비파괴 당도계 원리에 대해서

비파괴 당도계 원리에 대해서

1.측정의 원리

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이 장치에서는 당에 의한 빛의 흡수를 측정하여 당도를 추정합니다.

따라서 기본적으로는 광전비색계의 측정원리와 같습니다.

그러나 광전비색계를 사용하는 경우에는 치수가 규정된 석영유리의 각형 셀에 용액을 채워 측정해야 합니다.

램버트 베일의 법칙을 이용한 측정방법에서는 광로장(셀의 안치수), 대상물질의 측정파장에서의 흡광도, 용매의 흡광도 등을 미리 알고 있어야 하기 때문입니다.

따라서 대상물을 손상시키지 않고 이 방법을 사용하는 것은 상식적으로 어려우며, 파괴적 측정법으로 여겨져 왔습니다.

본 방식에서는 특정 파장의 빛을 과일 외피의 한 점에 조사하여 과육 내부에서 산란되는 빛을 조사점에서 거리가 다른 두 곳에서 관측함으로써 연산 결과로부터 광로장을 취소해 버립니다.

또 광전비색계에서는 용매만(대상물질 농도 0%)의 흡광도, 이른바 blank 측정을 실시할 필요가 있는데, 본 방식에서는 당 흡수파장 전후 파장으로도 동시에 측정함으로써 이와 동일한 작업을 하고 있습니다.

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본 방식의 가장 큰 특징은 대상물의 표면색이나 품종이 바뀌어도 검량선이 거의 변화하지 않는다는 것입니다.

즉, 사과의 경우라면 왕림(연두색)이나 후지(빨강)에서도 검량선에 차이가 없습니다.

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비파괴방식의 보급이 진행되지 않는 이유가 높은 가격에만 있는 것은 아니라고 생각됩니다.

종래의 방식으로는 과일의 종류나 품종이 바뀌면 검량선을 처음부터 다시 만들 필요가 있습니다.

더욱이 작년의 데이터는 그대로는 사용할 수 없습니다.

즉, 기본적으로 검량선은 매년 업데이트를 하지 않으면 안 되는 것입니다.

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이에 반해 본 방식으로는 공장 출하 시에 미리 작물별 데이터를 등록해 놓으면 고객은 즉시 측정이 가능합니다.

이는 기존 방식의 비파괴 당도계 상식을 뒤집는 것입니다.

고객이 품종별로 손이 많이 가는 검량선을 만들 필요는 없으며, 수확기의 바쁜 와중에 많은 과실과 시간을 검량선 작성을 위해 낭비할 필요가 없어집니다.

정밀도는 사과의 경우 표준 오차로 0.5% 정도입니다만 과일에 따라 다릅니다.

굴절률형 디지털 당도계(0.1~0.2%)에는 미치지 못하지만, 비파괴라는 장점이 매우 크며, 또, 종래의 제품보다 극히 저렴합니다.

이것은, 분광기등의 고가의 광학 부품이 원리적으로 필요 없기 때문입니다.

또한 할로겐 램프 등 백색 광원이 필요 없어 소비전력이 적고 공회전(할로겐 램프의 색온도 안정을 위한 예열)시간도 불필요합니다.

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2. 문제점

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새로운 방식의 당도계는 이렇게 뛰어난 특징을 가지고 있지만 한편으로는 단점도 있습니다.

우선 온도에는 매우 민감합니다.

당에 의한 빛의 흡수는 온도에 의존하기 때문에 대상물의 온도에 대하여 0.8brix/℃정도의 온도의존성이 있습니다.

이 때문에 대상물의 온도 관리는 지극히 중요합니다.

대상물의 온도를 알기 위해 측정 헤드 면에는 방사 온도계가 내장되어 있습니다.

그러나 방사 온도계로 측정할 수 있는 것은 표면의 온도 뿐입니다.

예를 들어 10℃에서 냉장된 사과를 25℃ 실내에 방치할 경우 중심까지 실온에 도달하려면 5~8시간이 걸립니다.

예를 들어 2~3시간 경과 시점에서 표면온도와 중심온도의 차이는 5℃ 이상이고, 이런 것들이 측정오차의 원인이 됩니다.

실제로는 후술의 이유로 중심부까지 측정하고 있는 것은 아니므로 중심부와 표면부의 온도차가 직접 나는 것은

아니지만 온도가 안정되지 않은 상태에서 측정하면 1~2brix정도의 오차가 있을 수 있습니다.

따라서 주위온도(즉 표면온도)가 급변할 수 있는 환경에서의 측정은 피해야 합니다.

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다음으로 미약한 LED 광원으로 측정하고 있기 때문에 센서 측은 극히 고감도입니다.

주위가 너무 밝으면 광량 과잉으로 경고가 나옵니다.

형광등의 빛이라면 전혀 문제는 없지만 태양광은 이길 수 없습니다.

야외에서 측정할 때는 주의가 필요합니다.

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3.측정 범위

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본 방식으로 측정하고 있는 것은 헤드 중심을 끝점으로 하는 직경 약 30mm 정도의 구상 부분입니다.

즉, 과실 전체를 측정하고 있는 것은 아니고, 한정된 범위의 평균 당도를 측정하고 있습니다.

사과의 경우는, 주위를 빠짐없이 측정했을 경우, 보통 0.5~1도 정도의 차이가 납니다.

재배 시의 일조방향에 원인이 있을 것으로 생각됩니다만, 노지의 경우는 많든 적든 비슷한 경향이 있을 것으로 생각됩니다.

그러나 배는 사과 정도의 큰 차이는 확인되지 않고 있습니다.

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측정 시험에서는 직경 35mm×깊이 15mm의 원주형 샘플을 도려내어 문질러 brix당도로 만들었습니다.

따라서 측정 당도와의 상관관계란 이 범위와의 상관관계를 가리킵니다.

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※일반적으로 과일은 표피 부근이 가장 당도가 높고 중심 부근이 낮아집니다.

직경 35mm×깊이 표피에서 15mm의 과육으로 조정하고 있습니다만, 반드시 이 사이즈에 맞추어 오프셋을 조정할 필요는 없습니다.

오프셋 조정할 때의 샘플 잘라내는 방법(면적과 깊이)이 항상 같다면 문제가 없습니다.

사용자께서 익숙한 방법으로 조정하셔도 됩니다.

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N-1로 측정 가능한 과일

N-1은 그 측정원리와 기계적인 제약으로 껍질이 두꺼운 과일이나 너무 작은 과일의 당도를 측정할 수 없습니다.

자주 N-1에서의 측정 대응을 문의하시는 과일로서 수박 멜론 감귤류 딸기 바나나 방울토마토등이 있습니다만,

상기의 이유로 인해, 이것들은 측정의 대상이 되지 않는 것을 양해 부탁드립니다.

N-1은 그 사양상 껍질이 얇고 내부 조직이 균일한 것만 당도 측정이 가능합니다.

껍질이 두꺼운 것 또는 내부 조직이 균일하지 않은 빛의 산란이 작은 것, 단순히 크기가 너무 작은 것(직경)

40mm 이하)는 측정이 불가능합니다.

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비파괴당도계 N-1로 측정 가능한 과일 목록

사과

복숭아

망고

무화과

배

감

토마토(시험판매)

자두(시험판매)

샤인 머스캣(시험 판매)

참외(시험판매)

비파(시험판매)

체리(시험판매)

대추(시험판매)

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사용시 주의사항 과 필수 사항

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① N-1은 그 측정원리에 따라 과일내부와 표면에 온도차가 있을 경우 오차의 원인이 됩니다.

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② N-1은 공장 출하 설정 그대로 사용하면 실제 당도와 몇 번의 차이가 날 수 있습니다.

사용 시작 전에는 반드시 파괴형 Brix 당도계와 여러 개의 과일을 이용해 실제 당도와의 차이를 비교하고 오프셋 조정을 해야 합니다.

이 작업은 매 시즌마다 수행해야 합니다.

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③ 직사광선 하에서는 측정 오류가 발생할 수 있습니다.

그 경우는 그늘로 이동하거나, 부속의 차광 후드를 사용해 주세요.

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④ N-1의 측정 범위는 헤드 끝보다 대략 직경 30mm, 깊이 15mm 정도입니다.

크기가 큰 과일의 전체 당도를 측정하려면 여러 부위를 측정하여 해주셔야 합니다.

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⑤ 측정할 과일의 크기는 직경 40mm, 무게 약 100g 이상이 소요됩니다.

미숙하고 과육이 딱딱한 것, 과숙하고 과육이 부드러운 것 등은 측정 오차의 원인이 됩니다.

 

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