천연식초를 이용하여 분말식초의 제조방법을 개발하고 아울러 분말식초의 품질특성 및 제조공정을 평가하여 분말식초의 제조 가능성을 검토하고자 하였다. 식초와 포접물질을 혼합한 포접물의 최적 농도는 피복물질의 양이 많을수록 흡습이 잘 되지 않고 열에도 안정함을 보였으나 포접물질의 양이 증가할수록 포접물질의 맛이 강하게 나타나 식초의 고유한 관능적인 특성이 떨어지므로 포접물의 농도를 30。bx 로 결정하였다. 분무건조공정을 최적화하기 위해 인입온도와 flow rate를 독립변수로 하고 분말식초의 품질특성을 나타내는 수분, 산도, 흡습성, 당함량, 열안정성 등을 종속변수로 하여 반응표면분석법을 실시한 결과, 분무공정의 최적조건은 inlet temperature는 19$0^{\circ}C$, flow rate는 550 L/h로 결정할 수 있었다.
천연식초를 이용하여 분말식초의 제조방법을 개발하고 아울러 분말식초의 품질특성 및 제조공정을 평가하여 분말식초의 제조 가능성을 검토하고자 하였다. 식초와 포접물질을 혼합한 포접물의 최적 농도는 피복물질의 양이 많을수록 흡습이 잘 되지 않고 열에도 안정함을 보였으나 포접물질의 양이 증가할수록 포접물질의 맛이 강하게 나타나 식초의 고유한 관능적인 특성이 떨어지므로 포접물의 농도를 30。bx 로 결정하였다. 분무건조공정을 최적화하기 위해 인입온도와 flow rate를 독립변수로 하고 분말식초의 품질특성을 나타내는 수분, 산도, 흡습성, 당함량, 열안정성 등을 종속변수로 하여 반응표면분석법을 실시한 결과, 분무공정의 최적조건은 inlet temperature는 19$0^{\circ}C$, flow rate는 550 L/h로 결정할 수 있었다.
This study was conducted to develop processing method for vinegar powder from natural vinegar for encapsulation applications. To optimize the spray drying process, experiment was designed by central composition method to find optimal conditions for manufacturing vinegar powder. The acidity, water ab...
This study was conducted to develop processing method for vinegar powder from natural vinegar for encapsulation applications. To optimize the spray drying process, experiment was designed by central composition method to find optimal conditions for manufacturing vinegar powder. The acidity, water absorption, solid content and heat stability of vinegar powder were selected as response variables. The optimal concentration of inclusion complex which was made with vinegar and ${\beta}$-cyclodextrin was determined on 30。bx. On increasing the concentration of ${\beta}$-cyclodextrin as a wall material, the quality of the vinegar was decreased. The optimum conditions of spray drying process for manufacturing vinegar powder were 188∼192$^{\circ}C$ and 500∼600 Lh$^<$TEX> -1/ as inlet temperature and flow rate, respectively.
This study was conducted to develop processing method for vinegar powder from natural vinegar for encapsulation applications. To optimize the spray drying process, experiment was designed by central composition method to find optimal conditions for manufacturing vinegar powder. The acidity, water absorption, solid content and heat stability of vinegar powder were selected as response variables. The optimal concentration of inclusion complex which was made with vinegar and ${\beta}$-cyclodextrin was determined on 30。bx. On increasing the concentration of ${\beta}$-cyclodextrin as a wall material, the quality of the vinegar was decreased. The optimum conditions of spray drying process for manufacturing vinegar powder were 188∼192$^{\circ}C$ and 500∼600 Lh$^<$TEX> -1/ as inlet temperature and flow rate, respectively.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
천연식초를 이용한 분말식초를 제조한다면 천연 조미료 및 건강식품의 소재로 활용이 가능하여 소비계층의 확대와 더불어 소비량 또한 증가는 액상식품의 분말화에 대한 기초자료를 제공할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 분말식초의 제조방법을 개발하기 위하여 반응표면 분석법에 의해 분무건조 공정의 최적조건을 찾아 분말식초의 제조 가능성을 검토하였다.
6884로 산도와 당 함량에서는 5% 이내의 유의성이 있는 것으로 나타났으나 수분 함량에 대해서는 유의성을 찾기가 어려웠다. 따라서 분무건조 공정의 공정조건을 최적화하기 위해서는 종속 변수 중 분말식초의 품질에 영향을 끼치면서 회귀식이 유의성이 있다고 판단되는 산도와 당 함량, 흡습량 그리고 열 안정성을 종속 변수로 하여 최적 조건을 찾고자 하였다.
본 실험에서의 공정조건인인입온도와 flow rate의 변화에 따른 산도, 총당, 흡습량 그리고 열 안정성의 변화를 contour map으로 나타내어 최적 조건을 찾고자 하였다. 이들 종속 변 수를 적절한 제한 조건으로 조절을 함으로써 일정한 품질의 분말식초를 얻을 수 있게 되고 이때의 조건을 분무 건조 공정의 최적 조건이라 할 수 있다.
제안 방법
먼저 분말식초 제조 시 핵물질과 포접물질을 혼합한 포접물의 최적 농도를 결정하기 위해 감식초 200 mL에 포접물질인 6-cyclodextrin을 첨가하여 20, 25, 30 35°bx로 제조한 포접물을 분무 건조하였다. 이때의 제조된 분말식초의 품질 특성으로 분말의 품질 특성을 나타내는 수분 함량과 흡습성과 식초의 품질지표가 될 수 있는 총산, 그리고 포접물질양을 나타내는 총당과 가공적성이나 저장성의 지표로 열 안 정성을 고려하여 분말식초의 품질 특성을 측정한 결과는 Table 2에 나타내었다.
분말식초의 수분 함량은 적외선 수분 측정기(HG53, Metder Toledo, U.S.A.)를 이용하여 105℃에서 더 이상 무게 변화가 없을 때까지 건조하여 측정하였다.
분말식초의 흡습성은 분말식초 1 g을 취하여 포화상태로 조절된데 시게이터 내에 3사간 방치한 뒤 흡습된 수분량을 측정하여 분말식초의 흡습 정도를 알아보았다.
분무건조 공정을 최적화하고자 Table 1과 같은 실험조건에서 분무건조를 행하여 얻어진 품질 특성의 변화를 알아보았다. 인입 온도와 flow rate에 따른 적정산도의 변화를 Fig.
본 실험에서 사용된 분무건조기의 성능에 영향을 미치는 인자로는 인입 온도, 공기의 flow rate, 시료 pumping speed 그리고 aspirator speed 등을 들 수 있는데, 이중 인입 온도와 분무속도를 결정하는 flow rate를 주요 변수로 하여 반응 표면 분석법 (response surface methodology ; RSM)(11)을 이용하여 최적화였다. 중심합성계획법(central composite design)으로 실험을 설계하여 inlet temperature(X1)와 flow rate(X2)를 독립변수(0로 하고 Table 1과 같이 -2, -1, 0, +1, +2의 다섯 단계로 부호화하여 분말식초의 품질 특성으로 예상되는 수분 (Y1), 산도(Y2), 총당(Y3), 흡습성(Y4), 열 안정성(Y5)을 종속 변 수(Yn)로 하였다.
대상 데이터
본 실험에서 핵물질로 사용한 식초는 경북과학대학에서 제조한 감식초를 사용하였으며, pH 3.76, 산도 7.62%, 고형분 양은 4.7이었다. 포접물질로는 -cyclodextrin(Cyclodex S, 고려식료, Korea)을 사용하였다.
7이었다. 포접물질로는 -cyclodextrin(Cyclodex S, 고려식료, Korea)을 사용하였다.
이론/모형
본 실험에서 사용된 분무건조기의 성능에 영향을 미치는 인자로는 인입 온도, 공기의 flow rate, 시료 pumping speed 그리고 aspirator speed 등을 들 수 있는데, 이중 인입 온도와 분무속도를 결정하는 flow rate를 주요 변수로 하여 반응 표면 분석법 (response surface methodology ; RSM)(11)을 이용하여 최적화였다. 중심합성계획법(central composite design)으로 실험을 설계하여 inlet temperature(X1)와 flow rate(X2)를 독립변수(0로 하고 Table 1과 같이 -2, -1, 0, +1, +2의 다섯 단계로 부호화하여 분말식초의 품질 특성으로 예상되는 수분 (Y1), 산도(Y2), 총당(Y3), 흡습성(Y4), 열 안정성(Y5)을 종속 변 수(Yn)로 하였다.
총당은 phenol-sulfuric acid법(10)에 따라 비색 정량하였다. 분말식초 1 g을 10, 배로 희석한 시료 1 ml에 5% 페놀 1 mL를 가하고 황산 5 mL를 가하여 발색시킨 다음 20분간 방치 후spectrophotometer( 160A, Shimadzu, Japan)를 이용하여 470 nm에서 흡광도를 측정하였다.
성능/효과
이 값들은 정상점에서의 예측값들로서 정상점에서의 공정변수의 조건을 나타내고 있다. 각종 속 변수 모두 주어진 실험조건에서 최대, 최소점을 나타내었으나 당 함량은 안장점을 나타내어 능선 분석을 통하여 실험조건내에서의 최소점을 찾아 나타내었다. 분말식초의 품질특성을 나타내는 수분 함량, 산도, 당 함량, 흡습량, 열 안정 성 등에 대한 이차회귀모형의 적합도는 0.
3%로 높은 열 안정성을 나타내었다. 분말식초 제조시 35 °bx의 농 도일 때 분말식초 특성이 우수한 것으로 나타났지만 포접물질의 농도가 증가할수록 포접물질의 맛이 강하게 나타나 식초의 고유한 관능적인 특성이 저하되므로 35 °bx의 농도보다 30 °bx의 농도의 경우가 분말식초 제조에 적합한 것으로 나타났다. 이는 분무건조 시 피복물질의 첨가비율이 높을수록 핵물질이 가지는 본래의 관능적인 특성이 약해진다는 Kim 등(13)의 보고와 유사한 결과를 나타내었다.
포접물질의 첨가량이 증가할수록 핵물질을 포집하는 능력이 높다고 보고한 Rosenberg 등(12)의 연구와는 달리 포접물의 농도가 높을수록 산의 양이 감소하였는데 이는 농도가 높을수록 6-cyclodextrin 함량이 증가하고 포접물의 농도가 낮은 시료에 비해 상대적으로 식초의 양이 감소했기 때문이라 생각된다. 분말식초의 열 안정성을 나타내는 적정산도의 변화는 20 °bx와 25 °bx의 경우 87.5%, 86.8%의 경향을 보이는 반면 30 °bx, 35 °bx의 경우 94.6%, 95.3%로 높은 열 안정성을 나타내었다. 분말식초 제조시 35 °bx의 농 도일 때 분말식초 특성이 우수한 것으로 나타났지만 포접물질의 농도가 증가할수록 포접물질의 맛이 강하게 나타나 식초의 고유한 관능적인 특성이 저하되므로 35 °bx의 농도보다 30 °bx의 농도의 경우가 분말식초 제조에 적합한 것으로 나타났다.
각종 속 변수 모두 주어진 실험조건에서 최대, 최소점을 나타내었으나 당 함량은 안장점을 나타내어 능선 분석을 통하여 실험조건내에서의 최소점을 찾아 나타내었다. 분말식초의 품질특성을 나타내는 수분 함량, 산도, 당 함량, 흡습량, 열 안정 성 등에 대한 이차회귀모형의 적합도는 0.3649, 0.8641, 0.9373, 0.6298, 0.6884로 산도와 당 함량에서는 5% 이내의 유의성이 있는 것으로 나타났으나 수분 함량에 대해서는 유의성을 찾기가 어려웠다. 따라서 분무건조 공정의 공정조건을 최적화하기 위해서는 종속 변수 중 분말식초의 품질에 영향을 끼치면서 회귀식이 유의성이 있다고 판단되는 산도와 당 함량, 흡습량 그리고 열 안정성을 종속 변수로 하여 최적 조건을 찾고자 하였다.
이 실험 결과를 이용하여 얻어진 각종속변수의 이차회귀 모형의 회귀계수를 Table 4에 나타내었는데 각 종속 변수의 교차항이나 제곱항의 계수값이 너무 작아 일차항만으로도 회귀식을 도출할 수 있었다. 분무건조 시 독립변수가 각종속변수에 미치는 영향을 알아본 결과, 인입 온도보다는 flow rate가 더 중요한 변수임을 알 수 있으며 특히, 분말식초의 총당이나 산도에는 두 독립변수 모두 5% 이내의 유의성이 있는 것으로 나타났다 (Table 5). Garlic oil의 분무건조 시 온도가 oil retention에 큰 영향을 끼치지 않았다는 Song 등(14)의 보고와 유사한 결과를 나타내었으나 volaile retention에 있어서 온도가 증가함에 따라 캡 슐 표면의 volaile retentione 감소하고 전체 volaile retentione 증가하여 온도가 증가함에 따라 캡슐형 성능이 우수하다고 보고한 Bhandari 등(15)의 결과와는 상이한 결과를 나타내었다.
이때의 제조된 분말식초의 품질 특성으로 분말의 품질 특성을 나타내는 수분 함량과 흡습성과 식초의 품질지표가 될 수 있는 총산, 그리고 포접물질양을 나타내는 총당과 가공적성이나 저장성의 지표로 열 안 정성을 고려하여 분말식초의 품질 특성을 측정한 결과는 Table 2에 나타내었다. 수분 함량은 포접물의 농도에 따라 2.43-3.57% 정도로 큰 차이를 보이지 않았고 흡습성의 경우 25°bx이상의 농도에서 6.1 ~64%로 유사한 경향을 보였으나 20°bx 농도로 제조된 분말식초의 흡습성이 7.8%로 높게 나타났다. 포접물질의 첨가량이 증가할수록 핵물질을 포집하는 능력이 높다고 보고한 Rosenberg 등(12)의 연구와는 달리 포접물의 농도가 높을수록 산의 양이 감소하였는데 이는 농도가 높을수록 6-cyclodextrin 함량이 증가하고 포접물의 농도가 낮은 시료에 비해 상대적으로 식초의 양이 감소했기 때문이라 생각된다.
4와 같으며 모든 구간에서 90% 이상의 열 안정성을 나타내 열에 의한 산도의 손실은 크지 않음을 알 수 있었다. 열 안정성은 온도가 증가할수록, 그리고 flow rate가 증가할수록 안정성이 더 높아지는 것으로 나타났으나, flow rate의 증가보다는 높은 온도에서 제조한 분말식초의 열 안정성이 더 높은 것으로 나타났다.
1에 나타내었다. 온도가 증가할수록 적정산도가 증가하는 경향을 보였으며 flow rate에 따라서는 500~600 L/h 사이에서 높은 값을 나타내었다. 총당의 변화는 Fig.
3은 인입 온도와 flow rate에 따른 수분 흡습량의 변화를 알아본 결과로서 주어진 실험구간 내에서 최대 점을 찾을 수 있었으며 이때의 공정조건은 온도 180℃, flow rate 550 L/h 인 것으로 나타났다. 온도와 flow rate 에 따른 열 안정성의 변화에 대해 알아본 결과는 Fig. 4와 같으며 모든 구간에서 90% 이상의 열 안정성을 나타내 열에 의한 산도의 손실은 크지 않음을 알 수 있었다. 열 안정성은 온도가 증가할수록, 그리고 flow rate가 증가할수록 안정성이 더 높아지는 것으로 나타났으나, flow rate의 증가보다는 높은 온도에서 제조한 분말식초의 열 안정성이 더 높은 것으로 나타났다.
5에서는 유의성이 있다고 판단되는 종속 변수들의 contour map을 중첩시켜서 구한 최적분무건조조건의 범위를 나타내었다. 주어진 실험조건 내에서 분무건조 후의 분말식초의 산도는 6.0% 이상, 총당은 0.72 -0.74%, 흡습량은 최대가 되는 영역인 8.0% 이상 그리고 열 안정성은 96% 이상으로 하는 제한조건을 만족하는 영역은 인입 온도가 188-192℃, flow rate는 500 -600 L/h인 것으로 나타났다. 따라서 Table 7과 같이 최적분무건조 공정 조건으로 온도를 190℃, flow rate는 550 L/h로 결정하여 이후 포접물질의 혼합비를 결정하고자 하는 실험을 수행하였다.
2에 나타내었는데 실험구간내에서 정상점이 안장점을 나타내어 다시 능선 분석을 통하여 실험구간내에서 최소점을 나타내는 건조조건을 찾았다. 총당에 대한 온도의 영향은 150 ℃ 이하의 온도 구간에서는 온도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었으나 150℃ 이상의 온도에서는 온도가 증가할수록 증가하는 경향을 보였고 flow mte는 600-700 L/h의 구간에서 총당 함량이 많았다. Fig.
후속연구
천연식초를 이용한 분말식초를 제조한다면 천연 조미료 및 건강식품의 소재로 활용이 가능하여 소비계층의 확대와 더불어 소비량 또한 증가는 액상식품의 분말화에 대한 기초자료를 제공할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 분말식초의 제조방법을 개발하기 위하여 반응표면 분석법에 의해 분무건조 공정의 최적조건을 찾아 분말식초의 제조 가능성을 검토하였다.
참고문헌 (15)
Jeong, Y.J. and Lee, M.H. (2000) A view and prospect of vinegar industry. Food Ind. Nutr., 5, 7-12
Masters, K. (1991) Spray drying handbook. Longman Scientific & Technical
Cho, Y.H., Shin, D.S., Park, J.Y. (1997) Microencapsulation Technology in the Food Industry. Food Science and Industry, 30, 98-111
Kim, T.J., Kim, Y.S. and Pyun, Y.R. (1996) Liposome- microencapsulation of lysozyme and its stimulated release. Korean J. Food Sci. Technol., 28, 399-404
Kim, C.H., Lee, K.W., Baick, S.C., Kwak, H.S. and Kang, J.O. (1996) Studies on the microencapsulation of $\omega$ -3 polyunsaturated fatty acid. Korean J. Food Sci. Technol., 28, 743-749
Chang, P.S. and Ha, J.S. (2000) Optimization of fish oil microencapsulation by Response surface methodology and its storage stability. Korean J. Food Sci. Technol., 32, 646-653
Chang, P.S., Ha, J.S., Roh, H.J. and Choi, J.H. (2000) Optimization of conditions for the microencapsulation of $\alpha$ -tocopherol and its storage stability. Korean J. Food Sci. Technol., 32, 843-850
Cho, Y.H., Shin, D.S. and Park, J.Y. (2000) Optimization of emulsification and spray drying process for the microencapsulation of flavor compounds. Korean J. Food Sci. Technol., 32, 132-139
Jeon, M.N. (1999) Improved aqueous solubility and chemical stabilities of an inclusion complex, SCIC derived from shikonin and $\beta$ -cyclodextrin. Chung Ang Univ. M. S. Thesis.
Dubois, M., Gilles, K.A., Hamilton, J.K., Rebers, P.A. and Smith, F. (1956) Coloric method for determination of sugars and related substances. Anal. Chem., 28, 350-356
Mortgomery, D.C. (1984) Design and analysis of experiments, 2nd ed., John wiley & Sons, New York, USA, 445-474
Rosenberg, M., Kopelman, I.J. and Talmon. Y. (1990) Factors affecting retention in spray-drying microencapsulation of volatile materials. J. Agric. Food Chem., 38, 1288
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.