품질안전성계측연구실
수확된 농산물은 소비자의 손에 들어가기 전까지 세척, 가공, 선별, 저장 등 다양한 수확후 처리 과정을 거친다. 선별은 크기나 무게, 당도 등 여러 품질 요소에 따라 농산물을 등급화하는 과정을 말하며, 농산물 품질에 대한 소비자들의 요구 조건이 증가함에 따라, 선별기술의 고도화가 요구되고 있다. 품질안전성계측연구실은 비파괴적인 품질 분석방법인 분광분석법과 영상분석법을 통해 다양한 농산물에 대한 선별기술을 개발하고 있다.
◆ 과일 비파괴 당도 선별 기술
1995년 연구실이 생겨난 이후 대표적인 연구성과로 과일 당도 선별 기술을 얘기할 수 있다. 과일의 당도는 통상적으로 과일을 으깨 추출한 즙의 빛 굴절율을 통해 알 수 있다. 하지만 이러한 방법은 판매하는 과일에 적용할 수 없는 방법이며 이를 해결하기 위해 분광분석법이 도입되었다. 물체에 빛을 조사하면 빛은 여러 형태로 분산되는데 이때 물질을 구성하는 화합물의 농도나 구조에 영향을 받게 된다. 일반적으로 400~700 nm 파장의 전파를 가시광선이라고 하고, 700~2500 nm 파장의 전파를 근적외선이라고 한다. 과일에 가시광-근적외선을 조사한 후 반사, 투과되는 광을 통계학적인 방법을 이용하여 분석함으로써 비파괴적으로 과일의 당도를 예측할 수 있다. 사과(’98), 감귤(’01), 수박(’04), 포도(’07) 등 다양한 과일에 대한 당도 예측모델을 개발하는 연구가 수행되었으며, 대부분의 국내 농산물산지유통센터에는 당도 선별기가 보급되어 있다. 최근에는, 당도 예측모델의 성능 향상을 위하여 기존 통계모델을 더욱 발전시킨 다양한 기계학습 모델을 적용하는 연구를 진행하고 있다.
◆ 과일 외부품질 판정 기술
외부품질은 색, 모양, 크기, 무게, 결함 여부 등 소비자가 눈으로 확인이 가능한 항목들을 말하며 당도와 같이 소비자들의 구매에 영향을 끼치는 중요 요소이다. 유통센터에서는 주로 작업자가 육안으로 기형과나 결함과를 선별하고 있으나, 최근 인건비 상승에 따라 영상을 이용하여 자동으로 선별하는 기술의 수요가 증가하는 추세이다.
품질안전성계측연구실에서는 이러한 수요에 맞추어 과일의 형상을 파악할 수 있는 3차원 영상복원기술과 과일에 있는 외부결함을 검출하는 기술을 개발하고 있다. 3차원 영상복원기술은 다중 깊이 센서를 이용하여 전 표면에 대하여 3차원 형상을 복원하는 기술로 과일의 크기나 무게를 예측할 수 있을 뿐만 아니라 비대칭과, 기형과를 검출할 수 있다. 또한, 과일의 다양한 외부결함을 딥러닝 알고리즘을 이용하여 자동으로 검출하는 모델을 개발하고 있다. 멍이나 무름 발생 초기에는 육안 구별이 안되는데, 외부결함 판정에 근적외선 영상까지 활용하면 외부영상만으로 구별되지 않는 표면 결함도 검출할 수 있으리라 예상된다. 이러한 3차원 영상복원기술과 외부결함 검출기술 개발이 완료될 경우, 다양한 과일의 외부품질을 신속하게 판별할 수 있는 영상분석 시스템을 구축하고, 현장에 보급할 수 있도록 노력할 예정이다.
◆ 밀 비파괴 품질 판정 기술
국산 밀 가격안정화를 통한 농가소득 보전을 위해 2020년부터 밀산업 육성법에 따라 정부수매가 시작되었고, 농산물품질관리원에서는 수매된 밀의 샘플을 채취하고 인력과 시간을 들여 용도에 맞게 품질등급을 나누고 있다. 이러한 품질등급을 나누는 기술을 자동화할 수 있는 빠르고 간편한 품질분석법을 개발하고 있다. 국내에서는 소면적 단위로 다양한 품종의 밀을 재배하고 있어서 같은 지역에서 수매된 밀도 농가에 따라 품질 차이가 크다. 따라서, 지역별, 농가별, 품종에 따라 수매된 밀의 품질등급을 나눠야 해 자동화하여 밀품질을 분석하는 비파괴 품질판정기술 개발이 필수적인 상태이다.
품질안전성계측연구실에서는 영상 및 분광기술을 이용하여 밀의 외부품질(색, 길이, 정립률)과 내부품질(단백질, 수분)을 실시간으로 판정하는 기술을 개발하고 있다. 단백질의 함량이 낮고 글루텐이 빈약한 연질밀과 단백질의 함량이 높고 글루텐이 잘 발달한 경질밀은 동일 품종 내에서도 색상 차이를 나타낸다. 영상을 이용한 색상분석을 통해 경질, 연질 비율을 파악하고 길이와 원형도 분석을 통해 가공적성에 맞게 품질등급을 구분할 수 있을 것으로 보인다. 이러한 기술이 개발되면 많은 인력과 시간이 필요하였던 기존의 밀 품질등급 판정방법을 대체할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
우리 연구실에서는 이러한 농산물의 비파괴적인 품질계측 연구 외에도 농식품의 안전성을 평가하고 위해요소를 제거하는 기술 연구도 병행하여 추진할 계획이다. 이러한 연구를 통해 소비자들이 안심하고 고품질의 농산물을 구매할 수 있는 환경 마련에 이바지하려고 한다.