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문제 정의
- 따라서 본 연구는 국내에서 재배된 ‘고운’ 감자 품종을 이용하여 제조한 감자가루의 정상유동 특성, 동적 점탄 특성 및 페이스팅 특성을 측정하여 고운 감자 품종의 가공적성 규명과 가공식품 제조를 위한 기초자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
- 3, 4, 5, 6, 7%(w/w) 감자가루 분산액을 50°C에서 1분간 유지시킨 후 95°C까지 12°C/분의 속도로 가열하고 95°C에서 2.5분간 유지시킨 뒤 다시 50°C까지 같은 속도로 냉각한 다음 2분간 유지시키는 표준 방법(17)으로 측정하였다.
- Power law 모델식에 의하여 얻어진 유동성 지수(n)와 점조도 지수(K)로부터 전단속도 100 s-1에서의 겉보기 점도(apparent viscosity, ηa,100)를 계산하였다.
- 감자가루 분산액(3, 4, 5, 6, 7%, w/w)은 감자가루와 증류수를 혼합하여 제조하였다. 혼합물은 실온에서 자석교반기를 이용하여 30분 동안 교반하였고, 95°C 항온수조에서 30분 동안 교반하면서 가열하였다.
- 동적 점탄 특성은 25°C로 설정된 rheometer(MCR-102, Anton Paar)의 plate-plate system(직경: 5 cm, 간격: 500 μm)을 이용하여 2% strain에서 진동수(frequency, ω) 0.63~63.8 rad/s 범위에서 저장 탄성률(storage modulus, G′), 손실 탄성률(loss modulus, G″), 복소 점도(complex viscosity, η*) 및 tan δ(G″/G′)를 측정하였다.
- 본 연구는 ‘고운’ 품종으로 제조한 감자가루 분산액의 농도(3, 4, 5, 6, 7%, w/w)에 따른 유변학적 및 페이스팅 특성에 대하여 평가하였다.
- 시료를 rheometer의 plate에 놓고 0.4~500 s-1의 광범위한 전단속도 (γ) 범위에서 측정하였다.
- 5분간 유지시킨 뒤 다시 50°C까지 같은 속도로 냉각한 다음 2분간 유지시키는 표준 방법(17)으로 측정하였다. 여기서 얻은 점도변화로부터 peak viscosity(최고점도), trough viscosity(최저점도), break down viscosity(최고점도－최저점도), final viscosity(최종점도), set back viscosity(최종점도－최저점도) 등이 측정되었다.
- 정상유동 특성은 25°C로 설정된 rheometer(MCR-102, Anton Paar, Graz, Austria)의 plate-plate system(직경: 5 cm, 간격: 500 μm)을 이용하여 측정하였다.
- 혼합물은 실온에서 자석교반기를 이용하여 30분 동안 교반하였고, 95°C 항온수조에서 30분 동안 교반하면서 가열하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용된 감자(고운)는 2014년에 수확한 것으로 고령지농업연구소(Gangwon, Korea)에서 제공받았고 세척 후 1 cm 두께로 세절하고 동결건조기(FDS8508, Ilshin Bio Base, Gyeonggi, Korea)를 이용하여 동결건조 후 분쇄한 것을 140 mesh 표준체망을 통과시켜 사용하였다.
데이터처리
- 농도별 감자가루 분산액의 페이스팅 특성은 RVA(RVA Model 4, Newport Scientific Inc, Warriewood, Australia)를 사용하여 측정하였다. 3, 4, 5, 6, 7%(w/w) 감자가루 분산액을 50°C에서 1분간 유지시킨 후 95°C까지 12°C/분의 속도로 가열하고 95°C에서 2.
- 모든 실험 결과는 평균±표준편차로 나타내었고 SAS version 9.3(SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 이용하여 ANOVA 분석과 Fisher's least significant differences에 의해 P<0.05 수준에서 시료들 간 유의성 검정을 하였다.
이론/모형
- 감자가루의 일반성분은 AACC 방법(16)에 따라 수분, 조단백질, 조지방, 조회분 함량을 분석하였으며, 탄수화물은 100에서 이들 함량을 뺀 값으로 하였다.
- 4~500 s-1의 광범위한 전단속도 (γ) 범위에서 측정하였다. 시료의 정상유동 특성은 power law 모델식(식 1)과 Casson 모델식(식 2)을 적용하였다.
성능/효과
- Peak viscosity는 heating과 holding cycle 동안 기록되는 최고점도로 3%는 308.50±13.44 RVU, 7%는 1,998.50±26.16 RVU를 나타내며 감자가루 분산액의 농도가 증가할수록 유의적으로 증가하는 경향을 나타냈다.
- Power law 모델식으로부터 얻은 점조도 지수(K), 겉보기 점도(ηa,100)는 감자가루 분산액의 농도가 증가할수록 유의적으로 증가하는 경향을 나타내었으며, Casson 모델식으로 부터 얻은 Casson 항복응력(σoc)은 3.18~39.09 Pa 범위를 나타내었고 감자가루 분산액의 농도가 증가할수록 유의적으로 증가하였다(Table 2).
- Cox-Merz 중첩원리는 감자가루 분산액에 잘 적용되지 않았다. RVA에 의한 페이스팅 특성은 감자가루 농도가 증가할수록 peak viscosity, trough viscosity, final viscosity, set back viscosity, break down viscosity 값이 유의적으로 증가하였다.
- Set back viscosity(final viscosity－trough viscosity)는 노화 특성과 관련되는 final viscosity의 크기에 영향을 받고 그 값이 클수록 노화 정도가 빠르게 진행됨을 알 수 있는데(32), 본 연구에서 감자가루의 분산액의 농도가 증가할수록 final viscosity가 유의적으로 증가하였으며 set back viscosity 또한 유의적으로 증가하여 감자가루 분산액의 농도가 증가함에 따라 노화가 촉진됨을 알 수 있었다. 본 연구로부터 감자가루 농도의 증가는 분산액 내의 전분의 농도가 증가하고 분자 간의 결합이 강화되어 페이스팅 특성에 영향을 미치는 것으로 사료된다.
- 감자가루 분산액은 전단담화 거동(n=0.41~0.55)을 나타냈으며, 감자가루 농도가 증가함에 따라 점조도 지수(n), 겉보기 점도(ηa,100), Casson 항복응력(σoc) 값이 증가하는 경향을 나타내었다.
- 감자가루 분산액의 G′, G″ 및 η* 값은 농도가 증가할수록 유의적으로 증가하는 것을 알 수 있었다.
- 51)에 있어 감자가루 분산액은 shear-thinning 거동을 나타냄을 알 수 있었다. 감자가루의 농도가 3%에서 7%로 증가할수록 n값은 유의적으로 감소하는 경향을 나타냈다. 따라서 감자가루 분산액의 농도가 증가함에 따라 보다 강한 shear-thinning 성질을 나타내고 있음을 알 수 있었다.
- 농도(3, 4, 5, 6, 7%, w/w)를 달리하여 제조한 감자가루 분산액의 전단속도(γ)에 대한 전단응력(σ)의 데이터는 Fig. 1과 같으며, 본 실험에서 사용된 모든 감자가루 분산액은 전단속도가 증가할수록 전단응력이 감소하는 pseudoplastic 특성을 나타내었다.
- 일반적으로 구조적 측면에서 볼 때 강한 겔인 경우 기울기가 거의 ‘0’에 근접하지만 약한 겔이나 고농도의 용액에서는 양(+)의 기울기를 나타낸다(25). 따라서 3~7% 범위의 감자가루 분산액의 동적 점탄 특성은 약한 겔과 같은 구조적 성질을 나타냄을 알 수 있었다. 감자가루 분산액의 농도가 증가함에 따라 K′과 K″의 수치가 유의적으로 증가하였는데, Lii 등(26)에 따르면 이러한 K′과 K″의 증가는 고농도 구조에서 조밀한 입자 사이의 강한 상호결합에 기인한 것이라고 설명하고 있다.
- 본 연구에서 모든 감자가루 분산액(3~7%, w/w)의 G′과 G″ 수치는 ω가 증가함에 따라 증가하였으며 G′은 G″보다 높은 수치를 나타내었다. 따라서 감자가루 분산액은 점성적 성질에 비해 탄성적 성질이 보다 우세함을 알 수 있었다. η*는 ω가 증가함에 따라 감소하고 있어 감자가루 분산액은 shear-thinning 거동을 나타냄을 알 수 있었다.
- 감자가루의 농도가 3%에서 7%로 증가할수록 n값은 유의적으로 감소하는 경향을 나타냈다. 따라서 감자가루 분산액의 농도가 증가함에 따라 보다 강한 shear-thinning 성질을 나타내고 있음을 알 수 있었다. Morris(19)는 이와 같은 전단담화 성질이 전단하는 동안 엉켜있는 다당류 분자의 그물 구조가 파괴되면서 나타나는 현상이라 설명하고 있는데, 이는 엉킨 그물 구조 시스템에서 전단속도가 증가함에 따라 분자 간 엉킴의 파괴 속도는 이들 분자의 재형성 속도보다 크기 때문에 나타나는 거동이다.
- 따라서 본 연구에서 감자가루의 농도가 증가함에 따라 단위부피당 입자 수가 증가하여 입자 간의 결합이 더욱더 강해져 감자농도가 증가할수록 감자가루 분산액의 겉보기 점도(ηa,100), 점조도 지수(K) 및 항복응력(σoc)이 증가한 것으로 사료된다.
- 1과 같으며, 본 실험에서 사용된 모든 감자가루 분산액은 전단속도가 증가할수록 전단응력이 감소하는 pseudoplastic 특성을 나타내었다. 또한 감자가루 분산액의 전단속도에 대한 전단응력의 데이터 결과는 power law 모델식과 Casson 모델식에 잘 적용되었으며 높은 결정계수(R2=0.93~0.99)를 보여주면서 좋은 상관관계를 나타내었다. Power law 모델식으로부터 얻은 유동성 지수 n값은 비뉴턴 거동을 나타내는 지수로 1보다 크면 shear-thickening을, 1보다 작으면 shear-thinning을 나타낸다(18).
- 또한 동적 점탄 특성 측정 결과에 의하면 감자가루 분산액은 약한 겔과 같은 거동을 보여주었으며 G′과 G″ 값들은 감자가루 농도와 진동수(ω)가 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다.
- 본 실험에서 감자가루 분산액의 tan δ 값(0.47~0.61)은 1보다 작았고 이는 감자가루 분산액이 점성적 성질보다 탄성적 성질이 우세함을 의미한다(Table 3).
- Set back viscosity(final viscosity－trough viscosity)는 노화 특성과 관련되는 final viscosity의 크기에 영향을 받고 그 값이 클수록 노화 정도가 빠르게 진행됨을 알 수 있는데(32), 본 연구에서 감자가루의 분산액의 농도가 증가할수록 final viscosity가 유의적으로 증가하였으며 set back viscosity 또한 유의적으로 증가하여 감자가루 분산액의 농도가 증가함에 따라 노화가 촉진됨을 알 수 있었다. 본 연구로부터 감자가루 농도의 증가는 분산액 내의 전분의 농도가 증가하고 분자 간의 결합이 강화되어 페이스팅 특성에 영향을 미치는 것으로 사료된다.
- Power law 모델식으로부터 얻은 유동성 지수 n값은 비뉴턴 거동을 나타내는 지수로 1보다 크면 shear-thickening을, 1보다 작으면 shear-thinning을 나타낸다(18). 본 연구에서 감자가루 분산액의 모든 n값은 1보다 낮은 범위(n=0.44~0.51)에 있어 감자가루 분산액은 shear-thinning 거동을 나타냄을 알 수 있었다. 감자가루의 농도가 3%에서 7%로 증가할수록 n값은 유의적으로 감소하는 경향을 나타냈다.
- 본 연구에서 모든 감자가루 분산액(3~7%, w/w)의 G′과 G″ 수치는 ω가 증가함에 따라 증가하였으며 G′은 G″보다 높은 수치를 나타내었다.
- 본 연구에서 사용된 감자가루 분산액은 Cox-Merz 원리에 잘 적용되지 않았고 3% 농도의 logη*－log ω와 logηa－logγ 관계에서 η* 값이 ηa 값보다 높은 수치를 나타내었다(Fig. 3).
- 최고점도 이후 95oC에서 2.5분간 유지시킨 후 나타나는 점도인 trough viscosity는 감자가루 분산액의 농도가 증가함에 따라 유의적으로 증가하는 경향을 나타냈으며 7% 농도의 감자가루 분산액에서 1,054.50±0.71 RVU로 가장 큰 값을 나타내었다.
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