[논문]엽록소 형광이미징 기술을 이용한 키위과일의 생체중 예측

이미경; 유성영; 김태완; 구현회

doi:10.5338/kjea.2020.39.2.18

Abstract ▼ AI-Helper

BACKGROUND: Fresh weight is one of the major quality measurement factors in determining the quality of fresh fruits. A practical method has been developed for rapid and non-destructive measurement using the Chlorophyll Fluorescence Image (CFI) technique to estimate changes in fresh weight of post-ha...

BACKGROUND: Fresh weight is one of the major quality measurement factors in determining the quality of fresh fruits. A practical method has been developed for rapid and non-destructive measurement using the Chlorophyll Fluorescence Image (CFI) technique to estimate changes in fresh weight of post-harvest products. METHODS AND RESULTS: Kiwifruit (Actinidia deliciosa) was used and measured for the fresh weight and CFI under different temperature conditions at 0, 10, and 20℃, from 0 to 21 days after storage (DAS). We observed the fresh weight of kiwifruit and measured the surface image for determining Fv/Fm value in terms of maximum quantum yield on each day. To estimate freshness of kiwifruit we applied linear regression between the measured fruit weights and Fv/Fm values. Results showed that fruit weights were reduced by 4% at 0℃, 6% at 10℃, and 14% at 20℃ for 21 days, respectively. And also, the value of Fv/Fm was shown as decreasing trend at all temperature conditions, especially at 20 ℃. Fv/Fm values showed highly significant correlation (R2>0.9) with fresh weight of kiwifruit at all different storage temperatures. CONCLUSION: Thus, CFI technique can be useful to estimate the fresh weight of kiwifruit.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

키위(Actinidia deliciosa)는 물리적 화학적 특징인 과피색상, 과육색상, SSC (Soluble Solid Content), Seed ColorChange, 경도(Flesh Firmness), 그리고 과피색 변화에 대한 연구가 있으나, 생체중과 과피의 광화학 반응 분석을 통해 키위의 품질 변화를 평가하는 연구는 수행된 바 없다. 따라서본 연구는 키위의 저장 온도에 따른 광계 II 최대 양자수득률(F_v/F_m)과 생체중의 상관성을 분석하여 품질 평가를 위한 생체중 예측 가능성을 검토하였다.

제안 방법

농산물의 품질은 크기, 중량, 모양, 색상, 광택, 견고성, 질감, 맛, 눈에 보이는 흠 및 칙칙함 등과 같은 외부 요인[1]과숙성도, 당도, 산도, 지방함량, 펙틴 물질 등의 내부 요인을 기반으로 평가한다. 특히 농산물 품질 평가에 사용되는 비파괴 방법은 품질 요소와 관련이 있는 물리적 특성(무게, 크기 등)을 기반으로 조직을 파괴하지 않고 농산물의 내부 요인의 예측이 가능하다.
저장온도 조건은 0℃와 10℃ 및 20℃으로 3수준이었으며 상대습도는 (1) 로 일정하게 유지하였다. 저장 후 0, 3, 5, 7, 10,15 및 21일에 키위의 생체중을 처리 별 5개체씩 5회 반복하여 엽록소 형광 반응과 생체중을 측정하였다.
키위의 엽록소 형광 이미지 측정은 CFI FluorCam (HandyFluorCam FC 1000‐H, PS I, Czech Republic)를 사용하여 30분간 암처리 후 소광 분석(Quenching analysis)을 수행하였다. 측정 후 엽록소 형광 이미지를 캡처하고 광계 II(PSII)최대 양자수득률(Maximum Quantum Yield, F_v/F_m)을분석하였다[5].

대상 데이터

Ferguson]의 품종은 ‘Hayward’로 제주산이며, 경기도 안성에 위치한 대형마트에서 구매하였다. 구입 후 외관상 같은 색을 나타내며, 가시적 결함(외관상 흠)과 부패가 없는 중간크기(90~110 g)의 키위를 선별하여 실험에 사용하였다. 저장온도 조건은 0℃와 10℃ 및 20℃으로 3수준이었으며 상대습도는 (1) 로 일정하게 유지하였다.
키위[Actinidia deliciosa (A.Chev.) C.F.Linag et A.R.Ferguson]의 품종은 ‘Hayward’로 제주산이며, 경기도 안성에 위치한 대형마트에서 구매하였다. 구입 후 외관상 같은 색을 나타내며, 가시적 결함(외관상 흠)과 부패가 없는 중간크기(90~110 g)의 키위를 선별하여 실험에 사용하였다.

데이터처리

온도 조건 별 시간 경과에 따른 키위의 생체중(fresh weight)과광계 II (PSII) 최대 양자수득률(Maximum quantum yield)의 상관 분석은 XLSTAT (BASIC+, Addinsoft, USA)를 이용하여 1차 선형회귀식(linear regression)과 결정계수(R²)로평가하였다.
키위의 엽록소 형광 이미지 측정은 CFI FluorCam (HandyFluorCam FC 1000‐H, PS I, Czech Republic)를 사용하여 30분간 암처리 후 소광 분석(Quenching analysis)을 수행하였다. 측정 후 엽록소 형광 이미지를 캡처하고 광계 II(PSII)최대 양자수득률(Maximum Quantum Yield, F_v/F_m)을분석하였다[5]. 이때 최소 형광값(F_o)는 형광 유발시점으로서400 μmol m²/s 이하의 광량에서 5초간 측정하며, 최대 형광값(F_m)은 2,500 μmol m²/s 이하의 광량에서 0.

성능/효과

본 연구에 사용된 CFI는 비생물적 또는 생물학적 스트레스에 의해 유발되는 생리적 장애(특히, 온도와 수분 스트레스)를 평가하는 방법으로 잘 알려져 있다[4]. CFI의 기능적 장점은 식물 조직에 대한 형광반응 감도가 높아서 상대적으로 엽록소 함량이 낮은 과일이나 색상이 높은 과일에서도 측정할 수 있을 정도로 충분한 강도의 엽록소 형광신호를 생성할 수 있다. 대부분의 고등 식물은 잎, 줄기, 열매에 엽록소 a, b가 존재하며 안테나 엽록소(엽록소 a)가 광합성에 중요한 역할을 하고 있어 이러한 엽록소 a의 형광방출량 측정을 통해 식물의 광화학 능률 및 건전성 예측이가능하다.
결론적으로 키위의 품질 예측을 위해 최대 양자수득률(F_v/F_m)과 생체중의 변화를 분석한 결과 고도의 상관성(R²>0.9)을 갖는 것으로 나타냈으며, 저장 온도가 높을수록그리고 저장기간이 경과할수록 최대 양자수득률(F_v/F_m)과 생체중 감소가 뚜렷하였다. 본 연구에서 키위 과피의 최대양자수득률(F_v/F_m) 측정을 통해 생체중 예측이 가능했으며 향후 품질 평가에 활용 가능한 요소 중 하나라고 사료되었다.
한편, 고온 조건하에서는 CO₂ 동화와 전자 수송이 점진적으로 억제되어 최소값(Fo)은 증가하고 최대 양자수득률(F_v/F_m)은 감소한다고 하였다[7]. 광계Ⅱ 최대 양자수득률(F_v/F_m) 등 엽록소 형광 매개 변수(chlorophyll fluorescenceparameters, CFP)는 CFI 시스템에 의해 직접 측정이 가능하여 식물 광계의 활성과 에너지 변환 효율 및 식물의 광계손상 정도를 예측 가능한 지표로서 본 연구에서 온도 조건과 시간경과에 따른 광계Ⅱ 최대 양자수득률(F_v/F_m)을 정량화하여 키위과일의 품질을 평가할 수 있었다. 이는 수확 후 저장 과정에서 식물이 생리적 노화단계에 놓이게 되면 식물조직 내의 엽록소는 엽록소 가수분해 효소와 산(acid) 및 산소의 작용을 받아 파괴[8]되기 때문에 키위 과피의 엽록소는 저장 온도가 높을수록 그리고 시간이 경과할수록 파괴되어 생리적으로 품질 저하가 발생한 것으로 판단되었다.
온도 조건별 시간경과에 따른 키위의 생체중 측정 결과(n=105)와 광계II 최대 양자수득률(n=105)과의 상관성은95% 신뢰범위에서 1차 직선회귀방법과 결정계수를 통하여 제시되었다(Fig. 3).

후속연구

결과적으로 수분손실과 엽록소 파괴는 직접적인 관련성을 보인다고 할 수 있다. 따라서 CFI를 이용하여 엽록소형광반응을 측정하여 광계II 최대 양자수득률(F_v/F_m)을 실시간으로 측정할 수 있다면, 과일의 건전성(예, 품질, 광이용효율, 엽록소 함량, 수분함량 등)을 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
9)을 갖는 것으로 나타냈으며, 저장 온도가 높을수록그리고 저장기간이 경과할수록 최대 양자수득률(F_v/F_m)과 생체중 감소가 뚜렷하였다. 본 연구에서 키위 과피의 최대양자수득률(F_v/F_m) 측정을 통해 생체중 예측이 가능했으며 향후 품질 평가에 활용 가능한 요소 중 하나라고 사료되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CFI의 기능적 장점은 무엇인가?	본 연구에 사용된 CFI는 비생물적 또는 생물학적 스트레스에 의해 유발되는 생리적 장애(특히, 온도와 수분 스트레스)를 평가하는 방법으로 잘 알려져 있다[4]. CFI의 기능적 장점은 식물 조직에 대한 형광반응 감도가 높아서 상대적으로 엽록소 함량이 낮은 과일이나 색상이 높은 과일에서도 측정할 수 있을 정도로 충분한 강도의 엽록소 형광신호를 생성할 수 있다. 대부분의 고등 식물은 잎, 줄기, 열매에 엽록소 a, b가 존재하며 안테나 엽록소(엽록소 a)가 광합성에 중요한 역할을 하고 있어 이러한 엽록소 a의 형광방출량 측정을 통해 식물의 광화학 능률 및 건전성 예측이가능하다.
	농산물의 품질은 무엇을 기준으로 평가하는가?	농산물의 품질은 크기, 중량, 모양, 색상, 광택, 견고성, 질감, 맛, 눈에 보이는 흠 및 칙칙함 등과 같은 외부 요인[1]과숙성도, 당도, 산도, 지방함량, 펙틴 물질 등의 내부 요인을 기반으로 평가한다. 특히 농산물 품질 평가에 사용되는 비파괴 방법은 품질 요소와 관련이 있는 물리적 특성(무게, 크기 등)을 기반으로 조직을 파괴하지 않고 농산물의 내부 요인의 예측이 가능하다.
	수분손실과 엽록소 파괴의 직접적인 관련성을 통해서 어떤 예측을 할 수 있는가?	결과적으로 수분손실과 엽록소 파괴는 직접적인 관련성을 보인다고 할 수 있다. 따라서 CFI를 이용하여 엽록소형광반응을 측정하여 광계II 최대 양자수득률(Fv/Fm)을 실시간으로 측정할 수 있다면, 과일의 건전성(예, 품질, 광이용효율, 엽록소 함량, 수분함량 등)을 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

참고문헌 (9)

Du C J, Sun D W (2004) Recent developments in the applications of image processing techniques for food quality evaluation. Trends in Food Science & Technology, 15(5), 230-249. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2003.10.006.

상세보기
Du C J, Sun D W (2006) Learning techniques used in computer vision for food quality evaluation a review. Journal of food engineering, 72(1), 39-55. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.11.017.

상세보기
Calatayud A, Iglesias D J, Talon M, Barreno E (2006) Effects of long-term ozone exposure on citrus: Chlorophyll a fluorescence and gas exchange. Photosynthetica, 44(4), 548-554. https://doi.org/10.1007/s11099-006-0070-1.

상세보기
Nedbal L, Soukupova J, Withmarsh J, Trtilek M (2000) Postharvest imaging of chlorophyll fluorescence from lemons can be used predict fruit quality. Photosynthetica, 38(4), 571-579. https://doi.org/10.1023/A:1012413524395.

상세보기
Gorbe E, Calatayud A (2012) Applications of chlorophyll fluorescence imaging technique in horticultural research: A review. Scientia Horticulturae, 138, 24-35. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2012.02.002.

상세보기
Strasser RJ (1985) Dissipative strukturen als thermodynamischer regelkreis des photosyntheseapparates. Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft, 98(1), 53-72. https://doi.org/10.1111/j.1438-8677.1985.tb02902.x.
Schreiber U, Klughammer C (2008) Non-photochemical fluorescence quenching and quantum yields in PSI and PSII: analysis of heat-induced limitations using maxi-imaging-PAM and Dual-PAM-100. PAM Application Notes, 1, 15-18.
Macrae EA, Lallu N, Searle AN, Bowen JH (1989) Changes in the softening and composition of kiwifruit (Actinidia deliciosa ) affected by maturity at harvest and postharvest treatments. Journal of the Science of Food and Agriculture, 49(4), 413-43. https://doi.org/10.1002/jsfa.2740490404.

상세보기
Park JK, Chun JK, Lee SK, Kim KH (1989) Automatic Measurement of Respiration Rate and Weight Loss during Storage of Citrus fruits. Korean Journal of Food Science and Technology, 21(3), 387-390.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 엽록소 형광이미징 기술을 이용한 키위과일의 생체중 예측
Application of Chlorophyll Fluorescence Imaging Technique to Estimate Fresh Weight in Kiwifruit 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 엽록소 형광이미징 기술을 이용한 키위과일의 생체중 예측 Application of Chlorophyll Fluorescence Imaging Technique to Estimate Fresh Weight in Kiwifruit 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

유성영 (19) 김태완 (49)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 엽록소 형광이미징 기술을 이용한 키위과일의 생체중 예측
Application of Chlorophyll Fluorescence Imaging Technique to Estimate Fresh Weight in Kiwifruit 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper