분광법을 이용한 무정란의 부화 중 조기 검출과 저장 중 신선도 측정 기술 개발

Abstract

부화장에서 정상적인 부화 여부를 판별하기 위한 1차 검란은 일반적으로 5일∼7일 이후에 인력에 의해 수행되며, 무정란과 배아가 발생하지 않은 알들은 모두 폐기 처분된다. 미발생란을 보다 더 빠른 시간(3일 이내) 안에 자동 검출할 경우 부화에 소요되는 인력 및 에너지의 감소 효과와 무정란을 다른 용도로 활용할 수 있음을 기대할 수 있다. 본 연구는 기존의 과실을 비롯한 농산물 비파괴 품질판별에 적용되고 있는 분광분석법과 의료 진단에 사용되는 MRI 기술을 이용하여 무정란(배반의 미발생란 포함)의 조기 판별 기술을 개발하고 나아가서 분광분석법을 이용하여 무정란의 신선도 측정기술을 개발하는데 목적이 있으며 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 부화 중인 계란을 대상으로 투과 스펙트럼을 측정하기 위해 청색 LED와 녹색 LED로 구성되는 가시광 대역 광원 장치와(광원A) 할로겐램프를 추가한 가시 및 근적외선 대역의 광원 장치(광원B)를 구성하고, 산란계인 하이라인 브라운종의 갈색란을 대상으로 측정한 투과 스펙트럼을 이용하여 유·무정란 판별을 위한 PLS-DA모델을 개발하였다. 개발된 PLS-DA 판별 모델에서 가시광 영역(440∼800nm)의 경우에는 부화 40시간부터, 가시/근적외선(440∼950nm) 영역의 경우에는 부화 22시간부터 유·무정란 판별율이 90%정도로 나타났으며 시간이 지날수록 판별율이 약간 증가하고 모델의 안정성이 향상되었다. 결과적으로 부화 56시간 정도에서 판별율이 92%이상 되는 것으로 판명되었다. 이와 같은 조기 판별 결과는 광원 장치에서 450nm 대역의 청색 광원을 강화하고, 본 연구에서 개발한 원시 스펙트럼을 이용한 정규화 전처리와 관계가 깊은 것으로 생각된다. 2. 1.0T MRI 장비를 이용하여 TR=14ms, TE=4ms, Flip angle=20°으로 설정하고 축 방향의 64개 슬라이스 영상을 측정하였다. 부화 중 노른자 형상의 변화를 정량화하기 위해 노른자의 윤곽선 추출 및 추출한 영상의 중심(centroid), 원형도, 장단축 비 등을 분석할 수 있는 영상 처리 알고리즘을 개발하였다. 계란 중앙 부위 슬라이스의 평균 영상 정보를 이용하여 노른자의 원형도와 장단축 비 등의 형상 지수를 구하고, 유·무정란을 판별한 결과 판별율은 부화 72시간에서 각각 98.3% 및 95%를 나타내었다. 3. MR 영상 분석에서 구한 노른자의 장단축 비와 가시/근적외선 영역에서 얻은 스펙트럼을 PLSR을 이용하여 예측한 결과 R와 SEP가 각각 0.46132, 0.11634이었다. MR 영상을 이용한 형상 지수 분석 결과와 연계하여 유·무정란 판별을 위한 PLSR 모델 개발에 있어 추가적인 연구는 모델의 성능 향상을 위해 필요할 것으로 판단된다. 4. 무정란의 신선도(호우유닛, HU)를 예측하기 위해 가시/근적외선 광원 장치를 구성하고, 갈색란과 백색란을 대상으로 투과 스펙트럼을 측정하여 PLSR 모델을 개발하였다. 갈색란에서 HU 예측 결과는 =0.72132, SEP=8.84, bias=0.11729, 오차 13.63%이었으며, 백색란의 경우 =0.92162, SEP=5.27, bias=0.26917, 오차=8.70%이였다.