한국식품연구원 최성욱 박사 연구팀은 식품 포장지 내부의 습도, 가스 및 온도 등을 포장지 훼손 없이 외부에서 검사 할 수 있는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

연구팀은 유통 중에 부주의한 취급이나 포장지를 뚫는 벌레 등에 의한 포장지 훼손에 따른 식품의 변질 여부를 비파괴적인 방법으로 실시간 확인이 가능한 기술 개발에 성공했다고 전했다.

현행 식품 포장지 결함 검사는 생산과 제조단계는 버블테스트, 압력변화 테스트, 형광물질 테스트 등 다양한 방법으로 접합력과 미세구멍(핀홀) 형성유무를 검사해 포장 불량을 검출할 수 있지만, 유통과 소비 전 단계에서 식품 포장재 훼손에 따른 식품 품질 또는 안전수준 변화를 확인할 수 있는 방법은 없다.

이번에 연구팀이 개발한 기술은 식품 포장지 내부의 습도 변화를 인식할 수 있는 센서 태그를 위치시키고 포장지 외부에서 센서태그의 신호를 읽어 내는 방법을 통해 메세 핀홀의 발생에 따른 포장체 내부의 기체조성 변화를 실시간으로 파악해 제품의 품질 또는 안전 수준의 변화 여부를 예측할 수 있게 했다.

이를 위해 포장지를 투과할 수 있는 테라헤르츠파 기술과 테라헤르츠파의 전자기장 증강 현상을 이용한 센서 제작기술을 적용했다.

테라헤르츠파는 전파와 광의 경계영역 사이에 존재하는 30 ~ 3000 μm 파장대역으로 전파의 성질을 가지고 있어 플라스틱, 종이, 비닐류 등에 대해 투과성이 높다.

기존 테라헤르츠파의 감도가 낮은 단점을 보완하기 위해 도파모드 공진 (Guided Mode Resonance)효과를 이용해 미량의 물 분자까지 검출할 수 있는 센서를 개발했고, 센서에 고유 번호를 부여하기 위해 테라헤르츠파에서만 인식할 수 있는 보이지 않는 바코드 (Invisible Barcode)를 부여해 위조가 불가능하면서 추적이 가능한 센서 태그를 개발했다.

소세지, 돈육 등의 식품에 활용되고 있는 진공 포장과 가스치환 포장에 이 센서 테그와 판독 기술을 적용하면 30 마이크로미터 이상의 미세구멍이 발생하면 최대 1분 이내에 포장지 훼손 유무를 판단할 수 있다.

현행 유사 기술로 RFID를 이용한 비파괴 습도 센서가 알려져 있지만 제조 단가가 수 십원 이상이어서 적용에 한계가 있다.

이번 연구팀이 개발한 센서태그는 금속을 전혀 사용하지 않고 고분자와 세라믹 재질만 사용해 수 원이하로 제작할 수 있어 개별 포장지에 적용 가능한 기술이다.

이 연구는 미세구멍을 통한 수분의 출입을 감지하기 위해 습도센서 단일로 구성했지만, 산소, 이산화탄소, 질소, 알콜과 같은 가스센서와 온도센서 등 다양한 센서를 추가로 적용할 수 있는 원천기술이다.

또한 포장지나 종이 내부에 코드를 숨겨 위·변조를 방지하기 위한 새로운 개념의 RFID에 대한 원천기술이다.

이번 연구결과는 국내·외 특허출원 10편 및 미국 등 국내·외 특허등록 5편으로 원천기술을 확보한 상태이며, Sensors & Actuators 등 3편의 논문에 게재됐다. 

전북=유승호 기자 a2396b@kukinews.com