어류 필렛 포장에서 수학적 모델링을 활용한 CO₂ 분압/부피 예측 및 품질유지를 위한 최적 기체조성비 탐색

박어진 경남대학교 대학원 2024 국내석사

Consumption of seafood products distributed domestically is mainly in raw form and consumer interest in freshness of seafood is also increasing. However, the current form of package and sale is not suitable for quality preservation, so in this study applied MA(modified atmosphere) packaging to flounder, rockfish, mackerel, japanese horse mackerel fillets to determine the quality preservation effect at low temperature and investigating optimal gas composition ratio. To prevent excessive contraction due to the solubility of CO₂ among gases used in MA packaging, mathematical modeling was used to predict the partial pressure of CO₂ and the volume of package, and compared with the experimental values and the possibility of application in designing MA conditions was confirmed. In order to investigate the optimal gas ratio, 100 g of flounder and rockfish fillets were placed in a PET tray and EVOH film pouch. Then flushing to 4 MA conditions (CO₂(60):O₂(30):N₂(10), CO₂(60):O₂(0):N₂(40), CO₂(30):O₂(30):N₂(40), CO₂(30):O₂(0):N₂(70)) and stored at 10℃ for 5 days. In case of mackerel and japanese horse mackerel fillets were placed in a PET tray and EVOH film pouch, and then flushing to 4 MA conditions (CO₂(60):O₂(30):N₂(10), CO₂(60):O₂(5):N₂(35), CO₂(60):O₂(0):N₂(40), CO₂(30):O₂(0):N₂(70)) and stored at 5℃ for each 13, 7 days. During storage period, gas composition in air package observed increase CO₂ and decrease O₂, while CO₂ composition in MA treatments was maintatined after dissolved into food. Low total volatile nitrogen contents was observed in MA treatments contained O₂. Total aerobic bacteria showed slow growth in MA treatments compared to air package, among them observed a growth inhibition effect in contained high CO₂ concentration. Peroxide value and TBARS is the oxidative indicators for red muscle fish and oxidative retardation was observed in MA treatments contained low O₂. And the color change of fish fillets due to oxidation was observed in CO₂(60):O₂(30):N₂(10) and air condition. Therefore, consider to the results of quality measurement, CO₂(60):O₂(30):N₂(10) is optimal MA treatment in flounder and rockfish fillets and CO₂(60):O₂(5):N₂(35) or CO₂(60):O₂(0):N₂(40) is optimal MA treatment in mackerel and japanese horse mackerel fillets about quality preservation. 국내 유통되는 수산물은 주로 날것의 형태로 소비가 증가하고 있으며 이에 따라 수산물 선도에 대한 소비자들의 관심 또한 높아지는 추세이다. 하지만 현재의 포장 및 판매 형태는 품질 보존에 적합하지 않아 본 연구에서는 변형기체(MA, modified atmosphere)포장을 넙치, 조피볼락, 고등어, 전갱이의 어류 필렛에 적용하여 저온에서의 품질 보존 효과를 확인하고자 하였다. MA 포장 시 사용되는 기체 중 CO₂의 용해성으로 인한 과도한 수축을 방지하기 위해 수학적 모델링을 활용하여 CO₂ 분압과 포장 부피를 예측하였고 실험치와 비교한 결과 MA 조건 설계 시에 활용 가능성을 확인하였다. 저온 유통 온도에서 최적의 기체 조성비를 선정하기 위해 백색어종인 넙치와 조피볼락을 각각 100 g씩 PET 트레이에 담아 차단성이 우수한 다층 EVOH 필름에 넣어 CO₂(60):O₂(30):N₂(10), CO₂(60):O₂(0):N₂(40), CO₂(30):O₂(30):N₂(40), CO₂(30):O₂(0):N₂(70)의 조건으로 치환하여 5일간 10℃에 저장하였다. 적색어종인 고등어와 전갱이의 경우 각각 300 g씩 PET 용기에 담고 다층 EVOH 필름을 사용하여 제작한 파우치 형태의 포장재에 넣어 CO₂(60):O₂(30):N₂(10), CO₂(60):O₂(5):N₂(35), CO₂(60):O₂2(0):N₂(40), CO₂(30):O₂(0):N₂(70) 조건으로 치환하여 각각 13일, 7일간 5℃에 저장하였다. 백·적색 어종 모두 저장기간 동안 포장내 기체 농도의 경우 CO₂의 증가와 O₂의 급격한 감소가 관찰된 함기포장 대비 MA 포장 처리구에서는 식품 내로 CO₂가 용해된 후 일정 농도가 유지되었다. 총 휘발성염기질소의 경우 O₂가 일정 비율로 함유된 MA 포장 처리구 조건에서 함기포장 대비 낮은 함량을 보였다. 총 호기성균수는 함기포장 대비 MA 포장 처리구에서 더딘 성장을 보였으며 그 중에서도 높은 CO₂ 농도가 함유된 조건에서 호기성균에 대한 성장 억제 효과를 보였다. 적색 어류에 대한 산화 지표인 과산화물가와 TBARS의 경우 산소 농도가 낮은 MA 포장 처리구에서 산화 지연 효과를 확인할 수 있었고 산화로 인한 어류 필렛의 색 변화는 대조구와 산소 농도가 높은 CO₂(60):O₂(30):N₂(10)에서 관찰되었다. 따라서 품질 측정 결과를 고려하였을 때 품질 보존에 적합한 최적의 기체 조성비로는 백색 어종의 경우 CO₂(60):O₂(30):N₂(10), 적색 어종의 경우 CO₂(60):O₂(5):N₂(35) 또는 CO₂(60):O₂(0):N₂(40)로 선정할 수 있다.

어류 필렛의 품질보존을 위한 CO₂ 방출제 동봉 활성 변형기체포장의 설계 및 효과 검증

김수찬 경남대학교 대학원 2024 국내석사

어류는 높은 단백질 함량과 낮은 열량을 가지고 있으며 특히 등푸른생선은 오메가-3 함량이 높아 소비자들에게 인기가 높은 식품 중 하나이다. 소비자들은 생선회, 초밥 등의 날것으로 섭취하는 것과 구이류로 섭취하는 것을 가장 선호하였으며, 그에 따라 어류 구매 시 품질과 신선도를 중요시여긴다. 소비자들의 수요에 따라 대형마트 및 온라인 쇼핑몰 등에서는 어류를 손질된 형태로 판매하거나, 일부 제품은 변형기체포장의 형태로 판매하고 있다. 변형기체포장된 제품은 품질 변화를 억제하여 소비기한을 연장하는 효과가 있지만, 변형기체포장기기의 높은 가격, 변형기체의 교체 등으로 인한 문제와 포장 내 CO₂의 용해로 인한 포장의 수축이 발생할 수 있다. CO₂ 방출제는 탄산수소나트륨과 구연산을 혼합하여 사용하며 수분과 맞닿게 되면 CO₂를 방출시킬 수 있다. 하지만 잘못된 방출제 용량의 선택으로 인해 포장의 팽창 및 수축이 발생할 수 있기에 수학적 모델링을 활용해 방출제가 포함된 포장의 CO₂ 분압 및 부피를 예측하였다. 방출제의 용량을 달리한 실험치와 비교한 결과, 수학적 모델링이 다른 온도, 어종, 방출제 용량 등이 변경되어도 활용할 가능성이 확인되었다. 이후 현장 적용 가능성을 확인하기 위해 고등어 필렛 300 g을 PET/LLDPE 용기에 차단성이 우수한 다층 EVOH 필름을 사용하여 30% CO₂ : 0% O₂ : 70% N₂(MAP), semi-vacuum(SVP) 처리구와 이 두 처리구에 각각 CO₂ 방출제를 포함한 처리구로 포장하여 5℃에서 8일간 저장하였으며, 넙치 필렛의 경우 150 g씩 PET 용기에 다층 EVOH 필름을 사용하여 고등어 필렛과 같은 기체 조건으로 포장하여 5℃에서 13일간 저장하였다. 고등어 및 넙치 필렛 포장 모두 대조구 및 SVP 처리구에서 CO₂ 증가와 O₂ 감소를 나타냈다. MAP 처리구에서는 식품 내로 CO₂가 용해된 후, 고등어 필렛의 경우 저장 중 CO₂ 분압이 증가하였지만, 넙치 필렛의 경우 분압이 유지되었다. 방출제가 포함된 처리구의 경우 저장 2일부터 비슷한 분압을 유지하였다. 총 휘발성염기질소의 경우, 방출제가 포함된 처리구에서 함기포장 및 MAP, SVP 처리구에 비해 낮은 함량을 보였다. TBARS의 경우, 산소가 포함되지 않은 처리구들의 경우 저장 중 낮은 수치를 보였지만, 산소가 포함된 처리구 및 대조구에서는 저장 중 증가하는 모습을 보였다. pH의 경우, MAP 및 CO2 방출제가 포함된 처리구들에서 저장 초기 대조구 및 SVP 처리구에 비해 낮은 pH가 측정되었다. 총 호기성미생물 수는 MAP 및 CO₂ 방출제가 포함된 처리구에서 더딘 미생물 성장을 보였으며, 특히 CO₂ 방출제가 포함된 처리구들에서는 더욱 억제된 미생물 성장을 보였다. 따라서 CO₂ 방출제가 첨가된 처리구에서 기존 MAP 및 함기포장에 비해 품질변화를 억제한 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 결과는 CO₂ 방출제를 포함한 어류 필렛 포장이 기존 함기 포장 및 변형기체포장을 대체할 수 있을 것으로 사료된다. Fish have high protein content and low calorie content, and especially oily fish are popular among consumers due to their omega-3 content. Consumers prefer to consume fish raw, such as in sashimi or sushi, or cooked as grilled dishes. and thus prioritize quality and freshness when purchasing fish. Supermarkets and online stores offer processed fish products to meet consumer demand, and some products are sold in modified atmosphere packaging (MAP) to extend shelf life by inhibiting quality changes. However, MAP products may cause problems such as the high cost of modified atmosphere packaging equipment and the shrinkage of packaging due to the CO₂ dissolution. CO₂ emitters, which consist of sodium bicarbonate and citric acid, can release CO₂ when in contact with moisture. However, incorrect selection of emitter volume may cause packaging expansion or shrinkage, so mathematical modeling was used to predict the CO₂ partial pressure and volume in packaging containing CO₂ emitters. Experimental results comparing different emitter volume confirmed the potential for utilizing mathematical modeling even with variations in temperature, fish species, and emitter volume. Subsequently, to assess field applicability, 300 g of mackerel fillets were packaged in PET/LLDPE trays with high barrier properties using multilayer EVOH film, either with 30% CO₂ : 0% O₂ : 70% N₂, semi-vacuum treatment or with CO₂ emitters included, and stored at 5°C for 8 days. Similarly, 150 g of flounder fillets were packaged in PET tray with multilayer EVOH film under the same conditions as the mackerel fillets and stored at 5°C for 13 days. Both mackerel and flounder fillets packaging showed CO₂ increase and O₂ decrease in the control and semi-vacuum groups. In the MAP treatment, after CO₂ dissolution into the food, mackerel fillets showed increased CO₂ partial pressure during storage, while the partial pressure was maintained in flounder fillets. In the emitter-included treatment, similar partial pressure was maintained from day 2 of storage. Total volatile basic nitrogen content was lower in the emitter-included treatment compared to MAP and semi-vacuum. While TBARS value remained low during storage in treatments without oxygen, an increase was observed in treatments with oxygen and in the control group. pH was lower at the beginning of storage in MAP and emitter-included treatments compared to the control and semi-vacuum. Total aerobic microbial count showed slower growth in MAP and emitter-included treatments, with inhibition in emitter-included treatments. Therefore, it was confirmed that the emitter-included treatment suppressed quality changes compared to conventional MAP and vacuum packaging, indicating the potential for CO₂ emitter-containing packaging to replace conventional packaging.