최근의 식중독 발생 사건으로 인해 HACCP시스템의 운영 효율성에 대한 논란이 커지고 있다. 식품의약품안전처는 재발 방지를 위해 소규모 영업자에 대한 기술지원을 강화하고 사후관리 전문 인력을 증원하는 등 인프라 강화와 불시평가 실시를 통한 사후관리를 강화하기로 하는 등 개선방안을 마련하기로 하였다.
지금 우리 사회는 인공지능, 사물 인터넷, 빅데이터 등 첨단 정보통신기술이 사회 각 분야에 융합되어 혁신적인 변화가 나타나는 4차 산업혁명이 일어나고 있다. 식품산업도 이러한 추세에 부응하여 식품의 품질위생관리의 시스템화, 자동화, 빅데이터 분석 등 4차 산업혁명의 요소 기술이 적용된 스마트 공장의 도입이 필요하다고 할 것이다.
스마트공장은 고객의 다양한 요구를 만족시킬 수 있는 제품을 즉시 생산·유통하는 사람 중심의 첨단 지능형 공장을 지칭하며, 제품 개발부터 양산까지, 시장 수요 예측 및 모기업의 주문에서부터 완제품 출하까지의 모든 제조 관련 과정을 포함하며, 수직적으로는 현장 자동화, 제어 자동화, 응용시스템의 영역을 모두 포함한다.
스마트공장의 개념을 식품제조분야에 도입하기 위해선 사람의 손으로 직접 관리하는 기존의 공정관리 방식에서 벗어나 새로운 측정지표 선정과 데이터 분석, 이를 현장에 적용하기 위한 노력이 필요하다.
예를 들어, 김치와 같이 세척과 발효를 통해 식중독균을 제어하는 비가열식품의 경우 세척을 어떻게 하느냐에 따라 절임배추의 위생 상태가 달라지므로, 세척을 철저히 하도록 하고 있다. 현재 식품의약품안전처에서 제공하는 배추김치 HACCP일반모델에 의하면 업체에서 중요관리점으로 관리하고 있는 세척공정의 한계기준은 “자동세척기를 포함한 3단 이상의 세척하도록 하고, 원료투입량은 분당 30포기 이하, 세척시간은 2분 이상, 세척수는 분당 40ℓ이상을 사용”하도록 하고 있다. 또한 원료투입량, 세척시간, 세척수량을 매 2시간마다 확인·기록하여야 한다. 이를 위해 원료량은 3단 자동세척기에 투입하기 전에 저울을 이용하여 확인하고, 세척수량은 수량계를 이용하여 확인하며, 세척시간은 타이머를 이용하여 확인한다. 점검 결과 세척시간 2분 이상, 원료량 분당 30포기 이하, 세척수량 40ℓ이상의 경우는 다음공정을 진행하고 세척시간 및 세척수량이 기준치에 미달 또는 원료량이 분당 30포기를 초과할 경우 재세척을 실시하도록 하고 있다. 이러한 절차를 따르도록 하는 것은 “세척시간, 수량, 원료량 등을 2시간마다 측정하는 이유는 세척회수, 세척시간, 세척수량, 원료량의 변화에 따라 세척효과가 약화될 수 있으므로 주기적인 세척조건의 확인이 필요하다.”고 제시하고 있다(소규모 업체를 위한 배추김치 HACCP 관리기준, 2010).
세척공정의 한계기준은 세척을 통한 절임배추의 미생물 수준을 관리하기 위해 설정된 것으로, 세척을 통한 미생물 저감화 효과를 현장에서 바로 확인할 수 없기 때문에, 미생물 제어에 대한 동등한 효과를 나타내는 방법을 개발하여 제시한 것이다. 하지만, 자동세척기를 이용하여 1, 2단에서 투입된 절임배추를 세척하여 이동하는 부분 외에 대부분의 작업이 수동으로 이루어지고 있는 배추김치 세척공정에서 한계기준을 지키기 위해 세척공정을 관리하는 것은 현실적으로 어려운 상황이다.
배추김치의 원료, 제조공정, 완제품까지 전 공정을 1년 동안 매월 모니터링을 한 연구보고서는, 계절별로 비교하였을 때 여름철 일반세균과 대장균군이 전 공정에서 증가 추세를 보여 계절적으로 관리가 필요하다는 것을 제시하였다.
「ICT기술 접목을 통한 현장형 김치품질관리정보시스템 개발」과제를 통해 조사된 바에 의하면 일정 수량으로 배추를 투입을 해도 세척시간이 지날수록 재활용되는 세척수의 미생물 수준이 증가함에 따라 절임배추의 미생물도 증가하는 것으로 나타났다.
또한 사용하는 세척기의 단계 수에 관계없이 분당 사용해야 하는 세척수량만 지정이 되어 있어, 업체에서는 사용 세척수의 총량으로만 관리를 하고 있고, 어느 세척기에 얼마만큼의 세척수를 투입하는 것이 세척효율을 높이는 지에 대한 정보는 거의 없는 형편이다.
따라서, 실시간으로 현장에서 세척 효과를 확인해서 절임배추의 세척공정을 제어할 수 있는 모니터링 지표를 개발하여 적용함으로써, 제조공정 제어시스템 적용을 통해 김치의 품질향상 및 인력관리, 공정 관리 데이터 실시간 저장 등의 효율성을 높이는 것이 가능하다. 세척공정 현장에서 측정가능한 지표로 온도, pH, 염도, 탁도 등 세척에 따른 미생물 수준 변화와 적합한 모니터링 지표로는 염도와 탁도가 가능한 것으로 판단된다.
세척수의 탁도와 미생물수 변화를 조사한 바에 따르면, 세척단계에 따라 탁도가 낮아지고, 세척수의 미생물수도 낮아지는 것으로 나타났다. 세척수의 미생물 수준이 낮아지므로 절임배추의 미생물 수준도 세척 단계에 따라 낮아지게 된다. 세척시간이 지날수록 또는 단위시간당 투입량이 증가하게 되면 세척조의 세척수의 탁도와 미생물은 증가하나 현장에서 직접 그 변화를 확인하는 것은 불가능하다. 탁도가 증가하는 시점에 공급용수량을 증가시키면 탁도가 일정하게 유지되고, 절임배추의 미생물 수준도 일정하게 유지되는 것으로 조사되었다. 또한 1단(애벌세척) 세척조에서 탁도가 일정하게 유지된다면 2단(재세척)과 3단(헹굼)에서의 세척효과도 일정하게 유지되는 것으로 나타나, 실시간 모니터링 지표로 활용 가능한 것으로 판단된다.
모니터링 지표를 활용하기 위해서 1단 세척조에 탁도계를 설치하여 실시간으로 탁도를 측정하도록 하고 공급용수에 유량을 조절하는 유량조절장치를 부착한 시스템은, 세척수의 탁도가 증가하면 자동으로 밸브를 열어 세척수량을 증가시켜 세척조 내의 탁도를 일정하게 유지하게 함으로써 스마트 HACCP으로 중요관리점을 관리하는 스마트 팩토리가 되는 것이다. 매일매일 생산 조건이 달라지는 변화무쌍한 생산 현장에서 동일한 조건으로 생산을 하는 것이 어렵고 이를 수동으로 관리할 수 없음을 인지하고 있는 공정을 실시간으로 측정하여 자동으로 관리가 가능한 지표를 활용하여 보다 효율적으로 세척 공정을 운영할 수 있는 것이다. 제조공정에서의 모니터링 지표개발 및 활용의 또 다른 부분은 김치의 숙성 중 발효온도, 염도, pH 등을 한 번에 측정이 가능한 복합센서를 활용하는 것을 들 수 있다. 센서를 통해 얻은 데이터를 축적하여, 숙성 중 온도 및 시간에 따른 염도, 산도 상관관계 모델 시스템을 구축하면, 현재 출하 전 김치의 숙성도 파악을 위해 수동으로 pH를 측정하는 과정을 단순화시킬 수 있고, 식중독균이 생존하고 있는 숙성이 불충분한 김치의 출하로 인한 사건 발생도 예방하는데 활용 가능 할 것이다.
생산현장을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 지표의 개발과 적용과 같은 HACCP 현장관리 체계 플랫폼을 도입할 경우 절임배추의 세척공정에서 개발된 센서로 혼탁도를 측정하여 결정함에 따라 사용되는 용수량 절감을 통해 비용 절감효과도 기대할 수 있다. 탁도를 이용한 세척 효과의 모니터링은 절임배추뿐만 아니라, 많은 농산물의 세척 공정을 모니터링하여 현장에서 실시간 제어가 될 것이므로, 현재의 한계기준 관리 방안을 탁도를 활용한 모니터링으로 관리하는 방안을 적용하는 등 4차 산업혁명에 걸맞는 스마트 공장 도입을 위해 과감한 정책 도입을 제안하고자 한다.
