KR20000026623A - 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재 및 그의 제조방법 - Google Patents

기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신선 식품의 저장성 및 상품성 연장을 위해 사용되는 환경기체조절포장(modified atmosphere packaging: MAP)에서 포장 내부에 함입되는 이산화탄소와 반응하여 포장의 결손 또는 기체 누출 여부를 육안으로 감지할 수 있는 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재, 전기의 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재의 제조방법 및 그를 이용하여 제품의 포장을 뜯지 않고도 내용물의 신선도를 포장 내부에 부착된 지시계의 색깔 변화로 인지할 수 있게 하는 포장방법에 관한 것이다. 본 발명의 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재를 이용한 포장방법에 따르면, 내용물의 이화학적, 미생물학적 분석과 같은 번거로운 직접 확인단계를 거치지 않고도 제품의 포장을 뜯지 않은 채 포장내 환경기체조절 여부를 포장재 필름 자체에 부착된 지시계의 색깔 변화로 인지할 수 있다.

Description

기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재 및 그의 제조방법
본 발명은 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 신선 식품의 저장성 및 상품성 연장을 위해 사용되는 환경기체조절포장(modified atmosphere packaging: MAP)에서 포장 내부에 함입되는 이산화탄소와 반응하여 포장의 결손 또는 기체누출 여부를 육안으로 감지할 수 있는 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재, 전기의 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재의 제조방법 및 그를 이용하여 제품의 포장을 뜯지 않고도 내용물의 신선도를 포장 내부에 부착된 지시계의 색깔 변화로 인지할 수 있게 하는 포장방법에 관한 것이다.
환경기체조절포장은 식품을 둘러싼 주위의 공기조성을 변화시켜 변질되기 쉬운 식품의 유통기간을 연장시키는 포장방법이다. 일반적으로, 환경기체조절포장은 공기의 구성성분 중 산소의 농도를 21% 이하로 대기보다 낮게 하고, 이산화탄소의 농도는 0.03% 이상으로 대기보다 높게 하며, 질소를 충진기체로 이용한다. 이러한 환경기체조절포장이 실제 제품에 적용된 예로는, 샐러드용 과채류(cut fruits and vegetables), 냉장육, 선어(fresh fish), 제빵류(bakery), 치즈, 햄, 소시지 등을 들 수 있는데, 햄과 소시지의 경우 보통 질소(N2): 이산화탄소(CO2)의 비율이 80 : 20 내지 70 : 30(v/v)으로 혼합된다. 호흡을 활발히 하는 식품에 환경기체조절포장을 적용하는 목적은 포장용기 내에 산소를 줄이고 이산화탄소를 증가시켜서 호흡속도를 억제하여 식품의 숙성과 노화속도를 늦추는 것이며, 효소반응에 필요한 최소한의 호흡을 하는 식품 또는 전혀 호흡하지 않는 식품에 대해서도 미생물의 생육 저해를 유발하기 위하여 이산화탄소 농도를 40% 이상이 되도록 충진시키고, 일부 식품은 90% 정도로 매우 높은 농도로 충진시키는 경우도 있다.
이렇듯 환경기체조절포장에 반드시 사용되는 이산화탄소는 공기 중에는 저농도로 존재하지만, 연소 생성물로서 쉽게 생산이 가능하고, 물에 대한 용해도가 매우 커서(179.7㎤/100㎖ at 0℃), 고수분의 식품에 잘 흡착된다. 이러한 이산화탄소는 물에 용해되면 탄산을 형성하여 pH가 낮아지는 산화(acidification) 효과를 일으키는데, 수용액의 산화는 직접적인 항균효과 뿐만 아니라, 상당수 부패균의 생육을 억제시킬 수 있어 이산화탄소는 수많은 포장 식품의 유통기간 연장에 필수적이다(참조: 홍석인, 변유량, 한국식품영양과학회지, 26(6):1258-1267(1997)). 또한, 이산화탄소는 신선한 과일이나 채소류의 호흡을 억제하여 저장수명을 연장시킬 수도 있으며, 더욱이 이산화탄소 농도 1% 이상에서는 다수의 식물조직이 숙성 호르몬인 에틸렌에 둔감해져서 후숙(senescence), 노화에 따른 신선도 저하가 느리게 진행된다. 그러나, 이산화탄소가 너무 다량일 경우 식물조직을 손상시킬 수도 있어서, 그 허용한계 이산화탄소 농도는 각 과채류의 품목에 따라 다르다. 한편, 이산화탄소는 지방이나 유지에도 용해되는데, 그로 인해 포장 외형이 붕괴되고, 이취(off-flavours)가 발생하며, 육류 생선의 수적(excess drip), 신선 식품의 변색 등이 유발될 수 있다. 더구나, 이산화탄소는 다른 기체보다 포장재 투과율이 훨씬 더 높은 성질이 있다.
이와 같이, 환경기체조절포장에 반드시 필요한 이산화탄소를 포장 내에 높은 농도로 유지하기 위해서는 이산화탄소를 직접 제품에 주입하는 능동적인 방법이 이용되며, 주입된 이산화탄소 등의 기체가 투과되지 않도록 고차단성의 포장재를 사용하여야 함은 물론, 포장재의 결함이나 유통중 부주의에 의한 기체의 누출을 방지해야 한다. 그러나, 이들 환경기체조절포장 제품의 포장결손 또는 기체누출 여부를 직접 확인할 수 있는 방법은 아직까지 개발되어 있지 않아 이화학적 분석에만 의존하고 있는 형편으로, 이 분야에 관한 기술 개발이 시급한 실정이다.
한편, 생산제품의 숙성도를 확인하지 않은 상태로 출고하는 대다수 김치업체에서 제품생산 및 유통 중 품질관리가 가능하도록 하기 위해, 포장 내부 기체조성 변화에 의한 효과적인 김치의 숙성도 감지기법이 개발된 바 있다(참조: 김치의 숙성도 감지재 및 그를 이용한 김치의 숙성도 감지방법; 대한민국 특허출원 제 96-8028호). 이 방법은 김치의 숙성 과정 중 발생하는 발효산물인 이산화탄소 및 각종 휘발성 유기산과 반응하여 색깔이 변화하는 발색제를 지시계(indicator)로 김치 포장재에 도입함으로써, 김치의 숙성도를 육안으로 감지할 수 있게 하는 포장방법으로, 기체투과성이 우수한 고분자 필름봉투에 이산화탄소 흡수제와 염료시약을 함께 섞어 넣은 다음 밀봉하여 지시계를 구성하고, 이를 포장 내에 부착하여 내용물의 숙성정도를 지시계의 색깔로서 간접적으로 확인한다. 그러나, 이 방법은 구성된 지시계가 손상될 경우 내용물 자체의 안전성을 위해할 염려가 있고, 또한 대량 생산되는 제품에 적용하기에는 작업상의 번거로움과 사용상의 불편을 야기하는 문제가 있다.
따라서, 환경기체조절포장에 있어서, 제품의 포장결손 또는 기체누출 여부를 직접 확인할 수 있고, 지시계의 손상으로 내용물의 안정성을 위해할 염려가 없는 포장방법이 절실히 필요하게 되었다.
이에, 본 발명자들은 종래의 작은 봉투(sachet) 형태의 지시계가 갖는 문제점을 해결하고, 포장을 개봉하지 않고도 포장 결손 또는 기체누출 여부를 확인할 수 있는 지시계가 함입된 필름재를 개발하기 위해 예의 연구 노력한 결과, 환경기체조절포장에서 포장 내부에 함입되는 이산화탄소와 반응하여 포장의 결손 또는 기체누출 여부를 육안으로 감지할 수 있게 하는 지시계가 함입된 다층필름재를 제조하여 이를 포장방법에 이용함으로써, 제품의 포장을 뜯지 않고도 내용물의 신선도를 포장 내부에 부착된 지시계의 색깔 변화로 인지할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
결국, 본 발명의 주된 목적은 신선 식품에 사용되는 환경기체조절포장에서 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기의 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기의 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재를 이용한 포장방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예인 기체누출 감지 지시계가 함입된 3층구조 필름재를 모식적으로 나타낸 그림이다.
이하에서는, 본 발명의 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재 및 그의 제조방법에 대하여 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재는, 이산화탄소 흡수제와 발색제(또는 염료시약)를 1 : 0.05 내지 0.5의 중량비율로 혼합한 후, 이를 다시 고분자 수지에 50 내지 1500%의 중량비율로 혼합하고 콤파운딩(compounding)하여 마스터 뱃치 펠릿(master batch pellet)을 형성하며, 전기에서 형성된 마스터 뱃치 펠릿을 다시 상기의 고분자 수지에 0.1 내지 20% 중량비율로 혼입한 후, 압출성형(extrusion blowing)하여 지시계 필름을 성형한 다음, 전기에서 성형된 지시계 필름을 중간층으로하고, 외층과 내층의 고분자 수지로 구성되는 3 내지 7층의 다층필름재를 적층(lamination)하여 제조한다.
본 발명의 기체누출 감지 지시계 함입 지시계의 제조방법에서, 이산화탄소를 흡수하여 물분자를 생성하는 흡수제로는 산화칼슘, 수산화칼슘 또는 수산화나트륨 등이 사용될 수 있고, pH 범위에 따라 색깔이 변하는 발색제는 니트로페놀(4-nitrophenol), 메틸 레드(o-carboxybenzene-azodi-methyl -aniline), 브로모크레졸 퍼플(dibromo-o-cresol-sulphone-phthalein), 브로모크레졸 그린(tetrabromo-m-cresol-sulphone-phthalein), 브로모티몰 블루(dibromo- thymol-sulphone-phthalein), 브로모페놀 레드(dibromo-phenol-sulphone- phthalein), 클로로페놀 레드(dichloro-phenol-sulphone-phthalein) 또는 아조리트민(리트머스) 등이 사용될 수 있다.
이때, 지시계로서의 기능을 발휘할 수 있도록 하는 발색제의 색깔변화 기작은, 식품과 접촉하는 내층의 필름은 기체가 자유로이 투과되는 층으로서 포장 내부의 이산화탄소가 지시계 필름으로 확산되어 흡수제에 흡수되면서 화학반응을 일으켜 물분자를 생성하게 되고, 여기에 이산화탄소가 계속 용해되어 이들 혼합물 전체의 pH를 저하시킴으로써, 발색제의 색깔이 변하여 유지되다가, 포장의 결손 또는 기체의 누출로 이산화탄소의 농도가 낮아지게 되면, 다시 지시계의 색깔이 변화하게 되는 것이다.
또한, 구체적으로 사용 가능한 고분자 수지는 천연 또는 합성 재질의 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴클로라이드, 에틸렌비닐알코올, 실리콘 또는 셀로판(셀룰로오즈 아세테이트) 등과 이들의 공중합체가 있으며, 이러한 고분자 수지는 종이나 섬유, 또는 다른 재질의 소재에 고분자 필름을 형성할 수 있으므로, 본 발명에서는 종이나 섬유, 또는 다른 재질의 소재를 이용한 포장도 가능하다.
한편, 상기에서 제조된 기체누출 감시 지시계 함입 다층필름재를 신선 식품의 환경기체조절포장용 용기의 뚜껑재(lid film) 또는 포장재로 사용하거나, 신선 식품을 환경기체조절 포장할 때 지시계 부분이 다층필름의 중간내층에 함입되도록 뚜껑재 또는 포장재 사이에 적층하여 포장할 수 있는데, 이럴 경우 이에 함유된 발색제 등의 화학약품이 고분자 필름 밖으로 유출되어 포장 내용물을 오염 또는 손상시킬 염려가 없다는 장점이 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게서 자명할 것이다.
실시예 1: 브로모크레졸 퍼플 지시계 함입 다층필름재
지시계 필름을 구성하는 고분자 수지로서 폴리에틸렌을, 이산화탄소 흡수제로서 수산화칼슘(Ca(OH)2)을, 발색제로서 브로모크레졸 퍼플을 사용하여 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재를 제조하였다: 수산화칼슘 1.1kg과 브로모크레졸 퍼플 100g을 고르게 혼합한 후, 저밀도 폴리에틸렌 수지 1.1kg과 함께 혼합기(mixing roll)에 넣어 다시 고르게 혼합한 다음, 소형 압출기에서 콤파운딩하여 첨가물 농도 50%(중량기준)의 마스터 뱃치 펠릿을 성형하였다. 전기 단계에서 성형된 마스터 뱃치 펠릿 1kg을 동일한 저밀도 폴리에틸렌 수지 10kg과 함께 섞어 고르게 혼합한 후, 150℃로 가열된 압출기에 주입하여 원료가 완전히 혼합, 용융되면서 압출, 성형되도록 하여 결과적으로 첨가물 농도 5%(중량기준)의 브로모크레졸 퍼플 지시계 필름을 얻었다. 이를 나이론(외층)과 폴리에틸렌(내층, 접착층)으로 구성되는 2층 필름 사이에 적층하여 결과적으로 지시계를 포함하는 3층의 다층필름을 구성하였다(참조: 도 1). 이러한 다층필름을 플가스틱 성형용기의 뚜껑재(lid film)로 사용함에 있어 대조구는 다층필름을 그대로, 비교구는 다층필름에 2 내지 3개의 핀홀을 뚫은 다음, 500g의 신선한 절단 양배추와 함께 고차단성 포장용기에 열접착하여 포장하고, 상온에 저장하면서 뚜껑재의 지시계 색변화를 관찰하였다. 그 결과, 대조구는 시간의 경과에 따라 초기에 진한 청색이었던 지시계가 점차 녹색 또는 밝은 연두색으로 변하였으나, 비교구는 초기의 청색을 그대로 유지하여, 본 발명의 지시계 함입 다층필름재가 포장내부의 환경기체가 조절되는 정도를 잘 나타내는 것을 알 수 있었다.
실시예 2: 메틸 레드 지시계 함입 다층필름재
이산화탄소 흡수제로서 산화칼슘을 사용하고, 발색제로서 메틸 레드와 함께 미량의 수분(중량 기준 1% 이하)을 첨가하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 메틸 레드 지시계를 포함하는 다층필름을 제조하였다. 그런 다음,신선한 우육 500g을 고차단성 플라스틱용기에 넣고 상기 실시예 1과 동일하게 뚜껑재를 대조구와 비교구로 구분하여 질소(70%)와 이산화탄소(30%)의 혼합기체를 충진한 후, 열접착하여 포장하고, 저온(5℃)에 저장하면서 뚜껑재의 지시계 색변화를 관찰하였다. 그 결과, 대조구는 시간의 경과에 따라 초기에 노란색이었던 지시계가 점차 주황색, 빨간색으로 변하였으나, 비교구는 초기의 노란색을 그대로 유지하여, 본 발명의 지시계 함입 다층필름재가 포장내부의 환경기체가 조절되는 정도를 잘 나타내는 것을 알 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 신선 식품의 상품성 제고를 위한 환경기체조절포장의 기체누출 감지 지시계가 함입된 다층필름재, 그의 제조방법 및 그를 이용한 기체누출 감지 기능의 포장방법을 제공한다. 본 발명의 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재를 이용한 포장방법에 따르면, 내용물의 이화학적, 미생물학적 분석과 같은 번거로운 직접 확인단계를 거치지 않고도 제품의 포장을 뜯지 않은 채 포장내 환경기체조절 여부를 포장재 필름 자체에 부착된 지시계의 색깔 변화로 인지할 수 있으므로, 본 발명을 시판되고 있는 신선 식품의 환경기체조절포장 제품에 폭넓게 적용할 경우, 현재 생산 제품의 결함여부를 하나씩 확인하지 않고도 출고할 수 있다. 또한, 이러한 경제적이면서 효과적인 감지기술을 이용함으로써, 제품 생산 및 유통중의 품질관리가 가능하여 신선 식품의 상품성 제고에 따른 판매 촉진효과를 기대할 수 있고, 소비자 입장에서는 신선 제품의 포장상태 결함여부를 손쉽게 알아볼 수 있는 편리성을 갖게 된다.

Claims (7)

  1. 이산화탄소 흡수제와 발색제(염료시약)를 1 : 0.05 내지 0.5의 중량비율로 혼합한 후, 이를 고분자 수지에 50 내지 150%의 중량비율로 혼합하고, 콤파운딩(compounding)하여 마스터 뱃치 펠릿(master batch pellet)을 형성하는 공정;
    전기 공정에서 형성된 마스터 뱃치 펠릿을 다시 고분자 수지에 0.1 내지 20% 중량비율로 혼입하고, 압출성형하여 지시계 필름을 성형하는 공정; 및,
    전기 공정에서 성형된 지시계 필름을 중간층으로 하고, 외층과 내층의 고분자 수지로 구성되는 다층필름재를 적층(lamination)하는 공정을 포함하는 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    이산화탄소 흡수제는 산화칼슘, 수산화칼슘 또는 수산화나트륨인 것을 특징으로 하는
    기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    발색제(염료시약)는 니트로페놀(4-nitrophenol), 메틸 레드(o-carboxy benzene-azodi-methyl-aniline), 브로모크레졸 퍼플(dibromo-o-cresol -sulphone-phthalein), 브로모크레졸 그린(tetrabromo-m-cresol -sulphone-phthalein), 브로모티몰 블루(dibromo-thymol-sulphone -phthalein), 브로모페놀 레드(dibromo-phenol-sulphone-phthalein), 클로로페놀 레드(dichloro-phenol-sulphone-phthalein) 또는 아조리트 민(리트머스)인 것을 특징으로 하는
    기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    고분자 수지는 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리비 닐클로라이드, 폴리비닐리덴클로라이드, 에틸렌비닐알코올, 실리콘 또 는 셀로판(셀룰로오즈 아세테이트)인 것을 특징으로 하는
    기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    다층필름재는 3 내지 7층인 것을 특징으로 하는
    기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재의 제조방법.
  6. 제 1항의 다층필름재 제조방법으로 제조된 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재.
  7. 제 6항의 기체누출 감지 지시계 함입 다층필름재를 용기의 뚜껑재 또는 포장재로 사용하여 신선 식품을 포장하는 단계를 포함하는 기체누출을 감지할 수 있는 포장방법.
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