김치숙성조절용 항균세라믹 충전 LDPE필름

김광섭, 선흥석,  박찬영

전남대학교 공과대학 응용화학공학부

LDPE packaging film containing disinfecting ceramic powders for preservation of preferable taste of korean Kimchi and for inflation inhibition.

Kwang-sub Kim, Heung-suk Sun, Chan-Young Park

Faculty of Applied Chemical Engineering, college of Engineering,

Chonnam National University, Kwangju 500-757, Korea

1. 서  론

우리나라는 김치의 종주국으로서 김치를 국제식품화할뿐 아니라, 현대사회의 식생활의 변화로 인해 김치의 산업화가 필요하게 되었다. 그러나 김치는 발효식품으로서 장기간 저장 유통하는 데 애로점이 있다. 김치는 발효 숙성시 초기에 관여하는 이상발효 젖산균인[1] Leucomostoc mesenteroides, Lactobacillus brevis등이 생산하는 이산화탄소로 인하여 김치포장용기의 팽창현상을 일으켜 제품을 파손할뿐 만 아니라 용기 내의 김치가 겉돌아 상품의 저하을 유발시킨다.  이와 같은 문제를 해결하기 위해서 많은 연구가 진행되고 있다.  홍[2]등은 Ny/PE, PET/Al/PE, Ny/CPP의 이산화탄소 투과성이 높은 필름을 사용하여 김치의 품질변화와 팽창방지 등에 대한 실험을 하였으며 한[3]은 LDPE, HDPE, PVC 등을 사용하여 절임배추의 품질변화실험을 하였다.

현재 업체에서 사용하고 있는 포장재료들은 주로 기체투과성이 없는 PET/AL/PE와 같은 복합필름을 사용하고 있으며  저장 또는 유통 중 진행되는 발효에 의한 이산화탄소의 생성을 조절하기 위해 가스흡수제[4]를 부착하여 판매하고 있다. 본실험에서는 채소에 대한 생리활성 효과가 뛰어난 것으로 알려진 연자성 세라믹[5]을 은처리하여 항균능력을 부가한후 필름에 충진 시킴으로서 저장유통중에 발생하는 이산화탄소를 조절하고 김치의 신선도를 유지할뿐 아니라 항균능력을 지닌 단층포장재를 개발하고자 하였다.

2. 실  험

2-1. 연자성세라믹의 합성 및 은처리

전자파 흡수능이 좋은 것으로 알려진 연자성 세라믹은 Okutani[6]의 보고를 토대로 하여 산화제이철(57wt%), 산화망간(10wt%), 산화아연(16wt%) 및 산화마그네슘(17wt%)을 원료로 하였다. 이들을 위에 표기된 무게비율대로 칭량한 다음 분말들을 분쇄 혼합하였다. 이 혼합물을 증류수와 함께 혼합물 대 증류수를 1대 1.5  비율로 혼합한 다음 분쇄구의 무게 2에 대하여 혼합물 2.5의 비율로 2시간 습식혼합 분쇄하였다. 혼합 분쇄된 시료는 110℃로 유지시킨 항온건조기에서 48시간 동안 건조시켜 수분을 제거하였다. 건조된 덩어리를 분쇄하여 70mesh의 체를 통과시킨 다음 이 분말을 도가니에 넣어 1250℃에서 3시간 소성하였다. 이것을 다시 습식 ball milling 방법을 사용하여 2시간동안 분쇄하였다. 분쇄한 시료는 항온건조기에서 110℃로 충분히 건조시켜 준비하였다. 이 준비된 시료는 체로 쳐서 38□- 58□크기의 분말로 선별하여 사용하였다. 선별한 분말을 Wan의 함칩법[7]에 기록된 대로 질산은 수용액에 넣고 담지시켰다. 질산은 수용액중 질산은의 질량기준 함량은 2.0%로 조정하였으며 은이 세라믹표면에 고르게 흡착되도록 하기 위해 교반기로 교반하면서 24시간 동안 함침시켰다. 이 담지시킨 세라믹을 110℃에서 2시간 건조시킨 후 다시 도가니에 넣고 350℃에서 4시간 동안 소성하여 은을 표면에 입혔다.

2-2.은처리한 세라믹 충진포장재제조

연자성 세라믹 분말 2wt%와 LDPE수지를 믹서기에서 혼합한후 필름압출기에 넣고 170℃로 압출가공하여 제조하였다. 이때의 압출조건은 Die온도 170℃ Die직경 200mm, Rotating speed 500rpm, 필름폭은 25cm 두께는 30um, 70um의 필름을 생산했다.

2-3.필름의 물리적 특성조사

2-3-1. 필름의 인장실험

필름의 인장강도를 실험하기 위하여 필름을 인장시험기(Instron사 Model:6021)을 사용하여 온도 20C 습도 50%조건하에서 Tension을 증가시키면서 각필름의 인장강도를 실험하였다.

2-3-2.가스투과도 측정

필름의 가스투과도는 ASTM D1434-81에 준하여 자체 제작한 투과장치를 사용하여 산소 이산화탄소, 에틸렌가스에 대한 각각의 필름의 가스투과도를 측정하였다.

2-4.김치의 신선도 유지 실험

2-4-1. 김치

김치는 전남 장성군에 소재한 김치제조회사인 S사에서 당일 제조한 김치를 구입하여 실험에 사용했다.

2-4-2. 포장재 및 포장방법

김치포장에 사용된 포장재는 일반적으로 많이 사용될 뿐만 아니라 김치포장재로 적합하다는 보고[3]가 있는 LDPE(70um)와 LDPE에 연자성세라믹[4]의 함량을 달리 혼합하여 제조한 C3(3%, 70um), C6(6%, 70um)와 LDPE에 은처리한 세라믹함량 2%첨가하여 만든 두께 30um(AC30), 60um(AC60)의 포장재를 사용하여 실험하였다. 그리고 포장방법은 진공포장기에서 진공포장하여 20±2℃로 유지되는 저온실에 저장하면서 시간별로 채취하여 실험하였다.

2-4-3. 포장내 기체조성

포장내 기체조성 분석은 GC를 이용하였다. 즉 GC컬럼은 Carbosieve S-Ⅱ(80-100 mesh, Supelco, USA), 검출기는 TCD, Carrier gas는 He를 사용하였다. 칼럼의 온도는 35℃에서 6분간 유지한 다음 32℃/min 의 속도로 가열하여 225℃로 6분간 유지시키고, 주입부의 온도는 35℃, 검출기의 온도는 250℃로 고정시킨 상태에서 측정하였다. Gas-tight syringe를 사용하여 각 시료에서 채취한 기체를 200ul씩 GC에 주입한 다음 이로부터 얻은 Chromatogram으로 기체 조성을 분석하였다. 표준 가스조성은 산소, 질소, 이산화탄소, 일산화탄소를 함유하는 calibration gas(Supelco, USA)를 이용하였다.표준가스의 머무름 시간과 비교하여 각각의 기체를 동정하고 이들의 chromatogram의 변적비를 기체조성으로 나타냈다. 포장내의 기체조성을 측정하기 위해 진공포장을 하지 않고 밀봉포장을 한 포장구만을 대상으로 실시하였다.

2-4-5. 산도 및 pH측정

포장김치 250g을 분쇄기로 2분 30초간 마쇄하고 gauze 4겹을 사용해서 여과하여 여과액을 다음 분석실험에 이용하였다. 여과액 30ml을 취하여 pH meter(동원 메티칼) 로 pH를 측정하였고 산도는 0.1 NaOH로 pH 8.3이 될 때까지 적정한후 소비된 NaOH의 부피를 젖산으로 환산하여 표시하였다.

2-4-6.Total vitamic C 함량측정

VItamin C 측정법은  Hydrazine법[5]을 사용하였다.

2-4-7. 관능검사 및 팽윤성

관능검사요원으로는 김치관능경험이 있는 24 - 31세의 남성6명을 선정하여 실험의 취지를 인식시킨 후 실시하였다. 김치에 대한 관능적 품질평가는 신맛, 단맛, 쓴맛, 조직감, 기호도 등을 종합적으로 평가하여 맛의 정도를 평가하였다. 팽윤성은 김치포장재가 발효가 진행됨에 따라 가스가 발생하여 부풀어 오르는 현상을 파악하였다.

3. 결과 및 토론

3-1.필름의 인장실험

각 필름에 대한 인장시험을 한 결과 대부분 필름들이 단위 면적당 받는 힘은 비슷하였으나 은처리한 세라믹을 충전한 AC30필름이 인장강도가 높게 나타나 보강성은 좋은 필름이나 유동성에는 좋지 않은 결과를 보여주었다. C6필름과 AC60 필름은 기존LDPE필름과 비슷한 경향을 보였으며 C3필름은 보강성은 약하지만 유동성은 높은 것으로 나타났다.

3-2. 포장재의 기체투과도

각포장재에 대한 이산화탄소, 산소 ,에틸렌 가스를 가지고 투과성실험을 해본결과 Table1 1과 같이 나타났으며  이산화탄소와 에틸렌가스투과도 AC30,  AC60, C0 순으로 잘 투과되었고 산소의 경우 AC30이 가장 뛰어났고 그다음으로 AC60, C0순으로 투과가 진행되었다.

Table 1. Physical properties of packaging material.

Packing material	Thickness (um)	Carbon dioxide transmission rate	Oxygen transmission rate	ethylen gas transmission rate
LDPE	70	9.011	2.5203	3.999
C3	70	8.9574	3.3978	5.9711
C6	70	10.480	2.674	4.886
AC30	30	15.607	2.9453	16.245
AC60	60	9.2775	2.5509	4.357

3-3. 포장내 기체조성의 변화

김치포장저장중 포장재내의 기체 조성은 저장 초기에는 포장재의 재질에 따라 차이가 있었는데 저장초기 CO2 농도는 0.05%였는데 저장 2일후 LDPE, C3, C6, AC30, AC60 각각 23.18, 22.9, 18.79, 11.46, 38.71%로 급격히 증가하여 저장 4일후 최대로 변화하였다

3-4. pH변화 및 산도

각포장재에 김치를 진공포장하여 20℃에서 숙성을 시켰을 때의 pH 변화는 Fig. 1에서와 같이 C6, AC30, AC60포장재에서 pH감소가 적었으며 특히 AC30포장재의 감소가 적었다. 김치의 적숙기를 pH 4.0 -4.5[5]로 보았을 때 대조구 LDPE에 비해 적숙기의 기간을 3배 연장하였음을 볼수 있었다. 총산도의 변화도 pH와 비슷한 경향을 나타내었으며 pH의 감소가 큰 LDPE가 다른 포장재에 비해 총산도의 증가가 낮게 나타났다. (Fig. 2)

3-5. Total Vitamin C의 함량변화

Vitamin C 함량도 역시 숙성이 진행됨에 따라 감소하는 경향을 보여주었으며 LDPE와 다른 포장재들과의 사이에 별다른 차이를 보이지 않은 것으로 나타났으나 AC30포장재의 vitamin C 함량은 가장 높게 유지되었다.

3-6. 관능검사 및 팽윤성

저장중 김치의 종합적인 기호도에 대한 평가한 결과는 Table. 2과 같았다. 김치의 맛은 pH나 산도와 상호관계성이 있는 것으로 보여지며 pH나 산도가 높은 LDPE나 C3는 신맛과 쓴맛을 나타내며 질감이 좋지 않는 것으로 평가되었다. 그러나 pH나 산도가 낮은 AC30, AC60은 김치의 단맛을 내었으며 전체적인 기호도도 다른 것에 비해 뛰어났다. 다른 보고와 같이  pH가 4.0-4.5에서 가장 알맞은 맛을 내었으며 AC30이 가장 오랫동안 좋은 맛을 유지하였다. 이처럼 다른 포장제에 비해 은처리한 세라믹이 첨가된 AC30이 좋은 결과를 얻게 된 것은 은의 균에 대한 항균작용으로 인해 젖산균의 생장진행을 저해하는 역할을 하여 과다한 젖산균의 생장을 막아 pH나 산도의 값을 낮게 유지해 줌으로서 김치의 알맞는 맛을 유지해 준 것으로 보여진다. 이뿐 아니라 포장재의 기체투과성도 뛰어나 포장이 팽창되는 현상을 찾아 볼수 없었다. 그러나 LDPE의 경우 10일 경과 후 포장의 팽창으로 인해 김치의 품질과 상관없이 상품적 가치가 저하되었다.

Table 2. Sensory characteristics of kimchi during storage at 20℃.

	AC60	AC30	C6	C3	LDPE
Sour taste	4	5	3	1	2
Bitter taste	3	5	2	1	4
Sweet taste	3	1	2	4	2
Texture	1	2	3	2	3
Overall Guality	3	1	5	4	2

4. 참고문헌

1.이서래: 이화여자대학교 출판부, 141(1986)

2.김윤지, 홍석인, 박노현, 정태연: 한국식품과학회지, 26(1), 62(1994).

3.한응수: 한국식품과학회지, 26(3), 283(1994).

4.김광섭, 선흥석, 배경운, 박찬영: 한국생물공학회, 12(1), 35(1997)

5.일본약학회: 금원출판사, 940(1957)

6.구경형: 한국식품과학회지, 20(4), 476(1988).