열풍, 진공 및 동결건조한 생강분말의 흡습특성을 조사하고 저장 중 수분함량 예측모델식을 수립하였다. 단분자층 수분함량은 BET식보다 GAB식이 더 높은 유의성을 보였으며 등온흡습곡선은 sigmoid 형태로서 건조방법에 따른 차이는 없었으나 낮은 온도에서 평형수분함량이 높았다. 건조방법에 따른 흡습엔탈피는 큰 차이가 없었으나 수분활성도가 증가함에 따라 낮은 흡습에너지를 보였다. 등온흡습곡선의 적합도는 Caurie 모델이 $R^2\;0.99$ 이상으로 높은 적합도를 나타내었고 그 외 Henderson, Bradley 모델의 순으로 높은 적합도를 나타내었으며, 편차도 Caurie 모델이 $1.2{\sim}5.4%$로 가장 낮았다. 수분함량 예측을 위해 각 독립변수의 최적함수로 시간은 ln 함수, 수분활성도와 온도는 일차식을 선정하였으며 수분함량 예측모델식은 건조방법에 관계없이 시간과 수분활성도, 온도로 수립한 모델식의 적합도가 높았다.
열풍, 진공 및 동결건조한 생강분말의 흡습특성을 조사하고 저장 중 수분함량 예측모델식을 수립하였다. 단분자층 수분함량은 BET식보다 GAB식이 더 높은 유의성을 보였으며 등온흡습곡선은 sigmoid 형태로서 건조방법에 따른 차이는 없었으나 낮은 온도에서 평형수분함량이 높았다. 건조방법에 따른 흡습엔탈피는 큰 차이가 없었으나 수분활성도가 증가함에 따라 낮은 흡습에너지를 보였다. 등온흡습곡선의 적합도는 Caurie 모델이 $R^2\;0.99$ 이상으로 높은 적합도를 나타내었고 그 외 Henderson, Bradley 모델의 순으로 높은 적합도를 나타내었으며, 편차도 Caurie 모델이 $1.2{\sim}5.4%$로 가장 낮았다. 수분함량 예측을 위해 각 독립변수의 최적함수로 시간은 ln 함수, 수분활성도와 온도는 일차식을 선정하였으며 수분함량 예측모델식은 건조방법에 관계없이 시간과 수분활성도, 온도로 수립한 모델식의 적합도가 높았다.
Absorption characteristics of hot air-. vacuum-, and freeze-dried ginger powder were investigated. Monolayer moisture content as determined by GAB equation was $0.257{\sim}0.540\;H_2O/g$, showing higher significance than BET equation. Absorption enthalpy was calculated based on different ...
Absorption characteristics of hot air-. vacuum-, and freeze-dried ginger powder were investigated. Monolayer moisture content as determined by GAB equation was $0.257{\sim}0.540\;H_2O/g$, showing higher significance than BET equation. Absorption enthalpy was calculated based on different drying methods and water activities. Absorption energy decreased with increasing water activity but was not affected by drying method. Isotherm curves showed a typical sigmoid form. Among models applied for predicting equilibrium moisture content, Caurie model was the best fit model for ginger powder, showing the lowest prediction deviation of $1.2{\sim}5.4%$, followed by Henderson then Bradley models. The prediction model equations for the moisture content were established by in(time), water activity, and temperature.
Absorption characteristics of hot air-. vacuum-, and freeze-dried ginger powder were investigated. Monolayer moisture content as determined by GAB equation was $0.257{\sim}0.540\;H_2O/g$, showing higher significance than BET equation. Absorption enthalpy was calculated based on different drying methods and water activities. Absorption energy decreased with increasing water activity but was not affected by drying method. Isotherm curves showed a typical sigmoid form. Among models applied for predicting equilibrium moisture content, Caurie model was the best fit model for ginger powder, showing the lowest prediction deviation of $1.2{\sim}5.4%$, followed by Henderson then Bradley models. The prediction model equations for the moisture content were established by in(time), water activity, and temperature.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 수분함량이 높은 생강을 현재 상업적으로 널리 사용되고 있는 건조방법인 열풍건조, 진공건조 및 동결건조에 따라 분말생강을 제조하여 흡습특성과 아울러 수분함량 예측을 위한 모델식을 수립함으로서 분말생강의 활용성을 높이고 다른 분말식품에서도 적용할 수 있는 기초자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
0, Novasina, Swiss)로 측정하였다. 0.3 g의 분말생강을 chamber 내에 담고 기기 내부의 수분활성도를 포화염용액을 이용하여 0.11, 0.33, 0.53, 0.75, 0.90로 유지시킨 후 10, 20, 30P의 온도에서 평형이 될 때까지. 흡습시켜 평형수분함량을 구하였다.
건조방법에 따라 달리 제조한 분말생강의 흡습특성을 알아보고자 10, 20, 3(TC의 온도에서 수분활성도 0.11, 0.33, 0.53, 0.75, 그리고0.90으로 조절한 용기내에서 평형에 도달하기까지의 수분함량의 변화를 알아보았다. 평형에 도달하는 시간은 수분활성도에 따라 차이가 있는데, 높은 수분활성도, 즉 0.
먼저 각 독립변수에 따른 종속변수의 변화를 알아보고자 산포도를 그린 후 적절한 함수를 선택하여 가장 적합도가 높은 함수를 선정하였다. 시간의 변화에 따른 분말생강의 수분함량을 예측하기 위한 최적 함수는 In 함수가 가장 높은 적합도를 보여 모델함수로 선정하였다.
분말생강의 흡습 중 수분함량을 예측하기 위한 모델식을 수립하였다. 먼저 각 독립변수에 따른 종속변수의 변화를 알아보고자 산포도를 그린 후 적절한 함수를 선택하여 가장 적합도가 높은 함수를 선정하였다.
생강 특유의 맛과 향기를 내는 성분인 gingenjl을 HPLC(Beckman system gold, Beckman Coulter, USA)로 분석을 하였으며 이때 분석조건으로 columme HP-C18, mobile phase 는 CHQN: H20(38 : 62), detector는 UV/VIS 280 nm, flow rate 1.5 mL/min, injection volumee은 20jxL였다.
시간과 수분활성도, 온도를 독립변수로 하여 각 상호관계를 여러 가지 함수로 분석하여 최적함수를 선정한 후 시간, 시간과 수분활성도, 시간과 수분활성도 및 온도에 대하여 예측모델을 수립하여 수분함량 예측모델을 수립하였다.
먼저 각 독립변수에 따른 종속변수의 변화를 알아보고자 산포도를 그린 후 적절한 함수를 선택하여 가장 적합도가 높은 함수를 선정하였다. 시간의 변화에 따른 분말생강의 수분함량을 예측하기 위한 최적 함수는 In 함수가 가장 높은 적합도를 보여 모델함수로 선정하였다. 수분활성도와 온도에 따른 수분함량의 변화는 일차식의 선형이 가장 높은 적합도를 보였다.
지금까지 연구된 모델식 중 여러가지 식품에 비교적 잘 적용되는 6가지 식들을 이용하여 분말생강의 평형수분함량 예측할 수 있는 모델식의 적합성을 알아보았다.
90로 유지시킨 후 10, 20, 30P의 온도에서 평형이 될 때까지. 흡습시켜 평형수분함량을 구하였다.
대상 데이터
, Korea)를 사용하여 10mmHg에서 20시간을 건조하였다. 건조한 생강을 cuttingmill(J-NCM, Jeil science, Korea)로 분쇄하여 100 mesh 이하로 분리하여 실험에 사용하였다.
본 실험에서 사용된 생강은 시장에서 구입하여 세절한 후각각 1.5 kg의 생강을 열풍건조는 hot air dry oven(C-DM3, Jeil Tech., Korea)을 이용하여 601에서 수분의 변화가 없을 때까지 약 8시간을 건조하였으며, 진공건조는 vacuum dryoven(Gallen Kamp Co., England)을 이용하여 60℃, 70mmHg에서 8시간 동안 건조하였다. 동결건조는 deep freezer를 이용하여 -50℃에서 24시간 동안 동결시킨 후 동결건조기(T D5070 RR, Dshin Lab Co.
이론/모형
단분자층 수분함량은 BET equation과 GAB equation에 적용하여 결정하였다.
평형수분함량에 도달하는데 필요한 흡습엔탈피 AHs는 ClsusiusrClapeyron의 변형식을 이용((2)하여 구하였다.
성능/효과
그러나 Table 4에서 보듯이 적합도가 높은 식이라도 온도 및 건조방법에 따라서 그 식에 적용하는 인자들의 값이 달라지므로 얻어진 계수값을 사용하여 예측모델을 계산하면 각 조건에서의 예측 값을 얻을 수 있다. Table 5에서는 본 연구에서 높은 적합도를 보인 Caurie, Henderson, Bradley 그리고 Oswin 등 4개의 모델식을 선정하여 각 시료별 건조방법과 온도에 따라 실험 값과 예측모델에 의한 계산 값으로 percent 편차 P(%)로서 적합도를 표시하였는데 P(%) 값은 낮을수록 높은 적합성을 나타내었다. 건조방법과 온도별 가장 높은 적합도를 나타낸 Caurie 모델이 1.
모델식을 이용하여 적합도를 조사하여 Table 4에 나타내었다. 가장 높은 적합도를 나타낸 식은 Caurie 모델로 건조방법이나 온도에 관계없이 결정계수가 0.99이상의 적합도를 보여 생강분말의 예측식으로 활용이 가능함을 알 수 있었다. 그 외 Henderson 모델이 0.
540 H2O/ g solid의 값으로 나타났다. 각 건조방법별 단분자층 수분함량을 보면 진공건조가 가장 높은 값을 보이며 열풍건조, 동결건조의 순으로 나타났으며 온도가 내려감에 따라서 단분자층 수분함량은 다소 올라가는 경향을 보였다. 이러한 결과는 김 등(19)의 연구 결과와 유사하였으며, 분말생강에서도 역시 온도가 내려감에 따라 적정저장 수분함량은 다소 증가해도 무방하리라 생각된다.
Table 5에서는 본 연구에서 높은 적합도를 보인 Caurie, Henderson, Bradley 그리고 Oswin 등 4개의 모델식을 선정하여 각 시료별 건조방법과 온도에 따라 실험 값과 예측모델에 의한 계산 값으로 percent 편차 P(%)로서 적합도를 표시하였는데 P(%) 값은 낮을수록 높은 적합성을 나타내었다. 건조방법과 온도별 가장 높은 적합도를 나타낸 Caurie 모델이 1.24- 5.39%의 가장 적은 편차를 보였다.
Table 2에 나타내었다. 그러나 BET 식에 적용한 결과 결정계수나 유의성을 살펴보면 만족할만한 유의성을 얻을 수가 없었으나 GAB식에 적용하여 본 결과 2(FC에서 열풍건조한 분말생강의 R2가 0.9972로 높은 유의성을 가져 본연구에서의 단분자층 수분함량을 예측하는데 무리가 없을 것으로 생각되며 계산된 단분자층 수분함량은 0.257~0.540 H2O/ g solid의 값으로 나타났다. 각 건조방법별 단분자층 수분함량을 보면 진공건조가 가장 높은 값을 보이며 열풍건조, 동결건조의 순으로 나타났으며 온도가 내려감에 따라서 단분자층 수분함량은 다소 올라가는 경향을 보였다.
또 높은 수분활성도에서는 흡습 초기에 빠른 속도로 흡습이 이루어지다가 평형에 가까워지고 시간이 지남에 따라 완만한 경사를 보였으며 수분활성도가 높아짐에 따라 빠르게 흡습을 시작하는 것으로 나타났는데 이러한 결과는 일반적인 연구결과와 일치하였다. 그리고 온도에 따라서도 온도가 높아짐에 따라 평형에 도달하는 시간이 더 짧아지며 낮은 온도보다 초기 흡습이 빠른 것으로 나타났고 특히 30℃, 0.90의 수분활성도에서 동결 건조한 시료가 높은 수분활성도를 보여 그 외 다른 온도에 비해 평형에 빨리 도달하는 것으로 나타났다.
시간의 변화에 따른 분말생강의 수분함량을 예측하기 위한 최적 함수는 In 함수가 가장 높은 적합도를 보여 모델함수로 선정하였다. 수분활성도와 온도에 따른 수분함량의 변화는 일차식의 선형이 가장 높은 적합도를 보였다. 따라서 Table 6에 분말생강의 수분함량을 예측하기 위해 수립된 모델식을 나타내었다.
53에서 살펴보면 낮은 온도에서의 평형수분함량이 높은 것으로 나타나는데 온도가 낮을수록 대기중의 수분응축이 온도가 높을 때보다 용이하기 때문에 평형수분함량이 더 높게 나타난 것으로, 이는 김 등(16)과 김 등⑪의 연구 결과와 유사하였다. 열풍건조한 분말생강의 경우 온도가 낮아짐에 따라 평형수분함량이 증가하였으며 진공건조나 동결 건조 또한 낮은 온도보다 높은 온도에서 평형수분함량이 낮았다. 이와 같은 이유는 평형에 도달하는 시간이 고온에서는 단축되므로 평형수분함량 또한 낮아지는 것으로 생각할 수 있으며 동결건조나 진공 건조한 분말이 열풍건조한 분말보다 온도에 따른 흡습특성이 명확한 것은 분체의 특성상 공극의 입자가 크기 때문인 것으로 생각된다.
등온흡습곡선을 보면 수분활성도가 증가할수록 수분함량도 높아졌는데 수분활성도가 높을수록 필요로 하는 흡습에너지가 낮아져 흡습이 쉽게 이루어짐을 알 수 있다. 이러한 경향은 Apostolopou- 1OS 등⑫의 연구와 유사하게 나타났으며, 분말생강과 같은 건조식품은 통상 7~8%의 수분함량에서 저장되기 때문에 흡습성이 큰 분말을 저장할 경우 대기의 수분을 효과적으로 차단시켜 줄 수 있는 방습포장재나 적절한 저장조건을 유지해주는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
9 mg%로 다른 건조방법에 비해 낮은 함량을 보이는데 이는 gingerol 화합물이 고온이나 산, 알카리 조건에서 쉽게 열분해를 받아 shogaol 및 zingerone으로 변화되는 특성(13)이 있어 건조 과정 중에 열에 의한 성분의 파괴가 일어난 것으로 생각되며 이러한 결과는 이 등(15) 의 연구와 유사하였다. 진공건조와 동결건조의 경우는 gingerol 함량이 각각 561.1 mg%, 501.6 mg%으로 나타나 열풍건조에 비해 많은 gingerol 함량을 보였다.
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