인체의 떫은맛 감지 원리를 모방한 전자 혀가 개발됐다. 떪은맛을 쉽고 빠르게 사람의 10배 정도 민감한 수준으로 검출 할 수 있게 됐다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 고현협 교수팀은 ‘떫은맛’을 감지할 수 있는 전자 혀를 개발했다고 8일 밝혔다. 인체의 맛 감지 원리를 모방한 이 전자 혀는 떫은맛을 정량적으로 표현 할 수 있어 각종 식품, 주류 개발 사업 및 과수 모니터링 분야 등 폭넓은 응용 가능하다.
단맛이나 신맛과 달리 떫은맛은 엄밀한 의미의 맛(미각)이 아닌 ‘압각’이다. 떫은맛 분자와 혀 타액 단백질층이 결합해 생긴 응집체가 혀를 자극하는 ‘압력’을 만들어내 인체가 떫은맛을 느끼게 된다. 따라서 떫은맛을 감지하려면 새로운 형태의 전자 혀 개발이 필요하다.
고현협 교수팀은 떫은맛 분자와 결합하면 ‘소수성(물을 싫어하는 성질) 응집체’가 만들어지는 ‘다공성 수화젤’을 이용해 떫은맛을 탐지하는 전자혀를 개발했다. 다공성 수화젤은 원래 친수성(물을 좋아하는 성질) 물질인데 떫은맛에 노출되면 소수성으로 변화한다. 이는 수화젤 내부의 단백질이 떫은맛 분자와 결합하면 만들어지는 소수성 응집체 때문이다. 수화젤이 소수성으로 바뀌면 수화젤 내부에 있는 염화리튬이온의 이온전도도(이온이 전해질 내부에서 얼마나 잘 움직일 수 있느냐)가 친수성일 때 보다 증가한다. 이온전도성이 높아지면 도선을 흐르는 전류양이 증가하기 때문에 떫은맛을 전기적 신호로 검출 할 수 있다.
공동 제1저자인 최아영 UNIST 에너지공학과 석·박사통합과정 연구원은 “소수성 응집체 때문에 수화젤 구멍 벽면이 친수성에서 소수성으로 바뀌는데, 이때 미세구멍 벽과 내부에 흐르는 이온 간의 정전기적 상호작용이 줄어들어 이온 흐름이 향상되고 도선을 흐르는 전류량이 늘어난다”고 설명했다.
연구진은 개발된 전자를 이용해 와인, 덜 익은 감, 홍차 등의 떫은 맛을 감지하는 실험을 진행했다. 실험 결과 전자 혀는 레드, 화이트, 로제 와인 등 다양한 와인의 떫은맛 정도를 정량적으로 감별했을 뿐만 아니라 덜 익은 감의 부위별로 다른 떫은맛도 감지해냈다. 특히 이번에 개발된 전자 혀는 검출해 낼 수 있는 떫은맛 범위도 넓을 뿐만 아니라 센서에 접촉 즉시 떫은맛 정도를 알아낼 수 있다.
제1저자인 염정희 UNIST 에너지공학과 석·박사통합과정 연구원은 “훈련의 받은 전문가는 수십 마이크로몰(μM) 농도의 떫은 맛 검출 할 수 있는데 반해 이번에 개발된 전자 혀는 2~3 마이크로 몰 농도 수준의 떫은맛까지 검출할 수 있다”고 설명했다.
고현협 교수는 “저렴하고 유연한 재료를 이용해 소형화된 전자 혀를 개발했다”며 “제작이 간편하고, 분석을 위한 복잡한 시편 준비 과정이 없어 식품, 주류 산업 뿐만 아니라 농업 등 다양한 분야에 적용 가능할 것”이라고 기대했다.
이번 연구는 미국과학협회(AAAS)에서 발행하는 세계적인 권위지 사이언스 (Science)의 자매지인 ‘사이언스 어드밴시스 (Science Advances)’에 6월 6일자로 게재됐다. 연구수행은 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업 지원을 받아 이뤄졌다.
/울산=장지승기자 jjs@sedaily.com
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