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문제 정의
- 따라서 고품질의 콩 생산을 위한 건조시스템과 저장을 위해서는 건조, 가공 및 저장의 가장 기본적인 기초자료로 이용되고 있는 평형 함수율/평형상대습도의 구명 이 선결되어야 한다. 따라서 본 연구의 목적은 탈습시료로 조제된 콩의 평형함수율/ 평형상대습도를 측정하여 구명하고, 농산물이나 식품에 널리 이용되고 있는 평형함수율/평형상대습도를 예측할 수 있는 5개의 기존 모델들과 본 실험에서 얻은 결과와의 적합성 검정을 하는데 있다.
제안 방법
- 상대습도는 항온기의 온도를 5°C부터 45°C까지 10°C씩 증가시키며 5수준의 각각의 온도에서 10시간씩 항온을 유지하면서 측정하였으며, 각 시료의 함수율은 103°C의 오븐에서 72시간 건조하여 결정하였다.
- 일정한 함수율로 조절한 콩 시료를 넣은 밀폐된 용기(용량 250 mL) 7개 속에 각각 상대 습도 측정 센서 (Vaisala, HKP238)를 장착하고, 이 용기들을 항온기 (Jeio Tech, AT-P150) 속에 설치한 후 항온 상태에서 상대습도가 변하지 않고 평형이 되었을 때의 상대습도를 측정하여 평형 상대습도로 하였다. 항온기 내의 온도편차는 각 온도에서 ±0.
- 콩(품종 : 태광)에 증류수를 가수한 후 40°C의 오븐에서 함수율 6.74~28.87%(db) 사이의 구간에서 5수준의 일정한 함수율로 건조하여 탈습 시료를 조제한 다음 온도를 10°C씩 증가시키며 5수준(5, 15, 25, 35, 45°C)에서 평형 상대습도를 측정하고, 농산물의 평형함수율/평형상대습도 예측에 많이 쓰이고 있는 수정 Henderson 모델, 수정 Chung-Pfost 모델, 수정 Halsey 모델, 수정 Oswin 모델, 수정 GAB 모델에 대하여 실험 상수를 구하고, 결정 계수와 F값 및 평균상대오차율을 기준으로 하여 예측 모델로서의 적합성을 검정한 결과는 다음과 같다. 콩은 함수율이 16.
- 탈습 시료를 제조하기 위하여 2005년 순천대학교 부속농장에서 수확한 콩(품종: 태광, 수원145호)에 증류수를 가수 하여 30%(db)의 함수율이 되도록 한 후, 시료가 평형이 되도록 3°C의 냉장고에 2주간 저장한 다음, 시료를 5등분하여 각각의 시료를 40°C의 오븐에서 6.74, 11.48, 16.70, 22.67, 28.87%(db)의 함수율이 되도록 건조한 후, 각 수준의 시료의 함수율이 평형이 되도록 3C의 냉장고에 2주간 저장한 후 시료로 사용하였다.
데이터처리
- Table 1과 같은 평형함수율/평형상대습도를 예측할 수 있는 5개의 기존 모델(9, 10)의 상수를 비선형회귀분석(11) 을 통하여 구하고, 각각의 모델에 대하여 결정계수 (coefficient of determination) 와 F 값 및 평균상대오차율 (mean relative percentage deviation) 을 구하여 콩(백태)의 탈습 평 형 함수율/평 형 상대 습도 예 측모델로서 의 적 합성 검 정을 하였다. 평균상대오차율은 다음 식 에 의하여 구하였다.
이론/모형
- 2. Desorption equilibrium moisture content/equilibrium relative humidity for soybean by using modified Chung-Pfost model.
- 4. Desorption equilibrium moisture content/equilibrium relative humidity for soybean by using modified Oswin model.
- 1. Desorption equilibrium moisture content/equilibrium relative humidity for soybean by using modified Henderson model.
성능/효과
- Fig. 1, 2 및 4에서와 같이 수정 Henderson 모델과 수정 Chung-Pfost 모델, 수정 Oswin 모델은 평형함수율 6.74%(db), 22.67%(db) 및 28.87%(db)에서 평형 상대습도를 과다 예측하고 11.77%(db) 및 16.76%(db)에서는 과소 예측하는 경향을 보였으며, Fig. 3에서와 같이 수정 Halsey 모델은 평형함수율 11.48%(db)오+ 16.70%(db)에서 과소 예측하고 22.35%(db)에서 약간 과다 예측하는 경향을 보였으며 함수율 28.87%(db)에서 과다 예측하는 경향을 보였다. 수정 GAB 모델은 함수율 16.
- 각각의 모델에 의한 예측값과 실측값의 평균상대오차율 (P)을 비교해 보면, 콩의 탈습 평형함수율 예측에 있어서는 수정 GAB 모델이 4.21 %로서 가장 낮은 값을 나타냈고 수정 Halsry 모델, 수정 Oswin 모델, 수정 Henderson 모델, 수정 Chung-Pfost 모델 순으로 평균상대오차율이 낮았으며, 평형상대습도 예측 역시 평형함수율 예측과 마찬가지로 수정 GAB 모델의 평균상대오차율이 1.48%로서 가장 적었고 다음으로는 수정 Halsry 모델, 수정 Oswin 모델, 수정 Henderson 모델, 수정 Chung-Pfost 모델 순으로 평균상대오차율이 낮았다. 따라서 온도 5〜45°C 사이에서 함수율 6.
- 70%(db) 이하의 시료에서는 온도가 낮을수록 그리고 함수율이 낮을수록 평형 상대습도가 낮은 값을 나타내었고 온도가 낮고 상대습도가 높을수록 높은 평형함수율을 나타내어 다른 농산물의 실험결과(2, 3, 5-8)와 같은 경향을 보였다. 그러나 함수율 22.67%(db)의 시료에서 15°C 이상의 온도에서는 온도가 증가 할수록 평형 상대습도 값이 낮은 값을 나타내었고, 28.87%(db)의 시료에서는 온도가 증가 할수록 낮은 상대습도 값을 나타내어함수율 16.70%(db) 이하의 시료와는 반대의 경향을 보였다.
- 48%로서 가장 적었고 다음으로는 수정 Halsry 모델, 수정 Oswin 모델, 수정 Henderson 모델, 수정 Chung-Pfost 모델 순으로 평균상대오차율이 낮았다. 따라서 온도 5〜45°C 사이에서 함수율 6.74 〜28.87%(db) 사이의 콩의 탈습 평형함수율 및 평형 상대습도의 예측에는 본 실험에서 선정 분석한 5개의 모델 모두 사용 가능하나 수정 GAB 모델이 가장 적합하였다.
- 본 실험에서 시료로 사용한 콩인 태광 품종을 이용하여 평형 함수율이나 평형 상대습도를 측정한 기존의 연구 결과가 없어 평형함수율/평형상대습도 값의 직접적인 비교는 불가능하나 ASAE Stamdards(9)에서 콩의 평형 함수율/평형상대습도 값으로 인용한 품종들과 비교해 본 결과 Essess 품종은 본 실험에서 시료로 사용한 태광 품종과 비슷한 경향을 보였으며, Kobott 품종은 평형상대습도 70% 근처에서 평형함수율 값이 태광 품종에 비해 급격히 증가하는 경향을 보였고, Nigerian 품종은 태광 품종보다 평형 함수율이 전체적으로 낮은 값을 보였다. 이와 같이 평형 함수율/평형상대습도 값에 차이를 보이는 것은 Chen과 Morey(6) 및 Neuber(12)의 연구 결과에서와 같이 품종의 차이에 따른 성분의 차이와 시료의 제조과정 등의 이력과 측정 방법의 차이에 기인하는 것으로 사료된다.
- 87%(db)에서 과다 예측하는 경향을 보였다. 수정 GAB 모델은 함수율 16.70%(db)에서 약간 과소 예측하는 경향을 보였으며 함수율 28.87%(db)에서 과다 예측하는 것을 제외하고는 모든 구간에서 비교적 잘 예측함을 알 수 있다. 그러나 본 연구에서 검정한 5개의 모델 모두 함수율이 28.
- 87%(db) 사이의 구간에서 5수준의 일정한 함수율로 건조하여 탈습 시료를 조제한 다음 온도를 10°C씩 증가시키며 5수준(5, 15, 25, 35, 45°C)에서 평형 상대습도를 측정하고, 농산물의 평형함수율/평형상대습도 예측에 많이 쓰이고 있는 수정 Henderson 모델, 수정 Chung-Pfost 모델, 수정 Halsey 모델, 수정 Oswin 모델, 수정 GAB 모델에 대하여 실험 상수를 구하고, 결정 계수와 F값 및 평균상대오차율을 기준으로 하여 예측 모델로서의 적합성을 검정한 결과는 다음과 같다. 콩은 함수율이 16.70%(db) 이하의 시료에서 온도가 낮을수록 그리고 함수율이 낮을수록 평형 상대습도가 낮은 값을 나타냈으며, 함수율 28.87%(db)의 시료에서는 온도가 높아짐에 따라 평형상대습도 값이 낮아지는 현상을 보였다. 콩의 흡습 평형함수율 및 평형상대습도의 예측에는 본 실험에서 선정 분석한 5개의 모델 모두 사용 가능하나, 수정 GAB 모델이 평형함수율 예측과 평형 상대습도 예측에 가장 적합하였다.
- 87%(db)의 시료에서는 온도가 높아짐에 따라 평형상대습도 값이 낮아지는 현상을 보였다. 콩의 흡습 평형함수율 및 평형상대습도의 예측에는 본 실험에서 선정 분석한 5개의 모델 모두 사용 가능하나, 수정 GAB 모델이 평형함수율 예측과 평형 상대습도 예측에 가장 적합하였다.
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