전분의 가열, 호화과정에서 ohmic heater를 이용하여 가열속도를 변화시키면서 가열속도가 전분현탁액의 팽윤특성 및 물성에 미치는 영향을 고찰하였다. 3% 옥수수 전분현탁액을 가열속도를 변화시키면서 $90^{\circ}C$까지 가열한 후 냉각시키고 현미경 관찰과 입도분포를 측정한 결과 생옥수수 전분입자의 평균 직경은 $13.7{\mu}m$이었으며 $0.6^{\circ}C/min$의 가열속도로 가열했을 경우 $30.97{\mu}m$, $16.4^{\circ}C/min$로 가열한 경우는 $37.88\;{\mu}m$로 평균직경이 급속히 증가하였으나 $16.4^{\circ}C/min$ 이상의 가열속도에서는 완만히 증가하여 $45.5^{\circ}C/min$일 때는 $41.56\;{\mu}m$로 증가하였다. 즉, 가열속도는 전분입자의 팽윤에 영향을 주며, 가열속도의 증가는 전분입자의 팽윤을 촉진하는 것으로 나타났다. $7.5^{\circ}C/min$ 이하의 낯은 속도로 가열한 3% 옥수수 전분현탁액은 Newtonian fluid에 가까운 유동곡선 특성을 보였다. 그러나 가열속도 $16.4^{\circ}C/min$ 이상에서는 전분현탁액이 pseudoplastic fluid의 거동을 나타내었으며, yield stress가 현저히 증가되었다. 또한 겉보기 점도는 가열속도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하였다. 15%의 옥수수전분현탁액을 각각 다른 가열속도로 $90^{\circ}C$까지 가열한 후, 전분겔을 조제하여 가열속도에 따른 전분겔의 견고성(hardness)을 측정한 결과, 완만 가열하여 제조한 전분겔의 견고성은 높은 값을 나타내었으며, 가열속도가 증가함에 따라 차츰 감소하다가 가열속도 $9.4-23.2^{\circ}C/min$의 범위에서는 거의 일정한 값을 나타내었다. 그러나 이후에는 가열속도가 증가함에 따라 전분겔의 견고성이 다시 증가하였다.
전분의 가열, 호화과정에서 ohmic heater를 이용하여 가열속도를 변화시키면서 가열속도가 전분현탁액의 팽윤특성 및 물성에 미치는 영향을 고찰하였다. 3% 옥수수 전분현탁액을 가열속도를 변화시키면서 $90^{\circ}C$까지 가열한 후 냉각시키고 현미경 관찰과 입도분포를 측정한 결과 생옥수수 전분입자의 평균 직경은 $13.7{\mu}m$이었으며 $0.6^{\circ}C/min$의 가열속도로 가열했을 경우 $30.97{\mu}m$, $16.4^{\circ}C/min$로 가열한 경우는 $37.88\;{\mu}m$로 평균직경이 급속히 증가하였으나 $16.4^{\circ}C/min$ 이상의 가열속도에서는 완만히 증가하여 $45.5^{\circ}C/min$일 때는 $41.56\;{\mu}m$로 증가하였다. 즉, 가열속도는 전분입자의 팽윤에 영향을 주며, 가열속도의 증가는 전분입자의 팽윤을 촉진하는 것으로 나타났다. $7.5^{\circ}C/min$ 이하의 낯은 속도로 가열한 3% 옥수수 전분현탁액은 Newtonian fluid에 가까운 유동곡선 특성을 보였다. 그러나 가열속도 $16.4^{\circ}C/min$ 이상에서는 전분현탁액이 pseudoplastic fluid의 거동을 나타내었으며, yield stress가 현저히 증가되었다. 또한 겉보기 점도는 가열속도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하였다. 15%의 옥수수전분현탁액을 각각 다른 가열속도로 $90^{\circ}C$까지 가열한 후, 전분겔을 조제하여 가열속도에 따른 전분겔의 견고성(hardness)을 측정한 결과, 완만 가열하여 제조한 전분겔의 견고성은 높은 값을 나타내었으며, 가열속도가 증가함에 따라 차츰 감소하다가 가열속도 $9.4-23.2^{\circ}C/min$의 범위에서는 거의 일정한 값을 나타내었다. 그러나 이후에는 가열속도가 증가함에 따라 전분겔의 견고성이 다시 증가하였다.
Granule swelling is essential phenomenon of starch gelatinization in excess water, and characteristic of heated starch dispersion depends largely on size and distribution of swelled starch granule. Although swelling characteristic of starch granules depends on type of starch, heating rate, and moist...
Granule swelling is essential phenomenon of starch gelatinization in excess water, and characteristic of heated starch dispersion depends largely on size and distribution of swelled starch granule. Although swelling characteristic of starch granules depends on type of starch, heating rate, and moisture content, influence of heating rate on swelling phenomenon of starch granule has not been fully discussed, because constant heating rate of starch dispersion cannot be obtained by conventional heating method. Ohmic heating, electric-resistant heat generation method, applies alternative current to food materials, through which heating rate can be easily controlled precisely and conveniently at wide range of constant heating rates. Starch dispersion heated at low heating rates below $7.5^{\circ}C/min$ showed Newtonian fluid behavior, whereas showed pseudoplastic behavior at heating rates above $16.4^{\circ}C/min$. Apparent viscosity of starch dispersion increased linearly with increasing heating rate, and yield stress was dramatically increased at heating rates above $16.4^{\circ}C/min$. Average diameter of corn starch granules during ohmic heating was dramatically increased from $30.97\;to\;37.88\;{\mu}m$ by increasing heating rate from $0.6\;to\;16.4^{\circ}C/min$ (raw corn starch: $13.7\;{\mu}m$). Hardness of starch gel prepared with 15% corn starch dispersion after heating to $90^{\circ}C$ at different heating rates decreased gradually with increasing heating rate, then showed nearly constant value from $9.4\;to\;23.2^{\circ}C/min$. Hardness increased with increase of heating rate higher than $23.2^{\circ}C/min$.
Granule swelling is essential phenomenon of starch gelatinization in excess water, and characteristic of heated starch dispersion depends largely on size and distribution of swelled starch granule. Although swelling characteristic of starch granules depends on type of starch, heating rate, and moisture content, influence of heating rate on swelling phenomenon of starch granule has not been fully discussed, because constant heating rate of starch dispersion cannot be obtained by conventional heating method. Ohmic heating, electric-resistant heat generation method, applies alternative current to food materials, through which heating rate can be easily controlled precisely and conveniently at wide range of constant heating rates. Starch dispersion heated at low heating rates below $7.5^{\circ}C/min$ showed Newtonian fluid behavior, whereas showed pseudoplastic behavior at heating rates above $16.4^{\circ}C/min$. Apparent viscosity of starch dispersion increased linearly with increasing heating rate, and yield stress was dramatically increased at heating rates above $16.4^{\circ}C/min$. Average diameter of corn starch granules during ohmic heating was dramatically increased from $30.97\;to\;37.88\;{\mu}m$ by increasing heating rate from $0.6\;to\;16.4^{\circ}C/min$ (raw corn starch: $13.7\;{\mu}m$). Hardness of starch gel prepared with 15% corn starch dispersion after heating to $90^{\circ}C$ at different heating rates decreased gradually with increasing heating rate, then showed nearly constant value from $9.4\;to\;23.2^{\circ}C/min$. Hardness increased with increase of heating rate higher than $23.2^{\circ}C/min$.
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문제 정의
따라서 지금까지 연구가 미진했던 전분입자의 팽윤현상에 미치는 가열속도의 영향에 대하여 ohmic heating을 이용하면 보다 정밀한 연구가 가능하다. 본 연구에서는 이러한 목적으로 ohmic heating 방법을 이용하여 옥수수 전분현탁액의 가열속도 를 원하는 속도로 일정하게 조절함으로써 가열속도가 전분현 탁액의 물성특성에 미치는 영향에 대하여 연구하였다.
제안 방법
15%의 옥수수전분현탁액을 가열속도를 달리하여 "C까지 가열한 후, 즉시 냉각시키고 직경 1.5cm, 높이 2.5cm의 원통 형 틀에 담아 실온에서 3시간 성형시켜 전분겔 시료를 조제하 고, 견고성 (hardness)을 측정하였다. 가열속도에 따른 전분겔의 견고성은 Fig.
, type IT-18, USA)을 사용하였다. Ohmic heating을 위한 전극 은 부식을 최소화하기 위하여 titanium을 소재로, 실린더형의 heating jar의 벽면에 맞게 곡면으로 제작하였다. 한편 전분현탁 액 자체로는 전기전도도가 매우 낮아 충분한 가열속도를 얻기 가 어려우므로, 전자전달매체로써 NaCl 1%를 첨가하였다.
Rheometerl 이용하여 3% 옥수수전분 현탁액을 가열속도를 달리하여 90℃까지 가열한 후, 20<C로 냉각시킨 옥수수 전분현 탁액의 유체거동특성을 측정하였다.
한편 전분현탁 액 자체로는 전기전도도가 매우 낮아 충분한 가열속도를 얻기 가 어려우므로, 전자전달매체로써 NaCl 1%를 첨가하였다. 가열 이 끝난 전분현탁액은 water-ice bath에서 즉시 냉각한 후 시료 로 사용하였으며, 가능한 빠른 시간에 모든 분석을 행하였다.
가열속도 변화에 따른 전분입자의 형태변화를 관찰하기 위 하여, 3% 옥수수 전분현탁액을 가열속도를 달리하여 ohmic heating하고 90℃에 도달한 즉시 급냉시키고 요오드 염색법으 로 처리하여 광학 현미경으로 관찰한 결과를 Fig. 3에 나타내었다. 가열속도가 증가함에 따라 전분입자의 크기가 현저히 증 가하였으며, 특히 실험 범위 내에서 최대 가열속도로서 매우 급속한 가열속도인 WWC/min인 경우 약 1.
5 cm의 원 통형 틀에 담아 20℃ incubator에서 3시간 성형시켰다. 성형된 전분겔은 Texture analyzer(TA-XT2, England)를 이용하여 2회 반복 압착시험하여 측정하였다. Head speed는 0.
5cm이고 working volume0] 100mL인 실린더형으 로 제작하였으며, 가열 시 수분의 손실을 막기 위해 oaring과 cramp를 이용하여 closed system으로 구성하였다. 온도측정은 측 정의 민감성과 ohmic heating에 따른 측정간섭을 배제하기 위하여, 시간상수(time constant)가 0.1 초이고 teflon으로 절연된 0.64 mm (0.025 inch)의 T type-thermocouple(Cole-Parmer Ins. Co., type IT-18, USA)을 사용하였다. Ohmic heating을 위한 전극 은 부식을 최소화하기 위하여 titanium을 소재로, 실린더형의 heating jar의 벽면에 맞게 곡면으로 제작하였다.
I에 나타내었다(6). 자체 제작한 ohmic heater에 주파수 변조기(function generator, PM-5191, Philips, Co., The Nether- lands)가 부착된 전원공급장치 (precision power amplifier, NF electronic instrument)* 연결하여 전압을 변화시킴으로써 가열속도 를 0.5-60℃/min으로 조절하였으며, 전압, 전류 및 온도를 컴퓨 터에 연결된 data logger를 이용하여 3초 간격으로 측정하였다. 온도 조절은 필요에 따라 ohmic heater에 부착된 water-jacket을 이용하였고 최대 편차가 ±0.
전분의 가열, 호화과정에서 ohmic heater를 이용하여 가열속 도를 변화시키면서 가열속도가 전분현탁액의 팽윤특성 및 물 성에 미치는 영향을 고찰하였다. 3% 옥수수 전분현탁액을 가 열속도를 변화시키면서 90T까지 가열한 후 냉각시키고 현미 경 관찰과 입도분포를 측정한 결과 생옥수수 전분입자의 평균 직경은 13.
전분입자의 크기는 laser diflraction particle size analyzer(Mal- vem Master Sizer 2600, Mal.,ern Instruments Ltd., Mal.,em, England, UK)를 이용하여 측정하였으며, 초점거리 (fbcal length)는 옥수수전분의 경우 100mm로 측정하였다. 전분입자의 형태 및 크기는 역상광학현미경이 장착된 화상분석장치(image analyzer system; Diaphot 300, Nikon, Japan)를 이용하여 요오드용액 (0.
,em, England, UK)를 이용하여 측정하였으며, 초점거리 (fbcal length)는 옥수수전분의 경우 100mm로 측정하였다. 전분입자의 형태 및 크기는 역상광학현미경이 장착된 화상분석장치(image analyzer system; Diaphot 300, Nikon, Japan)를 이용하여 요오드용액 (0.33% I, , 0.67% KI)으로 염색한 후 200배로 관찰하였다.
전분현탁액의 물성측정은 rtieometer(Carri-Med-CSLl 00, TA Instruments Ltd., Surrey, England)를 이용하여 20P에서 shear stress, shear rate와 viscosity를 측정하였다. Steel cone과 plate(6 cm, 2°)를 사용하였으며, shear rate 1-600 s-1 범위에서 ramp duration을 5분으로 하여 측정하였다.
대상 데이터
시료는 시약급 옥수수전분(Duksan Pure Chemicals Co., Ltd., Korea)을 구입하여 사용하였다.
이론/모형
여기서 t = shear stress(Pa), K = consistency index(Pa - s"), y = shear rate(s_|), n=flow behavior index, r|0=yield stress(Pa)이다. 가열한 전분현탁액의 유동거동을 Herschel-Bulkley model에 적용하여 해석하였으며 각 가열속도에서 구한 유변학(rheology) 값은 Table 1과 같다. O.
성능/효과
또한 겉보기 점 도는 가열속도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하였다. 15%의 옥수수전분현탁액을 각각 다른 가열속도로 901까지 가열 한 후, 전분겔을 조제하여 가열속도에 따른 전분겔의 견고성 (hardness)을 측정한 결과, 완만 가열하여 제조한 전분겔의 견 고성은 높은 값을 나타내었으며, 가열속도가 증가함에 따라 차 츰 감소하다가 가열속도 9.4-23.2℃min의 범위에서는 거의 일정한 값을 나타내었다. 그러나 이후에는 가열속도가 증가함에 따라 전분겔의 견고성이 다시 증가하였다.
전분의 가열, 호화과정에서 ohmic heater를 이용하여 가열속 도를 변화시키면서 가열속도가 전분현탁액의 팽윤특성 및 물 성에 미치는 영향을 고찰하였다. 3% 옥수수 전분현탁액을 가 열속도를 변화시키면서 90T까지 가열한 후 냉각시키고 현미 경 관찰과 입도분포를 측정한 결과 생옥수수 전분입자의 평균 직경은 13.7 wn이었으며 06>C/min의 가열속도로 가열했을 경우 30.97 |im, WeC/min로 가열 한 경우는 37.88 um로 평균직 경이 급속히 증가하였으나 16.4℃/min 이상의 가열속도에서는 완만히 증가하여 45.5℃/min일 때는 41.56 um로 증가하였다. 즉, 가열속도는 전분입자의 팽윤에 영향을 주며, 가열속도의 증가 는 전분입자의 팽윤을 촉진하는 것으로 나타났다.
2에 나타내었다. 3.3℃/mine 거의 동일한 가열속도로 가열한 전도가열과 ohmic heating의 가 열곡선을 비교하여 보면, 전도가열의 경우 온도가 높아지면서 가열매체와 피가열체와의 온도차가 작아지므로 일정한 가열속 도로 가열하기가 곤란하였으며, 특히 가열속도가 빨라질수록 일정한 가열속도를 유지하기가 불가능하였다. 반면에 ohmic heatinge 변압기를 통해 전압을 조절하여 가열속도를 조절함 으로써 가열곡선이 거의 직선을 이루어 가열속도가 일정하게 유지되었음을 알 수 있었다.
3에 나타내었다. 가열속도가 증가함에 따라 전분입자의 크기가 현저히 증 가하였으며, 특히 실험 범위 내에서 최대 가열속도로서 매우 급속한 가열속도인 WWC/min인 경우 약 1.5분 이내에 전분 현 탁액의 온도는 가열 최종온도에 도달하게 되며 입자의 크기가 현저히 증가하여, 전분입자의 팽윤도는 가열속도에 큰 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다. 가열속도에 따라 팽윤된 옥수수 전분 입자의 평균직경의 변화는 가열하지 않은 옥수수전분입 자의 평균직경은 13.
반면에 ohmic heatinge 변압기를 통해 전압을 조절하여 가열속도를 조절함 으로써 가열곡선이 거의 직선을 이루어 가열속도가 일정하게 유지되었음을 알 수 있었다. 또한 Fig. 2에서 볼 수 있는 바와 같이 45.5℃/min의 빠른 가열속도에서도 ohmic heatinge 거의 일정한 가열속도를 유지할 수 있었다.
또한 가열속도가 증가함에 따라 전분입자의 색이 옅어지고 입자 주위에 요오드반웅물이 있는 것으로 보아 입자내부로부터 아밀로오스의 용출도 가열속도에 따라 증가하는 것이 관찰 되었다. 초기 20℃에서 옥수수전분현탁액의 경우 가열속도가 느린 분당 0.
호화과정 중 점도의 증가는 용출된 다당류에 주로 영향을 받 으며 팽윤된 전분입자는 큰 영향을 주지는 않는 것으로 알려져 있으나(7), 다당류의 용출과 전분입자의 팽윤은 동시에 일 어나며 밀접한 상관관계가 있으므로 전분입자의 크기로 전분 현탁액의 점도예측이 가능하며 이에 대한 연구가 보고된 바 있 으며(8, 9), 호화과정 중 옥수수전분 입자의 크기와 분포가 전분 현탁액의 유동거동지수(flow behavior index) 및 점조도지수 (consistency index)에 크게 영향을 주며 일정한 상관관계를 이 룬다고 하였다. 또한 본 실험결과에서 알 수 있듯이 가열속도 는 팽윤된 입자의 크기와 현탁액의 점도에 직접적으로 영향을 주고 있으므로 가열속도를 조절함으로써 전분현탁액의 점도조 절이 가능할 것으로 생각된다.
3℃/mine 거의 동일한 가열속도로 가열한 전도가열과 ohmic heating의 가 열곡선을 비교하여 보면, 전도가열의 경우 온도가 높아지면서 가열매체와 피가열체와의 온도차가 작아지므로 일정한 가열속 도로 가열하기가 곤란하였으며, 특히 가열속도가 빨라질수록 일정한 가열속도를 유지하기가 불가능하였다. 반면에 ohmic heatinge 변압기를 통해 전압을 조절하여 가열속도를 조절함 으로써 가열곡선이 거의 직선을 이루어 가열속도가 일정하게 유지되었음을 알 수 있었다. 또한 Fig.
56 um로 증가하였다. 즉, 가열속도는 전분입자의 팽윤에 영향을 주며, 가열속도의 증가 는 전분입자의 팽윤을 촉진하는 것으로 나타났다. 7.
6에 나타낸 것과 같이 아래로 오목한 곡선을 나타내었다. 즉, 완만 가열하여 제조한 전분겔의 견고성은 높은 값을 나타내었으며 가열속도가 증가함에 따라 차츰 감소하다 가 가열속도 9.4-23.2℃/minS] 범위에서는 거의 일정한 값을 나타내었다. 그러나 이후에는 가열속도가 증가함에 따라 전분겔 의 견고성이 다시 증가하는 경향을 보였다.
참고문헌 (12)
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