140) 및 발수코팅 종이팩(150)이 구비된다.
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상자 본체(110)의 발수코팅 종이팩(15)에는 소비자가 신선식품 취식가능여부를 파악하기 위한 수단으로 비색 바코드 센서(10)와 NFC 온도센서(20)가 부착된다.
상기 상자 본체(110), 상기 덮개(160), 상기 대형 구획분리대(120), 상기 소형 구획분리대(130), 상기 벽판(40), 상기 바닥판(50), 상기 병 및 캔 고정자(140) 및 상기 발수코팅 종이팩(150)은 생분해성 발포수지로 형성된다.
본 발명은 종래 발포수지 재료에 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 비율을 60:40으로 첨가하고, 해조류 중 홍조류 섬유를 포함하고; 상기 홍조류 섬유 함량을 10%로 하는 것을 특징으로 한다.
도 7은 본 발명의 비색바코드센서가 부착된 포장상자를 스마트폰으로 조회하는 도면이다. 포장상자(100)에 부착된 비색 바코드 센서(Colorimeteric Barcorde Sensor)(10)로 11)는 탐지한 신선식품의 신선도를 나타내는 상기 덮개(180)의 바코드 표시부(11)는 소비자가 육안으로 확인할 수 있다. 즉 본 발명에 의하면, 소비자는 발포수지 포장상자 내에 보관중이 신선식품 취식가능여부에 대한 정량적 지표를 모니터링할 수 있다. 바코드의 비색변화를 스마트폰(12)을 활용하여 손쉬운 판독을 할 수 있다. 전원 공급이 필요 없으며, 배송 1회성으로 사용하여 손쉬운 폐기가 가능하다.
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도 8은 본 발명의 NFC 온도센서가 부착된 포장상자를 스마트폰으로 조회하는 도면이다. 포장상자(100)에 부착된 무전원 근거리통신 온도센서(NFC 온도센서(20))를 통하여 소비자가 스마트폰(12)을 활용하여 NFC 표시부(21)에서 유통 과정 중 온도변화 이력을 조회할 수 있다.
즉 소비자는 NFC 온도센서(20)에서 탐지한 신선식품의 신선도를 나타내는 상기 덮개(180)의 NFC 표시부(21)를 통해서 스마트폰으로 조회할 수 있다. 상기 NFC 온도센서(20)와 NFC 표시부(21)간의 통신은 GPIB 통신으로 RS232이다.
상기 "GPIB(General Purpose Interface)"는 컴퓨터와 주변기기를 접속하기 위한 통신규격으로 정의한다. GPIB는 IEEE(미국전기전자학회)가 표준화한 통신규격의 한 가지이다. 주로 계측기기를 개인용 컴퓨터에 접속하는 데 사용되고 있다. 전송속도는 늦지만, 계측이나 설정의 명령문이 비교적 간단해서 다루기 쉽다
또한 상기 "RS-232(Recommended Standard 232)"는 PC와 음향 커플러, 모뎀 등을 접속하는 직렬 방식의 인터페이스로 정의한다. RS-232는 주변기기의 접속에 사용하고, USB, IEEE1394 등과 통신 용도로는 이더넷(ethernet) 등에 그 역할이 대체되고 있다. 일반적으로 한 케이블에 10m 정도까지는 정상적으로 데이터를 통신할 수 있다. 현재 많이 이용되고 있는 규격으로는 IBM사가 만든 9핀 단자(직렬 포트)가 있다.
본 발명에 의하면, 바이오패키지 제조사 불량 및 냉기유출 모니터링으로 품질관리를 할 수 있다. 무전원으로서 전원 공급이 필요 없으며, 횟수 제한 없이 사용이 가능하며 손쉬운 탈부착이 가능하다.
도 9는 본 발명의 발포수지 포장상자 재사용 공정을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에서 In-LOOP는 “재사용”을 의미하고, Out-LOOP는 “재생 및 폐기”를 의미한다. In-LOOP 플랫폼은 본 발명의 생분해성 발포수지 포장상자를 재활용하는 방법에 대한 기술을 나타낸다.
본 발명의 발포수지 포장상자 재사용 공정은 포장상자 사출단계(S10), 단일소재 조립 단계(S20), 스마트패킹 단계(S30), 적재 및 보관 단계(S40), 스마트패키징 해체 단계(S50), 세척후 재사용 단계(S60) 및 폐기 단계(S70)로 구성된다.
본 발명에 의하면, 발포수지 포장상자(100)를 적용하여 단일소재를 활용한 3-Fold 패키징으로 운반 및 보관 용이하며, 접착테이프 저감으로 폐기물 절감이 가능하다.
DDM, HPH 시금형 기술을 통한 내구성이 확보되며, 50회 이상 재사용이 가능한 구조체이고, GCA 시금형 기술로 표면 처리하여 습기침투 저감 및 세척이 용이하다.
기존 생분해성 패키지 대비 밀도 및 강도 특성 개선으로 인한 내구성확보로 In-Loop 플랫폼 서비스(재사용 서비스)가 가능하다.
도 10은 본 발명의 포장상자 재생 또는 폐기 공정을 나타내는 도면이다.
앞에서 설명한 바와 같이, Out Loop 플랫폼 서비스(재생 및 폐기 서비스)로서, 스마트패키징 해체 단계 이후 재생 단계(S60) 또는 폐기 단계(S70)로 진행된다.
재생 또는 폐기 과정은 본 발명의 포장상자(100)를 50회 이상 재사용하여 오염, 내구성 및 단열신뢰성이 저감할 경우 폐기대상으로 분류하여 2가지의 방법으로 폐기된다.
폐기대상 포장상자(320)를 분쇄(Shattered Flake)(330)하여 재활용(Recycled) 과립(Granulates)(350)으로 한 후, 재활용(Recycled) 비드(340)로 만들어 재활용 포장상자 1 (300), 재활용 포장상자 2(310) 또는 재활용 배달용품 상자(370)로 재생산하거나, 또는 폐기센터의 특정 조건 chamber를 활용하여 온도, 미생물, 습도 조건을 맞추어 자연 폐기할 수 있도록 하여 완전 폐기(360)한 후 토양성분으로 변화된다.
본 발명의 포장상자는 기존 발포수지에 해조류, 침엽수 및 활엽수를 일정 비율 첨가하여 제조하기 때문에 3대 요소(온도, 미생물, 습도 조건) 자연생분해가 가능하다.
본 발명의 생분해성 발포수지 포장상자는 포장상자 사출단계(S10), 단일소재 조립 단계(S20), 스마트패킹 단계(S30), 적재 및 보관 단계(S40), 스마트패키징 해체 단계(S50), 세척후 재사용 단계(S60)로 구성하여 다른 종류의 재활용 포장상자로 재활용할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 생분해성 발포수지 포장상자는 세척 후 재사용 단계에서 포장상자를 다시 사용할 수 없어서 완전 폐기할 경우 토양성분으로 된 변화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 발포수지에 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 배합에 따라 본 발명에서 제시한 해조류 섬유 함량에 의하여 온도 및 습도 변화에 강한 특성을 지닌 밀도 및 강도 효과가 가장 바람직한 생분해성 발포수지 포장상자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 생분해성 발포수지 포장상자 내에 보관하는 신선식품의 박테리아 성장 예측을 위한 수학식을 제시하였다.
본 발명의 온도모니터링 기능을 갖는 생분해성 발포수지 포장상자는 비색 바코드 센서 및 NFC 온도센서를 부착하여 안심 취식 판독 및 온도이력을 모니터링할 수 있는 효과가 있으므로 산업상 유용한 발명이다.
10: 바코드 센서 11: 바코드 표시부
12: 스마트폰 20: NFC 온도센서
21: NFC 표시부 30: 수납공간
40: 벽면 50: 바닥면
100: 포장상자 110: 상자 본체
120: 대형 구획분리대 130: 소형 구획분리대
140: 병 및 캔 고정자 150: 발수코팅 종이팩
160: 덮개
S10: 포장상자 사출단계 S20: 단일소재 조립단계
S30: 스마트패킹 단계 S40: 적재 및 보관 단계
S50: 스마트패키징 해체 단계 S60: 세척 후 재사용 단계
S70: 폐기 단계 300: 재활용 포장상자1
310: 재활용 포장상자2 320: 재사용 후 폐기대상
330: 분쇄상태 340: 비드상태
350: 과립상태 360: 친환경 폐기
370: 재활용 배달용품 상자

Claims (6)

  1. 신선식품을 수납하는 일정한 수납공간(30)을 갖고, 벽판(40)들의 결합에 의해 형성되는 상자 본체(110)와; 상기 상자 본체(110)를 덮는 덮개(160)와; 상기 벽판의 내측 하부에 결합되는 바닥판(50)과; 상기 벽판(40)들 사이에 대형 구획분리대(120)와 소형 구획분리대(130)가 결합되고;
    상기 바닥판(50) 위에 병 및 캔 고정자(140) 및 발수코팅 종이팩(150)으로 구성된 발포수지 포장상자에 있어서,
    상기 상자 본체(110)의 발수코팅 종이팩(150)에 소비자가 신선식품 취식가능여부를 파악하기 위한 수단으로 비색 바코드 센서(10)가 부착되고; 상기 덮개(160)에 바코드 온도표시부(11)가 구비되고;
    상기 비색 바코드 센서(10)와 바코드 표시부(11)간의 통신은 GPIB 통신으로 RS232이고; 상기 대형구획분리대(120), 상기 소형 구획분리대(130) 및 상기 병 및 캔 고정자(140) 및 상기 발수코팅 종이팩(150)의 재료는 발포수지에 침엽수 섬유와 활엽수 섬유의 비율은 60중량% 대 40중량% 비율로 첨가하고;
    상기 발포수지 포장상자에서 친수성 박테리아의 성장을 예측하기 위한 측정 수단으로 아래 수학식을 적용하는 것을 특징으로 하는 온도모니터링 기능을 갖는 생분해성 발포수지 포장상자.


    [수학식]
    Z=Z0+λP(t)-ln(1+exp[λP(t)-1]/exp(Zmax-Z0))
    P(t)=t+(1/λ)ln(exp(λt)+exp(-λα)-exp(-λ(t+α))
    Z: 셀 수(log CFU/g), Z0: 로그 초기 셀 수(log CFU/g)
    λ: 세포의 최대 성장률(생선 시료의 친수성 박테리아 성장 그래프의 Semi- Log 그래프 기울기)
    P: 초기 세포 수와 최종 세포 수의 차이(CFU/g)
    α: 지연 시간(h), Zmax: 최종 셀 수(log CFU/g), t: 시간(h)




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