KR100531919B1 - 다중 배열 광화학 센서를 사용한 신선도 판별 장치 및 방법 - Google Patents
다중 배열 광화학 센서를 사용한 신선도 판별 장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 소형화된 다중 배열 광화학 센서를 신선도가 중요시되는 유제품, 어패류 등의 시료의 포장에 부착하거나 시료에 접촉 또는 근접시켜 시료 속에 함유된 다종의 화학 물질의 성분 변화에 따른 색 변화를 분석 장치로 수치화 및 정량화하고 비교, 판정하여 신선도를 판별하는 장치 및 방법에 관한 발명으로 이를 위하여 다종의 다중 배열 광화학 센서를 구비하고 시료에 대한 색 변화를 색도 측정 장치로 측정하며 측정 데이터를 수치해석하여 재현성 있고 정밀하게 시료의 신선도 특성을 측정할 수 있으며 색 변화가 명확한 경우는 육안으로도 쉽게 신선도를 판별할 수 있도록 하였다.
Description
본 발명은 비교적 변화의 측정이 간편하고 매우 정확하며 육안으로도 판별이 가능한 색 변화로 신선도를 판별할 수 있도록 하며, 이를 수치화하여 객관적으로 해석할 수 있다는 점이다.
신선도 혹은 부패의 정도는 독극물을 포함하는 특정 물질에 연관되는 경우가 많은데 이들은 대개 금속 이온과 강하게 결합한다. 본 발명에서는 이렇게 신선도와 연관되는 특정 물질들과의 결합으로 변색되는 메탈 포르피린, 루이스염기색소, 메탈포르피린 유도체 등으로 이루어진 광화학 센서를 칩 형태로 배열하여 육안으로도 쉽게 그 변화를 찾을 수 있도록 조합하였으며, 육안으로 판별 불가능한 경우에는 이를 본 발명에 의한 장치로 수치화하여 기존의 데이터와 비교한 후 그 신선도를 알 수 있도록 한다.
본 발명이 제시하는 신선도 특성 판별 장치는 도 1에서 나타내어지는 것처럼 포장 내 내용물의 신선도를 판별하고자 하는 시료에 다중 배열 광화학 센서를 접촉 또는 노출시켜 센서로부터 얻어지는 색의 변화를 보여주는 신호 검출부, 변화된 색 변화를 읽어들여 색 데이터로 변환하는 데이터 변환부 및 디지털 데이터로 변환된 다변량 센서 신호를 복수의 좌표성분으로 수치화하는 수치좌표변환기 및 수치좌표의 특성을 비교 판별하기 위한 기존 데이터를 저장하는 기억장치를 포함하는 데이터 처리부, 그리고 판독된 데이터가 속하는 군을 화면에 나타내 주는 디스플레이 장치로 구성되어 있다.
본 발명은 이 장치를 이용하여 식품, 음료의 신선도 특성을 즉석에서 분류, 판별할 수 있게 함으로써 기존의 식품, 음료의 신선도에 대한 평가가 현장에서 즉시 가능하도록 한다.
식품의 신선도 분석은 그 종류에 따라 여러가지 실험 방법으로 나뉘지만 본 발명에서는 색 변화의 비교나 기존의 알려진 데이터와의 2차원 또는 3차원 상의 좌표성분 비교로 편리하게 신선도 특성을 구분할 수 있다.
본 발명은 고가의 LC, GC 나 부정확한 습식분석에 의한 정량분석으로 신선도를 판별하는 기존의 방법보다 훨씬 저렴하고 신속하며 정확하다. 본 발명에서 사용되는 광화학 센서 기술의 특징은 1) 기준전극 등이 불필요하여 소형화에 유리하고 2) 저렴하며 3) 검출이 빛에 의한 신호로 나타나므로 전기적 잡음에 무관하고 4) 이온선택성 전극 또는 그 이상의 높은 선택성이 있으며 이에 덧붙여 5) 검정(calibration) 과정도 지극히 단순화시킬 수 있고 6) 특별한 안정화시간이 필요 없이 현장에서 즉시 사용이 가능하다는 것이다. 이러한 특징은 현대의 분석 장치의 추세인 소형화, 경량화, 경제성에 부합하면서 신뢰성 있고, 경제적이며, 신속하게 분석할 수 있는 기술이다.
이 발명에서 다중 배열 광화학 센서가 신선도에 관련된 모든 물질에 대하여 분석하고 이를 정량적인 데이터로서 나타내 주지는 못한다. 모든 물질에 대해 분석할 경우, 분석 방법과 그 측정 시간 등에서 많은 어려움이 발생하며 각 물질에 대해 한번의 측정으로 데이터를 내는 것이 불가능하다. 이를 대신하여 본 발명에서는 각 센서의 미세한 신호 (예를 들어 발색 신호) 의 차이들의 조합이 궁극적인 시료의 변화 (예를 들어 신선도 변화) 를 반영하는 원리를 이용, 특정 물질을 감지하는 센서를 사용하지 않더라도 원하는 해당 특정 물질 또는 시료의 변화 정도를 알아낼 수 있는 원리이다.
이 원리를 이용하여 시료에 하나의 특정 물질이 얼마나 있느냐 하는 문제로 접근하기보다는, 다중 배열 센서에 대해서 각 센서에 특정한 변화값을 종합적으로 측정하고 이를 변량화학(chemometrics) 의 여러가지 수학적 방법을 이용하여 분석한 뒤 이를 관능검사, 이학적 검사, 세균학적 검사, 화학적 검사의 기준 데이터와 누적되는 본 발명의 결과치 기준 (database) 에 근거하여 보정함으로써 측정한 수치나 그래프 상의 수치좌표로 그 신선도를 분류, 판별할 수 있다.
또 이를 이용하여 신선도의 기준이 되는 물질이나 값 (예를 들어 아민류 또는 선도 K) 에 대한 각각의 정보를 판별하는 것도 가능하다.
본 발명은 식품, 음료의 신선도 특성을 즉석에서 분류, 판별할 수 있게 함으로써 기존의 식품, 음료의 신선도에 대한 시비를 현장에서 즉시 해결함이 가능하도록 하여 우리 실생활에서 유용하게 활용함을 목적으로 한다.
본 발명은 신선도가 중요시되는 시료들의 현재 신선도 상태를 다중 배열 광화학 센서와 판별 장치를 이용하여, 직접 색 변화로 판별하거나 변량화학 기술을 응용하여 좌표 성분으로 비교, 판별하고 표시하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 식음료의 신선도는 수치화되지 않거나 복잡한 방법에 의한 몇몇 성분의 정량분석으로 행해진다. 기존의 신선도 측정법을 열거하면 전통적인 관능검사의 방법이 있고 이학적 검사, 세균학적 검사, 화학적 검사 (이노신 / 이노신산 / 히포크산틴 비율로 측정하는 선도 K 값 측정, 수소이온농도 측정, 휘발성염기질소 측정, 적정에 의한 색변화, 아민류의 분석 (트리에틸아민(옥사이드) 포함)등이 있다.
하지만 관능검사의 경우 신선도가 떨어진 시료를 사람에게 직접 시음하게 하는 단점이 있고 여러 다른 검사법에서는 복잡한 실험방법 등으로 인해 현장에서 즉시 그 신선도를 파악하기에는 적당치 않으며 일반적으로 광범위하게 사용하는 데에도 그 한계가 나타나고 있는 실정이다.
센서 기술에 있어서는 산화물 또는 전도성 고분자 등의 화학 센서를 사용하거나 음파, 전기화학적 쿼츠 마이크로밸런스 등을 사용하는 전자 코는 전자 혀보다 앞서 기술개발이 진행되었으며, Bran Luebbe, Alphamos, Aromascan 등의 업체에서 정밀 화학 분석 장치 및 Cyrano Science에서 휴대용 가스 감지 장치 등의 제품을 생산중이다.
일본 큐슈대학의 K. Toko 그룹과 러시아 Petersburg 대학 등에서 화학센서를 이용한 전자혀 개발이 가장 활발히 진행되어 각종 음료, 와인, 식수 등에 대한 측정을 실시한 상태이고, 스웨덴 Linkping 대학의 F. Winquist 그룹에서는 Pulse Voltammetry 방법을 연구 중이며, 미국 텍사스 오스틴 대학에서는 광특성을 이용한 전자혀 칩소자를 개발하였고, 프랑스 Alphamos 사도 전자혀에 관한 특허를 출원하였다. 큐슈대학에서는 Anritzu 사와 공동으로 전자혀 시스템을 제품화하였고, Alphamos 사에서도 제품을 판매중인 것으로 알려져 있다. 이 제품들은 손가락 크기의 전극 센서를 다중 배열하므로 소형화된 제품은 아니다. 따라서 범용의 센서로 사용하기까지 상당한 기간이 걸릴 것으로 예상된다.
이러한 감응성이 상이한 센서들을 어레이로 구성한 전자 코 / 전자 혀 시스템은 기본적으로 어레이의 수가 늘어날수록 그 조합에 비례하여 인식할 수 있는 물질의 종류가 크게 늘어나게 되는데, 계측기기와 센서가 전선으로 연결되는 전기화학 센서는 많은 수의 어레이를 구성하는데 있어 제한적이다.
반면 광화학 센서는 어레이 소자의 변색 패턴을 광학적 수단 (가장 보편적인 예로서 카메라)으로 계측하므로 무한히 많은 수의 어레이를 사용하는 것이 가능하여, 보다 다양한 종류의 화학물질을 인식할 수 있다. 또한 전기화학 센서가 액상 물질에만 적용될 수 있음에 반하여 광화학 센서는 액상 및 기상 물질에 모두 적용되므로 한가지 분석 방법으로 대기오염 및 수질오염 분석을 모두 수행할 수 있는 강점이 있다.
광화학 어레이 센서를 이용하면 대기, 수질 등 오염상태를 센서의 감응 패턴에 따른 화학적 지문(fingerprint) 형태로 기록하여, 현장에서 육안 또는 휴대용 기기로 환경 상태를 파악하고, 또한 실험실에서 보다 정밀한 정량분석을 시행할 수 있다. 이는 경제적이며 간편한 방법으로 여러가지 물질 오염 상태를 현장에서 측정할 수 있는 차세대 휴대형 대기 및 수질 환경 분석 기기로서 적합하고 필요한 첨단 기술이다.
광화학 센서에 관한 연구는 미국, 스위스, 독일, 일본 등 여러 나라에서 진행되고 있다. 대표적인 연구그룹인 미국의 Bakker 연구진은 고분자형 이온선택성 마이크로 입자에 지용성 pH 지시약을 첨가해 시료 내 이온의 양을 흡광도 또는 형광 변화로 측정하는 방법을 연구중이다. 또한 Wang 과 Arnold 가 발표한 글루타메이트(glutamate) 검출용 광-바이오센서는 글루타메이트 디하이드로네이즈(glutamate dehydronase)를 사용하여 글루타메이트를 산화시킬 때 생성되는 물질의 형광을 측정하였다. Meadows와 Schultz의 글루코오즈(glucose) 광-바이오센서는 플루오레세인 아이소사이아네이트-덱스트란(fluorescein isothianate-dextran) 형광물질을 사용해 글루코오즈의 양에 따라 그 형광의 세기기 증감된다.
그러나 이러한 광화학 센서는 일반적으로 pH의 영향 및 다른 이온들의 방해 작용을 크게 받는 경향이 있으며, 고분자 지지체에 고정시킨 감응물질이 쉽게 빠져 나오기 때문에 수명이 짧고 하나의 감응센서가 두점 보정 후 한번에 한가지의 시료만 분석할 수 있기 때문에 이로 인해 소요되는 시간, 노동력 및 경제성 측면에서 문제점을 안고 있어 상기의 몇 가지 장점에도 불구하고 실제 생체시료, 공업 및 환경시료를 측정하는 분석장치로 사용되기는 어려운 실정이다.
미국 텍사스 오스틴 대학에서는 광감응성 microbead 를 이용한 소형 전자혀 센서를 개발하였다. 이 기술은 다종의 액상 물질을 광감응성 어레이 센서를 사용하여 측정함에 있어서 기본 개념은 같으나 고가의 분광학적 분석 방법을 사용함에 따라 Gas chromatography, Mass spectroscopy 등 기존의 더 비싼 정밀 분석 방법을 대체하여 실시간 공정 분석에 적용하는 것을 추진하고 있다. 또한 미국 업체인 lllumina 는 유사한 광감응성 microbead 를 optical fiber 에 코팅하여 분광학적으로 분석하는 전자코 제품을 홍보하고 있다.
최근 미국 U. lllinois Urbana Champaign의 Suslick 그룹은 다양한 porphyrin 유도체를 감응변색 물질로 사용한 어레이 센서를 사용하여 각종 유기용매와 유기산을 컬러 패턴으로 구분할 수 있음을 제시하였다. 이 결과는 비록 측정 시료가 기체상태의 유기물에 제한되어 있으나 5x5 매트릭스 형태의 광화학 어레이 센서를 사용하여 매우 다양한 종류의 물질을 변색 패턴으로 구분하여 인식할 수 있음을 실험적으로 입증한 것이므로 향후 본 기술의 발전 및 응용성에 대하여 시사하는 바가 매우 크다.
그러나 현재까지 광화학 센서들을 어레이형 광화학 센서 칩에 집적한 형태로 개발한 사례는 없다.
본 발명은 신선도가 중요시되는 식품, 음료 시료에 다중 배열 광화학 센서를 접촉 또는 근접시켜 이 다중 배열 광화학 센서로부터 나오는 색 변화의 패턴을 감지 또는 분석함으로써 복잡한 실험과정을 거치지 않고도 그 식음료의 신선도를 분류, 판별하는 다중 배열 광화학 센서를 사용한 신선도 판별 장치 및 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 시료의 신선도 특성을 판별하는 방법에 있어서, (a) 신선도를 판별하고자 하는 상기 시료에 메탈포르피린, 루이스 염기 색소, 메탈포르피린 유도체 및 그 응용물질 중 하나 이상의 단일 또는 복수의 칩 배열로 구성된 다중 배열 광화학 센서를 접촉 또는 노출시켜 센서로부터 얻어지는 색 변화를 신호 검출부로 감지하는 단계; (b) 상기 신호 검출부에서 감지한 상기 색 변화를 광학 측정 장치로 읽어 들여 데이터 변환부에서 디지털 데이터로 변환하는 단계; (c) 상기 디지털 데이터로 변환된 다변량 센서 신호를 수치좌표변환기에서 복수의 좌표성분으로 수치화하는 단계; 및 (d) 데이터 처리부에서 상기 수치화된 복수의 좌표성분을 기억장치에 저장된 기준 데이터와 비교하여 상기 시료의 특성을 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은, 시료의 신선도를 판별하기 위한 장치에 있어서, 상기 시료에 메탈포르피린, 루이스 염기 색소, 메탈포르피린 유도체 및 그 응용물질 중 하나 이상의 단일 또는 복수의 칩 배열로 구성된 다중 배열 광화학 센서를 접촉 또는 노출시켜 센서로부터 얻어지는 색 변화를 보여주는 신호 검출부; 상기 색 변화를 광학 측정 장치로 읽어들여 디지털 데이터로 변환하는 데이터 변환부; 상기 디지털 데이터로 변환된 다변량 센서 신호를 복수의 좌표성분으로 수치화하는 수치좌표변환기; 및 수치화된 상기 복수의 좌표성분과 비교하기 위한 기준 데이터를 저장하는 기억장치를 포함하여 상기 복수의 좌표성분을 상기 기준 데이터와 비교하여 상기 시료의 특성을 판별하는 데이터 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 장치를 제공한다.본 발명은 신선도가 중요시되는 시료들의 현재 신선도 상태를 다중 배열 광화학 센서와 판독 장치를 이용하여 직접 색 변화로 판별하거나 수치분석 기술을 응용하여 좌표 성분으로 비교, 판별하고 표시할 수 있도록 한다.
신선도 측정은 측정 대상이 지속적으로 반응을 일으키는 화합물이라는 점과 또한 여러 물질의 중합적인 반응을 동시에 분석하여야 하는 점 등의 어려움이 있어 현재까지 편리하게 측정하는 기술의 발전이 미미하다.
본 발명에서는 이러한 종래 측정기술의 어려움을 극복하기 위해 복합 성분으로 구성된 다중 배열 광화학 센서를 사용하여 원하는 물질에 대한 색 변화를 탐지하고, 수학적 통계방법을 활용하여 시료의 관능적 특징, 나아가서 신선도의 지표를 알아내도록 하였다.
이를 구체적으로 살펴보면, 신호검출부는 광화학 센서가 단일 또는 복수의 배열로 구성되어 있으며, 도 2 에서와 같이 센서들을 칩 형식으로 배열하였다. 도 2는 하나의 예로써 반드시 도 2와 같이 3x3 배열로 구성되지는 않고 필요에 따라 배열의 확장, 축소가 가능하며 꼭 정방형일 필요도 없다.
각각의 센서는 하나 또는 여러가지 물질에 대해 전기화학적, 광학적인 방식에 의해 측정되며 그 측정값들은 가시광선 영역에서의 신호 변화로 감응한다. 이 중 금속 포르피린에 의한 색 변화를 예로 들면, 특정 금속에 대해 센서가 감응하여 원래 센서의 색이 식음료(시료)와의 접촉으로 변화되는 것을 이용, 색도 값이나 그 차이값을 수치화한다.
이 때, 각 센서는 다른(금속)이온 또는 분자를 검출하도록 설계되어 있으며, 몇몇 센서는 다중 물질에 대해서 색 변화를 나타내도록 되어 있다.
표 1에 다중 배열 광화학 센서의 색 변화 예를 쉽게 알아볼 수 있도록 RGB 값의 비교로 나타내었다. 이 표에 의한 검출표는 본 발명의 판독법 중 하나인 육안에 의한 비교 판별의 중요한 지표가 된다.
각각의 센서에 의한 색 변화로 시료 속에 들어있는 이온 또는 분자들 각각의 정보를 알아낼 수도 있지만 이온 또는 분자들간의 영향과 시료 내의 지속적이고 종합적인 반응으로 인해 그러한 일차적인 데이터로는 종합적이고 정확한 '신선도' 라는 개념에 대한 정보를 충분히 알 수 없다. 그리고 아민류를 비롯한 복잡하거나 복합적인 물질의 경우는 각 광화학 센서 하나로는 측정이 불가능하며 여러 센서의 종합적인 색 변화로 알아내거나 출력 장치의 판독에 의해 알아낼 수 있다.
따라서, 결과치 기준 (database) 에 근거하여 작성된 비교 색 변화표나 신선도 지도 (mapping) 에 의해 신선도를 수치적으로 판독하게 된다.
장치는 도 1에서 나타나듯이 전체적으로는 앞서 설명한 다중 배열 광화학 센서를 포함하는 부착식 신호검출부와 데이터 변환부, 데이터 처리부, 출력 장치로 구성되어 있다.
먼저, 신호검출부는 다중 배열 광화학 센서로 시료의 포장에 부착하여 색의 변화를 나타내게 된다. 신호검출부에서 검출된 색 변화는 데이터 변환부인 색도 측정장치, 스캐너, 육안 중 하나 혹은 다수의 방법으로 접촉 및 변화 전의 색과 비교가 가능하다.
색도 측정장치는 이 비교를 RGB, Lab, H 값 등으로 수치화하여 데이터 처리부로 전송하고 데이터 처리부에서는 H 값이나 신선도 지도상의 값으로 이 변화를 표시하여 주며, 스캐너는 스캔 이후 컴퓨터의 색 수치를 이용할 뿐 색도계와 같은 원리이다.
이러한 과정을 거친 후에 나온 데이터는 데이터 처리부에서 정확한 시료의 신선도 정보를 얻기 위해 수치좌표변환 즉 주성분 분석, 다변량 회귀분석, 퍼지논리분석, 인공 신경망분석 등 통계적 데이터 분석 알고리듬을 이용하여, 기억장치에 미리 저장된 특정시료에 대한 신선도 (와 관능적 특성) 와 비교 후 직교좌표 상에 나타내거나 특정시료에서의 신선도 판정에서 나타나는 신선도 그룹을 화면에 표시한다. 판별을 위한 판정 기준을 정하기 위하여 사전에 복수의 기준 시료를 선정하고, 미지시료의 판별에 사용하고자 하는 다중 배열 광화학 센서와 동종의 센서를 사용하여 측정된 복수의 기준시료에 대한 다변량 신호를 직교좌표계의 좌표성분으로 변환하였을 때 두 개 이상의 좌표값이 상대편차 0.1% 내의 범위에서 동일한 값을 나타내지 않도록 하는 수치 변환인자로 구성된 데이터인 기준데이터를 참조하여, 미지시료에 대하여 센서로부터 측정된 다변량 신호를 측정에 사용된 센서의 개수와 같거나, 보다 작은 차원의 직교좌표계의 좌표성분으로 수치 변환한다.
이러한 결과에 의해 직교좌표계 상에서 특정 시료에 대한 신선도를 파악할 수 있고, 이 신선도 값은 좌표값의 상대편차 0.1%내의 범위에서 동일한 값을 나타내는 특정 시료의 신선도 값과 동일하다. 이 좌표성분은 본 발명에서 데이터베이스 축적에 중요한 역할을 하게 된다. 이 데이터베이스 또는 지도상의 값은 출력 장치로 전달되어 시료의 신선도(지도상에서의 위치)를 판독하여 표시한다.
이하 본 발명을 실시 예에 의거하여 상세히 설명하는 바, 하기 실시 예는 본 발명을 예시한 것일 뿐 본 발명의 청구범위가 실시 예에 의해서 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
본 기술에 의한 장치를 이용, RGB 또는 Lab 값을 사용하여 H 값 (거리에 의한 색 차이) 을 수치 분석한 결과를 토대로 시료들을 판별하였다. 직접적인 색 비교 또는 객관적 지표에 의한 신선도 판정은 [표 1]에 예를 들었고 스캐너에 의한 판독은 측정값이 이론적으로 동일하여 본 실시 예에 포함하지 않았으며, 색도에 의한 측정을 예로 보였다.
실제 소비자들이 이용하는 시판 우유에 대하여 본 발명에 의한 장치 및 방법으로 신선도 변화를 도식적으로 나타내고 판독하여 보았다.
다중 배열 광화학 센서는 전기화학 및 광화학적 방식을 사용한 센서들로 구성하였으며, 메탈포르피린 5종, 루이스 염기 색소 2종, 메탈포르피린 유도체 2종으로 이루어진 4 ㎜ 크기의 센서 9종이다.
이 다중 배열 광화학 센서로 유통기한 만료 직전의 시판 우유 10종을 섭씨 25도 항온조에서 보관하며 2일간 24시간에 1회씩 센서의 색 변화를 측정하였고 그 중 1 시료에 대해 12시간에 1회씩 변화추이를 알아보았다.
1일 경과 후 관능검사 판별시 부패 직전임을 확인하였고, 2일 경과후에는 육안으로도 시음 불능의 신선도 상태임을 확인하였다.
측정 과정은 각각의 한 시료에 대해 약 1분간 노출하여 색 변화를 측정하였으며 그 RGB 값으로 육안에 의한 차이를 확인하고 환산기준 2도, D65에서 (10도, D65를 기준하여도 가능하다) 색의 거리 차인 H 값을 취하여 다변량 수치 좌표 변환 알고리듬을 사용, 시료간의 상대적인 특성을 도식화하였다.
도 3 은 실험으로 얻어진 데이터를 주성분 분석 수치변환 알고리듬을 이용하여 시료들간의 종합적인 상관 관계를 표현한 것이다. 도 3 에서 다변량 수치변환 알고리듬을 통하여 얻어진 데이터를 종합하여 시료들의 특성을 고려해 본 결과, 우유 시료들의 신선도가 주성분에 의해 확연히 구분됨을 보여주고 있다.
도 4 는 새로운 우유 시료의 유통기한 만료일 1일 경과후 신선도 상태를 같은 방법으로 측정하여 이전 실험의 결과치 기준에 의해 '우유 1일 경과' 로 판별한 결과를 보여주고 있다. 이 결과는 우유 시료에 대해 그 신선도를 색 변화나 본 발명에 의한 판별법으로 편리하게 수치화함이 가능함을 보여주고 있다.
표 1은 육안 측정시 사용할 수 있는 색 변화 지표의 예로서, 미지 시료에 노출된 센서의 색 변화를 이 지표에 의해 표시된 색과 비교함으로써 색 변화가 명확한 경우 별도의 측정장치 없이도 즉석에서 신선도 정도를 직관적으로 어느 정도 예측함이 가능하다.
[실시예 2]
신선도가 각각 다른 시판 고등어 4 마리에 대해 [실시예 1] 과 동일한 방법으로 측정하여 보았다.
시료 고등어 4마리는 각각 어류의 신선도 판별 기준인 K 값이 7%, 18%, 41%, 54% 인 상태였다.
실험방법의 차이는 우유의 경우 시료를 채취하여 센서에 접촉시켰으나, 고등어의 경우 시판중인 일반 포장용기로 포장한 후 센서를 포장 내에 부착시켜 그 색변화를 측정하였다는 점이다.
다중 배열 광화학 센서는 [실시예 1] 과 동종의 센서들로 구성하였으며, 메탈포르피린 5종, 루이스 염기 색소 2종, 메탈포르피린 유도체 2종으로 이루어진 지름 4 ㎜ 크기의 센서 9 종이다.
측정 과정은 각각의 시료에 대해 약 1분간 노출하여 색 변화를 측정하였으며 그 RGB 값으로 육안에 의한 차이를 확인하고 역시 2도, D65에서 색의 거리차인 H 값을 취하여 다변량 수치 좌표 변환 알고리듬을 사용, 시료간의 상대적인 특성을 도식화하였다.
도 5 는 실험으로 얻어진 데이터를 주성분 분석 수치변환 알고리듬을 이용하여 시료들간의 종합적인 상관 관계를 표현한 것이다. 도 5 에서 다변량 수치변환 알고리듬을 통하여 얻어진 데이터를 종합하여 시료들의 특성을 고려해 본 결과, 고등어 시료들의 신선도가 주성분에 의해 확연히 구분됨을 보여주고 있다.
도 6 은 새로운 K 39% 의 고등어 시료를 같은 방법으로 측정하여 이전 실험의 결과치 기준에 의해 'K 20 ∼ K 60' 으로 판별한 결과를 보여주고 있다. 이 결과는 어류 시료의 포장에 다중 배열 광화학 센서를 부착하여 그 신선도를 색 변화나 본 발명에 의한 판별법으로 편리하게 수치화함이 가능함을 보여주고 있다.
도 7 은 선도 K 값과의 부분최소자승법에 의한 상관관계를 보여주며, 본 발명의 결과가 신선도 지표로서 충분히 대체 가능함을 보여준다.
본 발명은 단시간(약 1～2분)의 측정으로 시료의 신선도를 측정함으로써 실생활에서 쉽게 음식의 변질 유무를 점검할 수 있다. 신선도가 무엇보다 중요한 유제품, 수산물 등의 오염 및 신선도 현장 검사뿐만 아니라 낙농업계에서의 우유의 품질관리, 수산물업계에서의 제품 품질관리 등 여러 방면에서 다양하게 활용될 수 있다.
또한 사전에 음식물의 부패 유무를 쉽게 알 수 있으므로, 생산지나 유통 중에서의 농수산물의 품질을 일정하게 유지시키기에 편리하고 일반 가정에서는 음식물에 대해 간단한 확인 후 안심하고 조리 및 섭취할 수 있다.
도 1은 신호검출부, 데이터변환부, 데이터처리부, 디스플레이 장치로 이루어진 신선도 분석 장치의 개략적인 도면.
도 2는 부착되는 다중 배열 광화학 센서의 개략적인 도면.
도 3은 [실시예 1] 에서 보여진 우유의 신선도 특성을 수치좌표 성분으로 나타낸 도면.
도 4는 [실시예 1] 의 군 판별에 의해 미지시료의 신선도를 판정한 도면.
도 5는 [실시예 2] 에서 보여진 고등어의 신선도 특성을 수치좌표 성분으로 나타낸 도면.
도 6은 [실시예 2] 에서 보여진 군 판별에 의한 미지시료의 신선도를 나타낸 도면.
도 7은 [실시예 2] 에서 보여진 신선도와 선도 K 값의 상관관계를 나타낸 도면.
표 1은 다중 배열 광화학 센서의 색 변화 예를 육안으로 비교 가능하도록 만든 색상표를 RGB 수치로 나타낸 표.
Claims (22)
- 시료의 신선도 특성을 판별하는 방법에 있어서,(a) 신선도를 판별하고자 하는 상기 시료에 메탈포르피린, 루이스 염기 색소, 메탈포르피린 유도체 및 그 응용물질 중 하나 이상의 단일 또는 복수의 칩 배열로 구성된 다중 배열 광화학 센서를 접촉 또는 노출시켜 센서로부터 얻어지는 색 변화를 신호 검출부로 감지하는 단계;(b) 상기 신호 검출부에서 감지한 상기 색 변화를 광학 측정 장치로 읽어 들여 데이터 변환부에서 디지털 데이터로 변환하는 단계;(c) 상기 디지털 데이터로 변환된 다변량 센서 신호를 수치좌표변환기에서 복수의 좌표성분으로 수치화하는 단계; 및(d) 데이터 처리부에서 상기 수치화된 복수의 좌표성분을 기억장치에 저장된 기준 데이터와 비교하여 상기 시료의 특성을 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 방법.
- 제 1 항에 있어서,(e) 상기 데이터 처리부에서 판별된 상기 시료의 특성에 해당하는 군을 화면에 디스플레이하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 방법.
- 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 다중 배열 광화학 센서는 색 변화의 값 또는 그 차이를 이용함을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 광학 측정 장치는 색도 판독 장치 또는 스캐너에 의한 컴퓨터 판독 장치 중 하나인 것을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 방법.
- 시료의 신선도 특성을 판별하는 방법에 있어서,(a) 신선도를 판별하고자 하는 상기 시료에 상기 시료와 접촉 또는 노출하여 시료가 함유하는 단일 또는 복수의 화학물질에 독립적으로 반응하여 색을 변화시키는 복수의 화학센서로 구성된 다중 배열 광화학 센서를 접촉 또는 노출시켜 센서로부터 얻어지는 색 변화를 신호 검출부로 감지하는 단계;(b) 상기 신호 검출부에서 감지한 상기 색 변화를 광학 측정 장치로 읽어 들여 데이터 변환부에서 디지털 데이터로 변환하는 단계;(c) 기억 장치에 미리 저장된 소정의 기준 데이터를 참조하여 미지의 상기 시료에 대하여 상기 다중 배열 광화학 센서로부터 측정된 상기 신호를 측정에 사용된 상기 다중 배열 광화학 센서의 개수와 같거나 보다 작은 차원의 직교좌표계의 좌표성분으로 수치 변환하는 연산 알고리듬을 이용하여 수치좌표변환기에서 복수의 좌표성분으로 수치화하는 단계;(d) 데이터 처리부에서 상기 수치화된 복수의 좌표성분을 기억장치에 저장된 기준 데이터와 비교하여 상기 시료의 특성을 판별하는 단계; 및(e) 상기 데이터 처리부에서 판별된 상기 시료의 특성에 해당하는 군을 화면에 디스플레이하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 소정의 기준데이터는, 미지의 상기 시료의 신선도 특성을 판별하기 위한 판별 기준을 정하기 위하여 사전에 복수의 기준 시료를 선정하고 미지 시료의 판별에 사용하고자 하는 상기 다중 배열 광화학 센서와 동종의 센서를 사용하여 측정된 복수의 기준시료에 대한 상기 다변량 센서 신호를 직교좌표계의 좌표성분으로 변환하였을 때 두 개 이상의 좌표값이 상대편차 0.1% 내의 범위에서 동일한 값을 나타내지 않도록 하는 수치 변환인자로 구성된 데이터임을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 연산 알고리듬은 주성분 분석, 다변량 회귀분석, 퍼지논리분석, 인공 신경망분석 중 하나 이상의 분석 알고리듬을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 (e) 단계는 상기 (d) 단계에 의해 작성된 지도의 위치로 시료의 특성을 판단하여 결정하고 출력해 줌을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 방법.
- 시료의 신선도를 판별하기 위한 장치에 있어서,상기 시료에 메탈포르피린, 루이스 염기 색소, 메탈포르피린 유도체 및 그 응용물질 중 하나 이상의 단일 또는 복수의 칩 배열로 구성된 다중 배열 광화학 센서를 접촉 또는 노출시켜 센서로부터 얻어지는 색 변화를 보여주는 신호 검출부;상기 색 변화를 광학 측정 장치로 읽어들여 디지털 데이터로 변환하는 데이터 변환부;상기 디지털 데이터로 변환된 다변량 센서 신호를 복수의 좌표성분으로 수치화하는 수치좌표변환기; 및수치화된 상기 복수의 좌표성분과 비교하기 위한 기준 데이터를 저장하는 기억장치를 포함하여 상기 복수의 좌표성분을 상기 기준 데이터와 비교하여 상기 시료의 특성을 판별하는 데이터 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 시료의 해당 소속 군을 판단하여 판독된 데이터가 속하는 군을 화면에 나타내 주는 디스플레이 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 장치.
- 삭제
- 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,상기 다중 배열 광화학 센서는 색 변화의 값 또는 그 차이를 이용함을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,상기 광학 측정 장치는 색도 판독 장치 또는 스캐너에 의한 컴퓨터 판독 장치 중 하나인 것을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 장치.
- 시료의 신선도를 판별하기 위한 장치에 있어서,상기 시료에 메탈포르피린, 루이스 염기 색소, 메탈포르피린 유도체 및 그 응용물질 중 하나 이상의 단일 또는 복수의 칩 배열로 구성된 다중 배열 광화학 센서를 접촉 또는 노출시켜 센서로부터 얻어지는 색 변화를 보여주는 신호 검출부;상기 색 변화를 광학 측정 장치로 읽어들여 디지털 데이터로 변환하는 데이터 변환부;상기 디지털 데이터로 변환된 다변량 센서 신호를 복수의 좌표성분으로 수치화하되, 기억장치에 미리 저장된 소정의 기준데이터를 참조하여 미지의 시료에 대하여 다중 배열 광화학 센서로부터 측정된 다변량 신호를 측정에 사용된 센서의 개수와 같거나 보다 작은 차원의 직교좌표계의 좌표성분으로 수치 변환하는 연산 알고리듬을 포함하는 수치좌표변환기;수치화된 상기 복수의 좌표성분과 비교하기 위한 상기 기준 데이터를 저장하는 상기 기억장치를 포함하여 상기 복수의 좌표성분을 상기 기준 데이터와 비교하여 상기 시료의 특성을 판별하는 데이터 처리부; 및상기 시료의 해당 소속 군을 판단하여 판독된 데이터가 속하는 군을 화면에 나타내 주는 디스플레이 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 소정의 기준데이터는, 미지의 신선도 특성을 판별하기 위한 판별 기준을 정하기 위하여 사전에 복수의 기준 시료를 선정하고 미지시료의 판별에 사용하고자 하는 상기 다중 배열 광화학 센서와 동종의 센서를 사용하여 측정된 복수의 상기 기준 시료에 대한 다변량 신호를 직교좌표계의 좌표성분으로 변환하였을 때 두 개 이상의 좌표값이 상대편차 0.1% 내의 범위에서 동일한 값을 나타내지 않도록 하는 수치 변환인자로 구성된 데이터임을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 연산 알고리듬은 주성분 분석, 다변량 회귀분석, 퍼지 논리분석, 인공 신경망분석 중 하나 이상의 분석 알고리듬을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 디스플레이 장치는, 상기 데이터 처리부에서 작성된 지도의 위치로 시료의 특성을 판단하여 결정하고 출력해 줌을 특징으로 하는 시료의 신선도 판별 장치.
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|---|---|---|---|---|
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
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2002
- 2002-11-21 KR KR10-2002-0072902A patent/KR100531919B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
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Also Published As
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