계피 에센셜 오일의 85~90%를 차지하는 신남알데히드는 계피의 주요 재배지 중 하나인 중국에 풍부하게 매장되어 있습니다. 신남알데히드(C9H8O)는 페닐기와 아크릴레인이 결합된 분자 구조를 가지며, 자연 상태에서는 황갈색 또는 황갈색의 점성 액체로, 독특하고 강한 계피와 콜라 향을 지니고 있어 향신료 및 조미료에 사용됩니다. 현재까지 신남알데히드의 광범위한 항균 작용 및 그 기전에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔으며, 신남알데히드가 세균과 곰팡이에 대해 우수한 항균 효과를 나타내는 것으로 밝혀졌습니다. 의학 분야에서는 대사 질환, 순환계 질환, 항암 등 다양한 분야에서 신남알데히드의 연구가 진행되어 왔으며, 항당뇨, 항비만, 항암 등의 약리 활성이 있는 것으로 보고되었습니다. 풍부한 원료, 천연 성분, 안전성, 낮은 독성, 독특한 풍미 및 광범위한 항균 효과 덕분에 신남알데히드는 미국 식품의약국(FDA)과 중국에서 식품 첨가물로 승인되었습니다. 사용량에 대한 최대 제한은 없지만, 휘발성이 강하고 자극적인 냄새 때문에 식품에 널리 사용되는 데에는 한계가 있습니다. 신남알데히드를 식품 포장 필름에 고정시키면 항균 효과를 향상시키고 식품에 미치는 감각적 영향을 줄일 수 있으며, 식품의 저장 및 운송 품질을 개선하고 유통기한을 연장하는 데 도움이 됩니다.
1. 항균 복합막 매트릭스
식품용 항균 포장 필름에 대한 대부분의 연구는 천연 및 생분해성 물질을 필름 형성 기질로 사용하며, 코팅, 주조 또는 고온 압출법으로 포장 필름을 제조합니다. 다양한 막 기질과 활성 물질 간의 작용 방식 및 상용성이 다르기 때문에 완성된 막의 특성도 달라지므로 적절한 막 기질을 선택하는 것이 매우 중요합니다. 일반적으로 사용되는 필름 형성 기질에는 폴리비닐알코올(PVA) 및 폴리프로필렌(PP)과 같은 합성 생분해성 물질, 다당류 및 단백질과 같은 천연 물질, 그리고 복합 물질이 있습니다. 폴리비닐알코올(PVA)은 선형 고분자로, 가교 시 3차원 네트워크 구조를 형성하며 우수한 기계적 특성과 차단성을 가지고 있습니다. 천연 막 기질 자원은 풍부하고 널리 이용 가능합니다. 예를 들어, 폴리락트산(PLA)은 전분 및 옥수수와 같은 원료를 발효시켜 얻을 수 있으며, 풍부하고 재생 가능한 자원, 우수한 생분해성 및 생체 적합성을 가지고 있어 이상적인 친환경 포장재입니다. 복합 매트릭스는 종종 두 개 이상의 막 매트릭스로 구성되며, 이는 단일 막 매트릭스에 비해 상호 보완적인 역할을 할 수 있습니다.
기계적 특성과 차단 특성은 포장 필름의 적합성을 평가하는 중요한 지표입니다. 신남알데히드를 첨가하면 고분자 막 매트릭스와 가교 결합이 형성되어 분자 유동성이 감소합니다. 파단 신율의 감소는 다당류 네트워크 구조의 불연속성 때문이며, 인장 강도의 증가는 필름 성형 과정에서 신남알데히드 첨가로 인해 친수성 그룹이 증가하기 때문입니다. 또한, 신남알데히드 복합막의 가스 투과성은 일반적으로 증가하는데, 이는 신남알데히드가 고분자 내에 분산되어 기공, 공극 및 채널을 생성하고 물 분자의 물질 전달 저항을 감소시켜 궁극적으로 신남알데히드 복합막의 가스 투과성을 증가시키기 때문일 수 있습니다. 여러 복합막의 기계적 특성과 투과성은 유사하지만, 서로 다른 고분자 기질의 구조와 특성은 다르며, 신남알데히드와의 상호작용이 다르면 포장 필름의 성능과 적용성에 영향을 미치므로 적절한 고분자 기질과 농도를 선택하는 것이 매우 중요합니다.
둘째, 신남알데히드와 포장 필름 결합 방법
그러나 신남알데히드는 물에 대한 용해도가 1.4mg/mL에 불과할 정도로 용해도가 매우 낮습니다. 혼합 기술은 간단하고 편리하지만, 지용성 신남알데히드와 수용성 막 매트릭스의 두 상이 불안정하고, 필름 성형 공정에서 일반적으로 요구되는 고온 고압 조건으로 인해 막 내 유효 신남알데히드 농도가 크게 감소하여 이상적인 항균 효과를 얻기 어렵습니다. 매립 기술은 성능 향상 또는 화학적 보호를 위해 매립이 필요한 활성 물질을 벽 재료로 감싸거나 흡착시키는 공정입니다. 매립 기술을 이용하여 신남알데히드를 포장재에 고정하면 서방출을 유도하고, 잔류율을 향상시키며, 필름의 항균 노화 기간을 연장하고, 포장 필름의 기계적 특성을 최적화할 수 있습니다. 현재 신남알데히드와 포장 필름을 결합하는 일반적인 담체 형성 방법은 인공 담체 형성 및 천연 담체 형성의 두 가지 범주로 나눌 수 있으며, 천연 담체 형성에는 고분자 매립, 나노 리포솜 매립, 사이클로덱스트린 매립, 나노 점토 결합 또는 로딩 등이 포함됩니다. 층상 자가 조립과 전기방사를 결합함으로써 신남알데히드 전달 담체를 최적화하고 신남알데히드의 작용 방식과 적용 범위를 향상시킬 수 있습니다.
계피알데히드 활성 성분이 함유된 식품 포장 필름의 적용
식품의 종류는 수분 함량, 영양 성분, 보관 및 운송 조건이 다르고, 부패 미생물의 증식 양상 또한 매우 다양합니다. 따라서 신남알데히드 항균 포장의 보존 효과 또한 식품 종류에 따라 다릅니다.
1. 채소와 과일의 신선도 유지 효과
중국은 천연자원이 풍부하며, 특히 채소와 과일의 생산 및 시장 소비량이 막대합니다. 그러나 채소와 과일은 수분과 당 함량이 높고 영양가가 풍부하여 저장, 운송 및 판매 과정에서 미생물 오염과 변질에 취약합니다. 현재 항균 포장 필름의 적용은 채소와 과일의 저장 및 운송 품질을 향상시키고 유통기한을 연장하는 중요한 수단입니다. 신남알데히드-폴리락트산 복합 필름을 사과에 적용하면 영양소 손실을 줄이고 균근균의 성장을 억제하여 사과의 저장 기간을 16일까지 연장할 수 있습니다. 또한 신남알데히드 활성 식품 포장 필름을 신선하게 자른 당근 포장에 적용했을 때는 곰팡이와 효모의 성장을 억제하고 부패율을 감소시켜 저장 기간을 12일까지 연장할 수 있었습니다.
2. 육류 제품의 신선도 유지 효과 육류는 단백질, 지방 등 다양한 영양소가 풍부하고 특유의 풍미를 지니고 있습니다. 그러나 실온에서 미생물의 번식으로 인해 육류의 단백질, 탄수화물, 지방이 분해되어 부패, 표면의 끈적임, 변색, 탄력 저하, 불쾌한 냄새 등이 발생합니다. 시나말데히드 활성 식품 포장 필름은 돼지고기와 생선 포장에 널리 사용되며, 주로 황색포도상구균, 대장균, 아에로모나스균, 효모, 젖산균 등의 세균 증식을 억제하여 유통기한을 8~14일 연장할 수 있습니다.
3. 유제품의 신선도 유지 효과 현재 중국의 유제품 소비는 매년 증가하고 있습니다. 치즈는 영양가와 단백질 함량이 높은 발효유 제품입니다. 그러나 치즈는 유통기한이 짧고 저온 보관 시 폐기율이 여전히 높은 수준입니다. 신남알데히드 식품 포장 필름을 사용하면 치즈의 유통기한을 효과적으로 연장하고, 치즈의 맛을 유지하며, 산패를 방지할 수 있습니다. 슬라이스 치즈와 치즈 소스의 경우, 신남알데히드 활성 포장을 사용하면 유통기한이 각각 45일과 26일까지 연장되어 자원 절약에 도움이 됩니다.
4. 전분 식품인 빵과 케이크의 신선도 유지 효과: 빵과 케이크는 밀가루를 가공하여 만든 전분 제품으로, 부드럽고 폭신하며 달콤하고 맛있습니다. 그러나 빵과 케이크는 유통기한이 짧고 판매 중 곰팡이 오염에 취약하여 품질 저하 및 음식물 낭비를 초래합니다. 스펀지 케이크와 슬라이스 빵에 시나말데히드 활성 식품 포장을 사용하면 페니실리움 곰팡이와 검은곰팡이의 생장 및 번식을 억제하여 유통기한을 각각 10~27일로 연장할 수 있습니다.
신남알데히드는 풍부한 자원, 높은 항균력, 낮은 독성이라는 장점을 가지고 있습니다. 식품 활성 포장재의 항균제로 사용될 때, 신남알데히드의 안정성과 서방출은 전달체의 설계 및 최적화를 통해 향상될 수 있으며, 이는 신선식품의 저장 및 운송 품질 개선과 유통기한 연장에 매우 중요합니다. 최근 신남알데히드는 식품 포장 보존 연구에서 많은 성과를 거두었지만, 관련 응용 연구는 아직 초기 단계에 머물러 있으며 해결해야 할 문제들이 남아 있습니다. 본 연구에서는 다양한 전달체가 막의 기계적 특성 및 차단 특성에 미치는 영향을 비교 연구하고, 신남알데히드와 전달체의 작용 기전 및 다양한 환경에서의 방출 동역학을 심층적으로 탐구하며, 식품 내 미생물의 성장 법칙이 식품 변질에 미치는 영향과 항균 포장재가 항균제의 방출 시점 및 속도에 미치는 조절 메커니즘을 연구합니다. 이를 통해 다양한 식품 보존 요구 사항을 충족할 수 있는 활성 포장 시스템을 설계 및 개발하고자 합니다.
게시 시간: 2024년 1월 3일