KR20120063679A - 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법 - Google Patents

근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법 Download PDF

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Abstract

본 발명인 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법은 검사 대상 인삼에 대하여 근적외선을 조사하는 단계 및 상기 근적외선의 반사도로부터 상기 검사 대상 인삼의 조직 치밀도 및 조사포닌의 함량을 산출하는 단계를 포함한다.

Description

근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법{Method for evaluating the quality of ginseng using near infrared}
본 발명은 인삼의 품질을 평가하는 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 인삼의 조직치밀도와 조사포닌 함량을 측정하여, 인삼의 품질을 평가하는 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법에 관한 것이다.
통상 인삼으로 불리는 수삼은 밭에서 재배된 생삼을 건조하지 않고 그대로 보존한 것을 가리킨다. 이러한 수삼의 생산량의 약 절반 정도는 생식용으로, 나머지는 홍삼 등의 가공제품 원료로 이용되고 있다.
그런데, 수삼(이하 인삼)은 재배농가의 기술 수준에 따라 품질이 크게 다르기 때문에 출하시 품질에 따른 분류를 필수적으로 행해야 한다.
현재 실시되고 있는 인삼의 품질 판단은 인삼의 외형적인 기준등에 의해 판단되고 있다. 즉, 몸통의 길이, 다리의 수, 몸통지름과 길이의 비율, 개체당 무게, 내용조직 및 색택를 육안으로 판단하는 등의 객관적이지 않은 기준으로 인삼의 품질평가가 이루어져, 인삼의 정확한 품질을 판단하기가 쉽지 않은 문제점이 있었다.
그에 따라, 인삼의 품질을 객관적으로 정확히 판단하기 위해, 인삼의 조직 치밀도와 조사포닌 함량을 측정하는 방법이 제안되고 있다.
이러한 인삼의 조직 치밀도 측정을 위해, 광학현미경 또는 전자 현미경을 이용하여 측정하는 방법이 알려져 있으나, 상기 방법은 측정결과 확인에 장시간이 소요되며, 검사 숙련도에 따라 측정편차가 크다는 문제가 있었다.
또한, 상기 인삼의 조사포닌 함량의 측정을 위해서는 인삼을 습식분해 방식으로 추출하여 측정을 하는 방법이 알려져 있으나, 장시간이 소요되며, 그 측정결과의 오차가 발생하여, 그 효율성이 낮은 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 인삼의 조직 치밀도와 조사포닌 함량을 신속하고, 정밀하게 측정할 수 있는 인삼의 품질평가방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명인 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법은 검사 대상 인삼에 대하여 근적외선을 조사하는 단계 및 상기 근적외선의 반사도로부터 상기 검사 대상 인삼의 조직 치밀도 및 조사포닌의 함량을 산출하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 인삼의 조직 치밀도 산출을 위한 상기 근 적외선의 파장이 932 nm 이상 974 nm 이하 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인삼의 조 사포닌 함량의 산출을 위한 상기 근 적외선의 파장이 1711 nm 이상 2105 nm 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조직 치밀도를 산출하는 단계에서, 조직 치밀도를 구하는 검량식은
Figure pat00001
일 수 있다.
y : 조직치밀도의 검량값
Ai : 인삼의 반사도를 흡광도로 전환시킨 값
Xi : 각 파장별 가중치(factor)
B : 바이어스(Bias) 값
932, 974 : 근적외선의 파장값(nm)
또한, 상기 조직 치밀도를 산출하는 단계에서, 상기 조사포닌의 검량식은
Figure pat00002
일 수 있다.
y : 조사포닌의 검량값
Ai : 인삼의 반사도를 흡광도로 전환시킨 값
Xi : 각 파장별 가중치(factor)
B : 바이어스(Bias) 값
1711, 2105 : 근적외선의 파장값(nm)
또한, 상기 근적외선의 조사는 근적외선 분광기(NIRs 6500,FOSS)을 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 조직 치밀도 및 조 사포닌의 함량을 이용하여, 인삼의 품질등급을 구하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법은 근적외선 분광법을 이용하여, 인삼 조직의 품질평가의 기준이 되는 인삼의 조직치밀도와 조사포닌 함량을 동시에 신속하게 측정한다.
그리고, 상기 측정된 조직치밀도와 조사포닌 함량을 이용해 인삼의 품질을 평가함으로써, 인삼의 품질기준에 대한 소비자의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법은 근적외선을 조사하여 측정된 인삼 조직의 반사 스펙트럼을 이용하는바, 측정결과 확인등의 과정에서 소요되는 시간이 짧고, 측정 결과도 정확하여, 인삼 품질 평가의 효율성을 개선할 수 있다.
도1은 본 발명의 한 실시예인 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도2는 본 발명의 한 실시예인 근적외선 분광법으로 측정된 인삼 조직의 반사 스펙트럼이다.
도3은 도 1에 도시된 인삼 조직의 반사 스펙트럼의 그래프를 2차미분을 하여, 전처리한 결과와 상기 상관계수간의 관계를 나타낸다.
도4는 본 발명에 따른 근적외선 분광법으로 얻어진 인삼 조직의 반사 스펙트럼중 조직 치밀도의 실측값 및 조사포닌 함량의 실측값과 가장 높은 상관관계를 보인 스펙트럼의 결과를 플롯(plot)한 상태를 도시한 도면이다.
도5는 본 발명에 따른 인삼의 품질등급 현황을 나타낸 도면이다.
본 발명인 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법은 근적외선 분광기(NIRs 6500,FOSS)을 이용하여, 인삼 조직의 조직치밀도 및 조사포닌의 함량을 동시에 정밀하게 측정하고, 상기 측정된 값을 기준으로 인삼의 품질을 객관적으로 판단할 수 있다.
구체적으로, 본 발명인 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법은 인삼의 조직치밀도 및 조사포닌 함량의 실측값 과 인삼 조직의 근적외선에 대한 반사 스펙트럼을 측정한다. 그리고, 상기 반사 스펙트럼의 측정값 과 상기 실측값을 이용해, 상기 조직치밀도 및 조사포닌의 검량식을 산출한다.
따라서, 인삼의 품질평가에 중요한 기준이 되는 상기 조직치밀도 및 조사포닌 함량을 상기 검량식을 통하여, 객관적으로 산출가능한바, 상기 산출값을 기준으로 인삼의 품질을 객관적이며, 신속하게 판단할 수 있다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도1 내지 도5를 참조하여, 본 발명인 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법을 구체적으로 살펴본다.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명인 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법에 관해 설명한다.도 1은 본 발명의 한 실시예인 인삼의 품질평가방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 복수개의 인삼의 조직 치밀도와 조사포닌의 함량에 대한 실측값 데이타를 측정한다.(S100) 여기서, 인삼의 조직 치밀도의 실측값 데이타는 조직 분석기(Texture analyser,TA-HD)로 측정한다. 또한, 상기 조사포닌의 함량에 대한 실측값 데이타는 인삼의 동체와 지근을 동결건조 후, 분말 화하여, HPLC 분석에 의하여, 측정한다.
다음으로, 인삼의 몸체를 절단하여, 근적외선 분석기(NIRs,FOSS)의 외장형 센서에 밀착시키고, 암조건하에서 상기 몸체를 스캐닝하여, 인삼 조직에 대한 반사 스펙트럼을 측정한다.(S110) 여기서, 도 2를 참조하면, 근적외선분석기(NIRs,FOSS)를 통해 인삼 조직에 근적외선을 각 파장별로 조사한 경우에, 상기 조직에서 반사된 근적외선의 스펙트럼을 나타낸다. 도2의 가로축은 근적외선의 파장을 나타내며, 세로축은 인삼 조직의 반사도를 나타낸다.
그 다음으로, 상기 조직 치밀도 및 조사포닌 함량의 실측값 데이타와 상기 인삼 조직의 반사 스펙트럼을 비교하여, 상기 실측값 데이타와 상기 반사 스펙트럼의 상관계수를 측정한다. 여기서, 상관계수란, 상기 실측값 데이타 와 상기 근적외선에 대한 반사 스펙트럼과의 유사정도를 의미한다.
다음으로, 인삼 조직의 반사 스펙트럼이 측정된 근적외선의 파장영역중에서 상기 실측값과 상관계수가 높은 근적외선의 파장영역을 측정한다.(S130) 도 3 및 도 4를 참조하면, 인삼의 조직 치밀도는 932 ~ 937 nm 의 파장영역에서 상관계수가 약 0.87정도 측정되었으며, 조사포닌의 경우, 1700 ~ 1978 nm 의 파장영역에서 상관계수가 약 0.9정도 측정되었다. 도3의 가로축은 도2의 반사 스펙트럼을 2차 미분한 값이며, 세로축은 상관계수를 의미한다.
다음으로, 상기 실측값 데이타와 상기 근적외선의 파장영역을 기초로, 다중회귀 분석(MLR)을 이용한 통계적 분석을 실시하여, 상기 조직치밀도 정도 및 조사포닌의 함량을 나타내는 검량식을 산출한다.(S140) 그리고, 상기 조직치밀도의 정도를 나타내는 검량식은
Figure pat00003
이고, 상기 조사포닌의 함량을 나타내는 검량식은
Figure pat00004
이다.
y : 조직치밀도 및 조사포닌 함량의 검량값
Ai : 인삼의 반사도를 흡광도로 전환시킨 값
Xi : 각 파장별 가중치(factor)
B : 바이어스(Bias) 값
그 다음으로, 상기 검량식에 의해 산출된 상기 조직치밀도 및 조사포닌의 검량값과 상기 실측값을 비교하여, 상기 검량식의 정확성을 판단한다.(S150) 그리고, 상기 검량식에 의해 산출된 상기 조직치밀도 와 조사포닌 함량의 검량값을 기초로한 INDEX 값을 기준으로 인삼의 품질등급을 결정한다.(S160)
INDEX = 0.1329 × X1 ＋ 0.052 × X2
X1 : 조사포닌의 함량, X2 = 조직치밀도
여기에서, 인삼의 품질등급을 나타내는 기준은 1등급이 INDEX ≥10 , 2등급은 INDEX = 9 ~ 10, 3등급은 INDEX = 7 ~ 9, 4등급은 INDEX ≤ 7 이다.
인삼 조직의 반사 스펙트럼의 측정
본 실험에 사용될 인삼은 국내에서 생산된 4년근과 6년근 수삼이다. 먼저, 100개 이상의 인삼 몸체를 절단하여 근적외선 분석기(NIRs XDS, FOSS)의 외장형 센서에 밀착시킨후, 암조건하에서 상기 인삼들의 몸체를 스캐닝하였다. 상기 근적외선 분석기의 측정방식은 투과법(Transmittance)을 2nm 간격으로, 세그먼트(segment)는 20, 갭(gap)은 4로 설정하여, 상기 인삼의 몸체에 대한 스캐닝을 실시한다. 도 2는 근적외선 분광법으로 측정된 인삼 조직의 반사 스펙트럼 과 인삼의 흡광도값을 근적외선의 파장별로 나타낸 것이다.
상기 인삼의 반사 스펙트럼이 얻어지면, 이를 수학적으로 전처리한다. 보통 근적외선 스펙트럼은 재현성이 우수하나 때때로 시료상태나 피측정자에 따라 바탕선 변화 등 약간의 변화가 있게 되므로, 전처리를 함으로써 추후 검량 결과를 향상시킬 수 있다.
그리고, 상기 전처리는 도 2에 도시된 상기 반사 스펙트럼의 그래프를 2차 미분하는 과정이다
인삼의 조직치밀도 실측값 데이타 측정
100개의 반사 스펙트럼이 측정된 인삼에 대하여, 조직 치밀도를 실측한다.
상기 조직치밀도는 조직 분석기(Texture analyser,TA-HD)로 측정한다. 그리고, 상기 측정시에, 센서 프로브는 2mm, 샘플 투과 길이는 8mm로 하였다.
인삼의 조사포닌 실측값 데이타 측정
100개의 반사 스펙트럼이 측정된 인삼에 대하여, 조사포닌을 실측한다.
인삼의 동체와 지근을 동결건조 후, 분쇄기로 분말화 하여 인삼분말 0.05 g을 2 mL 원심분리 튜브에 넣고, 80% 메탄올 용액을 첨가하였다. 이후에, 소닉 베쓰(sonic bath)에서 1시간 추출하고, 원심분리 후, 상등액을 취한다. 남은 잔사에 위의 과정을 반복추출하고 상등액을 합하여 HPLC 측정용 시료로 사용한다.
진세노사이드(ginsenoside) 표준품 Rg1, Re, Rf, Rg2, Rb1, Rc, Rb2, Rd를 크로마덱스(chromadex)사로부터 구입하여 사용하였다. 각각의 표준품중 일정량을 메탄올(methanol)에 혼합하여 녹인 후, 개별 검량선을 작성하였다.
HPLC 분석은 Agilent HPLC 1100 시리즈, ODS 컬럼, gradient:ACN/Water, 70 분, UV 203 nm 의 조건으로 분석하여, 인삼분말의 조사포닌 함량을 측정하였다. 측정된 데이터는 근적외선 분석기(NIRs)의 프로그램에 기록하여 테이블 정보로 이용한다.
상관관계가 높은 근적외선 파장영역의 확인
전처리된 반사스펙트럼값을 Y축으로 해당 인삼의 조직 치밀도 값을 X 축으로 하여, 대상 인삼의 결과를 도 4a와 같이 표시하였다.
그리고, 전처리된 반사스펙트럼값을 Y축으로 해당 인삼의 조사포닌 함량 값을 X 축으로 하여, 대상 인삼의 결과를 도 4b와 같이 표시하였다.
도 4로부터, 인삼의 반사스펙트럼값이 인삼의 조직 치밀도와 조사포닌 함량과 높은 상관관계가 있음을 확인할 수 있다.
이러한 상관관계는 반사스펙트럼을 구하기 위해 조사되는 근 적외선의 파장 영역에 의해 변화되는데, 이로부터, 상기 인삼의 반사 스펙트럼과 상기 조직치밀도 및 조사포닌 함량의 상관관계를 분석하여 유의한 결과를 나타내는 근적외선 파장영역을 획득하였다.
즉, 인삼의 조직 치밀도는 932 ~ 937 nm 의 파장영역에서 상관계수가 약 0.87정도 측정되었으며, 조사포닌의 경우, 1700 ~ 1978 nm 의 파장영역에서 상관계수가 약 0.9정도 측정되었다.
인삼의 조직치밀도 와 조사포닌의 함량에 대한 검량식 산출
상기 실측값 데이타와 상기 근적외선의 파장영역을 기초로, 다중회귀 분석(MLR)을 이용한 통계적 분석을 실시하여, 상기 조직치밀도 정도 및 조사포닌의 함량을 나타내는 검량식을 산출한다.
검량식
 파장(nm) 단순상관
(Simple R)		 다중상관
(Multi R)
y=59183.34×x1 - 3694.12
932 0.874
y=21400.61×x2 + 88927.85×x1 -3450.28
 x2=974
x1=932		 -0.807
0.874		 0.883
표 1은 가장 유의한 결과를 나타낸 파장영역 (932 ~ 974nm)에서의 인삼의 조직치밀도에 대한 검량식이다. 그리고, 상기 표 1에 파장별 가중치 및 바이어스 값을 획득하여 인삼의 조직 치밀도 계측 검량식을 구하면 아래와 같다.
(조직치밀도의 검량식)
Figure pat00005
y : 조직치밀도의 검량값
Ai : 인삼의 반사도를 흡광도로 전환시킨 값
Xi : 각 파장별 가중치(factor)
B : 바이어스(Bias) 값
※ 각 파장별 가중치(factor)
파장
 factor
932
 10989.96
974
 8268.346
※ 바이어스 값 : 0.034
상기 검량식을 통해 검량값을 구하고, 상기 조직치밀도의 실측값과 대비하면, 상기 검량값과 상기 실측값의 상관계수는 0.883, 회귀분석 결정계수는 0.723으로 그 정확성을 확인할 수 있다.
검량식
 파장 단순상관
(SimpleR)
 다중상관
(Multi R)
y= 344×X - 0.345
 1711
 0.862
y= 128 × X2 1100 ×X1 - 4.789
 X1 =1978
X2 =1711		 0.884
0.862		 0.912
y= 340.12×X3 ＋120.32×X2＋210.76×X1 -4.167
 X3 = 2105
X2 = 1987
X1 = 1711		 0.904
0.884
0.862		 0.962
표 2는 가장 유의한 결과를 나타낸 파장영역 (1711 ~ 2105nm)에서의 인삼의 조사포닌 함량에 대한 검량식이다. 그리고, 상기 표 3에 파장별 가중치 및 바이어스 값을 획득하여 인삼의 조사포닌 함량의 검량식을 구하면 아래와 같다.
(조사포닌 함량의 검량식)
Figure pat00006
y : 조사포닌의 검량값
Ai : 인삼의 반사도를 흡광도로 전환시킨 값
Xi : 각 파장별 가중치(factor)
B : 바이어스(Bias) 값
※ 각 파장별 가중치(factor)
파장
 factor
1711
 1043.67
1978
 3149.34
2105
 8812.90
※ 바이어스 값 : 0.031
상기 검량식을 통해 조사포닌 함량의 검량값을 구하고, 상기 조사포닌 함량의 실측값과 대비하면, 상호간의 상관계수는 0.962, 회귀분석 결정계수는 0.889로 그 정확성을 확인할 수 있다.
인삼의 품질등급 선정
상기 검량식에 의해 산출된 상기 조직치밀도 와 조사포닌 함량의 검량값을 기초로한 INDEX 값을 기준으로 인삼의 품질등급을 결정한다.
INDEX = 0.1329 × X1 ＋ 0.052 × X2
X1 : 조사포닌의 함량, X2 = 조직치밀도
여기에서, 인삼의 품질등급을 나타내는 기준은 1등급이 INDEX ≥10 , 2등급은 INDEX = 9 ~ 10, 3등급은 INDEX = 8 ~ 9, 4등급은 INDEX ≤ 8 이다. 그리고, 도 5는 160개의 인삼을 실험대상으로 하여, 상기 INDEX 값을 기준으로 인삼의 품질등급을 분류한 것이다. 도 5를 참조하면, 실험대상인 인삼중 1등급은 약 5.3%, 2등급은 약 10%, 3등급은 약 32.5%으로 분류된다.

Claims (8)

  1. 검사 대상 인삼에 대하여 근적외선을 조사하는 단계; 및
    상기 근적외선의 반사도로부터 상기 검사 대상 인삼의 조직 치밀도 및 조사포닌의 함량을 산출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인삼의 조직 치밀도 산출을 위한 상기 근 적외선의 파장이 932 nm 이상 974 nm 이하 인 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인삼의 조 사포닌 함량의 산출을 위한 상기 근 적외선의 파장이 1711 nm 이상 2105 nm 이하인 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법.
  4. 상기 제1항에 있어서,
    상기 조직 치밀도를 산출하는 단계에서,
    조직 치밀도를 구하는 검량식은
    Figure pat00007

    y : 조직치밀도의 검량값
    Ai : 인삼의 반사도를 흡광도로 전환시킨 값
    Xi : 각 파장별 가중치(factor)
    B : 바이어스(Bias) 값
    932, 974 : 근적외선의 파장값(nm)
    인 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조사포닌을 산출하는 단계에서,
    상기 조사포닌의 검량식은
    Figure pat00008

    y : 조사포닌 함량의 검량값
    Ai : 인삼의 반사도를 흡광도로 전환시킨 값
    Xi : 각 파장별 가중치(factor)
    B : 바이어스(Bias) 값
    1711, 2105 : 근적외선의 파장값(nm)
    인 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 근적외선의 조사는
    근적외선 분광기(NIRs 6500,FOSS)을 이용하는 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조직 치밀도 및 조 사포닌의 함량을 이용하여, 인삼의 품질등급을 구하는 단계를 더 포함하는 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    인삼의 품질등급을 판단하는 인덱스(INDEX)는
    INDEX = 0.1329 × X1 ＋ 0.052 × X2
    X1 : 조사포닌의 함량, X2 = 조직치밀도 인 것을 특징으로 하는 근적외선을 이용한 인삼(수삼)의 품질평가방법.

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