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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 볶은 옥수수 분말의 제조와 저장 공정 중 품질 관리의 지표로 활용할 수 있는 흡습특성을 구명하기 위하여, 볶음온도에 따른 등온흡습곡선 작성과 흡습거동 예측가능 모델 설정 및 볶음온도가 단분자층 수분 함량에 미치는 영향을 조사하였다.
제안 방법
- 볶음온도에 따른 옥수수 분말의 흡습특성을 구명하기 위하여, 옥수수 낟알을 160, 180, 200, 220, 240℃에서 20분간 볶은 후 분쇄하고, 20℃에서 각 분말의 수분활성도(aw) 0.11, 0.33, 0.53, 0.75, 0.90에 따른 평형수분함량(EMC)을 측정하여 등온흡습곡선을 작성하였다. 볶은 옥수수 분말의 등온흡습곡선은 aw증가에 따른 EMC 증가가 전형적인 sigmoid 형태를 보였으며, aw0.
- 옥수수 분말의 수분활성도와 평형수분함량과의 관계를 기존에 알려진 아래와 같은 6가지 모델(19-24)과의 적합성을 회귀분석 하여 검정하였다.
- 90이 되도록 조정한 후 각 수분활성도에서 시료의 중량변화가 없을 때까지 정치한후 105℃ 상압가열건조법으로 평형수분함량을 측정하였다. 이의 결과로 수분활성도에 따른 평형수분함량의 변화를 나타내는 등온흡습곡선을 작성하였다.
- 옥수수 분말의 평형수분함량은 static gravimetric method로 측정하였다(14). 즉, 시료 0.2 g을 칭량접시에 담아 20℃로 유지되는 수분활성도 측정기(Thermoconstanter, TH200, Novasina, Swiss) 내에 넣고 포화염용액으로 내부의 수분활성도가 0.11, 0.33, 0.53, 0.75, 0.90이 되도록 조정한 후 각 수분활성도에서 시료의 중량변화가 없을 때까지 정치한후 105℃ 상압가열건조법으로 평형수분함량을 측정하였다. 이의 결과로 수분활성도에 따른 평형수분함량의 변화를 나타내는 등온흡습곡선을 작성하였다.
대상 데이터
- 실험용 옥수수(Zea mays var. indurata L.)는 경북 상주산을 구입하여 낟알을 분리하고 크기가 균일하고 건전한 것만 선별하여 사용하였다. 옥수수 낟알의 수분함량은 약 13%이었고, 100립중은 약 35 g이었다.
데이터처리
- 각 모델의 적합도는 회귀계수(R²)와 아래 식으로 정의되는 편차(mean relative percentage deviation modules, P)를 이용하여 평가하였다.
이론/모형
- 옥수수 분말의 단분자층 수분함량은 아래와 같은 Brunauer-Emmett-Teller(BET) equation(25)과 Guggenheim-Anderson-Boer(GAB) equation(26)을 이용하여 계산하였다.
- 옥수수 분말의 평형수분함량은 static gravimetric method로 측정하였다(14). 즉, 시료 0.
성능/효과
- 볶은 옥수수 분말의 단분자층 수분함량을 BET식과 GAB식으로 계산한 결과는 Table 3에 나타내었다. BET식을 적용한 결과, 회귀계수는 0.842~0.870 범위이었고, 단분 자층 수분함량은 0.021~0.026 kg/kg 범위 내에서 볶음온도가 높아질수록 약간씩 증가하는 경향을 보였다. GAB식을 적용한 결과, 회귀계수는 0.
- 026 kg/kg 범위 내에서 볶음온도가 높아질수록 약간씩 증가하는 경향을 보였다. GAB식을 적용한 결과, 회귀계수는 0.932~0.999 범위이었고, 단분자층 수분함량은 볶음온도 180℃ 이상의 분말에서 볶음온도가 증가할수록 높아지는 경향이었으며, 180℃와 240℃에서 각각 0.043 kg/kg과 0.053 kg/kg을 나타내었다. 단분자층 수분함량이 BET식보다 GAB식에서 높은 것은 일반적인 경우와 일치하는 결과이며(12,14), 회귀계수 값이 GAB식 에서 보다 높아 볶은 옥수수 분말의 단분자층 수분함량 예측에 적합한 것으로 판단된다.
- 이로써 볶은 옥수수 분말의 등온흡습곡선은 Oswin, Caurie, Henderson, Halsey 모델로 설명이 가능하며, 가장 적합한 모델은 Oswin 모델인 것으로 확인되었다. 그리고 등온흡습곡선에 대한 모델의 적합도는 볶음온도의 영향을 거의 받지 않는 것으로 확인되 었다. 한편, 모델의 적합도는 일반적으로 식품의 화학성분 조성에 의존적이라고 알려져 있으며(31), 복분자 동결건조 분말의 경우는 Oswin, Caurie, Halsey 모델이 적합하고, 생강 건조분말의 경우는 Caurie, Bradley, Henderson 모델이 적합한 것으로 각각 보고된 바 있다(12,14).
- 옥수수 분말의 등온흡습곡선은 볶음온도의 뚜렷한 영향이 없이 Oswin, Caurie, Henderson, Halsey 모델로 설명이 가능하였으며, 가장 적합한 모델은 Oswin인 것으로 나타났다.단분자층 수분함량은 전범위의 aw영역에서 GAB 방정식으로 예측할 수 있었으며, 볶음온도가 높아짐에 따라 증가하는 경향을 보여서 180℃에서는 0.043 kg H2O/kg solids, 24 0℃에서는 0.053 kg H2O/kg solids을 각각 나타내었다. 이로써 옥수수의 볶음온도가 분말의 20℃ 흡습특성에 영향을 미치는 것으로 확인되었다.
- 053 kg/kg을 나타내었다. 단분자층 수분함량이 BET식보다 GAB식에서 높은 것은 일반적인 경우와 일치하는 결과이며(12,14), 회귀계수 값이 GAB식 에서 보다 높아 볶은 옥수수 분말의 단분자층 수분함량 예측에 적합한 것으로 판단된다. 옥수수의 볶음온도가 높아질수록 분말의 단분자층 수분함량이 증가하는 경향을 보인 원인 중 하나로 전분질 재료의 경우에 건조방법에 따라 형성되는 조직구조의 차이로 인하여 단분자층 수분함 량이 다르다는 보고(32)와 유사하게 옥수수의 볶음온도에 따라 형성된 다공질과 같은 조직구조의 차이를 들 수 있다.
- 모든 적합성 검정 모델의 R²값은 볶음온도별 약간의 차이를 보였으나 0.9 이상이었으며, 모델별 비교에서는 Oswin 모델에서 가장 높은 0.994~1.000을, Kuhn 모델에서 가장 낮은 0.926~0.950을 각각 나타내었으나 볶음온도별 뚜렷한 차이는 보이지 않았다.
- 한편, 모델의 적합도는 일반적으로 식품의 화학성분 조성에 의존적이라고 알려져 있으며(31), 복분자 동결건조 분말의 경우는 Oswin, Caurie, Halsey 모델이 적합하고, 생강 건조분말의 경우는 Caurie, Bradley, Henderson 모델이 적합한 것으로 각각 보고된 바 있다(12,14). 볶은 옥수수 분말의 등온흡습 실험값과 Oswin, Caurie, Henderson, Halsey 모델로 예측된 등온흡습곡선을 그래프로 비교한 결과는 Fig. 2에 나타낸바와 같이 4가지 모델 모두 볶음온도 와는 무관하게 전범위의 수분활성도 영역에서 실험값을잘 설명하며, 특히 Oswin 모델이 가장 잘 설명하는 것으로 확인되었다.
- 90에 따른 평형수분함량(EMC)을 측정하여 등온흡습곡선을 작성하였다. 볶은 옥수수 분말의 등온흡습곡선은 aw증가에 따른 EMC 증가가 전형적인 sigmoid 형태를 보였으며, aw0.53 이상의 영역에서는 동일 aw에서 볶음온도가 고온일수록 높은 EMC를 나타내었다.옥수수 분말의 등온흡습곡선은 볶음온도의 뚜렷한 영향이 없이 Oswin, Caurie, Henderson, Halsey 모델로 설명이 가능하였으며, 가장 적합한 모델은 Oswin인 것으로 나타났다.
- 1과 같다. 볶은 옥수수 분말의 등온흡습곡선의 전체적인 모형은 일반적인 식품의 등온흡습곡선(14-18)과 유사한 전형적인 sigmoid 형태를 보였다. 볶은 옥수수 분말의 평형수분함량은 수분활성도가 증가함에 따라 증가하였으며, 특히 수분활성도 0.
- 볶은 옥수수 분말의 등온흡습곡선의 전체적인 모형은 일반적인 식품의 등온흡습곡선(14-18)과 유사한 전형적인 sigmoid 형태를 보였다. 볶은 옥수수 분말의 평형수분함량은 수분활성도가 증가함에 따라 증가하였으며, 특히 수분활성도 0.75 이상부터 급격하게 증가함을 보였다. 이러한 평형수분함량의 급증결과는 복분자 건조분말의 결과와 유사하였다(12).
- 53 이상의 영역에서는 동일 aw에서 볶음온도가 고온일수록 높은 EMC를 나타내었다.옥수수 분말의 등온흡습곡선은 볶음온도의 뚜렷한 영향이 없이 Oswin, Caurie, Henderson, Halsey 모델로 설명이 가능하였으며, 가장 적합한 모델은 Oswin인 것으로 나타났다.단분자층 수분함량은 전범위의 aw영역에서 GAB 방정식으로 예측할 수 있었으며, 볶음온도가 높아짐에 따라 증가하는 경향을 보여서 180℃에서는 0.
- 560%를 나타내어 예측 모델로서 적합성이 없는 것으로 판단되었고, 그 외 모델들은 모두 볶음온도별 뚜렷한 차이가 없이 10% 이하의 편차 값(볶음온도 160℃, 200℃의 Halsey 모델 제외)을 나타내어 적합성을 가지는 것으로 판단되었다. 이들 모델 중 Oswin 모델이 가장 적은 편차 값(0.929~3.661)을 보였으며, 다음으로 Caurie, Henderson, Halsey 모델 순인 것으로 나타났다. 이로써 볶은 옥수수 분말의 등온흡습곡선은 Oswin, Caurie, Henderson, Halsey 모델로 설명이 가능하며, 가장 적합한 모델은 Oswin 모델인 것으로 확인되었다.
- 661)을 보였으며, 다음으로 Caurie, Henderson, Halsey 모델 순인 것으로 나타났다. 이로써 볶은 옥수수 분말의 등온흡습곡선은 Oswin, Caurie, Henderson, Halsey 모델로 설명이 가능하며, 가장 적합한 모델은 Oswin 모델인 것으로 확인되었다. 그리고 등온흡습곡선에 대한 모델의 적합도는 볶음온도의 영향을 거의 받지 않는 것으로 확인되 었다.
- 여기서 볶음처리에 따른 조직의 다공질화는 수분과 세포구조의 손실 때문에 발생하는 것으로 알려져 있다(29). 이로써 옥수수의 볶음온도는 고수분 환경영역에서 분말의 흡습특성에 영향을 미치며 이때 볶음온도가 고온일수록 흡습을 잘하는 특성을 가지는 것으로 확인되었다. 따라서 볶은 옥수수 분말의 품질관리를 위한 흡습방지 방법은 원료 옥수수의 볶음 정도에 따라 다르게 적용해야 할 것으로 여겨진다.
- 옥수수의 볶음온도가 높아질수록 분말의 단분자층 수분함량이 증가하는 경향을 보인 원인 중 하나로 전분질 재료의 경우에 건조방법에 따라 형성되는 조직구조의 차이로 인하여 단분자층 수분함 량이 다르다는 보고(32)와 유사하게 옥수수의 볶음온도에 따라 형성된 다공질과 같은 조직구조의 차이를 들 수 있다.이로써 옥수수의 볶음온도는 분말의 평형수분함량에 영향을 미치는 것으로 확인되었다.
- 이러한 평형수분함량의 급증결과는 복분자 건조분말의 결과와 유사하였다(12). 평형수분함량에 미치는 볶음온도의 영향은 수분활성도 0.53 이상부터 나타나기 시작하였으며, 동일 수분활성도에서 볶음온도가 높은 분말일수록 높은 평형수 분함량을 나타내었다. 즉, 수분활성도가 0.
- 950을 각각 나타내었으나 볶음온도별 뚜렷한 차이는 보이지 않았다. 한편, 편차를 이용한 모델의 적합성 판단시 편차 값이 10% 이하일 경우에 적합한 것으로 간주하는데(30), Kuhn과 Bradley 모델은 각각 약 22.485%와 약 13.560%를 나타내어 예측 모델로서 적합성이 없는 것으로 판단되었고, 그 외 모델들은 모두 볶음온도별 뚜렷한 차이가 없이 10% 이하의 편차 값(볶음온도 160℃, 200℃의 Halsey 모델 제외)을 나타내어 적합성을 가지는 것으로 판단되었다. 이들 모델 중 Oswin 모델이 가장 적은 편차 값(0.
후속연구
- 이상의 결과를 종합해 보면, 볶은 옥수수 분말의 20℃에서 흡습곡선을 통하여 볶음온도가 옥수수 분말의 등온흡습 곡선 및 예측모델과 단분자층 수분함량에 영향을 미치는 것이 확인되었으며, 볶은 옥수수 분말의 품질관리에 원료의 볶음온도도 함께 고려되어야 할 것으로 여겨지지만 볶음 온도에 따른 흡습특성이 상이한 구체적 원인 규명에 대한 추가연구가 필요한 것으로 생각된다.
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