PA와 LLDPE 필름을 이용한 딸기 저장용 Modified Atmosphere Pallet Packaging 연구

MA 포장을 위해 본 실험에서는 한교아이씨(주)(Seoul, Korea)에서 구입한 폭 1,400 mm, 두께 15 μm의 PA 필름 과 오공(주)(Incheon, Korea)에서 구입한 폭 500 mm 두께 20 μm의 LLDPE 필름을 사용하였다. PA 필름은 산소와 이산화탄소 투과도가 LDPE 필름에 비해 낮으나, 수분투과 도가 높아서 결로 억제효과가 있으며, LLDPE필름은 LDPE 필름의 특성과 비슷하나 늘어나는 성질로 인해 포 장이 용이하다(Mangaraj et al., 2009;Kim et al., 2015). Kim et al. (2018)의 토마토 파프리카에 대한 pallet MAP 포장방법과 동일하게 쌓여진 박스 하단은 PA 필름 2겹, 상단은 PA 필름 1겹을 사용하였으며, 측면은 상부와 하부 에 LLDPE 2겹을 미리 감은 뒤, 상부와 하부의 PA필름을 절곡하여 붙이고, 측면을 LLDPE필름으로 2겹이상 겹쳐 감아서 완벽한 기밀이 유지되도록 하였다.

경상남도 산청의 딸기수출 농업회사법인 ㈜조이팜 (Sancheong, Korea)에서 2018년 3월 20일에 수확한 ‘설향’ 딸기(Fragaria × ananassa Duch.)에 대해 pallet 단위 MAP 저장 실험을 하였다. 딸기 250 g 플라스틱 용기 8개가 들어 있는 2 kg 박스를 한 층에 4박스 씩 7단으로 쌓아서 총 4 개의 pallet MA 포장을 하였다. Kim et al. (2017)의 연구 에 따르면 선별장에서 농가에서 입고된 딸기가 순차적으로 포장되며 박스 단위로 품질차이가 크게 달라지는 특성이 나타났는데, 이를 개선하기 위해 MA 포장 전에 한 박스에 있는 8개의 플라스틱 용기 포장을 각각의 실험구 및 대조 구에 1개씩 위치하도록 섞어서 배치하였다. 플라스틱 용기 에 1-1부터 8-8까지 표기하고, a-b와 b-a를 교체하는 방식 으로 섞어진 80%와 60% 숙도 딸기 총 32박스가 실험구 와 대조구에 배치하였다. 품질조사는 4일 간격으로 수행하 였으며, MAP와 대조구의 숙도별 2박스를 조사하였다.

각 실험구의 포장 상부와 저장고에 무선온습도센서(TR- 73U, T&D, Nagano, Japan)를 장착하여 저장 기간 동안 온습도를 측정하였다. 무선온습도센서 TR-73U의 상대습도 신뢰범위는 10-95% 이나, 사전 성능 실험시 10-97% 범위 에서는 정상 측정이 되었으며, 상대습도 97%이상에서는 99%로 표시되었다

저장 초기의 이산화탄소를 15-20% 정도로 주입하는 active MA 방법을 사용하였다. 저장 중 농산물의 호흡에 의해 산소 농도가 2% 이하로 내려가지 않도록 호흡구를 천공하였으며, 천공 면적은 다음의 Kim 등(Kim et al., 2017)의 계산식을 활용하여 수행하였다.

천공면적 A_hole은 저장 농산물의 중량 M과 저장온도에서 의 호흡속도 ${\text{R}}_{{\text{CO}}_{\text{2}}}$ 의 곱과 비례관계를 갖으며, 비례상수 c 는 실험적 측정값인 6110을 사용하였다(Kim et al., 2017). 2°C에서의 딸기의 호흡속도는 Gross et al. (2016)의 0, 10, 20°C의 호흡속도 16, 75, 150을 기준으로 내삽하여 2°C 기 준 26 (mgCO₂/kg·h)을 적용하였다. 2 kg 단위 28 박스를 포장하였으므로 총 중량이 56 kg가 되며, 계산식에 대입하 여 천공면적을 계산하면 약 8.89 mm²의 면적이 나와서 가 로, 세로 3 mm의 정사각형 형태의 호흡구를 천공하였다.

저장고에 보관한 딸기 MAP 내부의 기체조성은 휴대용 가스센서(CheckPoint, Dansensor, Ringsted, Denmark)를 이 용하여 1일 간격으로 측정하였다. 센서의 측정범위는 기체 농도 0-100%이며, 상대적인 정확도는 3%, 해상도는 0.1% 이다.

저온저장한 딸기가 상온에 노출되면 공기중의 수분이 이 슬로 달라붙어서 정확한 중량 측정이 어려우므로, 중량은 저온저장고 안에서 측정하였다. 250 g 플라스틱 팩단위로 각각 중량을 측정한 후, 저장 전과 후의 측정값을 이용하 여 다음의 식에 따라 감모율을 산출하였다.

(W₁=저장 전 중량, W₂=저장 후 중량)

곰팡이 발생률은 숙도별 각각의 실험구 250 g 단위 16 팩에 대해 각각 곰팡이가 발생한 개수 비율을 계산하여 16팩 부패율에 대한 통계분석을 하였으며, 평균값은 총 부 패개수/총개수의 백분율로 나타내었다.

실험구 별 각 플라스틱 팩의 딸기를 2개씩 각각 10개 선정하여 착색이 덜 진행된 부위를 지정하여 색차계(CM- 700D, Konica Minolta, Tokyo, Japan)로 Hunter L, a, b 값 을 3반복으로 측정하였다. Hunter L, a, b 값은 명도 (lightness)를 나타내는 L값, 적색도(redness)를 나타내는 a 값과 황색도(yellowness)를 나타내는 b값 의미한다. 측정된 위치는 플라스틱 팩에 표시하고 동일한 위치를 저장후에 측정하여 저장 전과 후에 변화된 색차값(ΔL, Δa, Δb)을 비 교하였다.

딸기의 경도도 마찬가지로 각 실험구 별 플라스틱 팩의 딸기를 2개씩 선정하였으며 세로방향으로 1/2 절단한 뒤 절단면을 아래로하여 시료의 가장 볼록한 중간부분을 물성 분석기(TA-XT2 texture analyser, Stable Micro System Ltd., Godalming, UK)로 측정하였다. 측정 탐침은 지름 3 mm probe를 사용하였으며, 0.3 mm/sec의 속도로 5 mm까 지의 최대 압축 강도를 측정하여 N 단위로 나타내었다.

실험구 별 각각의 플라스틱 팩에서 임의로 5개씩의 딸기 를 선정하여 착즙망(Whirl-pak B01248WA, Nasco, Fort Atkinson, WI, USA)으로 착즙한 추출액에 대하여 디지털 굴절당도계(RX-5000α, Atago Co., Tokyo, Japan)를 이용하 여 당도를 측정하고 °Brix 단위로 나타내었다. 또한 딸기 추출액 5 mL을 취하여 45 mL의 증류슈에 희석한 후 자동 적정기(TitroLine 500, Si Analytics, Mainz, Germany)를 이 용하여 pH 8.3이 될 때까지 0.1 N NaOH 용액으로 적정하 였다. 각 실험구당 16개의 시료에 대하여 측정한 평균값을 citric acid로 환산하여 나타내었다.

모든 분석결과는 실험구당 3회 반복 이상 실험한 결과로 부터 평균값과 표준편차로 나타내었으며 통계분석은 IBM SPSS Statistics (25, IBM Corp., Armonk, NY, USA)를 이 용하여 ANOVA test와 Duncan’s multiple range test를 통 해서 시료 간 유의적 차이(p<0.05)를 검정하였다.

딸기의 저장기간 동안 MA 포장과 저장고 내부의 온습 도를 측정하였다(Fig. 1). MA 포장 전에 저장온도까지 예 냉이 되지 않아서 저장 4일까지 온도가 감소하였다. 안정 화된 MA 포장 내부의 온도는 저장고 온도편차의 제일 높 은 지점인 4°C 인근에서 일정하게 나타났으며, 그 편차는 저장고에 비해 1/10정도로 크게 줄었다. 이러한 특성은 Kim et al. (2018)의 토마토와 파프리카에 대한 pallet MAP와 유사하게 나타났으며, 농산물의 호흡열에 의해 pallet MAP 내부가 더 높은 온도로 유지되나, 필름 포장이 온도변화를 완충하여 편차는 줄어든 것으로 판단된다. 저 장고 내부의 상대습도가 70-100%로 높은 범위에 있었기 때문에 MA 포장 내부의 습도도 높게 유지되었다. 센서로 는 99%로 측정되었으나, 필름 내부에 결로가 생기지는 않 았고, 센서에 대한 예비실험시 97% 이상은 99%로 측정되 었으므로, MA 포장 내부는 상대습도 97-99% 범위에서 유 지되었다고 판단된다.

Fig. 1. Temperature and relative humidity Changes of the MAP and the control strawberries.

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4개의 MA 포장은 4일 주기로 한 개씩 품질분석에 사용되 었기 때문에 각각 4, 8, 12, 16일 동안 기체조성을 측정하였 다(Fig. 2). 이산화탄소를 주입하여 기체조성을 한 뒤 3시간 정도 경과후 확산이 완료되었을때의 측정값을 초기농도로 하였기 때문에 초기 기체조성을 완벽하게 일치시키기는 어 려웠다. 저장에 따라 딸기의 호흡속도가 감소하기 때문에 초 기에는 산소농도가 낮아지고 이산화탄소는 증가하나 안정화 된 이후에는 다시 산소농도는 천천히 증가하고 이산화탄소 농도는 천천히 감소하는 특성을 보였다. 8일차에 실험한 MAP의 경우 다른 처리구에 비해 급격한 산소농도 저하를 보였는데, 하나의 pallet 위에서 예냉을 한 뒤, 4개의 실험구 로 나누는 과정에서, 예냉이 덜 된 박스들이 8일차 MAP에 많이 포함되어서 이러한 차이가 나타났을 것으로 추정된다.

Fig. 2. Gas concentration rate changes in MAP of strawberries.

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MA 포장된 딸기와 대조구의 저장기간에 따른 감모율 및 곰팡이 발생률을 조사하였다(Fig. 3). MA 포장 처리구 는 대조구보다 유의적으로 낮은 감모율을 보였다. 특히 60% 숙도의 딸기는 80% 숙도의 딸기에 비해 낮은 감모율 을 나타냈는데, 12일차 MA 포장을 제외하고 대부분 60% 숙도의 감모율이 80% 숙도에 비해 낮게 나타났으며, 모든 처리구에서 MA 포장이 대조구에 비해 감모율이 낮게 측 정되었다. 12일차 MA 포장 처리구 60% 숙도의 딸기 박 스는 농가에서 중량 측정시 맨 위에 노출되서 감모가 더 진행된 것으로 추정된다. 곰팡이 발생률의 경우 60% 숙도 가 80% 숙도에 비해 낮게 측정되었으며, 16일차 대조구의 경우 60% 숙도의 딸기가 80% 숙도의 딸기의 절반 수준인 31.5%의 곰팡이 발생률을 나타내었다. MA 포장 처리구의 곰팡이 발생률은 16일의 저장에도 1% 안쪽을 유지하였다. 16일차 MA 포장 처리구와 대조구의 곰팡이 형상을 비교 하면 MA 포장 처리구는 딸기 외부에 곰팡이 균사가 보이 지 않았으나 대조구는 곰팡이 균사와 포자가 형성되어 있 는 것을 확인할 수 있다(Fig. 4). Fig. 4D와 같이 MA 포 장 처리구의 80% 숙도 4 kg에서 변색된 딸기가 한 개 나 타났는데, 이러한 곰팡이 형상은 Kim et al. (2017)의 곰팡 이 균사가 딸기 내부로 자라서 갈색으로 변화된 것과 동일 하다. 낮은 산소와 높은 이산화탄소 농도가 딸기 외부에 균사가 자라는 것을 억제하여 MA 포장 처리구가 대조구 에 비해 낮은 곰팡이 발생율을 보이는 것으로 판단된다.

Fig. 3. Weight loss changes (A) and fungal decay rate changes (B) of strawberries during 16 days of storage.

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Fig. 4. Fungal growth differences between the control (A) and the MAP (B and C).

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딸기의 착색이 덜 진행된 부위의 저장 전과 후의 색도의 차이인 색차를 측정하였다(Table 1). 딸기는 펜으로 표시하 는 것으로도 쉽게 물러지기 때문에 딸기 표면이 아니라 플 리스틱 포장에 측정위치를 표시하여 실험하였다. 이로인해 저장 전과 후에 동일한 위치의 색도를 측정하기 어려웠고, 높은 표준편차를 통해 정확한 위치의 측정에 실패한 것을 확인하였다. 60%와 80% 숙도의 딸기를 28°C에서 2일간 저장하였을 때 Fig. 5와 같이 전반적으로 붉게 변하며 lightness는 감소하고, redness는 증가한다. 2°C 저장에서는 28°C에 비해 색변화가 미미하기 때문에 색차의 변화보다 측 정의 오차가 더 크게 작용하였다. 다만, 대체로 60% 숙도의 딸기의 경우 ΔL (lightness change)는 음수값을, Δa (redness change)는 양수값을 나타내어 상온에서의 색변화와 유사한 형태로 색이 변하는 것을 알 수 있다.

Table 1. Color changes during the storage of strawberries

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Fig. 5. Color changes of strawberries from two days storage at 28°C.

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MA 포장 처리구 및 대조구의 경도, 가용성 고형분, 적 정산도를 측정하였다(Fig. 6). 이산화탄소를 주입한 MA 포 장 처리구의 경우 대조구에 비해 높은 경도를 유지하였는 데, 이는 딸기에 15% 정도의 이산화탄소를 48시간 처리하 여 경도 향상 효과를 얻은 Smith & Skog (1992)의 연구 결과와 일치한다. 8일차 MA 포장 처리구의 경우 다른 처 리구에 비해 높은 이산화탄소 농도가 측정되었는데, 포장 을 열었을때의 최종 이산화탄소 농도와 측정된 경도의 평 균값은 비슷한 경향성을 나타내었다. 처리된 이산화탄소 농도가 높을수록 경도는 향상되지만, 너무 높을 경우 이취 의 주요 성분인 acetaldehyde가 증가하여 문제가 될 수 있 다(Larsen & Watkins, 1995). 저온 저장은 상온 저장 대비 이산화탄소 농도에 따른 이취발생도가 낮으며, Larsen & Watkins (1995)의 20°C 실험에서 20-24%의 이산화탄소 농 도 범위에서 acetaldehyde가 급격히 증가하였다고 보고되었 기 때문에, 2°C 저장에서 15-20% 범위의 이산화탄소 농도 를 유지하는 것은 경도 향상과 이취 발생 면에서 적정한 이산화탄소 농도로 판단된다. 당도는 2°C에서 저장하였기 때문에 저장기간에 따라 그 변화가 크지 않았으며, 대조구 의 높은 감모율을 고려할 때 동일 숙도의 딸기에서 당도는 통계적인 차이가 없는 수준으로 변하였다. 적정산도의 경 우 MA 포장 8일차 실험구가 높게 측정되었고 60% 숙도 의 MA 포장 처리구에서 더 빠르게 감소하였다. 높은 이산 화탄소 농도는 탄산을 형성하며 세포벽과 칼슘의 결합을 촉진하고, 세포벽 분해 효소인 pectate lyase의 활성도를 낮 게 하여 경도를 향상시키는데(Wang et al., 2014), 8일차 MA 처리구에 가장 높은 적정산도와 경도가 측정된 것은 이산화탄소 농도가 높았기 때문으로 판단된다.

Fig. 6. Hardness, soluble solid content and titratable acidity changes during 16 days of storage.

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