미생물을 이용한 포장식품의 변질상태 확인방법 및 지시기{A bio-indicator for monitoring of microbial decomposition}

본 발명은 미생물을 이용한 포장식품의 변질 상태를 확인 할 수 있는 방법 및 지시기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 pH지시약이 포함된 배지에 인체에 무해한 미생물을 접종하여 미생물의 성장 여부에 따라서 변하는 지시기의 색으로 포장재 내의 식품의 변질 여부를 판단할 수 있는 방법 및 지시기에 관한 것이다.

일반적으로 과자류, 면류, 제과류, 유제품 또는 유가공식품, 농·수산물 등의 각종 식품은 장기 보존을 위하여 PE, PP필름 또는 OPP필름 등을 사용하여 밀봉, 포장되어 유통이 되고 있으며, 포장재의 외부에는 유통기한, 제조업체 등 내용물의 정보를 표시하는 문구가 인쇄되어 있다.

상기 포장재를 비롯하여 종이 테트라팩, 플라스틱 병, 유리병 등 다양한 형태와 재질의 포장재로 포장이 되어 유통되는 식품의 포장재의 외부에는 소비자가 제품의 변질여부 또는 사용여부를 판단할 수 있는 유통기한이 표시되어 있으나 그 식품의 절대적인 상태를 표시하지는 못한다. 또한, 유통과정 중의 주변 환경에 따라서 식품의 상태는 달라지게 마련이어서 포장재에 표시되어 있는 유통기한이 같다고 하더라도 식품의 상태는 다르게 된다.

소비지가 포장식품을 이용하려 할 때 눈으로 식품의 상태를 직접 확인 할 수 없어 유통기한이 남아 있다고 하더라도 안심하고 이용할 수 없는 문제점이 있고, 최적의 상태에서 보관을 하게 되면 유통기한이 조금 경과하더라도 식품의 상태는 먹을 수 있을 정도로 변질되지 않았을 가능성도 있으나 소비자는 이용을 하지 않게 되어 폐기 처분을 할 수 밖에 없는 문제점이 있다.

따라서 식품의 상태를 정확하게 지시할 수 있는 장치가 있으면 유통기한이 경과하지 않았더라도 변질된 식품을 정확히 가려내어 폐기처분할 수 있어 변질 가능성이 있는 식품을 섭취하여 식중독을 비롯한 여러가지 질병으로부터 피할 수 있어 소비자는 안심하고 포장식품을 이용할 수 있게 될 것이므로 포장식품의 상태를 정확히표시 할 수 있는 지시기의 필요성이 강력히 대두된다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 선출원된 실용신안 출원번호 제92-21447호가 있으나 이것은 발효유 또는 우유의 포장에 사용되는 테트라팩에 한정되는 문제점이 있고 어느정도 변질이 진행되어 발효개스가 팩을 부프르게 해야 그 효과를 볼 수 있는 것으로 일반 소비자가 우유의 신선도를 측정할 수 있는 수단으로 이용하기에는 부족함이 많다.

또한, 등록실용신안 등록번호 제20-0189450호가 있으나 상기 실용신안과 마찬가지로 내용물이 상당히 변질되어 일산화탄소가 발생해야만 그 결과를 알 수 있기 때문에 식품이 변질되더라도 일산화탄소가 발생하기 전까지는 그 상태를 지시할 수 없는 문제점이 있어 일반 식품의 포장상태를 파악할 수 있는 지시수단으로 적합하지 못하다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 수소이온 농도에 따라 색이 변하는 pH지시약을 인체에 무해한 미생물을 접종한 소량의 배지에 첨가하여, 식품이 변질 되면 즉 미생물이 성장을 하게 되면 미생물이 배설하는 유기산과 이산화탄소에 의해서 수소이온농도가 변하는 것을 색깔변화로서 알 수 있는 방법 및 상기 방법을 이용한 지시기을 제공하고자 한다.

식품에 박테리아 등과 같은 미생물이 번식을 함으로 식품이 변질되므로 미생물의 성장여부와 식품의 변질도는 정비례한다. 미생물이 성장을 하고 개체수가 증가하면 이산화탄소와 유기산을 배출하게 되고 이로서 수소이온농도가 변하게 되며 변하는 수소이온농도를 pH지시약을 이용해서 알아내면 식품의 변질상태를 정확히 알 수 있게 된다.

본 발명은 미생물, 미생물이 성장할 수 있는 배지, 유기물질, 무기물질, pH 지시약 등을 적절히 활용해서 식품의 변질정도를 파악하는 방법 및 상기 방법을 이용하여 변질정도를 표시하는 지시기을 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일실시례에 의한 장치가 적용된 포장재의 단면도

도 2는 본 발명의 일실시례에 의한 장치의 평면도

도 3은 본 발명의 일실시례의 의한 장치의 측면도

도 4는 다른 환경에서의 미생물 증식 곡선

* 도면의 주요부위에 대한 설명 *

1. 빵, 과자 등 포장식품의 겉포장

2. 포장식품 내용물

3. 본 발명에 의한 지시기

4. 지시기의 윗쪽 포장

5. 지시기의 아랫쪽 포장

6. 지시기 내부에 포함된 미생물

7. 미생물 증식에 필요한 배양액

8. 미생물 증식에 필요한 산소를 제공하기 위한 공기방울

9. 미생물 생장이 적당한 온도(30-37℃)에서의 미생물 증식 곡선

10. 낮은 온도, 직사광선을 피한 환경(15℃이하)에서의 미생물 증식곡선

11. 고온에서 미생물 증식이 본격적으로 시작된 시점

12. 고온에서 미생물이 왕성하게 증식된 시점

13. 저온에서 미생물 증식이 본격적으로 시작된 시점

이하, 일실시례에 의하여 첨부한 도면에 관련하여 본 고안의 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시례에 의한 장치가 적용된 포장재(1)의 단면도로서, 기존의 식품포장재 외부에 배지, 미생물, 유기물, 무기물, pH지시약을 투명한 포장재에 포장을 해서 부착을 한 상태의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일실시례에 의한 장치의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시례의 의한 장치의 측면도이이며 도 4은 다른 환경에서의 미생물 증식곡선이다.

식품을 변질시키는 곰팡이나 세균과 마찬가지로, E. Coli, bacillus, pseudomonas, enterococcus, Aspergillus 등의 미생물의 증식에도 최초 접종된 미생물 균체(6), 수분, 영양분, 산소(호기성, 비광합성 세균의 경우)등과 함께, 적절한 온도, 증식에 필요한 시간 등이 요구된다. 이 조건들 중 최초 접종 균체의 농도, 영양분, 염분, 산소, 수분의 양을 고정시킨 상태에서 여러 실험군을 다른 시간, 다른 온도 조건하에서 방치하게 되면, 각자의 미생물 실험군들이 경과한 시간과 온도에 의해서 미생물의 증식 정도가 결정된다. 같은 시간 동안 같은 온도에 노출된 실험군들은 같은 정도의 증식속도를 보이게 되며, 다른 조건에서 방치된 실험군들 끼리는 다른 결과가 나타나게 된다. 도 4의 9, 도 4의 10에서와 같이, 일반적으로 섭씨 37도 까지는 온도가 증가할수록 미생물의 증식속도가 빨라지고, 시간이 경과할수록 미생물의 분포수도 증가하게 된다.

미생물의 농도가 일정 수준이 넘어서면, 미생물이 배설하는 유기산(pyruvate, acetate 등)에 의해 배지 속의 PH가 변하게 되고, 증식이 더욱 진행될수록 이러한 변화는 심하게 되어, pH 지시약 등을 배지에 포함시키면 이러한 변화와 그 정도를 색깔변화로 나타나게 된다.

이런 원리를 이용하여 배양초기조건 상태에 맞추어진 생물학적 지시기를 생산되고 있는 제품의 포장단계에서 제품의 외부에 부착시켜 출고, 유통하게 되면 온도와 시간에 의해서 변질되기 쉬운 포장식품의 제품 상태를 판단할 수 있다.

제품이 생산된 시점에서 일정한 최초 균체량, 영양분, 염분, 산소, 수분을 지닌 미생물 군집을 포함하는 지시기(3)을 제품의 포장 외곽(1)에 부착하여 유통하게 되면, 미생물 군집의 색깔을 기준으로 현재의 제품상태를 파악할 수 있다.

본 발명은 시간과 온도의 변화에 따른 미생물의 증식을 간단히 모니터 할 수 있는 미생물과 배지의 조성으로 이루어져 있다. 도 2에 나타난 것과 같이 투명한 이중의 밀폐된 막 사이에 미생물이 접종된 배지가 있고, 호기성 균일 경우에는 산소를 제공하기 위한 공기방울(8)이 있고, Aspergillus 등의 비산소의존성, 또는 혐기성 미생물의 경우에는 공기방울이 필요치 않다. 생물학적 지시기의 포장 방법에 있어서, [도 1]에서와 같이 제품의 포장지 외곽에 부착할 수 있는 방식을 이용하고자 하나, 캡슐 등의 밀봉된 형태로 제품의 바깥 포장상자의 내부 또는 제품내용물과 함께 포장하는 방식을 택할 수도 있다.

본 발명에 사용되는 미생물들로는 그 생태에 대하여 잘 연구되어 있고, 인체에 무해하고 온도의 변화에 따른 증식 패턴이 검증되었거나, 새로이 검증될 미생물을 사용한다. 호기성 미생물로는 Eshericia coli, Bacillus sp., Pseudomonas sp. 등을 이용할 수 있으며, 혐기성 미생물로는 Aspergillus sp.등을 이용할 수 있다. 직사광선이나 밝은 환경에 노출되지 않는 것이 좋은 제품의 경우에는 Cyanobacteria 등의 광합성 미생물을 이용하여 제품이 경과한 환경을 모니터링할 수 있다. 그리고 이상의 미생물들을 색깔변화를 일으키는 단백질을 생산하는 유전자를 발현하도록 유전자 재조합한 균주를 이용할 수도 있다.

배양 배지 내에는 미생물 생육에 필요한 영양소 및, [도 2]의 8에서와 같이산소를 제공할 수 있는 공기방울, pH의 변화에 따라 색깔의 변화를 나타내는 시약등과 같이 미생물의 증식에 의해 색깔이나 탁도가 증가되는 기 개발된 물질들이 첨가된다. 발색 시스템으로는 산성환경에서 색깔을 나타내는 메틸레드, 메틸오렌지 등의 지시약을 이용할 수도 있으며, lac operon을 이용하는 x-gal 등의 단백질 발현 indicator system을 이용할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 제품의 변질의 원인인 미생물의 개체수를 간단히 눈으로 확인할 수 있게 함으로써 유통과정중의 부주의나 보관 방법의 잘못으로 인한 제품의 변질을 검사할 수 있는 방법을 가지게 된다. 또한, 현행 유통기한 제도는 제품이 유통과정상 경과하는 실제의 환경과는 직접적인 상관이 없이 계절을 기준으로 일방적으로 정해진 것이지만, 본 고안에 의한 미생물을 이용한 지시기은 제품과 같은 환경을 거치기 때문에 제품의 부패 정도를 정확히 측정하여 지시할 수 있는 장점이 있다.

따라서, 유통기한을 지나기 전에 세균, 곰팡이 등이 생장하기 좋은 조건을 통과하여 지시기에서 발색반응을 보이는 제품의 경우 부패했음을 짐작할 수 있어서 소비자들에게 직접 제품의 상태를 확인하게 해 주어 제품에 대한 신뢰도를 높일 수 있다.

또한, 현행의 유통기한이 지났지만 보존상태가 양호하여 부패가능성이 적은 제품의 경우에는 유통시한을 연장시킬 수 있는 장점도 있다.

그리고, 본 고안에 의한 생물학적 지시기을 보건복지부 등 정부 차원의 인증을 받을 수 있다면, 일반적인 유통과정에서 변질가능성이 있는 최소한의 기간을 적용하는 현행의 유통기한 제도를 개선하여, 제품의 유통당시의 실제로 환경(온도, 일광, 습도 등)에 맞추어 유통기한을 본 발명에 의한 지시장의 색깔이 보장하는 기간까지로 일정부분 연장 또는 단축할 수 있는 효과가 있다.