식품공학, 식품기사, 기술사 등 필수 과목 식품포장학 요점 정리 2. 금속 및 유리

 

■ 식품 포장재의 종류

1. 금속 (metals (steel, aluminum))
: 강하고 차단성이 뛰어남
: 산성 식품에는 취약
: 산소 등의 기체, 수분 및 광선을 완벽하게 차단
: 내용물의 산화 그리고 수분 재흡수 최소화
: 기계적 강도 우수
: 종이나 플라스틱과의 복합화가 가능
: 치수의 정확성으로 대량 생산 가능
: 저렴하게 대량 생산 할 수 있음
: 내열성이 우수하여 열 및 전기 전도성이 높음
: 식품의 충진 후 가열 시간을 단축시켜 가열에 의한 내용물의 품질 파괴를 최소화
: 소재 자체가 불투명이어서 제품 내용물을 보여 줄 수 없음
: 시각적인 효과를 기대할 수 없d,a
: 금속 캔의 경우는 플라스틱에 비해 중량이 무거워 제품 수송비가 많이 드는 단점
: 용기 모양의 종류도 성형상의 문제로 플라스틱에 비하여 매우 단조로움
: 전자레인지를 이용하여 용기와 함께 내용물을 가열할 수 없다는 단점
: 향에 민감한 제품의 경우는 금속 향을 민감한 소비자가 느낄 수 있어 기호성 식품 등 다
양한 제품 적용에는 제한을 받고 있음
: 산도가 높은 식품의 경우는 금속 표면을 녹슬게 하여 내용물의 안전성까지 영향을 미치는
경우가 발생할 수 있음

 

1) 금속 재료의 종류 및 특성
식품 포장 용기로서 금속 재료의 종류에는 철과 주석을 이용한 주석판 (tinplate)과 철과 크
롬을 이용한 TFS (tin free steel) 그리고 알루미늄 (aluminum) 등이 있다.

 

(1) 주석판
철판 양면에 주석 (tin)을 코팅하여 산성 식품으로 인한 용기의 부식을 막을 수 있으며 대량
생산이나 기계적 강도 면에서 우수한 금속 포장 재료이다.

 

(2) TFS (tin free steel)
철판 표면에 크롬층을 입힌 재료로서 코팅이나 인쇄성이 우수한 장점을 가지고 있고 주석을
사용하지 않은 저가의 캔 용기용 금속 재료로서 널리 알려져 있다. 그러나 식품에 의한 용
기 부식이 일어날 가능성이 높으므로 코팅을 한 후 사용하는 것이 필요하다.
코팅은 내용물과 용기의 직접적인 접촉을 차단하고 외부 마찰에 대한 차단성 그리고 인쇄를
용이하게 하는 일종의 금속 용기의 부가가치를 높이는 작업이라고 할 수 있다. 특히 내면
코팅은 내용물로부터 용기 표면을 보호하는 기능 뿐 만 아니라 금속 표면에 균일하게 분포
되어야 하고 내용물에 코팅으로 인한 어떤 냄새나 향미를 주어 품질을 변화 시키는 일이 없
도록 하는 것이 중요하며 최근에는 코팅 물질이 캔 식품의 가열이나 저장 중에 용출되어 식
품의 안전에도 영향을 미치는 경우가 있으므로 코팅 재료의 선택이나 적용에 세심한 주의가
요구된다. 일반적으로 사용되는 코팅 재료 및 방법에는 다음과 같은 것들이 있다.

 

① epoxy 계
코팅 역할 뿐 만 아니라 접착제로도 쓰이는 물질로서 열 안전성이 상대적으로 우수하여 많
은 가공 식품 (육가공 및 즉석 캔 스프 제품 등)에 사용되고 있다. 그러나 성분 중에 유해
물질인 bispheonl A를 가지고 있어 이 물질이 가공중이나 저장 중 지방 함량이 높은 식품
등에 전이 되어 식품의 안전에 나쁜 영향을 미칠 수 있어 세심한 주의가 요구되고 있다.

 

② vinyl 계
건조 식품이나 음료와 같이 상대적으로 높은 온도의 가공 처리를 요구하지 않는 제품에 적
합한 코팅 방법으로 polyvinyl chloride 나 polyvinyl acetate 등과 같은 vinyl 계를 사용하기
도 한다. 내열성은 약 85˚ 정도로서 높지 않고 epoxy 등을 이용한 밑바닥 코팅이 필요한
경우도 있다. 또한 polyvinyl chloride 아 같은 소재의 경우 한계 온도를 넘는 가열 조건에
노출 될 경우에는 chloride monomer 가 용출되어 식품의 안전에 좋지 않은 영향을 줄 수
있으므로 세심한 주의가 요구된다

 

③ phenol 계
산성 식품과 가열 조건에 대한 화학적 및 내열성이 우수하지만 자체적인 접착력이 부족한
것이 단점으로 지적되고 있어 사용 범위가 제한되고 있다.

 

④ oleoresinous 계
비교적 저가의 코팅 재료로서 과일 통조림 등에 많이 사용되고 있으나 내열성이 떨어져 내
용물을 충진 한 후 고온 처리 과정을 거치는 제품에는 적합하지 않아서 사용 범위가 제한되
고 있다.

 

(3) 알루미늄
steel 과 함께 또 다른 금속 포장 재료로서 중요한 알루미늄은 기본적으로 반사율과 인쇄성
이 우수하여 소비자에게 제품을 매혹적으로 보이게 하는 장점을 가지고 있다. 기능상으로
알루미늄 포장재는 방습성이 우수하여 수분에 민감한 제품, 특히 장마철에 과자 포장재로서
습기를 막아주는데 매우 효과적이다. 또한 보향성, 방취성 그리고 차광성이 우수하여 기호
식품 특히 커피나 지방 함량이 높은 제품의 향 보존 및 산화 방지에 매우 효과적이며 steel
can 보다 무게가 가벼워 수송비를 절감할 수 있다. 또한 특유의 유연성으로 일반 가정에서
도 손쉽게 사용할 수 있어 상업화에도 성공하였다. 대량 생산 및 가공면에서도 열전도성이
우수하여 가열 시간을 단축할 수 있고 단열성도 좋아 식품 저장에 유리한 면도 있다. 그러
나 이러한 장점에도 불구하고 금속 재료라는 특징 때문에 전자레인지 조리시에 내용물과 함
께 조리가 어려워 소비자에게 불편을 주고 있다. 또한 가공이나 저장 중에도 기계적 강도
가 약하고 pin-hole 발생 가능성이 있어 세심한 주의가 요구된다. Pin-hole 은 알루미늄 호
일 제조 중에 작은 틈이 생기는 것으로서 발생율은 알루미늄 호일의 두께에 반비례 하고 있
다. Pin-hole 이 발생되면 호일 특유의 장점인 방습 및 방향 기능이 저하되어 원하는 식품
보호 기능을 가질 수 없게 된다. 그러나 pin-hole을 줄이기 위해서 두께를 높이면 알루미
늄 호일의 장점인 유연성이 없어지게 된다. 따라서 pin-hole 의 발생율과 두께를 적절하게
조화시켜 내용물에 맞는 식품 포장재의 기능을 갖도록 하는 것이 매우 중요하다.

 

표. 알루미늄 호일의 두께와 pin-hole 발생율과의 관계

Al. foil 의 두께 (cm)	Pin-hole 의 발생율 (%)
0.009 0. 013 0.018 0. 025 0.030	100 100 15 8 0

이처럼 알루미늄은 두께에 따라서 핀홀이 발생할 가능성이 있어 외부 환경으로부터 차단성
을 떨어뜨릴 수 있고 유연성을 강조하다 보니 지지력과 같은 기계적 강도가 떨어 질 수 있
어 이를 보완하기 위한 방법으로 플라스틱이나 종이를 부착하여 식품 포장재로 사용하기도
한다. 우선 플라스틱과 접착하여 다층으로 사용하면 핀홀을 막을 수 있으면 종이와 접착하
여 사용하면 종이의 강성 특성을 이용하여 외부 충격으로부터 내용물의 파손을 막을 수 있
는 장점이 줄 수 있다.

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2. 유리 (glass)
: SiO2 의 거대 고분자 물질
: Na2CO3․CaO․8 SiO2

성분	구성 무게 비율 (%)
SiO2	68 - 73
Na2CO3	12 - 15
CaO	10 - 13

: 반응성이 없다 (수분이나 산에 강하다) 이것은 식품의 안전한 저장 및 품질 유지에 매우
중요한 장점이 된다
: 투명성이 높아서 소비자의 시각적 만족감을 높여준다
: 산소 차단성이 좋아서 식품의 기능성 유지에 도움을 준다
: 파손 가능성이 높고 무거운 것은 단점이다

 

1) 유리 용기의 형태
유리 용기는 형태와 용량에 따라 다음과 같이 나누어진다.
① Bottles : 좁은 목을 가지고 있으며, 청량 음료나 맥주 병이 대표적이다.
② Jar : 목과 몸통 부분의 넓이가 같으며, 내용물의 입자가 크거나 점도가 높은 제품에 많
이 사용되고 있다. 쨈이나 최근에는 pickle 포장 용기로서 많이 사용되고 있다.
③ Tumbler : 목 부위를 넓게 만든 용기이다.
④ Jungs : bottle을 확대한 모양으로서 좁을 목을 가진 큰 용기이다. 대표적으로는 업소용
생수통이 이런 형태를 가지고 있다.
⑤ Vial : 좁고 짧은 목을 가진 형태로서 병원이나 실험실에서 시료 보관용으로 많이 사용
된다.

 

2) 화학적 구성
앞에서 언급한 것처럼 유리의 화학적 구성은 Na2O․CaO․8SiO2 로 각각의 구성 비율이 일
반적으로 1:1:8 로 이루어지고 있다.
① 규사 (Sand) 는 SiO2 를 말하며 일반적으로 유리 제조 시 총 중량의 68 % 에서 73 %를
사용하며 규사의 양이 증가될수록 강도와 유리의 녹는점이 높아진다. 그러나 강도가 높아
질 수록 급격한 온도 변화나 외부 충격에 유리가 파손되는 경우가 있으므로 주의가 필요하
다.
② 소다회 (sodaash) 는 Na2CO3 를 말하며 유리 제조 시 총 중량의 12% 에서 15% 를 사
용한다. 유리의 녹는점과 물에 대한 용해도를 저하시키고 유리 제조 시 성형성을 높여주고
외부 환경 변화나 충격으로부터 유리가 파손되는 것을 억제할 수 있으나 일반적이고 지속적
인 외부 충격에 대한 물리적 저항성이 떨어 질 수 있다.
③ 석회석 (limestone) 은 CaCO3 를 말하며 유지 제조 시에 총 중량의 10% 에서 13% 정도
를 사용한다. 석회석도 소다회와 마찬가지로 첨가량이 증가 할 수 록 유리의 녹는점을 감
소시키고 성형성을 높여주는 역할을 한다.

 

3) 유리 제조 공정
규사 (68 - 73 %, SiO2)
석회석 (10 - 13 %, CaCO3) ⇒ 원료를 중량대로 배합 ⇒ 용광로 (1500 - 1600 ℃)
소다회 (12 - 15 %, Na2CO3)
⇒ 용해조 ⇒ 냉각조 (성형을 위해 온도를 1100℃ 로 낮추어 유리 덩어리 형성) ⇒
성형 (blow-blow 방법이나 press-blow 방법) ⇒ 서냉 (annealing) ⇒ 강도 검사
위에서 언급한 것처럼 유리 제조 공정은 가열/냉각 과정 후에 성형 그리고 가열과 냉각 과
정을 반복하면서 유리 용기의 강도를 조절하고 있다.