“김장철 불량 고춧가루, AI로 잡는다”…김치연, 비파괴·비접촉 신속검사 기술 개발

AI 영상기술 기반 불량 고춧가루 판별 모식도.

과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 세계김치연구소(소장 장해춘)는 하이퍼스펙트럴 영상(HSI)과 인공지능(AI) 기반 머신러닝 기술을 융합해 고춧가루의 불량 원료 혼입 여부를 비파괴·비접촉 방식으로 신속하고 정밀하게 판별할 수 있는 혁신 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

고추는 김치의 색과 맛을 결정짓는 핵심 원료로, 우리 국민의 연간 소비량이 약 20만 톤에 이른다. 하지만 건조나 저장 과정에서 곰팡이 감염, 변색, 부패 등이 발생할 수 있다. 품질이 저하된 원료가 정상 제품과 함께 유통되는 사례가 반복적으로 보고되고 있다.

이른바 '불량 고춧가루'는 미생물 오염으로 인해 아플라톡신 등 곰팡이독소를 생성할 수 있다. 이는 인체에 발암성과 신경독성을 유발할 가능성이 있어 식품 안전상 심각한 위해 요인으로 지적되고 있다.

기존의 불량 고춧가루 검사법(HPLC, GC-MS, PCR 등)은 높은 정확도를 확보할 수 있으나 시료를 파괴해야 하고 분석에 1~2일 이상이 소요되어 현장 실시간 검사나 대량 시료 검수에는 한계가 있었다. 신속하고 비파괴적인 품질 판별 기술 개발이 식품 안전을 위한 핵심 과제로 부상하고 있다.

초분광 영상 촬영 중인 세계김치연구소 연구진.

세계김치연구소 스마트공정연구단은 단파적외선(SWIR, 900-1700 nm) 영역의 하이퍼스펙트럴 영상기술을 활용해 고춧가루의 표면 반사 스펙트럼만으로 불량 원료 혼입 여부를 정밀 예측할 수 있는 AI 기반 분석 모델을 구축했다. 112개 파장 정보를 분석해 품질 변화를 가장 민감하게 반영하는 15개 주요 파장대를 자동 추출하고, 이를 서포트 벡터 회귀(SVR) 및 순환신경망(RNN) 모델에 적용해 정확도 98%, 예측 오차 5% 미만의 성능을 달성했다.

이 기술은 불량 원료의 혼입 비율을 정량적으로 예측할 수 있을 뿐만 아니라, 시료를 손상시키지 않으면서 수초에서 수분 내에 판별이 가능하여 김치 원재료 품질관리, 수입 고추의 위조 판별, 식품 원료 표준화 등 산업 현장에서 폭넓게 활용될 것으로 기대한다.

연구를 이끈 최지영 박사는 “이번 연구는 AI와 영상기술을 융합해 식품 품질을 신속하고 정밀하게 검증한 대표적인 융합 연구성과”라며, “앞으로 김치 원료뿐만 아니라 다양한 농식품 원료의 비파괴 품질검사 기술로 확산시켜 식품 안전성과 소비자 신뢰를 한층 높여 나가겠다”고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 식품과학 분야 국제학술지 'International Journal of Food Properties(IF 3.9)' 10월호에 게재됐다.

광주=김한식 기자 hskim@etnews.com