전기전자/정보통신

Nikkei Electronics_2022.9 Emerging Tech (78~87)

‘맛’을 측정하는 식품 DX
기린과 이토츄상사, 잇따라 미각센서 시장에 참여

“최근에는 소비자의 요구가 다양해지면서, 식품의 개발 및 판매 사이클이 짧아졌다. ‘경험과 감’만으로 상품을 기획하거나 개발하는 것은 어렵게 되었다. 그것을 뒷받침하는 맛의 데이터가 중요해지고 있다”(이토츄상사(伊藤忠商事))

미각센서는 사람의 혀를 모방한 구조로 식품에 포함된 다양한 기본 맛의 강도를 측정하는 센서이다. 지금까지는 식품 개발 공정에서 맛의 분석에 이용되어 왔지만, 향후에는 각 상품의 센싱 데이터를 데이터베이스화해 활용하는 움직임이 강해질 전망이다.

그 이유는 앞에서 소개한 이토츄상사의 발언과 같이 음식의 퍼스널라이즈화가 진행되고 있기 때문이다. 음식의 퍼스널라이즈화란 누가 어떤 음식을 구매하는지(선호하는지)를 분석해 개인의 건강 상태 등의 관점에서 최적의 식품을 제안하는 콘셉트를 말한다.

식품 구매 데이터를 바탕으로 영양소의 불균형은 없는지 등을 분석하는 툴 'SIRU+(실루타스)' 등이 한 예이다. 이러한 음식의 퍼스널라이즈화에 앞으로는 맛에 대한 정보도 더해져, 소비자 요구에 기반한 맛을 제안하는 서비스가 나올 것으로 전망된다.

-- 기본 맛 5가지로 식품의 맛 측정 --
AISSY(도쿄)는 미각센서 ‘레오’를 개발해 식품 제조사의 의뢰로 맛의 수탁 분석 및 컨설팅을 실시하고 있다. 맛에는 빛의 3원색과 마찬가지로 기본이 되는 맛이 있으며, 각 기본 맛의 강도를 측정하는 것이 미각센서이다.

기본 맛은 ‘신맛’ ‘짠맛’ ‘단맛’ ‘쓴맛’ ‘감칠맛’ 등 5가지이다. 기본 맛의 강도를 알 수 있는 단서가 되는 것이 식품에 포함된 성분이다. 사람이 짠맛이나 단맛을 느끼는 것은 혀의 맛 세포에 나트륨이온(Na+)이나 당 등이 수용되기 때문이다. 따라서 어떤 물질에 포함된 Na+이나 당 등의 물질량을 검지한다면 짠맛이나 단맛의 강도를 추정할 수 있다.

AISSY의 미각센서는 각 기본 맛에 맞는 5종류의 센서가 사용되고 있다. 우선 신맛과 짠맛은 수소이온(H+)이나 Na+과 같은 이온에서 유래하기 때문에 신맛센서와 짠맛센서는 이러한 이온의 수용체다. 수용체가 이온을 수용하게 되면 전극 안팎에 전위차가 발생한다. 이 크기를 측정해 물질량을 감지하는 것을 포텐셔메트릭 방법이라고 한다.

한편 단맛은 이온이 아닌 과당(프럭토스) 등의 분자에서 유래한다. 분자이기 때문에 전하를 가지지 않아, 수용체가 수용해도 전위차는 생기지 않는다. 이 때문에 센서 면에 특정 분자를 산화 환원 반응시키는 효소를 탑재한다.

센서에 수용된 당을 산화환원하고 전자를 발생시켜 전극에 흐르는 전류량의 크기를 검지해 물질량을 구한다. 이것을 암페로메트릭 방법이라고 한다. 쓴맛과 감칠맛은 이온과 분자에서 유래하기 때문에 AISSY는 각 센서에 양쪽 방식을 채택했다.

이렇게 각 성분 데이터를 취득한 후 뉴럴 네트워크로 맛의 상호작용을 고려하거나 사람의 관능 데이터와 대조해서 분석해 기본 맛의 데이터를 출력한다.

AISSY의 스즈키(鈴木) 사장에 따르면, 암페로메트릭 방법을 미각센서에 탑재한 곳은 AISSY뿐이라고 한다. “측정이 곤란한 단맛을 매우 높은 정밀도로 측정할 수 있다는 것이 강점이다”(스즈키 사장)라고 한다.

원래 암페로메트릭 방법은 바이오센서 등 의학 분야에서 성장해온 기술로, 포텐셔메트릭 방법과 비교해 기기 구현이 복잡하고 어렵다. 게이오기주크(慶応義塾)대학 발 벤처인 AISSY는 대학 내 응용 화학계 및 의학계의 지식을 활용해 실용화에 이르렀다.

-- ‘첫 맛’과 ‘뒷맛’을 각각 판정 --
AISSY와 함께 미각센싱 연구의 일익을 담당하는 곳이 인텔리전트센서 테크놀로지(가나가와 현)이다. 이 회사의 미각센서 ‘TS-5000Z’는 기본 맛을 한층 더 세분화해, 최대 9 종류의 미각 항목을 측정할 수 있다는 강점이 있다. 인텔리전트 센서 테크놀로지는 모든 미각 항목 측정에서 포텐셔메트릭 방법을 채택했다.

하지만, 단맛의 원인 물질은 이온이 아니기 때문에 장치가 필요하다. 센서 표면에 단맛의 원인 물질과 선택적으로 반응하는 물질을 미리 흡착시켜 놓는 것이다. 여기에 글루코스와 같은 단맛의 원인 물질이 닿으면 이 물질이 원인 물질의 주위를 둘러싸듯 움직인다. 이때 생기는 전기적인 상태 변화를 검지해 전위의 변화로서 읽어낼 수 있다.

또 다른 강점은 식품을 입에 넣는 순간의 첫 맛과 삼킨 뒤에 남는 뒷맛을 각각 인식할 수 있다는 점이다. 먼저 맛을 측정한 후에 미각센서를 기준 전위의 용액으로 간단히 세척. 이때의 세척은 사람의 '삼키기'를 재현한 것으로, 삼킨 후 입안에 물질이 남아있는 것과 마찬가지로 굳이 센서 상의 쓴맛 물질 등을 완전히 세척하지 않는다. 세척 후 다시 센싱하여 뒷맛을 측정한다.

TS-5000Z는 지금까지 기업용으로 600대 이상이 판매되었다. 식품 개발 외에 품질관리에서도 사용되고 있다고 한다.

-- ‘맛’은 박테리아에게 물어봐! --
이 두 회사의 미각센서는 모두 사람의 혀 구조에서 착상을 얻은 것으로, 인공 세포막의 전기신호를 측정해 맛을 측정하고 있다. 이와는 원리적으로 전혀 다른 방법으로 맛을 파악하는 것이 정보통신연구기구(NICT)의 바이오센서이다. NICT 미래ICT연구소 바이오 ICT 연구팀은 용액 내 수천 마리의 박테리아 움직임을 관찰함으로써 식품의 종류 등을 맞추는 식별 기술을 개발했다.

이 기술은 박테리아가 가진 '주화성(走化性)'의 성질을 기본원리로 삼고 있다. 박테리아는 자신에게 바람직한 물질(유인물질)이 있으면 편모를 시계 반대방향으로 회전해 접근하고, 바람직하지 않은 물질(기피물질)이 있으면 편모를 시계방향으로 회전해 멀어진다. 따라서 박테리아 편모의 회전 방향을 보면 주위 물질이 유인물질인지 기피물질인지를 맞출 수 있다.

연구팀은 이 기술을 발전시켜 수천 마리의 박테리아(대장균)의 움직임을 분석해 복잡한 용액 추정을 실시하고 있다. 관찰하는 것은 편모의 회전 방향의 시간 추이이다. 용액을 제공한 후 600초 간 시계방향 회전을 나타내는 개체 비율의 추이를 측정하여 용액 별로 데이터베이스화한다.

데이터베이스화한 후 정체불명의 물질을 제공했을 때 편모의 움직임을 관찰하고 축적된 데이터 대조해 물질을 특정하는 구조이다. 추정에는 베이즈 추론과 기계학습이 활용되었다.

현재 개발 단계인 이 기술은 식품의 신제품 개발에 이용될 것으로 전망된다. 사람이 맛있다고 느끼는 물질에 대한 박테리아 반응의 특징을 발견한다면 그것이 맛의 지표가 될 수 있다. 박테리아 반응을 바탕으로 새로운 맛있는 식품을 효율적으로 개발할 수 있을 것으로 연구팀은 기대하고 있다. 현재는 식품업체 등 공동 연구처를 찾고 있는 단계라고 한다.

-- 이토츄상사, 맛의 데이터베이스를 서비스화 --
미각센서로 취득한 맛의 데이터베이스를 활용해 상품 기획 및 개발 프로세스를 효율화하는 조류가 강세를 보이고 있다. 이것을 주도하는 곳이 이토추상사이다. 이토추상사는 2021년 7월, 식품의 DX 지원 서비스 ‘FOODATA’ 제공을 개시. 이토엔(伊藤園) 등 대형 식품 제조사 및 프라이빗브랜드를 운영하는 대형 소매업체로부터 많은 문의가 들어오고 있다고 한다.

이러한 서비스 등장의 배경에 있는 것이 최근에 급속히 진행되고 있는 상품 사이클의 짧은 주기화이다. SNS의 보급과 마케팅 방법의 다양화로 소비자의 기호가 빠르게 바뀌게 되었다. 향후 식품업체들에게는 이와 같은 소비자의 변화에 대응하는 상품 개발이 요구될 것이다.

제품의 기획과 개발 프로세스도 재검토할 필요가 있었다. “지금까지 의존해온 ‘감과 경험’의 기획·개발로는 원활하게 상품을 만들어 낼 수 없다”(이토츄상사)라는 이유 때문이다.

'감과 경험'은 주관적인 정보이기 때문에 예를 들어, 베테랑 직원이 강하게 자신의 감상을 주장한다고 해도 쉽게 통하지 않게 된다. 객관적인 증거 확보 등에는 시간이 소요되기 때문에 결과적으로 출시 타이밍을 놓칠 수 있다. 이래서는 히트 상품을 개발할 수 없다.

-- 맛 데이터를 상품 콘셉트의 근거로 --
이토추상사가 중심이 되어 제공하는 FOODATA에는 10만 품종 이상의 맛 데이터베이스를 비롯해 POS 데이터, 소비자 조사 결과, SNS 데이터 등이 등록되어 있다. 계약한 식품업체는 이러한 데이터를 신속하게 입수할 수 있어 상품 기획 및 개발에 활용할 수 있다. “사람의 감과 경험을 부정하는 것이 아니라, 그 근거를 마련함으로써 신속한 의사결정을 지원하는 것이 목적이다”(이토추상사).

맛의 정량적 시장 분석은 FOODATA가 처음은 아니다. 대형 식품업체들도 지금까지 독자적인 시장 조사를 실시해 왔다. FOODATA가 이들과 다른 점은 각 데이터베이스를 통합해 분석함으로써 상품의 맛과 소비자의 선택 경향에서 인과관계를 찾아내는 점이라고 이토추상사는 강조한다

-- 개인의 선호하는 맛을 진단 --
FOODATA에 맛 데이터를 제공하는 아지카오리전략연구소(味香り戰略硏究所, 도쿄)는 인텔리전트센서테크놀로지의 미각센서로 분석하고 있다. 식품 제조사 등의 의뢰로 맛을 수탁 분석하고 자체적으로 구입한 식품도 분석해 독자적인 맛 데이터베이스를 구축하고 있다.

아지카오리전략연구소는 이토츄상사의 FOODATA와는 별개로 단독으로 식품 제조사의 컨설팅 사업을 전개하고 있다. 향후 주력해나가려는 것은 식품업체의 해외 판로 구축을 위한 맛 설계 지원이다.

일본인과 다른 미각을 가진 현지인을 대상으로 어떤 맛을 선호하는지 등을 조사한 후, 현지에서 받아들일 수 있는 맛으로 어레인지하는 것을 지원하는 것이다. 기술에 관한 상세한 내용은 비공개이지만, “추정 알고리즘은 이미 완성되었다”(아지카오리전략연구소의 고야나기(小柳) 대표이사)라고 한다.

-- 기린×메이지대학, 전기 미각 디바이스 개발 --
건강식, 간병식, 푸드로스 문제 등 음식에 관련된 사회 과제를 디지털 기술로 해결하기 위한 기술개발도 활발해지고 있다. 그 중 하나가 사람이 느끼는 맛을 조작하는 전기 미각 기술이다. 미약한 전기신호를 통해 식품 속 이온의 움직임을 제어하거나, 혀의 막전위 변화를 모방해 맛을 착각하게 하는 기술이다. 이 기술을 활용하면 저염식에서의 짠맛을 강화할 수 있다.

기린과 메이지(明治)대학 종합수리학부 첨단미디어사이언스학과의 미야시타(宮下) 교수 연구팀은 올 4월, 0.5mA 이하의 미약한 전류를 발생시키는 젓가락형 디바이스를 개발했다고 발표했다. 저염식을 모방한 샘플의 짠맛을 실제보다 더 강하게 느끼게 하는 데 성공했다고 한다.

이 젓가락형 디바이스는 한쪽 끝에 전극이 붙어 있으며 전류를 통해 음식에 포함되는 Na+의 움직임을 제어한다. 젓가락을 입에 넣은 직후 전류가 흐르면서 전극 부근으로 짠맛의 원인 물질인 Na+을 유인. 이후 전원을 끄면 고밀도 Na+이 한꺼번에 이동하기 때문에 혀에 닿기 쉬워져 짠맛이 증강되는 구조이다. 젓가락에서 흐르는 전류는 0.5mA 이내로, 이 정도 전류는 혀에 얼얼한 감각이 느껴지지 않아 맛을 해치지 않는다고 한다.

기린은 전기 미각의 조기 실용화에 자신감을 보이고 있다. 젤과 같은 단순한 샘플뿐만 아니라 저염 된장국과 같은 실제 식사에서도 효과가 있다는 것을 이미 확인했기 때문이다. “2023~2024년경에 사업화하고 싶다”(기린 헬스사이언스사업부 신규 사업 그룹의 사토(佐藤) 씨)라며 실용화되면 젓가락형 등의 디바이스와 저염식을 세트로 판매할 예정이라고 한다.

마찬가지로 전기 미각을 연구하는 도쿄대학 첨단과학기술연구센터의 아오야마(靑山) 특임강사는 보다 사용하기 쉬운 디바이스를 개발 중이다. 기린의 시제품이 젓가락을 전극으로 이용하는 반면, 그가 개발하는 디바이스는 턱과 목 뒤쪽 피부에 각각 전극을 부착하는 것이다.

젓가락형 디바이스의 경우, 젓가락을 입에서 떼면 이온의 움직임을 제어할 수 없게 되지만, 체표면에 부착하면 그 제약을 받지 않게 된다. 따라서 짠맛의 강도나 지속 시간 등을 보다 자유롭게 조절할 수 있다.

하지만, 몸에 전극을 붙인 채 식사를 하기 때문에 먹기 불편하다, 보기 좋지 않다 등 실용 상의 과제는 남아있다. 아오야마 특임강사의 연구실에서는 입안에 소형 전극을 넣는 연구도 진행되고 있다.

-- 쌀가루×3D프린터 --
전기 미각 외에도 맛을 출력하는 디지털 기술로 야마가타(山形)대학 공학부기계 시스템공학과의 후루카와(古川) 교수 연구팀이 개발한 3D프린터를 이용한 식품 제조기기 ‘3D 푸드 프린터’가 있다.

3D 푸드 프린터는 페이스트 형태로 가공된 식재료를 프린트해 본래의 식재료를 재현하는 기술이다. 후루카와 교수에 따르면, 일반적으로 3D프린터는 겔 상태의 재료를 성형하기 어려워 식품에 적용하기 힘들다는 과제가 있었다. 이를 해결하기 위해 후루카와 교수는 재료에 쌀가루를 섞어 쌀가루에 들어있는 전분을 접착제로 사용해 이 과제를 극복했다.

후루가와 교수 연구팀이 3D 푸드 프린터를 통해 해결하려는 사회 과제는 2가지 있다. 하나는 푸드로스 문제 해결이다. 야채 등의 식재료를 분쇄해 분말로 저장하고, 필요한 타이밍에 분말과 쌀가루를 물에 녹여 3D프린터로 성형해 본래 식재료를 복원할 수 있다. 분말이기 때문에 연 단위의 장기 보존이 가능할 뿐만 아니라, 통상적으로 폐기되는 규격 외 야채도 유용하게 활용할 수 있어 식량 문제 해결에 일조할 수 있다.

또 하나는 간병식으로의 활용이다. 간병식은 씹는 힘이 쇠약해진 사람을 위한 식사이다. 식재료를 갈아 페이스트 형태로 만든 죽과 같은 형태가 많다. 야마가타대학의 가와카미(川上) 조교수에 따르면, 이러한 간병식은 보기가 좋지 않아 피간병자가 식사에 정신적인 고통을 느끼는 경우가 있다고 한다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 3D 푸드 프린터를 사용해 간병식의 부드러움을 유지하면서 보기에도 좋도록 했다. 예를 들어, 당근에 물을 넣고 갈아 걸쭉하게 만든 다음 쌀가루를 섞고 3D 푸드 프린터로 다시 당근 형태로 성형한다. 그러면 모양은 당근이지만 매우 부드러워 피간병자도 씹을 수 있는 음식이 된다. 쌀가루의 양으로 부드러움이 달라지기 때문에 피간병자의 씹는 힘에 따라 커스터마이즈화 할 수 있다.

3D 푸드 프린터는 이러한 장점이 있는 반면, 1대 당 300만엔이라는 고비용이 걸림돌로 보급이 진척되지 않고 있다. 후루카와 교수는 보급 촉진을 위해 ‘부드러운 3D 공창(共 創) 컨소시엄’이라는 3D 푸드 프린터 보급 단체를 만들어 산학 제휴로 사업화의 아이디어를 모집하고 있다. 미쓰이화학과 식품 제조사 등이 가입하고 있다.

-- 집에서 유명 요리점의 맛을 재현? --
맛의 출력 기술과 맛 센싱 기술을 복합화함으로써 마치 영상을 전송하듯 맛을 원격으로 전달하는 텔레테이스트라는 시스템의 실현 가능성도 보이고 있다.

즉, 요리의 기본 맛(단맛, 신맛, 짠맛, 쓴맛, 맛)을 센싱한 후, 그것을 원격지에서 전기 미각이나 3D 푸드 프린터로 재현하는 것이다. 전기미각 기술을 개발하는 메이지(明治)대학의 미야시타(宮下)  교수는 텔레테이스트 실현을 위해 연구를 진행하고 있으며, 전기신호로 사람의 혀 위에 기본 맛 하나하나를 재현하는 맛 디스플레이를 개발하고 있다.

하지만 텔레테이스트 실현에는 시간이 걸릴 것으로 보인다. 과제 중 하나는 후각 센싱이다. 사람은 식사할 때 미각뿐만 아니라 후각도 함께 지각하고 있다. 후각 재현도 텔레테이스트에 있어서는 필수적이다. 하지만 후각은 원인 물질이나 수용체의 수가 많아 센싱이 매우 어렵다.

그렇지만, 연구자들은 “언젠가는 텔레테이스트를 실현할 수 있게 될 것이다”(스즈키 사장)라고 주장하고 있다. 미래에는 집에서 유명 음식점의 맛을 즐길 수 있는 시대가 올지도 모른다.

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