항균 특성을 갖는 활성포장재료용 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)/4 차화된 키토산 유도체 복합필름의 제조

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As consumer interest in shelf life and high quality of fresh and minimally processed foods continues to rise, the demand for food packaging that can maintain freshness and inhibit deterioration has also increased. Antimicrobial active packaging is a technology designed to suppress microbial growth, thereby enhancing the safety and freshness of food products. In this study, an antimicrobial active film was developed by incorporating a quaternized chitosan derivative (HACC), a natural antimicrobial agent, into ethylene-vinyl acetate (EVA). The successful synthesis of HACC was confirmed using FTIR and 1H NMR analyses, and the incorporation of HACC into the film matrix was verified through XRD analysis. Compared with neat EVA films, the EVA/HACC composite films exhibited no deterioration in mechanical properties and retained their thermal stability. In food storage tests comparing unpackaged apples, apples stored in EVA films, and apples stored in EVA/HACC composite films, the EVA/HACC films demonstrated significantly reduced moisture loss and color changes. The EVA/HACC film exhibited strong antimicrobial activity, showing more than 90% inhibition against E. coli O157:H7 and S. epidermidis. Moreover, the antimicrobial durability test confirmed that this activity was maintained at approximately 90% or higher for up to eight weeks for both bacterial strains. Therefore, the developed EVA/HACC composite film is expected to serve as an effective antimicrobial active packaging material for the storage and distribution of fresh produce, thereby enhancing food safety and extending shelf life.

국문 초록 (Abstract)

소비자들의 신선하고 가공되지 않은 식품들의 보관기관과 좋은 품질에 대 한 관심도가 높아지면서, 식품을 보관하는 패키징에 대한 관심도와 수요가 증가하고 있다. 항균 활성포장재는 미생물의 성장을 억제하여 식품의 안전성 과 신선도를 유지하는 포장기술로 식품을 안전하게 보호할 수 있다. 본 연구에서는 천연 항균물질인 키토산을 개질한 4 차화된 키토산 유도체, HACC(hydroxypropyltrimethyl ammonium chitosan chloride)와 에틸렌 비닐 아 세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA)를 복합하여 항균 활성필름을 제작하였 다. 합성한 HACC 는 FTIR 과 NMR 분석을 통해 성공적으로 합성되었음을 확 인했으며, XRD 분석을 통해 필름 내 HACC 의 복합화를 확인했다. 해당 필름 은 기존의 EVA 필름과 비교하였을 때, 인장시험에서 물성이 떨어지지 않았 으며, 열적 특성을 유지하였다. 또한, 식품저장실험 결과 아무것도 없는 사 과, EVA 필름, EVA/HACC 복합 필름을 비교하였을 때 EVA/HACC 복합필름 에 보관한 식품의 수분손실도와 색변화가 적은 것을 확인할 수 있다. EVA/HACC 필름은 두 균, 대장균(E. coli O157:H7)와 표피포도상구균(S. epidermidis)에 약 90% 이상의 항균활성을 보였다. 항균지속성 실험결과 8 주 간 항균활성이 두 균주에 대해 약 90% 이상 유지되는 것을 확인하였다. 따라서 제작된 EVA/HACC 복합 필름은 신선식품 및 청과물의 저장과 유통 에 항균 활성필름 역할을 하여, 식품을 보다 안전하고 보존기간을 연장하는 패키징으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.1.1 기능성 포장재 개발 배경과 필요성 1
• 1.1.2. 활성포장재의 정의와 특징 2
• 1.1.3. 항균 활성포장재 6
• 1.2. 천연 항균 물질 6
• 1.2.1. 키토산 7
• 1.2.2. 키토산 유도체 10
• 1.3. 식품포장 필름 11
• 1.3.1. 식품포장 필름 종류 11
• 1.3.2. 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 11
• 1.4. 연구 목적 12
• Ⅱ. 실험 13
• 2.1. 재료 및 시약 13
• 2.2. EVA/HACC 복합필름 제조 14
• 2.2.1. HACC 파우더 합성 14
• 2.2.2 EVA/HACC 복합필름 제작 16
• 2.3. 화학적 분석 18
• 2.3.1. HACC 파우더 화학적 분석 18
• 2.3.2. EVA/HACC 복합필름 화학적 분석 18
• 2.4. EVA/HACC 복합필름 열적 및 물리적 특성 분석 19
• 2.4.1. EVA/HACC 복합필름 열적 특성 분석 19
• 2.4.2. EVA/HACC 복합필름 물리적 특성 분석 19
• 2.5. HACC 파우더 및 EVA/HACC 복합필름 항균 특성 평가 20
• 2.5.1. 박테리아 배양과 현탁액 제조 20
• 2.5.2. HACC 파우더의 항균 특성 23
• 2.5.3. EVA/HACC 복합필름의 항균 특성 23
• 2.6. 식품 보존 실험 24
• 2.6.1. 식품 샘플 준비 24
• 2.6.2. 중량 감소율 24
• 2.6.3. 갈변 지수 25
• 2.7. EVA/HACC 복합필름의 항균 지속성 평가 26
• 2.8. 통계 분석 26
• Ⅲ. 결과 및 고찰 27
• 3.1. 화학적 분석 결과 27
• 3.1.1. HACC 파우더의 FTIR, NMR 결과 27
• 3.1.2. EVA/HACC 복합필름의 XPS 결과 33
• 3.2. EVA/HACC 복합필름의 열적 및 물리적 특성 결과 35
• 3.2.1. EVA/HACC 복합필름의 DSC, TGA 결과 35
• 3.2.2. EVA/HACC 복합필름의 UTM, OTR 결과 41
• 3.3. HACC 파우더 및 EVA/HACC 복합필름의 항균 특성 결과 46
• 3.3.1. HACC 파우더의 항균 특성 46
• 3.3.2. EVA/HACC 복합필름의 항균 특성 48
• 3.4. 식품 보존 실험 결과 50
• 3.4.1. 중량 감소율 50
• 3.4.2. 갈변 지수 53
• 3.5. EVA/HACC 복합필름의 항균 지속성 56
• Ⅳ. 결론 58
• 참고문헌 60
• Abstract 65