초록 ▼

Ⅳ. 연구개발 결과
1. u-Food System 구축 식품 정보 인프라 개발
○ u-Food system 품질관리 및 센싱 기술 개발을 위한 적정 품질 인자 선정 체계적인 품질 분석 프로세스를 통하여 식품의 품질관리에 유효한 식품 품질 인자를 선정하였으며 이로부터 식품 품질 예측이 가능한 품질 평가 시스템을 개발하였다. 식품 품질관리를 위한 적정인자 선정을 위하여 쌀, 쇠고기, 식재료 등 대상 품목을 설정하고 품종별, 재배 조건별, 저장 조건별 시료를 확보하여 이화학적, 물리적 및 관능적 품질의 변화를 기존의 분석 기법

Ⅳ. 연구개발 결과
1. u-Food System 구축 식품 정보 인프라 개발
○ u-Food system 품질관리 및 센싱 기술 개발을 위한 적정 품질 인자 선정 체계적인 품질 분석 프로세스를 통하여 식품의 품질관리에 유효한 식품 품질 인자를 선정하였으며 이로부터 식품 품질 예측이 가능한 품질 평가 시스템을 개발하였다. 식품 품질관리를 위한 적정인자 선정을 위하여 쌀, 쇠고기, 식재료 등 대상 품목을 설정하고 품종별, 재배 조건별, 저장 조건별 시료를 확보하여 이화학적, 물리적 및 관능적 품질의 변화를 기존의 분석 기법 및 비파괴 센싱기술을 이용하여 분석 평가하였으며 이 결과를 통계적 분석에 의한 유의성 검증을 통하여 각 식품의 품질을 대표할 수 있는 지표인자를 선정하고 품질 예측모델 설정을 위한 알고리즘을 도출하였다. 또한 개발한 식품 관리인자의 평가 방법론에 기초한 품질 관리 기준안 및 모델을 개발하였다. 식품의 미생물학적 위해인자 분석을 위하여 식품의 위해 미생물의 오염도 및 생육/생존 패턴을 확인하였으며 위해인자의 저감화 기술을 개발하였다.

○ u-Food 정보 DB 프로그램 개발
식품의 품질, 안전, 생리적 기능성 정보를 USN/IT 기반 시설과 연계하여 지속적으로 제공하기 위하여 식품 정보 DB 프로그램을 개발하였다. 식품에 관련된 기존 문헌 정보와 사용가능한 데이터 pool을 이용하여 식품 기본정보 DB를 구축하였으며 각 식재료 및 식품의 성분 값의 표준정보 관리 시스템을 개발하였다. 다양한 가공∙유통 조건에 따른 제품의 실측 실험 결과 입력 시스템을 개발하여 실험정보 DB를 구축하였으며 측정정보와 품질평가와의 연동 모델 도출에 따른 품질 평가시스템을 개발하여 정보 DB 서비스(접속주소: http://db.ufood.kr)를 운용하고 있다. 또한 HACCP 인증 획득 및 문서의 기록∙관리 등 유지 관리에 효과적인 지능형 u-HACCP 관리시스템을 개발하였다.

2. u-식품 품질관리 센싱 및 센서네트워크 기술 개발
○ u-식품 스마트 품질/이력 정보제공을 위한 RFID와 품질센싱 융합기술 개발
식품의 비파괴 센싱기술과 RFID 기술을 융합하여 소비자나 관리자가 신선식품 유통시 제품의 생산이력정보, 현재상태의 품질(신선도) 정보를 실시간 제공할 수 있는 융합기술을 개발하였다. 1차년도에는 소비자 조사로부터 대상품목을 한우로 선정하여 RFID 기반기술 및 쇠고기 신선도 인자에 대한 비파괴 센싱기술을 개발하였고, 2차년도에는 신선도 인자에 대한 센싱모델 개선 및 신선도 측정 센싱시스템을 제작하여 성능실험 수행하였다. 3, 4차년도에는 RFID 정보처리 기술과 센싱기술을 융합한 스마트 신선도/이력 센싱 시스템 실험 시제품 제작 및 성능실험을 수행하여 최종년도에는 쇠고기의 스마트 신선도/이력 센싱 시스템의 실용 시제품을 개발하고 쇠고기의 이력정보와 신선도 센싱기술을 적용한 상용모델을 개발하였다.

○ u-식품 품질관리용 센서태그 개발
u-Food System의 End device로서 신선식품의 온도, 습도 등의 유통환경을 모니터링하여 품질관리하기 위한 센서태그를 개발하였다. MCU 또는 FPGA를 이용하는 디스크리트 타입의 시험용 제품을 개발하여 그 기능을 시험하고, 최종적으로 가격 경쟁력을 높이기 위하여 상용 칩을 사용하여 식품 품질관리용 센서태그와 센서리더를 개발하였다.

○ USN기반 식품 품질관리용 센서노드 개발
신선식품의 품질을 관리하기 위해 저장/유통 과정 중 온습도를 실시간 모니터링할 수 있도록 RFID/USN 통합 무선 센서노드를 구현하고 미들웨어를 개발하였다. 센서노드 기술의 경우, 센서노드의 정보처리 능력 향상과 노드간 통신능력, 크기의 소형화 연구를 수행하였으며, 무선기술의 경우, Zigbee 및 RFID 기술을 이용한 무선 인터페이스 개발하였다. 저전력 기술의 경우 센서노드의 소비전력을 최소화하는데 중점을 두고, 웨이크온 기술 및 미들웨어를 통한 소비전력 최적화 기술을 개발하였다.

○ ICT기반 신선식품 스마트 유통 시스템
신선식품의 품질을 관리하기 위해 IT를 융합하여 신선식품의 운송, 유통 과정 중 온습도 및 위치정보를 실시간 모니터링 하고 운송과정에서 발생할 수 있는 품질이상 유통환경을 사전에 예방할 수 있는 스마트 품질유통시스템의 실용기술을 개발하였다.
u-Food 스마트 유통 시스템은 GPS+CDMA+온도․습도 센서태그를 이용한 차량위치 및 실시간 유통환경 정보를 수집, 제공하는 데이터 수집 및 통신 시스템과 유통과정에서 온습도 적정 범위 이탈 및 제품 지연도착 등 예외상황 발생시 Pre-Alert 기능과 GPS 데이터를 활용하여 출/도착 정보, 납품처에 유통환경 정보를 제공하는 LBS기반 품질유통 시스템으로 구성되어 있다.

3. 지능형 식품 생산, 유통 환경 제어시스템 개발
본 연구는 현재 제 2세대 RPC에서 발생하고 있는 이력, 물량 및 품질관리 문제점을 해결하기 위하여 수행되었으며, 특히, WTO에 의한 수입쌀에 대한 우리나라 쌀 산업의 경쟁력 강화를 위해 이력추적을 통한 외국산과의 차별화, 안전한 고품질쌀 생산, 기술향상을 통한 가격경쟁력 강화을 위하여 u-IT기술을 융합한 새로운 RPC모델 즉, 제 3세대 u-RPC모델을 개발하였다.

○ u-생산/반입관리 모델 개발
u-생산/반입관리모델 즉, u-TIMSP(ubiquitous-Traceability & Intake Management System of Paddy, 이력 및 반입관리시스템)는 QI(Quality Index, 품질지수)와 분광분석법(spectrometry)을 이용한 휴대용 품질측정장치를 개발하여 수확적기 예측기술을 개발하였고, 생산이력관리를 위하여 GIS/LBS 기반의 mobile용 어플리케이션과 web 프로그램을 개발하였으며, QI 및 MCA(Max Coverage Algorithm)를 이용하여 관내 각 field의 QI가 최대가 되는 반입 scheduling algorithm과 프로그램을 개발하였다.

○ u-가공공정관리 모델 개발
u-가공공정관리모델 즉, E-YICS(Extended-Yield & Inventory Control System, 확장형 자동수율 및 재고관리시스템)은 u-TIMSP 및 MMI(Man Machine Interface)와 연계하여 RPC의 가공공정의 수율 및 재고상태의 모니터링 및 관리하며, DSC(Drying & Storage Center)의 원격제어 및 모니터링을 통해 각 부속시설의 물량 및 작동상태를 관리할 수 있고, RTQMS와 연계하는 lot별 이력 및 품질관리체계를 구축하고자 개발하였다.

○ u-유통공정관리 모델 개발
u-유통관리모델 즉, RTQMS(Real Time Quality Management System)는 NIR과 machine vision을 적용한 on-line 품질측정시스템으로 구성되고, 쌀의 등급 및 주요품질항목을 측정할 수 있으며, QR/Bar code를 이용한 이력추적시스템과 연계되고, u-TIMSP 및 E-YICS와 연계하여 각 lot별 이력 및 품질관리체계를 구축하고자 개발하였다. 또한, u-TIMSP 및 E-YICS는 Ethernet 통신으로, E-YICS와 RTQMS는 serial 통신으로 연계체계를 구축하고, 서버를 구축하여 생성되는 이력, 품질 및 물량 정보를 공유하도록 설계하였으며, 구축된 sever를 기반으로 이력 등 각종정보는 소비자 혹은 운영자가 실시간으로 어느 곳에서나 조회가 가능하도록 구성하였다.

4. Smart u-Food System 구축 모델 개발
○ Dynamic 품질 예측 모델 개발
식품의 유통 중 지속적으로 변화하는 품질을 실시간으로 모니터링 하기 위하여 식품 유통 프로세스에서 외부 환경변화에 따른 신선 농축산물(상추, 양파, 계란 등) 및 가공품(우유, 두부 등)의 식품내부에서 일어나는 화학적 반응(효소반응, 색소파괴, 영양소파괴 등), 미생물 증식 및 관능적 변화에 대한 TTT(Time Temperature Tolerance) 데이터를 구축하고, 구축된 데이터베이스를 기반으로 식품군별 품질지표를 선정하고 변온 환경에서 식품 품질을 예측할 수 있는 dynamic 품질 예측 모델 알고리즘을 개발하였다. 대표적인 성과로는 실제 유통환경에서 미생물 성장 예측이 가능한 상용화 3차 모델을 세계 최초로 개발하였으며 저온살균 우유의 경우 예측 정확도는 B_f=0.98, A_f=1.12 였다.

○ u-Food 스마트 품질 모니터링 시스템 개발
IoT(사물인터넷)와 식품 품질예측기술을 융합해 언제어디서나 포장을 뜯지 않고도 스마트폰으로 식품의 생산이력, 신선도와 유통온도이력, 잔여유통기한 등을 정량적으로 확인가능한 신개념 식품 유통 기술을 개발하였다. 모니터링 시스템은 품질예측알고리즘이 탑재된 RQMS 서버를 중심으로 RFID 센서태그와 QR 코드, 통신유니트, 미들웨어, 휴대용단말기 등으로 구성되었다. 시스템 구현은 먼저 (1) 식품 생산단계에서 생산이력정보와 초기 품질정보를 데이터베이스에 저장하고 포장단계에서 각 물품마다 QR코드를 부착, (2) QR코드가 부착된 물품에 박스 또는 롯드 단위로 RFID 센서태그를 부착하고 QR코드와 RFID 센서태그 간의 맵핑을 하고, 수배송, 보관 및 진열 과정에서 발생하는 유통이력(온도, 위치, 시간 등)데이터를 CU(Communication Unit)에 의해 3G 인터넷망으로 Cloud 서버에 전달하여 저장, (3) Cloud 서버에 탑재되어있는 품질예측알고리즘을 이용하여 식품의 유통이력을 바탕으로 해당 식품의 품질을 예측, (4) 마지막으로 소비자 및 관리자는 스마트폰, 타블렛 PC, 키오스크를 통해 제품에 부착된 QR코드를 스캔하여 RQMS 서버에 접속함으로서 생산이력, 신선도와 유통온도이력, 잔여유통기한 등을 정량적으로 실시간 확인할 수 있도록 구성하였다.

○ Smart 저장 관리 시스템 개발
RFID센서태그와 USN 기술을 활용하여 식품 저장창고에의 입출고, 재고관리, 이력관리, 온습도 등의 환경관리를 스마트폰 등 휴대용단말기를 활용하여 웹기반으로 언제 어디서나 모니터링이 가능한 ‘스마트 저장고’ 통합패키지를 개발하였다.

○ u-IT적용 산업화 응용제품 개발
‘실시간 식품 품질 모니터링 기술’을 기반으로 식품검수단말기와 GUI 통합 프로그램을 개발하였다. 식품검수단말기는 IoT 기반 다기능 복합 식품검수단말기로서, 식품/식재료의 온도값과 이미지 정보의 동시 저장 기능, 1D/2D 바코드 스캔 기능, RF태그 리더로 이력관리 기능, LCD 터치 패널로 기타관리 기능, USN 기반 측정 데이터 실시간 서버 전송 기능, 인체공학적 디자인 및 견고한 외형 설계로 개발되어 식품검수에 드는 시간과 비용을 절감하며 HACCP 관리의 실효성을 높일 수 있도록 개발하였다. GUI 통합프로그램은 ‘u-Food 배송 식품정보 제공 S/W'와 ’u-Food system 지원 매장 식품정보 조회 S/W'로 구성되어, 전자는 (1) 다수 QR코드 단일화 시스템으로 식품 QR 정보조회 시간을 단축하며 (2) QR 거래명세서 uHACCP 기록 시스템으로 식품정보 입력 시간을 단축하고, 후자는 소비자가 식품매장에서 터치스크린 디바이스를 활용하여 식품이력 정보를 손쉽게 조회할 수 있도록 개발하였다.

○ u-Food system 통합 모델 개발
생산단계부터 가공, 유통 등 전 공정에 걸쳐 생산, 품질, 유통, 공정, 품질, 안전 정보를 모니터링 및 관리할 수 있는 기반 기술을 개발하였다. 대표적인 성과로는 차세대 미곡종합처리장 모델인 u-RPC를 개발하였으며 이 기술은 쌀산업 경쟁력 제고 대책 정책사업에 활용 추진중이다.

(출처 : 요약문)

Abstract ▼

Ⅳ. The Results of Research and Development
1. Development of Food Information Infrastructure u-Food System
○ Selecting proper quality factors for developing u-Food System quality management and sensing technologies
Through systematic quality analysis process, we selected food quality factor

Ⅳ. The Results of Research and Development
1. Development of Food Information Infrastructure u-Food System
○ Selecting proper quality factors for developing u-Food System quality management and sensing technologies
Through systematic quality analysis process, we selected food quality factors proper for food quality management and developed quality evaluation system available for food quality prediction. For selecting proper factors for food quality management, we selected items such as rice, beef and food materials, secured samples by species, and cultivating and storing conditions and analyzed and evaluated chemical, physical and sensory quality changes of item by using the previous analysis methods and non-destructive sensing technologies. And then we selected index factors for representing qualities of each food through significance verification by statistical analysis and deduced the algorithm for setting quality prediction model based on these results. We also developed quality management draft and model based on evaluation methodologies of the developed food management factors. In order to analyze microbiological risk factors of food, we checked level of pollution and rearing/survival patterns of microbacteria harmful to food and developed technologies to reduce risk factors.

○ Development of u-Food Information DB Program
In order to continue to provide information about quality, safety and physiological functionality of food linking with USN/IT based facilities, we developed food information DB program. By using the previous references about food and data pool available for use, we built food basic information DB and developed standard information management system for each food material and its ingredients. We developed the actual experiment results input system of food products according to various processing and distribution conditions and built experiment information DB. And we also run information DB service(URL: http://db.ufood.kr) by building quality evaluation system according to deducing models linked with the measured information and the quality evaluation. We developed intelligent u-HACCP management system effective for acquiring HACCP qualification and recording and managing documents, as well.

2. Development of u-Food Quality Management Sensing and Sensor Network Technologies
○ Development of Convergent Technologies of RFID and Quality Sensing for Providing Information of u-Food Smart Quality/History
By combining non-destructive sensing technologies on food and RFID　 technology, we developed convergent technologies to provide information about production history of the products and the current status(freshness) in fresh food distribution by a customer or a manager. In the first year, we selected Korea beef cattle as an item from customer surveys and developed RFID-based technology and non-destructive sensing technology on beef freshness factors. And then we improved the sensing model on freshness factors and manufactured freshness measuring sensing system and conducted its function tests in the second year. In the following third and fourth years, we manufactured an experimental test product of smart freshness/history sensing system combining RFID information processing and sensing technologies and conducted its function tests. In the final year, we developed a practical test product of smart freshness/history sensing system on beef and a commercial model applied with beef history and freshness sensing technologies.

○ Development of Sensor Tag for u-Food Quality Management
We developed sensor tag to manage quality by monitoring distribution environments including temperature and humidity of fresh food products as End device of u-Food System. We developed a tester product of discrete type using MCU or PPGA and tested its functions. Finally, in order to raise its price competitiveness, we developed sensor tag and sensor reader for food quality management using commercial chips.

○ Development of USN-based Sensor node for Food Quality Management
We developed RFID/USN integrated wireless sensor node and middleware in order to monitor temperature and humidity in real-time during storage and distribution for managing quality of fresh food products. For technology of sensor node, we conducted researches on enhancement of information processing capability of sensor node and communicative capability between nodes and manufacturing smaller size of the products. For USN technology, we developed the wireless interface technology using Zigbee and RFID technologies. For lower power consuming technology, we focused on minimizing power consumption of sensor node and developed technologies of optimization of consumed power through wake-on technology and middleware.

○ Smart Distribution System of Fresh Food Products based on ICT
To manage quality of fresh food products, we developed practical technologies of smart quality distribution system to monitor information of temperature, humidity and location of fresh food products during process of transportation and distribution in real-time and to prevent inferior quality distribution environment during transportation process in advance. The u-Food smart distribution system consists of data-collecting and communication system to collect and provide information about location of vehicles and real-time distribution environments using GPS, CDMA and sensor tag for temperature and humidity and LBS-based quality distribution system to provide information about departure/arrival and distribution environments to stores using GPS data and Pre-Alert function in case of deviation of proper ranges of temperature and humidity or product delivery delay during distribution process.

3. Development of Intelligent Food Production and Distribution Environment Control System
This research was conducted to solve problems of history, quantity and quality management in the current second generation RPC. And, especially, a new RPC model, the third generation u-RPC model combining u-IT was developed in order to differentiate with foreign products through history tracking for strengthening competitiveness of Korean rice industry against exported rice products by WTO, to produce safe and higher quality rice and to strengthen price competitiveness through enhancing technologies.

○ Development of u-Production/Intake Management Model
For u-production/intake management model, namely, u-TIMSP(ubiquitous-Traceability & Intake Management System of Paddy), a portable quality measuring device using QI(Quality Index) and spectrometry was developed. For production history management, GIS/LBS-based mobile applications and web programs were developed, and then Intake scheduling algorithm and program for maximizing QI of each field in the area using QI and MAC(Max Coverage Algorithm) were developed.

○ Development of u-Processing Management Model
For u-processing management model, namely, E-YICS(Extended-Yield & Inventory Control System), it wad developed for liking with u-TIMPS and MMI(Man Machine Interface), monitoring and managing RPC process yield ratio and inventories, managing quantities and operational status of each facilities through remote control and monitoring by DSC(Drying & Storage Center) and building history and quality management system by lot linking with RTQMS.

○ Development of u-Distribution Process Management Model
For u-distribution management model, namely, RTQMS(Real Time Quality Management System), it consists　of NIR and on-line quality measuring system applied with machine vision, and measures class and main quality items of rice. It was developed for linking with history tracking system using QR/Bar code, u-TIMSP and E-YICS and for building history and quality management system by lot.

4. Development of Smart u-Food System
○ Development of Dynamic Quality Prediction Model
In order to monitor changing quality during food distribution process in real-time, a dynamic quality prediction model algorithm was developed to build TTT(Time Temperature Tolerance) data about chemical reactions(enzyme reaction, color destruction and nutriment destruction, etc.), increase of microbacteria and sensory changes in food products including fresh agricultural products(lettuce, onion, and egg, etc.) and processed products(milk and tofu, etc.) according to external environmental changes in food distribution process, to select quality index by food group based on the built DB and to predict food quality in changing temperature environments. For example, the first commercial tertiary model predicting growth of microbacteria in the actual distribution environment was developed in the world, and for accuracy of prediction of low temperature sterilized milk, the results were Bf=0.98 and Af=1.12.

○ Development of u-Food Smart Quality Monitoring System
By combining Iot(Internet of Things) and food quality prediction technology, we developed a new food distribution technology available for checking quantitatively production history, freshness and distribution temperature history and expiration date of food with smartphone, without unpacking anywhere and anytime. Monitoring system consists of RFID sensor tag, QR code, communication unit, middleware and portable terminal focusing on ROMS server containing quality prediction algorithm.

For operating the system, it consists of as follows: firstly (1) information about production history and early stage quality is saved in DB in food production stage and each product is attached with QR code in packing stage, (2) RFID sensor tag is attached on the products attached with QR code by unit of box or lot, and then mapping between QR code and RFID sensor tag are made and data on distribution history(temperature, location and time, etc.) during delivery, storage and display are delivered and saved to Cloud server through 3G internet network by CU(Communication Unit), (3) the quality of food is predicted based on food distribution history using quality prediction algorithm in the cloud server and finally, (4) customers and managers scan QR code on the products using smartphone, table PC or kiosk, contact to RQMS server and check information such as production history, freshness and distribution temperature history and expiration date quantitatively in real-time.

○ Development of Smart Storage Management System
By using RFID sensor tag and USN technologies, we developed the integrated ‘smart storage’ package available for web-based monitoring of inventories, history and environmental management including temperature and humidity in food storage anywhere and anytime by using portable terminals such as a smartphone.

○ Development of Industrially Applied Products Applying u-IT
Based on ‘Real-time Food Quality Monitoring Technology’, we development food inspection terminal and GUI integrated program. The Food inspection terminal, an Io-T based multiple functional and complex food inspector, was developed with functions as synchronous saving of temperature and image information of food/food material, 1D/2D bar code scanning, history management with RF tag reader, other managements with LCD touch panel, transmitting USN based measured data to server in real-time and ergonomic designs and strong external structure, saving time and cost for food inspection and raising efficiency of HACCP management. The GUI integrated program consists of ‘u-Food delivery food information S/W’ and ‘u-Food System supporting market food information inquiry S/W’; the former (1) reduces food QR information inquiry time as unified system for multiple QR codes and (2) saves time to input food information with u-HACCP record system for QR transaction document while the latter makes customers inquire food history information by using touch screen devices in food stores.

○ Development of Integrated Model of u-Food System
We developed a basic technology to monitor and manage information on the entire process from production to processing to distribution including production, quality, distribution, processing, safety and so on. For instance, we developed u-RPC, the next generation crop treatment plant, and this technology is expected to apply to the project of policies on raising competitiveness of rice production and industry.

(출처 : Summary)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 4
• Summary ... 11
• 목차 ... 20
• Table of Contents ... 21
• 제1장 u-Food System 구축 식품 정보 인프라 개발 ... 23
• 제1절 u-Food 시스템의 품질관리 및 센싱 기술 개발을 위한 적정 품질 인자 선정 ... 23
• 제2절 식재료의 품질 관리 인자 분석 및 평가 ... 143
• 제3절 품질관리를 위한 관리지표 설정 및 분석 ... 240
• 제4절 식품 정보 서비스 DB 구축 ... 257
• 제5절 u-Food의 미생물학적 위해인자 분석 ... 269
• 제6절 u-식품 정보 DB 프로그램 개발 ... 337
• 참고문헌 ... 519
• 제2장 u-식품 품질관리 센싱 및 센서네트워크 기술 개발 ... 531
• 제1절 u-식품 스마트 품질/이력 정보제공을 위한 RFID와 품질센싱 융합기술 ... 531
• 제2절 식품 품질관리용 센서태그 기술 개발 ... 598
• 제3절 식품 품질관리용 센서노드 기술 개발 ... 632
• 제4절 ICT기반 신선식품 스마트 유통 시스템 ... 653
• 참고문헌 ... 674
• 제3장 지능형 식품생산, 유통 환경 제어시스템 개발 ... 682
• 제1절 연구결과 ... 685
• 제2절 u-가공공정 모델 개발 ... 740
• 제3절 u-유통공정 모델 개발 ... 765
• 제4절 u-RPC 시범사업 개요 ... 780
• 제4장 Smart u-Food System 구축 모델 개발 및 산업화 ... 793
• 제1절 실시간 식품 품질 모니터링 예측 모델 개발 ... 793
• 제2절 실시간 식품 품질 모니터링 시스템 개발 ... 1026
• 제3절 Smart 저장 관리 시스템 개발 ... 1050
• 제4절 u-IT적용 산업화 응용제품 개발 ... 1106
• 제5절 u-Food System 통합 모델 개발 ... 1147
• 참고문헌 ... 1182
• 끝페이지 ... 1183