스마트팜 농장... 에틸렌 활용과 피해방지 꿀팁

[스마트에프엔=김철호 기자] 에틸렌 가스는 작물의 성숙과 착색을 촉진시키는 등의 생리적 작용도 일으키므로 수확한 작물의 품질을 향상시키기도 한다. 에틸렌의 생리적 효과를 활용하여 수확전후의 작물 품질을 향상시킬 수 있다. 특히 과실의 경우 성숙은 되었으나 숙성되지 않아 식미가치가 낮은 경우(예: 녹숙기의 바나나, 토마토, 떫은 감, 밀감, 오렌지) 출하전 에틸렌 처리로 상품가치를 높이는데 이용할 수 있다. 즉, 에틸렌은 엽록소 분해, 착색증진, 떫은감의 연화 등을 촉진시켜 상품가치를 향상시키는데 활용될 수 있다.

에틸렌 피해 방지

에틸렌 피해를 방지하기 위해서는 지속적으로 에틸렌을 생산하는 발생원을 제거하거나 저장고 안에 축적된 에틸렌을 강제적으로 제거하여야 한다. 에틸렌 제거는 에틸렌에 민감한 작물의 저장성을 향상시키는데 많은 도움이 되며 일부 화훼 작물(절화)에서는 에틸렌 발생 억제제 또는 적용 억제제를 처리하므로 절화의 신선도를 유지할 수 있다.

특히 에틸렌 감응성이 높고 낮은 농도에서 피해 발생이 심한 키위과일등의 작물에서는 에틸렌 제거의 효과가 현저하다. 에틸렌에 의한 피해는 과일의 경우 숙성의 진행에 따른 과육의 연화현상이 보편적으로 관찰되며 심할 경우 과일의 열과나 지나친 숙성으로 인한박피 현상 등이 발생하기도 한다.

엽채류는 특히 엽록소 분해에 따른 황화현상과 잎의 탈리에 따른 상품성 저하가 두드러지며 당근은 쓴맛이 나타나기도 한다. 아스파라거스와 같은 줄기채소는 에틸렌에 노출될 경우 조직이 질겨지는 조직경화현상을 보인다. 저장고 내부에 에틸렌이 과도하게 축적되는 것을 방지하기 위해서는 저장 초기에 에틸렌을 다량을 발생시킬 우려가 있는 발생원을 미리 제거하여야 한다.

상업용 저장고에서 장시간 연소식 지게차를 사용할 경우 배기가스에 포함된 에틸렌 가스가 저장고 내부에 축적되어 불리하므로 축전기충전식 지게차가 유리하다. 또한 저장 대상 작물 중 과숙되었거나 부패 또는 상처를 받은 작물이 있을 경우 이를 제거하는 것이 바람직하다.

저장고 내부에 부패성 미생물이 다량 서식할 경우 이러한 미생물도 에틸렌 가스를 생산하므로 저장고 내를 청결하게 소독하여야 한다. 곰팡이 등이 많이 서식할 때 불유쾌한 냄새가 작물에 배어 품질이 떨어지기도 하므로 청결하게 유지하는 것이 바람직하다.


에틸렌은 저장작물에서 생산되기 때문에 저장 기간이 길어지거나 저장고 내 온도가 높을 경우 작물에 피해를 일으킬 정도로 에틸렌 가스가 축적될 수 있다. 이러한 경우가 예상될 때에는 주기적으로 환기시켜 에틸렌 농도를 낮출 필요가 있다. 저장고 내부 온도와 외기온이 일치할 경우에는 단위 시간당 환기율을 고려하지 않고 충분히 외부 공기를 불어넣어 환기시킬 수 있지만 외기온이 높을 경우에는 저장고 전체 부피를 고려하여 저장고 내부 온도를 급격히 변화시키지 않은 범위에서 환기시킬 필요가 있다.

환기할 때에는 밖의 건조한 공기가 저장고 내부로 유입되기 때문에 저장고 안의 습도가 지나치게 낮아지므로 저장작물이 마를 우려가 있으므로 1회 환기량, 환기할 때 외기온도를 고려하고 습도 관리에 주의하여야 한다. 작물의 대사생리나 에틸렌 감수성에 대한 고려 없이 혼합 저장할 경우 에틸렌 에약한 작물은 심각한 피해를 입을 우려가 있다. 특히 저장 적온을 고려하지 않고 혼합저장을 실시하여 에틸렌 이외에도 저온피해까지 받는 사례가 종종 확인된다. 따라서 작물의 특성이 불명확할 경우 혼합저장을 피해야 되며 부득이한 경우 저장적온과 에틸렌 감수성을 고려하여 단기간에 걸쳐 혼합저장을실시한다.

에틸렌 발생원 제거

저장고 내부에 에틸렌이 과도하게 축적되는 것을 방지하기 위해서는 저장 초기에 에틸렌을 다량을 발생시킬 우려가 있는 발생원을 미리 제거하여야 한다. 상업용 저장고에서 장시간 연소식 지게차를 사용할 경우 배기가스에 포함된 에틸렌 가스가 저장고 내부에 축적되어 불리하므로 축전기충전식 지게차가 유리하다.

또한 저장 대상 작물 중 과숙되었거나 부패 또는 상처를 받은 작물이 있을 경우 이를 제거하는 것이 바람직하다. 저장고 내부에 부패성 미생물이 다량 서식할 경우 이러한 미생물도 에틸렌 가스를 생산하므로 저장고 내를 청결하게 소독하여야 한다. 곰팡이 등이 많이 서식할 때 불유쾌한 냄새가 작물에 배어 품질이 떨어지기도 하므로 청결하게 유지하는 것이 바람직하다.

환기

에틸렌은 저장작물에서 생산되기 때문에 저장 기간이 길어지거나 저장고 내 온도가 높을 경우 작물에 피해를 일으킬 정도로 에틸렌 가스가 축적될 수 있다. 이러한 경우가 예상될 때에는 주기적으로환기시켜 에틸렌 농도를 낮출 필요가 있다. 저장고 내부 온도와 외기온이 일치할 경우에는 단위 시간당 환기율을 고려하지 않고 충분히 외부 공기를 불어넣어 환기시킬 수 있지만 외기온이 높을 경우에는 저장고 전체 부피를 고려하여 저장고 내부 온도를 급격히 변화시키지 않은 범위에서 환기시킬 필요가 있다.

환기할 때에는 밖의 건조한 공기가 저장고 내부로 유입되기 때문에 저장고 안의 습도가 지나치게 낮아지므로 저장작물이 마를 우려가 있으므로 1회 환기량, 환기할 때 외기온도를 고려하고 습도 관리에 주의하여야 한다.

혼합저장 회피

작물의 대사생리나 에틸렌 감수성에 대한 고려 없이 혼합 저장할 경우 에틸렌 에 약한 작물은 심각한 피해를 입을 우려가 있다. 특히 저장 적온을 고려하지 않고 혼합저장을 실시하여 에틸렌 이외에도 저온피해까지 받는 사례가 종종 확인된다. 따라서 작물의 특성이 불명확할 경우 혼합저장을 피해야되며 부득이한 경우 저장적온과 에틸렌 감수성을 고려하여 단기간에 걸쳐 혼합저장을 실시한다.

화학적 제거

저장 중 산물의 주변에서 에틸렌을 제거하면 숙성 지연에 따른 품질유지, 부패 등 손실의 감소, 엽록소 분해 억제를 통한 신선도 유지 효과를 거둘 수 있다. 과망간산 칼리(KMnO4)는 에틸렌 산화에 효과적이므로 이를 이용한 에틸렌 제거가 가능하다. 과망간산 칼리에 의한 에틸렌 제거는 다공성지지체(예, 펄라이트, 벽돌, 질석)을 물에 녹인 과망간산 칼리를 흡수시켜 건조시킨 다음 통기가 되는 망 등에 담아 저장고에 넣어 두면 에틸렌이 제거되이를 주기적으로 교체한다. 현재 상품화된 제품이 판매되고 있으므로 이를 활용한다. 사용한 제품에는 중금속이 포함되므로 폐기할 때 주의하여야 한다.

활성탄 또는 숯을 이용할 경우에는 탈취는 되지만 에틸렌제거 효과가 낮아 실용적 가치는 거의없다. 그러나 활성탄에 제오라이트와 같은 점토입자를 처리하여 제작한 경우 에틸렌 흡착효율이우수하다.

활성탄에 산화제인 브롬을 도포하여 용할 경우 저농도의 에틸렌도 효과적으로 제거할 수 있다. 현재 브롬화합물 도포 에틸렌제거제는 일본에서 개발되어 실용화되어 있으며 수송 또는 유통 중 소포장 상자 내부에 넣어 이용하는 경우가 많다. 폐기물에는 브롬이 들어 있으므로 사용한 다음 폐기할 때 주의한다. 최근 활성탄에 세라믹을 처리하여 에틸렌을 제거하는 소재가 국내에서 개발되어 실용되었다.

에틸렌을 백금촉매와 함께 고온 처리할 경우 산화되므로 이를 이용하여 저장고 내부의 에틸렌을제거하는 방식이다. 기계적 방식으로 현재 고가의 CA창고 등에 설치하고 있다. 반영구적으로 사용할 수 있으나 고가인 것이 단점이다. 이산화티타늄을 처리하여 자외선과 반응시키므로 에틸렌 산화는 물론 살균기능까지 추가된 형태로 내부 살균까지 가능하므로 유리한 점이 있다.

오존의 산화력을 이용하여 에틸렌을 제거하는 방식인데 에틸렌제거와 살균 효과를 동시에 얻을수 있으므로 일부 작물에서는 유리하다. 그러나 높은 농도의 오존에 창고내부에 축적되면 저장작물에 직접적인 피해를 줄 우려가 있으므로 많은 주의가 요구된다. 반응은 매우 복잡한 과정을 거쳐 발생하는데 다양한 반응생성물이 만들어지며 이 중에는 이산화탄소, 일산화탄소, 포름알데히드 등이 포함된다.

에틸렌의 작용은 생성된 에틸렌이 세포 내 특정부위(에틸렌 수용체)에 결합하고 그로부터 숙성관련 유전자에 촉발신호가 전달됨으로써 일어난다. 따라서 에틸렌에 의한 숙성과정을 근본적으로억제하려면 과실 내부에서 에틸렌이 생성되지 않도록 하거나 에틸렌이 생성되더라도 생성된 에틸렌이 작용하지 않도록 해야 한다. 이러한 목적으로 개발된 약제로써 식품안전성이 우수하고 비교적 광범위한 과실에 적용이 가능한 것이 1-MCP 에틸렌 제어제이다.

1-MCP(1-methylcyclopropene)는 에틸렌 수용체에 자신이 결합함으로써 에틸렌의 발생과 작용을 근본적으로 차단하는 화합물이다. 1-MCP는 생장조절제로서 미국 환경청인 EPA(Environmental Protection Agency)에 1992년 등록되었고 2004년 미국 식품의약안전청(FDA)으로부터 식품 사용허가를 받았다. 1-MCP는 기체 상태로 처리되는 화합물로써 처리를 위해서는 밀폐된 공간이 필요하다. 처리농도는 처리 공간 내 1-MCP 농도가 1,000ppb(1ppm)가 되도록 농도를 조절한 수용액을 밀폐공간 내에서 기체화시킨다.

1-MCP 처리는 처리시기(수확 후 경과 일수), 처리농도, 처리 시간 및 처리 시 온도에 따라 다양한 조건이 가능하다. 따라서 경제적인 처리효과를 얻으려면 가능하면 수확직후 처리하되 적정농도와 시간을 지켜야 한다. 한편 수확 후에도 지속적으로 에틸렌 수용체가 생기는 작물(토마토 등)에 있어서는 2-3회 1-MCP를 처리하여야 그 효과가 지속된다.



김철호 기자 fire@thekpm.com