국내외 바이오 관련 동향 뉴스를 신속하게 제공합니다.
뉴스 농수식품
육류 신선도 측정 가능한 전자 코 실용화 기술 개발
Bio통신원(한국생명공학연구원)
- 등록2022.01.24
- 조회2512
- 육류 부패 시 발생하는 유해인자를 현장에서 실시간 측정 가능한 바이오나노 전자 코 기술 개발 및 기술이전
- 먹거리 안전과 식품 연관 산업의 다양한 분야에서 활용 기대
국내 연구진이 육류 신선도 측정이 가능한 바이오나노 전자 코 실용화 기술 개발에 성공하였다.
한국생명공학연구원(이하 생명연) 감염병연구센터 권오석 박사팀은 새로운 화합물을 통해 육류 부패 시 발생하는 유해인자들을 확인할 수 있는 휴대용 전자 코를 개발하였다고 밝혔다.
이를 통해 향후 먹거리 안전을 위한 실용화 기술로써 현장에 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
육류의 신선도를 확인하는 방법으로 관능검사, 생물학적 검사, 화학적 검사가 일반적으로 활용되고 있으나, 객관성이 떨어지거나 시간이 오래 걸리는 등으로 육류의 변질을 판단하기에는 어려움이 있다.
최근 이러한 단점을 극복하기 위해 빠르게 신선도를 측정할 수 있는 연구들이 진행되고 있으나, 이마저도 시스템이 복잡하고 측정 환경에 민감하여 통제된 환경에서만 사용할 수 있는 등 현장에서 활용하기에 한계가 있다는 지적이 있다.
육류가 부패하게 되면 악취가 발생하는데 이는 육류를 구성하는 단백질 아미노산이 변성되며 발생하는 카다베린과 푸트레신이라는 화합물(생체아민, Biogenic amines) 때문이다. 이런 물질을 사람의 코로 판별하려면 부패가 상당 기간 진행되어 이미 먹거리로서의 가치를 잃게 된다.
이에 연구팀은 카다베린과 푸트레신에 반응하는 화합물 2종을 새롭게 합성하고, 이를 바이오나노 센서에 적용하여 극미량의 생체아민만으로도 육류의 신선도를 측정할 수 있는 전자 코를 개발하였다.
또한, 카다베린과 푸트레신의 생성량 모니터링이 가능하게 하여 육류의 상태를 객관적으로 판단하고 관리 상태를 추적할 수 있게 하였다.
특히, 유심 교체형으로 전자 코를 설계하여 쉽게 센서 교체가 가능하고 소형배터리를 사용하여 휴대성을 높였다.
연구책임자인 권오석 박사는 “생체아민의 생성량 모니터링을 통해 육류의 신선도 측정뿐만 아니라, 온도, 습도 등 부패에 영향을 주는 다양한 요소의 상관관계를 분석하는 기초자료를 제공할 수 있게 되었다”라며, “향후 제품화를 통해 여름철 먹거리 안전에 기여하고 식품 연관 산업에서 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다.
한편, 개발된 기술은 기업에 기술 이전되어 제품 실용화를 준비하고 있다.
이번 연구는 Biosensors and Bioelectronics(IF 10.613) 2021년 12월 24일자 온라인 판에 게재되었으며,
(논문명 : In-situ food spoilage monitoring using a wireless chemical receptor-conjugated graphene electronic nose / 교신저자 : 권오석 박사 / 제1저자 : 김경호 박사과정생)
ㅇ 산업통상자원부 알키미스트 프로젝트사업, 농림축산식품부 스마트팜 다부처패키지 혁신기술개발사업, 과학기술정보통신부(한국연구재단) 바이오·의료기술개발사업과 국민생활안전긴급대응연구사업, 농촌진흥청 농업과학기술개발 공동연구사업, 생명연 주요사업의 지원으로 수행되었다.
연 구 결 과 개 요
□ 연구배경
○ 생체아민(Biogenic amines)은 아미노산이 박테리아의 탈카르복실화 반응으로 생성되는 독성 악취물질이며, 생체아민 간 독성 활성을 증가시키는 역할을 하며, 부패로 인한 유해 표적인자로 많이 활용되고 있다.
○ 부패는 사망 직후부터 진행이 되지만 극미량이 발생하므로 변화 감지를 하는 데 큰 어려움이 있다. 표적인자 감지를 위한 다양한 연구가 개발되었지만, 선택적 검출의 문제점이나 검출 범위의 한계가 존재함에 따라 극미량에서부터 변화를 감지할 수 있는 센서가 필요했다.
□ 연구내용
○ 본 연구팀은 기존에 그래핀 기반의 반도체소자에 새롭게 합성한 화합물을 결합하여, 극미량의 카다베린과 푸트레신을 구별하여 측정할 수 있는 전자 코를 개발함
○ 휴대용 전자 코를 통해 다양한 장소, 온도에 따라 유해인자 발생량 차이를 확인했으며, 육류의 관리 상태를 모니터링 할 수 있는 전자 장치를 개발함
○ 유심칩형 센서 부는 쉽게 관리할 수 있어 누구나 쉽게 교체할 수 있으며, 소형으로 제작된 전자 코는 다양한 곳에서 활용할 수 있도록 개발됨
□ 연구성과의 의미
○ 화합물 기반의 전자 코 활용성: 육류 유해인자 구별 검출 및 모니터링 센서 개발
- 본 연구의 전자 코는 신규화합물 2종을 통해 육류에서 생성되는 다양한 유해인자 중 두 개 인자를 특이적으로 검출할 수 있으며, 극미량의 냄새를 측정/모니터링 할 수 있는 전자 코이다. 또한, 다양한 환경에 따라 생성 변화량을 감지하였기에, 육류의 신선도 판별, 숙성/부패 기준의 기초가 되는 연구로 사료되며, 더 많은 유해인자를 측정/모니터링 할 수 있는 원천기술로써, 향후 식품 연관 전자 코 및 식품 산업의 활용 가치가 클 것으로 예상
연 구 결 과 문 답
이번 성과 뭐가 다른가
1. 기존에 측정할 수 없는 가스의 극미량 농도를 검출
2. 유심칩 형태의 센서 부로 교체가 쉬우며, 작은 규격의 전자 코로 휴대가 용이
3. 두 가지 생체아민에 대해서만 특이적으로 구별 검출이 가능
어디에 쓸 수 있나
1. 무후각증, 비염 등의 후각장애를 앓는 환자들의 식품 판별에 활용
2. 식품 보관 및 유통 간의 모니터링을 위한 기술에 활용
실용화까지 필요한 시간은
이번 연구결과는 A 주식회사로 기술이전 했으며, 화합물의 대량 생산 및 전자기기 생산에 대한 체계화 계획이 수립되면 빠른 시일 내에 가능할 것으로 사료됨
실용화를 위한 과제는
실용화를 위해서는 화합물의 scale-up 공정 검증 조건을 찾고 수율 검증이 수행되어야 하며, 반도체 장치 생산을 위한 부품 수급 및 제조가 원활히 이루어질 수 있는 여건이 형성되어야 한다고 생각함
연구를 시작한 계기는
본 연구진은 지속적으로 반도체 기반의 바이오센서를 개발해왔습니다. life-style 변화에 따른 음식 문화가 빠르게 변화되고 있는데, 이에 따라 다양한 질병 발병 사례들이 발생하게 되어 원인을 파악할 수 있는 센서를 개발하고자 시작되었습니다. 다양한 식품 중 육류를 선택하고, 다양한 유해인자에 대한 후보군 중 독성을 가짐과 동시에 타 독성의 활성을 높이는 두 표적인자를 찾았습니다. 그 표적인자를 신속 정확하게 모니터링할 수 있는 신규화합물을 발굴하여, 현장에서 활용할 수 있는 휴대용 전자 코를 개발할 수 있었습니다.
에피소드가 있다면
카다베린과 푸트레신은 탄소 원자 하나의 차이로 구별하여 검출하는 게 쉽지 않기 때문에, 수개월에 걸친 컴퓨팅 시뮬레이션으로 화합물 모델링을 통해 힘겹게 새로운 합성을 해냈지만, 세계 상위 수준의 저널들로부터 표적물질의 중복성으로 6번의 고비를 겪었지만, 7번째 화합물의 신규성, 검출 특이성, 전자 코 휴대성 등의 기술을 인정받아 게재할 수 있었습니다.
꼭 이루고 싶은 목표는
카다베린과 푸트레신 만으로는 다양한 식품 산업에 응용에는 한계가 있습니다. 그렇기에, 더 많은 유해인자를 검출할 수 있는 탐침부 개발과 동시에 다양한 유해인자들을 검출할 수 있는 플랫폼을 개발하여, 식품 안전에 기여할 수 있는 센서를 개발하는 것입니다.
신진연구자를 위한 한마디
국민과 정부가 요구하는 실생활에 유용한 물질을 개발할 수 있다는 자부심을 갖고 연구했으면 합니다. 또한, 융복합 연구를 위한 다양한 교류를 통하여 새로운 응용 분야를 개발에 힘쓰기를 응원합니다.
그림1. 휴대용 전자 코가 육류에서 발생하는 유해인자 확인 모식도
육류 부패 시 발생하는 푸트레신과 카다베린에 반응하는 합성화합물을 바이오나노 센서와 결합하여 육류 신선도 감별용 전자 코 개발
그림 2. 휴대용 전자 코 제작 및 반응 개요도
(위) 신규 화합물 2종과 카다베린 및 푸트레신 구조
(아래) 화합물 2종이 결합된 유심칩형 전자 코 실용화 기기
그림 3. a) 그래핀 소재 및 각 화합물이 결합된 전자회절 이미지
b) 그래핀 소재 및 각 화합물이 결합된 전자회절 표면 이미지
그림 4. a) 휴대용 전자 코 실용화 기판
b) 실제 고기 샘플에서 발생하는 생체 아민을 측정
c) 다양한 고기 및 부위에 따른 생체아민 측정 결과
d) 다양한 온도에서 생체아민 생성량 변화 측정 결과
본 기사는 네티즌에 의해 작성되었거나 기관에서 작성된 보도자료로, BRIC의 입장이 아님을 밝힙니다. 또한 내용 중 개인에게 중요하다고 생각되는 부분은 사실확인을 꼭 하시기 바랍니다.
[기사 오류 신고하기]
