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문제 정의
- 본 실험은 국내․외에서 시판 중인 계란검사장비 3종인 레이저형, 탕침형 그리고 초음파형의 성능을 평가하고자 실시하였다. 실험에 사용한 신선란은 단일 계군에서 산란한 특란을 선발하여 사용하였다.
- 본 연구에서는 계란의 내부 품질을 평가하는데 사용하는 할란검사장비의 성능과 특성을 비교하고자 실시하였으며, 국내·외에서 판매되고 있는 3종의 장비를 선발하여 진행하였다.
- 이것은 동일계군·규격 내 계란의 품질이 균일하다는 가설을 전제로 실험하였으며, 동일 규격의 계란을 3종 또는 2종의 장비에 순차적으로 적용하였을 때 시료의 이동과정에서 발생할 수 있는 오차를 줄이기 위하여 진행하였다.
제안 방법
- 실험 1에서는 동일 규격의 계란 50개를 순차적으로 3대의 할란측정장비를 사용하여 난중, 난백고, 호우유닛 및 난황색을 측정하였다. 난백높이와 난황색의 측정순서는 자동측정장비(레이저형, 초음파형)는 난백에 직접적인 손상을 가하지 않기 때문에 레이저형, 초음파형으로 측정한 다음, 마지막으로 탕침형을 이용하여 측정하였다. 실험 2에서는 동일 규격의 계란을 순차적으로 2대의 할란측정장비를 이용하여 난중, 난백고를 측정하여 호우 유닛을 계산하였다.
- 동일한 계군에서 산란한 계란을 수거하여 동일한 중량규격(특란)의 계란을 선별하여 실험에 공시하였으며, 모든 계란분석과 장비의 조작은 숙련된 축산물품질평가사에 의해 실시하였다.
- 비록 상관계수가 높게 조사되었지만, 상관분석의 단점은 측정결과간의 상관 여부만을 검증할 뿐이며, 두 분석기계의 일치도(agreement)에 대한 정보는 제공하지 못하기 때문에 분석 장비의 비교동등성(comparability)을 평가하는데 Bland-Altman plot(B&A plot) 분석을 권장하고 있다(Giavarina, 2015; Hanneman, 2008). 또한 동일한 계란을 3종의 장비에 측정하게 되면 할란 후 시간경과 및 시료의 이동에 따른 난백고의 물리적인 변화가 발생할 수 있기 때문에 그 변화를 최소화하기 위하여 추가적으로 동일계란에 대하여 할란검사장비 2대에 측정값을 비교하였다(실험 2). 동일한 계란을 측정한 호우유닛의 두 장비 간 상관계수(r)는 +0.
- 실험 2에서는 동일한 계란을 순차적으로 2종의 장비를 이용하여 분석하였으며, 실험 3에서는 동일한 계군에서 산란한 계란 200씩을 각각의 할란검사장비를 이용하여 난질을 분석하였다. 분석 항목으로는 난중, 농후난백높이, 호우유닛 그리고 난황색을 측정하였다. 실험 1과 2에서는 장비에 따른 난중의 차이는 발견되지 않았지만, 농후난백 높이와 호우유닛의 수치가 초음파형에서 가장 높았으며, 그 다음으로 탕침형, 레이저형순으로 조사되었다.
- 세 번째 실험에서는 같은 계군에서 산란한 특란을 선발하여 장비별로 각각 200개씩 계란 품질을 측정하였다. 이것은 동일계군·규격 내 계란의 품질이 균일하다는 가설을 전제로 실험하였으며, 동일 규격의 계란을 3종 또는 2종의 장비에 순차적으로 적용하였을 때 시료의 이동과정에서 발생할 수 있는 오차를 줄이기 위하여 진행하였다.
- 실험 2에서는 동일 규격의 계란을 순차적으로 2대의 할란측정장비를 이용하여 난중, 난백고를 측정하여 호우 유닛을 계산하였다. 실험 1과 비슷한 방법으로 동일한 계란에 대한 2종의 측정장비를 이용한 측정순서는 레이저형에서 초음파형, 초음파형에서 탕침형, 그리고 레이저형에서 탕침형순으로 측정하였다. 실험 3에서는 동일한 계군 및 동일 규격의 계란은 품질이 균일하다는 가설을 전제로, 동일한 계군에서 산란한 특란 600개를 선별하여, 할란검사장비별로 200개씩 난중, 난백고, 호우유닛 그리고 난황색을 측정하여 그 값을 비교하였다.
- 본 실험에 공시된 모든 계란은 동일계군, 동일 규격의 계란을 사용하였다. 실험 1에서는 동일 규격의 계란 50개를 순차적으로 3대의 할란측정장비를 사용하여 난중, 난백고, 호우유닛 및 난황색을 측정하였다. 난백높이와 난황색의 측정순서는 자동측정장비(레이저형, 초음파형)는 난백에 직접적인 손상을 가하지 않기 때문에 레이저형, 초음파형으로 측정한 다음, 마지막으로 탕침형을 이용하여 측정하였다.
- 실험에 사용한 신선란은 단일 계군에서 산란한 특란을 선발하여 사용하였다. 실험 1에서는 동일한 계란을 순차적으로 3종의 장비를 이용하여 분석하였다. 실험 2에서는 동일한 계란을 순차적으로 2종의 장비를 이용하여 분석하였으며, 실험 3에서는 동일한 계군에서 산란한 계란 200씩을 각각의 할란검사장비를 이용하여 난질을 분석하였다.
- 난백높이와 난황색의 측정순서는 자동측정장비(레이저형, 초음파형)는 난백에 직접적인 손상을 가하지 않기 때문에 레이저형, 초음파형으로 측정한 다음, 마지막으로 탕침형을 이용하여 측정하였다. 실험 2에서는 동일 규격의 계란을 순차적으로 2대의 할란측정장비를 이용하여 난중, 난백고를 측정하여 호우 유닛을 계산하였다. 실험 1과 비슷한 방법으로 동일한 계란에 대한 2종의 측정장비를 이용한 측정순서는 레이저형에서 초음파형, 초음파형에서 탕침형, 그리고 레이저형에서 탕침형순으로 측정하였다.
- 실험 1에서는 동일한 계란을 순차적으로 3종의 장비를 이용하여 분석하였다. 실험 2에서는 동일한 계란을 순차적으로 2종의 장비를 이용하여 분석하였으며, 실험 3에서는 동일한 계군에서 산란한 계란 200씩을 각각의 할란검사장비를 이용하여 난질을 분석하였다. 분석 항목으로는 난중, 농후난백높이, 호우유닛 그리고 난황색을 측정하였다.
- 실험 1과 비슷한 방법으로 동일한 계란에 대한 2종의 측정장비를 이용한 측정순서는 레이저형에서 초음파형, 초음파형에서 탕침형, 그리고 레이저형에서 탕침형순으로 측정하였다. 실험 3에서는 동일한 계군 및 동일 규격의 계란은 품질이 균일하다는 가설을 전제로, 동일한 계군에서 산란한 특란 600개를 선별하여, 할란검사장비별로 200개씩 난중, 난백고, 호우유닛 그리고 난황색을 측정하여 그 값을 비교하였다.
- 첫 번째 장비(탕침형)는 작업자가 수동으로 난백의 높이를 측정하는 탕침형으로 난백높이는 위에서 아랫방향으로 측정하는 장비이며, 자동으로 난백의 높이를 측정하는 제품은 각각 레이저방식(레이저형), 초음파방식(초음파형)으로 난백의 여러 지점을 측정하여 평균치를 산출하는 장비로 자동으로 측정하는 장비이다. 탕침형은 난황에서 농후난백의 반경으로 1 cm 지점을, 레이저형은 난황주변 20여 곳을 동시 측정하여 평균값을, 그리고 초음파형은 농후난백의 특정부위를 50회 측정하여 평균치를 산출하는 방식으로 난백높이를 각각 측정하였다. 호우유닛은 난중과 난백높이를 이용하여 공식에 따라서 자동으로 계산되며, 난황색은 장비의 사용방법에 따라서 측정하였다.
- 할란검사장비의 성능을 비교하기 위하여 총 3차례의 실험을 진행하였다. 본 실험에 공시된 모든 계란은 동일계군, 동일 규격의 계란을 사용하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용한 할란검사장비는 국내·외에서 시판되고 있는 3종의 제품을 선택하였으며, 작업자가 수동으로 난백의 높이를 측정하는 제품과 자동으로 측정하는 두 종류의 제품을 사용하였다.
- 외에서 시판 중인 계란검사장비 3종인 레이저형, 탕침형 그리고 초음파형의 성능을 평가하고자 실시하였다. 실험에 사용한 신선란은 단일 계군에서 산란한 특란을 선발하여 사용하였다. 실험 1에서는 동일한 계란을 순차적으로 3종의 장비를 이용하여 분석하였다.
데이터처리
- 실험 1과 실험 3의 할란검사장비에 따른 계란의 할란 측정값은 분산분석을 실시하고, 처리 평균에 따른 다중검정은 Tukey 방법을 이용하여 p<0.05 수준에서 유의성을 검정하였다.
- 실험 2는 측정 장비의 동등성을 평가하기 위하여 GraphPad Prism 프로그램을 이용하여 Bland-Altman(B&A) plot 분석하였다.
이론/모형
- 탕침형은 난황에서 농후난백의 반경으로 1 cm 지점을, 레이저형은 난황주변 20여 곳을 동시 측정하여 평균값을, 그리고 초음파형은 농후난백의 특정부위를 50회 측정하여 평균치를 산출하는 방식으로 난백높이를 각각 측정하였다. 호우유닛은 난중과 난백높이를 이용하여 공식에 따라서 자동으로 계산되며, 난황색은 장비의 사용방법에 따라서 측정하였다. 계란 1개를 분석하는데 소요되는 시간은 탕침형은 12초, 레이저형은 20초, 그리고 초음파형은 25초로 알려져 있다(data not shown).
성능/효과
- 하지만 난황색은 레이저형에서 가장 높은 결과를 나타내었다. 결론적으로 신선란을 대상으로 조사한 할란검사장비의 난질평가 결과는 장비에 따른 차이가 있는 것으로 조사되었다. 비록 장비간의 상관계수는 높게 계산되었지만, 동일 계란에 따른 호우유닛 결과는 장비에 따른 편의(bias) 와 넓은 신뢰한계를 나타내었다.
- 난중은 3종류의 장비 간에 유의적인 차이가 없었으나, 난백높이, 호우유닛, 그리고 난황색은 장비에 따른 차이가 발견되었다. 난백높이는 레이저형에서 가장 낮았으며, 초음파형에서 가장 높게 측정되어 두 장비 간에 통계적 유의성이 발견되었다. 탕침형 측정결과는 레이저형과는 차이가 없었지만, 초음파형과는 유의적으로 낮은 결과를 나타내었다.
- 탕침형 측정결과는 레이저형과는 차이가 없었지만, 초음파형과는 유의적으로 낮은 결과를 나타내었다. 난백높이와 마찬가지로 호우유닛에서도 동일한 경향이 나타났으며, 초음파형 측정결과가 가장 높았으며, 다른 2종의 측정결과보다도 통계적으로 높게 조사되었다. 난황색은 레이저형이 가장 높았으며, 초음파형 및 탕침형순으로 조사되었다.
- 각 장비에 따른 결과는 Table 2에 제시하였다. 난중은 3종류의 장비 간에 유의적인 차이가 없었으나, 난백높이, 호우유닛, 그리고 난황색은 장비에 따른 차이가 발견되었다. 난백높이는 레이저형에서 가장 낮았으며, 초음파형에서 가장 높게 측정되어 두 장비 간에 통계적 유의성이 발견되었다.
- 특히 초음파형이 가장 높은 호우유닛 수치를 나타내었다. 난황색은 탕침형이 가장 낮은 수치를 보였고, 이는 다른 장비와 통계적인 차이를 나타내었으며, 레이저형과 초음파형 사이에는 난황색 측정결과에서 유의적인 차이는 발견되지 않았다. 본 실험에서는 동일한 계란을 순차적으로 3종의 할란검사장비에 적용하여 계란의 품질을 측정하였기 때문에, 할란 후 난황과 난백 시료를 각 장비로 이동하는 과정에서 발생하는 오차는 고려할 수 없었다.
- 실험 1과 2에서는 장비에 따른 난중의 차이는 발견되지 않았지만, 농후난백 높이와 호우유닛의 수치가 초음파형에서 가장 높았으며, 그 다음으로 탕침형, 레이저형순으로 조사되었다. 동일한 계군에서 산란한 계란을 각각 할란검사장비를 이용하여 분석한 결과, 난중에서는 차이가 없었지만, 초음파형에서 가장 높은 난백고와 호우유닛을 나타내었다. 하지만 난황색은 레이저형에서 가장 높은 결과를 나타내었다.
- 따라서 검사장비에 따른 결과 차이는 실험에 공시한 계란이나 동일한 계란을 서로 다른 장비로 측정함에 따른 오차보다는 검사장비 자체의 차이로 추측할 수 있다. 또한 탕침형으로 측정한 난황색이 가장 낮게 조사되었는데, 탕침형은 난황색 측정결과를 정수로 보여주는 반면, 다른 장비는 소수점 한자리까지 나오게 되는 차이도 영향이 있을 것으로 사료되었다. 난황색은 DSM yolk color fan을 기준으로 측정하기 때문에 장비에 따른 광원 등 다양한 원인이 있을 것으로 보이며, 이러한 차이에 대한 조정이 필요할 것으로 사료되었다.
- 37 더 낮게 측정되는 것으로 해석될 수 있다. 마지막으로 레이저형 vs 탕침형 비교측정결과에서 미미한 양(+0.90)의 편의를 나타내었지만, 레이저형은 탕침형보다 호우유닛 수치가 6.99 더 높거나 또는 8.78 더 낮게 측정되었다. 또한 B&A plot 분석에서는 검사장비 간 호우유닛의 신뢰한계(confidence limit)는 레이저형 vs.
- 본 연구에서 얻어진 결과를 종합하면 초음파형은 호우유닛의 수치가 다소 높게 측정되는데 이는 다른 장비와 비교하여 난백높이를 높게 측정한 결과로 볼 수 있다. 또한 난황색은 레이저형에서 가장 높게 측정된 것으로 조사되었다.
- 분석 항목으로는 난중, 농후난백높이, 호우유닛 그리고 난황색을 측정하였다. 실험 1과 2에서는 장비에 따른 난중의 차이는 발견되지 않았지만, 농후난백 높이와 호우유닛의 수치가 초음파형에서 가장 높았으며, 그 다음으로 탕침형, 레이저형순으로 조사되었다. 동일한 계군에서 산란한 계란을 각각 할란검사장비를 이용하여 분석한 결과, 난중에서는 차이가 없었지만, 초음파형에서 가장 높은 난백고와 호우유닛을 나타내었다.
- 난중은 통계적으로 차이가 없었지만, 난백높이는 측정 장비에 따른 차이가 발견되었다. 초음파형이 가장 높은 난백높이를 나타낸 반면, 레이저형은 낮은 난백높이를 나타내어 두 장비 간 난백높이 결과에서 유의성이 발견되었다. 탕침형은 중간 정도의 수치를 나타내었으며, 다른 두 기종과는 통계적 유의성은 발견되지 않았다.
후속연구
- 향후 지속적으로 장비의 보정을 통하여 장비 간에 발생하는 편의(bias)를 낮춤과 동시에 아울러 계란분석의 정밀성을 높일 수 있도록 방법이 강구되어야 하겠다. 그럼에도 불구하고 본 실험은 한번 할란된 계란을 다른 장비로 이동하는 과정에서 발생할 수 있는 오차 등으로 장비간의 절대적인 비교는 힘들기 때문에, 향후 할란검사장비를 비교․ 평가하는데 다양한 방법이 강구되어야 할 것이다.
- 또한 탕침형으로 측정한 난황색이 가장 낮게 조사되었는데, 탕침형은 난황색 측정결과를 정수로 보여주는 반면, 다른 장비는 소수점 한자리까지 나오게 되는 차이도 영향이 있을 것으로 사료되었다. 난황색은 DSM yolk color fan을 기준으로 측정하기 때문에 장비에 따른 광원 등 다양한 원인이 있을 것으로 보이며, 이러한 차이에 대한 조정이 필요할 것으로 사료되었다.
- 이러한 결과는 호우유닛이 높은 신선란을 대상으로 품질을 평가한다면 어떤 장비를 사용하더라도 계란의 품질 등급에는 차이가 없겠지만, 일정기간 저장되어 호우유닛이 떨어진 계란을 대상으로 품질을 평가한다면 장비에 따라서 계란 등급에 차이가 날 수 있는 것을 의미한다. 하지만 본 연구에서는 동일한 계란을 할란 후 순차적으로 측정하여, 난황과 난백 시료 이동에 따른 기계적인 오차를 고려할 수 없기 때문에 향후 이러한 방법을 보완하여 할란검사장비의 성능을 평가할 수 있는 기법의 개발이 필요하겠다.
- 따라서 저장기간에 따른 계란의 호우유닛이 75 정도로 떨어졌다고 가정한다면 어떤 장비를 사용하느냐에 따라서 계란의 품질등급이 변할 수 있는 확률이 증가할 수도 있다. 향후 지속적으로 장비의 보정을 통하여 장비 간에 발생하는 편의(bias)를 낮춤과 동시에 아울러 계란분석의 정밀성을 높일 수 있도록 방법이 강구되어야 하겠다. 그럼에도 불구하고 본 실험은 한번 할란된 계란을 다른 장비로 이동하는 과정에서 발생할 수 있는 오차 등으로 장비간의 절대적인 비교는 힘들기 때문에, 향후 할란검사장비를 비교․ 평가하는데 다양한 방법이 강구되어야 할 것이다.
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