[논문]근적외선 분광광도법을 이용한 송이버섯의 원산지 판별

이남윤; 배혜리; 노봉수

초록
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근적외선 분광광도법을 이용하여 송이버섯의 원산지 판별을 시험하였다. 259개의 국내산 시료중 256개는 국내산으로 판별하였고(98.84%) 수입산 81개중 60개는 수입산으로 판별하였으나(74.07%) 21개의 북한산은 판별하기가 모호하여 잘못 판정한 것으로 간주할 때 시료 판별의 전체정확도는 92.94%로 나타났다. MPLS에 따른 분석의 경우 상관계수는 0.84, 검량선의 표준오차는 15.10%, 예측 표준오차는 18.30% 이었다.

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The geographical origin of Tricholoma matsutake mushrooms was studied using near-infrared spectroscopy. Modified partial least-square regression analyses were used to discriminate geographical origin. Two-hundred fifty-six of 259 actual domestic Tricholoma matsutake were classified as domestic produ...

The geographical origin of Tricholoma matsutake mushrooms was studied using near-infrared spectroscopy. Modified partial least-square regression analyses were used to discriminate geographical origin. Two-hundred fifty-six of 259 actual domestic Tricholoma matsutake were classified as domestic produce, Sixty of 81 actual imported mushrooms were correctly classified as imported, while the other 21 imported from North Korea were not clearly classified. The accuracy of geographical origin discrimination was 92.94% The correlation coefficient, standard error of calibration, and standard error of prediction from modified partial least-square regression analysis were 0.84, 15.10% and 18.30% respectively.

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문제 정의

본 연구의 목적은 신속하고 객관적인 분석 방법으로 원산지 판별을 하기 위해 근적외선 분광광도법을 활용하여 송이버섯의 품질 특성을 토대로 수입산과 국내산 송이버섯의 원산지를 판별하고자 하였다.

제안 방법

시료 5 g을 담아 근적외선 분광분석기(NIRS model 6500, Foss-N1R Systems, USA)를 사용하여 근적외선 영역 800-2500 nm 파장대에서 매 2nm 간격으로 반사도(reflectance, R)를 측정한 후, 검량식 개발을 위해서 흡광도는 측정된 반사도에 대한 역수의 대수 값(Log 1/R, absorbance)으로 환산된 것을 사용하였다.
"와 같다. 국내산 과수 입산 송이버섯간에 약간의 차이가 있음은 알 수 있으나 어떤 파장에서 서로 다른 차이를 보이는가를 보다 더 쉽게 알아보기 위하여 각 파장별 홉광도를 나타낸 관계를 미분하여 그래프로 나타내었다. Fig.

대상 데이터

국내산 송이버섯(259점)은 국립농산물 품질관리원의 현지 출장소의 도움을 받아 산지에서 수집하였고 북한산 (21점), 수입산 송이버섯(60점)은 국내유통시장에서 구입하거나 각 검역소를 통하여 통관절차중인 시료를 의뢰하여 확보하였다.
송이버섯 200g을 두께 1cm의 절편을 만들어 -40~-5(TC에서 냉동한 후 동결건조기에서 3일간(시료건조실 25℃) 건조한 다음 1분간 Food Mixer기(FM-681, Hanil, Seoul, Korea)로 분쇄하여 시료로 사용하였다.

데이터처리

판별을 위한 회귀분석방법은 소수 몇 개의 파장만을 선택하는 기존의 방식이 아닌 측정 파장 전체 영역 spectra에 대해서 가장 일반적으로 사용되고 있는 변형된 부분최소제곱법(modified partial least square, MPLS)을 이용하여 검량식을 작성하였다(15). 얻어진검량식의 정확도는 상관계수(R), 검량부의 표준오차(standard error of calibration, SEC)와 예즉 표준오차(standard eiTor of prediction, SEP)를 통해 확인하였다.
얻어진검량식의 정확도는 상관계수(R), 검량부의 표준오차(standard error of calibration, SEC)와 예즉 표준오차(standard eiTor of prediction, SEP)를 통해 확인하였다. 이때 사용된 프로그램은 W1NIS1 Il(Infra-soft International, LLC, USA)을 활용하였다
IB에서 보는 바와 같이 수입산과 국내산 송이버섯의 1210, 1500, 1680, 1900, 1970, 2290nm 부근에서 강도의차이를 보여주고 있다. 파장별 스펙트럼은 시료에서 오는 다양한 원인들에 의해 band의 겹침, 바탕선의 변동, 잡음, 산란 등이있으므로 회귀 분석시 변수를 줄이고 안정된 검량식을 위해 1차 미분은 간격 4nm로, 2차 미분은 간격 10nm로 하여 얻은 자료는 다변량 회귀분석을 실시하였다.

이론/모형

근적외선 분광광도법을 이용하여 송이버섯의 원산지 판별을 시험하였다. 259개의 국내산 시료중 256개는 국내산으로 판별하였고(98.

성능/효과

259개의 국내산 시료중 256개는 국내산으로 판별하였고(98.84%) 수입산 81개중 60개는 수입산으로 판별하였으나 (74.07%) 21개의 북한산은 판별하기가 모호하여 잘못 판정한 것으로 간주할 때 시료 판별의 전체정확도는 92.94%로 나타났다. MPLS에 따른 분석의 경우 상관계수는 0, 84, 검량선의 표준오차는 15.
시료의 판별요소는 국내산은 100(arbitrary value), 수입산은 1 (arbitrary value)로 하였으며 MPLS에 의해 분석한 결과를 이용하여 검량선을 검증하였을 때 국내산 송이버섯 259점 중 256점을 국내산으로 인식하여 98.84%의 정확도를 보여 주었으나 수 입산 시료의 경우 81점중 21개의 북한산을 제외한 시료 모두를 수입산으로 판정하였고 수입산의 판별 정확도는 74.07%로 낮은 값을 보여주었다(Table 1). Fig.
IB는 MPLS에 의하여 얻어진 값을 그림으로 나타낸 것이다. 임의 값(X축의 값, arbitraiy value 1은 수입산, 100은 국내산)을 적용하여 국내산과 수입산으로 구분하였올 때 99% 신뢰범위내에서 MPLS에 의한 판정을 실시한 결과, 국내산 판정범위(Fig IB의 y축의 값)는 64~131로, 수입산의 송이버섯의 판정 범위는 -47~59로 하였을 때 전체 판별 정확도는 92.94%로 산출되어 매우 높은 확률로 원산지를 판별할 수 있었다. 북한산을 국내산으로 간주해야 할지 수입산으로 간주해야 할지 어려움이 많겠으나 일단 북한산을 수입산으로 간주하여 분석을 하였으나 Fig.
Kim 등(12>은 MPLS 을 이용하여 교차 검량을 수행해 최적의 인자 선정을 거쳐 over fitting을 방지하고 정확도를 높인 바 있고 이런 경우 상관계수값은 높아지는 것으로 나타나 본 연구에서도 이 방법을 도입하였다. 그러나 본 실험에서 얻어진 상관계수, 검량선의 표준오차와 예측 표준오차 값은 황기의 원산지 판별에서 얻어진 결과들에 비하여 상관계수는 적은 값을, 검량선의 표준오차와 예측 표준오차는 큰 값을 보여주고 있다. 이는 시료에 따라서 발생되어질 수 있거나 또는 미세분말화 과정에 따라 차이를 보일 수 있다고 여겨진다.
Table 2와 같다. 상관계수(R)는 1차 미분의 경우 0.84, 2차 미분은 0.83으로 유사하게 나타났고 검량선의 표준오차와 예측 표준오차는 1차 미분에서 각각 15.10%, 18.30%로 2차 미분 15.63%, 18.53%보다 좋은 것으로 나타났다. Kim 등(12>은 MPLS 을 이용하여 교차 검량을 수행해 최적의 인자 선정을 거쳐 over fitting을 방지하고 정확도를 높인 바 있고 이런 경우 상관계수값은 높아지는 것으로 나타나 본 연구에서도 이 방법을 도입하였다.

후속연구

북한산 송이버섯의 경우 원산지 판별을 원활하게 위해서는 근적외선 분광광도법과 더불어 비파괴분석 방법에 하나인 전자 코에 의한 분석을 함께 실시하여 교차 확인하는 것이 바람직할 것으로 사료된다. 그것은 전자코를 이용한 분석에서는 별도의 전처리 과정을 거치지 않으므로 전처리 과정에 따른 영향을 최소화할 수 있기 때문이다.

참고문헌 (15)

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Woo YA, Cho CH, Kim HJ, Cho JH, Cho KK, Chung SS, Kim SJ, Kim JH. Discrimination of herbal medicine according to geographical origin (Korea, China) using near infrared reflectance spectroscopy. Yakhak Hoeiji 42: 359-363 (1998)
Kim YS, Scotter C, Voyiagis M, Hall M. Potential of NIR spectroscopy for discriminating the geographical origin of green tea from Korea and Japan. Food Sci. Biotechnol. 6: 74-78 (1997)
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