수박 자르지 않고 맛을 알아낸다

[lylya]

수박 자르지 않고 맛을 알아낸다

근적외선 쏘아 입맛에 맞는 맞춤과일 선택

류동수/(주)생명과기술 기술연구소 소장
과학동아 2003년 7월	ryuds@lifentech.com

우리 식생활에서 주식을 제외했을 때 가장 많이 소비되는 기호식품은 바로 과일이다. 4계절의 뚜렷한 기후변화를 가진 우리나라에서는 사과, 배, 수박, 복숭아, 포도 등 다양한 과일이 생산된다. 과일은 철마다 풍성한 먹거리로서 중요한 역할을 하고 있다.

최근 우리나라 국민들의 생활수준이 높아지면서 더 맛있고 건강에도 좋은 과일을 선호하는 경향이 뚜렷이 나타나고 있다. 예전에는 절대적인 양이 부족했기 때문에 사실 과일의 품질에 대해서는 신경 쓸 겨를이 없었다. 하지만 요즘에는 농생명기술이 발전하면서 과일의 생산량이 늘고 있고, 외국에서의 수입도 급증하고 있다. 생산농가 입장에서 좀더 고품질의 과일을 생산하고, 생산된 과일 중에서 좀더 고품질의 것만을 선별해 출하해야 높은 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 실정이다.

더욱이 맞춤과일의 개념까지 등장하면서 소비자가 요구하는 다양한 맛에 부응하는 과일 선별 기술이 요구되고 있다. 과일을 손상시키지 않고 맛을 알아내는 첨단 비파괴 기술이 최근 주목받는 이유다.

혀 대신하는 센서

자기공명영상법(MRI)으로 인체 내부를 검진받는 모습. 이와 같은 비파괴 생체 계측기술이 최근 과일을 검사하는데도 적용되고 있다.

‘맛’(taste)은 사람이 혀끝으로 느끼는 추상적인 감각으로, 명확하게 정의하기가 쉽지 않다. 따라서 맛은 관련된 몇가지 인자로서 그 개념을 가늠할 수밖에 없다. 과일의 경우 이런 인자로 사용되고 있는 것은 당도(단맛), 산도(신맛), 수분, 그리고 조직감(씹히는 맛) 등이다. 현재 맛과 관련된 인자를 측정할 수 있는 센서의 개발에 많은 과학자들이 연구를 진행하고 있다.

한편 ‘비파괴 계측기술’이란 말은 건축물이나 기계 구조물 등에서 많이 사용하는 용어다. 흔히 초음파나 기타 여러가지 방법을 동원해 건물이나 기계를 손상시키지 않고 그 내부의 결함이나 특징을 찾아내는 기술을 지칭한다. 마찬가지로 과일, 동물, 또는 사람과 같은 생체(bio-material)의 경우에도 이를 사용해 ‘비파괴 생체 계측기술’이라는 용어가 대두되고 있다.

비파괴 생체 계측기술이란 전기·전자적인 방법이나 초음파, 자기공명영상법(MRI, Magnetic Resonance Imaging), 핵자기공명영상장치(NMR, Nuclear Magnetic Resonance), 그리고 광학적인 방법 등을 이용해 생체 성분이나 내부 이상 유무를 비파괴적으로 감지하는 기술로 정의할 수 있다.

과일의 경우 개체 하나 하나가 살아있는 생체이므로 그 특성이 일반적인 공산품과는 다를 수밖에 없다. 동일한 품종이고 동일한 장소에서 수확하더라도 재배조건이나 여러가지 원인에 의해 개체의 특성이 다르게 나타난다. 개별 과일의 맛을 알아내고 내부를 확인하려면 잘라봐야 하는데, 자르는 순간 과일은 상품으로서 가치를 잃는다. 그러나 비파괴 생체 계측기술을 사용하면 과일의 당도, 산도 등 내부 성분과 부패, 결함 등 내부 이상을 알아낼 수 있다.

과일에 사용되는 비파괴 생체 계측기술에서는 광학적인 방법이 사용된다. 사람의 먹거리이므로 인체에 무해하다는 조건을 만족시키면서 검출에도 효과적이기 때문이다. 광학적인 방법의 기본 원리는 화학분야에서 널리 사용되는 분광분석법(spectroscopy)에 기초를 두고 있다.

분광분석법은 물질 성분의 정량화에 있어서 특히 유용하다. 빛이 비춰지면 물질 성분을 이루는 주요 분자들이 특정 파장의 빛을 흡수해 진동이나 회전 등의 특성을 보인다. 따라서 물질을 통과한 빛을 분석하면 분자에 흡수된 특정 파장대 빛의 에너지가 줄어들어 있다. 결국 분자가 많이 존재할수록 빛이 흡수되는 정도가 크기 때문에 ‘각 성분의 농도는 흡광도(absorbance)에 비례한다’는 비어-램버트의 법칙(Beer-Lambert’s law)에 따라 특정 성분의 양을 측정할 수 있다.

복잡한 스펙트럼을 분석해

인간의 눈에 보이는 빛은 가시광선이다. 가시광선은 색상정보를 포함하기 때문에 과일의 변색처럼 색이 변하는 현상을 알아내는데 적합하다.

우리가 눈으로 보는 빛에는 다양한 파장의 빛이 합해져 있다. 흔히 알고 있는 파장 영역으로 자외선, 가시광선, 적외선으로 나눌 수 있다. 파장이 짧은 자외선(2백-4백nm, 1nm(나노미터)는 10-9m)은 생체에 치명적인 영향을 주는데, 실생활에서는 주로 살균·소독 목적으로 사용된다. 가시광선(4백-7백nm)은 우리가 눈으로 볼 수 있는 파장 영역의 빛으로 색상을 본다는 것은 곧 가시광선 영역의 빛을 본다는 의미다.

가시광선보다 긴 파장영역에 위치한 적외선은 인간의 눈으로는 볼 수 없는 빛이다. 흔히 근적외선(7백-2천5백nm)과 원적외선(2천5백nm 이상)이라는 두가지 영역으로 나눌 수 있다. 적외선은 열원(heat source)으로 작용하는데, 일상생활에서 볼 수 있는 원적외선 사우나가 그 예다.

가시광선은 대부분 물질 표면에서 반사가 일어난다. 그러나 파장이 더 큰 적외선은 물질 표면을 뚫고 들어갔다 나오는 양이 가시광선보다 더 많다. 내부 성분에 관한 정보를 얻기에 더 유리한 것이다. 그러나 적외선은 열원이기 때문에 장시간 비추면 과일이 손상될 수 있다. 따라서 어느 정도 투과력은 있으면서도 열원으로서는 약하게 작용하는 적외선 영역을 선택해야 한다. 이때 유용한 영역이 근적외선 영역이다.

근적외선을 과일에 비추면 과일의 표면과 내부의 분자들은 다양한 분자 운동을 일으킨다. 각 분자들이 선호하는 파장의 빛을 흡수해 다양한 분자 운동이 일어나는 것이다. 또한 그 성분의 분자량에 따라 분자운동의 세기가 달라진다. 따라서 근적외선 영역의 각 파장에 대한 빛의 흡수 스펙트럼(spectrum)을 얻은 후 이를 분석해 과일에 들어있는 성분(당도, 산도 등)의 종류나 양을 측정할 수 있다.

과일에 사용하는 비파괴 생체 계측기술에서는 가시광선과 근적외선 영역의 파장 영역을 이용한다. 가시광선에서 아주 작은 양이지만 반사가 되지 않고 투과하는 것들을 분석하면 부패, 변색 등 내부이상을 알아낼 수 있다. 과일의 내부 이상은 색상의 변화로 나타난다. 내부 색상이 변한 과일을 통과한 빛의 스펙트럼에서 가시광선 영역을 분석하면 이상 정도를 알 수 있다. 근적외선 파장 영역의 경우에는 주로 당도나 산도와 같은 내부성분의 변화를 측정하는데 유용하다.

과일을 구성하는 성분에는 단맛을 나타내는 물질로 포도당, 과당, 자당이 있으며, 신맛을 나타내는 물질로 구연산, 말산 등이 있다. 이 외에도 과일 내부의 조직을 구성하는 물질인 셀룰로오스와 대부분을 차지하고 있는 수분이 있다. 이런 주요 과일 성분은 종류에 따라 파장별 스펙트럼의 피크가 다르게 나타난다. 이 피크에서의 흡광도 변화 등을 관찰하면 각 성분의 농도를 비어-램버트 법칙에 의해 정량화할 수 있는 것이다.

그러나 실제 과일의 스펙트럼을 측정하면 각 성분들이 혼합돼 있어서 스펙트럼의 피크가 중첩돼 나타나고, 우리의 눈으로는 구분하기가 쉽지 않다. 따라서 스펙트럼 분석에 의한 성분의 측정을 위해 통계적 기법을 동원해 성분과 내부이상을 판정한다.

기술보유국은 한국 포함 몇 안돼

과일을 측정하는 방법에는 크게 반사식과 투과식이 있다. 반사식은 과일에 반사돼 나온 빛의 스펙트럼을 분석한다. 표면 정보를 바탕으로 과일의 상태를 알아내는 방법이다. 투과식은 강력한 빛을 과일에 쪼이고 반대편에서 투과돼 나온 빛의 스펙트럼을 분석한다. 과일 내부의 성분과 상태에 대한 정보를 동시에 얻을 수 있으므로 비파괴 과일 검사에는 투과식이 주로 사용된다.

비파괴 과일 품질 측정센서는 가시광선과 근적외선 영역의 광원, 측정된 광의 분석을 위한 실시간 분광광도계(spectrometer), 광을 전달하기 위한 광파이버, 그리고 과일을 이송하기 위한 캐리어 등으로 이뤄진다. 광원의 경우 일반적인 조명용 광원은 가시광선의 특성이 강해 사용하기가 어려우며 주로 가시-근적외선 영역의 특성이 좋은 텅스텐-할로겐 램프를 이용한다.
광학적으로 과일의 품질을 측정하는 방법에는 크게 반사식(reflectance type)과 투과식(transmittance type)이 있다(그림). 반사식은 과일의 표면에 광을 조사하고 반사된 광을 광파이버로 모은 후, 분광광도계를 이용해 각 파장별 흡광 특성을 분석해 그 성분의 농도를 측정하는 방법이다. 과일의 표면 정보를 이용하는 셈이다.

투과식의 경우는 강력한 광을 과일에 쪼이고 광원의 반대편에서 투과된 광을 모은다. 모아진 광은 반사식과 마찬가지로 스펙트럼 분석을 통해 그 성분의 양이나 내부의 이상상태를 알려준다. 내부성분의 평균적인 양을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 그 내부의 상태에 관한 정보도 동시에 얻을 수 있다. 현재는 투과식이 주로 많이 사용되고 있다.

비파괴적으로 과일의 성분을 측정할 수 있는 기술을 상용화해 과일 선별기에 적용할 수 있는 나라는 현재 세계적으로 한국, 일본, 뉴질랜드뿐이다. 유럽에서도 일부 연구가 진행중인 상황이다. 우리나라의 경우 서울대 비파괴품질측정기술연구실에서 약 8년 전 개발하기 시작한 후, 현재 기술 개발이 완료돼 국내의 과일 선별기에 장착돼 가동중이다. 현재 사과 배 복숭아 감귤 단감 수박 참외 멜론 등 국내 주요 과일에 대해 당도나 산도, 그리고 내부이상을 검출할 수 있는 기술이 개발돼 있고, 새로운 과일이나 그 품질인자를 계속 연구중이다.

과일의 비파괴 생체 계측기술은 현재 소비자들의 인식이 아직 미흡하지만 향후에는 국내에서 유통되는 모든 과일을 맛으로 분류할 수 있을 것으로 전망된다. 예를 들어 단맛을 선호하거나 신맛을 선호하는 사람들은 자신이 원하는 맛을 가진 맞춤과일을 골라 먹을 수 있게 된다.
또한 인터넷을 이용한 과일의 판매방식이 최근 활성화되고 있는데, 비파괴 생체 계측기술은 과일의 품질을 명확히 구분해주기 때문에 주문자의 항의를 줄일 수 있다. 비파괴 생체 계측기술의 발전으로 소비자에게 높은 품질의 과일을 제공하고, 생산자에게 과일을 제값 받고 팔 수 있게 하는 과일품질 인증시스템이 곧 구축될 전망이다.

신선한 과일 어떻게 고를까

서울대 비파괴품질측정기술연구실에서 개발한 비파괴 과일 품질 측정기. 이 기술은 지난해 농업과학기술상 대통령상을 수상했다.

과일의 경우 저장기간이 짧다는 특성 때문에 아무래도 신선도를 따지게 된다. 신선도는 과일의 맛과 관련된 중요한 인자 중 하나다. 당연한 얘기지만 과일은 수확한 직후가 가장 신선하며, 유통과정을 거쳐 우리가 먹을 때는 신선도가 어느 정도 떨어진다. 그러나 최근에는 저온유통체계(cold-chain)가 도입되면서 신선도 유지가 점점 개선되고 있다. 가장 중요한 신선도 판단 기준은 사람의 눈이다. 보기에 신선해보이지 않는 과일은 당연히 신선도가 떨어진다. 모든 과일에 공통적으로 적용되는 신선도의 판단 기준은 꼭지부의 상태다. 꼭지가 말라비틀어졌을 경우에는 수확한 후 상당한 기간이 지난 것이므로 주의해야 한다. 하지만 신선한 과일을 고르는 방법은 과일마다 조금씩 다르다.

사과는 껍질에 윤기가 나며 색상 자체가 뚜렷해야 한다. 배는 색상이 약간 붉은기가 돌며 푸른기가 없어야 하고, 모양이 기형이 아니고 배 고유의 모양을 갖춘 것이 좋다. 감귤은 만져봤을 때 단단하고 껍질이 얇은 것이 좋으며 껍질이 떠 있을 경우에는 장기 저장된 것이므로 신선도가 떨어진다. 수박은 특유의 파란 줄무늬가 뚜렷하고 선이 진하며 꼭지부위가 움푹 들어간 것이 좋다. 또한 두들겨 보았을 때 청음이 나야 하며 크기에 비해 비교적 가볍게 느껴지는 것이 좋다.

신선도가 저하될 경우 나타나는 기본적인 증상은 과일의 표면이나 조직의 수분이 줄어드는 것이다. 이런 과일은 씹는 맛, 즉 아삭아삭한 느낌이 줄고 퍼석퍼석한 느낌이 들어 과일 고유한 맛을 떨어뜨린다. 과일이 지나치게 성숙됐을 경우에는 대부분 산도는 없어지고 당도는 높아지는 경향이 있다. 과일의 신선도가 저하되면 심한 경우 과일 내부에서는 산화가 일어나 내부조직의 변색, 부패 등이 일어난다. 하지만 수확후 일정기간 동안 두었다가 익혀서 먹는 멜론, 참외, 키위와 같은 과일의 경우 신선도는 큰 의미가 없다. 물론 이런 과일도 너무 오래 두면 상하므로 주의해야 한다.

신선도와 상관없이 사과의 경우는 잘라 놓으면 곧바로 색이 변한다. 이는 산화효소에 의해 사과 내부에 들어 있는 폴리페놀이 산화돼 색깔이 생기는 현상이다. 산화효소가 활성화되지 않도록 해주면 변색을 막을 수 있는데, 가장 간단한 방법은 사과의 절단면을 소금물에 담궈 효소의 활성을 막는 것이다.

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헥..;; 이젠 맞춤 과일까지~~~*

길어서 죄송합니다..^-^;;

이 기사는 시간을 두고 읽어봐야 할 듯....ㅎㅎ★

[☆변황후☆]

=ㅁ=ㆀ

[영심이동생순심이]

에공..힘들다..

[미리비]

전에 수박잘익은거 판별하는 기계를 봤어요.. 툭 쳐가지고요 나오는 소리를 분석해서 알아 보는 거라고 하던데요 이건 빛을 이용하는 건가봐요

[별명(☆明)]

아앙~~ 저두 봤어요~~ sbs에서 했던것같은데... 아닌가?? ^^;;;;;;;;;;;;;;;;

[오싱￡]

토막상식 아니였내... --;

[lylya]

오싱님 바부~* 리랴는 토막상식 올릴 때 '토막상식이라고 써요~* ㅋㅋ★

[룰루랄라]

그냥 먹을랜당...에공

[후이님]

만들어서 어따쓰지?