[논문]전자코를 이용한 쇠고기의 신선도 변화에 따른 냄새 분석

김기영; 이강진; 최규홍; 최동수; 손재룡; 강석원; 장영창

doi:10.5307/jbe.2004.29.4.317

문제 정의

전자코를 이용한 연구는 식품가공분야를 중심으로 시작 단계에 있으나 농축산물을 대상으로 한 연구는 아직 미흡하여 이를 대상으로 한 연구가 절실히 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 전자코를 이용한 축산물의 품질 판정 기술을 개발하기 위하여 냉장 기간에 따른 축산물의 신선도 변화를 SAW 센서에 기반한 전자코를 이용하여 조사 분석하였다.
본 연구에서는 냄새 분석을 통한 축산물의 품질판정 기술을 개발하기 위하여 냉장 기간에 따른 쇠고기의 신선도 변화를 SAW 센서를 바탕으로 한 전자코를 이용하여 조사 분석하였다. 냄새 측정을 위하여 전자코의 SAW 센서온도, 모관온도, 밸브온도, 흡입구온도를 전자코 제작회사의 권장 휘발성물질 분석조건에 따라 각각 30℃, 60℃, 120℃, 150℃로 설정하였다.

제안 방법

GC/SAW 전자코의 냄새 측정은 SAW 센서온도, 컬럼 온도 밸브온도, 홉입구온도와 측정시간에 따라서 달라지 는데, 이 연구에서는 전자코 제작회사의 휘발성물질 권장 분석 조건에 따라 설정온도를 30℃, 60℃, 120℃, 150 ℃로 각각 맞추었고, 컬럼의 온도상승 비율은 5℃/sec, 측정시간은 10초로 하였다.
본 연구에서는 냄새 분석을 통한 축산물의 품질판정 기술을 개발하기 위하여 냉장 기간에 따른 쇠고기의 신선도 변화를 SAW 센서를 바탕으로 한 전자코를 이용하여 조사 분석하였다. 냄새 측정을 위하여 전자코의 SAW 센서온도, 모관온도, 밸브온도, 흡입구온도를 전자코 제작회사의 권장 휘발성물질 분석조건에 따라 각각 30℃, 60℃, 120℃, 150℃로 설정하였다. 쇠고기의 저장기간이 경과하면서 냄새의 변화가 조금씩 나타나 냄새의 분석에 의해 저장기간의 예측이 가능함을 알 수 있었으나 보다 많은 실험에 의한 데이터의 축적이 필요한 것으로 판단 되었다.
두 번째 쇠고기 신선도 검사 실험은 두 종류의 한우와 미국과 호주에서 수입된 쇠고기 등심을 대상으로 실시하였다. 첫 번째 실험에서와 마찬가지로 쇠고기 시료는 비닐 포장하여 5℃로 설정된 냉장고에 보관하였다.
시료는 쇠고기 종류에 따라 동일 시료를 3개씩 준비하였고, 냄새 측정은 동일 시료에 대하여 3회 반복 측정하였다. 또한 용기 내 휘발성 화학물질의 평형을 위하여 냉장고에서 꺼낸 시료는 30℃로 설정된 온도조 절블록에 넣어 30분이 경과한 후 냄새를 측정하였다.
쇠고기 신선도 변화에 따른 냄새 변화를 분석하기 위하여 2회에 걸친 냄새 측정 실험을 수행하였다. 첫 실험은 한우를 24일 동안 냉장 저장하면서 저장기간의 변화에 따른 냄새 변화를 분석하였고, 두 번째 실험은 한우와 수입산 쇠고기에 대하여 비교적 장기간에 걸쳐 저장기간의 변화에 따른 냄새 변화를 분석하였다.
쇠고기의 저장 기간에 따른 냄새 변화는 전자코와 함께 제공된 스펙트럼 분석 소프트웨어와 VaporPrints 프 로그램(Electronic Sensor Technology, USA)을 이용하여 분석하였다. 스펙트럼 분석 소프트웨어는 GC의 크로마 토그래프와 유사한 방법으로 냄새를 구성하는 화학물질의 종류와 양을 표시한다.
첫 실험 에서는 저장 후 3, 7, 10, 24일이 지난 다음 냄새를 측정 하였고, 두 번째 실험에서는 5, 19, 52일 후 냄새를 측정하였다. 시료는 쇠고기 종류에 따라 동일 시료를 3개씩 준비하였고, 냄새 측정은 동일 시료에 대하여 3회 반복 측정하였다. 또한 용기 내 휘발성 화학물질의 평형을 위하여 냉장고에서 꺼낸 시료는 30℃로 설정된 온도조 절블록에 넣어 30분이 경과한 후 냄새를 측정하였다.
실험에 사용한 전자코 시스템(zNose 7100, Electronic Sensor Technology, USA)은 GC기능과 SAW(surface acoustic wave) 센서를 이용한 것으로 센서에 도달하는 화학물질의 종류와 양을 SAW 센서의 진동수 변화를 이용하여 측정한다. 전자코 시스템의 SAW 센서는 500 MHz로 작동하며, 센서의 표면은 초기의 SAW 가스센서와 달리 화학물질의 흡착을 위하여 특별한 코팅이 되어있지 않아 반복적인 사용이 가능하다.
일정한 저장기간 후 쇠고기 시료를 약 5 g 정도가 되는 양으로 잘라 냄새를 포집할 수 있는 용기(40 ml vial) 에 넣고 전자코를 이용하여 냄새를 측정하였다. 첫 실험 에서는 저장 후 3, 7, 10, 24일이 지난 다음 냄새를 측정 하였고, 두 번째 실험에서는 5, 19, 52일 후 냄새를 측정하였다.
전자코 신호의 보다 명확한 분석을 위하여 쇠고기 냄새 데이터를 대상으로 주성분 분석(Principle component analysis, PCA)을 수행하였다. Fig.
일정한 저장기간 후 쇠고기 시료를 약 5 g 정도가 되는 양으로 잘라 냄새를 포집할 수 있는 용기(40 ml vial) 에 넣고 전자코를 이용하여 냄새를 측정하였다. 첫 실험 에서는 저장 후 3, 7, 10, 24일이 지난 다음 냄새를 측정 하였고, 두 번째 실험에서는 5, 19, 52일 후 냄새를 측정하였다. 시료는 쇠고기 종류에 따라 동일 시료를 3개씩 준비하였고, 냄새 측정은 동일 시료에 대하여 3회 반복 측정하였다.
쇠고기 신선도 변화에 따른 냄새 변화를 분석하기 위하여 2회에 걸친 냄새 측정 실험을 수행하였다. 첫 실험은 한우를 24일 동안 냉장 저장하면서 저장기간의 변화에 따른 냄새 변화를 분석하였고, 두 번째 실험은 한우와 수입산 쇠고기에 대하여 비교적 장기간에 걸쳐 저장기간의 변화에 따른 냄새 변화를 분석하였다. 한우 시료는 경기도 수원시에 위치한 도축장에서 도축한지 일주일이 지나지 않은 쇠고기를 시중에서 구입하여 실험에 이용하였으며, 수입산은 호주산과 미국산으로서 진공포장 되어 냉장 운송된 쇠고기를 대형 유통점에서 구입하여 사용하였다.

대상 데이터

첫 실험은 한우를 24일 동안 냉장 저장하면서 저장기간의 변화에 따른 냄새 변화를 분석하였고, 두 번째 실험은 한우와 수입산 쇠고기에 대하여 비교적 장기간에 걸쳐 저장기간의 변화에 따른 냄새 변화를 분석하였다. 한우 시료는 경기도 수원시에 위치한 도축장에서 도축한지 일주일이 지나지 않은 쇠고기를 시중에서 구입하여 실험에 이용하였으며, 수입산은 호주산과 미국산으로서 진공포장 되어 냉장 운송된 쇠고기를 대형 유통점에서 구입하여 사용하였다. 쇠고기 시료는 근육부위가 많아 죽산물의 품질판정시에 일반적으로 사용되는 등심부위만을 스테이크 두께(약 2cm)로 잘라 비닐 포장한 후 실험에 사용할 때까지 5℃로 실내온도가 유지되는 냉장고에 저장하였다.

성능/효과

각 원산지 별로 냄새 신호에 대한 주성분 분석을 한 결과, 미국산 쇠고기는 PC1과 PC2, 한우와 호주산 쇠고기는 PC1과 PC3의 두 개의 주성분만으로 저장기간을 구분할 수 있었다Fig. 7, Fig.
3에 나타내었다. 스펙트럼에서 검출되는 피크의 크기가 작아 아직 휘발성 화학물질의 발생이 미약함을 알 수 있었다.
원산지에 따른 쇠고기 냄새 데이터를 주성분 분석한 결과, Fig. 10과 같이 PC2와 PC4를 이용하여 한우와 수입 쇠고기 간의 차이를 확인할 수 있었다. 한우는 두 종류의 도체에서 채취한 시료 모두 PC2의 중심부에 데이터들이 위치하여 PC2의 우측에 분포하고 있는 미국 및 호주산 쇠고기와 차이가 있는 것으로 나타났다.
저장 기간에 대한 냄새 분석 결과 저장 기간이 같은 시료 사이에서는 냄새의 차이가 크지 않았으며, 저장기 간이 경과하면서 발생한 신선도의 변화에 따라 냄새의 차이가 발생하였다. Fig.
Natale 등(2001)은 대구의 신선도를 전자코를 이용하여 측정하였다. 포획에서부터 17일이 경과할 때까 지 냉장 보관 하면서 냄새의 변화를 전자코를 이용하여 측정하였는데 전자코를 이용한 신선도 예측값과 냉장기간으로 표현된 신선도 사이에 높은 상관관계가 있었다.

후속연구

HPLC를 이용한 Yano 등(1996)의 연구에서도 육류의 저 장기 간이 경과함에 따라 크산틴(Xanthine)이나 하이포크산틴(Hypoxanthine)의 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과를 볼 때 냄새 중의 화학물질 분석을 통하여 축산물의 신선도와 품질판정이 가능할 것으로 판단된다. 하지만 냉장육의 유통기간이 보통 60일을 넘는 것을 고려할 때보다 장기간에 걸친 실험과 다양한 시료에 대한 냄새 분석실험이 수행되어져야 할 것이다.
이와 같은 결과를 볼 때 냄새 중의 화학물질 분석을 통하여 축산물의 신선도와 품질판정이 가능할 것으로 판단된다. 하지만 냉장육의 유통기간이 보통 60일을 넘는 것을 고려할 때보다 장기간에 걸친 실험과 다양한 시료에 대한 냄새 분석실험이 수행되어져야 할 것이다.

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