식품은 유기물이다. 따라서 시간이라는 독립변수에 여러 종속변수들이 존재한다. 화학 물리 생물학적 변화들이다. 공장에서 갓 태어난 모습은 시간에 따라 변화한다. 이 변화가 품질의 저하로 이어져 상품으로 가치가 없거나 건강에 위해한 식품으로 변질된다.

일반적으로 식품에는 제품명·제조자·원재료·날짜표시 등 주요 사항들이 표시된다. 이중 식품의 날짜표시는 해당 제품의 특성에 따라 판매와 섭취가 가능한 기한을 과학적으로 설정한 것이다. 그런 만큼 식품의 유통기한 표시는 소비자에 대한 정보로서 매우 중요하다.

우리가 알고 있는 유통기한은 소비기한 표시제도로 2023년 계도기간으로 운영되어 2024년 1월 1일부터 시행되었다. 보통 시중 제품들은 유통기한이 지나도 일정기간 섭취가 가능하다. 품질 변화시점을 기준으로 안전을 위해 60~70% 정도 빠른 기한으로 설정되기 때문이다. 그러나 소비자가 이를 폐기시점으로 인식하면서 불필요한 식품의 낭비가 발생하자 새로운 개념의 소비기한을 만들었다. 소비기한은 80~90% 정도 빠른 기한으로 설정되어 있다.

유통기한은 생산자가 유통업자가 제품을 판매할 수 있는 마지막 시점이기 때문에 소비자가 이를 언제까지 섭취할 수 있는지에 대한 판단에는 도움이 되지 못한다. 이에 반해 소비기한은 규정된 보관 조건에서 소비해도 안전에는 이상이 없다는 뜻이다. 즉 소비자가 언제까지 해당 제품을 소비할 수 있는지 명확하게 알 수 있도록 개선했다.

활성화 에너지 계산해 기한 설정

소비기한은 과연 어떻게 정할까? 식품 내 여러 유기물이 품질 저하를 발생시키는 요인들로 시간 온도 습도 광선 등이 있을 것이다. 제품의 특성과 유통과정을 고려해 제품의 품질을 가장 잘 나타내는 외관 맛 색 냄새 등의 관능적 특성과 미생물의 수, 이화학 혹은 물리적 품질지표를 정하고 과학적인 설정 실험을 통해 측정한다.

소비기한이 3개월 이내 그리고 3개월 이상 제품으로 구분해 3개월 이내 식품은 실측실험을 해 실제 보관 또는 실제 유통조건으로 저장하며 선정한 품질지표가 품질한계에 이를 때까지 일정 간격으로 실험을 진행해 소비기간을 정한다. 3개월 이상 제품은 실제 보관이나 유통조건보다 가혹 조건에서 실험해 소비기한을 예측한다.

중요한 키워드는 활성화 에너지다. 활성화 에너지는 화학반응이 진행되는데 필요한 최소한의 에너지를 의미한다. 활성화 에너지가 높을수록 식품의 품질변화가 더 느리게 일어난다. 아레니우스 방정식(Arrhenius equation)을 사용해 활성화 에너지를 계산하고 이를 유통기한을 예측하는데 이 방정식은 온도와 반응속도 사이의 관계를 규명한다.

위에서 말한 가혹 조건이 바로 실제 유통온도보다 높은 온도에서 더 활발한 입자의 충돌을 유도하고 화학반응을 빨리 일으키게 만들어 품질 지표의 반응차수(n)와 활성화 에너지(Ea), Q10 값을 알면 임의의 온도에서 제조사에서 정한 품질한계까지 도달하는데 걸리는 시간을 계산할 수 있다. 이 아레니우스 방정식은 공정설계 및 최적화, 재료공학, 생명과학, 환경과학 분야 등 다학제 응용 분야에서 사용된다.

아마 이과 쪽을 공부한 사람이라면 고등학교 과목인 화학에서 ‘아레니우스 산 염기’로 처음 우리와 만난 걸 기억할 것이다. 아레니우스는 사람의 이름이다. 1889년 화학반응 속도와 온도의 관계를 규명한 저명한 화학자로 노벨화학상을 수상했다.

무엇보다 그는 온도와 화학반응에 대해 연구했고 이미 1896년 대기 중 이산화탄소 농도변화가 지구 표면온도에 미치는 영향을 정량화했다. 온실가스라는 개념도 처음 도입했다. 즉 이산화탄소 농도와 지구 평균기온의 상관관계에 관한 연구의 초석을 마련했으며 현재 기후변화에 관한 정부간 협의체(IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change)의 지구대기감시보고서의 미래 기온 예측에 중요하게 사용되고 있다.

지구 온난화 예측한 아레니우스 방정식

그가 계산한 이산화탄소 농도가 2배 상승하면 지구의 온도는 5~6℃ 상승한다는 주장은 현재 과학자들의 예측값과 상당히 유사하다. 물론 그는 온난화에 대한 시점이 긍정적인 평가를 했다는 것은 현실과 다르지만.

식품의 수명에 대한 이해는 단순히 유통기한이나 소비기한을 넘어 과학적 원리, 환경문제, 그리고 지속가능한 소비와 밀접하게 연관되어 있음을 말하고 싶다. 아레니우스의 연구가 보여주듯 한 분야의 과학적 발견이 다른 분야에 미치는 영향은 지대하기 때문이다. 앞으로 소비기한을 보면 아레니우스를 기억해보길 바란다.

김기명 푸도슨트식품연구소 연구소장 식품공학