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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 전곡립을 이용한 기능성 식품개발을 위한 압출 성형 공정의 최적 조건을 확립하게 위하여 원료의 수분 함량, 반응 온도, 스크류 회전 속도 등의 조건에 의한 영향을 반응표면 분석법 (RSM)을 이용하여 분석하였다.
제안 방법
- 45 |im Millipore filter에서 여과한 후 10 mL 의 용액을 Cannon-Fenske 모세 관 점도계 (size 50)에 넣고 25 ±0.TC에서 점도를 측정하였다. 고 유점도(EI)는 각각 다음 식을 이용하여 결정하였다.
- 또한, 압출 성형에 의한 곡류의 수용화에 미치는 효과를 보기 위한 종속 변수로는 수분용해지수(WSI), 농도(C, g/dL), 고유 점도([n], dL/g), 그리고 무차원 군인 농도와 고유점도의 곱(C[T|])을 사용하였다. 실험결과는 SAS(Statistical Analysis System) 프로그램을 이용하여 반응표면 분석을 행하였으며, 모델 식은 다음과 같이 2차 회귀 모형을 사용하였다
- 압출 성형을 이용한 전곡립의 수용화에 미치는 변수효과를 검토하기 위하여 Table 2와 같이 온도, 수분, 스크류 속도의 3가지 변수를 독립변수로 한 실험을 설계하였다. 이때 반응표면 분석 (RSM)은 3-level factorial design으로 하여 온도(XJ는 110-130°C, 수분 함량(X)은 15-25%, 스크류 속도03)는 200- 300rpm으로 하였으며, 상세한 실험조건은 Table 1과 같다.
- 압출공정에 의한 전곡립의 수용화 효과는 수분용해지수(WSI), 농도(수율), 고유점도를 측정하였으며, 수율과 고유점도를 동시에 고려하여 새로운 무차원군의 최적인 자인 C[n]를 적용하여 최적조건을 찾고자 하였다. 각 조건별 실험 결과를 반응표면분석을 실시하여 본 결과, 종속 변수들에 대한 결정계수(R2)는 0.
- 전곡립은 용적식투입 장치 (K-tron L-10)로 계량하면서 투입하였고, 가 수량은 파워 밸브(power valve)와 유량계를 이용하여 조절하였다. 압출처리는 곡류의 구조를 효율적으로 변형하기 위해 3가지의 공정변수 즉, 반응 온도, 원료 반죽의 수분 함량, 스크류의 회전속도를 설정하였다. 압출 성형 실험 조건은 Table 1에 나타내었다.
- 따라서, 압줄 성형의 공정 최적화를 위해서는 수용화수율과 함께 수용성분 획의 분자량을 동시에 고려하여야 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 압출성형에 따른 수용성 성분의 용액상의 농도(수율)와 분자량을 나타내는 고유점도(n)를 동시에 고려한 농도 × 고유 점도를 새로운 최적화인자로 적용하였다.
- , Swiss)로서 L/D비 (길이 대직경비)를 20:1로 개량하였다. 전곡립은 용적식투입 장치 (K-tron L-10)로 계량하면서 투입하였고, 가 수량은 파워 밸브(power valve)와 유량계를 이용하여 조절하였다. 압출처리는 곡류의 구조를 효율적으로 변형하기 위해 3가지의 공정변수 즉, 반응 온도, 원료 반죽의 수분 함량, 스크류의 회전속도를 설정하였다.
- 전곡립을 이용한 기능성 식품 개발을 위하여 현미, 현미찹쌀, 보리, 현미율무를 온도 110~130℃ 수분 함량 15~25%, 스크류 속도 200~300rpm의 조건에서 압출 성형하고, 반응표면분석법(RSM)을 이용하여 최적 조건을 분석하였다. 압출공정에 의한 전곡립의 수용화 효과는 수분용해지수(WSI), 농도(수율), 고유점도를 측정하였으며, 수율과 고유점도를 동시에 고려하여 새로운 무차원군의 최적인 자인 C[n]를 적용하여 최적조건을 찾고자 하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 압출기는 동방향완전 맞물림형 이축압 줄기 (Biex-BNDL 44, Buhler Brothers Co., Swiss)로서 L/D비 (길이 대직경비)를 20:1로 개량하였다. 전곡립은 용적식투입 장치 (K-tron L-10)로 계량하면서 투입하였고, 가 수량은 파워 밸브(power valve)와 유량계를 이용하여 조절하였다.
- 현재 선식 제품에 주로 사용되면서 영양성분이 풍부하고, 압출성형에 의한 구조 변화 효과가 뚜렷한 것으로 판단되는 현미, 현미 찹쌀, 보리, 율무 4종을 대상으로 선정하였다.
데이터처리
- dL/g), 그리고 무차원 군인 농도와 고유점도의 곱(C[T|])을 사용하였다. 실험결과는 SAS(Statistical Analysis System) 프로그램을 이용하여 반응표면 분석을 행하였으며, 모델 식은 다음과 같이 2차 회귀 모형을 사용하였다
성능/효과
- (10-11) 국내에서 압출성형을 이용하여 식물세포벽의 구조를 변화 시켜 물성을 개선하고 천연 생고분자 식품 소재를 생산하고자 한 연구는 곡류, 사과박, 해조류를 대상으로 시작되었다.(12) 밀기울(wheat bran)의 경우 압출 성형에 의한 수용성 식이섬유의 함량이 약 100% 증가하였고, 다른 열처리 공정에 비하여 수용화 효율이 크게 증가하였다.(13) 또한 압출성형 시료는 다른 열처리 공정에 비하여 보수력, 팽윤도 등의 물성이 높게 나타났다.
- 984의 높은 상관관계를 나타내었다(Table 7). WSI와 농도에 대한 수분 함량의 효과는 P<0.01 로 높았으며 스크류 속도도 영향을 미치고 있다 (P<0.05). 반면에 고유점도와 C[n]에 대해서는 수분함량만이 영향을 미치며 (P<0.
- 압출공정에 의한 전곡립의 수용화 효과는 수분용해지수(WSI), 농도(수율), 고유점도를 측정하였으며, 수율과 고유점도를 동시에 고려하여 새로운 무차원군의 최적인 자인 C[n]를 적용하여 최적조건을 찾고자 하였다. 각 조건별 실험 결과를 반응표면분석을 실시하여 본 결과, 종속 변수들에 대한 결정계수(R2)는 0.936-0.984 범위로 나타났다. 현미의 경우에는 수용화 수율, 현미찹쌀은 고유점도, 보리와 현미율 무는 수용화 수율과 고유점도에 대해서 모델식이 유의성을 나타내었다.
- 이는 현미 찹쌀과 보리의 구조적 차이로 판단된다. 따라서, 섬유질 함량이 높은 보리에서는 현미와는 달리 WSI, 농도, 고유점도 그리고 C[T1] 모두에서 높은 상관관계를 보이고 있으며, 최적화인자로 설정한 C[T|]이 의미를 갖는 것으로 판단된다.
- 05). 반면에 고유점도와 C[n]에 대해서는 수분함량만이 영향을 미치며 (P<0.05), 스크류 속도는 전혀 영향이 없는 것으로 나타났다. 보리에서는 C[n]에 대해서 스크류 속도가 높은 유의성을 보인 것과는 대조를 보이고 있으며, 현미찹쌀과는 수용화수율에서도 높은 상관관계를 보이는 것이 차이를 보이고 있다.
- 수분함량이 미치는 효과는 현미와 보리의 경우와 유사한 반면에 그 값은 약 2배 정도 증가된 값을 보이고 있다. 최적화인자인 농도와 고유점도의 곱합수인 C[n]에 대하여는 온도는 큰 영향을 미치지 못하고 있으며, 수분 함량에 대해서는 현미찹쌀과 유사하게 약 22%에서 최대값을 나타내며, 수분함량의 증가에 따라 증가한 경향을 보였다. 이는 현미찹쌀과 마찬가지로 높은 아밀로펙틴 함량 때문인 것으로 판단된다.
- 이는 보리의 경우 β-glucan과 같은 섬유질의 함량이 높아 압출 성형에의 해수 용화되는 정도가 더 큰 것으로 판단된다. 현미류와 마찬가지로 수분 함량의 영향은 크게 나타나며, 특히 최적화인자로 설정한에 대해서 유의성이 매우 큰 것으로 나타났다 (p<o.oi). 보리에서 독립변수 변화에 의한 C[n]의 회귀 식은 다음과 같다.
- 최적인자인 C[n]에는 고유점도가 더 큰 영향을 미치므로, 현미의 경우에서는 유의성을 보이지 않았다. 현미의 경우를 제외하고 최적화인자로 설정한 C[n]의 최적값을 찾기 위하여 회귀분석을 한 결과 임계점은 스크류 속도는 약 300 rpm, 수분함량은 20%, 온도는 120℃인 지점에서 나타났다.
- 984 범위로 나타났다. 현미의 경우에는 수용화 수율, 현미찹쌀은 고유점도, 보리와 현미율 무는 수용화 수율과 고유점도에 대해서 모델식이 유의성을 나타내었다. 특히 독립변수 중에서는 수분 함량이 가장 큰 영향을 보였다.
- 나타내었다. 현미의 경우에는 의 유의성을 찾을 수 없었으나, 현미 찹쌀, 보리, 현미율무에 대해서는 임계점을 찾을 수 있었다. 임계점은 스크류 속도는 약 300rpm, 수분함량은 20%, 온도는 120℃인 지점에서 나타났다(Table 8).
후속연구
- 임계점은 스크류 속도는 약 300rpm, 수분함량은 20%, 온도는 120℃인 지점에서 나타났다(Table 8). 그러나, 전 곡립의 종류에 따른 다른 값들을 나타내며, 특히 보리의 경우에서는 Fig. 3에서 나타낸 것과 같이 다른 경향을 보이고 있어, 이것에 대한 연구가 더 필요할 것으로 판단된다. 또한 Table 8에 나타낸 모든 점이 안장점을 나타내어, 능선 분석 등을 통하여 최적점을 찾아야 할 것으로 판단되었다.
- (13) 또한 압출성형 시료는 다른 열처리 공정에 비하여 보수력, 팽윤도 등의 물성이 높게 나타났다. 따라서 현재 선식의 제조에 사용되는 증자 후 roasting 방법에 비교하여 공정 효율이 월등할 뿐만 아니라 압출성형의 고온, 고압, 고전단력 (shearing force)에 의해 전분의 호화도 상승에 따른 소화흡수율 증가, 세포벽 이완에 따른 곡류 내 생리활성물질의 이용도 증진과 같은 많은 장점을 제공할 것으로 판단된다. 압출성형 기술을 이용한 곡류의 가공기술은 적용 과정에서 압출 성형기의 공정변수에 따라 최종제품의 특성이 크게 변하기 때문에 최적화 개념이 필수적이다.
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