Use of colorimetry for the distinction and classification of 24 species of rosewood and palisander (Dalbergia spp.) from Madagascar

기술 요약: 마다가스카르산 24종의 로즈우드 및 팔리산더(Dalbergia spp.) 구별 및 분류를 위한 색채 분석법의 활용

문제 제식
마다가스카르는 "로즈우드" 및 "팔리산더"로 상업적으로 명명된 종을 포함하여, Dalbergia 속의 귀중한 목재를 공급하는 주요 원산지이다. 이러한 명칭은 역사적으로 목재 색상에 대한 주관적인 시각적 평가에 기반해 왔으며, 이는 식별의 불일치를 초래했다. 이러한 주관성은 CITES(멸종위기에 처한 야생동식물종의 국제 거래에 관한 협약) 집행에 상당한 어려움을 주는데, "로즈우드"가 "팔리산더"보다 훨씬 높은 시장 가치를 지니고 있어 불법 밀매를 부추기기 때문이다. 분광 광도법이 전 세계 목재 과학 분야에 적용되어 왔으나, 다양한 마다가스카르산 Dalbergia 종에 특화된 객관적이고 정량적인 데이터베이스는 부족한 실정이다. 기존 연구들은 규제 준수에 필요한 체계적인 분류학적 식별보다는 소비자 미적 선호도에 초점을 맞추어 왔다.

연구 방법
본 연구는 마다가스카르 전역의 143개 개별 나무에서 채취한 24종의 서로 다른 Dalbergia 종을 대표하는 143개의 목재 블록 샘플(2 cm × 2 cm × 2 cm)을 분석하였다. 멸종 위기종에 대한 생태계 영향을 최소화하기 위해 비파괴적 샘플링 방식을 채택하였다.

• 샘플 준비: 가공 흔적과 산화층을 제거하기 위해 세 가지 목재 평면(횡단면, 방사면, 접선면)을 샌딩 처리하였다.
• 색채 측정: CM-5 분광 광도계를 사용하여 D65 광원 및 10° 관찰자 각도 조건 하에서 CIELab* 색 공간 내의 색상을 측정하였다. 측정된 파라미터는 명도($L^*$), 적-녹 좌표($a^*$), 황-청 좌표($b^*$), 채도($C^*$), 색상각($h$)이다. 블록당 평면별로 6회씩 측정하여 총 18회의 측정을 수행하였다.
• 통계 분석:
  • 이원 분산 분석(Two-way ANOVA)을 통해 종(species)과 목재 평면이 색상에 미치는 영향을 평가하였다.
  • 피어슨(Pearson) 및 스피어만(Spearman) 상관 계수를 통해 색상 파라미터 간의 관계를 분석하였다.
  • 분류는 세 가지 방법을 사용하였다: (1) Camargos와 Gonçalez(2001)의 색표; (2) 참조 종(D. louvelii는 로즈우드, D. chlorocarpa는 팔리산더로 설정)에 대한 색차($\Delta E^*_{ab}$) 계산; (3) 계층적 상승 클러스터링(HAC).
  • 이전 연구(Razafimahatratra et al., 2019)의 화학적 데이터(추출물 및 페놀 함량)와 색상 파라미터 간의 상관관계 분석을 실시하였다.

주요 결과

• 색상 변이성: 24종의 종 전체에서 색채 좌표의 유의미한 차이가 관찰되었다 ($p < 0.05$). 휘도는 28.08에서 58.43 사이였으며, 대부분의 종은 어두운 심재($L^* < 56$)를 나타냈다. 방사면은 일반적으로 접선면 및 횡단면보다 높은 휘도와 채도를 보였다.
• 종의 균질성: Dalbergia normandii는 세 가지 목재 평면 모두에서 유의미한 색채 변화를 보이지 않은 유일한 종이었다.
• 상관관계: 휘도($L^*$)와 황색 좌표($b^*$) 사이에 강한 양의 상관관계가 발견되었으며, 이는 밝은 목재가 황색조를 띠는 경향이 있음을 나타낸다. 추출물 함량은 휘도($L^*$)와 음의 상관관계를 보였는데, 이는 높은 추출물 함량이 더 어두운 목재를 형성함을 시사한다. 페놀 함량은 색상 파라미터와 유의미한 상관관계를 보이지 않았다.
• 분류 결과:
  • Camargos 및 Gonçalez 표: 종들을 네 가지 범주로 그룹화하였다: 적갈색(1종), 암갈색(11종), 자갈색(5종), 적흑색(5종), 그리고 미분류(2종).
  • 참조 종 비교: D. louvelii에 대한 $\Delta E^*_{ab}$를 사용하여, 4종(D. bathiei, D. maritima, D. normandii, D. occulta)이 밀접한 유사성을 보였으며, 이는 이들이 로즈우드로 분류되는 것을 뒷받받한다.
  • 계층적 클러스터링 (HAC): 24종을 색상 우세도에 따라 세 가지 뚜렷한 그룹으로 성공적으로 나누었다:
    1. 황색조 (Yellowish): 높은 $L^*$, 높은 $C^*$, $h > 45^\circ$ (예: D. orientalis, D. monticola).
    2. 갈색조 (Brownish): 중간 정도의 $L^*$, 높은 $a^*$, $35^\circ < h < 38.52^\circ$ (예: D. lemurica, D. suaresensis).
    3. 적색조 (Reddish): 낮은 $L^*$ ($31 < L^* < 33.2$), 낮은 $C^*$, $35^\circ < h < 36.8^\circ$ (예: D. louvelii, D. bathiei, D. normandii).

의의 및 주장
저자들은 색채 분석이 전통적인 주관적 시각 평가에 대한 과학적 대안으로서, Dalbergia 종을 구별할 수 있는 유망하고 저비용이며 객관적인 도구라고 주장한다. 본 연구는 마다가스카스산 Dalbergia 종의 목재 색상에 대한 최초의 객관적 데이터베이스를 구축하였으며, 이는 CITES 집행에 매우 중요하다. 색상 기반 그룹(황색조, 갈색조, 적색조)으로 종을 초기 클러스터링할 수 있게 함으로써, 이 방법은 더 복잡한 식별 기술이 적용되기 전의 예비 스크리닝 과정을 용이하게 한다. 연구 결과는 전통적으로 로즈우드로 분류되었던 일부 종(예: D. baronii)이 그 황색조 특성에 따라 팔리산더로 더 정확하게 분류될 수 있는 반면, 다른 종(예: D. occulta)은 진정한 로즈우드의 적색 특성과 밀접하게 일치함을 보여준다. 저자들은 이 접근법이 불법 목재 거래를 근절하기 위해 색채 분석을 규제 프레임워크에 통합하는 기초를 마련한다고 결론지었으나, 샘플 크기의 한계와 색상의 식물화학적 동인을 완전히 이해하기 위한 향후 화학적 분석의 필요성을 인정하였다.