열처리된 목재 기반 포장소재의 Lentinula edodes 선도유지 효과와 AI 기반 에틸렌가스 흡착률 예측 모델

하시영1*, 김도현1, 김소연1, 김현철1, 양재경1

(1경상국립대학교 환경재료과학과)

AI-Based Modeling of Ethylene Adsorption and Freshness Preservation of Lentinula edodes Using Heat-Treated Wood Packaging Materials

Si Young Ha1*, Do Hyeon Kimi1, So Yeon Kim1, Hyeon Cheol Kim1, Jae-Kyung Yang1

(1Department of Environmental Materials Science, GyeongSang National University)

요약: 수확 후 취급 과정에서 에틸렌이 축적되면 버섯의 갈변 및 품질 저하가 가속화된다. 본 연구에서는 바이오매스 유래 다공성 소재인 열처리된 목재를 에틸렌 흡착제로 활용하여, 운송 과정 중 Lentinula edodes의 품질 유지를 위한 능동 포장 적용 가능성을 평가하였다. 가열 목재 분말은 산소가 제한된 조건에서 열처리하여 제조하였으며, 단독 또는 상용 KMnO₄기반 에틸렌 제거제와 혼합하여 능동 포장용 파우치에 적용하였다. 에틸렌 흡착 성능은 실험실 조건에서 먼저 평가한 후, 모의 택배 운송 시험을 통해 검증하였다. 운송 전후 L. edodes의 에틸렌 농도, 외관 변화, 색도(L* 값), 생체중 감소율 및 pH 변화를 정량적으로 분석하였다. 그 결과, 가열 목재를 포함한 파우치는 최적 조성 조건에서 포장 내부 에틸렌 농도를 70% 이상 저감시키는 우수한 제거 효율을 보였다. 또한 가열 목재 기반 에틸렌 흡착제를 적용한 처리구는 대조구 및 상용 제거제 단독 처리구에 비해 유의적으로 높은 L* 값을 유지하였고, 갈변이 감소되었으며 생체중 감소율 또한 낮게 나타났다(p < 0.05). pH에는 부정적인 영향이 관찰되지 않았다. 본 연구에서 개발된 AI 기반 에틸렌가스 흡착률 예측 모델은 85% 이상의 예측 정확도를 나타내어, 열처리 목재 기반 포장소재의 에틸렌 제거 거동을 효과적으로 예측할 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 가열 목재가 화학적 첨가제 없이도 물리화학적 에틸렌 흡착제로 효과적으로 기능함을 보여준다. 재생 가능하고 생분해성이며 대량 생산이 가능한 소재로서, 가열 목재는 신선 버섯의 저장 수명 연장을 목표로 하는 능동 포장 분야에서 기존 화학적 에틸렌 제거제를 대체할 수 있는 지속가능한 대안으로 활용 가능성이 있다.

Abstract: Ethylene accumulation during postharvest handling accelerates browning and quality deterioration in mushrooms. This study evaluated the feasibility of using heated wood, a biomass-derived porous material, as an ethylene adsorbent for active packaging to preserve the quality of Lentinula edodes during transportation. Heated wood powder was prepared under oxygen-limited thermal treatment and incorporated into active sachets, either alone or in combination with a commercial KMnO₄-based ethylene scavenger. Ethylene adsorption performance was first assessed under laboratory conditions and subsequently validated through simulated courier delivery. Changes in ethylene concentration, visual appearance, color (L* value), fresh weight loss, and pH of L. edodes were quantitatively analyzed. Sachets containing heated wood exhibited superior ethylene removal efficiency, achieving over 70% reduction in package headspace under optimized formulations. Mushrooms packaged with heated wood-based scavengers maintained significantly higher L* values, showed reduced browning, and experienced lower fresh weight loss compared with the control and commercial scavenger-only treatments (p < 0.05). No adverse effects on pH were observed. The AI-based ethylene adsorption prediction model developed in this study achieved a prediction accuracy of over 85%, demonstrating robust model performance and its potential applicability for optimizing ethylene scavenging behavior in heat-treated wood-based packaging systems.

These results demonstrate that heated wood effectively functions as a physicochemical ethylene adsorbent without chemical additives. As a renewable, biodegradable, and scalable material, heated wood presents a sustainable alternative to conventional chemical ethylene scavengers for active packaging applications aimed at extending the shelf life of fresh mushrooms.

Acknowledgments: This study was carried out with the support of ‘R&D Program for Forest Science Technology (Project No. 2023479B31-2425-BC0361382116530002)’ provided by Korea Forest Service (Korea Forestry Prom\otion Institute).