[논문]반응표면분석법을 이용한 감귤건조칩 제조조건 최적화

라하나; 박가영; 김하윤; 조용식; 김경미

doi:10.7318/kjfc/2019.34.5.637

반응표면분석법을 이용한 감귤건조칩 제조조건 최적화
Optimization of the Manufacturing Process for Mandarin Dry Chip Using Response Surface Methodology (RSM) 원문보기

韓國食生活文化學會誌 = Journal of the Korean Society of Food Culture, v.34 no.5, 2019년, pp.637 - 644

라하나 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부) , 박가영 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부) , 김하윤 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부) , 조용식 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부) , 김경미 (농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to optimize the mandarin dry chip manufacturing using a response surface methodology. The experiment was designed based on a CCD (Central Composite Design), and the independent variables were the drying temperature ($X_1$, $50-90^{\circ}C$), drying time ($X_2$, 12-36 hours), and microwave pretreat time ($X_3$, 0-4 minutes). The results of appearance ($Y_5$), color ($Y_6$), taste ($Y_8$) and overall acceptance ($Y_{10}$) were fitted to the response surface methodology model ($R^2=0.86$, 0.88, 0.89, and 0.84, respectively). Increasing the drying temperature and microwave treatment time were negatively evaluated for consumer acceptance. On the other hand, a high value of consumer acceptance was evaluated when the drying time was more than 24 hr. Therefore, the optimal conditions of $X_1$, $X_2$, and $X_3$ were $52.989^{\circ}C$, 24 hr, and 1 min, respectively. Under these optimal conditions, the predicted values of $Y_5$, $Y_6$, $Y_8$, and $Y_{10}$ were 5.066, 5.338, 5.063, and 5.339, respectively.

주제어

표/그림 (12)

표 Experimental points of dried mandarin chips manufacture process under different conditions for response surface analysis
그림 Appearance of mandarin chips according to microwave treatment time
표 Color of mandarin chips according to microwave treatment time
표 Physicochemical properties of mandarin chips prepared with various conditions by response surface method
표 Analysis of predicted model equation for the physicochemical properties of mandarin chip by response surface method
표 Sensory characteristics of mandarin chips prepared with various conditions by response surface method
표 Analysis of predicted model equation for the sensory characteristics of mandarin chip by response surface method.
그림 Response surface analysis for the effects of drying conditions on the appearance acceptance of mandarin chip.
그림 Response surface analysis for the effects of drying conditions on the color acceptance of mandarin chip.
그림 Response surface analysis for the effects of drying conditions on the taste acceptance of mandarin chip.
그림 Response surface analysis for the effects of drying conditions on the overall acceptance of mandarin chip.
표 Optimum constraint values using three analytical methods in the object goal

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 감귤건조칩 제조를 위해 건조조건을 최적화하고자 하였으며, 건조 시 조직의 수축 및 갈변현상을 보완하기 위해 마이크로웨이브 전처리를 병행하였다. 예비실험을 통해 마이크로웨이브 1-2분 처리 시, 예비 수분증발 및 색의 유지효과를 확인하여 건조온도(X₁), 건조시간(X₂) 및 마이크로웨이브 전처리시간(X₃)을 독립변수로 설정하였다.
2018). 이에 본 연구에서는 당 함량이 높은 감귤 열풍건조 시 표면에 막이 형성되어 조직이 수축되고, 갈변현상이 나타나는 것을 보완하기 위해 예비건조로서 마이크로웨이브를 이용한 열풍건조 감귤칩을 제조하고자 하였으며, 반응표면분석법으로 감귤건조의 최적 조건을 설정하고 품질에 미치는 영향을 조사하고자 하였다.

가설 설정

2)All values are mean±SD (n=3).

제안 방법

감귤건조칩 제조조건 최적화를 위한 건조온도(°C), 건조시간(hr) 및 전처리시간(min)에 따른 감귤건조칩의 색도(Y1-Y3)와 수분함량(Y4)을 분석하였다[Table 3].
건조감귤의 소비자 기호도는 패널 15명을 대상으로 7점 척도법을 사용하여 평가하였다. 시료는 동일한 양을 관능검사용 컵에 담아 제공하였다.
기호도는 “매우 좋음”이 7 점, “매우 좋지 않음”을 1점으로 평가 하였다.
예비실험을 통해 열풍건조 온도(50-90°C)와 시간(8-24시간)에 따른 감귤의 이화학적 품질을 조사하였다. 또한, 감귤건조칩 제조 시 발생하는 갈변현상을 보완하기 위해 건조 전 마이크로웨이브를 0-5분간 처리하여 색도를 분석하였다. 이를 통해 감귤의 건조조건은 온도(50, 70, 90°C), 시간(12, 24, 36시간), 마이크로웨이브 전처리시간(2.
한꺼번에 너무 많은 시료를 평가하여 생길 수 있는 오류를 최소화하고 실험의 객관성을 위하여 균형불완전블록계획법(BIBD: Balanced Incomplete Block Design)을 사용하여 랜덤화(randomization), 블록화(blocking) 하였다. 시료와 시료 사이에는 반드시 물로 입 안을 헹구도록 하여 전 시료에 의한 영향이 미치지 않도록 하였다. 기호도는 “매우 좋음”이 7 점, “매우 좋지 않음”을 1점으로 평가 하였다.
본 연구에서는 감귤건조칩 제조를 위해 건조조건을 최적화하고자 하였으며, 건조 시 조직의 수축 및 갈변현상을 보완하기 위해 마이크로웨이브 전처리를 병행하였다. 예비실험을 통해 마이크로웨이브 1-2분 처리 시, 예비 수분증발 및 색의 유지효과를 확인하여 건조온도(X₁), 건조시간(X₂) 및 마이크로웨이브 전처리시간(X₃)을 독립변수로 설정하였다. 감귤건조칩의 외관(모양), 색, 맛 및 전반적인 기호도에서 관능적 품질특성 모델의 결정계수가 각각 0.
예비실험을 통해 열풍건조 온도(50-90°C)와 시간(8-24시간)에 따른 감귤의 이화학적 품질을 조사하였다.
이를 통해 감귤의 건조조건은 온도(50, 70, 90°C), 시간(12, 24, 36시간), 마이크로웨이브 전처리시간(2.45 GHz: 0, 2, 4분)으로 설정하였다.
중심합성법(Central Composite Design; CCD)을 통해 건조온도(X1; 50-90°C)와 건조시간(X2; 12-36시간) 및 마이크로웨이브 전처리 조건(X3; 0-4분)을 독립변수로 설정하였으며, −1, 0, +1로 부호화하였다[Table 1]. 종속변수는 색도 L (Y1) a (Y2), b (Y3) 수분함량(Y4) 및 관능적 특성[외관(Y5), 색(Y6), 향(Y7), 맛(Y8), 조직감(Y9) 및 전반적인 기호도(Y10)]으로 설정하였다.
중심합성법(Central Composite Design; CCD)을 통해 건조온도(X1; 50-90°C)와 건조시간(X2; 12-36시간) 및 마이크로웨이브 전처리 조건(X3; 0-4분)을 독립변수로 설정하였으며, −1, 0, +1로 부호화하였다[Table 1].

대상 데이터

감귤건조칩 제조를 위해 2018년 수확한 하우스감귤을 시중에서 구입하였으며, 수세한 감귤은 껍질을 제거하지 않고,0.7 cm 두께로 슬라이스하여 사용하였다. 예비실험을 통해 열풍건조 온도(50-90°C)와 시간(8-24시간)에 따른 감귤의 이화학적 품질을 조사하였다.

데이터처리

2)a-eMeans with different superscripts in the same column are significantly different at p<0.05 by Duncan’s multiple range test.
3)a-gMeans with different superscripts in the same column are significantly different at p<0.05 by Duncan’s multiple range test.
3)a-nMeans with different superscripts in the same column aresignificantly different at p<0.05 by Duncan’s multiple range test.
, Chicago IL, USA)를 이용하여 평균과 표준편차로 표기하였다. 변수간의 상호작용을 알아보기 위하여 Design Expert 10 프로그램의 ANOVA test 및 회귀분석을 이용하였으며, model의 적합성 여부는 F-test로 유의성을 검증하였다.
실험결과는 SPSS (Statistical Package for Social Sciences, SPSS Ins., Chicago IL, USA)를 이용하여 평균과 표준편차로 표기하였다. 변수간의 상호작용을 알아보기 위하여 Design Expert 10 프로그램의 ANOVA test 및 회귀분석을 이용하였으며, model의 적합성 여부는 F-test로 유의성을 검증하였다.

이론/모형

감귤건조칩 제조공정 최적화를 위한 실험 디자인은 Design Expert 10 (Stat-Ease Co., Minneapolis, MN, USA) 프로그램을 사용하여 반응표면분석법(Response surface methodology; RSM)을 이용하였다. 중심합성법(Central Composite Design; CCD)을 통해 건조온도(X1; 50-90°C)와 건조시간(X2; 12-36시간) 및 마이크로웨이브 전처리 조건(X3; 0-4분)을 독립변수로 설정하였으며, −1, 0, +1로 부호화하였다[Table 1].
수분함량은 AOAC(1995) 표준시험법에 의하여 105°C 상압건조법으로 측정하였다.
시료는 동일한 양을 관능검사용 컵에 담아 제공하였다. 한꺼번에 너무 많은 시료를 평가하여 생길 수 있는 오류를 최소화하고 실험의 객관성을 위하여 균형불완전블록계획법(BIBD: Balanced Incomplete Block Design)을 사용하여 랜덤화(randomization), 블록화(blocking) 하였다. 시료와 시료 사이에는 반드시 물로 입 안을 헹구도록 하여 전 시료에 의한 영향이 미치지 않도록 하였다.

성능/효과

각각의 최적화된 제조조건은 건조온도 52.989°C, 건조시간은 24시간, 마이크로웨이브 전처리 시간은 1분인 것으로 분석되었다.
01로 나타났다. 감귤건조칩 반응표면 분석결과, 외관, 색, 맛 및 전반적인 기호도에 영향을 미치는 제조조건간의 교호작용을 나타내는 그래프는 건조온도가 높아질수록 감소하고, 마이크로웨이브 전처리시간이 증가할수록 낮게 평가되었다. 이러한 조건에서 감귤 건조시간은 24시간 이상일 때 기호도가 높게 평가되었다.
감귤건조칩의 외관(모양), 색, 맛 및 전반적인 기호도에서 관능적 품질특성 모델의 결정계수가 각각 0.86, 0.88, 0.89, 0.84로 높게 측정되어 모델이 fitting되었으며, 회귀식의 유의수준은 p<0.01로 나타났다.
감귤건조칩 반응표면 분석결과, 기호도에 영향을 미치는 제조조건간의 교호작용을 나타는 그래프는 [Figure 2~5]과 같다. 감귤건조칩의 외관에 대한 기호도는 건조온도가 높아질수록 감소하고, 마이크로웨이브 전처리시간이 증가할수록 낮게 평가되었다. 색의 기호도는 외관과 유사하게 건조온도가 높아짐에 따라 낮아지는 결과를 보였다.
반응표면분석 결과에 따라 최적화된 감귤건조칩의 제조조건은 [Table 7]과 같다. 감귤건조칩의 제조조건은 낮은 건조온도와 짧은 마이크로웨이브 전처리 시간의 조합이 적합한 것으로 판단되었다. 각각의 최적화된 제조조건은 건조온도 52.
감귤건조칩의 맛은 50-70°C 사이에서 증가하는 경향을 보이다가 70°C 이상에서 급격히 감소하는 결과를 보였다. 건조시간이 24시간 이상일 때 맛의 기호도가 높게 평가되는 결과를 보였으며, 전반적인 기호도는 건조온도가 낮을 때, 건조시간이 증가할수록 높게 평가되었다. Lee & Yoon(2003)의 연구에서는 감귤의 건조온도가 낮을수록 경도가 약하게 측정되어 높은 기호도를 나타낸 것으로 보고되었다.
따라서, 감귤건조칩은 낮은 건조온도와 짧은 마이크로웨이브 전처리 시간의 조합이 적합한 것으로 판단되었으며, 각각의 최적화된 제조조건은 건조온도 52.989°C, 건조시간은 24시간, 마이크로웨이브 전처리 시간은 1분이었다.
2018). 따라서, 마이크로웨이브 전처리 시 감귤 표면의 수분이 단시간에 증발되고, 대조군보다 명도는 높고 적색도와 황색도가 낮아 건조 감귤칩을 제조하는데 적합한 것으로 판단되었다.
건조과일의 수분함량은 통상적으로 10% 내외로 조정하여 미생물의 변패 및 저장에 용이하도록 한다. 명도가 가장 높게 측정되었던 3번 및 6번 제조조건에 따른 감귤건조칩의 수분함량이 9.92% 및 7.48%로 나타났다.
당이나 단백질을 함유한 식품을 높은 온도로 열풍건조할 경우, 표면의 온도가 높아지면서 경화되어 불균일한 건조가 일어나고, 경도가 증가하게 된다. 본 연구에서는 마이크로웨이브 전처리를 실시함에 따라 감귤건조칩의 조직감에는 영향을 미치지 않으면서(R²; 0.74), 외관의 품질을 개선하는 방법으로 작용한 것으로 판단되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	원물간식이란 무엇인가?	2017년 가공식품 세분시장 현황 보고에 따르면 원물간식이란 첨가물을 포함하지 않고 거의 원물만을 이용하여 단순가공처리 한 가공식품 유형으로 주로 간식으로 편리하고 쉽게 먹을 수 있는 식품으로 정의하고 있다(at center 2017). 대표적으로 건조과일류가 포함되는데, 포도, 자두, 파인애플,망고 등은 이미 시장이 형성되어 있으며, 국내에서도 원물100% 무첨가물 간식의 인기가 증가하면서 견과류에 이어 건조과일시장이 성장하고 있다(at center 2017).
	감귤건조칩 제조를 위해 건조조건을 최적화하는 방법은 무엇인가?	이러한 조건에서 감귤 건조시간은 24시간 이상일 때기호도가 높게 평가되었다. 따라서, 감귤건조칩은 낮은 건조온도와 짧은 마이크로웨이브 전처리 시간의 조합이 적합한 것으로 판단되었으며, 각각의 최적화된 제조조건은 건조온도52.989℃, 건조시간은 24시간, 마이크로웨이브 전처리 시간은 1분이었다.
	마이크로웨이브를 이용한 건조 방법의 원리는 무엇인가?	2008) 등의 다양한 건조방법들이 연구되고 있으나 시간이 오래 걸리고, 에너지소비와 비용이 높은 문제가 있다. 한편, 마이크로웨이브를 이용한 건조는 식품 속의 극성분자인 물 분자의 전하를 바꾸며 매우 빠르게 회전시켜 운동에너지를 순간적으로 열에너지로 변환하면서 식품의 수분을 단시간에 증발시킨다(Kim et al,. 2018).

참고문헌 (14)

AOAC. 1995. Official Methods of Analysis of AOAC International. 16th ed. Association of official analytical chemists. Washington, DC, USA
Choi EJ, Lee MH, Oh MS. 2009. Quality characteristics of Jeju mandarino orange jellies with sugar derivative sweeteners for consumption by the elderly. J. Korean Soc. Food Cult., 24(2):212-218
Choi HD, Lee HC, Kim YS, Choi IW, Park YK, Seog HM. 2008. Effect of combined osmotic dehydration and hot-air drying on the quality of dried apple products. Korean J. Food Sci. Thechnol., 40(1):36-41
Jang SY, Woo SM. Park CW, Choi IW, Jeong YJ. 2010. Characteristics of alcohol fermentation of citrus fruit hydrolysates. Korean J. Soc. Food Sci. Nutr., 39(8):1236-1241

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Kim BJ, Kim HS, Kang YJ. 1995. Comparison of physico-chemical components on citrus varieties. Korean J. Post-harvest Sci. Technol. Agri. Products, 2(2):259-268
Kim CW, Song E. 2009. Quality characteristics of Injeulmi containg different ratios of citrus mandarin powder. Korean J. Food & Nutr., 22(2):293-301
Kim DI, Yeo SS, Shin EC, Song HH, Kim KH, Lee HY, Jeong YH, Kim MS, Lee YS. 2018. Effect of microwave vacuum drying on the quality characteristics of garlic and chili pepper powder. Korean J. Soc. Food Sci. Nutr., 47(10):1044-1050

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Korea Agro-Fisheries & Food Trade Corporation. 2017. Process food segment market report (Original snack market) [가공식품 세분시장 현황(원물간식 시장)]. Korea Agro-Fisheries & Food Trade Corporation, Jeollanam-do, Korea, pp 1-4
Lee CW. Kim MB, Oh YJ, Lim SB. 2014. Physicochemical properties of citrus hallabong granules. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr., 43(4):537-543

원문보기 상세보기
Lee GD, Yoon SR. 2003. Optimization on preparation conditions of dried citrus. Korean J Soc. Food Sci. Nutr., 32(8):1297-1301

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Lee HL, Youn KS. 2012. Quality characteristics of cold-air and infrared-dried peaches. Korean J Food Preserv., 19(4):485-491

원문보기 상세보기
Lenart A. 1996. Osmo-convective drying of fruits and vegetables: Technology and Application. Dry. Technol., 14(2):391-413

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Moon SW, Kang SH, Jin YJ, Park JG, Lee YD, Lee YK, Park DB, Kim SJ. 2004. Fermentation of citrus unshiu Marc. and functional characteristics of the fermented products. Korean J. Food Sci. Technol., 36(4):669-676
Park GS, Kim JY. 2014. Optimization of muffin with dropwort powder using response surface methodology. J. Korean Soc. Food cult., 29(6):623-636

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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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