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- 2)Percentage difference is a percentage difference from S at each drying temperature.
제안 방법
- 구입한 콩은 초기 수분 함량을 수확 직후의 수분 함량 범위인 25.0%(±0.8)의 수분 함량(3,5)에 해당하는 시료로 선별 및 조정한 후 실험수행기간 동안 수분 함량의 변화를 최소화하기 위하여 진공포장을 한 다음 상온에서 보관하여 사용하였다.
- 입경에 따라 분류된 20개의 콩을 건조기 중앙에 위치시킨 뒤 열풍 건조 하였으며, 건조 온도는 25, 35, 45°C를 사용하였고 건조 공기의 속도는 13.2 m/s로 고정되었다.
- 입경과 건조 온도에 따른 콩의 건조 kinetics와 수분확산계수를 분석하는 것은 콩의 저장 및 유통 시 품질 최적화를 위한 좋은 대안이 될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 열풍건조에서 입경과 건조 온도에 따른 수분 함량 변화를 확인하여 4개의 박층 건조 모델 적용 결과를 비교하였고, 이를 이용하여 콩의 건조 특성과 유효 수분확산도를 측정하였다.
- 건조 시간은 0, 10, 20, 30. 40, 60, 90, 150, 210, 300, 420, 540분으로 하여 각 건조 시간에 따른 콩의 무게 변화를 측정하였다.
- 건조 온도의 영향을 조사하기 위하여 지름을 기준으로 L, M, S 군으로 구분된 콩을 25, 35, 45°C의 건조 온도에서 열풍건조 하였다.
- 콩의 크기와 건조 정도에 따른 콩의 내부 구조를 관찰하기 위해 VP-FESEM(SUPRA 55VP, ZIESS, Oberkochen, Germany)으로 관찰하였다. L군과 S군 콩의 수분 함량을 25, 20, 15, 10%로 건조하였을 때의 내부 구조를 관찰하기 위해 박층 건조 모델을 이용하여 L군과 S군 콩의 건조 시간을 계산하여 건조를 진행하였으며, 수분 함량 조절 직후 즉시 콩의 내부 구조를 관찰하였다.
- 콩의 크기와 건조 정도에 따른 콩의 내부 구조를 관찰하기 위해 VP-FESEM(SUPRA 55VP, ZIESS, Oberkochen, Germany)으로 관찰하였다. L군과 S군 콩의 수분 함량을 25, 20, 15, 10%로 건조하였을 때의 내부 구조를 관찰하기 위해 박층 건조 모델을 이용하여 L군과 S군 콩의 건조 시간을 계산하여 건조를 진행하였으며, 수분 함량 조절 직후 즉시 콩의 내부 구조를 관찰하였다.
- 열풍건조에 의한 콩의 함수율의 변화를 분석하기 위해서 4개의 박층 건조 모델의 적합성이 평가되었다. 콩의 열풍건조 시 4개의 건조 모델을 적용하였을 때 모든 건조 온도와 입경에서 가장 높은 R2 값(>0.
- 입경과 건조 온도에 따른 수분 함량의 변화에 대한 연구를 수행하고 콩의 건조 특성을 박층 건조 모델을 적용하여 설명하였으며, Midilli-Kucuk 모델이 콩의 열풍건조를 서술하기에 가장 적합하였다(R2>0.99).
대상 데이터
- 본 실험의 재료로 사용된 콩은 국내산 백태를 국립식량과학원(Miryang, Korea)으로부터 제공받아 사용하였다. 구입한 콩은 초기 수분 함량을 수확 직후의 수분 함량 범위인 25.
- 콩을 목표 수분 함량(10%)까지 건조시키기 위해 가로길이 550 mm, 세로길이 520 mm, 높이 600 mm의 트레이 건조기(Dong Yang Science Co., Seoul, Korea)를 사용하였다. 콩의 입경은 지름을 기준으로 S, M, L 군으로 나누었으며, 그 지름은 각각 6.
데이터처리
- 모든 실험은 3회 반복하여 측정하였으며, 실험 결과 데이터의 통계분석은 MS-Excel-2013의 분산분석(ANOVA)을 이용해 P<0.05 수준에서 유의성을 검정하였다.
이론/모형
- 건조 초기, 건조 중 그리고 건조 종료 시점의 건조 속도는 Guine과 Fernandes(11)의 방법에 따라 계산되었다. t=t0에서,
- 4개의 박층 건조 모델(12)이 콩의 건조 모델 평가에 적용되었다. 실험 데이터의 건조 모델링에 사용된 건조 모델들을 Table 1에 나타내었다(13-16).
- 유효 수분확산도는 Fick's second law를 사용하여 평가되었다.
- 이는 대부분의 식품 및 bioproduct의 수분확산도 범위 내에 속했다. 활성화 에너지(Ea)는 건조 온도로부터 Arrhenius 식을 사용하여 평가되었다. 열풍건조에서 콩의 Ea는 24.
성능/효과
- 45°C에서 300분간 건조한 경우 S군의 수분 함량은 9.20%로 목표 수분 함량을 초과하여 건조되었으나 L군의 경우 11.40%로 목표 수분 함량에 도달하지 못하였으며, 또한 건조 온도가 증가함에 따라 입경에 따른 수분함량의 차이가 증가함을 보였다.
- 건조 온도의 영향을 조사하기 위하여 지름을 기준으로 L, M, S 군으로 구분된 콩을 25, 35, 45°C의 건조 온도에서 열풍건조 하였다. L, M, S 군의 콩 모두에서 건조 온도가 유의적인 영향을 미침을 알 수 있었다(Fig. 1). 건조 온도가 증가할수록 수분 감소량 또한 증가하였으며, 이는 콩을 목표 수분 함량까지 건조하기 위한 시간이 감소됨을 의미한다.
- 1). 건조 온도가 증가할수록 수분 감소량 또한 증가하였으며, 이는 콩을 목표 수분 함량까지 건조하기 위한 시간이 감소됨을 의미한다. 또한 같은 건조 온도에서도 입경에 따른 수분 함량의 차이가 있었다(Table 2).
- 25, 35, 45°C 건조에서 S군 콩의 평균 건조 속도는 L군보다 각각 261.8, 243.8, 251.8% 높은 값을 나타내었다.
- 각 건조 온도별 L군과 S군의 필요 건조 시간은 각각 25°C에서 1,160분과 787분, 35°C에서 598분과 391분, 45°C에서 405분과 260분을 나타내어 건조 온도뿐 아니라 입경 역시 콩의 건조를 위해 반드시 고려되어야 됨을 확인할 수 있었다.
- 콩의 열풍건조 시 4개의 건조 모델을 적용하였을 때 모든 건조 온도와 입경에서 가장 높은 R2 값(>0.9981)과 가장 낮은 RMSE 값(<0.0090)과 RSS 값(<0.0007)을 나타낸 Midilli-Kucuk 모델이 가장 적합하였다(Table 3).
- 2~4를 이용하여 계산되었다. 모든 건조 온도에서 건조 속도는 건조 시간이 지남에 따라 건조 속도가 감소하였으며, 건조 시간에 따른 건조 속도가 일정한 항률 건조 기간은 나타나지 않았다. 콩은 체적당 표면적이 매우 큰 재료이기 때문에 콩 표면의 수분 함량이 건조의 시작과 함께 매우 빠른 속도로 감소하게 되므로 건조 초기부터 감률 건조를 나타내었다.
- 일정한 건조 온도에서 건조 속도는 입경이 감소함에 따라 증가하였으며, 모든 입경 군에서 건조 속도는 건조 온도가 증가함에 따라 증가하였다. 25, 35, 45°C 건조에서 S군 콩의 평균 건조 속도는 L군보다 각각 261.
- 본 연구 결과에서의 Deff의 입경의존성은 구형과 flake 타입의 시리얼 제품의 건조에서 건조 베드 두께가 증가할수록 유효 수분확산도가 증가했다는 Tütüncü과 Labuza(20)의 결과와 부합한다.
- 건조를 하지 않은 25%의 수분 함량과 목표 수분 함량까지 건조시킨 10%의 수분 함량의 L과 S군의 콩에서는 내부구조의 뚜렷한 차이를 확인하기 어려웠지만, 20%와 15%의 수분 함량에서는 다른 결과를 나타내었다. L군 콩의 내부구조가 건조에 따라 표면과 중심의 큰 차이 없이 공극이 고르게 감소하는 반면, S군 콩에서는 건조에 따라서 표면에서 공극 감소가 먼저 발생한 뒤에 중심 쪽으로 공극 감소가 일어나는 것을 확인할 수 있었으며, 따라서 입경이 증가함에 따른 수분확산도의 증가가 건조 중 콩의 내부구조 차이에 의해 유발할 수 있음을 확인할 수 있었었다. Andrés 등(32)에 따르면 사과 실린더를 40°C에서 열풍건조 하면서 microwave를 함께 사용하였을 때 microwave power가 증가할수록 그에 따른 온도 증가가 세포막의 변성과 수분증발을 유도하여 사과 내부의 다공성 조직이 수축하는 것을 확인하였다.
- 입경을 달리한 S, M, L 군 모두에서 건조 온도가 증가할수록 건조 속도가 증가하였으며, 같은 건조 온도에서 입경이 증가할수록 건조 속도가 감소하였고, 초기 수분 함량(25%)으로부터 목표 수분 함량(10%)까지 건조시키기 위해 25, 35, 45°C 건조에서 L군과 S군의 필요 건조 시간은 1,160분과 787분, 598분과 391분, 405분과 260분을 나타내어 건조 온도뿐 아니라 입경 역시 콩의 열풍건조를 위해 반드시 고려되어야 함을 확인하였다.
- 유효 수분확산도는 Fick's second law를 사용하여 평가되었다. 유효 수분확산도는 입경이 증가하고 건조 온도가 증가할수록 증가하였으며, 콩의 크기에 따른 콩의 온도 증가와 건조 속도 증가에 의한 다공성 조직의 수축이 수분확산도의 차이를 유도하였음을 확인할 수 있었다. S, M, L 군의 유효 수분 확산도는 각각 0.
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