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문제 정의
- 따라서 본 연구는 분리대두단백을 수분 함량과 사출구 온도를 달리하여 조직화했을 때와 스크루 회전속도를 달리하여 조직화했을 때의 조직화 및 물리적 특성을 알아보기 위하여 비기계적 에너지 투입량, 팽화특성, 파괴력, 색도, 조직잔 사지수, 수용성 질소지수 등의 변화를 살펴보았다.
제안 방법
- 또 다른 압출성형은 수분 함량과 사출구 온도를 30%와 140°C로 고정하고 스크루 회전속도를 150, 200, 250, 300, 330 rpm으로 조절하였다.
- 수분 함량과 사출구 온도, 스크루 회전속도가 분리대두단백의 조직화 및 물리적 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 압출성형 조건은 스크루 회전속도를 250 rpm으로 고정하고 수분 함량과 사출구 온도를 20, 25%와 120, 130, 140°C로 조절하였다.
- 압출성형 조건은 스크루 회전속도를 250 rpm으로 고정하고 수분 함량과 사출구 온도를 20, 25%와 120, 130, 140°C로 조절하였다.
- 용융물의 온도는 전열기와 냉각수를 사용하여 조절하였다. 압출성형공정변수는 스크루 회전속도에 따른 물리적 특성을 알아보기 위해 원료 사입량 100 g/min, 사출구 온도 140℃, 수분함량 30%로 고정시키고 스크루 회전속도를 150, 200, 250,300, 330 rpm으로 조절하여 스크루 회전속도 250 rpm이조직화의 최적조건임을 확인하고, 온도와 수분 함량에 따른 물리적 특성을 알아보기 위해 사출구 온도를 120, 130, 140℃, 수분 함량을 20, 25%로 조절하였다. 제조한 압출성형물은 50℃에서 8시간 건조하여 팽화율, 비길이, 밀도, 파괴력, 조직잔사지수를 측정하였고, 가정용 분쇄기(FM-909T, Hanil, Haman, Korea)로 분쇄한 후 50 mesh의 체망에 거른 분말을 시료로 사용하여 수용성 질소지수, 색도를 측정하였다.
- 압출성형물의 파괴력은 Sun Rheo-meter(Compac-100Ⅱ, Sun Sci. Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 10회 측정한 후 평균값을 산출하였다. 측정조건은 probe angle type(65°), 최대응력 2 kg, 지지대 이동속도 30 mm/min, 지지대 간의 거리 5 cm였다.
- 수분 함량은 펌프로 원료 사입구에 직접 물을 주입하여 조절하였다. 용융물의 온도는 전열기와 냉각수를 사용하여 조절하였다. 압출성형공정변수는 스크루 회전속도에 따른 물리적 특성을 알아보기 위해 원료 사입량 100 g/min, 사출구 온도 140℃, 수분함량 30%로 고정시키고 스크루 회전속도를 150, 200, 250,300, 330 rpm으로 조절하여 스크루 회전속도 250 rpm이조직화의 최적조건임을 확인하고, 온도와 수분 함량에 따른 물리적 특성을 알아보기 위해 사출구 온도를 120, 130, 140℃, 수분 함량을 20, 25%로 조절하였다.
- 압출성형공정변수는 스크루 회전속도에 따른 물리적 특성을 알아보기 위해 원료 사입량 100 g/min, 사출구 온도 140℃, 수분함량 30%로 고정시키고 스크루 회전속도를 150, 200, 250,300, 330 rpm으로 조절하여 스크루 회전속도 250 rpm이조직화의 최적조건임을 확인하고, 온도와 수분 함량에 따른 물리적 특성을 알아보기 위해 사출구 온도를 120, 130, 140℃, 수분 함량을 20, 25%로 조절하였다. 제조한 압출성형물은 50℃에서 8시간 건조하여 팽화율, 비길이, 밀도, 파괴력, 조직잔사지수를 측정하였고, 가정용 분쇄기(FM-909T, Hanil, Haman, Korea)로 분쇄한 후 50 mesh의 체망에 거른 분말을 시료로 사용하여 수용성 질소지수, 색도를 측정하였다.
- 조직화 압출성형물의 조직형성 정도를 평가하기 위하여 조직잔사지수(integrity index)를 Han 등(10)의 방법을 응용하여 다음과 같이 측정하였다. 압출성형물 5 g을 80℃의 물 100 mL에서 30분간 침지, 복원시킨 후 121℃에서 15분간 가압가열 하여 흐르는 물에 30초간 냉각시켰다.
- 직경팽화율은 압출성형물의 직경을 캘리퍼스(CD-15C,Mitutoyo Co., Tokyo, Japan)로 10회 측정하여 사출구의 직경과 압출성형물 직경비의 평균값으로 산출하였다(12). 비길이는 압출성형물 무게와 길이를 10회 측정하여 단위 무게당 길이의 비의 평균치로 산출하였다(12).
대상 데이터
- 70%였다. 분석시약은 Bradford Reagent(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)를 구입하여 사용하였다.
- 실험에 사용된 압출성형기는 실험용 동방향 쌍축 압출성형기(THK31T, Incheon Machinery Co., Incheon, Korea)로 스크루 직경은 30 mm, 길이와 직경의 비(L/D ratio)는 23:1이었고, 사출구는 원형으로 직경이 3 mm인 것을 사용하였으며, 스크루의 배열은 Fig. 1과 같다. 수분 함량은 펌프로 원료 사입구에 직접 물을 주입하여 조절하였다.
- 실험에 사용한 중국산 분리대두단백(Dezhou RuikangFood Co., Shandong, China)의 수분 함량은 6.70%였다. 분석시약은 Bradford Reagent(Sigma-Aldrich Co.
데이터처리
- 1)Values with different letters in column are significantly different (P<0.05) by Duncan's multiple range test.
- 2)Values with different letters in column are significantly different (P<0.05) by Duncan's multiple range test.
- 결과의 통계처리는 SPSS(Statistical Package for the Social Science) version 23.0 프로그램(IBM-SPSS, Thornwood, NY, USA)을 이용하여 일원배치 분산분석(one-wayANOVA)을 실시한 후 유의적 차이가 있는 항목에 대해서 P<0.05 수준에서 그 결과를 Duncan's multiple range test로 검정하였다.
- , Tokyo, Japan)로 10회 측정하여 사출구의 직경과 압출성형물 직경비의 평균값으로 산출하였다(12). 비길이는 압출성형물 무게와 길이를 10회 측정하여 단위 무게당 길이의 비의 평균치로 산출하였다(12).
이론/모형
- 비기계적 에너지 투입량(specific mechanical energy input, SME input)은 Ryu와 Mulvaney(11)의 방법을 이용하여 압출성형기가 단위 질량당 소비한 전기에너지로 나타내었다. 즉 원료 투입 시의 전력과 모터 공회전 시의 전력 차와 압출성형물의 생산량과의 비로부터 실제 원료에 투입된 전력을 식(1)로 구하였다 .
- 수용성 질소지수(nitrogen solubility index, NSI) 측정을 위해 질소정량을 Bradford법(15)으로 수용성 질소량을 측정하여 다음 식(6)에 따라 산출하였다. 시료 5 g(d.
- 압출성형물의 체적밀도는 차조를 이용한 종자치환법(13)으로 총 10회 반복하여 식(2)를 이용하여 평균값을 계산하였다.
- 측정조건은 probe angle type(65°), 최대응력 2 kg, 지지대 이동속도 30 mm/min, 지지대 간의 거리 5 cm였다. 측정치를 Ryu와 Ng(14)의 방법을 이용하여 파괴력(Fbs)을 식(3)으로 계산하였다.
성능/효과
- 온도가 증가할수록, 수분 함량이 감소할수록 총 색도차는 증가하는 경향을 보였다.
- 150 rpm은 조직화되지 않았으며 200 rpm은 조직화 값이 낮았는데 저속에서 층밀림이 약하여 용융이 잘되지 않아 조직화가 적은 것으로 판단된다(10). 300 rpm 이상에서는 배럴 내 체류시간이 짧아 대두단백이 용융되지 못하여 조직화가 적어진 것으로 생각되며 250 rpm의 회전속도가 용융시간과 층밀림이 충분한 것을 확인할 수 있었다.
- 51%로 가장 낮은 값을 보였다. 본 연구를 통하여 수분 함량이 사출구 온도보다 조직화에 더 큰 영향을 주는 것을 알 수 있었다.
- 사출구 온도 140℃에서 수분 함량이 25%일 때 조직잔사지수는 15.90±3.81%, 수분 함량 20%에서 26.21±4.28%로 수분 함량이 감소할수록 조직잔사지수는 증가하였다.
- 사출구 온도가 120°C에서 140°C로 증가하고 수분 함량이 25%에서 20%로 감소할수록 수용성 질소지수는 증가하였으며 수분 함량 20%, 사출구 온도 140°C에서 7.88±0.47%로 가장 높은 값을 보였다.
- 사출구 온도가 120°C에서 140°C로 증가함에 따라 비기계적 에너지 투입량은 감소하였으며, 스크루 회전속도가 150 rpm에서 330 rpm으로 증가할수록 비기계적 에너지 투입량은 증가하였다.
- 사출구 온도가 증가하고 수분 함량이 감소할수록 기공형성이 증가하여 파괴력이 감소하였으며 사출구 온도 140°C, 수분 함량 20%에서 2.07E+04 N/m2로 가장 낮은 값을 보였다.
- 사출구 온도가 120°C에서 140°C로 증가함에 따라 비기계적 에너지 투입량은 감소하였으며, 스크루 회전속도가 150 rpm에서 330 rpm으로 증가할수록 비기계적 에너지 투입량은 증가하였다. 사출구 온도가 증가하고 수분 함량이 감소할수록 직경팽화율과 비 길이는 증가하였으며, 밀도는 수분 함량 20%에서 유의적인 차이를 보이지 않았다. 사출구 온도가 증가하고 수분 함량이 감소할수록 기공형성이 증가하여 파괴력이 감소하였으며 사출구 온도 140°C, 수분 함량 20%에서 2.
- 파괴력은 팽화율, 밀도, 기공에 영향을 받으며 압출성형물의 품질을 결정하는 중요한 인자다(21). 사출구 온도가 증가할수록 파괴력은 감소하였는데 수분 함량 20%에서 사출구 온도가 120℃에서 140℃로 증가할 때 사출구 온도 120℃에서 4.67E+04 N/m2, 140℃에서 2.07E+04 N/m2로 파괴력은 감소하였다(Table 1). 온도가 증가함에 따라 기공이 많아지면서 파괴력이 감소한 것으로 생각하며, 이는 Chen 등(22)이 분리대두단백을 압출성형 했을 때 140~150℃ 구간에서 온도가 증가할수록 파괴력이 감소했다는 결과와 일치한다.
- 수분 함량 20%에서 사출구 온도가 120℃에서 140℃로 증가할 때 사출구 온도 120℃에서 637.13 kJ/kg, 140℃에서 500.60 kJ/kg으로 비기계적 에너지 투입량은 감소하였다(Table 1). 이는 Ryu와 Ng(14)가 일반적인 압출성형공정으로 밀가루와 옥수수를 압출성형 하였을 때 사출구 온도가 증가하면 내부 반죽의 점도가 감소하여 비기계적 에너지 투입량이 감소하였다고 했는데 분리대두단백의 비기계적 에너지 투입량 변화 경향과 일치하였다.
- 수분 함량 20%에서 사출구 온도가 120℃에서 140℃로 증가할 때 사출구 온도 120℃에서 직경팽화율과 비길이는 각각 4.68±0.20, 99.19±7.14 m/kg, 140℃에서 5.09±0.28, 114.95±12.82 m/kg으로 증가하였다.
- 07E+04 N/m2로 가장 낮은 값을 보였다. 수분 함량이 25%에서 20%로 감소하면서 갈변으로 인해 명도가 감소하고 적색도와 황색도는 증가하는 경향을 보였으며 총 색도차는 증가하였다. 스크루 회전속도가 150 rpm에서 330 rpm으로 증가할수록 총 색도차가 증가하였다.
- 79E+04 N/m2로 파괴력은 감소하였다. 수분 함량이 감소하면서 기공수가 증가하여 파괴력이 감소한 것을 확인할 수 있었다. 스크루 회전속도가 증가하면서 파괴력은 250rpm까지는 감소하였지만, 300 rpm부터는 증가하였다(Table 2).
- 수분 함량이 감소하면서 파괴력은 감소하였는데 사출구 온도 130℃일 때 수분 함량 25%는 1.11E+05 N/m2, 20%는 2.79E+04 N/m2로 파괴력은 감소하였다. 수분 함량이 감소하면서 기공수가 증가하여 파괴력이 감소한 것을 확인할 수 있었다.
- 수분 함량이 감소함에 따라 직경팽화율과 비길이는 증가하였는데 사출구 온도 130℃일 때 수분 함량이 25%에서 20%로 감소하면서 수분 함량 25%에서 직경팽화율과 비길이는 각각 4.26±0.42, 78.67±9.09 m/kg, 20%에서 4.84±0.16, 105.24±5.36 m/kg으로 증가하였다.
- 스크루 회전속도에 따라 조직잔사지수는 30% 수분 함량에서 250 rpm일 때 11.83±2.23%로 가장 높은 값을 나타내었다(Fig. 3).
- 수용성 질소지수(NSI)는 단백질이 조직화되면서 변성 정도를 나타내 주는 지표다. 실험에서 사용한 원료 분리대두단백의 NSI 값은 66.58% 값을 보였다. 원료의 NSI 값이 높을수록 조직화가 용이한 것으로 알려져 있다(10).
- 조직잔사지수는 사출구 온도가 증가하고 수분 함량이 낮을수록 증가하였으며, 사출구 온도 140°C, 수분 함량 20%에서 26.21±4.28%로 가장 높은 값을 보였다.
- 총 색도차는 수분 함량 30%, 스크루 회전속도 150 rpm, 사출구 온도 140℃에서 11.78±0.62로 가장 낮은 값을 나타내어 원료와 유사한 색을 보였다(Table 4).
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