한국생산기술연구원의 최현석(왼쪽부터) 수석연구원, 권진형 선임연구원, 박기륭 박사후연구원 [한국생산기술연구원 제공]

식품 폐기물이 환경 뿐 아니라 심각한 경제 문제가 되고 있다. 유엔환경계획(UNEP)이 2021년 발간한 보고서에 따르면, 전 세계 식품 생산량의 17%가 유통 과정에서 폐기되고 있는 실정이다.

이에 따른 자원 낭비와 온실가스 배출량이 증가하면서 식품의 신선도를 유지하는 기술 수요가 증가하고 있으며, 특히 단백질을 함유한 식품의 유통기한 관리 및 신선도 모니터링이 중요해지고 있다.

한국생산기술연구원은 최현석 지역산업혁신부문 수석연구원(박사) 연구팀이 저온에서도 높은 감도로 식품의 황화수소(H₂S) 가스를 감지할 수 있는 ‘식품 신선도 모니터링 가스센서’ 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

황화수소는 부패한 단백질 식품에서 발생하는 유독성 기체로, 식품 신선도 평가의 핵심 지표로 활용된다.

개발한 H₂S 가스 센서는 200도의 상대적으로 낮은 온도에서도 높은 감도를 유지하며 황화수소 가스를 감지할 수 있다.

이에 따라 기존 300도의 고온에서 작동하는 기존 센서보다 에너지 소모량이 적고, 각종 부품의 크기를 최소화할 수 있어 식품 신선도를 모니터링 할 수 있는 휴대용 기기로 상용화 가능하다.

연구팀은 낮은 온도에서도 효과적으로 작동하는 가스 센서 개발을 위해 전기방사법과 열처리기술을 활용했다.

금속 전구체, 폴리머 등을 섞은 용액을 고전압 환경에서 분사하면 다공성 섬유구조를 갖는 소재가 만들어지는데, 이 다공성 섬유 소재를 600도에서 1시간가량 열처리해 ‘이산화주석-금 나노구조체(SnO₂-Au)’를 합성했다.

빨대 모양의 중공 나노섬유 구조를 갖는 SnO₂-Au는 가스와의 접촉 면적이 극대화돼 저온에서도 H₂S 가스를 정확하게 감지할 수 있다.

연구팀은 3D 프린터를 활용해 개발된 센서와 부품을 제작하고, 한 손에 쥘 수 있는 크기의 소형 휴대용 기기에 통합해 실시간으로 H₂S 농도를 체크하며 식품 신선도를 측정할 수 있는 시스템 구현에 성공했다.

최현석 박사는 “개발된 센서를 스마트폰과 연동해 식품 안전성을 높이는 모니터링 장치로 활용할 수 있다”며 “식품뿐 아니라 다양한 산업현장의 독성가스를 측정하는 모니터링 장치로 확대해 안전성과 에너지 효율화를 높이는 후속연구에 힘 쓸 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구 성과는 재료 분야 국제 학술지 ‘재료화학저널C’ 10월 21일자 표지 논문에 선정, 게재됐다.

구본혁 기자