일본 포장기술 편람(포장의 기능과 그 역할) - 12 부가가치를 높이는 기능성 포장(2)

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(3) 기능성 포장에 관련하는 여러 기술

기능성 포장에 대해서, 다양한 기술 용어가 사용되고 있다. 주된 기술용어에 대해서 설명한다.

1) Active package, Intelligent package, Smart package

이들 용어에 대해서는, 일본에서는 정해진 정의가 있는 것은 아니지만, EU 규격에서 active package와 intelligent package의 개념이 나타나 있다. 이를 정리하여 이하에 나타낸다,

① Active package: 포장식품의 보존성을 위해 보존성에 양행을 주는 물질을 방출 또는 흡수시키는 구조를 도입한 포장. 구체적으로는, 항균성 포재나 탈산소제, 수분 조절제, 탈취제 등을 사용하는 포장으로 해석 가능하다.

② Intelligent package: 포장식품의 환경 상태를 모니터 하고, 그 결과의 표시 기능을 갖는 포장, 구체적으로는, 온도 이력이나 산소농도, 충격도 등을 나타내는 라벨 등을 갖춘 것이다. 모니터 기능을 갖는 RFID가 부속한 것도 제안되고 있다. 한편, 예전부터 있는 흡습 상황을 나타내는 착색 실리카겔을 갖춘 포장도 이것에 해당한다고 할 수 있을 것이다.

③ Smart package: Active packaging, Intelligent packaging, Smart packaging이라고 하는 용어는, 식품, 의약품, 그 외 몇가지의 종류의 제품과 함께 사용되는 package 및 packaging system을 가리키고 있다. 보존기한의 연장, 신선도의 감시, 품질에 관한 정보의 표시, 안전성의 향상, 편리성의 향상 등에 도움을 주는 package이다. Smart package의 정식적인 정의는 없지만, 이들 3가지의 단어는 밀접하게 관련되어 있다. Smart package의 단어의 사용방법으로서는, 예를 들어, “Intelligent 라고 smart한 package는, 통상, 제품의 속성, package의 내부 상황, 또는 수송 환경을 감지 또는 측정하는 기능을 포함한다” 라고 하는 사용방법으로 된다. 또한, 해외의 Marketsand Marker사의 2015년 5월 20일 발행의 조사 보고서의 사용에서는, Smart Packaging Market by Technology(active, intelligent, and MAP), Industrial Vertical(Food & Beverages, Automotive, Healthcare, Personal care, and Others) & Geography Global Forecast to 2020)으로 되어 있다. Smart packaging은 구체적으로는, active package(보호 기능 강화), intelligent package(통신 기능에 집중), MAP(Modified Atmosphere Package) 등의 기능성을 포함하는 package의 개념으로 인식되어 있다. 더 나아가 소비자와 기업이 양방향으로 정보 전달을 행하는 interactive packaging이라고 하는 개념이 있다.

2) CA 저장과 MA 포장

청과물의 저장 기간을 길게 하기 위해서, 각각의 성과물을 합하여 최적인 보존 온도, 및 산소, 질소, 이산화탄소 등의 최적 환경 중의 가스 조성을 조사하고, 그 조건에서 저장하는 것이 고려되고 있다. 이 방법을 CA(Controlled atmosphere 대기 제어) 저장이라고 부른다. 일본에서는 사과의 저장에 이용되고 있다.

포장 내에서 이와 같은 것을 하는 것은 극히 어려운데, 청과물이 행하는 호흡 작용에 맞춰, 포재의 barrier성을 선정하고, 대기 가스 조성을 CA 저장의 조건에 가까워지게 하는 것은 가능하다. 청과물에 한하지 않고, 가스 치환이나 포재의 선정에 의해, 포장 내의 대기 가스 조성을 어느 정도 제어하고, 보존성을 향상시키는 것이 가능하다. 예를 들어 질소 가스와 탄산가스를 봉입하는 방법으로, 산소의 저감화와 이산화탄소에 의한 균의 증식 제어가 기대 가능하다. 이렇듯 포재와 대기 가스 조성의 선정에 의해, 보존성을 향상시키는 방법을 MA(Modified atmosphere) 포장이라고 부른다.

3) 미세공(微細孔) 선도유지 포장, partial seal 포장

같은 MA 포장에서도 가공식품에 이용하는 것과 청과물에 이용하는 것에서는 다소 개념이 다르다. 일반의 가공 식품에서는, 외부로부터의 산소의 투입이 주로 문제로 된다. 따라서, 산소 barrier성이 있는 포재를 이용하는 경우가 많다. 한편, 청과물의 경우, 호흡 작용을 고려할 필요가 있다. 호흡으로 저산소 상태로 되고, 열화가 빨라지는 타입의 야채에 대해서는, 저 산소 barrier성인 포재가 요구된다. 하지만, 산소 가스 barrier성이 낮은 필름, 예를 들어 PP 포재로 포장하여도, 포장 내가 저산소로 되는 야채가 존재한다. 그래서, 포재에 미세한 구멍을 뚫어, 적당한 산소의 유입을 시키는 것에 의해, 포장 내를 적절한 대기 가스 환경으로 하고, 선도유지를 향상시키는 기술이 개발되었다. 한편, 구멍을 대신하여, seal 부에 미세한 공극(孔隙, 빈틈)을 남겨, 가스 투과성을 조정하는 방법을 partial seal 포장이라고 부른다. 이들의 방법은 수분의 일탈을 막은 것도 고려되고 있다. 공극을 여는 방식에 따라, 가스 투과 거동을 조절 가능하고, 다양한 야채에 응용 가능하다. 단, 야채와 유통 저장 조건에 맞춰 구멍 또는 seal 형상을 검토할 필요가 있다.

(4) 여러 기능성 포장(포재)

기능성 포장을 종래보다도 새롭게 우수하다고 생각되는 기능을 갖고 있는 포장으로 정의하면, 앞으로, 다수의 기능성 포장이 나올 가능성이 있다. 본 기술 편람에서도 다양한 기능성 포장이 소개되고 있다. 여기서는, 다수 존재하는 barrier 포재를 분류하여 나타내고, 또한, 특징이 있는 기능성 포장(포재)을 2가지 제시해 둔다.

1) Active barrier와 Passive barrier 포재

식품이나 의약품 등에서는, 포재의 기체 차단성(barrier성)이 필요한데, 산수 흡수 기능을 가진 barrier 소재를 active barrier 포재로 하고, 이와 대비하여 통상의 barrier 소재를 passive barrier 포재라고 부르게 되었다.

알루미늄박 등의 금속 포재도 passive barrier 포재인데, 투명성이나 전자레인지 적성, 코스트 등의 점에서, 플라스틱 barrier 포재가 각종 검토되어 왔다. 플라스틱의 passive barrier 포재에는 이하의 것이 있다.

① EVOH: ethylene vinyl alcohol 공중합체

② MXD 6 nylon: m-xylylenediamine(MXDA)와 adipic acid와 중합 수지

③ PVDC: 폴리 염화 비닐

④ Nano composite계 수지: 층상 무기물 montmorillonite나 합성 mica 등의 초 미립자를 PVA 등의 수지에 혼련시킨 것

⑤ 각종 증착 기법에 의한 barrier재: 알루미늄 증착, 실리카 증착(SiOx), 알루미나 증착(Al2O3), 탄소를 필름이나 플라스틱 병에 증착하는 기법에 의한 것

한편, active barrier 포재는, 산수흡수재를 구조 내에 함유하는 포재로, 포장 내의 산소의 침입을 억제하는 것만이 아닌, 용기 내의 잔존 산소를 흡수한다. 별도로 탈산소제를 이용하는 방법도 기능성 포장으로서 이용되고 있지만, 액상이나 유통상 식품에는 내용물이 탈산소제에 접촉할 가능성이 있기 때문에 사용이 꺼려진다. 그러므로, active barrier 포재는 유동상의 식품이 많은 레토르트 식품 포장에 이용되고 있다고 할 수 있다.

2) 역류 방지 밸브 포장

Barrier성이 있는 포장 형태에서도, 개봉된 후는, 외기가 유입하기 때문에, 용존 산소가 증가하고, 식품의 산화 열화를 일으키게 된다. 특히 개봉하고 나서 다 소비하기 까지의 기간이 길고, 예를 들어 간장과 같은 상품은 그 점이 과제였다.

역류 방지 밸브 포장을 이용한 포장은, 한가지의 해결책으로, 연포장의 파우치에 역류 방지 밸브 구조를 가진 추출 노즐을 부착한 것이다. 연포장 파우치에 액상식품을 공기가 들어가지 않도록 밀봉 상태로 포장한다. 연포장 파우치가 barrier 소재라면, 보존 중의 산화 열화를 방지 가능하다. 도7.15는 역류 방지 밸브 포장의 구조 예인데, 이 경우, 추출 노즐의 선단을 개봉하는 것에 의해, 액상 식품을 취출하는 것이 가능하다. 한편, 사용 후에도 추출 노즐이 역류 방지 밸브 구조이기 때문에, 공기가 내부로 유입되지 않아, 산화를 막은 구조로 되어 있다. 내용물이 배출되기 때문에 연포장 파우치는 수축하고, 자립이 어렵기 때문에, 역류 방지 밸브 포장의 제품은, 통상은 2중 구조로 되어 있고, 외측의 포장체가 내장을 지지하는 구조로 되어 있다.

도7.15 역류 방지 밸브 포장의 예

3) 생물 모방 포재(biomimetics)

생물이 가진 우수한 기능이나 원리를 모방하는 기술 분야가 주목되고 있다. 포재 관계에서도 예를 들면, 강도를 내기 위해 벌집을 모방한 honeycomb 구조의 pallet이나 완충재 등이 있다.

연(蓮) 잎이 물방울을 튕겨내는 상황을 lotus 효과라고 부르고, 미세 구조와 표면의 구조 특성에 따른다. 이것도 내용물이 부착하지 않는 요구르트의 뚜껑으로서 이용되고 있다. 소수성의 미립자가 일정량 혼입된 heat seal겅 lacquer를 기재에 도포하면 이러한 구조가 나오고, heat seal 성이 있고, 내용물이 부착하지 않는 뚜껑재로 된다.

표면을 미세 가공하는 nanoimprint의 기술 전개가, LSI 등의 분야에서 사용되고 있다. 표면을 나노미터 사이즈로 가공하는 기술인데, 양산화가 가능한 것만으로, 포재의 분야에서도 다양한 전개의 가능성이 예상된다. 예를 들어 표면의 요철에 의한 빛의 산란 작용으로, 비단벌레를 모방한 것 같은 복잡한 가식 기술이 nanoimprint로 실현 가능하다.

이러한 생물 모방기술은, 흉내내는 것으로 원리를 생각하여, 새로운 기술을 낳는 것이 가능하다. 포재 재료 가공 기술로서 주목해야만 하는 분야이다.

여기까지 "포장의 기능과 그 역할"을 마침과 동시에 제1편인 포장과 사회와의 관계를 마칩니다. 이제 드디어 1편을 마치나 봅니다. 물론 미리 해 놓은 것들도 있어, 다른 편들 보다는 조금 짧게 끝났겠지만, 이제부터 시작되는 2편부터가 진짜 장기전이 될 것 같습니다. 죽기 전에 되려나요?