국내 연구진이 병을 열지 않고도 식용유 속 오메가3 지방산 함량을 실시간으로 측정하는 획기적인 기술을 개발했습니다.
차세대 기술로 주목받는 테라헤르츠파를 이용한 이 비파괴 분석법은 기존 방식의 높은 비용과 시간적 한계를 극복할 대안으로 떠오르고 있습니다.
본 기술은 식품 산업의 품질 관리를 혁신하고 소비자의 알 권리를 보장하는 데 크게 기여할 것으로 기대됩니다.
현대인의 건강에 필수적인 영양소로 손꼽히는 오메가3 지방산은 체내에서 자체적으로 합성되지 않아 반드시 식품을 통해 섭취해야 합니다. 특히 식물성 오메가3인 알파리놀렌산(ALA)은 혈중 중성지방 감소, 혈관 기능 개선, 항염증 효과뿐만 아니라 알츠하이머병 예방 및 암세포 억제 등 다양한 건강상 이점을 제공하는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 이유로 알파리놀렌산이 풍부하게 함유된 들기름과 같은 식용유는 건강식품으로 높은 인기를 누리고 있습니다. 하지만 시중에는 실제 들기름 함량이 낮은 유사 제품이 유통되는 경우가 있어 소비자들이 제품 라벨만으로 정확한 오메가3 함량을 파악하기는 어려운 실정이었습니다. 정확한 함량 정보는 소비자의 건강과 직결되는 중요한 문제이지만, 지금까지 사용된 분석 기술은 여러 제약을 가지고 있었습니다.
오메가3 지방산의 중요성과 기존 분석법의 한계
알파리놀렌산은 우리 몸의 세포막을 구성하고 염증 반응을 조절하는 등 필수적인 생리 기능을 담당합니다. 식품의약품안전처에서는 성인 기준 하루 0.6~1g의 오메가3 섭취를 권장하고 있으며, 이는 건강한 삶을 유지하기 위한 최소한의 기준으로 여겨집니다. 특히 전체 지방산의 약 60%가 알파리놀렌산으로 구성된 들기름은 최고의 식물성 오메가3 공급원 중 하나로 인정받고 있습니다. 그러나 일부 제품은 향미유 등을 혼합하여 '들향기름'이라는 이름으로 판매되며, 실제 알파리놀렌산 함량은 20% 이하에 불과한 경우가 많아 소비자의 현명한 선택이 요구됩니다. 소비자가 정확한 정보를 바탕으로 제품을 선택하기 위해서는 신뢰할 수 있는 성분 분석 데이터가 필수적이지만, 기존의 표준 분석 방법들은 현장에서 즉각적으로 활용하기에는 여러 어려움이 있었습니다.
전통적으로 오메가3 함량을 분석하는 데 사용된 핵자기공명(NMR)이나 가스 크로마토그래피(GC)와 같은 기술은 매우 정밀한 결과를 제공한다는 장점이 있습니다. 하지만 이러한 기술들은 고가의 장비를 필요로 하며, 분석을 위해 시료를 화학적으로 처리하는 복잡한 전처리 과정을 거쳐야 합니다. 이 과정에서 시료가 파괴되는 것은 물론, 분석 한 건을 완료하는 데 수 시간에서 수 일이 소요되어 실시간 품질 관리에 적용하기에는 부적합했습니다. 또한, 전문적인 기술과 지식을 갖춘 인력만이 장비를 운용할 수 있다는 점도 산업 현장에서의 광범위한 활용을 가로막는 장벽으로 작용했습니다. 이러한 한계점들은 다음과 같이 요약할 수 있습니다.
- 높은 분석 비용: 고가의 분석 장비와 유지보수 비용이 발생합니다.
- 장시간 소요: 복잡한 시료 전처리 과정으로 인해 분석에 많은 시간이 걸립니다.
- 시료 손상 발생: 분석 과정에서 시료가 화학적으로 변형되거나 파괴됩니다.
- 전문 인력 필요: 장비 운용 및 데이터 해석을 위해 고도로 훈련된 전문가가 필수적입니다.
차세대 비파괴 분석 기술, 테라헤르츠파의 원리
기존 분석 기술의 한계를 극복할 대안으로 '테라헤르츠 시간영역 분광기술(THz time-domain spectroscopy, THz-TDS)'이 새롭게 조명받고 있습니다. 테라헤르츠파(THz)는 전자기파 스펙트럼에서 마이크로파와 적외선 사이에 위치하는 0.1~10 THz 주파수 대역의 파동을 의미합니다. 이 영역의 전자기파는 엑스레이(X-ray)와 달리 에너지가 낮아 인체에 무해하며, 플라스틱이나 종이, 유리 등 비금속 물질에 대한 투과성이 뛰어나다는 특징을 가집니다. 이러한 특성 덕분에 테라헤르츠파는 내용물을 포장재에서 꺼내지 않고도 내부를 들여다볼 수 있는 강력한 도구로 활용될 수 있습니다. 특히 시료를 손상시키지 않는 '비파괴' 방식이라는 점은 식품, 의약품, 반도체 등 다양한 산업 분야에서 품질 검사 기술의 혁신을 가져올 잠재력을 지니고 있습니다.
테라헤르츠파는 물질의 분자 구조 및 분자 간 상호작용에 매우 민감하게 반응합니다. 특정 분자는 테라헤르츠파 대역에서 고유의 흡수 스펙트럼을 나타내는데, 이를 '지문'처럼 활용하여 물질의 구성 성분을 파악할 수 있습니다. THz-TDS 기술은 시료에 짧은 테라헤르츠 펄스를 방사한 후, 시료를 투과하거나 반사된 파동의 시간 지연과 진폭 변화를 정밀하게 측정합니다. 이 데이터를 분석하면 빛이 물질 속에서 얼마나 느려지는지를 나타내는 '굴절률'과 빛이 얼마나 흡수되는지를 보여주는 '흡수 계수'를 얻을 수 있습니다. 이러한 광학적 특성 값들은 물질의 화학적 구성과 물리적 상태에 따라 달라지므로, 이를 통해 특정 성분의 함량을 정량적으로 분석하는 것이 가능해집니다. 테라헤르츠 기술의 핵심 장점은 다음과 같습니다.
- 인체 무해성: 비전리 방사선으로 인체에 안전하여 의료 및 식품 분야에 적합합니다.
- 우수한 물질 투과성: 포장재를 개봉하지 않고도 내부 성분 분석이 가능합니다.
- 비파괴/비접촉 측정: 시료를 손상시키거나 오염시킬 우려 없이 원상태 그대로 분석합니다.
- 높은 민감도: 분자 구조의 미세한 변화까지 감지하여 정밀한 성분 분석을 지원합니다.
테라헤르츠 기술의 실효성 입증: 연구 결과와 의의
연세의료원-생명공학연구원 메디컬융합연구소 공동 연구팀은 테라헤르츠 기술이 식용유의 오메가3 함량을 실제로 측정할 수 있는지 검증하기 위한 연구를 수행했습니다. 연구팀은 알파리놀렌산 함량이 각각 다른 들기름(약 58.5%), 콩기름(약 8.0%), 옥수수유(약 3.6%)를 대상으로 기존의 핵자기공명 분석법과 테라헤르츠 시간영역 분광기술을 순차적으로 적용하여 그 결과를 비교 분석했습니다. 연구 결과, 테라헤르츠 기술은 기존의 정밀 분석법과 거의 동일한 수준의 정확도로 각 식용유의 알파리놀렌산 함량을 성공적으로 측정해냈습니다. 이는 테라헤르츠 기술이 복잡한 혼합물인 식용유 내 특정 지방산의 함량을 구별해낼 수 있는 신뢰성 높은 도구임을 입증한 것입니다.
이번 연구의 핵심적인 발견은 알파리놀렌산 함량이 높을수록 테라헤르츠파의 굴절률과 흡수 계수가 비례하여 증가한다는 사실을 확인한 것입니다. 즉, 오일의 종류에 따라 테라헤르츠파가 반응하는 특성이 명확하게 달라지며, 이 차이를 정량적으로 측정함으로써 오메가3 함량을 정확하게 역산할 수 있다는 원리를 규명했습니다. 이는 복잡한 계산이나 화학적 전처리 없이, 순수하게 광학적 신호만으로 성분 함량을 빠르고 간편하게 알아낼 수 있는 새로운 길을 연 것입니다. 연구팀은 여기서 더 나아가, 기름이 담긴 병을 개봉하지 않은 상태에서 테라헤르츠파를 병에 쏘고 반사되는 신호를 측정하는 실험까지 성공적으로 마쳤습니다.
기름병 외부에서 측정한 테라헤르츠파의 반사율은 내부 오일의 알파리놀렌산 함량에 따라 뚜렷한 차이를 보였습니다. 이 결과는 식품 제조 공정에서 생산 라인을 멈추지 않고도 실시간으로 제품의 품질을 검사하거나, 유통 과정에서 소비자가 제품을 개봉하기 전에 성분 함량을 확인할 수 있는 혁신적인 가능성을 제시합니다. 오승재 교수는 “이번 연구는 샘플 전처리 없이 병에 담긴 채로 오메가3 함량을 비접촉, 비파괴적으로 실시간 검증할 수 있는 가능성을 열었다”고 평가하며, 테라헤르츠 기술의 새로운 응용 분야를 개척한 연구로서 그 의의를 강조했습니다. 본 연구 결과는 국제학술지 'npj 식품과학(npj Science of Food)'에 게재되어 학술적 가치를 인정받았습니다.
마치며
이번 연구는 테라헤르츠라는 첨단 기술을 활용하여 식품 성분 분석 분야에 새로운 패러다임을 제시했습니다. 병을 열지 않고도 단 몇 초 만에 식용유의 오메가3 함량을 정확하게 파악할 수 있는 이 기술은 기존 분석법의 시간적, 비용적, 물리적 한계를 모두 극복한 혁신적인 성과입니다. 이는 단순히 학술적 성과에 그치지 않고, 식품 제조업체의 품질 관리 시스템을 획기적으로 개선하고 최종적으로는 소비자가 더욱 신뢰할 수 있는 제품을 선택할 수 있도록 돕는 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.
앞으로 이 기술이 상용화되어 식품 생산 라인이나 품질 검사소, 더 나아가 대형 유통 매장에까지 보급된다면, 우리는 제품의 포장지에 적힌 성분 함량을 이전보다 훨씬 더 신뢰할 수 있게 될 것입니다. 소비자로서는 건강에 유익한 고품질의 제품을 현명하게 선택할 수 있는 강력한 도구를 얻게 되는 셈입니다. 테라헤르츠 기술이 열어갈 투명하고 건강한 식품 시장의 미래를 기대하며, 관련 기술의 지속적인 발전을 주목할 필요가 있습니다.
