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문제 정의
- 또한 압출성형공정은 고온, 고압에서의 가공공정이며 스크루 회전에 의한 전단력이 원료에 작용하여 세포벽의 파괴와 함께 전분의 호화가 일어나 추출속도가 증가한다는 연구 결과는 발표되었지만 압출성 형에 따른 인삼의 팽화에 대한 연구는 수행되지 않았다. 그러 므로 본 연구는 압출성형 온도에 따른 인삼의 팽화 현상을 규명하기 위하여 팽화 인삼의 미세구조와 유동 특성을 살펴보았다.
제안 방법
- 사출구 온도 100℃와 115℃에서 압출 성형한 백삼 압출성형 물을 80℃에서 4시간 건조시킨 후 알루미늄판에 접착하여 gold-palladium mix로 1분간 코팅한 다음 주사현미경 (JSM 5500LV, JEOL, Japan)의 가속 전력 20 kV에서 X100 배율로 미세 구조를 관찰하였다.
- 또한 사출구 온도 115℃에서 홍삼 압출물 직경 팽화율의 급격한 감소도 증자공정을 거치면서 호화된 홍삼 전분이 압출성형 공정에서 재호화되 는 홍삼반죽점 도가 백삼 전 분의 반죽 점도와 비교하여 급격하게 감소되는데 원인이 있는 것으로 판단되었다. 사출구 온도의 증가에 따라 직경 팽화율이 크게 감소하지 않은 곡류의 팽화와 다르게 사출구를 통과할 때 백삼과 홍삼의 용융반죽 점도감소에 따른 압출 성형물의 직경팽화율 감소와 불연속 팽화의 원인을 밝히기 위하여 미세구조와 유동 특성을 분석하였다.
- 압출 성형온도에 따른 백삼과 홍삼 분말의 팽화현상을 살펴보기 위해 팽화율, 미세구조 및 유동특성을 분석하였다. 압출성 형 공정변수는 원료(백삼과 홍삼 가루)와 사출구 부위 온도(100℃와 115℃)로 설정하였다.
- 분석하였다. 압출성 형 공정변수는 원료(백삼과 홍삼 가루)와 사출구 부위 온도(100℃와 115℃)로 설정하였다. 사출구 부위온도가 120 ℃ 이상의 고온에서 잘 팽화되지만, 백삼분말과 홍삼분말은 100℃에서 사출구 직경 방향으로 팽화율이 높았으나 115℃ 로 증가와 함께 사출구 직경 방향 팽화율은 감소하였으나 가로 방향으로 팽화율이 증가하여 비연속적인 팽화가 일어나 압출성형물 표면은 기공의 파열에 거칠었다.
- 0 mm로 고정하였다. 압출성형 백삼과 홍삼은 80℃에서 4시간 건조 후 분쇄기 (FM-681, Hanil, Korea)로 분쇄 후 체를 사용하여 입 자크기 35 mesh(Testing sieve, Chunggye Sanggong Co., Korea) 이하의 입자로 실험을 수행하였다.
- 원료 백삼과 압출 성형 백삼 분말을 15, 18, 20, 23% 농도의 현탁액으로 제조하여 항온 진탕 기를 사용하여 30℃에서 1시간 동안 교반 하여 시료를 팽윤시켰다. 회전형 레오미터 (Gemini 150, Bohlin Instruments, England)# 사용하여 전단 속도의 변화에 따른 전단 응력과 점도를 구하였다.
- , Korea)를 사용하였으며 압출 성형기의 스크루 직경은 29Omm, 직경과 길이의 비(L/D ratio)는 25:1이며 스크루 배열은 Ha와 Ryu⑺의 실험과 동일한 배열을 사용하였다. 인삼 압출 성형물의 사출구 온도에 따른 백삼과 홍삼의 팽화 특성과 추출 수율을 알아보기 위한 실험에서 원료는 백삼 분말과 홍삼분말을 사용하였으며 사출구온도는 100/100/70 /40℃와 115/115/70/40℃(배럴순서 1/2/3/4)로 조절하였다. 스크루 회전 속도는 300 rpm, 수분 함량은 20%, 원료 사입 량은 147.
- 인삼압출성형물의 직경은 버니어캘리퍼스(CD-15C, Mitutoyo Co., Japan)로 50회 측정하였으며 팽화율은 사출구 직경과 압출 성형물 직경비의 평균값으로 계산하였다.
- 동안 교반 하여 시료를 팽윤시켰다. 회전형 레오미터 (Gemini 150, Bohlin Instruments, England)# 사용하여 전단 속도의 변화에 따른 전단 응력과 점도를 구하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 백삼 분말과 홍삼분말은 동진제약(충남, 금산)에서 구입하여 사용하였으며 수분함량은 각각 13.4% 와 13.2%이었다.
- 압출 성형 백삼과 홍삼의 제조에 사용된 압출 성 형기는 자체 제작한 실험용 쌍 축 압출 성형기(THK21T, Inchon Machinery Co., Korea)를 사용하였으며 압출 성형기의 스크루 직경은 29Omm, 직경과 길이의 비(L/D ratio)는 25:1이며 스크루 배열은 Ha와 Ryu⑺의 실험과 동일한 배열을 사용하였다. 인삼 압출 성형물의 사출구 온도에 따른 백삼과 홍삼의 팽화 특성과 추출 수율을 알아보기 위한 실험에서 원료는 백삼 분말과 홍삼분말을 사용하였으며 사출구온도는 100/100/70 /40℃와 115/115/70/40℃(배럴순서 1/2/3/4)로 조절하였다.
이론/모형
- 고유 점도와 용질의 분자량과의 관계는 Mark-Houwink 의 방법(8)(식 4)으로 확인하였다.
- 점 조도지 수와 유동지수를 구하기 위해 지수법 칙 (powerlaw) 모델(식1)을 사용하였다.
- 전단 속도의 범위는 100~283 s*의 범위에서 100개의 전단응력 값을 측정하였다. 지수법칙(power-law) 모델을 적용하기 위하여 예비 작동을 실시하였으며 예비작동조건은 25℃에서 100 广으로 1분간 하였다.
성능/효과
- 기울기가 1보다 작아 비뉴턴 성 유체이며 의가 소성 유체임을 보여주었다. ln(S의 절편은 ln( 应를 나타내며 사출구온도 110 ℃에서 압출성형한 백삼이 사출구 온도 115℃에서 압출 성형한 백삼보다 점 조도 지수가 큰 것을 알 수 있었다. 압출성형 백삼이 원료 백삼 분말보다 점도가 높은 것은 압출성 형을 통하여 인삼 전분의 호화가 일어났기 때문으로 사료되었다.
- 고 유점도와 분자량과의 관계를 나타낸 Mark-Houwink 식은 고유점도와 분자량이 비례함을 나타낸다. 그러므로 백삼 분말의 분자량보다 사출구 온도 100℃에서 압출 성형한 백삼 분말, 사출구온도 115℃ 에서 압출 성형 한 백 삼 분말 순으로 분자량이 작은 것으로 판단되 었다.
- 사출구 부위온도가 120 ℃ 이상의 고온에서 잘 팽화되지만, 백삼분말과 홍삼분말은 100℃에서 사출구 직경 방향으로 팽화율이 높았으나 115℃ 로 증가와 함께 사출구 직경 방향 팽화율은 감소하였으나 가로 방향으로 팽화율이 증가하여 비연속적인 팽화가 일어나 압출성형물 표면은 기공의 파열에 거칠었다. 또한 백삼 압출물의 미세 구조는 사출구 온도 100℃에서 기공이 작고 균일하였지만 115℃로 증가와 함께 기공의 파열에 의해 기공의 크기가 불균일하고 크기도 증가한 것을 관찰하였다. 백삼 분말과 압출 성형 백삼 분말은 의가 소성 유 체였으며 고유 점도는 사출구 부위 온도가 증가함에 따라 감소하여 사출구 부위 온도의 증가와 함께 백삼 전분의 구조가 파괴되어 분자량 이 감소하는 것으로 판단되었다.
- 이러한 결과는 압출성형 공정에서 반죽점도가 감소할수록 사 출구를 통과할 때 평균유속의 증가에 따라 사출구 방향 직경 팽화율이 감소하고 길이 방향 팽화율(LED이 증가한다는 연구결과(11)에서 알 수 있었다. 또한 사출구 온도 115℃에서 홍삼 압출물 직경 팽화율의 급격한 감소도 증자공정을 거치면서 호화된 홍삼 전분이 압출성형 공정에서 재호화되 는 홍삼반죽점 도가 백삼 전 분의 반죽 점도와 비교하여 급격하게 감소되는데 원인이 있는 것으로 판단되었다. 사출구 온도의 증가에 따라 직경 팽화율이 크게 감소하지 않은 곡류의 팽화와 다르게 사출구를 통과할 때 백삼과 홍삼의 용융반죽 점도감소에 따른 압출 성형물의 직경팽화율 감소와 불연속 팽화의 원인을 밝히기 위하여 미세구조와 유동 특성을 분석하였다.
- 또한 백삼 압출물의 미세 구조는 사출구 온도 100℃에서 기공이 작고 균일하였지만 115℃로 증가와 함께 기공의 파열에 의해 기공의 크기가 불균일하고 크기도 증가한 것을 관찰하였다. 백삼 분말과 압출 성형 백삼 분말은 의가 소성 유 체였으며 고유 점도는 사출구 부위 온도가 증가함에 따라 감소하여 사출구 부위 온도의 증가와 함께 백삼 전분의 구조가 파괴되어 분자량 이 감소하는 것으로 판단되었다. 분자량의 감소와 함께 용융 반죽의 점도가 낮아져 압출 성형온도 115℃에서 직경 팽화율의 감소와 함께 불연속적인 팽화가 일어난 것으로 판단되었다.
- 본 실험에서 미세 구조, 현탁액의 점도 및 고유점도의 분석을 통해 압출 성형온도 110℃와 비교할 때, 115℃에서 압출 성형한 백삼분말의 분자량 감소로 인한 사출구 내부 용융 반죽 점도의 감소 및 평균 유속의 증가 때문에 사출구직경 방향보다 길이 방향으로 팽화되고 불연속적으로 일어나는 것으로 판단되었다.
- 직경 팽화율(SED을 Table 1에 나타내었다. 사출구 온도 100℃에서 압출성형한 백삼과 홍삼의 팽화율은 각각 1.97과 1.96으로 유의적인 차이는 없었지만 사출구온도 115℃에서 압출 성형한 백삼과 홍삼의 팽화율은 각각 1.08과 0.73으로 홍삼 압출물의 팽화율이 크게 감소하였다(Table 1). 사출구 온도 증가에 따라 직경 팽화율의 감소와 함께 압출 성형물 이사 출구를 통과하여 대기 중으로 배출될 때 압출 물의 표면 이 파열되어 불연속적으로 팽화되는 현상이 일어나 팽화된 입자를 얻었을 수 있었다(Fig.
- 73으로 홍삼 압출물의 팽화율이 크게 감소하였다(Table 1). 사출구 온도 증가에 따라 직경 팽화율의 감소와 함께 압출 성형물 이사 출구를 통과하여 대기 중으로 배출될 때 압출 물의 표면 이 파열되어 불연속적으로 팽화되는 현상이 일어나 팽화된 입자를 얻었을 수 있었다(Fig. 1).
- 기공 벽의 두께는 사출구 온도 100℃에서 압출 성형한 압출 물과 비교할 때 115℃ 의 백삼압출물이 얇은 것 같았다. 사출구온도 115℃에서 불균일하고 파열된 기공구조도 사출구를 통과할 때 용융 반죽점 도 감소와 온도 증가에 의한 기공 내부 수증기압의 증가에 의한 것으로 판단되었다.
- 즉 압출 성형온도가 100℃에서 115℃로 증가함에 따라 15 ~20% 농도에서 점 조도 지수는 감소하였으므로 115℃에서 백삼과 홍삼의 용융 반죽점도 도감소에 따른 압출 성 형물의 직경 팽화율 감소와 함께 불연속 팽화가 일어나는 것으로 판단되었다.
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