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문제 정의
- 기능성식품의 소재인 식이섬유를 제품에 첨가한 경우 제품의 색깔이 짙어지고 질감이 거칠어질 뿐만 아니라 섭취 시 무기질 흡수가 저하되는 반면, 저항전분은 식품에 첨가되었을 때 맛이나 texture의 변화가 거의 없고 식이섬유의 과다섭취로 인하여 나타날 수 있는 무기질의 흡수 저하가 나타나지 않으므로 식품첨가물로서 식품 내 식이섬유를 증가시키는 방법으로 저항전분의 사용이 점점 증가되고 있는 추세이다(26-29). 본 연구는 전보(30)에 이어 쌀 과자류의 품질을 향상시키기 위한 방법의 일환으로 쌀가루, 고아밀로오스 전분 및 분리대두단백을 이용하여 extruder의 수분함량과 screw 속도에 따라 쌀 스낵을 각각 제조한 후 expansion, breaking strength 등 여러 가지 품질특성을 비교 분석하여 쌀 스낵의 품질 개선 효과를 보고자 하였다.
가설 설정
- 2)All values are mean±SD (bulk density, apparent density and porosity n=6, radial expansion ratio and longitudinal expansion n=50).
제안 방법
- 0 mm/sec, distance:25 mm, road cell: 50 kg, calibrate probe: WarnerBratzler shear blade로 하였다(36). Breaking strength는 Warner-Bratzler shear blade로 쌀 스낵의 중앙을 자른후 나타난 최대 shear force를 쌀 스낵 단면 면적으로 나누어 계산하였으며 10회 반복실험 하였다.
- Apparent density(ps)는 시료 30개를 믹서(Commercial Blender, Model 51BL31, Waring Commercial, Torrington, CT, USA)로 2분간 고속으로 마쇄한 후 40 mesh로 하여 실린더로 실부피를 측정하였으며 무게를 실부피로 나누어 나타냈다(22,32). Porosity는 쌀 스낵의 bulk 부피와 실부피를 다음과 같이 계산하여 나타냈으며(32) 모두 6회 반복실험 하였다.
- 6 kg/hr을 유지하였다. 모든 barrel과 제품 온도, die 압력, die 온도, % torque, screw speed, feed rate는 MACS PL-1000 data acquisition system(Elexor Associates, Morris Plains, NJ, USA)과 IBM PC-AT/XT compatible computer(Northgate, Plymouth, MN, USA)로 자동통제 하였다.
- 0 g을 40 mL 둥근 원심관에 넣고 20 mL의 증류수를 가한 다음 voltex로 1분 혼합한 후 25℃ 진탕 수욕조에서 30분 교반한 다음 원심분리기(Model J2-21M/E centrifuge, Beckman Instruments, Palo Alto, CA, USA)로 1,000×g에서 15분 동안 원심분리 하였다. 상등액을 증발접시에 따른 후 침전물의 무게를 측정하였다. 증발접시에 따른 상등액은 105℃ 오븐(OGS 100, Thermo Fisher Scientific Inc.
- 색도는 쌀 스낵을 믹서로 마쇄한 후 40 mesh로 한 다음 색차계(Chroma Meter CR-410, Konica Minolta Sensing Inc., Osaka, Japan)를 이용하여 L(백색도), a(적색도), b(황색도) 값을 5회 반복 측정하여 평균값을 구하였다.
- 쌀 스낵 재료의 혼합비율은 예비실험을 통하여 쌀가루 50%, 고아밀로오스 전분 40%, 분리대두단백 5%, 설탕 3.5 %, 소금 1.5% 비율로 혼합하여 믹서(Double Action Mixer;Model 100 DA70, Leland Southwest, Fort Worth, TX, USA)로 1시간 동안 혼합하였다. 쌀 스낵의 제조는 extruder (MPF-50/25, APV Baker, Twin Screw Food Extruder,Grand Rapids, MI, USA)를 이용하여 제조한 후 65±1℃ 건조기에서 7분 건조한 다음 실온에서 15분 동안 풍건하여 수분함량이 약 10% 내외가 되도록 하여 밀봉한 후 시료로 사용하였다.
- 쌀 스낵의 X-선 회절도는 X-ray diffractometer(Rigaku Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 target: Cu-K α, filter: Ni, voltage: 35 kV, current: 15 mA, time constant: 1 sec, F.S.R: 1×103 cps 조건으로 회절각도(2θ) 4°∼40°까지 회절시켜 분석하였다.
- 쌀 스낵의 breaking strength는 Texture Analyser(TAHDi Texture Technologies Co., Scarsdale, NY, USA)를 사용하여 측정하였다. 기기의 측정 조건은 test type: measure force in tension, test speed: 1.
- 쌀 스낵의 길이와 직경은 Caliper(No. CD-6"C, Mitutoyo Co., Kawasaki, Japan)를 이용하여 시료 50개를 각각 측정 하여 평균값을 구하였고 radial expansion은 시료 단면의 면적을 die 면적으로 나누어 나타냈으며(Rp/Rd)2 longitudinal expansion은 길이를 무게로 나누어 나타냈다(33,34).
- 쌀 스낵의 단면은 Video microscope system(Ics-305B, Sometech Co., Seoul, Korean)을 이용하여 쌀 스낵의 단면을 절단한 후 40배 확대하여 관찰하였다.
- 쌀가루, 고아밀로오스 전분, 분리대두단백, 설탕 및 소금을 첨가하여 feed 수분함량 19∼23%, screw speed 200∼400 rpm, feed rate 43.6 kg/hr 조건에서 제조한 쌀 스낵의 이화학적 특성을 분석한 결과는 다음과 같다.
- 압출성형실험은 extruder를 이용하여 길이와 직경비율을 25:1로 하였고, Die 크기 50 mm, 온도는 6개 barrel zone 으로 26.7, 26.7, 51.7, 93.3, 121.1, 121.1℃에서 실험하였다. Feed moisture content는 19∼23%, screw speed는 200∼400 rpm으로 하였고, feed rate는 43.
대상 데이터
- 쌀 스낵 제조에 사용된 재료는 쌀가루(RM-100 RIV LAND, Huston, TX, USA), 72% 고아밀로오스 전분(National Starch and Chemical Company, Bridgewater, NJ, USA), 분리대두단백(isolated soy protein 066-974, Pro Fam 974, ADM Protein Specialties Division, Decatur, IL, USA), 설탕(Confections powdered, C&H Sugarcompany, Inc., Crockett, CA, USA), 소금(Morton salt, Morton International, Inc., Chicago, IL, USA)이다.
데이터처리
- 본 연구의 실험 결과는 SPSS(Statistics Package for the Social Science, Ver. 12.1 for Window, New York, NY, USA) 프로그램을 이용하여 통계처리 하여 분석하였다. 분석방법으로는 평균, 표준편차 및 분산분석 등을 실시했으며, Duncan's multiple range test를 사용하였다.
- 분석방법으로는 평균, 표준편차 및 분산분석 등을 실시했으며, Duncan's multiple range test를 사용하였다.
이론/모형
- WAI 및 WSI는 AACC 방법(35,36)에 따라 실험하였다. 40 mesh로 마쇄한 시료 2.
성능/효과
- 58을 각각 나타내 feed 수분함량이 많을수록 WAI는 유의적으로 증가되었다. 19% 수분함량에서 screw 속도 200, 300 및 400 rpm일 때 WAI는 3.92, 3.71 및 3.58로 각각 나타나 screw 속도가 빠를수록 WAI는 감소하였고, feed 수분함량 21%와 23%에서도 같은 경향을 나타냈다. 쌀가루를 주재료로 하여 압출성형 하였을 때 feed 수분함량이 증가할수록 WAI는 증가하였다고 하였고(20), 밀가루와 옥수수 전분에서도 같은 경향을 나타냈다고 하였으며(43), 옥수수 가루를 주재료 한 스낵에서는 screw 속도 증가 시 WAI가 증가하였다고 하여(42) 본 연구 결과와 같은 경향을 나타냈다.
- 51로 가장 높게 나타났다. Breaking strength는 feed 수분함량이 증가함에 따라 증가하였고 screw 속도가 증가함에 따라 유의적으로 감소하는 특징을 보였다. 쌀을 주재료로 하여 압출성형 한 연구에서 feed 수분함량이 증가함에 따라 경도가 증가하였다고 하였고(18), chickpea 가루를 주재료로 하여 제조한 스낵에서는 screw 속도가 증가하였을 때 경도가 감소하였다고 보고하여(45) 본 실험 결과와 같은 경향이었다.
- 94로 유의적으로 가장 높게 나타났으며, screw 속도 400 rpm에서는 feed 수분함량이 증가함에 따라 L값이 증가하였다. Feed 수분함량 19%, 21%에서는 screw 속도가 증가할수록 L값은 감소하였으나, feed 수분함량 23%에서는 screw 속도에 따른 유의적인 차이는 없었다. a, b값은 feed 수분함량 19%에서는 screw 속도가 증가함에 따라 증가한 반면, feed 수분함량 21%와 23%에서는 screw 속도가 증가함에 따라 감소하였다.
- 05%로 각각 나타나 feed 수분함량이 많을수록 유의적으로 감소하였다. Feed 수분함량 19%, screw 속도 200, 300 및 400 rpm에서 WSI는 각각 20.62%, 23.72%, 27.81%로 나타나 screw 속도가 증가될수록 WSI는 유의적으로 증가 하였고, feed 수분함량 21%, 23%에서도 같은 경향을 나타냈다. 밀가루와 옥수수전분을 압출성형 한 연구에서 feed 수분함량이 낮을수록, screw 속도가 높을수록 WSI는 증가 되었다고 하였는데(43) 본 연구 결과와 같은 경향이었다.
- 쌀 스낵의 feed 수분함량에 따른 기공의 특성은 feed 수분함량 19%인 경우 작은 기공이 골고루 분포되어 있고 세포벽이 얇은 반면, feed 수분함량이 23%인 경우는 기공이 잘 성장하지 못하고 세포벽이 두껍게 나타났다. Screw 속도에 따른 기공의 특성은 feed 수분함량 19%인 경우 screw 속도가 증가할수록 세포 벽이 엷고 기공의 크기가 작으면서 균일한 특성을 나타냈으며, feed 수분함량 21%와 23%에서도 비슷한 경향을 보였다. Table 1에서 보는 바와 같이 쌀 스낵의 내부구조와 팽창의 정도를 나타내는 bulk density, porosity, expansion과 밀접한 관계가 있었다.
- 장립의 고아 밀로오스 쌀을 압출성형 한 연구에서는 feed 수분함량이 증가할수록 L값은 증가하고 a값은 감소하였다고 하였고(20), whole cotton seed를 압출성형 한 경우에는 screw 속도가 75 rpm로 낮은 조건에서는 갈변반응이 덜 일어나기 때문에 L값이 유의적으로 높았다고 하였다(46). 그러나 본 실험에서는 screw 속도 400 rpm에서만 feed 수분함량이 증가함에 따라 L값이 증가하였고, screw 속도 200 rpm에서만 feed 수분함량이 증가함에 따라 a, b값이 감소하여 다소 차이가 있었다. 이와 같은 결과는 혼합 재료의 종류 및 비율, feed 수분함량, screw 속도, 배럴온도 등에 따른 차이라고 생각된다.
- 쌀 스낵의 WAI는 feed 수분함량 19%에서 3.58∼3.92, 21%에서는 4.03∼4.18, 23%에서는 4.25∼4.58을 각각 나타내 feed 수분함량이 많을수록 WAI는 유의적으로 증가되었다.
- 쌀 스낵의 팽화율은 density와는 반대로 feed 수분함량이 낮을수록, screw 속도가 증가할수록 증가하였다. 쌀 스낵의 WAI는 feed 수분함량이 많을수록, screw 속도가 감소할수록 증가한 반면, WSI는 WAI와는 반대의 경향을 나타냈다. 쌀 스낵의 breaking strength는 feed 수분함량이 증가할수록, screw 속도가 감소할수록 증가하였다.
- 쌀 스낵의 WSI는 feed 수분함량 19%에서는 20.62∼27.81%, 21%에서는 16.70∼22.35%, 23%에서는 13.14∼21.05%로 각각 나타나 feed 수분함량이 많을수록 유의적으로 감소하였다.
- 쌀 스낵의 apparent density는 0.55∼0.68 정도로 나타났고, bulk density와 마찬가지로 feed 수분함량이 많을수록, screw 속도가 증가할수록 낮아지는 경향을 보였다.
- 쌀 스낵의 WAI는 feed 수분함량이 많을수록, screw 속도가 감소할수록 증가한 반면, WSI는 WAI와는 반대의 경향을 나타냈다. 쌀 스낵의 breaking strength는 feed 수분함량이 증가할수록, screw 속도가 감소할수록 증가하였다. 쌀 스낵의 색도 중 L값은 feed 수분함량 19%, 21%에서는 screw 속도가 증가할수록 L값은 낮았으나, feed 수분함량 23%에서는 screw 속도에 따른 유의적인 차이는 없었다.
- 쌀 스낵의 bulk density는 0.06∼0.21, apparent density는 0.55∼0.65 정도로 나타났고, feed 수분함량이 많을수록, screw 속도가 감소할수록 증가하는 경향을 보였다.
- 쌀가루, 고아밀로오스 전분, 분리대두단백, 설탕 및 소금을 첨가하여 extruder로 제조한 쌀 스낵의 bulk density, apparent density 및 porosity는 Table 1과 같다. 쌀 스낵의 bulk density는 feed 수분함량 19%, screw 속도가 400 rpm일 때 0.06으로 가장 낮았고, feed 수분함량 23%, 200 rpm일 때 0.21로 가장 높게 나타났다. 쌀 스낵의 apparent density는 0.
- 쌀 스낵의 porosity는 0.69∼0.88로 나타났고, feed 수분 함량이 많을수록 porosity는 감소되었으며 screw 속도가 증가할수록 유의적으로 증가되어 bulk density와는 반대의 결과를 나타냈다.
- a, b값은 feed 수분함량 19%에서는 screw 속도가 증가함에 따라 높아졌다. 쌀 스낵의 x-ray 회절도는 feed 수분함량이 낮을수록, screw 속도가 높을수록 회절강도가 낮게 나타났고, feed 수분함량 19%, 21%, screw 속도 300 및 400 rpm에서는 V 도형의 특징을 나타냈다. 쌀 스낵의 내부 단면구조는 feed 수분함량이 많을수록, screw 속도가 낮을수록 기공의 생성이 잘 되지 않았고 세포벽이 두껍게 나타났다.
- 쌀 스낵의 x-ray 회절도는 feed 수분함량이 낮을수록, screw 속도가 높을수록 회절강도가 낮게 나타났고, feed 수분함량 19%, 21%, screw 속도 300 및 400 rpm에서는 V 도형의 특징을 나타냈다. 쌀 스낵의 내부 단면구조는 feed 수분함량이 많을수록, screw 속도가 낮을수록 기공의 생성이 잘 되지 않았고 세포벽이 두껍게 나타났다.
- 쌀 스낵의 breaking strength는 feed 수분함량이 증가할수록, screw 속도가 감소할수록 증가하였다. 쌀 스낵의 색도 중 L값은 feed 수분함량 19%, 21%에서는 screw 속도가 증가할수록 L값은 낮았으나, feed 수분함량 23%에서는 screw 속도에 따른 유의적인 차이는 없었다. a, b값은 feed 수분함량 19%에서는 screw 속도가 증가함에 따라 높아졌다.
- 쌀 스낵의 색도 특성은 Table 3과 같다. 쌀 스낵의 색도 중 L값은 feed 수분함량이 19%, 21%, screw 속도 200 rpm에서 각각 81.88, 81.94로 유의적으로 가장 높게 나타났으며, screw 속도 400 rpm에서는 feed 수분함량이 증가함에 따라 L값이 증가하였다. Feed 수분함량 19%, 21%에서는 screw 속도가 증가할수록 L값은 감소하였으나, feed 수분함량 23%에서는 screw 속도에 따른 유의적인 차이는 없었다.
- 65 정도로 나타났고, feed 수분함량이 많을수록, screw 속도가 감소할수록 증가하는 경향을 보였다. 쌀 스낵의 팽화율은 density와는 반대로 feed 수분함량이 낮을수록, screw 속도가 증가할수록 증가하였다. 쌀 스낵의 WAI는 feed 수분함량이 많을수록, screw 속도가 감소할수록 증가한 반면, WSI는 WAI와는 반대의 경향을 나타냈다.
- Ding 등(21)은 압출성형 과정에서 가소제로 작용하는 물은 전분의 점도를 감소시키고 기계적 에너지 손실을 가져와 기공의 생성을 억제하므로 feed 수분함량이 증가하면 경도는 증가하고 전분의 호화와 팽화율은 감소하며, screw 속도가 증가하게 되면 반죽의 탄성을 증가시키는 용해점도가 낮아지기 때문에 밀도가 낮아져 제품이 더 부드러워진다고 하였다. 전보(30)에서 feed 수분함량 17%, screw 속도 400 rpm, feed rate 43.6 kg/hr 조건에서 찹쌀가루, 쌀가루, 탈지콩가루를 넣어 제조한 유과바탕의 breaking strength 23.21보다 feed 수분함량 19%, screw 속도 400 rpm에서 쌀가루, 고아밀로오스 전분, 분리대두단백으로 제조한 쌀 스낵의 breaking strength는 16.32로 feed 수분함량이 더 많았음에도 불구하고 더 낮게 나타나 딱딱한 질감을 나타내는 쌀 과자류의 단점을 보완할 수 있어 쌀을 이용한 스낵의 혼합 재료로 더 우수하다고 판단된다.
- 전보(30)의 찹쌀가루와 쌀가루, 탈지콩가루를 주재료로 하여 feed 수분함량 16%∼18%, screw 속도 300∼400 rpm 조건에서 압출성형 한 유과바탕의 단면 구조에 비하여 쌀가루, 고아밀로오스 전분, 분리대두단백으로 feed 수분함량 19%에서 screw 속도 300 rpm 및 400 rpm 조건으로 제조한 쌀 스낵 세포벽이 더 엷고 기공이 잘 발달된 것을 볼 때 쌀가루, 고아밀로오스 전분, 분리대두단백은 쌀 스낵의 다공성을 향상시키는 데 더 적합하다고 생각된다.
- Table 1에서 보는 바와 같이 쌀 스낵의 내부구조와 팽창의 정도를 나타내는 bulk density, porosity, expansion과 밀접한 관계가 있었다. 즉 feed 수분함량이 증가할수록 bulk density는 증가하였고, 쌀 스낵 내부의 기공은 잘 생성되지 못하여 세포벽도 두꺼웠으며 기공의 수도 적었다. 또한 Jin 등(36)은 압출성형 제품의 미세구조는 breaking strength 와 밀접한 관련이 있다고 하였으며, 세포벽이 두꺼울수록 shear force는 커진다고 하였는데 본 실험 결과와 일치하였다.
- 38로 각각 나타났다. 직경 팽화율이 길이 팽화보다 더 높게 나타났고, 직경 팽화율과 길이의 팽화는 feed 수분함량이 낮을수록, screw 속도가 빠를수록 높게 나타났으며, 직경 팽화율과 길이 팽화는 bulk density 결과와 반대의 경향을 보였다. 압출성형 시 팽화는 bulk density와 음의 관계가 있으며(39, 40) bulk density는 길이 팽화와 높은 관련성이 있다고 하였는데(41,42), 본 연구에서는 bulk density는 길이 팽화뿐만 아니라 직경의 팽화율과도 관련성이 크게 나타났다.
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