재료 과학과 기술의 혁신으로 인해 식품 포장용 나노기술 시장은 매년 성장세를 보이고 있다. 지난 10년간 명백해진 것은 안전하고 비용 효율적인 방법으로 식품 보존과 보호를 개선함으로써 식품 폐기물을 줄여야 할 중대한 필요성이다.

이러한 요구는 음식과 포장 쓰레기를 줄일 수 있는 음식 포장을 위한 나노기술에 새로운 선택사항들을 활용할 수 있는 기회이다. 다가오는 미래 시장 통찰력 보고서에 따르면, 음식 포장에 사용되는 나노기술은 재료 과학과 기술의 발전에 힘입어 2023년부터 2033년까지 매년 15% 증가할 것으로 전망된다.

나노기술은 새로운 것이 아니며, 사실 1959년에 리차드 파인만에 의해 처음 소개되었지만, 이 용어는 타니구치 노리오에 의해 처음 만들어졌다.

나노기술은 1나노미터에서 100나노미터 범위의 분자로 정의된다; 예를 들어, 100나노미터는 0.0000039인치이다. 이 기술은 나노시스템과 나노물질을 다루는데, 후자는 나노섬유, 나노입자 그리고 나노 플레이트의 세 가지 범주로 분류된다. 나노기술은 포장, 나노전자 제품, 바이오메디컬, 보안 센서, 페인트, 섬유, 화장품, 의료, 종이, 건설, 폭발물과 무기 그리고 윤활유 등을 포함한 다양한 시장에 적용되고 있다.

 

나노기술 유형 및 식품 포장에서의 응용

티타늄 질화물 나노입자, 은 나노입자 및 나노아연산화물, 나노 점토 및 나노 이산화티타늄을 포함하여 이 시장에서 적절한 다양한 나노 소재가 있다. 이것들은 식품 포장을 위한 기능성 첨가제로서 작용한다. 이 기술의 가장 유망한 용도 중 하나는 활성 포장인데, 이는 고객에 의해 일단 포장이 열리면 미생물의 성장을 멈추도록 고안된 포장이다. 사용 가능한 옵션은 포장의 활성 부분으로 다시 포장하는 것을 포함한다.

 

나노기술이 주도하는 식품 포장 시장은 액티브 패키징과 개선된 패키징으로 분류된다. 액티브 패키징에서의 나노 물질의 사용은 식품과 직접 적으로 상호작용하여 제품에 더 나은 보호를 제공하는 데 유익하다. 나노은, 나노 이산화티타늄, 나노 구리 산화물, 탄소 나노 튜브 및 나노 마그네슘 산화물과 같은 일부 나노 물질은 항균성을 제공할 수 있다.

그뿐만 아니라 포장의 내습성, 온도, 가스 장벽 등을 개선하기 위해 나노입자를 폴리머 체인과 결합함은 물론 포장의 온도, 내습성까지 개선한다. 미국 FDA는 식품 접촉에 나노 복합재의 사용을 승인하였다.

포장 기술과 연구의 소유자인 식품 포장 과학 전문가 클레어 샌드는 나노입자가 분자 수준에서 입자의 고통스러운 경로를 연장함으로써 식품 포장의 장벽 특성을 도울 수 있다고 언급했다.

샌드는 “이는 확산 속도를 늦추고 물이나 산소들이 이동하는 데 필요한 구불구불한 길을 늘림으로써 장벽을 강화한다”라며 “식품 안전과 재활용에 필요한 추가적인 제한 범위 내에서 이를 달성할 수 있다”라고 말했다. “이는 적층 시트나 공압출에 비해 필요한 추가 재료의 양을 줄이는 동시에 장벽과 강도를 추가할 수 있다. 재료 비용을 줄일 때 특히 유리하다.”

향후 “PET/호일 라미네이트를 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)/실리카 나노섬유가 포함된 선형 저밀도 PE 공압출로 대체하여 데드폴드 및 장벽 특성을 유지할 수 있는” 구체적인 예를 선보일 예정이다.
 

스마트/지능형 패키징

이는 식품의 미생물 또는 생화학적 변화를 감지하도록 설계되었다. 이는 식품에서 병원균의 발달을 감지할 수 있다. 일부 스마트 포장은 식품 안전을 위한 추적 장치로 사용하도록 개발되었다. 현재 영국항공, MonoPrix 슈퍼마켓, 네슬레에서는 포장된 식품의 변화를 빠르게 감지할 수 있는 화학 센서를 사용하고 있다.

나노 센서를 이용한 포장은 공급망 전반에 걸쳐 식품과 용기의 내부 및 외부 상태를 식별하는 데 도움이 된다. 

또한, 플라스틱 포장의 경우 나노 센서가 식품이 상할 때 식품의 가스를 감지하여 포장의 색상을 변경하여 소비자에게 경고할 수 있다.

또 다른 방법으로, 스마트 포장을 위한 항균제 첨가물과 나노 센서는 음식의 부패를 감지하고 나노 항균제를 방출하여 유통기한을 연장할 수 있다. 이는 슈퍼마켓과 대형마트가 음식을 더 오래 신선하게 유지할 수 있도록 돕는다.

“예를 들어, 이 나노 센서는 미생물 성장의 부산물 중 하나인 이산화탄소의 존재를 알릴 수 있다”라고 샌드는 설명했다.

 

샌드는 또한 이러한 시장에서 나노기술이 또 다른 용도로 사용되는 것을 언급했다. “나노입자는 지능형 포장에 전원을 공급하기 위해 은밀한 배터리 소스를 제공할 수 있다.”

FMI 분석가에 따르면, 다른 옵션들은 소위 전자 코(electronic noses), 나노 캔틸레버(nano-cantilevers), 어레이 바이오 센서, 나노 테스트 스트립 및 용액 내 나노입자를 포함한다.

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