본 실험은 사출구 온도와 반복 압출성형이 백삼압출성형물의 물리적 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 압출성형 조건은 수분 함량 20%와 스크루 회전속도 200 rpm을 고정시키고 독립변수로서 사출구 온도 $100^{\circ}C$, $120^{\circ}C$, $140^{\circ}C$로 1회, 2회 반복 압출성형 실험을 하였다. 비기계적 에너지 투입량은 사출구 온도 $140^{\circ}C$에서 1회 압출성형물이 295.0 kJ/kg으로 가장 낮게 측정되었다. 조직감 특성 중 탄성계수에서는 사출구 온도 $100^{\circ}C$에서 2회 압출성형물이 $7.53{\times}10^8N/m^2$로 가장 높게 측정되었으며, 사출구 온도 $120^{\circ}C$에서 1회 압출성형물이 $1.78{\times}10^8N/m^2$로 가장 낮은 결과값을 나타냈다. 또한 파괴력은 사출구 온도 $100^{\circ}C$에서 2회 압출성형물이 $7.49{\times}10^5N/m^2$로 가장 높게 측정되었으며, 사출구 온도 $140^{\circ}C$에서 2회 압출성형물이 $1.33{\times}10^5N/m^2$로 가장 낮게 측정되었다. 팽화 특성에서 $120^{\circ}C$ 1회 백삼압출성형물의 직경팽화율이 $2.283{\pm}0.011$로 가장 높게 측정되었으며, 비길이 체적밀도에서는 사출구 온도 $140^{\circ}C$에서 1회 압출성형물과 사출구 온도 $100^{\circ}C$에서 2회 백삼압출성형물이 각각 $123.790{\pm}2.802m/kg$, $0.260{\pm}0.020g/cm^3$로 가장 높게 측정되었다. 수분흡착지수(WAI)와 수분용해지수(WSI)는 백삼압출성형물 모두 백삼분말보다 증가하였다. WAI는 1회 압출성형을 하였을 때 증가하였으며, 2회 압출성형을 하였을 때는 감소하였다. 또한 사출구 온도가 증가할수록 WAI도 증가하였다. WSI의 경우 WAI와 반대로 사출구 온도가 증가하면 감소하는 경향이 나타났다. 위 연구를 통하여 백삼의 압출성형 조건을 달리하여 물리적 특성의 향상과 새로운 백삼제품 및 소재의 개발 가능성을 확인할 수 있었다.
본 실험은 사출구 온도와 반복 압출성형이 백삼압출성형물의 물리적 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 압출성형 조건은 수분 함량 20%와 스크루 회전속도 200 rpm을 고정시키고 독립변수로서 사출구 온도 $100^{\circ}C$, $120^{\circ}C$, $140^{\circ}C$로 1회, 2회 반복 압출성형 실험을 하였다. 비기계적 에너지 투입량은 사출구 온도 $140^{\circ}C$에서 1회 압출성형물이 295.0 kJ/kg으로 가장 낮게 측정되었다. 조직감 특성 중 탄성계수에서는 사출구 온도 $100^{\circ}C$에서 2회 압출성형물이 $7.53{\times}10^8N/m^2$로 가장 높게 측정되었으며, 사출구 온도 $120^{\circ}C$에서 1회 압출성형물이 $1.78{\times}10^8N/m^2$로 가장 낮은 결과값을 나타냈다. 또한 파괴력은 사출구 온도 $100^{\circ}C$에서 2회 압출성형물이 $7.49{\times}10^5N/m^2$로 가장 높게 측정되었으며, 사출구 온도 $140^{\circ}C$에서 2회 압출성형물이 $1.33{\times}10^5N/m^2$로 가장 낮게 측정되었다. 팽화 특성에서 $120^{\circ}C$ 1회 백삼압출성형물의 직경팽화율이 $2.283{\pm}0.011$로 가장 높게 측정되었으며, 비길이 체적밀도에서는 사출구 온도 $140^{\circ}C$에서 1회 압출성형물과 사출구 온도 $100^{\circ}C$에서 2회 백삼압출성형물이 각각 $123.790{\pm}2.802m/kg$, $0.260{\pm}0.020g/cm^3$로 가장 높게 측정되었다. 수분흡착지수(WAI)와 수분용해지수(WSI)는 백삼압출성형물 모두 백삼분말보다 증가하였다. WAI는 1회 압출성형을 하였을 때 증가하였으며, 2회 압출성형을 하였을 때는 감소하였다. 또한 사출구 온도가 증가할수록 WAI도 증가하였다. WSI의 경우 WAI와 반대로 사출구 온도가 증가하면 감소하는 경향이 나타났다. 위 연구를 통하여 백삼의 압출성형 조건을 달리하여 물리적 특성의 향상과 새로운 백삼제품 및 소재의 개발 가능성을 확인할 수 있었다.
The aim of this study was to investigate the effect of die temperature and repeated extrusion on physical properties of extruded white ginseng (EWG). The die temperature was adjusted to 100, 120, and $140^{\circ}C$, and extrusion was repeated under the same conditions with their correspon...
The aim of this study was to investigate the effect of die temperature and repeated extrusion on physical properties of extruded white ginseng (EWG). The die temperature was adjusted to 100, 120, and $140^{\circ}C$, and extrusion was repeated under the same conditions with their corresponding samples. Specific mechanical energy input decreased as die temperature increased during extrusions. The secondary extruded white ginseng (SEWG) at a die temperature of $120^{\circ}C$ showed a higher expansion index than other extrudates. Elevation of both die temperature and repeated extrusion increased the specific length of extrudates. The highest apparent elastic modulus, breaking strength, and water solubility index obtained from SEWG at a die temperature of $100^{\circ}C$ were $7.53{\times}10^8N/m^2$, $7.49{\times}10^5N/m^2$, and 39.02%, respectively. When die temperature increased, water absorption index (WAI) decreased. The WAI of SEWG was higher than that of EWG. In conclusion, repeated extrusion affected physical properties of white ginseng and could be applied to produce improved quality of ginseng products.
The aim of this study was to investigate the effect of die temperature and repeated extrusion on physical properties of extruded white ginseng (EWG). The die temperature was adjusted to 100, 120, and $140^{\circ}C$, and extrusion was repeated under the same conditions with their corresponding samples. Specific mechanical energy input decreased as die temperature increased during extrusions. The secondary extruded white ginseng (SEWG) at a die temperature of $120^{\circ}C$ showed a higher expansion index than other extrudates. Elevation of both die temperature and repeated extrusion increased the specific length of extrudates. The highest apparent elastic modulus, breaking strength, and water solubility index obtained from SEWG at a die temperature of $100^{\circ}C$ were $7.53{\times}10^8N/m^2$, $7.49{\times}10^5N/m^2$, and 39.02%, respectively. When die temperature increased, water absorption index (WAI) decreased. The WAI of SEWG was higher than that of EWG. In conclusion, repeated extrusion affected physical properties of white ginseng and could be applied to produce improved quality of ginseng products.
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문제 정의
본 실험은 사출구 온도와 반복 압출성형이 백삼압출성형물의 물리적 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 압출성형 조건은 수분 함량 20%와 스크루 회전속도 200 rpm을 고정시키고 독립변수로서 사출구 온도 100°C, 120°C, 140°C로 1회, 2회 반복 압출성형 실험을 하였다.
제안 방법
따라서 사출구 온도와 반복 압출성형에 따른 백삼압출성형물의 물리적 특성인 비기계적 에너지, 팽화율, 조각밀도, 겉보기탄성계수, 파괴력, 수분용해지수, 수분흡착지수, 페이스트 점도, 색도, 미세구조 등의 물리적 변화를 살펴보았다.
백삼압출성형물 시료는 열풍건조기(DS-FCPO250, DongSeo Sci. Co., Seoul, Korea)에서 50°C, 6시간 동안 건조하였으며, 건조된 압출성형물은 팽화율, 비길이, 겉보기탄성계수와 파괴력, 밀도를 측정하였고, 가정용 분쇄기(FM-681, Hanil, Haman, Korea)로 분쇄한 후 50 mesh 표준체(Testing sieve, Chung-gye Sang-gong Co., Seoul, Korea)를 통과한 분말을 시료로 사용하여 수분용해지수(WSI)와 수분흡착지수(WAI) 등을 측정하였다.
, Kanagawa, Japan)로 10회 측정하여 최대값과 최소값을 각각 1개씩 제외시키고 사출구의 직경과 압출성형물 직경비의 평균값으로 산출하였다. 비길이는 압출성형물의 무게와 길이를 10회 측정하여 최대값과 최소값을 각각 1개씩 제외시키고 단위 무게당 길이의 비로 평균치를 산출하였다(12).
상등액은 알루미늄 접시에 부은 후 침전물의 무게를 측정하고 알루미늄 접시를 105°C의 열풍건조기(HB-502MP, Han Beak Co., Bucheon, Korea)에서 2시간 동안 건조하여 상등액의 고형분 함량을 측정하고 수분용해지수(water soluble index, WSI) 와 수분흡착지수(water absorption index, WAI)를 각각 다음의 식으로 계산하였다.
수분 함량 20%, 스크루 회전속도 200 rpm, 원료투입량 100 g/min으로 고정하고 사출구 온도는 100°C, 120°C, 140°C로 압출성형한 후 동일한 압출성형 조건으로 반복 압출성형 하였으며, 압출성형 조건은 Table 1과 같다.
신속점도 측정기의 가열과 냉각조건은 초기 온도 25°C를 2분 동안 유지한 후 5분 동안 95°C까지 가열, 3분 동안 95°C로 유지, 5분 동안 25°C까지 냉각하였다. 시료의 분산을 증가시키기 위하여 10초간 960 rpm으로 페달을 회전시킨 후 160 rpm에서 최고점도(peak viscosity, PV), 최저점도(trough viscosity, TV), 최종점도(final viscosity, FV), 구조파괴점도(breakdown viscosity, BV), 회복점도(setback, SV) 등의 페이스트 점도를 측정하였다.
시료의 수용성 성질을 분석하기 위하여 AACC 방법(15)을 응용하여 건량 기준의 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.
압출성형 조건은 수분 함량 20%와 스크루 회전속도 200 rpm을 고정시키고 독립변수로서 사출구 온도 100°C, 120°C, 140°C로 1회, 2회 반복 압출성형 실험을 하였다.
압출성형물의 겉보기탄성계수와 파괴력은 Sun Rheometer(Compac-100Ⅱ, Sun Sci. Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 10회 측정한 후 최대값과 최소값을 각각 2개씩 제외시키고 평균값을 산출하였다. 측정조건은 probe angle type(65°), 최대응력 10 kg, 지지대 이동속도 60 mm/min, 지지대 간의 거리 3 cm였다.
압출성형물의 단면을 백금으로 코팅 후 고분해능 주사전자현미경(MIRA LMH, Tescan, Brno, Czech)으로 가속전력 10 kV에서 미세 구조를 관찰하였다.
비기계적 에너지 투입량(SME input)은 Ryu와 Mulvaney (11)의 방법을 이용하여 압출성형기가 단위 질량당 소비된 전기에너지로 나타내었다. 즉 원료투입 시의 전력과 모터 공회전 시의 전력 차와 생산량과의 비로부터 실제 원료에 투입된 전력을 구하였다.
직경팽화율은 압출성형물의 직경을 캘리퍼스(CD-15C, Mitutoyo Co., Kanagawa, Japan)로 10회 측정하여 최대값과 최소값을 각각 1개씩 제외시키고 사출구의 직경과 압출성형물 직경비의 평균값으로 산출하였다. 비길이는 압출성형물의 무게와 길이를 10회 측정하여 최대값과 최소값을 각각 1개씩 제외시키고 단위 무게당 길이의 비로 평균치를 산출하였다(12).
대상 데이터
백삼압출성형은 실험용 쌍축 압출성형기(THK 31T, Incheon Machinery Co., Incheon, Korea)를 사용하였으며 압출성형기의 스크루 직경은 30.0 mm, 길이와 직경의 비 (L/D ratio)는 23:1이고 사출구는 원형으로 직경이 3 mm인 것을 사용하였으며, 스크루배열은 Fig. 1과 같다. 수분 함량 20%, 스크루 회전속도 200 rpm, 원료투입량 100 g/min으로 고정하고 사출구 온도는 100°C, 120°C, 140°C로 압출성형한 후 동일한 압출성형 조건으로 반복 압출성형 하였으며, 압출성형 조건은 Table 1과 같다.
실험에 사용된 백삼분말은 5년근으로 동명인삼(Dongmyung Ginseng Co., Seoul, Korea)에서 구매하여 사용하였다.
데이터처리
2)Values with different letters in column are significantly different (P<0.05) by Duncan's multiple range test.
백삼압출성형물의 조각밀도는 차조를 이용한 종자 치환법으로 총 10회 반복하여 최대값과 최소값을 각각 1개씩 제외시키고 다음의 식을 이용하여 평균값을 계산하였다 (13).
본 논문에서 결과의 통계처리는 SPSS(Ver 12.0K, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용한 Duncan's multiple range test로 사후분석 후 유의성을 검정하였다.
이론/모형
백삼압출성형물의 페이스트 점도는 Ryu 등(16)의 방법을 응용한 Rapid Visco Analyser(RVA-3D, Newport Scientific Inc., Sydney, Australia)를 사용하였다. 시료 3.
비기계적 에너지 투입량(SME input)은 Ryu와 Mulvaney (11)의 방법을 이용하여 압출성형기가 단위 질량당 소비된 전기에너지로 나타내었다. 즉 원료투입 시의 전력과 모터 공회전 시의 전력 차와 생산량과의 비로부터 실제 원료에 투입된 전력을 구하였다.
측정조건은 probe angle type(65°), 최대응력 10 kg, 지지대 이동속도 60 mm/min, 지지대 간의 거리 3 cm였다. 측정치를 Ryu와 Ng(14)의 방법을 이용하여 겉보기탄성계수(Eapp)와 파괴력(Fbs)을 각각 다음의 식으로 계산하였다.
성능/효과
WSI의 경우 WAI와 반대로 사출구 온도가 증가하면 감소하는 경향이 나타났으며, 100°C에서 2회 백삼압출성형물이 39.02%로 가장 높게 측정되었고 140°C에서 1회 백삼압출성형물이 33.52%로 가장 낮게 측정되었다.
구조파괴 점도는 최고점도와 최저점도의 차이로 사출구 온도 100°C 에서 1회 백삼압출성형물이 가장 높게 측정되었다.
또한 사출구 온도가 증가할수록 WAI도 증가하여 140°C에서 1회 백삼압출성형물이 4.34 g/g으로 가장 높게 측정되었으며, 100°C에서 2회 백삼압출성형물이 2.84 g/g으로 가장 낮게 측정되었다.
WAI는 1회 압출성형을 하였을 때 증가하였으며, 2회 압출성형을 하였을 때는 감소하였다. 또한 사출구 온도가 증가할수록WAI도 증가하였다. WSI의 경우 WAI와 반대로 사출구 온도가 증가하면 감소하는 경향이 나타났다.
또한 파괴력은 사출구 온도 100°C에서 2회 압출성형물이 7.49×105 N/m2로 가장 높게 측정되었으며, 사출구 온도 140°C에서 2회 압출성형물이 1.33×105 N/m2로 가장 낮게 측정되었다.
명도(L)값은 백삼에서 86.81로 가장 높게 측정되었으며, 140 °C에서 2회 백삼압출성형물이 59.54로 가장 낮게 측정되었고 온도와 압출성형 횟수의 증가에 따라 L값은 감소하였다.
비기계적 에너지 투입량은 사출구 온도 100°C에서 1회 압출성형물이 609.5 kJ/kg으로 가장 높게 측정되었으며, 사출구 온도 140°C에서 1회 압출성형물이 295.0 kJ/kg으로 가장 낮게 측정되었다(Table 2).
비기계적 에너지 투입량은 사출구 온도 140°C에서 1회 압출성형물이 295.0 kJ/kg으로 가장 낮게 측정되었다.
비길이는 사출구 온도 140°C에서 1회 압출성형물이 123.790±0.886 m/kg으로 가장 높게 측정되었으며, 사출구 온도 100°C에서 1회 압출성형물이 60.489±0.833 m/kg으로 가장 낮게 측정되었고 팽화율과 비길이에서의 결과값이 반비례하였다.
사출구 온도 120°C에서 2회 백삼압출성형물의 기공이 가장 크게 나타났으며, 사출구 온도 140 °C에서 1회 백삼압출성형물의 기공이 가장 작게 나타났다.
사출구 온도와 반복 압출성형에 따른 백삼압출성형물의 조직감은 온도가 증가함에 따라 파괴력과 탄성계수 모두 감소하는 경향을 보였다(Table 2). 탄성계수는 사출구 온도 100°C에서 2회 압출성형물이 7.
020 g/cm3로 가장 높게 측정되었다. 수분흡착지수(WAI)와 수분용해지수(WSI)는 백삼압출성형물 모두 백삼분말보다 증가하였다. WAI는 1회 압출성형을 하였을 때 증가하였으며, 2회 압출성형을 하였을 때는 감소하였다.
최종점도는 일반적으로 노화도의 지표로 사용되는데, Grant(23)는 최종점도가 낮을수록 노화도가 감소한다고 보고하였다. 식품에서 노화는 식품의 물성특징, 맛, 소화도 등의 품질 저하를 야기하는데 위 실험에서 백삼의 압출성형을 통하여 백삼압출성형물의 최종점도가 감소하여 노화가 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
008 g/cm3로 측정되었다. 압출성형의 온도가 증가될수록 조각밀도가 감소하였고 1회 압출성형보다 2회 압출성형에서 조각밀도가 감소하였다.
적색도와 황색도는 140°C에서 2회 백삼압출성형물이 각각 10.65, 30.54로 가장 높게 측정되었으며, 백삼에서는 각각 0.28, 15.63으로 가장 낮게 측정되었다.
조각밀도에서는 사출구 온도 140°C에서 2회 백삼압출성형물이 0.158±0.010 g/cm3로 가장 낮게 측정되었으며, 사출구 온도 100°C에서 2회 백삼압출성형물이 가장 높은 0.263±0.008 g/cm3로 측정되었다.
조직감 특성 중 탄성계수에서는 사출구 온도 100°C에서 2회 압출성형물이 7.53×108 N/m2로 가장 높게 측정되었으며, 사출구 온도 120°C에서 1회압출성형물이 1.78×108 N/m2로 가장 낮은 결과값을 나타냈다.
최종점도와 회복점도는 백삼분말에서 가장 높게 측정되었고, 백삼압출성형물은 감소하였다. 최종점도는 일반적으로 노화도의 지표로 사용되는데, Grant(23)는 최종점도가 낮을수록 노화도가 감소한다고 보고하였다.
탄성계수는 사출구 온도 100°C에서 2회 압출성형물이 7.53×108 N/m2로 가장 높게 측정되었으며, 사출구 온도 120°C에서 1회 압출성형물이 1.78×108 N/m2로 가장 낮은 결과값을 나타냈다.
파괴력은 사출구 온도 100°C에서 2회 압출성형물이 7.49×105 N/m2로 가장 높게 측정되었으며, 사출구 온도 140°C에서 2회 압출성형물이 1.33×105 N/m2로 가장 낮게 측정되었다.
팽화 특성에서 120°C 1회 백삼압출성형물의 직경팽화율이 2.283±0.011로 가장 높게 측정되었으며, 비길이 체적밀도에서는 사출구 온도 140°C에서 1회 압출성형물과 사출구 온도 100°C에서 2회 백삼압출성형물이 각각 123.790±2.802 m/kg, 0.260±0.020 g/cm3로 가장 높게 측정되었다.
후속연구
WSI의 경우 WAI와 반대로 사출구 온도가 증가하면 감소하는 경향이 나타났다. 위 연구를 통하여 백삼의 압출성형 조건을 달리하여 물리적 특성의 향상과 새로운 백삼제품 및 소재의 개발 가능성을 확인할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
사출구 온도와 반복 압출성형이 백삼압출성형물의 물리적 특성에 미치는 영향은 어떠한가?
압출성형 조건은 수분 함량 20%와 스크루 회전속도 200 rpm을 고정시키고 독립변수로서 사출구 온도 100°C, 120°C, 140°C로 1회,2회 반복 압출성형 실험을 하였다. 비기계적 에너지 투입량은 사출구 온도 140°C에서 1회 압출성형물이 295.0 kJ/kg으로 가장 낮게 측정되었다. 조직감 특성 중 탄성계수에서는 사출구 온도 100°C에서 2회 압출성형물이 7.53×108 N/m2로 가장 높게 측정되었으며, 사출구 온도 120°C에서 1회압출성형물이 1.78×108 N/m2로 가장 낮은 결과값을 나타냈다. 또한 파괴력은 사출구 온도 100°C에서 2회 압출성형물이 7.49×105 N/m2로 가장 높게 측정되었으며, 사출구 온도 140°C에서 2회 압출성형물이 1.33×105 N/m2로 가장 낮게 측정되었다. 팽화 특성에서 120°C 1회 백삼압출성형물의 직경팽화율이 2.283±0.011로 가장 높게 측정되었으며, 비길이 체적밀도에서는 사출구 온도 140°C에서 1회 압출성형물과 사출구 온도 100°C에서 2회 백삼압출성형물이 각각 123.790±2.802 m/kg, 0.260±0.020 g/cm3로 가장 높게 측정되었다. 수분흡착지수(WAI)와 수분용해지수(WSI)는 백삼압출성형물 모두 백삼분말보다 증가하였다. WAI는 1회 압출성형을 하였을 때 증가하였으며, 2회 압출성형을 하였을 때는 감소하였다. 또한 사출구 온도가 증가할수록WAI도 증가하였다. WSI의 경우 WAI와 반대로 사출구 온도가 증가하면 감소하는 경향이 나타났다. 위 연구를 통하여 백삼의 압출성형 조건을 달리하여 물리적 특성의 향상과 새로운 백삼제품 및 소재의 개발 가능성을 확인할 수 있었다.
압출성형 후 압출성형 백삼 추출물의 화학적 조성과 항산화 활성은 어떻게 변하였는가?
인삼의 압출성형에 대한 연구를 보면 압출성형 백삼 추출물의 화학적 조성 및 항산화 활성은 압출성형 후 사포닌, 산성다당체, 항산화 활성이 전반적으로 증가하였다고 보고하였다(3). 또한 인삼전분의 알코올 발효적성 및 발효인삼주의 특성 연구(4)에서 인삼약주는 전통주와 비교하여 향기성분이 우수하고 알코올 함량도 상대적으로 높았다고 보고하였다.
압출성형 공정의 장점은 무엇인가?
압출성형 공정은 독립변수인 수분 함량, 스크루 회전속도, 배럴 온도, 시료 투입량, 사출구 크기 및 모양 등의 변화에 따라 종속변수인 압력, 점도, 비기계적 에너지 등을 제어하여 목적하는 제품을 다양한 특성의 제품으로 생산할 수 있으며(2) 압출성형 공정은 혼합, 분쇄, 가열, 성형 등의 단위 조작이 짧은 시간에 일어나는 효율적인 가열공정이다.
참고문헌 (24)
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