[논문]옴가열이 전분의 레올로지 특성에 미치는 영향

차윤환

doi:10.9799/ksfan.2019.32.4.304

옴가열이 전분의 레올로지 특성에 미치는 영향
Effect of Ohmic Heating on Rheological Property of Starches 원문보기

한국식품영양학회지 = The Korean journal of food and nutrition, v.32 no.4, 2019년, pp.304 - 311

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Ohmic heating is a heating method based on the principle when an electrical current passes through food. Since this method is internal, electrical current damage occurred during heating treatment. The results of ohmic heated starch's external structure, X-ray diffraction, DSC analysis and RVA were differed from those of conventional heating at the same temperature. Several starches changed more rigid by structure re-aggregation. This change in starch was caused by change of physical, chemical, rheological property. The rheology of ohmic heated potato and corn starch of different heated methods were compared with chemically modified starch. After gelatinization, sample starch suspension (2%, 3%) measured flow curves by rheometer. Cross-linked chemically modified starch's shear stress was decreased with degree of substitution reversibly. Ohmic heated more dramatic, at $60^{\circ}C$. Potato starch's shear stress was less than commercial high cross-linked modified starch. Flow curves of potato starches measured at $4^{\circ}C$, $10^{\circ}C$, $20^{\circ}C$. Showed that Ohmic heated potato starch's shear stress ranging between $4^{\circ}C$ and $20^{\circ}C$ was narrower than modified starch. According to this study, ohmic heated potato starch can be used by decreasing viscosity agent like cross-linked modified starch.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Schematic diagram of ohmic heating apparatus.
그림 Fig. 2. Flow curves of conventional heated potato starch solutions measured at 10℃ after gelatinization at 90℃.
그림 Fig. 3. Flow curves of ohmic heated potato starch solutions measured at 10℃ after gelatinization at 90℃.
그림 Fig. 4. Flow curves of potato starch solutions (3%) measured at 4℃(), 10℃( ), and 20℃( ) after gelatinization at 90℃.
표 Table 1. Summary of variable factors in flow curve of potato starch solutions determined by Herschel-Bulkey equation^a
그림 Fig. 5. Flow curves of conventional heated corn starch solutions measured at 10℃ after gelatinization at 95℃.
그림 Fig. 6. Flow curves of ohmic heated corn starch solutions measured at 10℃ after gelatinization at 95℃.
그림 Fig. 7. Flow curves of corn starch solutions (3%) measured at 4℃( ), 10℃( ), and 20℃( ) after gelatinization at 95℃.
표 Table 2. Summary of variable factors in flow curve of corn starch solutions determined by Herschel-Bulkey equation^a

AI 본문요약
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문제 정의

그래서 본 연구에서는 옴가열 처리한 감자전분과 옥수수 전분의 레올로지 특성을 시판 중인 화학적 변성전분의 레올로지 특성과 비교하여 화학적 변성전분이 갖는 특성을 대한 옴가열 처리 전분의 대체 가능성을 분석하고자 하였다.

제안 방법

3% 전분 현탁액 조건에서 4℃, 10℃, 20℃로 유동곡선의 측정온도를 다르게 하고, 유동곡선의 변화를 측정 후 비교하였다(Fig. 4).
55℃, 60℃, 65℃에서 각각 재래가열과 옴가열 처리한 옥수수전분과 시판 중인 고치환 인산가교 옥수수변성전분의 레올로지 특성을 10℃ 측정하여 비교하였다.
55℃, 60℃, 65℃에서 재래가열, 55℃, 60℃에서 옴가열 처리한 감자전분과 변성전분 현탁액(2%, 3%)을 4℃, 10℃, 20℃에서 유동곡선을 측정하였다. 그런 후 전단속도 10~250 범위에서 Herschel-Bulkley 식을 구하고, 항복응력(yield stress), 점도(viscosity)와 멱지수를 계산하여 Table 1에 요약하였다.
T형 온도계가 부착되어 있는 온도 조절기(DX9, Hanyoung Co., Ltd, Busan, Korea)가 처리조 안의 온도를 확인하여 설정 온도 이상으로 가열된 경우 전원 on/off 스위치(HiMC22, Hyundai industrial Co., Ltd, Ulsan, Korea)에 의해 전원을 차단하여 설정온도 이상의 과열을 막도록 하였다.
감자전분과 옥수수전분으로 20%(w/v) 전분 현탁액 만들었다. 옴가열 처리 시 전류가 잘 흘러들어 가도록 전해질로 약간의 NaCl(Duksan Co.
물성 측정을 위해 옴가열 처리된 감자전분 현탁액(2~4%)과 치환 감자변성전분을 90℃까지 가열하여 호화시킨 후 10℃에서 유동곡선을 측정하였다(Fig. 2, 3).
본 연구에서는 다양한 온도에서 재래가열과 옴가열 처리한 감자전분과 옥수수전분의 레올로지 특성을 시판 중 인산 가교 변성전분의 레올로지 특성과 비교하였다.
생 옥수수전분, 재래가열 처리 옥수수전분, 옴가열 처리 옥수수전분, 옥수수변성전분을 2%, 3% 현탁액을 만들어 유동곡선을 그린 후, 항복응력, 점도, 멱지수를 구하여 Table 2에 요약하였다.
실험에 사용된 감자전분과 옥수수전분의 호화점을 DSC로 분석한 후 그 온도보다 낮은 온도인 감자전분(55℃, 60℃, 65℃), 옥수수전분(45℃, 55℃, 60℃, 65℃)에서 가열처리하였고, 가열 처리시간은 12 h, 24 h, 72 h로 하였다.
옴가열 처리 시 전류가 잘 흘러들어 가도록 전해질로 약간의 NaCl(Duksan Co., Ltd, Ansan, Korea)을 첨가하여 0.1% NaCl 용액이 되도록 하였다.
옴가열 처리는 감자전분의 내부 구조의 물리적 변화를 촉진하여 유동곡선의 전단응력을 감소시켜 인산 치환 감자변성전분과 유사한 유동곡선을 나타내게 했다. 3% 전분 현탁액 조건에서 4℃, 10℃, 20℃로 유동곡선의 측정온도를 다르게 하고, 유동곡선의 변화를 측정 후 비교하였다(Fig.
옴가열 처리한 감자전분 시료와 시판 중인 가교 처리된 감자변성전분을 구입하여 레올로지 물성을 비교하였다. 감자전분 내에는 자연적으로 0.
옴가열에는 상용 전압인 220 V를 기본으로 하여 승압기(DLC-5K300, Dae-lim Co., Ltd, Paju, Korea)로 1차 승압하여 250 V로 전압을 조정하고, 다시 전압 증폭기(Dae-lim Co., Ltd, Paju, Korea)로 전압을 증폭하여 500 V로 만들어 옴가열처리하였다.
옴가열의 온도 조절은 차단기를 이용하여 조절하였다. T형 온도계가 부착되어 있는 온도 조절기(DX9, Hanyoung Co.
유동곡선 측정에는 cone(6 cm, 2°)과 plate를 사용하였으며, 전단속도(shear rate)는 1~250s－1 범위에서 ramp duration을 5분으로 하여 측정하였다.
이런 감자전분의 특성 때문에 다양한 변성전분 중 인산 가교화 된 변성전분을 비교대상으로 선택하였고, 가교 치환 정도에 따른 비교를 위해 고치환 인산·초산가교 감자변성전분과 저치환 인산 가교 감자변성전분을 선택하여 비교하였다.
이렇게 만든 현탁액을 rheometer(AR 1000, TA Instrument Ltd., England)를 이용하여 4℃, 10℃, 20℃의 측정온도에서 유동곡선을 각각 측정하였다.
재래가열과 옴가열 처리한 감자전분과 저치환, 고치환 가교 감자변성전분을 2%, 3% 현탁액을 만들어 호화시킨 후 일정한 온도에서 유동곡선을 측정하였다.
처리조의 현탁액은 전극의 60% 이상 잠기도록 하였고, 전극간의 거리는 90 mm를 유지하고, 옴가열의 전압구배는 55.5 V/cm로 조정하였다.

대상 데이터

실험에 사용한 감자전분(Junsei, Tokyo, Japan)은 시약급 이상, 감자변성전분은 저치환 인산 가교 감자변성전분인 Perfectamyl P10과 고치환 인산·초산 가교 감자변성전분인 Perfectamyl AC75(Avebe, Veendam, Netherlands)를 구입하여 사용하였다.
옴가열 처리조에 사용한 전극은 탄소소재를 이용하여 판형(150 mm × 25 mm × 5 mm)으로 가공하여 사용하였다.

이론/모형

그런 후 전단속도 10~250 범위에서 Herschel-Bulkley 식을 구하고, 항복응력(yield stress), 점도(viscosity)와 멱지수를 계산하여 Table 1에 요약하였다.

성능/효과

2%, 3% 현탁액으로 실험한 모든 경우에서 옴가열 처리한 감자전분의 전단응력은 저치환 변성전분뿐만 아니라, 고치환 변성전분의 전단응력보다도 낮게 나타났다.
3% 현탁액의 경우, 생 옥수수전분과 변성옥 수수전분의 멱지수의 감소가 나타났고, 재래가열과 옴가열 처리한 옥수수전분은 모든 경우에서 가열 처리온도가 증가할수록 멱지수는 감소하였다.
측정 온도별로 봤을 때 20℃에서의 전단응력은 모든 경우 뚜렷하게 낮게 나타났지만, 10℃와 4℃는 큰 차이를 보이지 않았다. 4℃, 10℃, 20℃의 측정온도 차이에 따른 전단응력 수치의 범위를 전단속도 250(1/s)에서 계산했을 때 생 감자전분(Fig. 4-A)은 5 Pa, 저치환 변성전분(Fig. 4-B)은 5.5 Pa, 고치환 변성전분(Fig. 4-C)은 4 Pa로 나타나 가교 치환도가 올라갈수록 측정온도 차이에 따른 전단응력의 범위가 줄어드는 것으로 나타났다. 재래가열 처리한 감자전분(Fig.
감자전분의 경우처럼 옥수수전분 역시 20℃에서 측정한 유동곡선보다 4℃에서 측정한 유동곡선의 전단응력이 높게 나타났고, 측정 온도가 20℃, 10℃, 4℃로 감소함에 따라 전단응력의 증가는 뚜렷하게 나타났다.
유동곡선 결과만을 놓고 보았을 경우, 60℃에서 옴가열 처리한 감자전분은 고치환 감자변성전분보다 감점제로 더 적합한 레올로지 특성을 보였다.
유동곡선을 통해 보았을 때, 옴가열 처리한 감자전분은 측정온도 저하에 영향을 덜 받는 것으로 나타나, 감점제로 화학적으로 가교 치환된 변성전분을 대신하여 사용할 수 있을 것으로 보였다.
유동곡선의 측정온도를 4℃, 10℃, 20℃로 변화하여 유동특성을 측정한 결과, 측정온도가 감소함에 따라 전단 응력은 높아졌다.
재래 가열 처리한 감자전분의 경우 가열 처리온도가 증가함에 따라 전단응력의 감소가 나타났다.
호화 후 10℃에서 전단속도 변화에 따른 전단응력(shear stress)을 측정한 결과, 생 감자전분 현탁액의 결과 값을 기준으로 60℃, 65℃에서 재래가열 처리된 감자전분의 전단응력은 약간 낮게 나타났다.

후속연구

옥수수 전분의 유동특성을 측정한 결과, 역시 감자전분때와 비슷하게 나타났다. 이상의 결과를 통해 보았을 때 앞으로 보다 깊은 연구가 이루어진다면 옴가열을 이용하여 화학적 변성전분을 대신할 수 있는 물리적 변성전분의 개발 방법이 제시될 수 있으리라 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	옴가열법이란?	직류나 교류 전류를 식품과 같은 전도체에 흘려주면 식품의 내부 저항에 의해 열이 발생하게 되는 가열 방법을 옴가열법이라 한다(DeAlwis & Fryer 1992). 옴가열을 할 경우, 식품의 내부로 전류가 흘러들어 내부에서부터 발열이 시작되고, 내부 발열 정도는 식품 내부로 유입되는 전류량을 조절하면 쉽게 조절할 수 있다.
	옴가열의 장점은?	옴가열을 할 경우, 식품의 내부로 전류가 흘러들어 내부에서부터 발열이 시작되고, 내부 발열 정도는 식품 내부로 유입되는 전류량을 조절하면 쉽게 조절할 수 있다. 전류량을 조절하면 급속도로 혹은 완속도로 발열이 일어나도록 할 수 있기 때문에, 옴가열은 식품을 균일하게 가열하면서도 온도 상승을 쉽게 조절할 수 있는 가열방법이다. 이런 특성 때문에 옴가열을 이용할 경우, 고품질의 제품생산이 가능하다.
	옴가열 처리한 전분에서 호화온도가 높아지고 호화 개시점과 종결점의 범위가 좁아진 이유로 추정되는 것은?	일반적으로 전분은 호화점 이하의 온도에서는 큰 변화를 나타내지 않음에도 불구하고, 호화점 이하의 온도에서 옴가열 처리한 감자전분의 열적특성을 DSC로 분석한 결과, 재래가열 처리한 경우보다 전분의 호화온도가 더 높아졌으며, 호화 개시점과 종결점의 범위가 좁아져 호화피크가 더 날카롭게 변하였다(Cha YH 2012). 이런 변화는 전분의 구조가 좀더 단단하고 안정적으로 변하고, 전분의 구성 상태가 변하여 이전보다 비슷한 상태로 변화하였다고 해석가능하다. 옴가열과 재래가열 간의 차이는 고추장 소스를 살균처리했을 때도 나타났는데, 재래가열의 살균도가 65.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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