KR102061418B1 - 식품의 조직감 반복 측정 시스템 - Google Patents

식품의 조직감 반복 측정 시스템 Download PDF

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KR102061418B1
KR102061418B1 KR1020180075395A KR20180075395A KR102061418B1 KR 102061418 B1 KR102061418 B1 KR 102061418B1 KR 1020180075395 A KR1020180075395 A KR 1020180075395A KR 20180075395 A KR20180075395 A KR 20180075395A KR 102061418 B1 KR102061418 B1 KR 102061418B1
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윤원병
이윤주
정화빈
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강원대학교산학협력단
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Abstract

식품의 조직감 반복 측정 시스템이 소개된다.
이를 위해 본 발명은 내부에 로드셀이 설치되고 소정 높이의 베이스를 포함하는 본체(100); 상기 본체(100)에 고정되고 그 중심에 소정의 가이드홀(211)(151)이 형성되고 내부에 소정 공간이 형성된 채 하방으로 연장 형성된 프로브가이드구(152)가 설치된 고정대(150); 상기 가이드홀(211)(151)의 내부를 따라 연장 형성된 구동부에 연결되고 상기 프로브가이드구(152)를 감싼 상태에서 상하 운동하며 식품의 압착시 압착 정도에 따라 식품의 일부가 추출될 수 있도록 그 하부면에 다수개의 홀(211)이 형성된 실린더형 프로브(200a); 그 내부에 식품이 놓일 수 있는 공간이 형성되고 상기 베이스 상에 안착되는 식품샘플컵(160); 식품을 압착한 후 상기 실린더형 프로브(200a)의 상승시 상기 식품샘플컵(160)의 이동을 방지할 수 있도록 상기 고정대(150)와 상기 식품샘플컵(160) 사이에 위치하는 복수개의 위치고정가이드(170);상기 구동부의 작동의 제어하고, 상기 로드셀에서 측정되는 로드를 센싱하며 상기 실린더형 프로브(200a)의 하강으로 상기 식품샘플컵(160)에 놓여지는 식품의 설정된 변형률이 저장되며 설정된 속도 및 설정된 횟수만큼 상기 실린더형 프로브(200a)를 하강시켜 상기 식품을 저작하는 제어부(600); 및 그 저작에 따른 시간과 상기 로드셀에서 측정되는 로드에 해당되는 그래프를 디스플레이하는 디스플레이부(700); 를 포함한다.

Description

식품의 조직감 반복 측정 시스템{Repetitive Measuring system for texture of food}
본 발명은 식품의 조직감 반복 측정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사람의 구강 내 환경을 반영하며 재현성이 높고 식품의 물성에 상관없이 조직감 측정이 가능한 시스템에 관한 것이다.
식품은 고체, 액체, 반고체, 페이스트 형태, 액체 내 입자가 분산되어 있거나, 중간 형태, 입자로 구성된 형태 등 다양한 형태가 존재한다.
한편, 도 16에 도시된 바와 같이 종래의 식품 조직감 측정 장치의 경우 형태를 이루는 고체 식품에 일정 힘을 가하고, 식품 내부 변형된 정도를 force값을 통해 확인하였다.
하지만, 기존의 기기는 페이스트나 일정 형태의 유지가 되지 않는 식품은 높은 변형률로 측정이 불가능하였다.
즉, 동일한 부피의 식품에 대해 반복적으로 식품의 조직감을 측정하기 위해 이른바 저작을 해야 되는데, 도 16에 도시된 바와 같은 식품의 경우 한번의 저작에 의해 식품의 높은 변형률이 이루어지고, 다시 한번 동일한 저작을 수행할 때는 이전에 저작시 유지되었던 식품의 부피 혹은 변형률이 유지되지 않아 정확한 식품의 조직감을 측정하기 어려웠다.
또한, 입자가 있는 액체는 점도계로도 측정이 불가능하여 특정 식품군의 조직감 및 물리적 특성을 측정에 어려움이 있다.
이를 고려하여 본 출원인은 이미 선출원한 '10-2017-0162847'인 '저작 재현 시스템'에서 도 17에 도시된 바와 같이, 식품(밥)을 대상으로 가이드부(230)가 감싸지고 있다.
이 가이드부(230)에 의해 식품이 저작 재현 과정 중 외부로 빠지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 식품 측으로 텐션을 가할 수 있는 한 쌍의 플레이트(240)가 탄성부(250)를 매개로 연결되어 있으며, 이 탄성부(250)와 플레이트(240)에 의해 저작 재현 과정 중 지속적으로 식품이 안쪽으로 모아지게 하고, 이러한 과정으로 인간이 실제로 저작하는 과정을 가장 유사하게 모사하게 하였다.
그러나, 상기의 과정은 실제 인간의 저작 재현을 가장 유사하게 모사하기 위한 장치에 해당되며, 인간의 저작 재현이 아닌 식품 자체의 고유한 물성을 평가하기에는 미흡한 점이 있었다.
KR 10-1478719 (2014.12.26 등록)
본 발명은 사람의 구강 내 환경을 반영하며 재현성이 높고 식품의 물성에 상관없이 조직감 측정이 가능한 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 구강 내 저작 재현을 구현하기 위해 사람의 저작 형태와 유사한 변형율을 적용시키고, 식품에 따라 저작 횟수를 변경하여 수행할 수 있게 함에 그 목적이 있다.
또한, 식품의 물성에 상관없이 고체, 페이스, 반고체, 액체 형태의 모든 식품의 물성 측정이 가능하고, 구강 내 온도, 침의 영향에 따른 새로운 구조의 조직감 시스템을 제공하여 실제 사람의 저작 과정을 반영할 수 있는 새로운 구조의 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
식품의 조직감 반복 측정 시스템이 소개된다.
이를 위해 본 발명은 내부에 로드셀이 설치되고 소정 높이의 베이스를 포함하는 본체(100); 상기 본체(100)에 고정되고 그 중심에 소정의 가이드홀(211)(151)이 형성되고 내부에 소정 공간이 형성된 채 하방으로 연장 형성된 프로브가이드구(152)가 설치된 고정대(150); 상기 가이드홀(211)(151)의 내부를 따라 연장 형성된 구동부에 연결되고 상기 프로브가이드구(152)를 감싼 상태에서 상하 운동하며 식품의 압착시 압착 정도에 따라 식품의 일부가 추출될 수 있도록 그 하부면에 다수개의 홀(211)이 형성된 실린더형 프로브(200a); 그 내부에 식품이 놓일 수 있는 공간이 형성되고 상기 베이스 상에 안착되는 식품샘플컵(160); 식품을 압착한 후 상기 실린더형 프로브(200a)의 상승시 상기 식품샘플컵(160)의 이동을 방지할 수 있도록 상기 고정대(150)와 상기 식품샘플컵(160) 사이에 위치하는 복수개의 위치고정가이드(170);상기 구동부의 작동의 제어하고, 상기 로드셀에서 측정되는 로드를 센싱하며 상기 실린더형 프로브(200a)의 하강으로 상기 식품샘플컵(160)에 놓여지는 식품의 설정된 변형률이 저장되며 설정된 속도 및 설정된 횟수만큼 상기 실린더형 프로브(200a)를 하강시켜 상기 식품을 저작하는 제어부(600); 및 그 저작에 따른 시간과 상기 로드셀에서 측정되는 로드에 해당되는 그래프를 디스플레이하는 디스플레이부(700); 를 포함한다.
본 발명에 의한다면 아래와 같은 다양한 효과가 구현된다.
첫째, 종래의 저작 재현 장치에 본 발명의 일부 구성을 사용자가 손쉽게 부착할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 종래에는 이른바 구멍이 없는 장치를 이용하여 식품을 저작하는바 다시 저작하는 반복의 어려움이 있었고, 설정된 변형률에 한번에 가해지는 힘만을 측정할 수 있었다.
셋째, 본 발명에 의한다면 식품의 반복 저작이 가능함은 물론이고, 매회 반복 저작시 동일한 부피의 식품에 대해 저작 운동이 가능함은 물론이고 그에 따라 정교한 결과와 재현성이 이루어진다.
넷째, 종래에는 고체 형태의 식품에 대해서 어느정도 저작 재현이 가능하였으나, 페이스트와 같은 식품의 경우 한번의 저작으로 식품의 일부가 빠져나가 반복 재현이 어려웠으나 본 발명에 의하다면 고정된 부피의 페이스트가 지속적으로 유지되어 반복 재현이 우수한 이점이 있다.
다섯째, 식품 자체의 특성을 보다 정교하게 측정할 수 있는 이점이 있다.
여섯째, 고체 식품 뿐만 아니라 페이스트, 반고체, 액체 식품 측정이 가능하고, 구강 내에서와 유사한 높은 변형률로 식품의 저작 구동이 가능하여 실제 식품을 사람이 저작 시 발생하는 조직감을 측정 가능한 이점이 있다.
일곱째, 시간에 따라 측정되는 힘(force, 로드)그래프를 통해 식품이 저작 횟수에 따라 변화되는 정도를 확인하여 원하는 식품을 구현하는데 도움이 되는 이점이 있고, 충분한 저작 작용을 통해 식품의 조직감이 더 이상 변하지 않을 때 힘과 시간을 제공받을 수 있는 이점이 있다.
여덟째, 시간에 따른 힘(로드)이 표시되는 그래프를 통해 식품 연구 시 충분한 자료가 제공될 수 있음은 물론이고, 식품 개발 시 본 발명을 이용하여 원하는 물성의 식품을 개발할 수 있는 이점이 있고, 각각의 저작 사이클 마다 생기는 로드(힘)값이 실시간으로 표시되어 작업자가 해당 식품의 물성을 파악 하는데 도움을 주는 이점이 있다.
아홉째, 설정된 온도의 물과 인공 침이 공급되어 사람의 구강 내 환경을 충분히 반영할 수 있는 이점이 있고,높은 변형률로 저작된 식품이 매회 저작이 이루어진 후 저작 전의 위치로 다시 이동함으로써 실제 구강에서 발생하는 반복적인 저작 작용이 재현되어 식품의 저작 시 발생하는 물성의 연속적인 변화에 대한 측정이 가능한 이점이 있다.
열번째, 인공 침은 물리적인 변형뿐만 아니라 효소적 반응에 의해 조직감 변화를 확인하여 구강 내에서 발생할 수 있는 변화를 측정 가능하고, 다양한 프로브 중 식품 물성에 따라 전단력 또는 압축응력을 측정하기 적합한 프로브 선택이 가능한 이점이 있다.
열한번째, 전단력 및 압축 응력, 식품의 크기 변화가 동시에 작용하여 구강 내에서 발생할 수 있는 복합적인 현상을 해석이 가능하고, 여러 물성을 지닌 식품이 저작에 의해 섞일 때 물성 변화 관찰이 가능하게 되는 등 여러 다양한 효과가 구현된다.
도 1은 본 출원인에 의해 선출원된 발명의 개략도,
도 2는 본 발명의 일부 구성요소가 도 1에 도시된 본 출원인에 의해 출원된 발명에 부착되는 상태의 실제 사진,
도 3은 본 출원인에 의해 선출원된 발명의 개략도,
도 4는 본 발명의 일 구성요소인 고정대가 본체에 설치된 실제 사진,
도 5는 이 고정대의 실제 사진,
도 6은 고정대와 실린더형 프로브 및 식품샘플컵과의 체결 상태를 나타내는 실제 사진,
도 7은 본 발명의 일 구성요소인 실린더형 프로브의 실제 사진,
도 8은 본 발명의 일 구성요소인 식품샘플컵의 실제 사진,
도 9는 본 발명의 일 구성요소인 위치고정가이드의 실제 사진,
도 10은 제어부에 의해 구현되는 디스플레이부에 표시된 화면을 나타내는 도면,
도 11 및 도 12는 제어부에 의해 구현되는 디스플레이부에 표시된 화면을 나타내는 도면,
도 13은 제어부와 연동되는 디스플레이부에 사용자가 미리 저장할 수 있는 트리거로드값이 개시된 도면,
도 14는 본 발명을 이용하여 10회 저작 반복시 식품의 변형에 따른 로드셀에서 인지하는 로드값을 나타내는 그래프,
도 15는 본 발명의 일 구성요소인 항온수조를 나타내는 도면,
도 16은 종래의 기술을 나타내는 사진,
도 17는 본 출원인에 의해 선출원된 발명의 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명인 식품의 조직감 반복 측정 시스템의 바람직한 실시 예를 설명한다.
본 발명을 설명하기에 앞서 본 발명의 이해를 돕기 위해 본 출원인이 이미 선출원한 '10-2017-0162847'인 '저작 재현 시스템'을 간략하게 설명하면 다음과 같다. 한편, 후술하는 내용은 도 1에 한정되어 그 도면 부호가 결정되며, 이하 후술할 본 발명의 도면 부호와는 다를 수 있다.
다만, 선출원된 발명에서 동일하게 채용하는 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
도 1과 도 3은 상기 선출원된 발명의 개략도이다.
도시된 바와 같이 선 출원된 발명은 크게 본체(100), 윗니프로브(200a), 온도유지부(300), 항온수조(400), 인공침공급부(500), 제어부(600) 및 디스플레이부(700)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이 본체(100)의 내부에는 로드셀(110)이 설치되어 있다.
로드셀(110)은 구동부(210)에 연결된 윗니프로브(200a)가 식품과의 접촉시 인지하는 로드값을 센싱하고 그 센싱된 로드값을 디스플레이부(700)측으로 전송한다.
본 발명에서는 실제 실험시 '브룩필드(Brookfield)'사의 'CT-3'의 모델명인 'Texture analyzer'를 사용하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 인공치아를 이용하여 저작 재현을 수행하고 식품과의 접촉시 생기는 로드값을 센싱하는 장치라면 다른 장비를 사용할 수 있다.
이 선출원된 발명을 통해 아래와 같은 효과가 구현될 수 있다.
첫째, 구강 내에서 이루어지는 식품의 저작에 따른 높은 변형율과 유사한 변형률로 식품의 저작 구동이 가능하여 실제 식품의 저작시 발생하는 조직감의 측정이 가능한 이점이 있다.
둘째, 시간에 따른 로드값 그래프를 통해 원하는 식품을 구현하는데 도움이 되는 이점이 있다.
셋째, 시간에 따른 로드값 그래프를 통해 처음 저작시 생기는 로드값과 더이상 식품이 변형되지 않을 때의 로드값을 실시간으로 제공받을 수 있는 이점이 있다.
넷째, 시간에 따른 로드값이 표시되는 그래프를 통해 식품 연구시 충분한 자료가 제공될 수 있음은 물론이고, 식품 개발시 본 발명을 이용하여 원하는 물성의 식품을 개발할 수 있는 이점이 있으며, 각각의 저작 사이클 마다 생기는 로드값이 실시간으로 표시되어 작업자가 해당 식품의 물성을 파악 하는데 도움을 주는 이점이 있다.
다섯째, 설정된 온도의 물과 인공침이 공급되어 사람의 구강 내 환경을 충분히 반영할 수 있는 이점이 있다.
여섯째, 본 발명에 의한다면 높은 변형률로 저작된 식품이 매회 저작이 이루어진 후저작전의 위치로 다시 이동함으로써 실제 구강에서 발생하는 반복적인 저작작용이 재현되어 식품의 저작 시 발생하는 물성의 연속적인 변화에 대한 측정이 가능한 이점이 있다.
일곱째, 구강내에서의 침은 식품이 연속적인 저작이 이루어지는 경우 그 효과가 나타나는바 반복적인 저작과 인공침의 주입으로 구강에서 침이 저작 시에 물성에 작용하는 역할을 재현하는 이점이 있다.
그러나, 본 출원인에 의해 선출원된 상기의 발명은 사람이 실제 식품을 저작하는 경우 이를 모사하는 저작 재현 시스템에 관한 것으로, 사람의 실제 저작과 달리 식품 자체의 특성을 정교하게 분석하는 데에는 한계가 있다.
또한, 식품의 저작시 식품의 일부가 빠져나가는 것을 방지하는 구성이 개시되어 있기는 하나 여전히 반복 재현시 동일한 부피의 식품을 저작하는데에는 한계가 있다.
이에 본 발명은 실제 사람의 저작 운동을 재현하기 보다는 식품 자체의 특성을 보다 정교하게 분석함에 그 목적이 있고, 이를 위해 동일한 부피의 식품의 지속적으로 반복 재현하고자 한다.
이를 위해 본 발명은 선출원된 발명 중 윗니프로브(200a), 온도유지부(300) 등의 구조를 새롭게 변형하여 보다 정교하게 식품의 특성을 분석하고자 한다.
이하 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일부 구성요소가 도 1에 도시된 본 출원인에 의해 출원된 발명에 부착되는 상태의 실제 사진이다.
본 발명은 크게 본체(100), 고정대(150), 실린더형 프로브(200a), 식품샘플컵(160), 위치고정가이드(170), 제어부(600) 및 디스플레이부(700)를 포함한다.
본체(100)는 내부에 로드셀(110)이 설치되고 소정 높이의 베이스(120)를 포함한다.
도 3은 본 출원인에 선출원된 발명과 함께 본 발명에서 채용하고 있는 로드셀(110)이 설치된 상태의 개략도이다.
이 로드셀(110)은 이하 후술할 구동부(210)에 연결된 실린더형 프로브(200a)가 식품과의 접촉시 인지하는 로드값을 센싱하고 그 센싱된 로드값을 디스플레이부(700)측으로 전송한다.
본 발명 역시 실제 실험시 '브룩필드(Brookfield)'사의 'CT-3'의 모델명인 'Texture analyzer'를 사용하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 식품과의 접촉시 생기는 로드값을 센싱하고 식품을 저작할 수 있는 장치라면 다른 장비를 사용할 수 있다.
선출원된 발명과 마찬가지로 본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본체(100)의 전방에는 소정 높이의 베이스(120)가 설치된다.
이 베이스(120)는 승하강 시킬 수 있는 나사의 조작에 의해 그 높이가 조절되고, 이 베이스(120) 상에 이하 후술할 식품샘플컵(160)이 안착된다.
베이스(120)의 내부에는 나사의 조작에 따라 베이스(120)의 승하강시 그 높이가 센싱될 수 있는 모터가 설치될 수 있으며, 이 모터의 회전에 따른 베이스(120)의 변동되는 높이가 실시간으로 디스플레이부(700)에 전송되는 구조로 구현될 수 있다.
물론, 상기의 구성 이외에 베이스(120)의 높이가 디스플레이부(700)에 전송될 수 있는 구조라면 다양한 구조가 본 발명에 채용될 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 일 구성요소인 고정대(150)가 본체(100)에 설치된 실제 사진이고, 도 5는 이 고정대(150)의 실제 사진이며, 도 6은 고정대(150)와 실린더형 프로브(200a) 및 식품샘플컵(160)과의 체결 상태를 나타내는 실제 사진이다.
도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 고정대(150)는 본체(100)에 고정되고 그 중심에 소정의 가이드홀(151)이 형성되고 내부에 소정 공간이 형성되며 하방으로 연장 형성된 프로브가이드구(152) 형성된다.
고정대(150)가 본체(100)에 고정된다. 그 결합형태는 다양하게 형성될 수 있으나, 사용되는 본체(100)의 종류에 따라 사용자가 손쉽게 체결할 수 있도록 고정대(150)의 양 끝단에서 상방으로 절곡진 부분의 내측면에 본체(100)와의 체결시 그 결합력이 유지될 수 있도록 접착성분이 있거나, 마찰력에 의해서도 고정될 수 있는 구성이면 가능하다.
물론, 본체(100)와 볼트 결합에 의해 체결 구조도 가능하다.
고정대(150)의 중심에는 소정 깊이의 가이드홀(151)이 형성되어 있다. 이 가이드홀(211)(151)을 따라 구동부가 승하강된다.
구동부(210)는 도 3에 도시된 바와 같이 승하강할 수 있는 슬라이딩구조로 될 수 있고, 본체(100)내부에는 이 구동부(210)를 승하강시킬 수 있는 모터가 설치될 수 있다.
이하 후술할 제어부(600)에 의해 모터가 작동하게 되면 그 신호에 따라 구동부(210)가 승하강하면서 식품샘플컵(160)상에 있는 식품을 저작하게 된다.
한편, 소정 공간이 형성된 채 하방으로 연장 형성된 프로브가이드구(152)가 고정대(150)에 형성된다.
프로브가이드구(152)의 내부를 따라 구동부(210)가 승하강되며, 이하 후술할 실린더형 프로브(200a)가 이 프로브가이드구(152)를 외부에서 감싼 채 승하강된다.
한편, 도 7은 본 발명의 일 구성요소인 실린더형 프로브(200a)의 실제 사진이다.
이 실린더형 프로브(200a)는 가이드홀(151)을 따라 연장 형성된 구동부(210)에 연결된다.
구동부(210)에는 로드셀(110)이 연결되어 있고, 이 구동부(210)에 연결된 실린더형 프로브(200a)가 식품과의 접촉시 인지하는 로드값을 센싱하고 그 센싱된 로드값을 디스플레이부(700)측으로 전송한다.
도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이 실린더형 프로브(200a)는 프로브가이드구(152)를 감싼 상태에서 구동부(210)의 작동에 따라 상하 운동한다.
한편, 실린더형 프로브(200a)의 하부면에는 식품의 압착시 압착 정도에 따라 식품의 일부가 추출될 수 있도록 그 하부면에 다수개의 홀(211)이 형성되어 있다.
이 작동관계를 살펴보면 다음과 같다.
이하 후술할 식품샘플컵(160)에는 실험 대상인 식품이 놓이고, 실린더형 프로브(200a)가 하강하면 식품을 압착하게 되고, 그 압착 정도에 따라 상기 실린더형 프로브(200a)의 하부면에 형성된 다수개의 홀(211)을 따라 식품의 일부가 위로 빠져나오게 된다.
종래에는 식품을 압착하는 경우 식품의 일부가 외부로 빠져나가 재압착시 압착되는 식품의 부피가 일정하지 않아 정확한 식품의 물성을 측정할 수 없었다.
이 다수개의 홀(211)과 프로브가이드구(152)의 하부면은 서로 대향되는 동일한 위치에 있어 홀(211)을 따라 위로 빠져나온 식품의 일부는 홀(211)과 프로브가이드구(152)의 하부면에 의해 갇히게 된다.
이 빠져나온 식품은 홀(211)과 프로브가이드구(152)의 하부면 사이에 위치하게 되며, 다시 식품을 저작하기 위해 실린더형 프로브(200a)의 상승시 이 홀(211)을 따라 식품이 다시 아래로 빠져나와 식품샘플컵(160)상에 위치하게 되며, 다시 상승한 실린더형 프로브(200a)가 하강하여 식품의 압착시 동일한 부피의 식품에 대해 저작할 수 있어 식품의 물성을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
물론, 실린더형 프로브(200a)의 상승에 의해 프로브가이드구(152)의 하부면과의 접촉에 의해 식품이 다시 변형 즉 깨질 수 있는 효과도 있다.
이 실린더형 프로브(200a)는 도 7에 도시된 바와 같이 그 상방이 개방되고, 하부면의 원주를 따라 다수개의 홀(211)이 소정 간격으로 이격 형성되어 있다.
또한, 그 내부에는 구동부(210)에 연결될 수 있도록 그 외주면에 다수개의 나사산이 형성된 소정 길이의 연결구(212)가 형성된 것을 특징으로 한다.
내부적으로는 이중 구조로 되어 있으며, 다수개의 나사산이 형성된 소정 길이의 연결구(212)와 실린더형 프로브(200a)의 외벽 사이에는 일정한 공간이 형성되어 있고, 이 공간으로 홀(211)을 빠져나온 식품이 놓이게 된다.
한편, 도 8은 본 발명의 일 구성요소인 식품샘플컵(160)의 실제 사진이다.
도 2에 도시된 바와 같이 그 내부에 식품이 놓일 수 있는 공간이 형성되어 있고, 베이스 상에 안착된다.
식품샘플컵(160)의 구조를 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.
서로 다른 반지름의 제1실린더(161), 제2실린더(162), 제3실린더(163)가 그 중심에서 반경 방향으로 상방이 개방된 채 순차적으로 형성되어 있다.
제1실린더(161)의 격벽과 제2실린더(162)의 격벽 사이에는 식품이 놓여지고, 제2실린더(162)의 격벽과 제3실린더(163)의 격벽 사이에는 설정된 온도의 물이 공급된다.
설정된 온도의 물이 공급될 수 있도록 제3실린더(163)의 외벽에는 물 공급용홀(164)과 물 배출용 홀(165))이 대향되게 형성된 것을 특징으로 한다.
제1실린더(161)의 격벽 높이는 제2실린더(162)와 제3실린더(163)의 높이와 비교하여 낮게 형성되어 있다.
한편, 실린더형 프로브(200a)의 하강시 제1실린더(161)의 중심으로 인입되어 제1실린더(161)의 외벽이 삽입될 수 있도록 실린더형 프로브(200a)의 하부면에는 원주 방향으로 소정의 인입홀(213)이 실린더형 프로브(200a) 내부 높이 방향으로 형성된 것을 특징으로 한다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이 실린더형 프로브(200a)의 하부면에는 실린더형 프로브(200a)의 내부를 따라 높이 방향으로 소정의 인입홀(213)이 원주 방향으로 형성되어 있다.
제1실린더(161)와 제2실린더(162) 사이 내부에는 식품이 놓여지고, 실린더형 프로브(200a)가 하강하면서 인입홀(213) 측으로 제1실린더(161)의 격벽이 삽입하게 되면서 식품의 저작이 이루어진다.
이때, 실린더형 프로브(200a)의 하부에 형성된 다수개의 홀(211)을 따라 식품의 일부가 상방으로 빠져나오게 된다.
종래에는 이러한 다수개의 홀(211)이 구비된 저작 장치가 미비하였고, 이로 인해 반복적인 저작에 따른 식품의 물성을 측정하는데 한계가 있었다.
즉, 식품의 반복 저작시 식품의 물성 측정에는 동일한 부피의 식품에 대한 반복 재현이 중요하며, 이를 위해 본 발명은 다수개의 홀(211)을 통해 동일한 부피의 식품이 지속적으로 반복 저작될 수 있도록 구현하였다.
이러한 본 발명은 여러 물성을 지닌 식품의 조직감의 반복 저작에 의한 물성 변화를 관찰하기에 적합함은 물론이고, 상기와 같은 다수개의 홀(211)에 의해 고체 식품 뿐만 아니라 페이스트, 반고체, 액체 식품 측정이 가능하다.
높은 변형률로 저작된 식품이 매회 저작이 이루어진 후 저작 전의 위치로 다시 이동함으로써 실제 구강에서 발생하는 반복적인 저작 작용이 재현되어 식품의 저작 시 발생하는 물성의 연속적인 변화에 대한 측정이 가능하다.
한편, 도 9는 본 발명의 일 구성요소인 위치고정가이드(170)의 실제 사진이다.
이 복수개의 위치고정가이드(170)는 식품을 압착한 후 실린더형 프로브(200a)의 상승에 의해 식품샘플컵(160)의 이동을 방지할 수 있도록 고정대(150)와 식품샘플컵(160) 사이에 위치한다.
즉, 실린더형 프로브(200a)가 식품을 한번 저작한 후 다시 저작하기 위해 위로 상승시 식품샘플컵(160)이 들려지는 것을 방지하는 기능을 수행한다.
이를 위해 위치고정가이드(170)는, 소정 곡면의 형상으로 그 하부면은 제3실린더(163)의 외벽에 끼워질 수 있도록 제3실린더(163)의 외벽의 형상과 대응되는 끼움홀(171)이 그 하부면에 형성된 것을 특징으로 한다.
전체적으로 곡면 형상을 구비하고 있으며, 그 상부면은 평평하고 그 하부면은 제3실린더(163)의 외벽에 끼워질 수 있도록 소정 깊이의 끼움홀(171)이 위치고정가이드(170)의 하부면을 따라 형성되어 있다.
이 위치고정가이드(170)에 의해 식품샘플컵(160)은 들려지지 않고 정확한 실험이 수행될 수 있다.
한편, 실린더형 프로브(200a)의 하부 외주면에는 제1오링(172)이 형성되고, 프로브가이드구(152)의 하부 외주면에도 제2오링(173)이 형성되어 있어 식품이 외부로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면 본 발명 역시 구동부(210)의 작동, 로드셀에서 측정되는 로드를 센싱하며 실린더형 프로브(200a)의 하강으로 식품샘플컵(160)에 놓여지는 식품의 설정된 변형률이 저장되며 설정된 속도 및 설정된 횟수만큼 실린더형 프로브(200a)를 하강시켜 식품을 저작하는 제어부(600)를 포함한다.
즉, 구동부(210)에 연결되는 모터 측으로 작동 신호를 송수신하여 구동부(210)가 승하강 되게 하여 실린더형 프로브(200a)의 작동을 제어한다.
또한, 본 발명은 도 1에 개시된 것처럼 항온수조(400)를 포함하는데, 항온수조(400) 내에 설치되는 가열원(410)측으로 신호를 송신하여 설정된 온도로 물의 온도를 조절하게 하고, 그에 따라 제3실린더(163)의 외벽에 형성된 물공급용홀(164)) 측으로 설정된 온도의 물을 공급한다.
또한, 인공침공급부(500)에 설치되는 인공침펌프(520) 측으로 신호를 송신하여 인공침이 프로브가이드구(152)에 형성된 인공침공급구 측으로 공급되게 한다.
바람직하게는 인공침펌프(520) 측으로 인공침이 1.45ml/min 만큼 공급되도록 하나, 실험 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 자명하다.
이러한 다양한 구조의 이해를 돕기 위해 본 출원인에 선 출원된 도 15를 참조한다.
한편, 제어부(600)는 로드셀(110)에서 측정되는 로드를 센싱하는데, 특히 식품과의 접촉시 생성되는 로드값을 지속적으로 센싱한다.
이 센싱된 로드값은 디스플레이부(700)에 시간에 따른 그래프로 표시된다.
또한, 제어부(600)에는 작업자가 미리 실린더형 프로브(200a)의 하강으로 식품샘플컵 상에 놓여지는 식품(F)의 설정된 변형률이 저장된다.
도 10은 제어부(600)에 의해 구현되는 디스플레이부(700)에 표시된 화면을 나타내고, 도시된 바와 같이 작업자가 변형률값을 미리 입력할 수 있다.
식품의 설정된 변형률이란 작업자가 원하는 식품의 압축 정도를 의미한다.
제어부(600)는 로드셀(110)과 연결되어 실린더형 프로브(200a)의 하강시 식품샘플컵(160) 상에 놓여지는 식품(F)과의 접촉시 센싱하는 로드값을 지속적으로 전달받는다.
제어부(600)에는 이미 설명한 바와 같이 작업자가 식품의 변형률 즉 압축정도가 기저장되어 있고, 이 기저장된 변형률만큼 구동부(210)가 작동하여 실린더형 프로브(200a)가 식품을 압축하게 된다.
이하 설명하겠지만, 사용자가 미리 저장한 식품의 변형률은 실린더형 프로브(200a)와 베이스(120) 상의 거리로 구현된다.
제어부(600)는 로드셀(110)을 통해 식품을 압축하는 도중 실시간으로 센싱되는 로드값을 수신하게 되고, 그 로드값은 이하 후술할 디스플레이부(700)에서 그래프로 작업자에게 보여주게 된다.
한편, 제어부(600)는 설정된 속도 및 설정된 횟수만큼 실린더형 프로브(200a)를 하강시켜 식품을 저작한다.
즉, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 작업자는 구동부(210)의 속도와 저작의 횟수인 사이클을 미리 입력할 수 있다.
작업자는 제어부(600)에 의해 구현되는 디스플레이부(700)를 통해 구동부(210)가 승하강되는 속도를 미리 입력할 수 있다.
최대 속도는 3mm/s로 설정함이 바람직하나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
또한, 작업자는 실린더형 프로브(200a)와 식품과의 저작 횟수, 즉 사이클 횟수를 미리 저장할 수 있으며, 이 저장된 사이클 횟수에 따라 저작 횟수가 결정되고, 그 횟수에 따르는 시간과 로드값이 표현되는 그래프가 디스플레이부(700)를 통해 작업자에게 보여준다.
디스플레이부(700)가 소개된다.
디스플레이부(700)는 일반적인 모니터를 의미하며 본체(100), 제어부(600)와 각각 연결되어 있고, 저작에 따른 시간과 로드셀(110)에서 측정되는 로드에 해당되는 그래프를 디스플레이함은 물론이고, 디스플레이부(700)를 통해 구동부(210)의 속도, 저작 횟수 및 변형률을 입력할 수 있다.
즉, 예를 들어 저작하는 횟수인 사이클이 5회라 가정하는 경우 각 사이클에 따른 시간과 그 시간 동안 로드셀(110)에서 센싱되는 로드값이 디스플레이되며, 이 작동은 설정된 변형률만큼 실린더형 프로브(200a)가 설정된 횟수만큼 하강하면서 구현된다.
한편, 제어부(600)에는 식품에 실린더형 프로브(200a)가 접촉시 인지하는 트리거로드값이 기 저장되어 있다.
제어부(600)는 구동부의 작동으로 실린더형 프로브(200a)의 하강시 식품과의 접촉에 의해 로드셀에서 트리거로드값이 측정되는 경우 그 측정시점부터 디스플레이부(700) 측으로 그 저작에 따른 시간과 로드셀에서 인지하는 로드에 해당되는 그래프를 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.
도 13에는 제어부(600)와 연동되는 디스플레이부(700)에 사용자가 미리 저장할 수 있는 트리거로드값이 개시되어 있다.
트리거로드값이란 실린더형 프로브(200a)가 하강하면서 식품샘플컵(160)에 놓여지는 식품과의 최초로 접촉시 인지하는 로드값을 의미한다.
이 로드값을 다양한 실험을 통해 미리 사용자가 입력할 수 있으며, 재질이 약한, 즉 소프트한 식품의 경우 이 트리거로드값은 작게 형성될 것이며, 딱딱한 재질의 식품일 수록 트리거로드값은 더 크게 미리 저장될 것이다.
최대 트리거로드값은 10000g 으로 설정할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제어부(600)에서 로드셀(110)에 의해 이 트리거로드값에 해당되는 로드값을 인지하게 되면 실린더형 프로브(200a)가 식품샘플컵(160)에 놓여지는 식품에 접촉한다는 것을 인지하게 되는 것이다.
이 시점부터 설정된 변형률에 해당되도록 실린더형 프로브(200a)가 하강하게 된다.
제어부(600)는 구동부(210)의 작동으로 실린더형 프로브(200a)의 하강시 식품과의 접촉에 의해 로드셀(110)에서 트리거로드값이 측정되는 경우 그 측정시점부터 디스플레이부(700) 측으로 그 저작에 따른 시간과 로드셀(110)에서 인지하는 로드에 해당되는 그래프를 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.
즉, 트리거로드값에 해당되는 로드가 제어부(600)에서 인지하게 되면, 설정된 사이클 횟수만큼 저작하게 되고, 각각의 사이클당 식품을 저작하면서 생기는 로드가 그래프로 구현된다.
제어부(600)에는 베이스(120)의 높이가 기저장되어 있고, 실린더형 프로브(200a) 하강 전의 실린더형 프로브(200a)와 식품샘플컵(160) 사이의 거리가 기저장되어 있으며, 기 저장된 트리거로드값을 인지하는 시점에 실린더형 프로브(200a)의 위치를 센싱하며, 설정된 식품의 변형률에 해당되는 위치까지 실린더형 프로브(200a)를 하강시키는 것을 특징으로 한다.
베이스(120)의 높이는 베이스(120) 내부에 설치된 높이를 인지하는 센서에 의해 그 베이스(120)의 높이가 실시간으로 디스플레이부(700)에 표시된다.
베이스(120)의 전방에는 베이스(120)의 높이를 조절하는 조절나사가 있고, 이 조절나사에 인접하는 모터가 설치될 수 있으며, 모터의 회전 혹은 조절나사의 회전에 의한 신호가 본체(100)혹은 제어부(600)에 전달되며, 그 값에 따라 베이스(120)의 높이가 디스플레이부(700)에 표시된다.
물론, 상기의 방법 이외에 다양한 방식으로 베이스(120)가 높이가 디스플레이부(700)에 표시될 수 있다.
또한, 실린더형 프로브(200a)의 높이 역시 사용자가 미리 저장할 수 있고, 이 실린더형 프로브(200a)에 연결되는 구동부(210) 끝단의 높이 역시 사용자가 미리 저장할 수 있으며, 본체(100) 내부의 구동부(210)의 상측 끝단에는 역시 구동부(210)와 연동될 수 있는 모터가 설치될 수 있으며, 모터의 회전 신호가 본체(100) 혹은 제어부(600)에 전달되어 그 회전에 따른 높이가 전달되어 실린더형 프로브(200a) 끝단의 높이가 디스플레이부(700)에 표시될 수 있다.
이 역시 상기의 방법 이외에 다양한 방식으로 실린더형 프로브(200a)의 높이 및 실린더형 프로브(200a)와 식품샘플컵(160) 사이의 높이 즉 거리가 디스플레이부(700)에 표시될 수 있다.
한편, 도 14는 본 발명을 이용하여 10회 저작 반복시 식품의 변형에 따른 로드셀에서 인지하는 로드값을 나타낸다.
파란색으로 표시된 부분은 밥을 대상으로 한 것이며, 적색으로 표시된 부분은 효소(인공침)이 공급된 경우의 그래프이다.
효소가 없는 밥을 대상으로 한 그래프와 효소가 있는 밥을 대상으로 한 그래프 모두 상승하는 부분은 실린더형 프로브(200a)가 밥을 압축하는 상태에서 생기는 로드값을 나타내고, 하강하는 부분은 설정된 변형률을 마친 후 다시 저작하기 위해 실린더형 프로브(200a)가 상승하는 부분을 나타낸다.
이때, 양(+)의 값의 로드값이 생기는 경우와 음(-)의 값의 로드값이 생기는데 경우가 있는데 이는 양(+)의 값을 갖는 경우는 실린더형 프로브(200a)가 내려가면서 식품을 압착할 때 생기는 로드값이고, 음(-)의 로드값은 실린더형 프로브(200a)가 다시 상승할 때, 홀(211)을 따라 빠져나온 식품이 다시 홀(211)을 따라 식품샘플컵(160) 측으로 내려갈 때 실린더형 프로브(200a)에 의해 센싱되는 로드값을 나타낸다.
즉, 식품을 누르는 방향과 반대 방향으로 로드값이 생기는 바 음(-)의 값을 가지게 된다.
음의 로드값은 깨진 식품이 나타내는 로드값을 의미하며, 그 절대값이 큰 경우 더 저작해야 식품이 더 깨질 수 있다는 의미이며, 그 절대값이 작은 경우 한번의 저작으로 식품의 깨진 정도가 높다는 것을 의미한다.
한편, 도시된 그래프를 통해 식품의 이른바 'packing' 상태를 알 수 있다.
본 발명에서 이러한 'packing' 정도를 알 수 있는 근본적인 이유는 실험 대상인 식품의 부피가 지속적으로 유지될 수 있기 때문이다.
즉, 식품은 입자들간에 공극이 형성되어 있으며, 단단한 물질과 페이스트 물질은 각각의 공극률이 다를 것이다.
이때, 실린더형 프로브(200a)가 하강하면서 식품을 압착하게 되고, 그에 따라 공극률이 충분히 감소된 뒤 홀(211)을 따라 식품의 일부가 빠져나오게 된다.
도시된 그래프에서 상승하는 곡선의 기울기는 바로 이 식품의 '패킹' 정도를 나타내며, 가파르게 상승하는 것은 그만큼 식품이 페이스트 보다는 고체에 가깝다고 판단할 수 있으며, 완만하게 상승하는 경우에는 고체보다는 페이스트에 가깝다는 것을 알 수 있게 된다.
도시된 그래프의 상승하는 곡선에는 식품의 공극률을 줄이는 패킹 부분과 패킹된 후 식품의 일부가 홀(211)을 따라 빠져나오는 부분과 식품의 일부가 빠져나오는 상태에서 지속적으로 식품을 누르는 부분이 있게된다.
도시된 그래프를 다시 살펴보면, 효소가 없는 밥을 대상으로 한 경우 사이클 당 최대 로드값의 감소율이 효소(인공침)를 넣은 경우보다 작음을 알 수 있다.
효소가 없는 밥을 대상으로 한 그래프는 각 사이클 당 최대 로드값이 효소가 있는 밥을 대상으로 한 경우보다 감소율이 적음을 확인할 수 있다. 즉, 밥에 효소를 주입하면 10회 반복 후 '죽'과 같은 형태로 변화하고 밥만 이용하여 실험한 경우 '떡'과 같은 형태로 변화함을 의미한다.
따라서, 구강 내 환경을 모사하기 위해서는 적절한 온도의 물 공급 이외에 효소를 주입해야 함이 다시 입증된다.
본 발명은 상기와 같이 적용 및 응용분야가 다양한 기술로서 여러 물성을 지닌 식품의 조직감의 반복 저작에 의한 물성 변화를 관찰하기에 적합하다. 여러 입자들로 구성 되어 있는 식품, 페이스트 형태의 식품, 젤리류, 액체와 고체가 혼제되어 있는 식품 등의 반복된 변형에 의한 물성 변화를 관찰할 수 있으며, 관능평가를 대체할 수 있는 기술로써 연구 및 식품산업 전반에 걸쳐 이용될 수 있는 발명에 해당된다.
100 : 본체 150 : 고정대
152 : 프로브가이드구 200a : 실린더형 프로브
160 : 식품샘플컵 170 : 위치고정가이드
600 : 제어부 700 : 디스플레이부

Claims (11)

  1. 내부에 로드셀이 설치되고 소정 높이의 베이스를 포함하는 본체;
    상기 본체에 고정되고 그 중심에 소정의 가이드홀이 형성되고 내부에 소정 공간이 형성된 채 하방으로 연장 형성된 프로브가이드구가 설치된 고정대;
    상기 가이드홀의 내부를 따라 연장 형성된 구동부에 연결되고 상기 프로브가이드구를 감싼 상태에서 상하 운동하며 식품의 압착시 압착 정도에 따라 식품의 일부가 추출될 수 있도록 그 하부면에 다수개의 홀이 형성된 실린더형 프로브;
    그 내부에 식품이 놓일 수 있는 공간이 형성되고 상기 베이스 상에 안착되는 식품샘플컵;
    식품을 압착한 후 상기 실린더형 프로브의 상승시 상기 식품샘플컵의 이동을 방지할 수 있도록 상기 고정대와 상기 식품샘플컵 사이에 위치하는 복수개의 위치고정가이드;
    상기 구동부의 작동을 제어하고, 상기 로드셀에서 측정되는 로드를 센싱하며 상기 실린더형 프로브의 하강으로 상기 식품샘플컵에 놓여지는 식품의 설정된 변형률이 저장되며 설정된 속도 및 설정된 횟수만큼 상기 실린더형 프로브를 하강시켜 상기 식품을 저작하는 제어부; 및
    그 저작에 따른 시간과 상기 로드셀에서 측정되는 로드에 해당되는 그래프를 디스플레이하는 디스플레이부; 를 포함하는, 식품의 조직감 반복 측정 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실린더형 프로브는,
    그 상방이 개방되고, 하부면의 원주를 따라 다수개의 홀이 소정 간격으로 이격 형성되며, 내부에는 상기 구동부에 연결될 수 있도록 그 외주면에 다수개의 나사산이 형성된 소정 길이의 연결구가 형성된 것을 특징으로 하는, 식품의 조직감 반복 측정 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 식품샘플컵은,
    서로 다른 반지름의 제1실린더, 제2실린더, 제3실린더가 그 중심에서 반경 방향으로 상방이 개방된 채 순차적으로 형성되고, 상기 제1실린더와 상기 제2실린더 사이에는 식품이 놓여지고, 상기 제2실린더와 상기 제3실린더 사이에는 설정된 온도의 물이 공급되되,
    설정된 온도의 물이 공급될 수 있도록 상기 제3실린더의 외벽에는 물 공급용홀과 물 배출용 홀이 대향되게 형성된 것을 특징으로 하는, 식품의 조직감 반복 측정 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 실린더형 프로브의 하강시 상기 제1실린더의 중심으로 인입되어 상기 제1실린더의 외벽이 삽입될 수 있도록 상기 실린더형 프로브의 하부면에는 원주 방향으로 소정의 인입홀이 상기 실린더형 프로브의 내부 높이 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는, 식품의 조직감 반복 측정 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수개의 위치 고정가이드는,
    소정 곡면의 형상으로 그 하부면은 상기 제3실린더의 외벽에 끼워질 수 있도록 상기 제3실린더의 외벽의 형상과 대응되는 끼움홀이 형성된 것을 특징으로 하는, 식품의 조직감 반복 측정 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 실린더형 프로브의 하부 외주면에는 제1오링이 형성되고, 상기 프로브가이드구의 하부 외주면에도 제2오링이 형성된 것을 특징으로 하는, 식품의 조직감 반복 측정 시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 프로브가이드구에는 높이 방향으로 인공침이 공급될 수 있는 인공침공급구가 형성된 것을 특징으로 하는, 식품의 조직감 반복 측정 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 인공침공급구 측으로 인공침이 공급될 수 있도록 인공침공급라인을 매개로 연결되고 소정 양의 인공침이 저장된 인공침공급부를 더 포함하고,
    상기 인공침공급라인의 일 지점에는 인공침펌프가 설치되며, 상기 인공침펌프는 상기 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는, 식품의 조직감 반복 측정 시스템.
  9. 청구항 3에 있어서,
    설정된 온도의 물이 공급되고 배수될 수 있도록 소정 양의 물이 담지된 항온수조를 더 포함하고, 상기 제3실린더의 외벽에 형성된 물 공급용홀과 물 배출용 홀에 각각 물공급라인과 물배출라인이 연결되고,
    상기 물공급라인과 상기 물배출라인에는 각각 워터펌프가 설치되되, 상기 워터펌프는 상기 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는, 식품의 조직감 반복 측정 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부에는 식품에 상기 실린더형 프로브가 접촉시 인지하는 트리거로드값이 기 저장되어 있고,
    상기 제어부는 상기 구동부의 작동으로 상기 실린더형 프로브의 하강시 상기 식품과의 접촉에 의해 상기 로드셀에서 상기 트리거로드값이 센싱되는 경우 그 센싱되는 시점부터 상기 디스플레이부 측으로 그 저작에 따른 시간과 상기 로드셀에서 인지하는 로드에 해당되는 그래프를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는, 식품의 조직감 반복 측정 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어부에는,
    상기 베이스의 높이가 기저장되어 있고, 상기 실린더형 프로브의 하강 전의 상기 실린더형 프로브와 상기 식품샘플컵 사이의 거리가 기저장되어 있으며,
    상기 기 저장된 트리거로드값을 인지하는 시점에 상기 실린더형 프로브의 위치를 센싱하며, 설정된 식품의 변형률에 해당되는 위치까지 상기 실린더형 프로브를 하강시키는 것을 특징으로 하는, 식품의 조직감 반복 측정 시스템.
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