초록 ▼

Ⅴ. 연구개발결과
김치 향미물질 특성을 검출할 수 있는 가스센서 10종을 Array하여 3%이내의 정밀도를 가진 전자코를 개발하였다. 향미 패턴 해석을 위해 PCA, SQC, PLC 알고리듬을 개발하여 적용하였으며 5개 업체의 배추김치와 총각김치, 부재료인 멸치젓, 멸치액젓, 새우젓, 마늘, 생강 등의 패턴분석으로 Database를 확보하고 라이브러리를 구축하였다. 전자코와 서버와의 데이터 전송을 위해 WCDMA를 도입하였으며 데이터 전송률 측정결과 100%의 전송률을 나타내었다.
김치의 품질관리를 위해 전처리 방법별 품

Ⅴ. 연구개발결과
김치 향미물질 특성을 검출할 수 있는 가스센서 10종을 Array하여 3%이내의 정밀도를 가진 전자코를 개발하였다. 향미 패턴 해석을 위해 PCA, SQC, PLC 알고리듬을 개발하여 적용하였으며 5개 업체의 배추김치와 총각김치, 부재료인 멸치젓, 멸치액젓, 새우젓, 마늘, 생강 등의 패턴분석으로 Database를 확보하고 라이브러리를 구축하였다. 전자코와 서버와의 데이터 전송을 위해 WCDMA를 도입하였으며 데이터 전송률 측정결과 100%의 전송률을 나타내었다.
김치의 품질관리를 위해 전처리 방법별 품질 지표를 선정하였다. 전처리 방법으로는 액상분석법인 SPME법과 Dynamic Headspace법을 이용하였으며 배추김치와 총각김치의 저장온도에 따른 숙성(발효)정도별로 값을 분석하였다. SPME법은 GC/MS, Dynamic Headspace법은 전자코를 활용하였으며, 발효기간이 경과함에 따라 검출되는 물질들로 품질지표를 선정하였다. SPME 방법으로 실험한 결과 각 저장온도에 따른 적숙기에서 증가하는 경향을 보이는 화합물들을 확인 할 수 있었으며, 적숙기에서 증가하는 화합물 외에는 발효기간이 경과함에 따라 경향성이 확인되지 않거나 증가하는 경향을 나타내었다. Dynamic headspace 방법에 따른 분석결과 휘발성 향미 성분 패턴이 발효기간에 따라 뚜렷하게 구별되어 고품질의 김치를 제조하기 위한 숙성적기를 판단할 수 있음을 확인하였다.
김치의 적숙기 판단을 위해 pH, 산도, 염도, 환원당 등의 이화학적 특성분석을 진행하였다. 발효가 진행됨에 따라 pH와 산도 측정결과는 적숙기 전후의 변화가 확인되는 반면 염도 및 환원당은 관계성을 찾기 어려웠다. 따라서 배추김치 및 총각김치의 적숙기 판단을 할 수 있는 이화학적 지표로는 pH와 산도 측정이 적합할 것으로 사료된다.
김치공장 Test-bed를 통하여 제조공정에 따른 품질관리 체계를 구축하였다. 김치의 향미성분은 제조과정에서 사용되는 재료, 소금뿐만 아니라 숙성단계인 발효에 의한 변화가 크기 때문에 양념제조 공정과 김치의 발효공정은 전자코 측정에 있어 매우 중요하다 할 수 있다. 이에 절임, 발효, 양념제조 공정별 실시간 측정이 가능한 전자코 System을 적용하여 웹페이지 상에 제시함으로 PCA와 패턴분석결과를 한눈에 확인하고 식품의 상태를 한눈에 알아 볼 수 있도록 품질관리 체계를 구축하였다.

Abstract ▼

Ⅴ. Research Results
Electronic nose was developed in a way that arrayed 10 types of gas sensors that can distinguish traits of Kimchi ingredient smells, thus achieving less than 3% of the accuracy. Algorithms such as PCA, SQC, and PLC was formulated in order to interpret detailed smell patterns,

Ⅴ. Research Results
Electronic nose was developed in a way that arrayed 10 types of gas sensors that can distinguish traits of Kimchi ingredient smells, thus achieving less than 3% of the accuracy. Algorithms such as PCA, SQC, and PLC was formulated in order to interpret detailed smell patterns, and later applied on site. Database regarding pattern analysis has been built up with 5 companie’s goods ranging from cabbage kimchi and chonggak kimchi, and to minor ingredients – salted shrimp, fermented anchovy sauce, salted shrimp, garlic, and ginger. WCDMA was introduced to transmit data from electronic nose to server, and it turns out its transmission rate reaches to 100%.
For Kimchi’s quality control, quality indicators was set up by each pre-processing method. SPME, a liquid method, and Dynamic Headspace were utilized as pre-processing method, and analysed the degree of ripening based on each storage temperature of cabbage kimchi and chonggak kimchi. SPME used GC/MS, and Dynamic Headspace, electronic nose. These methods have selected, as a quality indicator, a material that is detected as fermentation periods goes by. As for SPME, it is founded for each storage temperature that certain compounds increase during optimum maturity. Other compounds does not show specific tendency or increase as fermentation period goes by. Dynamic headspace proved that a pattern of volatile odor component was cleary distinguished as fermentation period goes by, making it possible to decide a right time for high-quality kimchi fermentation.
Physicochemical characteristic such as Ph, acidity and salinity, reducing sugar was analysed to determine Kimchi’s optimum maturity. When fermentation process is on its way, the values of PH and acidity have changed before and after optimum maturity, however, salinity and reducing sugar does not show clear relevance to optimum maturity. Therefore, PH and acidity can serve as adequate indicators that can determine optimum maturity of cabbage kimchi and chonggak kimchi.
Quality control system for each manufacturing process was established through test-bed at Kimchi plant. Since Kimchi’s odor components are subject to change depending on salt, ingredients in course of manufacture, as well as fermentation during optimum maturity, seasoning process and fermentation process are considered important in electronic nose measurement. Therefore, quality control system was designed in a way that applies electronic nose system that can measure the process of salting, fermentation, and seasoning in real time. and it posts results on its website to let engineers check out the condition of food and to grasp patten analysis.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 13
• 목차 ... 17
• 표목차 ... 21
• 그림목차 ... 25
• 제 1 장. 연구개발과제의 개요 및 성과목표 ... 33
• 제 1절. 연구개발의 목적 ... 33
• 제 2절. 연구개발의 필요성 ... 33
• 제 3절. 연구개발의 범위 ... 36
• 1. 향미 패턴 인식이 가능한 센서 어레이 모듈개발 ... 36
• 2. 향미 패턴 해석이 가능한 Database 구축 및 데이터처리 알고리듬 구현 ... 36
• 3. 현장 적용이 용이한 국산 전자코 개발 ... 36
• 4. 김치 시료 전처리 방법의 최적화 및 품질 지표 선정 ... 36
• 5. 현장 Test-bed를 통한 성능 검증 및 최적화 ... 36
• 제 2 장. 국내외 기술개발 현황 ... 37
• 제 1절. 국외 전자코 시스템 및 센서(센서 어레이)기술 개발 동향 ... 37
• 1. 일 본 ... 38
• 2. 미 국 ... 39
• 제 2절. 국내 전자코 시스템 및 센서(센서 어레이)기술 동향 ... 39
• 제 3절. 국내․외 전자코 활용현황 ... 40
• 제 3 장. 연구개발 수행 내용 ... 43
• 제 1절. 향미 패턴 인식이 가능한 센서어레이 모듈개발 ... 43
• 1. 가스센서의 종류 ... 43
• 2. 5종 이상의 반도체식 센서, 3종 이상 전기화학식 센서를 통한 향미 인식 특성 규명 ... 43
• 3. 센서 선정과정 ... 46
• 4. 개별 센서들의 측정 메카니즘에 따른 모듈화 개발 (10*10*5 cm) ... 51
• 5. 센서 교체가 용이한 Plug & Play 기능 지원 ... 55
• 6. 1 OU 이하의 청정 공기 공급이 가능한 센서 세척 및 컨디셔닝 방안 강구 ... 55
• 제 2절. 향미 패턴 해석이 가능한 Database 구축 및 데이터처리알고리듬 구현 ... 72
• 1. 3종 이상의 실시간 향미 데이터 처리 알고리듬 개발 ... 72
• 2. 측정시간 3분 이내, 데이터 분석 5분 이내 연산 가능한 알고리듬 구축 ... 80
• 3. OU (희석배수), 및 ppm 농도 환산과 표출이 가능한 개발 ... 81
• 제 3절. 현장 적용이 용이한 국산 전자코 개발 ... 85
• 1. 센서 측정 정밀도 3% 이내의 센서 모듈 개발 ... 85
• 2. 10종까지의 개별 센서 탑재가 가능한 국산화 전자코 개발 ... 91
• 3. 식품분석을 위한 Database 구축 ... 94
• 4. 전송률 95% 이상의 고신뢰 유무선 통신 모듈이 탑재된 네트워크 기반 공정 모니터링용 전자코개발 ... 106
• 5. 시료의 향미 강도를 10배 이상 증가시킬 수 있는 전처리 농축장치의 개발 ... 121
• 6. GUI 방식의 OS 및 통합 서버 플랫폼 개발 ... 129
• 제 4절. 김치 시료 전처리 방법의 최적화 및 품질 지표 선정 ... 144
• 1. 전처리 방법 소개 ... 144
• 2. 전처리 방법에 따른 김치 시료분석 ... 145
• 3. 김치 저장기간별 성분의 변화를 통한 향미 품질관리 ... 195
• 4. 김치의 숙성정도에 따른 품질지표 선정 ... 220
• 제 5절. 현장 Test-bed를 통한 성능 검증 및 최적화 ... 221
• 1. 김치생산 업체와의 유기적 협업을 통한 현장 test-bed 구축 및 성능평가 ... 221
• 2. 김치 전반적인 제조과정의 실시간 모니터링을 통한 품질관리 체계 구축 ... 230
• 제 4 장. 연구결과 ... 237
• 제 1절. 센서 어레이 모듈개발 ... 237
• 제 2절. Database구축 및 데이터처리를 위한 알고리듬 개발 ... 237
• 제 3절. 국산 전자코 개발 ... 238
• 제 4절. 전처리 방법의 최적화 및 품질 지표 선정 ... 238
• 제 5절. 현장 Test-bed를 통한 성능 검증 및 최적화 ... 239
• 제 5 장. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 241
• 제 1절. 목표달성도 ... 241
• 제 2절. 관련 분야의 기술 기여도 ... 243
• 제 6 장. 연구개발 성과 및 성과활용 계획 ... 245
• 제 1절. 실용화·산업화 계획 ... 245
• 제 2절. 교육·지도·홍보 등 기술확산 계획 ... 246
• 제 3절. 특허, 논문 등 지식재산권과 학술성 확보계획 ... 247
• 제 4절. 연구개발결과의 성과 및 활용목표 대비 실적 ... 250
• 제 7 장. 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 253
• 제 8 장. 연구시설‧장비 현황 ... 255
• 제 9 장. 참고문헌 ... 257
• 끝페이지 ... 263