[논문]식용유 향에 대한 가스 센서의 과도응답

이정우; 노봉수; 정성민

식용유 향에 대한 가스 센서의 과도응답
Transient response of gas sensors to edible oil flavour 원문보기

이정우 (전북대학교 농과대학 생물자원시스템공학부 생물자원기계공학전공(농업과학기술연구소)) , 노봉수 (서울여자대학교 식품미생물공학) , 정성민 (전북대학교 농과대학 생물자원시스템공학부 생물자원기계공학전공(농업과학기술연구소))

최근 국민 식생활이 서구화로 변화하면서 식용유의 수요량도 급격히 증대되었다. 식용유는 장기간 고온에서 사용하기 때문에 여러 종류의 화학반응이 발생하여 각종 휘발성 산화 생성물 및 비휘발성 산화 생성물이 생성된다 (Kim et al., 1999). 휘발성 산화 생성물은 고유의 휘발성 향(odor)성분을 발생시키는데 이것은 식품의 변질 유무 및 식품의 품질 평가에 기준으로 중요하게 이용된다. (Noh et al., 2000). 현재까지 식용유는 생산과정에서는 품질관리가 엄격하게 되어 왔지만 유통과정과 소비과정에서의 품질 관리와 풀질 검사 면에서는 미흡했던 것이 사실이다. (중략)

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문제 정의

본 연구는 6개의 metal oxide sensor(MOS)로 구성된 전자코 시스템을 이용하여 가열 시간에 대한 식용유의 향 특성을 가스센서의 과도응답으로부터 분석하고자 하였다
3, student edition, Mathworks, USA)를 이용하여 과도 응답을 분석하는 프로그램을 작성하였다. 작성된 프로그램에서는 Rgas/Rair에 대한 지수함수의 시정수(time constant)와 계수를 구하여 향 특성과 변수들간의 관계를 밝히고자 하였다.

가설 설정

2) 정상상태의 분석은 평균값을 이용하기 때문에 오차나 간섭을 무시 할 수밖에 없다. 하지만 과도상태의 응답은 매개변수의 조합에 의하여 향 성분을 인식하기 때문에 오차나 간섭으 로부터 최대한 정확한 정보를 활용하여 정확한 향 성분을 인식할 수 있다.

제안 방법

어느 정도 가스가 유입되면 얼마간의 시간이 지난 후 다시 정상상태로 된다. 그림에서 보면 알 수 있듯이 Rair 측정 후 Rgg값이 Rair값의 90%가 되는 지점으로부터 40초 동안의 신 호를 과도응답으로 측정하였다. 측정된 과도응답 신호는 그림 1의 (B)와 같이 나타난다.
본 연구에서는 측정 데이터를 분석하기 위하여 프로그래밍 언어인 MATLAB(version 5.3, student edition, Mathworks, USA)를 이용하여 과도 응답을 분석하는 프로그램을 작성하였다. 작성된 프로그램에서는 Rgas/Rair에 대한 지수함수의 시정수(time constant)와 계수를 구하여 향 특성과 변수들간의 관계를 밝히고자 하였다.
측정 시료는 유통기한이 동일한 대두유(soybean oil)를 사용하였다. 초기상태(0 hour)는 가 열하지 않는 상태에서 채취하여 측정하였고 나머지 시료는 오일 bath를 이용하여 190℃에서 24시간 동안 가열하면서 매 4시간마다 표본 추출하여 각각 4회씩 반복 측정하였다. 실험 의 특성상 고온 상태에서 바로 측정이 불가능하므로 4℃로 냉각 보관한 후 측정을 실시하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 전자코 시스템은 6개의 metal oxide sensor(MOS)가 장착된 가스분석 장 치를 포함하고 있다. (Kim et al.
, 2001). 연구에 사용된 데이터는 서울여자대학교 식품미생 물공학과에서 얻어졌으며, 사용된 센서는 Figaro사에서 생산한 것으로 각 센서에 반응하는 화학적 성분을 Table 1에 나타내었다.
측정 시료는 유통기한이 동일한 대두유(soybean oil)를 사용하였다. 초기상태(0 hour)는 가 열하지 않는 상태에서 채취하여 측정하였고 나머지 시료는 오일 bath를 이용하여 190℃에서 24시간 동안 가열하면서 매 4시간마다 표본 추출하여 각각 4회씩 반복 측정하였다.

성능/효과

1) 이전까지 정상상태에서의 분석은 안정화된 상태까지 향 성분을 측정해야 하지만 과도웅 답에 의한 분석은 과도상태만 필요로 하기 때문에 정상상태의 웅답까지 기다릴 필요가 없기 에 실험에서 발생되는 시간적 손실을 줄일 수 있다.
그림 3은 그림 2에서와 마찬가지로 시정수의 역수인 1/T에 일대일 대응하는 M_inf를 추 출하여 행렬을 만들어 2차원 평면상에 도시한 것이다. 2D-T-chart 상에서 Me 식용유의 가열 시간이 증가할수록 증가하는 경향을 보이는데, M_inf는 반대로 식용유의 가열시간이 증가할수록 감소하는 경향을 보였다. 그림 3도 그림 2와 비슷한 성향을 보였는데 센서 %, S2, S6은 식용유의 가열시간과 연관성이 높게 나타났으며 센서‘S3, S4, 京는 연관성이 낮게 나타났다.

후속연구

그리고 2D-「chart 상에서 MJnf 보다는 M의 변화의 크기가 크게 나타나는데 M_inf 보다 M의 식용유의 휘발성 향 성분의 식별 정보가 더 많다고 분석된다. M_inf와 1/ T에 의한 2D-T-chart< 이용하여 방향 성분 분석에 이용하면 식품의 품질 관리와 품질 검사와 같은 응용분야에 유용하게 사용 될 수 있을 것으로 사료된다. 또한 M과 1/T의 2Dt-chail와 M_inf와 1/气의 2D-t-chart를 동시에 활용한다면 오차를 줄이고 더욱 정확한 방향 성분의 분석에 유용하게 활용 될 것으로 예상된다.
결과적으로 전자코 시스템에서 센서의 과도응답을 이용하면 휘발성 방향 성분에 대하여 더욱 빠르고 정확한 분석이 가능해지기 때문에 식용유와 같은 식품의 조리나 유통 과정에서 발생되는 향 성분의 분석을 통하여 식품의 품질관리와 품질 검사를 비롯한 신선도 예측과 같은 용도로 유용하게 활용 될 것으로 예상된다.
M_inf와 1/ T에 의한 2D-T-chart< 이용하여 방향 성분 분석에 이용하면 식품의 품질 관리와 품질 검사와 같은 응용분야에 유용하게 사용 될 수 있을 것으로 사료된다. 또한 M과 1/T의 2Dt-chail와 M_inf와 1/气의 2D-t-chart를 동시에 활용한다면 오차를 줄이고 더욱 정확한 방향 성분의 분석에 유용하게 활용 될 것으로 예상된다.
이와 같이 전자코 시스템에서 센서의 과도 응답 특성을 이용하여 M과'1/T에 의한 2D-T -chart 을 이용하면 식용유의 가열 시간의 예측과 품질관리 등과 같은 식용유의 신선도 검 사에 유용한 정보로 사용 될 수 있을 것이며, 전자코 시스템 설계에서 센서의 종류와 수를 선택할 때 유용한 근거자료로 이용 할 수 있을 것으로 예상된다.

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