KR20210026211A - 포장 김치의 품질 예측 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스마트폰을 이용하여 신속하고 정확하게 포장 김치의 품질을 예측할 수 있는 포장 김치의 품질 예측 시스템에 관한 것으로, 포장 김치로부터 발생되는 휘발성 가스를 포집하여 반응하면서 색이 변화되는 가스포집형 센서(10); 가스포집형 센서(10)의 반응색을 촬영하기 위해 스마트폰(20)에 구비되는 카메라(21); 및 스마트폰(20)에 탑재되며, 카메라(21)가 촬영한 가스포집형 센서(10)의 반응색을 색함수의 표준 색차계로 전환하고, 표준 색차계의 결과로부터 포장 김치의 품질을 예측하는 애플리케이션(23);을 포함함으로써, 개봉없이 진열된 김치 포장제품의 품질을 신속하며 정확하게 예측할 수 있어, 사용자의 편의성이 향상될 수 있는 포장 김치의 품질 예측 시스템에 관한 것이다.

Description

포장 김치의 품질 예측 시스템{Quality prediction system of package kimchi}
본 발명은 포장 김치의 품질 예측 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스마트폰을 이용하여 신속하고 정확하게 포장 김치의 품질을 예측할 수 있는 포장 김치의 품질 예측 시스템에 관한 것이다.
김치는 우리나라의 대표적인 고유 발효식품이자 중요한 부식 중의 하나로서,전통적으로 가정에서 제조하여 소비되어 왔지만 경제, 사회, 문화적 측면에서의 변화에 따라, 김치의 기업적 대량생산에 대한 필요성이 증가하고 있다.
국내의 김치시장은 초기에는 단체급식이나 군납 등의 대량유통 김치를 중심으로 성장해 왔으나, 최근 들어 비교적 규모가 큰 기업들의 참여로 인하여, 일반 소비자를 겨냥한 소포장 제품이 급격히 증가하고 있다. 이들 제품의 대표적인 포장방법은 스탠딩 파우치(standing pouch), 일반 파우치(down-display pouch) 등을 포함하는 파우치(pouch)형의 플라스틱 필름봉투 포장과 트레이(tray)형 용기 포장 또는 병 포장 등으로 분류할 수 있는데, 포장재질별로는 폴리에틸렌테레프탈레이트/알루미늄박/폴리에틸렌(PET/Al/PE), 나일론/알루미늄박/폴리에틸렌(Ny/Al/PE), 나일론/캐스트 폴리프로필렌(Ny/CPP), 나일론/폴리에틸렌(Ny/PE) 등의 플라스틱 공압출 또는 적층필름 봉투에 김치를 담아 상압 또는 진공 밀봉하거나, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐(PVC), 폴리스틸렌(PS) 등의 트레이, 유리병과 같은 성형용기에 충진하여 상압 또는 진공포장하는 형태로서, 포장 후 저온 유통시키는 방식으로 판매되고 있다.
그러나 종래의 김치포장지의 경우 그 포장형태에 상관없이 진공 또는 밀폐된 상태의 포장으로 되어 있어서, 한번 개봉하면 공기와 접촉하여 발효, 숙성이 가속화되므로 보관성이 크게 저하되기 때문에 신속하게 소비하여야 하며, 시간이 경과하면 너무 숙성되어 신맛을 내므로 먹을 수 없게 되는 문제점이 있었다.
그러나 김치 제조 현장에서는 김치를 제조한 후 저장 창고에 저장한 상태에서 관리자가 수차례에 걸쳐 포장을 개봉하여 김치의 산소 또는 pH정도나 염도를 측정하여 수기로 기록하나, 이는 관리자의 육안으로 확인하고 해석한 것이므로 김치의 품질평가가 부정확한 문제점이 있었다.
한편, 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 선행기술로는 대한민국등록특허 제10-0431536호, "pH변화를 이용한 식품 품질 식별표시계"가 개시된 바 있다. 상기의 선행기술은 pH지시제를 이용한 민감성 고분자 하이드로젤 매트릭스와 이온 및 용매만 이동이 가능한 반투과막을 이용하여 제조한 식품의 품질 식별용 키트에 관한 것이다.
또한, 다른 선행기술로는 대한민국등록특허 제10-1900233호, "복합 센서를 이용한 김치 숙성도 관리 방법 및 시스템"이 개시된 바 있다. 상기의 선행기술은 복합 센서를 이용하여 김치의 상태를 센싱하고 이를 유무선 통신 네트워크를 통해 메인 관리부로 전송하여 김치의 숙성 상태를 종합적으로 관리하고 판단하는 김치 숙성도 관리 방법 및 시스템에 관한 것이다.
그러나 상기의 선행기술들은 김치의 숙성정도를 김치포장지에 표기한다하여도, 사용자가 온도조건 등의 외부요인에 의해 일정하지 않게 숙성이 진행되어 김치의 숙성정도나 맛을 정확히 파악할 수 없는 유통과정에서 김치의 숙성정도를 파악할 수 없는 문제점이 있었다.
대한민국등록특허 제10-0431536호 대한민국등록특허 제10-1900233호
본 발명은 김치의 유통과정에서 쉽게 숙성되고, 김치의 포장을 개봉하지 않고서는 김치의 숙성정도 및 맛 등의 품질을 확인할 수 없어 사용자가 기호에 맞는 김치 제품을 구매하기 어렵고, 판매자도 김치 제품의 관리를 제대로 할 수 없는 문제점을 개선할 수 있는 포장 김치의 품질 예측 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 사람의 육안 등의 감각에 의지하여 확인 및 해석하여 신뢰성을 보장할 수 없어 다양한 수요자의 욕구에 부응할 수 없는 종래의 김치 품질 확인 방법을 개선할 수 있는 포장 김치의 품질 예측 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
그리고 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 김치가 숙성됨에 따라 발생되는 휘발성 가스에 의해 가스포집형 센서가 색변화되고, 상기 색변화된 가스포집형 센서를 스마트폰의 카메라로 촬영하며, 상기 스마트폰에 탑재된 애플리케이션으로 촬영된 사진결과를 표준 색함수로 변경하고, 상기 표준 색함수 변환값으로부터 회귀방정식에 의해 pH 또는 산도를 산출함으로써, 김치의 숙성정도를 추정할 수 있는 포장 김치의 품질 예측 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 포장 김치의 품질 예측 시스템은, 포장 김치로부터 발생되는 휘발성 가스를 포집하여 반응하면서 색이 변화되는 가스포집형 센서(10); 가스포집형 센서(10)의 반응색을 촬영하기 위해 스마트폰(20)에 구비되는 카메라(21); 및 스마트폰(20)에 탑재되며, 카메라(21)가 촬영한 가스포집형 센서(10)의 반응색을 색함수의 표준 색차계로 전환하고, 표준 색차계의 결과로부터 포장 김치의 품질을 예측하는 애플리케이션(23);을 포함한다.
그리고 애플리케이션(23)은, 포장 김치의 pH, 산도의 측정값, 포장 김치의 휘발성 가스에 의한 가스포집형 센서(10)의 색변화 및 표준 색차계와의 회귀방정식을 구동하여 포장 김치의 품질을 예측한다.
또한, 회귀방정식은, 표준 색차계를 통해 가스포집형 센서(10)의 반응색의 L*, a*, b* 값을 측정한 후, 하기 수학식 1로 표시된다.
[수학식 1]
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
상기에서, L*은 명도 값이고, a*는 빨강색(Red)과 초록색(Green)의 정도이며, b*는 노랑색(Yellow)과 파랑색(Blue)의 정도이고, C는와 Xc는 중간매게변수이며, F(Xc)는 색함수 값이고, In[1/(1-Xc)]는 시간에 따른 농도 변화 값이며, kt는 정온조건에서의 반응속도.
그리고 애플리케이션(23)은, 회귀방정식을 이용하여 변온조건에서 시간의 경과에 따라 포장 김치의 pH, 산도를 예측하며, pH, 산도 예측값과 pH, 산도 측정값을 비교 분석하고, pH, 산도 예측값과 pH, 산도 측정값 간의 상대표준편차를 계산하여 회귀방정식의 신뢰도를 평가한다.
또한, 가스포집형 센서(10)는, 포장 김치의 내부에 설치되어, 포장 김치의 숙성과정에서 발생되는 휘발성가스의 농도 변화에 따라 색상이 변화된다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 포장 김치의 품질 예측 시스템은, 애플리케이션(23)의 포장 김치의 품질 예측 결과를 기반으로 포장 김치의 품질을 표준화하여 데이터베이스를 구축하며, 포장 김치의 품질 특성 및 맛, 익은정도, 질감에 대한 선호도 조사를 위한 객관적인 기준을 애플리케이션(23)을 통해 제시하는 서버(30);를 더 포함한다.
본 발명에 따른 포장 김치의 품질 예측 시스템은 개봉없이 진열된 김치 포장제품의 품질을 신속하며 정확하게 예측할 수 있어, 사용자의 편의성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 포장 김치의 품질 예측 시스템은 스마트폰의 카메라 및 스마트폰에 탑재된 애플리케이션을 이용함으로써, 별도의 장비 구입, 이동, 사용 등으로 인한 경제적 손실을 줄일 수 있는 이점이 있다.
그리고 본 발명에 따른 포장 김치의 품질 예측 시스템은 김치의 품질을 표준화하여 데이터베이스를 구축하고, 포장 김치의 품질 특성 및 포장 김치의 맛, 익은정도, 질감에 대한 선호도 조사 등에 대한 객관적인 기준을 제시하여 김치의 품질 개선에 이바지할 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포장 김치의 품질 예측 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 정온조건에서의 포장 김치의 저장시간별 pH와 총산도 측정값의 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 3은 정온조건에서의 포장 김치의 저장시간별 가스포집형 센서의 색변화 및 색함수 값을 나타내는 그래프이다.
도 4는 pH 측정값 변화 대비 색함수 값의 상관분석을 통한 모델식을 도출하는 그래프이다.
도 5는 총산도 측정값 변화 대비 색함수 값의 상관분석을 통한 모델식을 도출하는 그래프이다.
도 6은 시뮬레이션별 변온조건에서 시간의 경과에 따른 pH의 예측값을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 포장 김치의 품질 예측 시스템(1)은 가스포집형 센서(10), 스마트폰(20) 및 서버(30)로 구성된다.
가스포집형 센서(10)는 포장 김치로부터 발생되는 휘발성 가스를 포집하여 반응하면서 색이 변화되는 지시계이며, 구체적으로는 포장 김치의 내부에 설치되어, 포장 김치의 숙성과정에서 발생되는 휘발성가스의 농도 변화에 따라 색상이 변화된다.
스마트폰(20)은 카메라(21), 저장부(22), 애플리케이션(23) 및 통신부(24)가 적어도 포함되는 기기를 의미한다.
카메라(21)는 가스포집형 센서(10)의 반응색을 촬영하기 위해 스마트폰(20)의 일측에 구비된다. 여기서, 스마트폰 카메라(21)는 스마트폰(20)에 구비되는 일반적인 스마트폰 카메라로 이해되는 것이 바람직할 것이다.
저장부(22)는 카메라(21)가 촬영한 가스포집형 센서(10)의 반응색 이미지가 저장된다. 이러한 저장부(22)는 스마트폰(20)에 구비되는 일반적인 저장부로 이해되는 것이 바람직할 것이다.
애플리케이션(23)은 스마트폰(20)에 탑재되는 업무 수행을 위한 응용 소프트웨어를 의미하며, 카메라(21)가 촬영한 가스포집형 센서(10)의 반응색을 색함수의 표준 색차계로 전환(CIE LAB ↔ CIE XYZ ↔ CIE RGB)하고, 표준 색차계의 결과로부터 포장 김치의 품질을 예측한다.
여기서, 애플리케이션(23)은 카메라(21)가 가스포집형 센서(10)의 반응색을 촬영하는 즉시, 카메라(21)로부터 가스포집형 센서(10)의 반응색 이미지를 전달받거나, 저장부(22)로부터 저장된 가스포집형 센서(10)의 반응색 이미지를 전달받음으로써 포장 김치의 품질을 예측한다.
또한, 색함수라 함은, 색 반응을 수치적으로 기술한 것을 의미하며, 표준 색차계라 함은, 표준색을 기준으로 비교치를 측정하여 색차를 표시하는 광전색도계(분광기기)를 의미한다.
통신부(24)는 애플리케이션(23)의 포장 김치 품질의 예측 결과를 서버(30)로 전달하기 위해 스마트폰(20)에 구비된다. 여기서, 통신부(24)는 서버(30)와 연결된 컴퓨터 등의 서버 단말(미도시)과 유선(예: 케이블 등) 또는 무선(예: 블루투스, 와이파이, 지그비, 태그 등) 방식으로 연결되어, 포장 김치 품질의 예측 결과를 서버(30)로 전달하는 것으로 이해되는 것이 바람직할 것이다.
한편, 스마트폰(20)은 일반적으로 사용자가 사용하는 휴대폰기기로 구성을 한정하는 것은 아니며, 카메라(21)가 구비되면서 애플리케이션(23)이 적어도 탑재될 수 있는 단말(예: 태블릿, 컴퓨터 등)을 의미한다.
서버(30)는 통신부(24)를 통해 전달받은 포장 김치의 품질 예측 결과를 기반으로 포장 김치의 품질을 표준화하여 데이터베이스를 구축하며, 포장 김치의 품질 특성 및 맛, 익은정도, 질감에 대한 선호도 조사를 위한 객관적인 기준을 애플리케이션(23)을 통해 스마트폰(20)의 사용자에게 제시한다.
여기서, 포장 김치의 품질 특성으로는 포장 김치의 pH, 산도, 염도, 수분 함량, 엽산 함량, 저장기간, 저장온도, 유통과정 등이 포함될 수 있다.
또한, 포장 김치의 맛에 대한 선호도 조사를 위한 객관적인 기준으로는 '매운맛', '짠맛', '단맛', '신맛', '시원한 맛' 등이 포함될 수 있다.
그리고 포장 김치의 익은정도에 대한 선호도 조사를 위한 객관적인 기준으로는 '갓 담근 김치', '보통으로 익은 김치', '잘 익은 김치', '신 김치' 등과 함께 포장 김치의 저장기간 또는 김장시점으로부터 유통까지의 기간이 포함될 수 있다.
또한, 포장 김치의 질감에 대한 선호도 조사를 위한 객관적인 기준으로는 '아삭한 질감', '씹히는 질감' '단단한 질감', '부드러운 질감' 등이 포함될 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 포장 김치의 품질 예측 시스템(1)을 통해 스마트폰(20)의 사용자는 애플리케이션(23)으로 포장 김치의 품질 특성을 확인할 수 있으며, 포장 김치의 선호도 조사를 수행하여 서버(30)로 선호도 조사 결과를 전달할 수 있다. 그리고 서버(30)는 애플리케이션(23)으로부터 전달받은 포장 김치의 선호도 조사 결과를 포장 김치 제조 업체에 전달함으로써, 포장 김치의 품질 개선에 이바지할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1 : 회귀방정식 도출
포장 김치의 저장온도별(정온조건 및 변온조건)에서 증가한 산도와 감소하는 pH 측정값과 포장 김치에서 휘발되는 휘발성가스를 포집하여 색으로 표시하는 가스포집형 센서(10)로부터 도출된 색함수와의 관계에 대한 회귀방정식을 도출하였다. 이때, 포장 김치로부터 발생된 휘발성가스는 대부분 아세트산(초산) 및 탄산가스로 구성되며, 가스포집형 센서(10)는 아세트산 및 탄산가스를 포집하는 센서를 이용하였다.
1) 정온조건(4 ℃)
시간(일) 산도 측정값 pH 측정값 색함수(F(Xc))
0 0.42 5.5 0
1 0.43 5.42 0.12
2 0.58 5.3 0.27
3 0.67 5.19 0.34
4 0.71 4.96 0.43
5 0.86 4.75 0.47
6 0.91 4.56 0.53
7 1.08 4.34 0.55
8 1.12 4.26 0.56
9 1.17 4.15 0.67
10 1.22 4.17 0.81
11 1.24 4.13 0.88
12 1.29 4.11 0.89
13 1.30 4.1 0.94
14 1.32 4.06 0.99
15 1.33 4.08 1.17
16 1.34 4.09 1.25
17 1.37 4.07 1.29
18 1.37 4.08 1.31
19 1.39 4.07 1.33
20 1.38 4.06 1.45
21 1.41 4.05 1.47
22 1.41 4.05 1.49
23 1.42 4.03 1.51
24 1.43 4.03 1.55
25 1.45 4.04 1.63
26 1.47 4.01 1.69
27 1.49 3.97 1.82
28 1.50 3.96 1.96
또한, 상기의 [표 1]의 결과 값대로, 4 ℃의 정온조건에서의 저장기간 동안 포장 김치의 산도 측정값과 pH 측정값은 도 2에 도시된 그래프와 같이 도출되었다.
한편, 색함수와의 관계에 대한 회귀방정식은 가스포집형 센서(10)의 반응색의 L*, a*, b* 값을 측정한 후, 이하의 [수학식 1]을 기반으로 산출된다.
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
여기서, L*은 명도 값이고, a*와 b*는 색상과 채도를 표현하는 색도로써, a*는 빨강색(Red)과 초록색(Green)의 정도이며, b*는 노랑색(Yellow)과 파랑색(Blue)의 정도를 의미한다.
그리고 상기의 [수학식 1]에서, C는와 Xc는 중간매게변수이며, F(Xc)는 색함수 값이고, In[1/(1-Xc)]는 시간에 따른 농도 변화 값이며, kt는 정온조건에서의 반응속도를 의미한다.
도 3의 (a)를 참조하면, 가스포집형 센서(10)는 저장시간(발효기간)에 따른 색변화(TCD value(△E))가 일어나는 것이 확인된다. 이러한 색변화는 포장 김치의 저장시간이 증가될수록 가스포집형 센서(10)가 포장 김치의 아세트산 및 탄산가스를 포집하는 시간이 증가되기 때문에 발생된다. 또한, 가스포집형 센서(10)는 저장시간에 따른 색변화가 클수록 색 변화가 뚜렷해진다.
도 3의 (b)를 참조하면, 4 ℃의 정온조건에서 저장시간 대비 상기의 [수학식 1]을 통해 산출되는 색함수 값(F(Xc))의 변화를 알 수 있다. 여기서, 색함수 값은 저장시간이 증가될수록 증가되며, 이러한 색함수 값의 증가는 가스포집형 센서(10)의 색 변화가 크다는 것을 의미한다.
한편, 도 4에 도시된 동일 저장시간을 기준으로 하는 포장 김치의 pH 측정값과 가스포집형 센서(10)의 색함수 값을 상호비교 하였을 때 확보된 그래프를 통해 pH 측정값 대비 색함수 값의 상관분석을 통한 모델식을 도출하였다. 이때, 모델식은 y=-0.96849X+5.534 (R2=0.9583)으로 산출되었다.
또한, 상기의 도 4에 도시된 그래프는 직선성을 보였으며, 이를 통해 포장 김치의 pH 측정값과 색함수 값 간의 1차 회귀방정식을 확보하였다.
도 5에 도시된 동일 저장시간을 기준으로 하는 포장 김치의 산도 측정값과 가스포집형 센서(10)의 색함수 값을 상호비교 하였을 때 확보된 그래프를 통해 산도 측정값 대비 색함수 값의 상관분석을 통한 모델식을 도출하였다. 이때, 모델식은 y=0.4538X+0.4063 (R2=0.9828)으로 산출되었다.
그리고 상기의 도 5에 도시된 그래프는 직선성을 보였으며, 이를 통해 포장 김치의 산도 측정값과 색함수 간의 1차 회귀방정식을 확보하였다.
2) 변온조건(0.5~10.5 ℃)
0.5~10 ℃의 변온조건에서 1일(24시간)을 기준으로 온도 패턴을 달리하며, 무작위 시간(일)에 샘플링하는 시뮬레이션을 통해 포장 김치의 pH, 산도 측정값과 상기의 회귀방정식을 기반으로 예측되는 포장 김치의 pH, 산도 예측값을 하기의 [표 2]와 같이 비교하였다.
온도(℃)
변화패턴
(1일 기준)		 시간(일) pH 산도
측정값
(실측값)		 예측값 측정값
(실측값)		 예측값
시뮬레이션
1		 0.5
(6시간)		 2
4
8
15
24		 4.91±0.01
4.75±0.01
4.53±0.01
4.46±0.01
4.36±0.01		 4.83±0.01
4.72±0.01
4.45±0.01
4.41±0.01
4.29±0.01		 0.76±0.01
0.77±0.01
0.83±0.01
0.84±0.01
0.91±0.01		 0.69±0.01
0.79±0.01
0.74±0.01
0.83±0.01
0.84±0.01
2.5
(6시간)
5.5
(6시간)
2.5
(6시간)
시뮬레이션
2		 0.5
(6시간)		 3
5
7
15
24		 4.77±0.01
4.71±0.01
4.46±0.01
4.23±0.01
4.12±0.01		 4.75±0.01
4.67±0.01
4.35±0.01
4.31±0.01
4.16±0.01		 0.59±0.01
0.791±0.01
0.88±0.01
0.93±0.01
1.09±0.01		 0.63±0.01
0.80±0.01
0.75±0.01
0.97±0.01
1.17±0.01
5.5
(6시간)
10.5
(6시간)
5.5
(6시간)
시뮬레이션
3		 0.5
(5시간)		 3
5
7
15
24		 4.42±0.01
4.38±0.01
4.28±0.01
4.11±0.01
4.03±0.01		 4.59±0.01
4.67±0.01
4.49±0.01
4.01±0.01
4.12±0.01		 0.71±0.01
0.83±0.01
1.08±0.01
1.13±0.01
1.29±0.01		 0.79±0.01
0.69±0.01
0.98±0.01
0.91±0.01
1.41±0.01
5.5
(8시간)
10.5
(1시간)
10.5
(1시간)
10.5
(1시간)
5.5
(8시간)
그리고 도 6 (a)의 그래프는 상기의 [표 2]의 시뮬레이션 1에 대한 변온조건에서 시간의 경과에 따른 pH의 예측값을 나타낸 것이며, 도 6 (b)의 그래프는 상기의 [표 2]의 시뮬레이션 2에 대한 변온조건에서 시간의 경과에 따른 pH의 예측값을 나타낸 것이고, 도 6 (c)의 그래프는 상기의 [표 2]의 시뮬레이션 3에 대한 변온조건에서 시간의 경과에 따른 pH의 예측값을 나타낸 것이다.
상기의 [표 2]를 토대로 시뮬레이션 1, 2, 3의 결과를 분석하여, 0.5~10 ℃의 변온조건에서 포장 김치의 pH, 산도 측정값과 상기의 회귀방정식을 기반으로 예측되는 포장 김치의 pH, 산도 예측값은 값의 차이가 크지 않다는 결과를 얻을 수 있었으며, 이룰 통해 상기의 회귀방정식에 대한 신뢰도를 평가할 수 있었다.
여기서, 포장 김치의 pH, 산도 측정값과 포장 김치의 pH, 산도 예측값 간의 차이는 상대표준편차(%RSD)를 통해 산출될 수 있다. 여기서, 상대표준편차 계산은 포장 김치의 pH, 산도 측정 및 예측값의 표준편차를 포장 김치의 pH, 산도 측정 및 예측값의 평균으로 나눈 후 100을 곱하여 산출될 수 있다.
즉, 산도 측정값과 포장 김치의 pH, 산도 예측값 간의 차이는 이하의 [수학식 2]를 통해 산출된다.
Figure pat00007
실시예 2 : 애플리케이션
스마트폰(20)에 구비되는 카메라(21)를 이용하여, 가스포집형 센서(10)로부터 촬영된 반응색을 색함수의 표준 색체계로 전환(CIE LAB ↔ CIE XYZ ↔ CIE RGB)하고, 상기의 실시예 1에서 얻어진 회귀방정식에 대입하여 포장 김치의 pH, 산도의 측정값 및 포장 김치의 휘발성 가스에 의한 가스포집형 센서(10)의 색변화를 산출하고, 표준 색차계와의 회귀방정식을 구동하여 포장 김치의 품질을 예측하는 애플리케이션(23)을 스마트폰(20)에 탑재하였다.
실시예 3
상기의 실시예 2의 애플리케이션(23)이 탑재된 스마트폰(20)의 카메라(21)를 이용하여 하기의 [표 3]과 같이, 다양한 조건(예: pH, 산도, 염도, 수분 함량, 엽산 함량, 저장기간, 저장온도, 유통과정, 맛, 익은정도, 질감)의 포장 배추김치 샘플의 내부에 설치되는 가스포집형 센서(10)를 촬영하였다. 그 후, 애플리케이션(23)으로 촬영으로 획득된 색함수 값으로부터 포장 김치의 품질을 예측하였다.
여기서, 하기의 [표 3]은 포장 김치의 pH, 산도 측정값과 상기의 실시예 1에서 얻어진 회귀방정식을 기반으로 예측되는 포장 김치의 pH, 산도 예측값의 상관성 분석에 따른 신뢰도를 나타낸 결과표입니다.
pH-F(Xc) Titratable acidity-F(Xc)
Af bf RMSE Af Bf RMSE
샘플 1 1.035 0.966 0.186 1.124 0.918 0.069
샘플 2 1.014 0.958 0.157 1.127 0.920 0.157
샘플 3 1.021 0.987 0.144 1.115 0.938 0.095
샘플 4 1.053 1.095 0.168 1.129 0.911 0.113
샘플 5 1.004 0.989 0.173 1.089 0.989 0.128
샘플 6 1.015 0.951 0.115 1.135 0.947 0.134
샘플 7 1.037 0.979 0.258 1.195 0.955 0.118
샘플 8 1.084 1.104 0.306 1.207 1.056 0.177
상기의 [표 3]에서, Af는 상기의 실시예 1에서 얻어진 회귀방정식의 정확도를 나타내는 정확도 계수이며, Bf는 상기의 실시예 1에서 얻어진 회귀방정식의 평가 기준을 나타내는 편심 계수이고, 포장 김치의 산도, pH 측정값과 상기의 실시예 1에서 얻어진 회귀방정식을 기반으로 예측한 포장 김치의 산도, pH 예측값이 완전 일치할 경우 값은 '1'이 된다. 그리고 RMSE(Root Mean Square Error)는 포장 김치의 산도, pH 측정값과 포장 김치의 산도, pH 예측값의 차이를 의미하는 평균 제곱근 오차이다.
상기의 [표 3]와 같이, 평균 제곱근 오차(RMSE)의 값이 크지 않다는 점에서, 상기의 실시예 1에서 얻어진 회귀방정식의 정확도가 신뢰할만한 수준인 것으로 확인되었다.
상기의 실시예들을 통해, 본 발명의 포장 김치의 품질 예측 시스템(1)은 애플리케이션(23)을 통해 포장 김치의 휘발성 가스를 포집하는 가스포집형 센서(10)로부터 촬영된 반응색을 색함수의 표준 색체계로 전환하여 상기 실시예 1에서 얻어진 회귀방정식을 기반으로 포장김치의 산도, pH의 값을 예측하여 포장 김치의 품질을 예측하는 것이 가능하다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 포장 김치의 품질 예측 시스템,
10: 가스포집형 센서,
20: 스마트폰,
21: 카메라,
22: 저장부,
23: 애플리케이션,
24: 통신부,
30: 서버.

Claims (6)

  1. 포장 김치로부터 발생되는 휘발성 가스를 포집하여 반응하면서 색이 변화되는 가스포집형 센서(10);
    상기 가스포집형 센서(10)의 반응색을 촬영하기 위해 스마트폰(20)에 구비되는 카메라(21); 및
    상기 스마트폰(20)에 탑재되며, 상기 카메라(21)가 촬영한 가스포집형 센서(10)의 반응색을 색함수의 표준 색차계로 전환하고, 상기 표준 색차계의 결과로부터 상기 포장 김치의 품질을 예측하는 애플리케이션(23);을 포함하는 것을 특징으로 하는 포장 김치의 품질 예측 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 애플리케이션(23)은,
    상기 포장 김치의 pH, 산도의 측정값, 상기 포장 김치의 휘발성 가스에 의한 상기 가스포집형 센서(10)의 색변화 및 상기 표준 색차계와의 회귀방정식을 구동하여 상기 포장 김치의 품질을 예측하는 것을 특징으로 하는 포장 김치의 품질 예측 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 회귀방정식은,
    상기 표준 색차계를 통해 상기 가스포집형 센서(10)의 반응색의 L*, a*, b* 값을 측정한 후, 하기 수학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 포장 김치의 품질 예측 시스템.
    [수학식 1]
    Figure pat00008

    Figure pat00009

    Figure pat00010

    상기에서, L*은 명도 값이고, a*는 빨강색(Red)과 초록색(Green)의 정도이며, b*는 노랑색(Yellow)과 파랑색(Blue)의 정도이고, C는와 Xc는 중간매게변수이며, F(Xc)는 색함수 값이고, In[1/(1-Xc)]는 시간에 따른 농도 변화 값이며, kt는 정온조건에서의 반응속도.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 애플리케이션(23)은,
    상기 회귀방정식을 이용하여 변온조건에서 시간의 경과에 따라 상기 포장 김치의 pH, 산도를 예측하며, 상기 pH, 산도 예측값과 상기 pH, 산도 측정값을 비교 분석하고, 상기 pH, 산도 예측값과 상기 pH, 산도 측정값 간의 상대표준편차를 계산하여 상기 회귀방정식의 신뢰도를 평가하는 것을 특징으로 하는 포장 김치의 품질 예측 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스포집형 센서(10)는,
    상기 포장 김치의 내부에 설치되어, 상기 포장 김치의 숙성과정에서 발생되는 휘발성가스의 농도 변화에 따라 색상이 변화되는 것을 특징으로 하는 포장 김치의 품질 예측 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 애플리케이션(23)의 상기 포장 김치의 품질 예측 결과를 기반으로 상기 포장 김치의 품질을 표준화하여 데이터베이스를 구축하며, 상기 포장 김치의 품질 특성 및 맛, 익은정도, 질감에 대한 선호도 조사를 위한 객관적인 기준을 상기 애플리케이션(23)을 통해 제시하는 서버(30);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포장 김치의 품질 예측 시스템.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100431536B1 (ko) 2001-02-14 2004-05-20 박상규 ｐＨ변화를 이용한 식품 품질 식별표시계
KR101900233B1 (ko) 2016-08-09 2018-09-19 (주)에스지아이시스템 복합 센서를 이용한 김치 숙성도 관리 방법 및 시스템

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