냉장 진열대에 놓인 고기는 겉모습만으로 신선도가 얼마나 달라졌는지 알아보기 어려울 때가 있다. 일본 규슈대학교 연구진은 고기가 변질되면서 내놓는 물질을 감지하는 스마트 포장 필름을 개발했다. 일반 조명에서는 필름 색이 달라지고, 자외선을 비추면 형광 신호가 나타난다.

규슈대는 11월 6일 냉장 양고기에 이 필름을 적용한 결과를 공개했다. 다나카 후미히코 교수와 다나카 후미나 부교수가 이끈 연구에는 중국 난징농업대, 벨기에 겐트대, 베트남 응우옌땃타인대 연구진이 참여했다. 논문은 국제학술지 Chemical Engineering Journal에 실렸다.

검은콩 껍질 색소가 고기에서 나온 물질에 반응

필름의 바탕은 우유 단백질인 카세인이다. 연구진은 검은콩 껍질에서 추출한 안토시아닌에 피리딘 처리를 해 형광 반응을 더했다. 이 색소를 미세한 구멍이 많은 소재인 ZIF-67과 결합해 필름에 넣었다.

양고기가 변질되면 암모니아 등 휘발성 물질이 나온다. 실험에서는 필름을 용기 뚜껑에 부착해 고기와 떨어뜨려 놓았다. 고기에서 나온 물질이 용기 안에 쌓이면서 필름이 반응하는 방식이다.

일반 조명에서는 변색, 자외선 아래에서는 형광

연구진은 ZIF-67 함량을 달리한 세 가지 배합을 시험했다. 그중 중간 함량인 Z2가 감지 성능, 보존 특성, 소재 사용량에서 가장 균형이 좋았다. 일반 조명에서는 저장 중 필름 색이 서서히 달라졌다. 초기처럼 색 차이가 미묘할 때는 자외선을 비춰 형광을 확인할 수 있다.

365나노미터(nm) 자외선을 비추자 Z2 필름에서 저장 약 6일째부터 형광이 관찰됐다. 아래 사진은 배합마다 형광이 처음 눈에 띄는 시점과 이후 신호가 달라지는 모습을 보여준다.

형광이 나타난 6일과 부패 지표를 측정한 10일

연구진은 보존 성능도 조사했다. 육류가 변질될 때 늘어나는 질소 화합물을 합산한 지표인 총휘발성염기질소(TVB-N)를 측정한 결과, Z2 실험군은 저장 약 10일째에 논문에서 기준으로 삼은 15mg/100g에 도달했다.

카세인만 사용한 필름과 비교하면 내수성과 항산화·항균 특성도 개선됐다. 토양과 해수에 노출한 실험에서는 필름이 부서지고 질량이 줄었다. 완전 분해 여부와 장기 환경 영향은 후속 확인이 필요하다.

매장과 물류센터에서 품질을 점검할 보조 지표

실제 유통 환경에서 성능이 검증되면 매장이나 물류센터는 포장에 표시된 날짜와 함께 필름 색을 살펴 보관 중 품질 변화를 점검할 수 있다. 연구진은 다른 육류와 식품에서도 반응이 일관적인지, 운송과 진열 환경에서도 신호가 안정적인지 확인해야 한다고 밝혔다. 소재의 안전성, 대량생산 가능성, 비용 역시 상용화에 앞서 검토할 과제다.

연구진 소개 · 다나카 후미히코 교수

다나카 후미히코는 일본 규슈대학교 농학부 농업환경과학 분야 교수다. 식품의 냉동·해동 과정에서 일어나는 열과 수분 이동, 냉장 저장시설의 온습도 변화, 식품 내 미생물의 성장과 제어 등을 연구해 왔다. 이번 연구는 다나카 후미나 부교수와 함께 이끌었다.

규슈대학교 공식 연구성과 발표 · 연구 논문 원문