어류 필렛의 품질보존을 위한 CO₂ 방출제 동봉 활성 변형기체포장의 설계 및 효과 검증 = Design and validation of active modified atmosphere packaging inserted with CO₂ emitter for preserving quality of fish fillets

국문 초록 (Abstract)

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.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

목차 (Table of Contents)

• 국문요약 = ⅳ
• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. CO₂ 방출제를 첨가한 고등어 및 넙치 필렛 포장 내 CO₂ 분압 및 부피 예측 = 4
• 2.1 연구 동기 및 목적 = 4
• 2.2 재료 및 방법 = 5
• 2.3 결과 및 고찰 = 8
• Ⅲ. 고등어 필렛 포장에서의 기체 조성에 따른 품질변화 = 15
• 3.1 연구 동기 및 목적 = 15
• 3.2 재료 및 방법 = 16
• 3.3 결과 및 고찰 = 19
• Ⅳ. 넙치 필렛 포장에서의 기체 조성에 따른 품질변화 = 32
• 4.1 연구 동기 및 목적 = 32
• 4.2 재료 및 방법 = 33
• 4.3 결과 및 고찰 = 36
• Ⅴ. 결론 = 48
• 참고문헌 = 49
• ABSTRACT = 55