유변학적 특성 분석

3.3.6.1 정상유동 특성 분석

NRS와 가교제의 농도를 달리하여 제조한 SARS 분산액의 전단속도( )에 대한 전단응력(σ)의 데이터는 Fig. 13과 같다. 본 실험에서 사용된 모든 분산액은 전단속도가 증가할수록 전단 응력이 감소하는 pseudoplastic 특성을 나타내었다. 또한 가교제의 농도에 따른 SARS 분산액의 전단속도에 대한 전단응력의 데이터 결과는 power law 모델식과 Casson 모델식에 잘 적용되었고 높은 결정계수(R²=0.95-0.99)를 보여주면서 높은 상관관계를 나타내었다(Table 9).

Fig. 13. Shear stress versus shear rate plots of NRS, SARS5, SARS10, and SARS15 at 25℃: (□) NRS, (△) SARS5, (◇) SARS10 and (○) SARS15.

Power law 모델식으로부터 얻은 유동성 지수 n값은 비뉴턴 유체의 거동을 나타내는 지수로 1보다 크면 shear-thickening을, 1보다 작으면 shear-thinning을 나타내는데, 본 연구에서 사용한 NRS 분산액과 SARS 분산액의 모든 n값은 1보다 낮은 범위(n=0.20~0.23)를 나타내어 본 실험에 사용된 모든 시료는 shear-thinning 유체임을 확인할 수 있었다. 이러한 shear-thinning 현상은 전단하는 동안 엉켜있는 다당류 분자의 그물 구조가 파괴되면서 나타나는 현상이다(Morris, 1989).

Power law 모델식으로 부터 얻은 SARS의 점조도 지수(K), 겉보기 점도(η_a,100)및 Casson 항복응력(σ_oc)

Table 9. Apparent viscosity (η_a,100), consistency index (K), flow behavior index (n), and Casson yield stress (σ_oc) of NRS, SARS5, SARS10 and SARS15 pastes at 25℃¹

Sample

NRS 0.87±0.04^d 29.71±2.08^a 0.23±0.00^a 0.99 61.09±1.29^d 0.95 SARS5 2.17±0.06^c 79.94±5.51^b 0.22±0.01^ab 0.98 135.48±5.35^c 0.99 SARS10 3.07±0.10^b 116.46±3.75^c 0.21±0.00^ab 0.97 194.50±6.29^b 0.99 SARS15 3.74±0.16^a 149.16±2.07^d 0.20±0.01^b 0.96 233.10±2.22^a 0.99

1 Values with different letters within the same column differ significantly (p<0.05).

3.3.6.2 동적 점탄 특성 분석

Fig. 14는 25℃에서 측정한 NRS 분산액과 가교제 농도에 따른 SARS 분산액의 진동수(frequency, ω)에 따른 저장탄성률(storage modulus, G′), 손실탄성률(loss modulus, G″) 및 복소 점도(complex viscosity, η*)의 변화를 보여주고 있다. 모든 시료의 G′과 G″ 수치는 적용된 진동수 범위(0.63~62.8 rad/s)내에서 ω가 증가함에 따라 증가하였으며, G′의 수치가 G″의 수치보다 높은 수치를 나타내었다. 따라서 NRS와 SARS 분산액은 점성적 성질(액체적 성질)에 비해 탄성적 성질(고체적 성질)이 강하게 나타나는 것을 알 수 있었다.

η*는 ω가 증가함에 따라 감소하고 있어 NRS와 SARS 분산액은 shear-thinning 거동을 나타냄을 알 수 있었다. 이러한 결과는 정상유동 특성에서 power law 모델식의 n값으로부터 확인한 shear-thinning

거동과 일치한다. Yoneya T 등(2003)이 가교제로 POCl₃를 고형분 대비 0.004~0.5%의 농도로 첨가하여 변성시킨 감자전분 분산액의 동적 점탄 특성에서도 동일한 결과가 관찰되었다.

Fig. 14. Plots of log G′, G″, and η* versus log ω of NRS, SARS5, SARS10, and SARS15 at 25℃: (□) NRS, (△) SARS5, (◇) SARS10 and (○) SARS15.

Table 10은 6.28 rad/s에서 NRS 분산액과 SARS 분산액의 G′, G″, η* 및 tan δ수치를 나타내고 있다.

NRS와 비교하여 SARS의 G′, G″ 및 η* 값이 유의적으로 높았으며, 첨가된 가교제의 농도가 증가할수록 유의적으로 증가하였다.

시료의 점탄성 거동(viscoelastic behavior)을 평가하는 수치로 G″과 G′의 비율인 tan δ가 있으며, tan δ 값이 1보다 작으면 탄성적 성질이 크고, 1보다 크면 점성적 성질이 크다는 것을 나타낸다(Yoo 등, 2005).

본 실험에서 NRS 분산액과 SARS 분산액의 tan δ값(0.06~0.19) 모두 1보다 작았고, 이는 모든 시료는 점성적 성질보다 탄성적 성질이 우세하다는 것을 나타낸다. NRS의 tan δ 값에 비해 SARS 분산액의 tan δ 값이 유의적으로 감소하여, 호박산에 의한 가교화 처리는 쌀 전분의 탄성적 성질을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.

Table 10. Storage modulus (G′), loss modulus (G″), complex viscosity (η*), and tan δ at 6.28 rad/s of NRS, SARS5, SARS10, and SARS15 pastes at 25℃

Sample G′ (Pa) G″ (Pa) η* (Pa·s) tan δ

NRS 34.88±0.40^a 6.50±0.06^a 5.65±0.06^a 0.19±0.00^a SARS5 182.83±3.85^b 19.35±0.37^b 29.28±0.62^b 0.11±0.00^b SARS10 424.84±4.08^c 30.11±0.30^c 67.82±0.65^c 0.07±0.00^c SARS15 684.46±5.98^d 43.28±0.48^d 109.21±0.95^d 0.06±0.00^d

1 Values with different letters within the same column differ significantly (p<0.05).

4. 요약

본 연구는 쌀 전분에 구연산과 호박산을 처리하여 CARS와 SARS를 각각 제조하였으며 이들의 구조적, 이화학적, in-vitro 소화율 및 유변학적 특성을 평가하였다. 구연산에 의한 가교화는 쌀 전분의 swelling factor, 용해도, 광투과도, 페이스팅 특성 및 열적 특성을 감소시켰으나, 저항전분(RS)의 함량을 향상시킬 수 있는 유용한 방법임을 알 수 있었다. 호박산에 의한 가교화는 쌀 전분의 OH 그룹과 호박산의 COOH 그룹 간에 새로운 가교결합을 형성하여 쌀 전분의 정상유동 및 동적 점탄 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.

따라서 가교화 쌀 전분의 이화학적, 구조적, in-vitro 소화율 및 유변학적 특성 등은 사용된 가교화제의 종류와 함량에 따라 상이하다는 것을 확인하였으며 본 연구에서 제조된 CARS와 SARS는 식품산업에서 안정제, 점증제 또는 건강기능성 소재로써 활용 가능할 것이라고 사료된다.