건조단호박의 제조시 건조공정에 의한 품질열화를 줄이기 위한 전처리 공정으로서 삼투공정을 행하였으며 반응표면분석법으로 최적화를 수행하여 최적조건을 얻고자 하였다 삼투건조시 침지온도와 농도 및 시간을 독립 변수로 하고 수분함량, 무게감소량, 수분감소량, 고형분증가랑, 당농도, 비타민 C 함량 및 경도를 반응변수로 하였다. 삼투건조시 물질이동 특성은 침지온도, 농도, 시간이 증가할수록 변화가 많이 일어났으며, 농도와 온도의 상호작용에 의해 삼투효과가 증가되었다. 당농도의 변화는 침지온도, 농도, 시간이 증가함에 따라 증가하였으며, 농도의 증가에 더 큰 영향을 받음을 알 수 있었다. 비타민 C 함량은 낮은 온도와 고농도의 처리에서 당의 보호작용으로 손실이 적게 나타났고 경도의 변화는 전반적으로 농도와 온도가 증가할수록 측정값이 낮아졌으며, 침지 시간이 증가할수록 값이 높아지는 것으로 나타났다. 회귀모형에 대한 적합성은 경도를 제외하고 대부분이 1%이내의 유의성을 보여 수린됩 반응표면 모형이 통계 적으로 유의 하다고 할 수 있었다. 독립 변수의 영향은 침지온도와 시간보다농도에서 1%의 유의성이 인정되어 농도의 영향을 가장많이 받음을 확인하였다 독립 변수중 가장 영향이 적은 침지 시간을 80분으로 고정하고 수분함량을 60∼70%로 하고 비타민 C 함량과 경도를 각각 3 mg/100 g, 10 kg/$\textrm{cm}^2$ 이상으로 하는 온도와 농도는 20∼$25^{\circ}C$, 48∼56$^{\circ}$Brix로 나타나, 건조 단호박 제조를 위한 삼투건조처리의 최적조건은 중심값인 23$^{\circ}C$, 52$^{\circ}$Brix, 80분으로 결정할 수 있었다.
건조단호박의 제조시 건조공정에 의한 품질열화를 줄이기 위한 전처리 공정으로서 삼투공정을 행하였으며 반응표면분석법으로 최적화를 수행하여 최적조건을 얻고자 하였다 삼투건조시 침지온도와 농도 및 시간을 독립 변수로 하고 수분함량, 무게감소량, 수분감소량, 고형분증가랑, 당농도, 비타민 C 함량 및 경도를 반응변수로 하였다. 삼투건조시 물질이동 특성은 침지온도, 농도, 시간이 증가할수록 변화가 많이 일어났으며, 농도와 온도의 상호작용에 의해 삼투효과가 증가되었다. 당농도의 변화는 침지온도, 농도, 시간이 증가함에 따라 증가하였으며, 농도의 증가에 더 큰 영향을 받음을 알 수 있었다. 비타민 C 함량은 낮은 온도와 고농도의 처리에서 당의 보호작용으로 손실이 적게 나타났고 경도의 변화는 전반적으로 농도와 온도가 증가할수록 측정값이 낮아졌으며, 침지 시간이 증가할수록 값이 높아지는 것으로 나타났다. 회귀모형에 대한 적합성은 경도를 제외하고 대부분이 1%이내의 유의성을 보여 수린됩 반응표면 모형이 통계 적으로 유의 하다고 할 수 있었다. 독립 변수의 영향은 침지온도와 시간보다농도에서 1%의 유의성이 인정되어 농도의 영향을 가장많이 받음을 확인하였다 독립 변수중 가장 영향이 적은 침지 시간을 80분으로 고정하고 수분함량을 60∼70%로 하고 비타민 C 함량과 경도를 각각 3 mg/100 g, 10 kg/$\textrm{cm}^2$ 이상으로 하는 온도와 농도는 20∼$25^{\circ}C$, 48∼56$^{\circ}$Brix로 나타나, 건조 단호박 제조를 위한 삼투건조처리의 최적조건은 중심값인 23$^{\circ}C$, 52$^{\circ}$Brix, 80분으로 결정할 수 있었다.
This study was conducted to develop a sweet pumpkin to intermediate materials for various processed foods and dried food having high quality. Factorial experiment design with three variables having three levels was adapted and response surface methodology was used to determine optimum conditions for...
This study was conducted to develop a sweet pumpkin to intermediate materials for various processed foods and dried food having high quality. Factorial experiment design with three variables having three levels was adapted and response surface methodology was used to determine optimum conditions for osmotic dehydration of sweet pumpkin. The moisture content, weight reduction, moisture loss and solid gain after osmotic dehydration increased according to increasement of immersion temperature, concentration and time. The effect of concentration was more significant than that of temperature and time at given conditions. Sugar concentration and vitamin C content increased in accordance with increasement of immersion temperature, concentration and time during osmotic dehydration. Hardness was increased by increasing immersion time. The regression models showed very significant values and high correlation coefficients (R2) above 0.91, excepting hardness. The optimum condition for osmotic dehydration was 23$^{\circ}C$, 52$^{\circ}C$Brix and 80 min at the constricted conditions such as 60∼70% moisture content, above 3 mg/100 g vitamin C and more than 10 kg/$\textrm{cm}^2$ hardness.
This study was conducted to develop a sweet pumpkin to intermediate materials for various processed foods and dried food having high quality. Factorial experiment design with three variables having three levels was adapted and response surface methodology was used to determine optimum conditions for osmotic dehydration of sweet pumpkin. The moisture content, weight reduction, moisture loss and solid gain after osmotic dehydration increased according to increasement of immersion temperature, concentration and time. The effect of concentration was more significant than that of temperature and time at given conditions. Sugar concentration and vitamin C content increased in accordance with increasement of immersion temperature, concentration and time during osmotic dehydration. Hardness was increased by increasing immersion time. The regression models showed very significant values and high correlation coefficients (R2) above 0.91, excepting hardness. The optimum condition for osmotic dehydration was 23$^{\circ}C$, 52$^{\circ}C$Brix and 80 min at the constricted conditions such as 60∼70% moisture content, above 3 mg/100 g vitamin C and more than 10 kg/$\textrm{cm}^2$ hardness.
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문제 정의
지금까지 호박에 관련된 연구로는 호박의 이화학적 특성, 호박 꿀차의 개발에 관한 연구 및 호박죽의 개발 등이 대부분으로 기호성 이 높은 가공 식품으로의 개발이 시도되지 않고 있다(12, 13). 따라서 본 연구에서는 단호박의 소비 확대를 위하여 건조 형태의 식품개발의 일환으로서 본건조에 앞서 건조시 발생되는 문제점을 보완하기 위해 여러 가지 이점을 줄 수 있는 삼투공정을 전처리로서 이용하였으며 최적조건을 반응표면분석으로 최적화를 통하여 얻고자 하였다.
온도와 시간을 요인변수로 두었을 때 제한조건을 만족하는 지역의 온도와 시간은 각각 20~27℃, 65~120분이었다. 반응변수에 대하여 각 조건이 일치하지 않으므로 세 가지의 실험변수 중 가장 영향이 적은 것 (Table 4)으로 나타난 침지시간을 고정한 다음, 온도와 농도에 대한 최적조건을 찾고자 하였다. 침 지 시간을 중심 값인 80분으로 고정 하고 온도와 농도만을 변수로 하여 얻은 contour map을 Fig.
필요로 하게된다. 주어진 실험조건 내에서 예비실험을 통해 얻어진 결과를 바탕으로 제한 영역을 설정하고, 각 조건이 일 치 하는 지역 을 중첩 되는 contour map으로 구하고자 하였다. 예비실험 결과 비 타민 C의 함량을 최소 3 mg/100 g 이상으로 하고, 수분함량은 삼투건조효율과 건조시 효율에 영 향을 미치므로 70% 이하로 설정하였으나, 실제 삼투건 조시 대략 60% 이 하의 수분함량을 보이지 않아 제한조건을 60~ 70%로 하였다.
가설 설정
삼투건조 중 수분 손실량과 용질의 이동량은 시료 내부 의용 질이 삼투압용액에 대하여 확산작용이 일어나지 않으며 삼투 용액의 농도는 균일하다는 가정 하에서 구하였고, 삼투 건조 시 물질이동은 고형분증가량(solid gain), 무게감소량 (weight reduction), 수분감소량(moisture loss)로서 각각 아래의 식에 따라 나타내었다(14).
제안 방법
Rheometer(CR-100D Sun Scientific Co., Ltd. Japan)를 이용하여 각 삼투처리별 시료를 무작위로 5개를 선택하여 hardness를 측정하여 나타내었다. Rheometer의 측정조건은 직경 5 mm의 원형 adapter(No.
삼투처 리후 제품 품질에 많은 영향을 끼 친다고 판단되면서 유의성이 있는 것으로 나타난 반응변수인수분 함량과 비타민 C함량 및 식감에 영향을주는 인자인 경도를 품질평가 기준으로 하였다. 따라서 본 삼투건조에서는 종속변수를 수분함량, 비 타민 C 함량 및 경도로 하고 독립 변수를 침지온도, 농도, 시간으로 하였을 때의 변화 정도를 contour map으로 나타내었다.
즉, 삼투 건조 시 침지온도(immersion temperature: X】)와 당농도(sugar concentration: X2) 그리고 침 지 시 간(immersion time: X3)을 요인변수로 하여 Table 1과 같이 -2, -1, 0, +1, +2의 다섯 단계로 부호화하였다. 또한 삼투건조 후 품질특성에 관련된 반응변수(YQ로는 수분함량(Yi), 고형분증가량(Y2), 무게감소량(丫3), 수분감소량(丫4), 당농도(丫5), vitamin C 함량(YQ,경도(Y7)에 의하여 실험영역을 설계하여 16개의 선정된 조건에서 실험을 실시하였다.
삼투건조 후 물질이 동의 특성은 수분함량, 무게 감소량, 고형 분증가량 및 수분감소량의 변화로 측정하였으며, 그 결과는 Table 2와 같다. 삼투건조 공정에서 수분함량의 변화는 침지온도, 농도, 시간이 증가할수록 낮은 값을 보여주었으며, 특히 시간에 따른 수분함량의 변화는 적은데 반하여 침 지온도나 농도의 증가에 따라 수분함량이 급속히 낮아져 삼투효과가 큰 것으로 나타났다.
삼투건조시 agent로 sucrose를 이용하여 농도를 20, 30, 40, 50, 60%로 조성한 후 시료와 용액의 담금비율을 1 :10 (W/V)으로 하여 20, 30, 40, 50, 60℃에서 30, 60, 90, 120, 150분 동안 침지시킨 후 몇 초간 세척하여 시료 표면에 부착된 당을 제거하고 여과지를 이용하여 표면수분을 제거한 후 분석 및 건조실험을 행하였다.
Mudahar 등(19)은 당근의 삼투건조시 침지온도와 농도가 크게 영향을 미치며 침지 시간은 영향이 없다고 보고하였는데, 본 실험 결과와는 다른 경향이 었다. 삼투처 리후 제품 품질에 많은 영향을 끼 친다고 판단되면서 유의성이 있는 것으로 나타난 반응변수인수분 함량과 비타민 C함량 및 식감에 영향을주는 인자인 경도를 품질평가 기준으로 하였다. 따라서 본 삼투건조에서는 종속변수를 수분함량, 비 타민 C 함량 및 경도로 하고 독립 변수를 침지온도, 농도, 시간으로 하였을 때의 변화 정도를 contour map으로 나타내었다.
이용하여 반응표면분석을 하였다. 즉, 삼투 건조 시 침지온도(immersion temperature: X】)와 당농도(sugar concentration: X2) 그리고 침 지 시 간(immersion time: X3)을 요인변수로 하여 Table 1과 같이 -2, -1, 0, +1, +2의 다섯 단계로 부호화하였다. 또한 삼투건조 후 품질특성에 관련된 반응변수(YQ로는 수분함량(Yi), 고형분증가량(Y2), 무게감소량(丫3), 수분감소량(丫4), 당농도(丫5), vitamin C 함량(YQ,경도(Y7)에 의하여 실험영역을 설계하여 16개의 선정된 조건에서 실험을 실시하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용한 단호박은 경북북부 지역에서 재배된 것으로 일반 재 래 시 장에서 구입 했으며 , 2.5 X 2.5 X 0.5 cm 크기의 slab 형태로 무게가 1.7±0.1 g 되게 절단하여 사용하였다.
데이터처리
단호박에 대한 최적의 삼투건조 조건을 얻기 위한 건조 조건에 대한 실험계획을 설계하고 SAS(Statistical Analysis system)을 이용하여 반응표면분석을 하였다. 즉, 삼투 건조 시 침지온도(immersion temperature: X】)와 당농도(sugar concentration: X2) 그리고 침 지 시 간(immersion time: X3)을 요인변수로 하여 Table 1과 같이 -2, -1, 0, +1, +2의 다섯 단계로 부호화하였다.
삼투건조 공정의 최적조건을 찾고자 Table 2의 실험 결과를 SAS program을 이용하여 회귀 분석 하였다(Table 3). 삼투 건조 시 물질이동특성을 나타내는 수분함량(YD, 무게감소량(丫2), 수분감소량(丫3), 고형분증가량(YQ의 R2는 각각 0.
이론/모형
시료 일정량에 5% metaphosphoric acid 용액을 가하여 마쇄한 후 같은 용액으로 100 mL가 되게 정용한 다음 원심분리한 것을 측정 용시 료로 하여 2, 4-dinitrophenylhydrizine (DNP) 비 색법을 이용하여 540 nm에서 흡광도를 측정하였으며, vitamin C(ascorbic acid)의 검 량선에 의해 정 량하였다.
성능/효과
삼투건조 공정에서 수분함량의 변화는 침지온도, 농도, 시간이 증가할수록 낮은 값을 보여주었으며, 특히 시간에 따른 수분함량의 변화는 적은데 반하여 침 지온도나 농도의 증가에 따라 수분함량이 급속히 낮아져 삼투효과가 큰 것으로 나타났다. 그리고 40℃, 60°Brix에서 90분 침지 시 가장 적은 수분함량을 나타내 어 농도 및 온도의 상호작용에 의해 삼투효과가 증가되었음을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 사과의 삼투건조시 온도와 농도가 증가할수록 사과 내부의 수분확산이 향상된다는 Saurel 등(15)의 보고와 유사하였으며, 삼투처리로도 건조가 이루어짐을 알 수 있었다.
4는 경도의 변화를 나타낸 것으로 침지 온도와 농도가 증가할수록 경도는 감소하였고 오히려 저농도에서 높은 값을 보였다. 또한, 온도보다는 농도의 영향을 많이 받아 침지 농도의 조절을 통해 다양한 조직감을 얻을 수 있음을 확인하였다.
수분감소량의 변화는 무게감소량과 유사하였는데, 농도가 증가될수록 그 값이 커졌고 일정 농도에서 침지 시간이 증가할수록 높은 값을 나타내어 농도와 시간이 동시에 증가할수록 높은 건조효과를 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한, 온도의 증가보다는 농도와 시 간의 증가에 많은 영 향을 받는 것으로 나타났으며 시 간보다는 농도에 따라 보다 큰 영향을 받는 것으로 나타나, 당농도가 침 지 온도 및 시간에 비 해 크게 작용한다는 Kim⑼의 보고와 일치하였다. Conway 등 (16)의 설탕용액의 온도를 10℃ 상승시키는 것은 10° Brix의 농도 증가와 같다는 보고와는 달리 처리 온도보다는 농도에 의한 효과가 컸다.
이러한 결과는 사과의 삼투건조시 온도와 농도가 증가할수록 사과 내부의 수분확산이 향상된다는 Saurel 등(15)의 보고와 유사하였으며, 삼투처리로도 건조가 이루어짐을 알 수 있었다. 무게감소량의 변화는 삼투용액의 농도가 증가될수록 그 값이 커졌고 일정 농도에서 온도와 시간이 증가할수록 높은 값을 나타내었으며 시간이나 온도의 증가보다는 농도의 증가에 많은 영향을 받음을 알 수 있었다. 일부 구간에서 (-)값이 나온 것은 삼투건조시 수분의 이동보다 당용액의 이동이 크기 때문이다.
삼투 건조 시 물질이동특성을 나타내는 수분함량(YD, 무게감소량(丫2), 수분감소량(丫3), 고형분증가량(YQ의 R2는 각각 0.9676, 0.9623, 0.9624, 0.9756이었고 유의성은 각각 0.0008, 0.0013, 0.0013, 0.0004로 1% 이내의 유의수준을 나타내어 각 처 리구에 대하여 높은 유의성 이 인정되었다. 삼투공정 에서 품질변화 인자로 선정 한 당농도(丫5), 비 타민 C함량(丫6)및 경도(丫7)에 대한 IF는 0.
Table 2와 같다. 삼투건조 공정에서 수분함량의 변화는 침지온도, 농도, 시간이 증가할수록 낮은 값을 보여주었으며, 특히 시간에 따른 수분함량의 변화는 적은데 반하여 침 지온도나 농도의 증가에 따라 수분함량이 급속히 낮아져 삼투효과가 큰 것으로 나타났다. 그리고 40℃, 60°Brix에서 90분 침지 시 가장 적은 수분함량을 나타내 어 농도 및 온도의 상호작용에 의해 삼투효과가 증가되었음을 확인할 수 있었다.
키위의 삼투 건조 시비 타민 C의 함량 변화를 조사한 Hong 등(17)의 보고에 의하면 fresh상태의 비타민 C 함량은 삼투처리를 거치면서 약 30%의 손실이 발생하였으며 저온, 고농도의 삼투처 리가 비타민 C의 손실을 억제하는데 효과적이었다고 보고하였는데, 본 실험의 결과와 일치하였다. 삼투건조에 따른 경도의 변화는 전반적으로 농도와 온도가 증가할수록 측정 값이 낮아졌으며, 침지 시간이 증가할수록 값이 높아지는 것으로 나타났다. 그러나 시간에 따른 변화에서는 같은 농도와 온도에서 침지시간이 증가할수록 값이 커지는 것으로 나타났다.
0004로 1% 이내의 유의수준을 나타내어 각 처 리구에 대하여 높은 유의성 이 인정되었다. 삼투공정 에서 품질변화 인자로 선정 한 당농도(丫5), 비 타민 C함량(丫6)및 경도(丫7)에 대한 IF는 0.9156, 0.9343, 0.8264였으며 유의성은 hardness를 제외하고 당농도 및 비타민 C함량에서 각각 5%와 1%의 유의성을 보였다. Yoon 등(18)의 연구보고에서 R2값이 1에 가까울수록 반응 모형 이 자료에 적 합함을 알 수 있고, P값은 0.
침 지 온도와 시간에 따른 경향을 살펴보면 온도가 더 큰 영향을 미 쳤으나 온도와 시간이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 온도와 시간보다는 농도에 더 큰 영향을 받음을 알 수 있었다. 삼투처리에 따른 비타민 C 함량의 변화를 살펴보면 고온보다는 저온에서 처리한 경우에 더 높은 함량을 보였으며 농도가 증가할수록 높은 함량이었다. 이러한 결과는 고농도에서 비타민 C의 손실이 적어 당에 의한 보호작용(10)으로 생각된다.
고형분증가량은 온도보다 농도에 의한 영향이 더 큰 것으로 나타났는더】, 이는 삼투건조에 있어서 농도가 증가할수록 당의 흡수가 많아져 고형 분이 증가했음을 보여주는 것으로 대부분의 보고에서도 이와 유사한 경향이 었다(6-9). 수분감소량의 변화는 무게감소량과 유사하였는데, 농도가 증가될수록 그 값이 커졌고 일정 농도에서 침지 시간이 증가할수록 높은 값을 나타내어 농도와 시간이 동시에 증가할수록 높은 건조효과를 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한, 온도의 증가보다는 농도와 시 간의 증가에 많은 영 향을 받는 것으로 나타났으며 시 간보다는 농도에 따라 보다 큰 영향을 받는 것으로 나타나, 당농도가 침 지 온도 및 시간에 비 해 크게 작용한다는 Kim⑼의 보고와 일치하였다.
경도는 건조시 10 kg/cm2 이 하는 과육 모형의 수축과 변형이 심하여 10 kg/cm2 이상을 제한 조건으로 하였다. 시 간과 농도를 함수로 하여 각 반응변 수들의 제 한 조건을 만족시키는 최적구간을 나타낸 결과 최적 시간과 농도는 40~ 110분, 30~37%이 었으며, 온도와 농도를 함수로 하였을 경우 위의 제한조건을 만족하는 지역을 나타내는 최적 구간은 침지온도와 농도가 각각 20~23℃, 48~56%로 나타났다. 온도와 시간을 요인변수로 두었을 때 제한조건을 만족하는 지역의 온도와 시간은 각각 20~27℃, 65~120분이었다.
주어진 실험조건 내에서 예비실험을 통해 얻어진 결과를 바탕으로 제한 영역을 설정하고, 각 조건이 일 치 하는 지역 을 중첩 되는 contour map으로 구하고자 하였다. 예비실험 결과 비 타민 C의 함량을 최소 3 mg/100 g 이상으로 하고, 수분함량은 삼투건조효율과 건조시 효율에 영 향을 미치므로 70% 이하로 설정하였으나, 실제 삼투건 조시 대략 60% 이 하의 수분함량을 보이지 않아 제한조건을 60~ 70%로 하였다. 경도는 건조시 10 kg/cm2 이 하는 과육 모형의 수축과 변형이 심하여 10 kg/cm2 이상을 제한 조건으로 하였다.
삼투 건조 후 당 농도의 변화는 침 지 온도와 농도 및 시간이 증가함에 따라 증가하였는데, 이것은 삼투작용에 의한 고형분의 증가 때문으로 사료된다. 침 지 온도와 시간에 따른 경향을 살펴보면 온도가 더 큰 영향을 미 쳤으나 온도와 시간이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 온도와 시간보다는 농도에 더 큰 영향을 받음을 알 수 있었다. 삼투처리에 따른 비타민 C 함량의 변화를 살펴보면 고온보다는 저온에서 처리한 경우에 더 높은 함량을 보였으며 농도가 증가할수록 높은 함량이었다.
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