시중에 유통되는 식품의 원산지나 보관상태, 재고관리 등을 손쉽게 파악해서 안전한 제품만 소비자에게 판매될 수 있도록 정보를 제공하는 신개념의 지능형 포장재가 상용화될 전망이다.  

‘지능형 식품 포장’이란 식품의 유통과정이나 저장 중에 다양한 원인에 의한 품질저하 등의 현상을 차단하고 식품의 유통·저장 과정에서 안전성과 품질을 유지시키는 의사결정을 지원하는 기술적 시스템을 말한다.

전통적인 식품포장의 기능에 부가적으로 품질유지, 보존향상, 다양한 정보 전달의 역할을 수행하는 새로운 포장 기술이 개발되면서 지능형 포장에 대한 관심이 높아지고 있다.

동국대 지능형농식품포장연구센터(센터장 이승주 교수)는 2010년 9월부터 ‘농림축산식품연구센터지원사업’으로 진행된 지능형 식품포장 연구 결과 지시계, 센서, 정보통신기술(IT)을 접목한 융합포장 등을 개발하고 최근 중간 결과물에 대한 설명회를 개최했다.

이에 따르면 지시계(Indicators)는 어떤 물질의 존재 유무에 대한 정보 또는 두 물질간 반응 정도를 색변화와 같은 형태로 나타내는 도구다. 지시계는 수용기(Receptor)와 변환기(Transducer) 구성 요소가 없으며 직접적인 시각적 변경을 통해 정보를 전달한다는 점에서 센서(Sensors)와 차이가 있다.

색 변화를 통해 식품의 품질 상태를 확인하는 시간-온도 이력지시계의 경우 식품의 제조에서부터 최종 소비단계까지의 전체 혹은 부분적인 온도 이력의 효과를 감시 기록하고 누적해 나타내는 간단하고 저렴하면서 사용하기 쉬운 장치다.

시간-온도 지시계는 효소 및 미생물 등을 이용해 시간-온도에 따라 색변화를 일으키는 라벨형태의 지시계로서, 식품의 유통 저장 중 발생되는 품질변화를 판별할 수 있다. 이 기술은 식품 소비자 및 판매자, 유통관리자 모두 식품의 품질변화 여부를 색변화를 통해 간편하게 확인할 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다.

특히 식품 및 의약품용 안전성이 확보된 소재를 이용해 개별식품 맞춤형 시간-온도 이력지시계의 제작이 가능하며, 지시계 파손으로 내용물이 유출되더라도 안전 문제를 걱정할 필요가 없다.

경제성 면에서는 개개 포장식품의 품질상태를 유통 및 저장 중에서 실시간으로 관찰하게 됨으로써 소비자의 인식개선, 유통 및 저장의 효과적인 관리도구가 될 수 있으며, 친환경 안전성이 확보된 고품질 고부가가치 식품 패키징 개발분야에대한 기술개발 전략을 제공할 수 있는 이점이 있다.

현재 포장육제품이나 우유, 포장김치 등을 대상으로 지시계의 색변화와 식품의 품질변화의 상관성과 현장 적용을 통한 효과 및 활용가능성을 완료한 상태이다.

종류별 기술내용을 보면, 효소형 시간-온도 이력지시계의 경우 효소안정화 기술이 적용된 ARCzyme의 산화-환원반응에 의해 온도 의존적으로 색이 변화하는 지시계로서, 포장육제품, 우유 및 포장김치 등을 대상으로 테스트가 끝났다.

미생물형 시간-온도 이력지시계는 미세 고정화된 내냉성 유산균이 온도 의존적으로 유산을 생성해 색이 변화를 시간-온도 이력지시계로서, 포장육제품, 김치 등을 대상으로 테스트를 완료했다.

인쇄형 시간-온도 이력지시계는 산환-환원 염료 및 반도체를 이용해 반응물질계가 잉크로 제작돼 종이나 플라스틱, 유리, 금속 등 다양한 지지체에 곧바로 인쇄 가능한 지시계다.

마지막으로 RFID 융합 시간-온도 이력지시계는 RFID와 융합된 제품으로 스스로 전압을 출력하는 전지형 시간-온도 이력지시계이다.

색변화를 통한 식품의 품질변화를 확인하는 신선도 가스지시계(GI)는 식품의 오염, 부패에 의한 변질에 대한 특이적인 검출이 가능하도록 하고, 특히 김치나 막걸리, 홍어 등 한국전통발효식품에 집중 적용시킨 기술이다.

가스지시계는 전문 장비의 도움 없이 유통관련업자 및 일반 소비자도 육안으로 쉽게 지시계의 시각적 변화 관찰이 가능하고, 식품의 품질변화 과장에서 적은 양의 기질이라할지라도 증폭을 통해 발생하는 암모니아를 높은 민감도로 검출할 수 있어 특히 전통발효식품의 소비 촉진 및 소비자의 신뢰도 향상을 통한 시장경쟁력을 확보할 수 있다는 것이 장점이다.

종류별 기술내용을 보면, 발효어류용 신선도 가스지시계의 경우 발효어류의 지표물질인 암모니아를 토대로 숙성정도를 나타내는 색변화를 통해 유통업자나 소비자에게 식품 정보를 제공할 수 있는 기술이다.

발효식품용 이산화탄소 지시계는 비가역적 이산화탄소 기반 지시계로서 발효식품의 숙성에 따라 발생하는 이산화탄소에 의한 시각적 변화로 전문장비 없이 육안으로 관찰 가능하다.

위해미생물 지시계는 그람 음성 박테리아의 감지를 통한 통합형 위해 미생물 항체지시계이며, NAD 합성효소를 기반으로 농식품에서 발생하는 암모니아를 검출해 식품 신선도를 파악하는 신선도 가스지시계도 있다.

이들 가스지시계는 현재 시제품 개발 단계로, 기술의 스케일업을 통해 식품의 신선도 및 부패여부를 조기 검출함으로써 안전한 식품유통시스템 도입 및 부가가치 향상을 꾀하고, 기능성 포장산업에도 적용할 수 있을 것으로 예상된다.

지능형 식품포장재 연구를 주도하고 있는 이승주 동국대 교수는 “지시계는 제품이 유통되는 단계에서 시간과 온도정보 등을 통해 냉동식품 등이 얼마나 규정에 맞게 관리됐는지, 누구에게 언제 전달됐는지 고객에게 정보를 제공함으로써 제품에 대한 신뢰를 높일 수 있다”며, “지시계를 사용할 경우 특히 신선식품이나 친환경식품의 원산지 표시 및 품질에 대한 이력추적이 가능해 건전한 유통망에 대한 믿음을 더하게 되므로 매출 증대 및 부가가치 향상 효과를 거둘 수 있다”고 강조했다.

연구사업에 참여하고 있는 동국대 이종태 교수는 “우리나라의 RFID 센서나 USN 기술은 전세계적으로도 앞섰지만 산업화가 더딘 상황이다. 향후 지니정보시스템이라든지 위치기반 기술의 응용으로 볼수 있는 빅데이터나 인공지능, RFID 등이 결합될 수 있다”며 “이를 활용할 경우 공급자 입장에서는 생산제품의 유통과정 중 재고 파악이 가능하고 소비자 입장에서는 자신이 주문한 제품이 어디쯤 오고 있는지, 전반적인 유통망의 온도관리가 제대로 되고 있는지를 확인할 수 있다.”고 설명했다.

이 교수는 또 “2년전 횡성한우와 시범사업을 진행했고 현재 본격 상용을 위한 3차 시범사업을 협의중이다. 국산 횡성한우의 경우 원산지 표시가 중요한만큼, 마트 등 매장 판매 제품은 별 문제가 없지만 온라인 주문량이 늘고 있는 상황에서 원산지에 대한 의구심을 해소할 수 있는 방안으로 도축에서부터 유통까지 큐알(QR)코드로 품질 및 이력정보를 제공하는 방향으로 진행되고 있다”고 말했다.

한편, 정부가 ‘식품이력추적제도’를 강화한다는 방침아래 2년 전부터 건강기능성식품과 영유아식품에 의무화한데 이어 앞으로 확대할 계획이지만 솔루션은 아직 확보되어 있지 않은 상황이어서 관련업체들의 지능형 포장기술 도입은 새로운 사업모델을 제시할 것으로 전망되고 있다.