퍼듀 연구진, 새로운 지문 기술로 식품 사기에 대처

2023년 8월 3일

스위스 그뤼에르 치즈, 유기농 바닐라 추출물, 이탈리아 프로슈토 등 장인이 만든 음식을 사려고 가격을 지불한 만큼 얻었나요? 전 세계적으로 연간 400억 달러에 달하는 식품 사기가 발생하는 것으로 추정되는 상황에서 퍼듀대학교 연구진은 동일한 재료로 만들어졌지만 위치가 다른 식품을 구별할 수 있을 만큼 민감한 식품 "지문" 기술을 사용하고 있습니다.

미국 식품의약국(FDA)이 공식적으로 "경제적 동기가 있는 불순물"이라고 부르는 식품 사기는 제조업체가 올리브 오일을 식물성 기름으로 자르거나 사프란을 갈아서 식물 줄기로 대량 생산하는 등 더 가치 있는 재료를 더 저렴한 재료로 대체할 때 발생합니다. 식품은 글로벌 공급망을 따라 어디에서나 변경될 수 있으므로 잡기 힘든 범죄입니다. 부정직한 공급업체가 유사한 제품을 히말라야 바다소금이나 산 마르자노 토마토와 같은 더 비싼 제품으로 단순히 교환할 경우 진위 여부를 확인하는 것은 훨씬 더 어렵습니다.

퍼듀 대학교 컴퓨터 생명 과학 연구 교수인 Bartek Rajwa는 "동굴에서 2년 동안 숙성시킨 포르투갈산 방목 햄과 월마트에서 구매하는 햄의 차이점을 생각해 보세요."라고 말했습니다. "둘 다 돼지고기이고 같은 재료이지만 맛과 냄새, 식감이 아주 다릅니다. 이를 구별하려면 이러한 특성을 정량적으로 분석할 수 있는 시스템이 필요합니다. 큰 도전입니다."

Rajwa와 그의 팀은 식품 샘플의 원자 구성과 화학 구조에 대한 정보를 제공하기 위해 특허 출원 중인 두 부분으로 구성된 프로세스를 개발 중입니다. 이를 통해 성분, 준비 과정 및 잠재적으로 원산지를 정확히 찾아낼 수 있습니다.

독립형 방법으로 첫 번째 단계를 사용한 테스트에서 발표된 결과는 모조 바닐라 향료와 실제 바닐라 추출물을 구별하는 데 99% 정확했으며, 위스콘신에서 생산된 그뤼에르 스타일 치즈와 비교하여 "그뤼에르" 브랜드로 표시된 유럽 치즈를 식별하는 데 약 90% 정확했습니다. . 올해 초 Rajwa는 농업 및 식품 품질 및 안전을 감지하는 광광 계측 엔지니어 협회 XV 컨퍼런스에서 보다 정교한 두 부분으로 구성된 프로세스를 발표했습니다.

생물학적 분석 기술 전문가인 Rajwa는 식품의 박테리아 오염을 인식하는 시스템을 개발하는 과정에서 식품 인증 분야를 우연히 발견했습니다.

Rajwa는 "식품 과학 컨퍼런스에 참석하고 해당 분야의 리더들의 의견을 듣기 시작했는데, 그때부터 문제의 규모를 깨달았습니다."라고 말했습니다. "우리는 거의 눈에 띄지 않는 거대한 범죄 기업에 대해 이야기하고 있습니다. 대부분의 경우 유일한 피해는 프리미엄을 지불하고 품질이 떨어지는 제품을 얻는 것뿐이지만 심각한 피해를 입힐 수 있는 경우도 있습니다. "

질량 분석법, 형광 분광법, 액체 크로마토그래피를 포함한 많은 분광학 방법이 식품을 식별하는 데 사용됩니다. 그러나 Rajwa는 기존 방법 중 어떤 것도 완벽하지 않으며 대부분 어렵고 비용이 많이 들기 때문에 해당 분야에서 혁신을 위한 충분한 여지가 있다고 말했습니다.

이러한 과제를 해결하기 위해 Rajwa와 Purdue의 공동 작업자인 J. Paul Robinson과 Euiwon Bae는 재료 과학 및 야금학에 사용하기 위해 잘 개발되었지만 식품 과학에서는 일반적으로 사용되지 않는 방법인 레이저 유도 파괴 분광학(Laser Induced Breakdown Spectrosopy)을 사용했습니다. LIBS는 고출력 레이저를 사용하여 샘플 표면에 작은 플라즈마 기둥을 생성합니다. 플라즈마에서 방출되는 다양한 파장의 빛의 강도는 시료의 성분을 구성하는 원소의 유형과 비율을 나타내며 시료의 질감에 대한 귀중한 정보도 제공합니다. LIBS는 Rajwa 팀이 해당 작업을 위해 개발한 기계 학습 접근 방식을 통해 고유한 디지털 스펙트럼을 생성하며, 이를 지문으로 처리하여 테스트한 식품의 신원을 확인하는 데 사용할 수 있습니다.

Foods에 발표된 논문에서 팀은 알파인 스타일 치즈, 커피, 바닐라 추출물, 발사믹 식초 및 육두구, 후추, 강황과 같은 향신료의 여러 샘플을 테스트했습니다. 많은 식품에 대해 이 방법은 저렴한 휴대용 LIBS 기기를 사용하는 경우에도 매우 정확했습니다. 그러나 알파인 스타일 치즈와 같은 더 복잡한 식품의 경우 LIBS 스펙트럼만으로는 충분하지 않다고 Rajwa는 말했습니다.