[논문]펙틴의 곁사슬에 의한 유변학적 성질에 대한 모델

신해헌; 황재관

펙틴의 곁사슬에 의한 유변학적 성질에 대한 모델
Modeling of Rheological Properties of Pectins by Side Branches 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.34 no.4 = no.164, 2002년, pp.583 - 589

신해헌 (천안외국어대학 식품유통과) , 황재관 (연세대학교 생물산업소재연구센터)

초록
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펙틴에서 곁사슬의 정도가 다르게 제조된 사과펙틴과 토마토펙틴을 이용하여, 낮은 층밀림속도에서부터 높은 층밀림속도까지 적용이 가능한 유변학적 모델을 구하고자 하였다. 지수법칙모델, Cross 모델, Carreau 모델을 실험값에 비교하여 본 결과, Carreau 모델이 가장 적합하였다. 모델식에서 얻어진 층밀림속도 0에서의 점도$({\eta}_0)$는 곁사슬의 정도가 큰 사과펙틴의 경우에는 곁사슬이 많은 sample II가 적은 sample I보다 크게 나은 반면에 곁사슬이 적은 토마토 펙틴은 큰 차이를 보이지 않았으며, 그 값은 사과펙틴보다 크게 나타났다. 모델식의 계수를 펙틴농도에 대한 지수함수로 표현하여 펙틴에서 곁사슬의 영향을 살펴보았다. 즉, 곁사슬이 많은 사과펙틴은 토마토펙틴에 비해 유변학적 성질이 큰 차이를 보이고 있으며 모델로 설명할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The rheological properties of apple pectins and tomato pectins with different degrees of side branches (sample I and sample II) were investigated with wide range of shear rate by theological modeling. Among the Power law model, Cross model and Carreau model, the Carreau model was the best fitted to the experimental data. Increasing in branching of apple pectins resulted in higher zero-shear viscosity $({\eta}_0)$. But, tomato pectins that have a low degree of side branches were shown litte difference between sample I and sample II. It is concluded that side branches of pectins can result in significant difference in rheological properties. And, this is predicted by the Carreau model.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 곁사슬(branching) 정도가 큰 사과펙틴과 낮은 토마토펙틴을 이용하여 넓은 범위의 층밀림 속도에서 측정한 곁보기 점도를 일반적으로 표현할 수 있는 모델을 적용하여, 곁사슬이 유변학적 성질에 미치는 영향을 검토하고자 하였다.
따라서, 본 연구에서는 넓은 범위의 층밀림속도에서의 점도를 표현할 수 있는 모델식을 얻기 위해 3가지 모델을 비교하였다.

가설 설정

따라서, 본 연구에서는 Microsoft Excel을 이용한 최적화 방법을 사용하여 모델값을 결정하였다. 우선, 층밀림속도 0에서의 점도와 무한 층밀림속도에서의 점도, 식 (2)에서의 K₁과 m을 임의로 가정한 후 뉴톤법 또는 공액경사법을 이용하여 실제값과 계산값의 차이가 최소화 되는 최적값을 결정하였다. Table 1에서 지수법칙 모델의 표준오차와 비교하여 보면, 실험값과 모델값의 차이가 많이 감소하였으며, 특히 높은 농도에서의 오차가 급격히 감소함을 알 수 있다.

제안 방법

이 모델을 적용하기 위해서는 층밀림속도 0에서의 점도(%)와 무한 층밀림속도에서의 점도(η₀)를 먼저 계산하여야 한다. 따라서, 본 연구에서는 Microsoft Excel을 이용한 최적화 방법을 사용하여 모델값을 결정하였다. 우선, 층밀림속도 0에서의 점도와 무한 층밀림속도에서의 점도, 식 (2)에서의 K₁과 m을 임의로 가정한 후 뉴톤법 또는 공액경사법을 이용하여 실제값과 계산값의 차이가 최소화 되는 최적값을 결정하였다.
이는 층밀림속도와 점도와의 관계가 직선이 아닌 곡선형태의 모델이므로 본 연구에 더 적합한 것으로 판단되었다. 오차를 줄이기 위하여 Carreau 모델을 Cross 모델에서와 같은 방법을 사용하여 표준오차를 구한 결과 사과펙틴의 경우에는 Cross 모델과 큰 차이를 보이지 않으나, 토마토 펙틴의 경우에는 표준오차가 Cross 모델에 비하여 전반적으로 낮은 값을 보여, 본 연구에서는 Carreau 모델을 최종적으로 선택하였다.
일정 층밀림속도에서 측정한 겉보기점도(apparent viscosity)를 각 모델식에 대입하여 모델값을 구하였다. 또한, 모델값과 실험값 사이의 관련계수를 표준오차(standard error)로 표현하였다.
0%(w/v) 이상은 용해도 문제로 제조하지 못하였다. 준비된 펙틴시료 용액을 주사기로 1 mL loading 하여 실험하였으며, log-log 좌표에 층밀림속도의 함수로 점도를 표현하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 사과펙틴과 토마토펙틴(물에 가용성이며, 알콜 불용성) 두 가지를 사용하였다. 사과펙틴은 Sigma Chemical Co.

데이터처리

각 모델식에 대입하여 모델값을 구하였다. 또한, 모델값과 실험값 사이의 관련계수를 표준오차(standard error)로 표현하였다. 표준오차는 Chhinnan 등⁽¹⁸⁾이 사용한 RMSE(Root Mean Square Error)로 다음과 같이 정의하였다.

이론/모형

사과펙틴은 Sigma Chemical Co.(St. Louis, MO, USA)로부터 구입하여 사용하였으며, 토마토펙틴은 Chou and Kokini의 방법⁽¹²⁾을 이용하여 hot break 토마토 페이스트(Campbell Soup Company, Camden, NJ)에서 추출, 탈색하여 사용하였다.
따라서, 이러한 곡선형태를 표현할 수 있는 Cross 모델을 사용하였다. 이 모델을 적용하기 위해서는 층밀림속도 0에서의 점도(%)와 무한 층밀림속도에서의 점도(η₀)를 먼저 계산하여야 한다.
또, 층밀림속도 0에서의 점도(η0)와 무한 층 밀림속도에서의 점도(TR)를 사용하여 넓은 범위의 층밀림속도에서 유용한 Cross 모델⁽¹⁶⁾을 사용하였다.
마지막으로는 Cross모델을 약간 변형한 Carreau 모델(17)을 사용하였다.
사과펙틴과 토마토 펙틴에 있어서, 낮은 층밀림속도에서부터 높은 층밀림속도 모두에 적용이 가능한 모델을 선택하고자 우선 지수법칙 모델을 적용하였다.
우선, 많은 유동성 식품과 같은 비뉴톤성 유체에서 가장 널리 적용되는 지수법칙모델을 사용하였다.
펙틴 sample Ie Michel 등의 방법(13)으로 Cu(U) 침전과 1.0 %(v/v) 알콜세척으로 제조흐]였으며, 펙틴 sample Ⅱ는 Rombouts and Thibaullt⁽¹⁴⁾의 Cu(Ⅱ) 침전과 EDIA 처리로 제조하였다.
또한, 모델값과 실험값 사이의 관련계수를 표준오차(standard error)로 표현하였다. 표준오차는 Chhinnan 등⁽¹⁸⁾이 사용한 RMSE(Root Mean Square Error)로 다음과 같이 정의하였다.

성능/효과

또한, 지수법칙 모델은 층밀림속도에 따른 점도 변화를 대수좌표에 표현하면 직선식으로 표현이 되지만, 실제 실험값들은 약간의 곡선형태를 보여 적합하지 않는 것으로 판단되었다.
무한 층밀림속도에서 점도(ηoo)는 사과펙틴과 토마토펙틴 모두 펙틴농도가 증가함에 따라 증가하는 경향을 보이고 있으며, 곁사슬에 따른 차이는 거의 없는 것으로 판단되며, 곁사슬이 더 많은 사과펙틴이 토마토펙틴에 비해 펙틴 농도가 증가할수록 증가하는 것으로 나타났다.
미치지 못하였다. 반면에 N값은 사과펙틴은 sample I에비해 sample Ⅱ가 약 50% 큰 값을 보이며, 토마토펙틴은 sample Ⅱ가 sample I 보다 약간 큰 값을 가져 사과펙틴의 sample Ⅱ가 곁사슬 정도가 커서 농도에 의한 영향을 더 받는 것으로 판단되었다. 펙틴농도와 k₂의 관계를 Fig.
사과펙틴과 토마토펙틴에서 지수법칙 모델을 적용하여 표준오차를 살펴보면(Table 1) 실험값과 모델값의 차이는 농도가 작을 경우에는 그 값이 작았으나, 농도가 증가함에 따라 증가하였다. 또한, 지수법칙 모델은 층밀림속도에 따른 점도 변화를 대수좌표에 표현하면 직선식으로 표현이 되지만, 실제 실험값들은 약간의 곡선형태를 보여 적합하지 않는 것으로 판단되었다.
나타내었다. 사과펙틴에서 k₂는 펙틴 농도가 증가함에 따라 증가하는 경향을 보이고 있으나, sample Ie 농도가 3%에서 5%로 증가함에 따라 0.002379에서 0.006458로 약 2.7 배 증가한 반면에 sample Ⅱ는 0.032677에서 0.233299로 약 7배 증가하여 sample Ⅱ가 농도에 의한 k₂의 변화폭이 sample I에 비해 더 큰 것으로 나타났다. 반면에 토마토는 펙틴농도가 3%에서 5%로 증가하면 sample I과 sample Ⅱ는 각각 4.
. 사과펙틴을 곁사슬의 정도가 다른 2종류로 나누어 실험한 결과, 펙틴의 branching이 증가할수록, 층밀림속도 0에서의 점도(zero-shear viscosity, η₀)가 커졌으며, 층밀림속도 의존성이 증가됨을 보였다. 또한, 펙틴에서 곁사슬이 고농도 용액에서의 구조에 매우 큰 영향을 미침을 보고하였다.
Table 1에서 지수법칙 모델의 표준오차와 비교하여 보면, 실험값과 모델값의 차이가 많이 감소하였으며, 특히 높은 농도에서의 오차가 급격히 감소함을 알 수 있다. 이는 층밀림속도와 점도와의 관계가 직선이 아닌 곡선형태의 모델이므로 본 연구에 더 적합한 것으로 판단되었다. 오차를 줄이기 위하여 Carreau 모델을 Cross 모델에서와 같은 방법을 사용하여 표준오차를 구한 결과 사과펙틴의 경우에는 Cross 모델과 큰 차이를 보이지 않으나, 토마토 펙틴의 경우에는 표준오차가 Cross 모델에 비하여 전반적으로 낮은 값을 보여, 본 연구에서는 Carreau 모델을 최종적으로 선택하였다.

참고문헌 (18)

Kim, D.H. Food Chemistry, Tamgudang, Korea (1993)
DeVries, J.A., Den Vijl, C.H., Voragen, A.G.J., Rombouts, F.M. and Pilnik, W. Structural features of the neutral sugar side chains of apple pectic substances. Carbohydr. Polym. 3: 193-205 (1983)

상세보기
Graessley, W.W. Viscoelasticity and flow in polymer melts and concentrated solutions, pp. 141-150. In: Physical Properties of Polymers, Mark, J.E., Eisenberg, A., Graessley, W.W., Mandelk-ern, L. and Koenig, J.L. (ed.), American Chemical Society, Wash-ington, D.C., USA (1984)
Rokudai, M. Influence of shearing history on the rheological properties and processibility of branched polymers. J. Appl. Polym. Sci. 23: 463-471 (1979)

상세보기
Hwang, J.K. and Kokini, J.L. Structural and rheological function of side branches of carbohydrate polymers. J. Texture Studies 22:123-167 (1991)

상세보기
Wurzburg, O.B. Introduction pp. 4-13. In: Modified Starches:Properties and Uses, Wurzburg, O.B. (ed.), CRC Press, Boca Raton, FL, USA (1986)
Glicksman, M. Plant seed gums: introduction, pp. 157. In: Hydro-colloids Vol. III, Glicksman, M. (ed.), CRC Press, Boca Raton,FL, USA (1986)
Dea, I.C.M. The role of structural and modification in controlling polysaccharide functionality, pp. 207-216. In: Industrial Polysac-charitIes: Genetic Engineering, Structure/Property Relations and Applications, Yalpani, M. (ed.), Elsevier Applied Science Publish-ers, New York, USA (1987)
John, M.A. and Dey, P.M. Postharvest changes in fruit cell wall Adv. Food Res. 30: 139-193 (1986)
Basic, A., Harris, P.J. and Stone, B.A. Structure and function of plant cell walls. Vol 14, pp. 309-314. In: The Biochemistry of Plants, Preiss, J. (ed.), Academic Press, New York, USA (1988)
Hwang, J.K. and Kokini, J.L. Contribution of the side branches to rheological properties of pectins. Carbohydr. Polym. 19: 41-50(1992)

상세보기
Chou, T.C. and Kokini, J.L. Rheological properties and conforma-tion of tomato paste pectins, citrus and apple pectins. J. Food Sci. 52:1658-1664(1987)

상세보기
Michel, R, Thibault, J.F. and Doublier, J.L. Characterization of commercial pectins purified by cupric acids, Sciences Des Ali-ments 1.4:569-576(1981)
Rombouts, F.M. and Thibault, J.F. Feruloylated pectic substances from sugarbeet pulp. Carbohydr. Res. 154: 177-187 (1986)

상세보기
Steffe, J.F. Rheological Methods in Food Process Engineering, Freeman Press, Michigan, USA (1992)
Cross, M.M. Rheology of non-Newtonian flow: equation for pseudoplastic system. J. Colloid Sci. 20: 417-437 (1965)

상세보기
Carreau, P.J. Rheological equations from molecular network theo-ries. Ph.D. dissertation. Dept. of Chemical Engineering, Univer-sity of Wisconsin, Madison, USA (1968)
Chhinnan, M.S., Mcwatters, K.H. and Rao, M. Rheological char-acterization of grain legume pastes and effect of hydration time and water level on apparent viscosity. J. Food Sci. 50: 1167(1985)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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