원예 부산물 ‘친환경 포장재’ 개발 활발
2013-03-04 원예산업신문
국내에서는 통계청(2010)에 따르면 약 39만5천 톤 정도가 생산되고 있으며 그 중 3,000톤 정도가 사과부산물로 발생된다. 사과부산물은 주로 사과주스의 생산과정에서 발생하며 사과의 25~30% 정도의 고형물로 남게 된다. 이러한 고형물은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴, 당분을 포함하는 다당류와 미량의 단백질, 폴리페놀과 같은 유용한 물질들로 구성돼 있다.
사과부산물은 일반적으로 동물의 사료나 비료로 이용되거나 산업적으로 사용하기 위한 펙틴의 추출에 활용됐으나 동물의 사료나 비료로 쓰이는 것은 처리비용에 따른 비용적인 문제가 발생하며, 기능적인 물질의 추출은 오직 부산물의 일부분만 이용함으로써 많은 양의 벌크 고체는 여전히 바이오 쓰레기로 남게 된다. 최근 사과부산물을 활용한 방법들이 개발되고 있으며 그 중 일부분은 안토시아닌, 카로틴, 폴리페놀과 같은 색소나 페놀계 화합물의 추출에도 쓰이고 있다.
최근 농산 부산물의 처리는 땅에 직접적으로 매립하거나 다른 방법을 이용하는데 비용적인 문제로 인한 경제적 손실과 잠재적인 환경 문제가 발생한다. 이에 과실 부산물 중 주요 대표성을 가지는 사과부산물의 활용에 관한 연구는 반드시 필요하며, 특히 국내 사과부산물을 이용한 부가가치 제품으로 활용한 분야에서 이는 많은 잠재적인 가능성을 가지고 있다고 볼 수 있다.
생분해성 필름은 매트릭스 물질과 같은 생분해성 폴리머와 생분해성 필러와 같은 천연섬유로 구성되어지며, 농산물 부산물이 포함하고 있는 펙틴이나 전분과 같은 요소들이 폴리머 매트릭스를 형성 할 수 있고, 셀룰로오스, 리그닌과 같은 비 수용성물질들은 분산되어 필러로써 작용 할 수 있으며 당분은 가소제의 역할을 할 수 있다. 하지만 매트릭스를 형성하기에는 부족한 구성요소와 물성적인 한계를 가지고 있기 때문에 필름형성을 돕고 물성을 강화하기 위한 물질이 필요하다.
천연 부산물과 같은 물질들을 다른 바이오폴리머와의 혼합을 통해 생분해성 필름을 만들어 처리 할 수 있는데, 최근 식물성 천연섬유를 보강제로 사용해서 필름의 기계적 물성을 향상시키는 많은 연구가 이루어지고 있다. 천연 섬유가 가진 구성요소로써 셀룰로오스나 비 셀룰로오스 탄수화물과 리그닌과 같은 물질들은 높은 탄성계수를 가지고 있어 필름에 적용 시 물질의 구성요소 사이사이에서 작용하여 물질의 강도를 향상시키는 데 사용될 수 있다.
포장소재에 천연섬유의 첨가는 물리적인 성질을 증가시킬 뿐만 아니라 차단 특성의 변화와 함께 천연섬유가 가진 고유한 성질에 따라 추가적으로 항산화 효과나 항균성과 같은 기능성효과를 부요할 수 있다. 또한 포장 소재에 천연 고분자의 합성으로 물리적 성질, 차단성을 향상시키는 동시에 생분해도를 향상시킴으로써 환경오염 문제의 축소를 도울 수 있다.
폴리비닐알코올은 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate)와 같은 비닐에스테르 계열의 고분자를 비누화시켜 제조되는 히드록시기 함유 선형 결정성 고분자로 투명 포장용 필름, 사무용 접착제, 카드 보드지, 세탁용 풀, 종이의 코팅제 및 강화제 등 넓은 분야에 걸쳐 사용되고 있다. 이는 생분해성, 생체적합성, 화학적 저항성 그리고 우수한 물리적 특성 때문에 많은 사회적 작용이 가능한 다용도 고분자이기 때문이다. 합성 고분자로써는 독특한 특성인 수용성을 기본으로 다양한 용도로 활용이 가능하기 때문에 다른 물질과의 복합필름을 형성하여 물성을 개선하고 가격을 낮추는 등의 연구가 진행되고 있다.
그러나 PVA를 기반으로 한 폴리머 매트릭스에 필러 형태의 바이오 물질을 첨가하여 폴리머의 물성 개선을 수행한 연구들이 최근 보고되고 있으나, 농산물 부산물을 활용하여 폴리머의 차단성 및 물성 개선을 위하여 적용한 연구 내용이 미비한 상태로 특히 사과부산물이 함유하고 있는 페놀성 화합물에 의한 항산화성을 특성을 친환경 폴리머에 부여하고자 한다. PVA 고분자에 사과부산물을 적용한 형태의 친환경 폴리머 시스템은 PVA가 기본 매트릭스 구조를 형성하고 사과부산물의 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴과 같은 부분들이 천연필러로써 작용하고 당분이 가소제로의 역할을 한다. 또한 PVA가 가진 단점인 물리적 성질 및 수분에 대한 저항성을 보완하고 사과부산물은 펙틴이나 단백질, 유기산, 당류와 같이 필름을 형성하기에 좋은 요소를 가지고 있고 페놀성 화합물과 같은 기능성물질이 있기 때문에 친환경적이고 생분해가 가능한 기능성 식품포장소재로써의 충분한 잠재성이 있다.
따라서 농촌진흥청 국립원예특작과학원 과수과에서는 PVA 폴리머 소재의 매트릭스를 강화하기 위하여 사과부산물을 혼합하여 기능적인 특성을 가진 생분해성 필름을 개발하는 것으로 제조한 필름의 기계적, 열적, 수분 차단성 및 기능성을 평가하고 물질간의 결합 특성을 파악하는 것이다. 특히, 재사용 가능한 농산물 공급 원료로부터 생분해성 소재 개발은 환경적이고 경제적인 측면에 중요하다. 과실 부산물을 기반으로 제조한 생분해성 필름은 식품에 대한 안정성, 분해성, 항산화성의 장점을 가지기 때문에 식품용 포장소재로 활용이 증대되리라 판단된다.
■농진청 원예원 과수과 농업연구관 정대성