KR19980082580A - 김치 숙성도 인지 표시기 - Google Patents

김치 숙성도 인지 표시기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 김치의 숙성도 인지 표시기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 김치의 숙성에 따른 산도 변화를 이용한 김치의 숙성도 인지 표시기에 관한 것이다. 상기 표시기를 김치 포장재에 부착시켜 상품 김치의 숙성 정도를 소비자가 쉽게 확인할 수 있는 장점이 있다.

Description

김치 숙성도 인지 표시기
본 발명은 김치의 숙성도 인지 표시기 (sensor)에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 김치의 숙성에 따른 산도 변화를 이용하여 김치의 숙성 정도를 나타내는 표시기에 관한 것이다.
일반적으로 김치는 배추, 마늘, 청과, 젓갈, 생강, 소금, 설탕, 조미료 등의 재료를 사용하여 절단, 절임, 탈수, 속넣기 (버무리기), 포장, 발효 등의 단계를 거쳐 제조된다. 하기 표 1에서는 배추 김치의 원부재료에 대한 보건복지부 규격을 나타내고 있다 .
[표 1]
배추김치의 원부재료 배합비(중량%)
배추 마늘 고추가루 청파 젓갈 생강 소금* 설탕 조미료 합계
85.9 1.0 3.0 2.0 1.4 0.5 5.0 1.0 0.2 100
* 소금농도는 절임 단계에서 3%로 조정
우리나라의 대표적인 전통발효 식품인 김치 소비량은 1993년도 기준으로 연간 150만톤이며 상품 김치의 생산량은 18만톤으로 전체소비량의 약 12%에 불과하였으나, 2000년에는 소비량의 약 23.2%에 이를 것으로 예상되고 있다.
수출 또한 88 서울올림픽을 계기로 계속 급증하여 1993년도 수출액이 4,000만달러에 육박하였다. 김치종주국으로서 전통식품의 세계화를 위한 교두보 확보를 위하여 정부는 국제식품규격위원회(CODEX)에 국제규격 제안설명서를 이미 제출한 상태이다.
이와 같이 날로 증가하는 내수용 및 수출용 상품 김치에서 가장 중요한 품질변화(산패 및 연부현상) 요인은 온도이다. 그러나, 이 상품 김치는 담그는 단계에서부터 발효, 유통, 저장 및 소비에 이르기까지 전과정에 대한 온도변화를 예측하는 것은 불가능하며, 실제로 제품마다 상기 기간동안의 온도가 일정하기 않은 비등온조건이기 때문에 정확한 품질변화와 유효기간(shelf-life)를 예측하기 어렵다. 따라서, 소비자가 상품 김치를 구매할 때 김치의 숙성 정도를 정확히 판단할 수 없는 문제점이 있다.
한편, 구미의 식품업계로서 3M사 또는 I-point사에서 제조한 냉동 식품 (-18℃)의 유효 기간 (shelf-life)를 나타내는 표시기가 있으나, 이것은 냉동식품에 국한되는 것이며, 상술한 문제점을 보완하기 위한 김치와 같은 발효 식품의 숙성 정도를 표시하는 표시기에 관한 예는 전무한 상태이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 김치가 숙성됨에 따라 생성된 젖산으로 인해 산도가 증가하는 특성을 이용하여 저장온도 및 산도에 따른 표시기를 제공함으로써 상품 김치의 숙성 정도를 쉽게 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 김치 숙성에 따른 산도 변화 특성을 이용하여 상품 김치의 정확한 숙성 정도를 용이하게 확인할 수 있는 표시기를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 숙성도 인지 표시기는 폴리머로 제조된 흰색의 바닥층의 말단부와 결합되어 내부에 동공을 갖는 외측 투명 연질 폴리머부, 상기 외측 투명 연질 폴리머의 내부 동공에 일정 크기를 갖고 구획되어 외부반응액이 채워진 외부 반응액부 및 내부에 내부 반응액을 함유하고 상기 외부 반응액 내에 위치된 캡슐을 내에 위치된 캡슐을 포함하며, 상기 내부 반응액은 환원형 니코틴-아미드-아데닌-디뉴클레오티드 (nicotinamide adenine denucleotide reduced form, 이하 환원형 NADH라 함) 5 내지 20 중량부, 젖산-수소 이탈 효소 (lactate dehydrogenase) 5 내지 20 중량부, 브로모페놀 블루 (bromophenol blue) 5 내지 40 중량부, 메틸레드 (methyl red) 2 내지 8 중량부 및 레사저린 (resazurine) 1 내지 5 중량부로 이루어지고, 상기 외부 반응액은 완충 용액 (pH 6.8) 30 내지 40 중량부 및 피르브산 (pyruvic acid) 30 내지 40 중량부로 이루어진다.
도 1은 본 발명에 따른 시그날 튜브를 개략적으로 도시한 단면도이며,
도 2는 본 발명에 따른 숙성도 인지 표시기를 개략적으로 도시한 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1: 투명의 연질 폴리머 7: 노란색
2: 바닥층 8: 주황색
3: 접착층 9: 빨강색
4: 유리질 또는 고분자 캡슐 10: 암적색
5: 외부 반응액 11: 자주색
6: 내부 반응액 12: 시그날 튜브
이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명은 김치 숙성에 따른 산도 변화 특성을 이용하여 상품 김치의 정확한 숙성 정도를 나타내는 표시기에 관한 것이다.
일반적으로 김치는 발효 (숙성)가 진행됨에 따라 미생물의 작용을 받아 각종 유기산 및 탄산가스를 생성하고 그 성분이 계속적으로 변화되며 발효가 혐기적 상태에서 일어나므로 그 형태 또는 성분이 변화한다. 김치의 숙성기간중 가장 변화가 큰 것은 각종 미생물에 의한 유기산의 생성으로서 당류로부터 젖산, 초산, 구연산, 숙신산 등이 생성되어 상대적으로 숙성이 진행됨에 따라 당함량이 감소되고 pH가 낮아진다. 아울러, 상기 숙성 속도는 온도에 따라 큰 차이를 보인다.
숙성 정도를 확인할 수 있는 지수에는 유기산의 많은 부분을 차지하고 있는 젖산의 함량, 유기산의 증가에 따른 pH의 감소 및 신맛의 증가 등이 있으나, 김치의 숙성과 가장 큰 연관관계 (correlation)가 있는 것은 젖산의 함량이다. 따라서, 본 발명의 김치의 숙성을 나타내는 표시기는 젖산의 생성에 따른 산도의 변화를 측정함으로써 숙성 정도를 나타낸다.
본 발명에 따른 표시기는 하기 반응식 1에 따라 생성된 젖산에 따른 산도의 변화를 측정함으로써 숙성 정도를 확인한다.
[반응식 1]
피르브산 + NADH +H+―――――――――→ L-젖산 +NAD+△Go'=-6.0㎉/㏖
젖산 수소 이탈효소
배추김치 및 표시기의 저장온도 및 시간에 따른 젖산도(품질변화)는 하기 수학식 1을 이용하여 계산하며, 여기서, A 는 배추김치 및 표시기의 산도(%), k는 반응속도 상수 (1/일) 및 t는 시간(일)을 나타낸다.
[수학식 1]
또한, 저장온도에 따른 활성화에너지 값은 하기 수학식 2를 이용하여 계산하며, 여기서, k0는 정인인수, Ea는 활성화에너지(cal/mole), R은 이상기체상수(1.987 cal/mole K) 및 T 는 절대온도(K)를 나타낸다.
[수학식 2]
본 발명에 있어서, 배추김치 및 표시기의 산도 측정치를 상기 수학식 1의 반응속도상수값 (k)으로, 발효온도 변화에 따른 활성화 에너지값 (Ea)은 상기 수학식 2로 계산하여 비교함으로써 김치 숙성과 일치하는 표시기를 제조한다. 이러한 표시기를 김치포장 용기에 부착시켜 외부 온도변화에 따른 용기내의 김치의 숙성 정도를 상대적으로 확인할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 상기 숙성도 인지 표시기를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 숙성도 인지 표시기는 폴리머로 제조된 흰색의 바닥층 (2)의 말단부와 결합되어 내부에 동공을 갖는 외측 투명 연질 폴리머부 (1), 상기 외측 투명 연질 폴리머 (1)의 내부 동공에 일정 크기를 갖고 구획되어 외부반응액이 채워진 외부 반응액부 (5), 내부에 내부 반응액 (6)을 함유하고 상기 외부 반응액 (5)내에 위치된 캡슐을 내에 위치된 캡슐 (4), 상기 바닥층 (2)의 일면에 부착된 접착층 (3) 및 숙성 단계에 따른 색상을 표시하는 표시부 (7, 8, 9, 10 및 11)로 이루어지며, 이러한 표시기를 김치 포장 용기에 부착시키고 생산과 동시에 임의로 캡슐 (4)을 캐뜨림으로써 내부 반응액 (6)및 외부 반응액 (5)을 반응시켜 사용한다.
도 1은 본 발명에 따른 시그날 튜브를 개략적으로 도시한 단면도로서, 상기 환원형 NADH, 젖산 수소 이탈 효소, 브로모페놀 블루, 메틸레드 및 레사저린으로 이루어진 내부 반응액 (6)이 담겨 있는 유리질 또는 고분자 캡슐을 생산과 동시에 터뜨려 완충용액 및 피브르산으로 이루어진 외부반응액 (5)과 상기 반응식 1과 같은 반응을 하여 젖산이 생성됨에 따라 내부반응액에 있는 발색제로 인하여 산도에 따라 색을 띄게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 참조부호 7, 8, 9, 10 및 11은 각 숙성 단계의 산도 및 색을 의미하는 것으로, 참조부호 7은 미숙기로서 0.15 내지 0.3%의 산도 및 노란색, 9는 적숙기로서 0.5 내지 0.7%의 산도 및 적색 및 11은 과숙기로서 1.0%이상의 산도 및 자주색을 나타내며, 8은 0.3 내지 0.5%의 산도 및 주황색(7과 9의 중간색) 및 10은 0.7 내지 1.0%의 산도 및 암적색(9와 11의 중간색)을 갖는다. 상기 숙성 단계 (7, 8, 9, 10 및 11)를 나타내는 표시와 시그날 튜브 (12)의 색을 비교함으로써 표시기가 부착된 상품 김치의 숙성 정도를 쉽게 확인할 수 있다.
본 발명의 표시기에 사용되는 완충 용액은 pH 6.8의 0.075M 인산-칼륨 (potassium phosphate)을 사용하며, 이의 사용량은 30 내지 40 중량부가 바람직하다. 상기 완충용액의 사용량이 40중량부를 초과하면 반응속도가 낮아지고, 30중량부 미만이면 반응속도가 증가하는 단점이 있다.
본 발명에 사용되는 피르브산의 사용량은 30 내지 40 중량부가 바람직하며, 사용량이 40중량부를 초과하면 반응속도가 증가하고, 30 중량부 미만이면 반응속도가 감소하는 단점이 있다.
본 발명에서 사용되는 환원형 NADH의 바람직한 사용량은 5 내지 20 중량부이며, 사용량이 20 중량부를 초과하면 반응속도가 증가하고, 5 중량부 미만이면 반응속도가 감소하는 단점이 있다.
본 발명에서 사용되는 젖산-수소 이탈 효소는 반응속도를 증가시키는 정촉매 작용을 하여 조성물의 사용량을 감소시키는 효과가 있으며, 사용량은 5 내지 20 중량부가 바람직하다. 상기 젖산-수소 이탈 효소의 사용량이 20 중량부를 초과하면 데이터가 부정확해지고, 5 중량부 미만이면 반응속도가 느려져 조성물의 사용량이 증가되므로 비용이 증가하는 단점이 있다. 또한, 상기-수소 이탈 효소의 활성도는 1.0 내지 10.0 unit가 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 발색제는 반응이 진행됨에 따라 생성되는 산의 산도에 따라 색을 나타내는 효과가 있으며, 브로모페놀 블루, 메틸레드 및 레사저린이 사용된다.
상기 브로모 블루의 사용량은 5 내지 40 중량부가 바람직하며, 메틸레드의 사용량은 2 내지 8 중량부가 바람직하다. 또한 레사저린의 바람직한 사용량은 1 내지 5 중량부이다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명하지만 하기 예에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
원료를 선별하고 배추를 절단한후 실온에서 15% 소금 용액 (w/v)에 2시간 50분 동안 침지시켜 배추의 염농도를 3%로 조절하는 절임 단계 및 탈수 단계를 거쳤다. 그런 다음 김치를 고추가루, 청파, 젓갈, 생강, 소금, 설탕, 조미료 등으로 이루어진 양념과 버무리고 1㎏단위 나일론/Al/PE 복합 필름 (film)으로 진공 포장한 다음 발효시켜 상품 김치를 제조하였다.
이렇게 제조된 김치를 4℃에서 저장한후 상기 김치 100g을 브랜더에 넣고 마쇄한 다음 균질화시키고 30㎖를 취하여 10,000rpm에서 20분간 원심분리시킨 후 여과지(Tyro No. 2)로 걸러 시료를 제조한 다음, 상기 시료 3㎖를 증류수 60㎖에 희석시키고 유리 전극 방법 (glass electrode method)을 이용하여 0.05N-NaOH용액으로 pH 8.5±0.05까지 적정하여 산도를 측정한 후 반응 속도 상수를 계산하여, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
한편, 상기 상품 김치에 부착시킬 표시기의 반응액 (완충 용액(미국, 시그마사 105-9) (pH 6.8) 3.6 ㎖, 피르브산(시그마사 P 1656) 3.6 ㎖, 환원형 NADH(시그마사 N 1630) 0.8 ㎖, 젖산-수소 이탈 효소(시그마사 L 3888) 0.8 ㎖, 브로모페놀 블루(시그마사 B 1763) 1.4 ㎖, 메틸레드(시그마사 M 1525) 0.4 ㎖ 및 레사저린(시그마사 R 2127) 0.2 ㎖)을 유리 전극 방법을 이용하여 0.05N-NaOH용액으로 pH 8.5±0.05까지 적정하여 산도를 측정한 후 반응 속도 상수를 계산하여, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다. 참고로 반응속도 상수는 상기 반응식 1과 같이 계산하였다.
[표 2]
상품 김치 반응액
반응속도 상수 k (4℃) 0.0504 0.0608
실시예 2
실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 김치를 12℃에서 저장한후 상기 김치 100g을 브랜더에 넣고 마쇄한 다음 균질화시키고 30㎖를 취하여 10,000rpm에서 20분간 원심분리시킨 후 여과지(Tyro No. 2)로 걸러 시료를 제조한 다음, 상기 제조된 시료 3㎖를 증류수 60㎖에 희석시키고 유리 전극 방법을 이용하여 0.05N-NaOH용액으로 pH 8.5±0.05까지 적정하여 산도를 측정한 후 반응 속도 상수를 계산하여, 그 결과를 하기 표 3에 기재하였다.
한편, 상기 상품 김치에 부착시킬 표시기의 반응액 (완충 용액 (pH 6.8) 4.0 ㎖, 피르브산 3.6 ㎖, 환원형 NADH 10 ㎖, 젖산-수소 이탈 효소 6 ㎖, 브로모페놀 블루 3 ㎖, 메틸레드 0.7 ㎖ 및 레사저린 0.44 ㎖)을 유리 전극 방법을 이용하여 0.05N-NaOH용액으로 pH 8.5±0.05까지 적정하여 산도를 측정한 후 반응 속도 상수를 계산하여, 그 결과를 하기 표 3에 기재하였다.
[표 3]
상품 김치 반응액
반응속도 상수 k (12℃) 0.0878 0.0923
실시예 3
실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 김치를 20℃에서 저장한후 상기 김치 100g을 브랜더에 넣고 마쇄한 다음 균질화시키고 30㎖를 취하여 10,000rpm에서 20분간 원심분리시킨 후 여과지(Tyro No. 2)로 걸러 시료를 제조한 다음 상기 시료 3㎖를 증류수 60㎖에 희석시키고 유리 전극 방법을 이용하여 0.05N-NaOH용액으로 pH 8.5±0.05까지 적정하여 산도를 측정한 후 반응 속도 상수를 계산하여, 그 결과를 하기 표 4에 기재하였다.
한편, 상기 상품 김치에 부착시킬 표시기의 반응액 (완충 용액 (pH 6.8) 3.6 ㎖, 피르브산 3.6 ㎖, 환원형 NADH 0.8 ㎖, 젖산-수소 이탈 효소 0.8 ㎖, 브로모페놀 블루 1.4 ㎖, 메틸레드 0.4 ㎖ 및 레사저린 0.2 ㎖)을 유리 전극 방법을 이용하여 0.05N-NaOH용액으로 pH 8.5±0.05까지 적정하여 산도를 측정한 후 반응 속도 상수를 계산하여, 그 결과를 하기 표 4에 기재하였다.
[표 4]
제품 김치 반응액
반응속도 상수 k (20℃) 0.3685 0.3924
실시예 4
실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 김치를 28℃에서 저장한후 상기 김치 100g을 브랜더에 넣고 마쇄한 다음 균질화시키고 30㎖를 취하여 10,000rpm에서 20분간 원심분리시킨 후 여과지(Tyro No. 2)로 걸러 시료를 제조한 다음, 상기 시료 3㎖를 증류수 60㎖에 희석시키고 유리 전극 방법을 이용하여 0.05N-NaOH용액으로 pH 8.5±0.05까지 적정하여 산도를 측정한 후 반응 속도 상수를 계산하여, 그 결과를 하기 표 5에 기재하였다.
한편, 상기 상품 김치에 부착된 표시기의 반응액 (완충 용액 (pH 6.8) 4.0 ㎖, 피르브산 3.6 ㎖, 환원형 NADH 10 ㎖, 젖산-수소 이탈 효소 6 ㎖, 브로모페놀 블루 3 ㎖, 메틸레드 0.7 ㎖ 및 레사저린 0.44 ㎖)을 유리 전극 방법을 이용하여 0.05N-NaOH용액으로 pH 8.5±0.05까지 적정하여 산도를 측정한 후 반응 속도 상수를 계산하여, 그 결과를 하기 표 5에 기재하였다.
[표 5]
상품 김치 반응액
반응속도 상수 k (28℃) 0.4227 0.5419
실시예 5
실시예 1, 2, 3 및 4에서 측정된 반응 속도 상수(k)를 하기 수학식 2에 대입하여 상품 김치 및 이에 부착된 표시기의 활성화 에너지의 기울기를 계산하여 하기 표 6에 기재하였다.
[수학식 2]
[표 6]
상품 김치 반응액
활성화 에너지 16.070 15.360
상기 실시예들로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 표시기는 김치 포장재에 부착되어 비등온 조건하에서 상품 김치의 숙성 정도를 소비자가 용이하게 확인할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 폴리머로 제조된 흰색의 바닥층의 말단부와 결합되어 내부에 동공을 갖는 외측 투명 연질 폴리머부, 상기 외측 투명 연질 폴리머의 내부 동공에 일정 크기를 갖고 구획되어 외부반응액이 채워진 외부 반응액부, 및 내부에 내부 반응액을 함유하고 상기 외부 반응액 내에 위치된 캡슐을 포함하며, 상기 내부 반응액은 환원형 NADH 5 내지 20 중량부, 젖산-수소 이탈 효소 5 내지 20 중량부, 브로모페놀 블루 5 내지 40 중량부, 메틸레드 2 내지 8 중량부 및 레사저린 1 내지 5 중량부로 이루어지고, 상기 외부 반응액은 완충 용액 (pH 6.8) 30 내지 40 중량부 및 피르브산 30 내지 40 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 김치 숙성도 인지 표시기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 바닥층의 일면에 접착부가 형성되어 상품 김치 용기에 부착됨을 특징으로 하는 김치 숙성도 인지 표시기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 표시기는 김치포장 용기에 부착시 상기 캡슐을 깨뜨려 사용함을 특징으로 하는 김치 숙성도 인지 표시기.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 표시기는 캡슐을 깨뜨려 내부반응액과 외부반응액의 반응에 따른 색의 변화로 김치의 숙성 정도를 확인함을 특징으로 하는 김치 숙성도 인지 표시기.
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