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문제 정의
- 따라서 본 연구는 60°C 이하의 온도에서만 제조가 인정되는 생식을 압출성형에 접목시켜 가루가 아닌 압출성형물(후레이크)로 만들고자 녹차, 토마토, 호박의 야채류 첨가와 사출구 온도, CO2 가스 주입량에 따른 현미압출성형물의 팽화특성, 조직감, 수분용해지수와 수분흡착지수, 미세구조 등의 변화를 알아보았다.
가설 설정
- 1)Values with different letters are significantly different at P<0.05.
- 1)Values with in the same column with different letters are significantly different at P<0.05.
제안 방법
- 녹차, 토마토, 호박가루 첨가와 사출구 온도, CO2 가스 주입에 따라 압출성형물의 물리적 특성에 미치는 영향을 분석하기 위해 비기계적에너지, 팽화특성, 기계적 특성, 색도, 수분용해지수와 수분흡착지수, 미세구조를 분석하였다. 수분함량 27%, 스크루 회전속도 100 rpm, 원료 사입량 100 g/min, 사출구 3 mm 원형으로 고정하였고, 사출구 온도(60, 80, 100°C), CO2 가스 주입량(0, 150 mL/min)으로 조절하였다.
- 수분함량 27%, 스크루 회전속도 100 rpm, 원료 사입량 100 g/min, 사출구 3 mm 원형으로 고정하였고, 사출구 온도(60, 80, 100°C), CO2 가스 주입량(0, 150 mL/min)으로 조절하였다.
- 스크루 회전속도 100 rpm, 원료 사입량 100 g/min으로 고정하였으며, 사출구 온도는 60, 80, 100°C, CO2 가스 주입은 2.0 MPa에서 0, 150 mL/min으로 각각 조절하였다.
- 시료의 수용성 성질을 분석하기 위하여 AACC 방법(25)을 응용하여 건량기준의 시료 1.5 g에 증류수 30 mL를 가하여 30°C의 항온수조(BF-45SB, Biofree Co., Seoul, Korea)에서 30분간 교반 후 원심분리기(H-1000-3, Hanil Science Industrial Co., Gangneung, Korea)에서 3,000 rpm으로 20분간 원심분리 하였다.
- 압출성형물 제조를 위한 원료인 알파현미분, 동결건조 현미분, 팔라티노스, 올리고당 분말은 (주)이롬(Chuncheon, Korea)에서 제공받았고 녹차, 토마토, 호박가루는 가루나라(Seoul, Korea)에서 구입하여 사용하였다. 알파현미 25%, 현미분말 50%, 팔라티노스와 올리고당은 16%로 고정하였고 녹차, 토마토, 호박을 각각 9%씩 배합하여 사용하였으며 Table 1에 나타내었다. 배합된 원료의 일반성분은 녹차 혼합시 수분함량 13.
- 압출성형물의 단면을 백금으로 코팅 후 고분해능 주사전자현미경(MIRA LMH, Tescan, Brno, Czech)으로 가속전력 5 kV에서 미세 구조를 관찰하였다.
- 제조된 압출성형물은 50°C에서 8시간 건조하여 팽화율, 비길이, 겉보기탄성계수와 파괴력, 밀도를 측정하였고, Micro Hammer-cutter Mill(Type 3, Culatti AG Co., Zurich, Switzerland)을 사용하여 0.5 mm 이하로 분쇄하여 시료를 사용하였다.
- 비기계적에너지투입량(SME input)은 Ryu와 Mulvaney의 방법(17)을 이용하여 압출성형기의 운전이 정상상태일 때 원료의 단위 질량당 소비된 전기에너지로 나타내었다. 즉 원료투입 시의 전력과 모터 공회전시의 전력의 차와 생산량과의 비로부터 실제 원료에 투입된 전력을 구하였다(식 1).
- 직경팽화율은 압출성형물의 직경을 캘리퍼스(CD-15C, Mitutoyo Co., Tokyo, Japan)로 10회 측정하여 사출구의 직경과 압출성형물 직경비의 평균값으로 산출하였다. 비길이는 압출성형물 무게와 길이를 10회 측정하여 단위 무게당 길이의 비를 평균치로 산출하였다(22).
대상 데이터
- 압출성형물 제조는 실험용 쌍축 압출성형기(THK 31T, Inchon Machinery, Inchon, Korea)를 사용하였다. 스크루 직경은 3.0 cm이며 길이와 직경비 (L/D ratio)는 23:1이었고 사출구는 원형으로 직경이 3 mm인 것을 사용하였으며, 스크루 배열은 Fig. 1과 같다. 압출성형 원료의 수분함량은 펌프를 사용해 원료사입구에 직접 주입하여 27%로 고정하였다.
- 압출성형물 제조는 실험용 쌍축 압출성형기(THK 31T, Inchon Machinery, Inchon, Korea)를 사용하였다. 스크루 직경은 3.
- 압출성형물 제조를 위한 원료인 알파현미분, 동결건조 현미분, 팔라티노스, 올리고당 분말은 (주)이롬(Chuncheon, Korea)에서 제공받았고 녹차, 토마토, 호박가루는 가루나라(Seoul, Korea)에서 구입하여 사용하였다. 알파현미 25%, 현미분말 50%, 팔라티노스와 올리고당은 16%로 고정하였고 녹차, 토마토, 호박을 각각 9%씩 배합하여 사용하였으며 Table 1에 나타내었다.
- 수분함량 27%, 스크루 회전속도 100 rpm, 원료 사입량 100 g/min, 사출구 3 mm 원형으로 고정하였고, 사출구 온도(60, 80, 100°C), CO2 가스 주입량(0, 150 mL/min)으로 조절하였다. 원료는 알파현미 25%, 현미가루 50%와 당류 16%에 녹차, 토마토, 호박을 각각 9%씩 혼합하여 사용하였다. 비기계적 에너지 투입량은 사출구 온도 100°C, CO2 가스 주입량 150 mL/min, 호박가루를 첨가했을 때 52.
데이터처리
- , Tokyo, Japan)로 10회 측정하여 사출구의 직경과 압출성형물 직경비의 평균값으로 산출하였다. 비길이는 압출성형물 무게와 길이를 10회 측정하여 단위 무게당 길이의 비를 평균치로 산출하였다(22).
- 압출성형 후레이크의 체적밀도는 차조를 이용한 종자 치환법으로 총 10회 반복하여 식 (2)를 이용하여 평균값을 계산하였다(23).
- 압출성형물의 겉보기탄성계수와 파괴력은 Sun rheometer(Compac-100Ⅱ, Sun Sci. Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 10회 측정하여 평균값을 산출하였다. 측정조건은 probe angle type(65°), 최대응력 10 kg, 지지대 이동속도 60 mm/min, 지지대간의 거리 3 cm이었다.
이론/모형
-
비기계적에너지
비기계적에너지투입량(SME input)은 Ryu와 Mulvaney의 방법(17)을 이용하여 압출성형기의 운전이 정상상태일 때 원료의 단위 질량당 소비된 전기에너지로 나타내었다. 즉 원료투입 시의 전력과 모터 공회전시의 전력의 차와 생산량과의 비로부터 실제 원료에 투입된 전력을 구하였다(식 1).
- 측정조건은 probe angle type(65°), 최대응력 10 kg, 지지대 이동속도 60 mm/min, 지지대간의 거리 3 cm이었다. 측정치를 Ryu와 Ng(24)의 방법을 이용하여 겉보기탄성계수(Eapp)와 파괴력(Fbs)을 각각 식 (3)과 식 (4)로 계산하였다.
성능/효과
- CO2 가스 주입량 150 mL/min으로 주입할 때 녹차와 토마토를 첨가한 조건에서 WSI의 값이 증가하였고, 호박의 경우 60°C에서 CO2 가스 주입량 150 mL/min으로 주입할 때 WSI는 증가하였지만 80, 100°C에서는 감소하였다.
- CO2 가스 주입량이 0에서 150 mL/min으로 증가할수록 비길이는 증가하는 경향을 보였으며 사출구 온도는 영향을 미치지 않았다. 사출구 온도 80°C, CO2 가스 주입량 150 mL/min, 녹차가루를 첨가하였을 때 비길이는 159.
- CO2 가스를 주입하지 않은 경우 사출구 온도는 직경팽화율에 큰 영향을 주지 않았으나 직경팽화율은 60°C에서 CO2 가스를 주입함에 따라 증가하였다. CO2 가스 주입량이 증가할수록 비길이는 증가하는 경향을 나타냈으며, 녹차 첨가 시 사출구 온도와 CO2 가스 주입량이 증가할수록 밀도는 감소하는 경향을 나타내었다. 특히 사출구 온도 60°C에서 CO2 가스 주입 시 100°C에서 CO2 가스를 주입하지 않을 때와 비슷한 기공의 크기와 수를 보여주었다.
- WSI는 녹차, 토마토, 호박을 첨가한 현미 압출성형물 모두가 60°C에서 80°C로 증가함에 따라 약 1.5∼3%정도 감소하였다.
- 67 kJ/kg으로 가장 낮은 값을 나타내었다(Table 3). 녹차, 토마토, 호박을 첨가하였을 때 사출구 온도가 증가할수록 비기계적에너지 투입량이 모두 감소하였다. Ryu 등(24)의 100°C 이상의 재래식 압출성형공정으로 밀가루와 옥수수를 압출성형 하였을 때 사출구 온도가 증가하면 반죽의 점도가 감소하여 비기계적에너지 투입량이 감소하였다는 연구결과와 100°C 이하의 저온에서 CO2 가스 주입과 야채류를 첨가한 현미압출성형의 본 실험결과와 일치하였다.
- 압출성형 처리구의 WSI와 WAI가 무 처리구에 비해 증가하였다. 녹차, 토마토, 호박을 첨가한 현미 압출성형물의 WSI는 사출구 온도가 증가할수록 감소하였다. CO2 가스 주입량 150 mL/min으로 주입할 때 녹차와 토마토를 첨가한 조건에서 WSI의 값이 증가하였고, 호박의 경우 60°C에서 CO2 가스 주입량 150 mL/min으로 주입할 때 WSI는 증가하였지만 80, 100°C에서는 감소하였다.
- 녹차를 첨가한 현미압출성형물은 사출구 온도 100°C에서 CO2 가스를 주입한 경우 밀도도 가장 낮고 미세구조에서도 기공의 크기와 수가 증가하였다.
- Ryu 등(24)의 100°C 이상의 재래식 압출성형공정으로 밀가루와 옥수수를 압출성형 하였을 때 사출구 온도가 증가하면 반죽의 점도가 감소하여 비기계적에너지 투입량이 감소하였다는 연구결과와 100°C 이하의 저온에서 CO2 가스 주입과 야채류를 첨가한 현미압출성형의 본 실험결과와 일치하였다. 또한 각각의 사출구 온도에 따라 토마토, 녹차, 호박 순으로 비기계적에너지 투입량이 감소함을 나타내었다.
- 명도(L)는 사출구 온도 60°C에서 CO2 가스를 주입하고 호박을 첨가한 압출성형 조건에서 87.87로 가장 높았고, 사출구 온도 100°C에서 CO2 가스를 주입하지 않고 녹차를 첨가한 압출성형 조건에서 63.09로 가장 낮았다.
- 특히 사출구 온도 60°C에서 CO2 가스 주입 시 100°C에서 CO2 가스를 주입하지 않을 때와 비슷한 기공의 크기와 수를 보여주었다. 모든 사출구 온도에서 CO2 가스 주입시 파괴력은 감소하였다. 수분용해지수는 사출구 온도 증가 시 감소하고 CO2 가스 주입 시에는 증가하는 경향을 나타내었으며, 수분흡착지수는 사출구 온도와 CO2 가스 주입량이 증가할수록 증가하였다.
- 09로 가장 낮았다. 모든 조건에서 사출구 온도 증가와 함께 명도가 감소하였고 CO2 가스 주입 시 증가하였다. 적색도(a)는 사출구 온도 증가와 함께 증가하였으며, CO2 가스 주입 시 감소하였다.
- 밀도는 사출구 온도 100°C, CO2 가스 주입량 150 mL/min, 녹차가루를 첨가한 압출성형물이 0.46 g/cm3로 가장 낮았으며, 60°C, CO2 가스 주입량 0 mL/min, 녹차가루를 첨가한 압출성형물이 1.11 g/cm3로 가장 높았다.
- 알파현미 25%, 현미분말 50%, 팔라티노스와 올리고당은 16%로 고정하였고 녹차, 토마토, 호박을 각각 9%씩 배합하여 사용하였으며 Table 1에 나타내었다. 배합된 원료의 일반성분은 녹차 혼합시 수분함량 13.22%, 조회분 1.43%, 조지방 1.60%, 조단백 6.74%였고, 토마토 혼합시 수분함량 13.60%, 조회분 1.63%, 조지방 1.23%, 조단백 6.28%였으며, 호박 혼합 시에는 수분함량 13.23%, 조회분 1.22%, 조지방 0.99%, 조단백 6.03%로 Table 2에 나타내었다.
- 비기계적 에너지 투입량은 사출구 온도 100°C, CO2 가스 주입량 150 mL/min, 호박가루를 첨가했을 때 52.67 kJ/kg으로 가장 낮은 비기계적 에너지 투입량을 나타내었다.
- 비기계적에너지 투입량은 토마토 가루를 첨가했을 때 사출구 온도 60°C, CO2 가스 주입량 150 mL/min에서 169.41 kJ/kg으로 가장 높은 값을 나타내었으며, 호박가루를 첨가했을 때 사출구 온도 100°C, CO2가스 주입량 150 mL/min에서 52.67 kJ/kg으로 가장 낮은 값을 나타내었다(Table 3).
- 사출구 온도 100°C, CO2 가스 주입량 150 mL/min, 녹차가루를 첨가하였을 때 직경팽화율은 1.52로 가장 높았으며, 사출구 온도 100°C, CO2 가스 주입량 150 mL/min, 토마토가루를 첨가했을 때 0.91로 가장 낮은 값을 나타내었다.
- 사출구 온도 80°C, CO2 가스 주입량 150 mL/min, 녹차가루를 첨가하였을 때 비길이는 159.05 m/kg 으로 가장 높은 값을 나타내었으며, 사출구 온도 100°C, CO2 가스 주입량 0 mL/min, 녹차가루를 첨가했을 때 83.02 m/kg으로 가장 낮은 값을 나타내었다.
- 수분용해지수는 사출구 온도 증가 시 감소하고 CO2 가스 주입 시에는 증가하는 경향을 나타내었으며, 수분흡착지수는 사출구 온도와 CO2 가스 주입량이 증가할수록 증가하였다.
- 이와 비교해 사출구 온도 60°C에서 CO2 가스를 주입하고 녹차를 첨가한 현미압출성형물의 밀도가 사출구 온도 100°C에서 CO2 가스를 주입하지 않은 압출성형물의 밀도보다 낮았으며, 기공의 크기와 수도 크게 다르지 않아 60°C의 저온에서도 CO2 가스가 기공형성제로서 작용하였다고 판단된다.
- 배럴온도(80~110°C)에 따른 압출성형물의 특성 변화를 분석한 Han 등(30)의 보고와 같이 온도 증가와 함께 적색도가 증가하고 황색도가 영향을 받지 않은 결과가 본 실험의 결과와 일치하였다. 총 색도차는 녹차의 경우 사출구 온도 증가와 CO2 가스 주입 시 색도차가 유의적으로 증가하였고, 호박의 경우 색차가 거의 없었다. 반면에 토마토는 사출구 온도 증가와 CO2 가스 주입 시 모두 색도 차이가 매우 크게 나타났다.
- 녹차를 첨가한 압출성형물의 경우 사출구 온도가 증가할 때 겉보기 탄성계수와 파괴력 모두 증가하였으며, 같은 사출구 온도에서 CO2 가스 주입시 파괴력은 감소하였다. 토마토를 첨가한 압출성형물은 사출구 온도와 CO2 가스 주입량에 따라 겉보기 탄성계수와 파괴력이 음의 상관관계를 나타내었으나, 호박을 첨가한 압출성형물은 사출구 온도와 CO2가스 주입량에 따라 겉보기 탄성계수와 파괴력 모두 감소함을 나타내었다. 녹차를 첨가한 압출성형물의 사출구 온도 60°C에서 겉보기 탄성계수가 1.
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