실험 개요

Campden BRI는 80개국 이상에서 약 2,400여 개 회원사를 보유한 영국의 세계적인 식품·음료 연구 기관입니다. 약 15년 전부터 하이퍼스펙트럴 이미징 기술을 활용하여 식품 분석 기법의 고도화와 식품 이미징 응용 가능성 확대를 연구해 왔습니다. Campden BRI의 수석 과학자이자 이미지 분석 연구 책임자인 마틴 휘트워스 박사는 “SWIR 분광법은 농식품 분야에서 식품 및 성분 분석에 이미 널리 사용되고 있으며, 하이퍼스펙트럴 이미징은 복합 식품 내 수분과 지방의 분포를 시각적으로 분석할 수 있는 새로운 가능성을 제공한다”고 설명합니다.
・이 기술은 빵, 비스킷, 곡물, 육류, 생선, 제과류, 튀김류 등 다양한 식품의 분석에 적용되고 있습니다.

식빵 수분 분포

초콜릿 바의 구성 분석

본 사례는 시판 초콜릿 바를 대상으로 수행한 비교 분석 예시입니다. 일반적으로 정량 분석을 위해서는 각 구성 성분의 기준 샘플을 기반으로 한 보정 모델이 필요하지만, 특정 흡수 밴드의 강도를 시각화하는 것만으로도 성분 분포를 효과적으로 비교할 수 있습니다.

・측정 대상 성분에 따라 중요한 흡수 대역은 달라집니다. 예를 들어 결정형 수크로오스는 1435nm 부근에서 특징적인 흡수 피크를 가지며, 지방 성분에 포함된 CH2 결합은 1724nm 및 1762nm 부근에서 흡수 특성을 나타냅니다. 또한 물 분자의 OH 결합은 1925nm를 포함한 여러 SWIR 대역에서 특징적인 흡수 피크를 형성합니다.
・이미지에서는 지방 함량이 높은 영역을 빨간색, 결정형 수크로오스를 녹색, 수분을 파란색으로 표시하였습니다. 여러 성분이 혼합된 영역은 색상이 중첩되어 표현됩니다.
・예를 들어 견과류는 붉은색 계열로 표시되어 지방 함량이 높음을 나타내며, 캐러멜은 파란색 또는 보라색 계열로 표현되어 수분 함량이 높고 지방 함량은 상대적으로 다양함을 보여줍니다. 초콜릿 부분은 녹색, 노란색, 주황색 등으로 나타나며 지방과 결정형 수크로오스의 분포 차이를 확인할 수 있습니다. 이를 통해 서로 다른 시판 제품 간 재료 구성의 차이를 직관적으로 비교할 수 있습니다.

산업적 활용 및 확장 가능성

하이퍼스펙트럴 이미징 기술은 최근 식품 산업에서 빠르게 주목받고 있으며, 많은 기업들이 생산 라인에서의 실시간 품질 관리 적용 가능성을 검토하고 있습니다. 기술의 발전과 함께 시스템의 활용성이 높아지면서 앞으로는 더욱 다양한 분야에서 적용 사례가 확대될 것으로 기대됩니다. Campden BRI와 같은 연구 기관은 하이퍼스펙트럴 이미징의 가능성을 식품 업계에 소개하고 실제 적용 방법을 제시하는 중요한 역할을 수행하고 있습니다. 또한 식품 제조업체를 대상으로 사전 테스트 및 검증을 지원하여, 해당 기술이 제품 및 생산 공정에 적합한지 평가할 수 있도록 돕고 있습니다.