농산물 호흡 모니터링으로 능동적 저장환경 변화를 주는 스마트한 DCA 저장기술
유통공학연구실에서는 농산물 수확 당시의 품질을 유지할 수 있는 저장기술을 더욱 발전시키기 위한 끝임없는 연구를 이어오고 있다. 농산물 수확 당시의 품질을 유지하기 위한 방법은 농산물의 호흡 및 생리작용을 최대한 억제하여 자체 영양분 소모를 최소화하는 것이다. 농산물의 호흡속도는 온도가 낮아지면 늦어지고, 저온저장고 내 대기성분(산소, 이산화탄소) 조성비를 조절하는 경우 저온저장보다 더 늦어지는 효과가 있다. 또한 식물 성장조절제인 1-MCP 처리하여 농산물을 저온 저장하는 경우 성장을 억제하여 품질을 유지하는 방법이 있다.
일반적으로 사과를 저온저장을 하면 11월에 수확된 사과는 봄이 지나 기온이 올라가면 품질이 떨어지게 된다. 하지만 저장고 내 대기성분 조성비를 조절하는 CA (Controlled Atmosphere)저장을 할 경우 일반 저온저장고에 비해 1.5~2배 정도 품질 유지 기간이 늘어난다. 외국의 경우 사과를 저장할 때 2015년도 기준 유럽은 80~90%, 미국은 60~70%, 일본은 50%정도 CA저장기술을 사용하고 있었다. 국내의 경우 외국에서 수입된 CA저온 저장시설을 몇몇 곳에서 시범운영하는 실정이었으나 까다로운 운영방법 때문에 저장시설을 운영하는데 어려움이 많았었다.
국립농업과학원 농업공학부 유통공학연구실에서는 2014년~2016년에 CA저장기술을 국산화하여 농가에서 쉽게 이용할 수 있게 하였다. 개발된 보급형 CA저장시스템은 전국 17지역 21곳에 81대 보급되어 운영되고 있으며, 농가에서는 고품질 사과를 출하해 소득을 높이고 있다. 전국에 보급된 CA저장고는 품질예측시스템을 통하여 원격으로 제어?관리할 수 있다. 보급형 CA저장시스템은 영농 규모가 작은 농가에 사용하기에 2017년에는 농산물산지유통센터(APC) 등과 같은 대규모로 농산물을 저장하는 곳에서 운용할 수 있는 시설형 CA저장시스템을 개발하였다.
2018년~2020년에는 일반 저온저장고를 CA저장고처럼 활용할 수 있도록 팰릿단위로 CA 저장하는 기술을 개발하였다. 이 기술은 올해 2022년부터 시범사업을 통해 현장에 보급 추진 중에 있다. 2019년~2021년에는 CA저장기술이 한 단계 업그레이드된 농산물 DCA(Dynamic Controlled Atmosphere)저장시스템을 개발하였다. 이 저장기술은 농산물의 호흡률을 감지하여 능동적으로 저산소 농도까지 산소농도를 조절하여 일반 CA저장에 비해 장해발생을 최소화하고 신선도 유지 기간을 더 연장할 수 있다. 호흡지수는 농산물의 호흡과정에서 소비되는 산소량과 부산물인 이산화탄소의 비율로 결정된다.
일반적으로 호흡에 의해 소비된 산소량과 생산된 이산화탄소량은 동일하며 이 경우 호흡지수는 1이 된다. 측정된 호흡지수가 1보다 낮을 경우 현재 산소농도가 충분하다고 판단하고 산소량을 감소시키는 제어를 진행하며, 1보다 높을 경우 최소산소농도 한계를 넘어선 것으로 판단하여 산소량을 증가시킨다. 하지만 센서의 측정오차, 저장고의 기밀도, 저장된 농산물의 생리적 특성에 의해 호흡지수는 달라지게 되며 저장환경의 정밀한 계측과 기밀도를 유지, 최저산소농도 탈출조건 등 정밀한 기체제어와 동시에 저장장해 예방을 위한 안전제어가 요구되는 시스템이다. DCA 저장 시스템은 2022년~2024년까지 현장적용 및 품목확대 연구를 추진하고 그 후에 현장에 보급할 예정이다.
영하에서 얼지 않고 오랫동안 농산물을 저장하는 직냉식 과냉각 저장 기술
최근 김치냉장고는 옆으로 문을 여는 편리성을 위해 일정한 온도의 바람을 순환시키는 간접냉각방식을 주로 사용하고 있으나, 덮개를 여는 방식의 직접냉각방식(직냉식) 냉장고는 바람을 순환시키지 않고 열전도를 이용하여 냉각하기 때문에 에너지 효율이 높다. 다만 이러한 직냉식 냉장고도 내벽의 온도진동 진폭이 5℃이상 발생하기 때문에 평균온도가 1℃(김치의 어는점은 소금양에 따라 0.5 ~ -1℃ 정도)보다 낮다면 김치의 일반적인 과냉각 한계온도인 3℃보다 냉장고 내벽의 온도가 낮아져서 얼어버리게 된다. 이 기술에서는 직냉식 냉장고 내벽에 1cm 두께의 스티로폼과 2mm 알루미늄판을 교대로 배치하여 냉장고 내부의 온도진동을 0.3℃ 이내로 낮추었다. 따라서 김치를 2.5±0.2℃로 저장하여 얼지 않고 과냉각 상태로 저장할 수 있었다.
잘 발효되어 맛있는 상태로 판매가 되고 있는 상품 김치를 2.5℃로 저장할 경우 저온저장고에서 1℃로 저장할 때에 비해 신김치가 되는 기간을 4배 연장할 수 있었으며, 산도가 0.3에서 잘익은 상태인 0.6에 도달하는 기간이 12주로 늘어나는 것을 확인하였다. 최근 연구중인 숙성육 연구에서도 0℃ 저장 대비 2.5℃로 과냉각 저장할 경우 축산물의 저장도 더 길게 할 수 있음을 확인하였으며, 인삼씨앗과 같이 발아를 막기위해 ?2℃ 이하의 온도로 저장해야하는 종자의 저장에도 효과적인 것으로 확인되었다.
특히 딸기 재배 농가에서 딸기묘의 꽃눈 맺힘을 위한 저온처리에 활용할 수 있도록 2023년도부터 국립농업과학원 기술지원과에서 신기술보급사업으로 직냉식 과냉각 냉장고를 보급할 계획이다.
대과형 신품종 딸기인 킹스베리는 충청남도 농업기술원 딸기연구소에서 개발한 딸기 품종으로 크고 달며 부드러운 식감에 동남아시아 국가에서도 인기가 높은 딸기이다. 하지만 부드러운 식감은 유통 중 발생하는 진동충격에 쉽게 물러져 상처없이 수출하는데 많은 어려움이 있어 진동을 흡수하여 물러짐을 줄일 수 있는 특화된 포장 개발이 필요하였다. 이와같은 현장애로를 해결하기 위하여 플라스틱 폼과 필름, 고무 재질을 조사하여 킹스베리의 물러짐을 최소화 할 수 있는 재질로 라텍스를 선정하였으며, 라텍스 장갑 생산라인에서 난좌를 제조하는 방법을 개발하였다. 이러한 기술에 대해서는 2021년 12월 논산 킹스베리연합회에서 현장평가회를 가졌으며, 과중이 80~120g의 특대과 딸기를 낱개포장하여 수출하는데 활용할 예정이다.
라텍스 재질을 이용한 완충포장기술은 처음 도입된 것이기 때문에 산업계에서 다양한 포장 디자인에 접목하여 활용될 수 있을 것으로 생각되며, 국내산 대과형 딸기의 유통 중 발생하는 물러짐 문제 개선에 큰 효과가 있을 것으로 예상된다.