STEAM R&E 연구결과보고서
(친환경적인 식품포장재에 대한 탐구)
2015. 11. 18.
조선대학교여자고등학교
< 연구결과 요약 >
과 제 명 친환경적인 식품포장재에 대한 탐구
연구목표
시중에 있는 식품 포장재를 분석하여 각각의 장단점을 분석한다. 또한 식품 포장재의 유해성을 발견하고, 친환경적인 포장재를 개발한다. 우리가 고안 한 식품 포장재가 미래에 끼칠 수 있는 다양한 영향을 생각하여 어떤 식으로 상품화 할 수 있을지도 생각한다.
연구방법
1. 시중에 있는 식품 포장재 조사 - 각각의 장/단점 조사
- 환경에 끼치는 악영향 조사 (ex.생태계, 인체 등) 2. 식품 포장재로 사용할 수 있는 다양한 물질 조사 - 식품 포장재로서의 가능성 탐구
- 상용화 가능성 탐구
3. 친환경적인 식품 포장재 고안 - 실제 식품 포장재로서 사용해보기 - 사용했을 때의 장단점 탐구
4. 효율적인 포장재 제작하기
- 현재 옹기 모양의 단점은 공간효율성이 낮다는 점이다 - 공간효율성이 좋은 모양을 찾는다 : 삼각형, 사각형 5. 친환경적인 포장재 제작하기
- 친환경적인 요소 뿐 만 아니라 포장재로서의 기능을 할 수 있게 포장재 에 항균작용을 하는 물질의 첨가하는 것을 계획한다.
- 항균효과를 내는 물질에는 솔잎, 참기름, 볏짚, 녹차가 있었다.
- 시간이 지날수록 천천히 굳어가는 전분의 성질을 이용하여 포장재에 사용될 틀을 제작한다,
- 전분에 솔잎과 볏짚을 섞어 판을 제작하고, 코팅재로는 녹차에서 추출 한 액체와 참기름을 사용한다.
연구성과
주요어 (Key words)
친환경적 식품포장재
1. 개요
□ 연구 동기 및 목적
○ 환경 호르몬을 내보내는 식품 포장재?
- 방송을 통해 환경 호르몬 때문에 고통받는 사람들의 모습을 보게 되었다. 방송에서는 식품 포장재가 환경호르몬 발생 요인 중 하나라고 말했다. 이 방송을 본 후 친환경적인 식품 포장재를 만들어보면 어떨까?
라는 생각을 해보게 되었다.
□ 연구 목적
○ 인체와 환경에 해가 없는 친환경적인 식품 포장재를 만든다.
○ 과학중점학교에 입학하면서 과학에 대한 접근이 쉬워 흔히 접할 수 있는 음식의 포장재에 관심을 갖게 되고, 환경에 미치는 영향이 크다는 사실을 알게 되면서 두 가지 연구를 진행하게 되었다. 첫째로는 자연에 친환경적인 포장재에 대한 연구이다. 많은 포장재가 있지만 자연에 무해한 포장재를 만드는데 기여하고자 이를 연구하였다. 둘째로는 과 거 지금의 플라스틱보관용기의 역할을 했던 옹기를 현대에 맞게 재구성 하여 현대에 용이하도록 만드는 것이다. 이를 통해 과거옹기의 장점을 현대로 끌어올 수 있었다.
□ 연구범위
○ '친환경적'이라는 단어는 여러 의미로 해석 될 수 있지만 자연에 미치 는 영향에 중점을 두었다. 이를 염두하고 포장재의 재료를 찾는 중 항균효과에 좋은 솔잎이라 전분이랑 섞어 틀을 만든 후 비용적인 부분 을 고려하여 녹차를 이용하여 코팅제를 만들었다.
과거의 김치 저장고였던 옹기를 어떻게 하면 현대아파트에서도 용이하 게 쓸 수 있을까라는 궁금증을 해소하고 싶었기에 옹기가 현대에서 쓰기 불편한 이유를 해소하는데 집중하였다.
2. 연구 수행 내용
□ 문제의 착안점
○ 환경 호르몬에 대한 방송 프로그램을 보다가 식품과 가장 가깝게 닿아있는 식품 포장재가 환경호르몬 발생을 유발한다는 것을 본 적이 있다.
환경호르몬으로 인한 질병으로 고통 받는 사람들을 보며 환경 호르몬을 발생시키는 식품포장재를 마냥 방관해서는 안 되겠다는 생각이 들었다.
또한 썩지 않은 채로 환경에 버려져 환경오염을 유발하는 식품 포장재의 또 다른 문제점을 인식해, 친환경적인 식품 포장재를 고안하고자 하였다.
□ 연구주제의 선정 과정
○ 환경 호르몬에 대한 경각심을 가지고, 환경 호르몬의 주요인인 식품 포장재를 환경호르몬의 위험이 없게 만들 수는 없을까 생각하게 되었다.
문제점을 착안하고, 조원들과의 회의해본 결과, 다양한 식품 포장재가 환경 오염을 유발한다는 사실도 발견하게 되었다. 시중에 있는 여러 식품포장재 를 조사해보는 과정에서 친환경적인 포장재의 개발이 절실하다는 확신을 가지게 되었고 이를 연구주제로 삼게 되었다.
□ 관련 선행연구 조사
요즘 뜨거운 이슈로 떠오르고 있는 환경호르몬의 주원인이 식품 포장재 라며 그 심각성을 인식시 키는 다양한 기사들을 찾아보았다.
○ 환경 호르몬의 심각성
세계 각국에서 환경호르몬으로 인해 받은 피해를 한눈에 볼 수 그림 이다. 인간 뿐만 아니라 생태계 의 다양한 영역에서 고통 받고 있는 모습을 볼 수 있다.
○ 환경 호르몬의 종류
환경호르몬으로 분류 하고 있는 물질들이다.
총 209종의 물질들로 상당히 많은 수이다.
○ 식품 포장재와 환경
식품 포장재로 주로 사용되는 플라 스틱은 환경에서 잘 썩지 않아 환 경오염에 큰 악영향을 끼친다.
□ 사전연구내용
○ 시중에 나와 있는 포장재를 따로 구해 각 성분을 조사해본다.
○ 검출된 성분이 환경과 인체에 미치는 영향을 조사해본다.
○ 식품 포장재로 사용할 수 있는 친환경적인 재료를 탐구한다.
○ 발견한 물질로 직접 식품 포장재를 제작해서 어떠한 효과를 낳는지 탐구해 본다.
○ 식품포장재로서 상용화 할 수 있는지 장단점을 분석하고, 최종 결과물 을 만든다.
□ 사전연구방법 및 절차
○ 실험에 사용할 시중에 나와 있는 포장재를 준비한다.
- pvc 연질판재, 에폭시수지로 코팅한 캔, 쿠킹호일 랩
○ 여러 포장재로 동일한 음식을 싼 후 같은 환경에 위치한다.
○ 3일, 7일, 15일, 30일 간격으로 음식의 변화된 성분을 조사한다.
( 환경 호르몬의 피해 정도, 음식의 부식정도 등)
○ 각자의 성분변화를 기록하고, 그 변화를 계속해서 관찰한다.
○ 각각의 장단점을 기록하고, 보완해야 할 점을 찾는다.
○ 현장조사, 자료조사 등을 통해 시중에 나와 있는 포장재를 대체할 수 있는 친환경적인 포장재를 고안한다.
○ 만들어진 우리의 포장재와 위에 제시된 네 개의 포장재로 동일한 음식을 싼 후 위의 실험을 다시 반복한다.
□ 이론적 배경 및 선행 연구
○ 옹기는 고온의 열로 구워지는 과정에서 공기가 이동하면서 미세한 공기구멍이 생겨 통기성이 좋으며 흡습성 또한 뛰어나 음식물의 보관 및 발효에 용이하다. 게다가 옹기는 천연재료(흙, 잿물)로 만들어지기 때문에 우리가 이루고자하는 ‘친환경적’ 에 부합하다고 본다.
○ 전분은 흰색의 분말로 맛과 냄새가 없는 백색의 분말 형태로 존재한 다. 물에 용해되지 않고 침전한다. 전분을 뜨거운 물에 풀어 가열하다 보면 점점 굳어 점성풀이 된다.
□ 연구주제의 선정
○ 옹기는 분명 좋은 음식 보관용기임은 분명하지만 현대 아파트에서, 현대 김치냉장고에서 사용되는 플라스틱용기를 대체하기에는 불편 함이 있다. 그런 불편함을 없애는 것, 즉 ‘옹기를 현대에 맞게 하자’
가 첫 번째 연구의 주제이다.
○ 전분을 이용하여 사각형 모양의 판을 제작한 후 이 판을 바탕으로 직육면체 모양의 포장재를 제작한다. 포장재로서의 역할이 끝났을 때 자연에 다시 되돌아가도 환경을 오염시키지 않는 친환경 포장재를 개발하는 것이 두 번째 연구의 주제이다.
□ 연구 방법
○ 옹기가 현대 아파트에서 사용되기 어려운 이유를 생각해본다.
그 이유를 해결 할 수 있는 방법을 찾고 그를 설계해 본다.
○ 포장재로서의 기능을 도울 수 있는 항균작용이 있는 자연물들을 조사 한다. 전분과 항균작용 물질들을 사용하여 포장재를 설계한다.
□ 연구 활동 및 과정
○ <가설>
옹기의 모양을 바꾸면 공간 효율성을 더 높일 수 있다.
○ <연구>
옹기의 모양은 현재 윗부분과 아랫부분이 좁고 가운데부분이 넓은 모양(항아리 모양)이다. 물론 이는 옹기가 건물 외에 있다면 지열의 영향을 덜 받게 해주는 등의 장점이 있지만, 현재 우리는 아파트 내부 그것도 김치냉장고에서 쓸 옹기를 연구하므로 꼭 옹기의 모양이 항아리 모양으로 고정될 필요는 없다. 따라서 우리는 꼭짓점이 없는 원모양의 옹기를 바꾸어 보기로 했다
1) 기본 옹기모양의 설계
삼각형의 경우 꽉꽉 채울 수는 있으나 1과 같이 한삼각형이 제대로 충족되지 못하 며, 2와같이 그것의 위아래를 바꾼 모양으 로 겹쳐야하고, 뚜껑을 만들 때도 그 모양 을 균일하게 할 수 없고 좁은 것, 넓은 것을 만들어야 하므로 효율성이 떨어진다.
정사각형 경우 빈공간이 생기지 않음은 물 론이고 모든 사각형이 잘림 없이 본 모양 그대로 들어가며, 뚜껑의 크기 역시 균일 하게 맞출 수 있으므로 옹기의 모양은 정 육면체가 가장 좋다.
2) 옹기 모양의 규격 설정
넣는 개수 ▶ 가로4 세로4 가로3 세로4 가로4 세로3 가로5 세로4 가로4 세로5
높이 22 22 30 18 18
폭 22 30 22 17 23
깊이 16 22 17 13 17
보통의 김치냉장고 규격이 폭 925, 높이 923 ~973 (948로 하겠음), 깊이 702 이다. 따라서 김치냉장 고 하나에 옹기를 16개를 넣고 싶다, 라고 하면 옹기의 규격은 폭 22cm 높이 22cm 깊이 16cm가 된다. 최대 차이가 6cm 까지 나므로 옹기의 개수 를 다시 설정해 보기로 했다.
이렇게 하면 가장 작은 차이가 나는 것은 가로로 5개, 세로로 4개를 넣은 경우와 가로로4개, 세로로 5개를 넣은 경우가 있다. 이 두 가지 경우를 그려 본다면 아래의 그림 같은 형태가 되는데, 우리는 정육면체에 최대한 가깝게 되는 것을 원하므로 1번(좌측)의 모양을 택하기로 했다.
○ <향후계획>
친환경적인 포장재라고 해서 친환경적인 요소만 생각할 수는 없다.
포장재로서의 기능을 잘 할 수 있게끔 항균작용을 하는 물질의 첨가도 중요한 부분이다. 포장재는 전분의 굳는 성질을 이용한 직육면체의 모양이다.
1) 항균효과가 있는 물질 ㄱ. 솔잎
솔잎의 ‘피톤사이드’ 는 공기 중의 세균, 곰팡이를 제거하고 해충, 잡초 등이 식물 을 침해하는 것을 방지한다. 해로운 병원 균을 제거하는 효과도 있다.
피톤사이드를 함유하는 많은 식물 중에서도 소나무 는 다 른 식물들과 비교했을 때 10배 이상의 피톤사 이드를 발산한다
ㄴ. 참기름
참기름의 ‘세사민’, ‘세사모린’, ‘세사몰’ 은 부패를 늦춰주는 효과가 있다.
ㄷ. 볏짚
볏짚은 이뇨, 항균, 해독 작용을 한다.
ㄹ. 녹차
녹차의 성분 중 ‘카테킨’ 은 항균효과를 가지고 있다.
2) 포장재 설계도 그리기
전분과 항균효과를 가진 솔잎과 볏짚을 섞어 서서히 굳혀 직사각형 모양의 판을 제작한다. 이때 단가가 좀 더 싼 볏짚을 더 사용한다. 만들어진 판을 사용해 직육면체 모양의 포장재를 설계한다. 또한 겉에는 녹차에서 추출한 성분이 함유된 액체를 덧발라 코팅 한다.
3. 연구 결과 및 시사점
□ 연구 결과
○ 옹기의 공간효율성을 높일 수 있는 모양을 찾고, 김치냉장고에 넣을 수 있는 적합한 규격을 계산 해 본 결과 정육면체모양의 높이 18cm, 폭 17cm, 깊이 13cm의 옹기가 나왔다. 시중의 김치냉장고에 이 옹기를 가로로 5개, 세로로4개씩 넣으면 총 20개의 옹기가 들어간다. 그러면 충분한 양의 음식을 저장할 수 있을 뿐만 아니라 그 음식에 옹기의 이점까지 겸해져 맛 좋고도 오래가는 음식을 효율성 있게 저장 할 수 있을 것이다.
□ 기대효과
○ 친환경적인 포장재 개발을 통해 환경 호르몬의 발생을 최소화 할 수 있다.
○ 환경에 끼치는 악영향을 최소화하는 포장재 개발을 통해 환경 오염을 최소화 할 수 있다.
○ 사회에서 낭비되는 재료 사용을 통해 경제적이고 효율적인 포장재를 개발 할 수 있다.
□ 사후 활용 계획
○ 특히 식품과 직접 닿아야 하는 포장재일 경우, 우리가 고안할 친환경 적인 포장재를 통해 식품에 미치는 악영향을 최소화 할 수 있다.
○ 꼭 한 가지 종류의 식품에서만이 아니라 다양한 식품에서 넓게 적용될
□ 시사점
과거의 전통적인 발효식품 보관 용기였던 옹기를 현대식으로 재구성하면 서 전통적인 면을 현대식으로 승화하였다. 이를 통해 현대에서도 잘 사용될 수 있는 효율적인 보관용기를 개발할 수 있었다.
요즘 대두되는 친환경적인 부분에 맞춰 포장재로서의 역할을 다 한 후 분해되는 과정에서 환경을 오염시키지 않는 포장재를 개발하였다. 뿐만 아니라 포장재를 자연에서 얻을 수 있는 재료를 통해 설계하여 식품을 보관하는 중에도 친환경적인 항균효과를 지속할 수 있다.
4. 홍보 및 사후 활용
□ 우리가 설계한 포장재를 직접 제작해 실험하여 결과를 분석한다. 이를 바탕으로 상용화 계획을 탐구한다.
또한 학교 홈페이지에 연구한 친환경적 포장재를 만드는 방법과 유용한 법을 게시하고 솔잎과 전분을 섞은 것과 비슷한 성질을 가졌던 키토산으로 다른 포장재를 만들어 볼 계획에 있다.
5. 참고문헌
· www.ourac.com Home 배움터
·http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2239327&cid=51293&categoryId=51293
·http://www.m-onggi.co.kr/index.php
·폴리에틸렌의 포장재 적용 현황(고분자과학과 기술 제12권 2호 2001년 4월)
·지류포장재의 중금속 함량 분석(Journal of Korea TAPPI vol. 41.)
·즉석편의 식품용 포장재의 전자레인지 가열에 의한 변형 원인 분석(한국식품과학회지)
·식품용기포장재중 내분비계 장애물질에 대하여(식품의약품안전청 32권 2호 1999)
·국내 식품용기 포장재의 안전관리 현황(식품의약품안전청)
·새로운 기능성 식품포장재 및 포장기법에 대하여(식품산업과 영양 4(2) 1-4)
·환경 친화형 포장재의 현황 및 개발(한국생활환경학회지 제8권 제1호 2001년)
·유통 포장재의 유기물질 함유 특성에 관한 연구(제53회 한국분석과학회 추계학술대회)
