사랑과 열정으로 더불어 함께 하는 세상 만들기 - 율촌재단(栗村財團)

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(1)표면코팅 처리에 따른 유탕처리 식품의 열/물질 전달 특성 분석 및 이를 통한 유탕처리 중 흡유 저감화 연구 이수용 세종대학교 식품공학과. 1. 서 론 1.1 연구배경 • 유탕처리방법은 식품조리 공정 중 예술(art)이라고 불리며, 전 세계적으로 2천만 톤의 식용유지 가 생산될 정도로 가정에서뿐만 아니라 요식업, 식품 산업에서 널리 사용되고 있음. • 유탕처리방법은 고온(150~200℃)의 식용유지에 식품을 넣어 조리하는 전통적인 식품 조리 방법 중 하나임. 유탕처리 중 식품 표면의 온도는 급격히 상승하여 수분은 증발되고, 유지는 식품 내 부로 이동하며, 표면은 건조되기 시작하여 딱딱한 외피가 형성됨. 이러한 유탕처리 과정 중에는 여러 식품학적 현상이 일어나면서 특유의 바삭바삭한 조직감, 고소한 맛, 그리고 향미를 내 게 됨. • 그러나 유탕처리식품은 다량의 지방을 함유한 대표적인 식품군으로 심지어 총 중량의 50%에 해당하는 높은 지방을 함유하고 있음. 특히, 스낵, 라면 등의 유탕식품은 어린이 등의 취약집단 이 즐겨 먹는 가공식품류이기에 그 심각성은 매우 크다고 하겠음. • 이러한 과도한 지방 섭취는 심혈관계 질환 및 만성퇴행성 질환 등 각종 성인병질환의 주요 원인 이 되고 있음. • 이에 따라, 2007년 12월부터 영양성분 표시가 강화되어 총 지방, 트랜스지방 및 포화지방 함량 을 의무적으로 표시해야 함. 그러므로, 유탕 식품의 흡유 저감화를 위한 국가적 차원의 정책 방 안 수립 및 국민의 지방 섭취를 줄이기 위한 다각적인 연구가 시급함. • 유탕처리 공정 중 일어나는 열/물질 전달의 과정에서 water replacement, cooling-phase effect, surface-active agents 등에 의하여 식품기질로의 흡유 패턴이 변하게 됨. 즉, 물과 유지의 물질이 동, 증기의 응축에 의한 기름의 흡수, 유탕 공정 중 기름의 조성 변화에 의한 계면 활성 효과 감. 307. 이수용.indd 307. 2010-04-16 오후 5:18:35.

(2) Oil uptake Oil Water Food water. Contact area. Pore. Oil. <Water replacement>. vapor. vacuum. Food. <Interfacial tension>. <Vacuum effect>. 그림1 유탕 공정 중 주요 흡유 기작.. 소로 인하여 흡유 패턴이 영향을 받게 됨. • 특히, 유탕처리 중 식품으로의 흡유 현상은 식품기질 표면의 성질에 따라 큰 영향을 받게 되는 데 이에 따라, 유탕처리 식품의 흡유를 저감화하기 위한 방법으로서 water replacement 기작에 중 점을 둔 식품 표면의 피막처리에 초점을 맞추고 있음. • 산업적인 측면에서는 대부분 관능학적 성질이나 저장 및 가공 안정성 등의 이유로 식품의 피막 처리를 하고 있고, 그 효용성은 색, 텍스처 등의 물리적인 면에 치중되어 있음. 이러한 전통적인 피막처리의 식품학적 기능 이외에 흡유 저감화와 관련시켜 건강기능성에 강조를 둔 연구는 최 근에 이르러서야 관심을 갖게 됨. • 그러나, 아직까지 이러한 소재들의 기초 흡유 연구가 충분히 진행되고 있지 않기 때문에 수많은 원료로부터 효율적인 흡유 저감화 소재를 선택하기 위한 시행착오가 필요하며 또한 실제산업 에서 이러한 소재들의 개별 테스트에 따른 경제적, 기술적 문제가 야기될 수 있음. • 유탕처리 공정 중에는 고온의 유지로 인한 열 전달뿐 아니라 식품 기질 내의 수분이 외부로 증 발하고, 유지가 식품 표면을 통하여 흡수되는 물질이동이 관여하고 있음. 그리고 이를 통하여 식품기질로의 유지 흡수 패턴이 결정될 수 있음. • 또한 유탕처리 중 고온의 가열매체에서 식품으로 열이 이동하고 물질 전달이 일어나면서 유탕 처리 식품의 바람직한 맛, 색깔, 텍스처 등을 생성함. 즉, 열 전달 및 물질 전달이 유탕처리제품의 식품학적 특성에도 중요한 역할을 하고 있음. • 따라서, 식품 가공 공정 최적화를 위해서는 여러 가공 변수들에 대한 정보들이 필요한데, 특히 유탕처리공정에서 피막처리를 통한 흡유 저감화를 성공적으로 이루기 위해서는 표면코팅소재 들의 유동특성과 이에 따른 열 전달 및 물질 전달과 관련된 체계적인 정보들이 필수적임(그림 3). • 그리고, 유탕식품의 피막처리에 사용되는 소재들의 조성 및 성상, 그리고 이에 따른 유동특성은 유탕 처리 공정 전반에 걸쳐 영향을 끼침으로써, 조리특성뿐 아니라 입안에서 느끼는 촉감을 좌 우하여 최종 제품의 식품학적 품질을 결정함.. 308. 이수용.indd 308. 2010-04-16 오후 5:18:35.

(3) 100. F rying oil. T emperature. 150-180. 103-150. Dried zone. 100-103. V aporization region. 100. Migration region. 75-100. mois ture. 75. Liquid water region. F ood center. 그림 2 유탕처리 공정 중 열 전달 및 물질 전달.. Fat. Moisture Solids. Heat. Frying process. Moisture Solids Fat. Moisture (steam). 그림 3 유탕처리 중 열 전달 및 물질 전달 관계식.. • 그럼에도 불구하고 현재까지 열/물질 전달 및 유동학적인 관점에서 식품 표면의 피막처리를 통 한 흡유 저감화 연구는 전무한 실정임. • 유탕식품 표면의 피막처리에 사용되는 소재는 고유의 조성 및 성상을 가지고 있고 이에 따라 특유의 유동학적 특성을 가짐. 따라서, 이러한 유동학적 특성을 유탕처리 중 일어나는 열전달/ 물질전달 특성과 연관시킴으로써 식품기질로의 흡수 패턴과 연관시킬 수 있고, 더 나아가 식품 학적 품질이 개선된 기능성 유탕식품 개발에 기여할 것으로 기대됨.. 1.2 연구 목적 식품의 표면 코팅에 따른 유동학적 특성, 열전 달 및 물질 전달 특성 분석을 통하여 유탕처리 중 식품 기질로의 흡유 패턴을 확립하고 이를 토대로 유탕처리 식품의 흡유율을 저감화할 수 있는 기술을 개발함.. 표면코팅 처리에 따른 유탕처리 식품의 열/물질 전달 특성 분석 및 이를 통한 유탕처리 중 흡유 저감화 연구. 이수용.indd 309. 309. 2010-04-16 오후 5:18:35.

(4) 1.3 세부목표 1) 피막처리 소재의 조성, 성상에 따른 유동 특성 분석 2) 식품 표면의 피막 처리를 통한 유탕처리 중 열전달, 물질전달 패턴 확립 3) 유탕식품의 피막처리를 통한 흡유 패턴 조사 및 식품학적 특성 평가. 2. 연구방법 피막처리 소재의 선택과 전처리 • 기존의 연구를 바탕으로 하여 유탕처리 중 흡유 저해능이 있는 식품 소재 중 3가지 물질 (xanthan gum, gellan gum, guar gum)을 선정함. • 선택한 xanthan gum, gellan gum, guar gum을 증류수에 첨가하여 0.3%, 0.6%, 0.9%의 세 가 지 농도로 만든 후 이를 피막코팅 용액으로 사용함. 선택한 hydrocolloid 용액 제조 시 45℃ 의 water bath를 사용하여 완전히 용해가 이루어진 이후에 피막코팅 처리에 사용함.. 식품기질(감자)의 피막 코팅 및 유탕처리 • 표면코팅을 위한 식품기질로서 감자를 선택하고 감자튀김 커터를 사용하여 일정한 형태(1× 1×4cm)로 자른 후, 85℃의 물에 6분 동안 blanching 함. 이후, 감자 샘플의 수분함량을 일정 하게 맞추어 주기 위해서 일정한 습도의 발효조에 5분간 넣은 후 실험에 사용함. • 식품기질의 피막코팅은 dipping법을 사용하여 준비해 놓은 피막코팅 용액에 식품기질을 5초 간 담근 후 곧바로 유탕처리함. • 유탕용 가열매체로는 시중에서 쉽게 구할 수 있는 대두유를 구입하여, 1리터의 신선한 대두 유를 매 실험마다 사용함. 피막코팅 처리된 감자 샘플을 170℃에서 2분간 유탕처리를 실시 함.. 유탕처리 중 열전달 계수 측정 • 유탕처리 중 샘플의 온도를 항상 일정한 위치에서 측정하기 위하여 자체적으로 고안된 실험 장치를 사용하여 감자샘플 내에 thermocouple을 양쪽으로 삽입함으로써 유탕처리 중 감자 의 온도 프로파일을 측정함. • 유탕처리 중 가열매체의 온도는 유탕용기의 세 군데에 thermocouple을 설치하여 가열매체의 온도가 170℃가 유지되는지 확인함.. 310. 이수용.indd 310. 2010-04-16 오후 5:18:35.

(5) Sensor 1. 170�. Sensor 2. 170� Sensor 3. 170� Data acquisition unit. Sensor 4.. < Sensor >. Sensor 5.. < Hole >. < Side >. < Front >. 그림 4 열전달 계수 측정을 위한 유탕처리실험 장치.. 유탕처리 중 물질전달 계수 측정 피막처리된 감자를 170℃에 넣고 유탕처리 후 일정한 시간 간격(30, 60, 90, 135, 180, 225, 315, 495, 630, 765, 900, 1035, 1170, 1305, 1440초)으로 꺼내어 105℃ 오븐에서 일정한 무게가 얻어 질 때까지 건조시켜 수분함량을 측정하고 이로부터 시간에 따른 수분함량 변화 곡선을 구함.. 피막처리소재의 정상유동(steady-shear viscosity) 특성 분석 • 피막처리용액을 농도별로 제조 후 stress-controlled rheometer를 이용하여 정상유동특성(steady shear viscosity)을 분석함. • 분석 조건 Shear rate : 1~1,000/sec Temperature : 25oC Geometry: 40mm parallel plate Gap: 1mm. 표면코팅 처리에 따른 유탕처리 식품의 열/물질 전달 특성 분석 및 이를 통한 유탕처리 중 흡유 저감화 연구. 이수용.indd 311. 311. 2010-04-16 오후 5:18:36.

(6) 유동 특성 분석. Motor. 피막처리소재. 그림 5 Stress - controlled rheometer를 이용한 유동특성 분석.. • 피막처리 용액의 유동학적 특성을 예측하기 위한 두 가지 예측 모델식을 적용함. <Power law> σ= K( )n σ: sheer stress K : consistency coefficient. : strain rate n : flow behavior index. <Cross equation> η= η∞ + η: apparent viscosity η0 : zero-shear rate viscosity n : dimensionless power index. η∞ : infinite-shear rate viscosity λ: relaxation time. 피막처리소재의 동적 유동(dynamic viscoelasticity) 특성 분석 피막처리 용액을 농도별로 제조 후 40mm parallel plate가 장착된 stress-controlled rheometer(TA INSTRUMENTS, AR 1500ex)를 이용하여 25℃에서 frequency sweep test를 실시함. 이를 위하여 0.1~10Hz의 frequency 범위에서 0.1% strain을 가하여 storage modulus(G’ ), loss modulus(G” ), tan δ를 분석함.. 유탕처리 후 흡유량 측정 • 유탕처리된 시료는 soxhlet법을 이용하여 흡유량을 측정함. 유탕처리 후 시료(10g)를 10분간 식 힌 후 soxhlet 장치에 넣고 6시간 동안 ethyl ether를 용매로 하여 추출한 후, 추출된 용매는 중탕 하여 일정한 무게가 얻어질 때까지 ethyl ether를 증발시킴.. 312. 이수용.indd 312. 2010-04-16 오후 5:18:36.

(7) • 흡유량 (%) = (Wi – Wo)/Wi × 100 Wi: 지방 추출 전 시료 무게, Wo: 지방 추출 후 시료 무게. 수분 함량 측정 • 유탕처리한 시료를 aluminum dish에 담아 105℃ 오븐(JEIO TECH. GF-12GW)에서 일정한 무게 가 얻어질 때까지 건조시킨 후 무게를 측정하여 수분함량을 분석함. • 수분함량 (%) = (Wi – Wo)/Wi × 100 Wi: 건조 전 시료 무게, Wo: 건조 후 시료 무게. 유탕처리된 감자 표면의 색도 측정 유탕 처리한 시료의 표면 색도는 colorimeter(MINOLTA, CT-310)를 사용하여, 명도를 나타내는 L 값, 적색도를 나타내는 a값, 황색도를 나타내는 b값을 측정함.. 3. 결과 및 고찰 유탕 식품 표면의 피막 처리를 위한 소재 선정 및 유탕처리 공정 확립 유탕처리 중 열전달 계수 측정을 위해서는 온도 프로파일을 모니터해야 하는데, 여기서 가장 난 해한 문제점이 항상 샘플 내의 같은 위치에서 온도를 측정해야 하는 것임. 따라서 온도 센서가 샘 플 내의 같은 위치에 설치되도록 실험실 내에서 자체 고안, 제작된 아래 장치를 사용하여 항상 일 관된 실험환경을 조성하도록 함. 120 Temp. (℃). 100 80 60 40 20 0. 0. 50. 100. 150. Time (sec). 그림 6 열전달 계수 측정을 위한 장치.. 표면코팅 처리에 따른 유탕처리 식품의 열/물질 전달 특성 분석 및 이를 통한 유탕처리 중 흡유 저감화 연구. 이수용.indd 313. 313. 2010-04-16 오후 5:18:36.

(8) < 0.3% >. < 0.6% >. < 0.9% >. 그림 7 농도별로 피막코팅 처리된 식품기질(감자).. 유탕처리 중 열전달 특성 분석 • 감자표면을 0.3, 0.6, 0.9% hydrocolloid 용액으로 코팅 후 유탕처리 중 내부 온도를 측정한 결과 유탕처리 초기 단계에서는 온도가 서서히 증가하였고 대략 20초 이후부터 시간에 따라 거의 직 선적인 관계로 온도 증가를 보임. • 피막코팅처리 용액의 농도가 높아질수록 처음 온도가 올라가는 시작시간이 지연됨을 보임. • 유탕처리 중 감자의 내부 온도는 100oC에 도달 후 평형상태를 보였는데, 특히 피막처리 용액의 농도가 증가할수록 100oC에 도달하는 시간이 늦어짐을 보임. • 피막코팅처리에 따라 온도가 변화하는 정도가 확연히 달라짐. • 피막코팅 소재에 따른 온도 변화 프로파일을 비교 시 control에 비하여 피막코팅 샘플은 유탕처 리 중 같은 시간대에서 낮은 온도를 보임.. 314. 이수용.indd 314. 2010-04-16 오후 5:18:36.

(9) 120 Temperature (୅P. Xanthan gum 100 con 80. 0.3%. 60. 0.6%. 40. 0.9%. 20 0. 20. 40. 80. 60. 100. Frying time (sec). Temperature (୅P. 120 Gellan gum 100 con 80 0.3%. 60. 0.6%. 40. 0.9%. 20 0. 20. 40. 60. 80. 100. Frying time (sec). Temperature (୅P. 120 Guar gum 100 80. con. 60. 0.3%. 40. 0.6% 0.9%. 20 0. 20. 40. 60. 80. 100. Frying time (sec). 그림 8 유탕처리 중 피막처리 된 감자샘플의 온도 변화.. 표면코팅 처리에 따른 유탕처리 식품의 열/물질 전달 특성 분석 및 이를 통한 유탕처리 중 흡유 저감화 연구. 이수용.indd 315. 315. 2010-04-16 오후 5:18:37.

(10) 0. -1E-15. 10. 20. 30. 40. 50. 0.3%. ln. i. . . ( TT -- TT ). con -0.2. 0.6% -0.4. 0.9% Xanthan gum. -0.6. Frying time (sec) 0. -1E-15. 10. 20. 30. 40. 50. con. ( TT -- TT ). -0.2. ln. i. . . 0.3% 0.6% -0.4. 0.9%. Gellan gum -0.6. Frying time (sec) 0. 10. 20. 30. 40. 50. -1E-15. con. . 0.3%. ln. i. . ( TT -- TT ). -0.2. 0.6% -0.4. 0.9%. Guar gum -0.6 Frying time (sec). 그림 9 피막코팅에 따른 1n. vs t(유탕처리 시간) 그래프.. 316. 이수용.indd 316. 2010-04-16 오후 5:18:37.

(11) • 열전달 계수의 산출 위의 그래프에서 시간에 따라 직선적인 관계를 보이는 영역에 대하여 아래 식을 적용함으로써 열 전달계수(h)를 구함. 표 1 감자의 열물리적(thermophysical) 특성 Property. Value. Thermal conductivity, k (W/m×K). 0.554. Density, r (kg/m³). 1090. Specific heat, Cp (J/kg×K). 3517. 1n A=. Ti T∞. = 1nA 2 α2t L. 2sin µ1 µ1 + sinµ cos µ1. cos. x cos L. y L. Bih = µ1tanµ1 Bih = T∞ Ti x y. temperature of frying medium (℃) initial uniform temperature of potato slice (℃) location whre temperature is measured in infinite plate (0 ≤ x ≤ L) location whre temperature is measured in infinite plate (0 ≤ y ≤ L) T (x, t) temperature at any point any time (℃) half thickness (m) L t time (s). Bih heat transfer Biot number, effective heat transfer coefficient (W/m²·K) thermal conductivity of potato (W/m·K). h k. • 피막처리코팅 시 유탕처리식품의 열전달 계수 변화를 초래함. • 피막처리코팅 용액의 농도가 높아질수록 열전달계수가 작아짐. 즉, 감자샘플을 유탕처리 시 높 은 농도로 표면코팅이 되어 있을수록 내부로 열이 전달되는 속도가 느려짐을 보임. • 피막코팅 소재에 따른 열전달계수를 비교 시 xanthan gum과 guar gum은 비슷한 양상을 보였으 나, 이에 비하여 gellan gum용액으로 피막코팅 시 비교적 높은 열전달계수를 가짐. • 이러한 열전달속도의 차이는 결국 감자 내의 수분 증발, 즉 물질전달의 차이를 초래할 것으로 예측됨.. 표면코팅 처리에 따른 유탕처리 식품의 열/물질 전달 특성 분석 및 이를 통한 유탕처리 중 흡유 저감화 연구. 이수용.indd 317. 317. 2010-04-16 오후 5:18:37.

(12) F rying time(s ec) 0. 10. 20. 30. 40. 50. 0. -0.2. -0.4. -0.6. -0.8. 그림10 피막코팅에 따른 1n. vs t(유탕처리 시간) 그래프 예.. 표 2 피막처리코팅에 따른 유탕처리 중 열전달 계수 (W/m2×K). Xanthan gum. Gellan gum. Guar gum. Control. 258.4. 248.2. 248.4. 0.3%. 249.2. 240.9. 247.8. 0.6%. 227.8. 239.2. 242.2. 0.9%. 214.6. 238.2. 217.4. 유탕처리 중 물질전달 특성 분석 • 감자를 대두유에 넣어 유탕 처리 시 시간에 따른 수분함량을 분석한 결과 유탕처리 시간이 길 어질수록 수분함량이 감소함을 보임. • 특히, 유탕처리 시간에 따른 수분함량과의 관계는 비교적 직선적인 관계(R2=0.954)를 보임.. 318. 이수용.indd 318. 2010-04-16 오후 5:18:37.

(13) 100 90 moisture content (%). 80 70 60 50 40 30 20. R2 = 0.954. 10 0 0. 200. 400. 600. 800. 1000. 1200. 1400. Frying time (sec). 그림11 유탕처리 시간에 따른 수분 함량 변화 측정.. 피막처리소재의 정상유동(steady-shear viscosity) 특성 분석 • 농도가 높아질수록 점도가 증가함. 특히 0.3%, 0.9% 두 농도 사이에는 1log 크기 이상의 농도차 이가 나타남. • 낮은 농도에서는 shear rate에 따라 점도가 일정한 Newtonian 형태를 보임. • 0.6%, 0.9% 농도에서는 shear rate가 증가함에 따라 점도가 감소하는 shear-thinning 현상이 나타 나며 농도가 증가할수록 shear-thinning 정도는 심해짐.. Apparent viscosity (Pa-s). 10. 1. 0.1. 0.30% 0.60% 0.90%. 0.01. 0.001 1. 10. 100. 1000. Shear rate (1/s). 그림12 Gellan gum 용액의 shear rate에 따른 점도 변화.. 표면코팅 처리에 따른 유탕처리 식품의 열/물질 전달 특성 분석 및 이를 통한 유탕처리 중 흡유 저감화 연구. 이수용.indd 319. 319. 2010-04-16 오후 5:18:37.

(14) 모델식을 이용한 유동특성 예측 표 3 Power law 모델 변수 σ= K( )n σ: sheer stress. : strain rate. K : consistency coefficient. n : flow behavior index. 농도. K. n. 0.3%. 0.01 ± 0.00. 1.04 ± 0.02. 0.6%. 0.25 ± 0.10. 0.64 ± 0.05. 0.9%. 9.69 ± 1.28. 0.27 ± 0.02. 표 4 Cross 모델 변수 η= η∞ + η: apparent viscosity η0 : zero-shear rate viscosity n : dimensionless power index. η∞ : infinite-shear rate viscosity λ: relaxation time. 농도. η0. λ. n. 0.3%. 0.01 ± 0.00. 1.69 ± 0.84. 1.30 ± 1.23. 0.6%. 0.10 ± 0.02. 0.02 ± 0.00. 0.93 ± 0.07. 0.9%. 4.77 ± 0.86. 0.93 ± 0.37. 0.65 ± 0.02. • Power law보다는 cross 모델이 시료의 유동특성을 더 잘 나타냄.. Apparent viscosity (Paás). 10. 1. 0.30% 0.60%. 0.1. 0.90%. 0.01 1. 10. 100. 1000. Shear rate (1/s). 그림13 Xanthan gum 용액의 shear rate에 따른 점도 변화.. 320. 이수용.indd 320. 2010-04-16 오후 5:18:38.

(15) • 농도에 따른 점도 상승이 관찰됨. 특히, 0.3%에서 0.9%로 농도 상승 시 0.5log cycle에 해당하는 점도가 상승됨. • 농도에 상관없이 전체적으로 점도가 shear rate에 따라 감소하는 shear-thinning 현상을 보임.. 모델식을 이용한 유동특성 예측 표 5 Cross 모델 변수 η= η∞ + η: apparent viscosity η0 : zero-shear rate viscosity n : dimensionless power index. η∞ : infinite-shear rate viscosity λ: relaxation time. 농도. η0. λ. n. 0.3%. 5.70. 5.624. 0.76. 0.6%. 15.27. 9.86. 0.73. 0.9%. 97.94. 60.75. 0.76. • n값이 모두 1보다 작은 값을 보여 모든 농도에서 shear-thinning 특성이 있음이 확임됨. • 농도가 높아질수록 zero-shear rate viscosity가 현저히 증가함을 보임. • 농도가 높아질수록 relaxation time이 증가하여 Newtonian과 shear-thinning과의 경계가 점점 낮 은 shear rate 쪽으로 이동함을 보임.. Apparent viscosity (Paás). 10. 1. 0.30% 0.60%. 0.1. 0.90%. 0.01 1. 10. 100. 1000. Shear rate (1/s). 그림14 Guar gum 용액의 shear rate에 따른 점도 변화.. 표면코팅 처리에 따른 유탕처리 식품의 열/물질 전달 특성 분석 및 이를 통한 유탕처리 중 흡유 저감화 연구. 이수용.indd 321. 321. 2010-04-16 오후 5:18:38.

(16) • 농도에 따른 점도 상승이 관찰됨. 특히, 0.3%에서 0.9%로 농도 상승 시 1log cycle 이상에 해당하 는 점도가 상승됨. • 전체적으로 낮은 shear-rate에서는 점도가 일정한 Newtonian 형태를 보였고, shear-rate가 높아질 수록 점도가 shear rate에 따라 감소하는 shear-thinning현상을 보임. • Newtonian에서 shear-thinning으로 전환되는 shear rate 값이 농도가 증가함에 따라서 낮아짐. • 농도가 증가함에 따라 shear-thinning 정도가 증가함.. 피막처리소재의 동적점탄성(dynamic viscoelasticity) 특성 분석. G’ and G” (Pa). 100. 10. 1. 0.1 0.1. G’ 0.3%. 10. 1 Frequency (Hz) G” 0.3%. G’ 0.6%. G” 0.6%. G’ 0.9%. G” 0.9%. 60. tan ( δ ). 50. 40. 30. 20 0.1. 10. 1 Frequency (Hz) 0.3%. 0.6%. 0.9%. 그림15 xanthan gum 용액의 농도에 따른 동적점탄성(dynamic viscoelasticity).. 322. 이수용.indd 322. 2010-04-16 오후 5:18:38.

(17) • xanthan gum 용액의 점탄성(G’ , G”) 성질은 frequency가 증가하면서 증가하는 즉, frequency 의 존성을 보임. • xanthan gum 용액의 농도가 증가할수록 G’ (storage modulus), G”(loss modulus) 모두가 증가하 였는데 특히, G’ 이 더 많이 증가하여 탄성적인 특성이 확연해짐. 이는 농도 증가에 따라 작아지 는 tan δ(G”/G’ ) 값으로부터도 확인됨.. GÕ and GÓ (Pa). 10. 1. 0.1. 0.01. 0.001. 0.1. 10. 1 Frequency (Hz) GÕ 0.6%. GÓ 0.6%. GÕ 0.9%. GÓ 0.9%. 100. tan ( į). 80. 60. 40. 20 0.1. 10. 1 Frequency (Hz) 0.6%. 0.9%. 그림16 Gellan gum 용액의 농도에 따른 동적점탄성(dynamic viscoelasticity).. 표면코팅 처리에 따른 유탕처리 식품의 열/물질 전달 특성 분석 및 이를 통한 유탕처리 중 흡유 저감화 연구. 이수용.indd 323. 323. 2010-04-16 오후 5:18:38.

(18) 10. G' and G'' (Pa). 1. 0.1. 0.01. 0.001 0.1. 1. 10. Frequency (Hz) G' 0.6%. G'' 0.6%. G' 0.9%. G'' 0.9%. 100. tan ( į ). 80. 60. 40 0.1. 1. 10. Frequency (Hz) 0.6%. 0.9%. 그림17 Guar gum 용액의 농도에 따른 동적점탄성(dynamic viscoelasticity).. 324. 이수용.indd 324. 2010-04-16 오후 5:18:39.

(19) 피막처리소재의 피막코팅에 따른 유탕처리 식품의 흡유량 및 수분함량 분석 • 유탕처리 후 control의 경우 16%에 해당하는 흡유량을 보였으나, xanthan gum 용액으로 피막코 팅 후 흡유량이 11%까지 현격히 감소됨. • 피막코팅된 감자의 경우 유탕처리 후 수분 손실이 적음을 보임. • 유탕처리 중 식품기질 표면의 수분이 증발하고 그 공간을 유지가 차지함으로써 유탕처리 식품 은 흡유량이 증가하게 되는데 즉, 수분함량 손실이 많을수록 흡유량이 증가함. 따라서, 피막코 팅에 따른 유탕처리 중 수분손실 감소가 흡유 저감화를 일으킨 것으로 사료됨. 20 16.05. Oil content (%). 15 11.50. 11.50. 10.80. 0.3%. 0.6%. 0.9%. 55.95. 56.85. 0.3%. 0.6%. 10. 5. 0 con. 60. 59.45. Moisture content (%). 50.20 40. 20. 0 con. 0.9%. 그림18 xanthan gum 피막코팅이 유탕처리 후 흡유량 및 수분함량에 미치는 영향.. 표면코팅 처리에 따른 유탕처리 식품의 열/물질 전달 특성 분석 및 이를 통한 유탕처리 중 흡유 저감화 연구. 이수용.indd 325. 325. 2010-04-16 오후 5:18:39.

(20) 20 15.40. Oil content (%). 15. 12.20 9.90. 10. 9.57. 5. 0 con. Moisture content (%). 60. 51.50. 0.3%. 56.97. 0.6%. 0.9%. 60.53. 61.67. 0.6%. 0.9%. 40. 20. 0 con. 0.3%. 그림19 gellan gum 피막코팅이 유탕처리 후 흡유량 및 수분함량에 미치는 영향.. • gellan gum으로 감자표면을 코팅했을 경우 유탕처리 후 흡유량이 감소했으며 특히, 0.9% gellan gum으로 코팅 시 9.5%에 해당하는 매우 적은 흡유량을 보임. • 피막코팅된 감자의 경우 gellan gum 용액의 농도가 증가할수록 유탕처리 후 수분 손실이 적음 을 보임. • guar gum용액으로 감자 표면을 코팅 후 유탕처리 시 흡유량이 현격히 감소했으며 농도가 증가 할수록 흡유량 감소율도 증가함. 특히, 0.9%의 guar gum 사용 시 control에 비하여 40% 정도 흡 유량이 감소함. • 이러한 흡유량의 감소는 guar gum 사용에 따른 수분 손실 정도의 감소와 연관지을 수 있음.. 326. 이수용.indd 326. 2010-04-16 오후 5:18:39.

(21) 20 14.80 Oil content (%). 15 11.80. 10.30 8.95. 10. 5. 0 con. Moisture content (%). 60. 0.3%. 0.6% 59.10. 51.80. 0.9% 61.95. 54.00. 40. 20. 0 con. 0.3%. 0.6%. 0.9%. 그림 20 guar gum 피막코팅이 유탕처리 후 흡유량 및 수분함량에 미치는 영향. 피막처리소재의 피막코팅에 따른 유탕처리 식품의 표면 색도 분석 • 감자기질을 xanthan gum을 사용하여 피막코팅 처리 후 유탕처리하였고, 얻어진 시료의 표면 색 도를 측정함. • 표 6에서 보여주는 바와 같이 피막코팅처리를 한 시료의 L값이 증가함을 보였고, 이는 xanthan gum 용액의 농도가 증가할수록 더 밝은 색을 보여줌. 아울러, 감자표면을 피막코팅 시 a값이 점점 감소하는 경향을 보였지만 b값의 경우 현저한 상관성을 보이지 않음.. 표면코팅 처리에 따른 유탕처리 식품의 열/물질 전달 특성 분석 및 이를 통한 유탕처리 중 흡유 저감화 연구. 이수용.indd 327. 327. 2010-04-16 오후 5:18:39.

(22) 표 6 xanthan gum 피막코팅이 유탕처리 식품의 표면 색도에 미치는 영향 concentration. L. a. b. Control. 52.3±1.5. -4.8±1.3. 17.7±2.3. 0.3%. 52.6±1.6. -5.9±0.4. 16.3±1.8. 0.6%. 54.2±3.4. -5.7±0.9. 13.8±1.5. 0.9%. 60.7±2.8. -6.9±1.0. 18.3±4.3. 4. 요 약 유탕식품 표면의 피막 처리를 위한 소재 선정 및 유탕처리 공정 확립 • 피막코팅처리를 통한 유탕처리 중 흡유저감을 위하여 식품에 많이 사용되고 있는 hydrocolloid 중 gellan gum, xanthan gum, guar gum을 흡유저감화 피막코팅 소재로서 선정함. • 위 세 가지 hydrocolloids를 사용하여 피막코팅 시 유탕처리 중 열전달 계수를 구하기 위한 유탕 처리 장치를 직접 고안하고 이를 설치함.. 피막처리 소재의 유동학적 특성 분석 • 피막처리 용액의 정상유동특성을 관찰한 결과 0.3% gellan gum은 Newtonian 유체의 형태를 보 였지만 0.6, 0.9%로 농도가 증가할수록 shear-thinning 현상을 보임. 아울러, 이러한 유동특성을 Power-law model과 Cross model에 적용함. • Xanthan gum 용액의 경우 0.3~0.9% 농도 범위에서 점도가 shear rate에 따라 감소하는 shearthinning 현상을 보임. • Guar gum의 경우 낮은 shear rate에서는 Newtonian 유체특성을, 높은 shear rate에서는 shearthinning 현상을 보였으며 농도가 증가할수록 Newtonian과 shear-thinning 사이의 경계가 낮은 shear rate로 이동하는 random-coil polysaccharides 특성을 보여줌. • 농도에 따른 피막처리 소재의 동적유동특성(dynamic viscoelasticity)인 G’ (storage modulus), G” (loss modulus)를 분석한 결과 frequency 의존성을 보였으며 농도가 증가할수록 탄성적인 특성이 현 격히 증가함을 보임.. 유탕처리 중 열전달 및 물질전달 특성 분석 • 감자표면을 0.3, 0.6, 0.9% hydrocolloid 용액으로 코팅 후 유탕처리 중 내부 온도를 측정한 결과 유탕처리 초기 단계에서는 온도가 서서히 증가하였고 대략 30초 이후에 시간에 따라 거의 직선 적인 관계로 온도 증가를 보임.. 328. 이수용.indd 328. 2010-04-16 오후 5:18:39.

(23) • 유탕처리 중 감자의 내부 온도는 100oC에 도달 후 평형상태를 보였는데, 특히 피막처리 용액의 농도가 증가할수록 100oC에 도달하는 시간이 지연됨을 보임. • 유탕처리 중 감자 온도 프로파일 곡선으로부터 열전달 계수를 구한 결과 감자표면을 피막코 팅 시 열전달 계수가 감소함을 보였으며 특히, 피막코팅 용액의 농도가 증가할수록 감소 정도 가 커짐. • 피막코팅 소재에 따른 열전달 계수를 비교 시 xanthan gum과 guar gum은 비슷한 양상을 보였 으나, 이에 비하여 gellan gum 용액으로 피막코팅 시 비교적 높은 열전달 계수를 가짐. • 감자를 기질로 하여 유탕처리 시 감자의 수분함량은 유탕처리 시간에 따라 비교적 직선적 관계 (R2=0.95)로 감소함을 보임.. 피막처리 소재에 따른 식품 기질로의 흡유 패턴 분석 및 식품학적 영향 조사 • 감자를 기질로 하여 위에서 언급된 gellan gum, xanthan gum, guar gum 세 가지 hydrocolloid 용액 을 사용하여 피막코팅을 한 후 유탕처리하여 흡유율 및 수분함량을 분석함. • 피막처리하지 않은 control 감자의 경우 대략 15~16% 정도의 흡유량을 보인 반면 피막코팅 처리 를 했을 경우 현저히 흡유량이 감소함. 특히, 0.9%의 농도에서 xanthan gum은 10.8%, gellan gum 은 9.57%, guar gum은 8.95%의 흡유량을 보였는데 이는 control 대비 각각 33%, 39%, 40%의 흡 유량 감소율에 해당함. • 이와 아울러, 유탕처리 후 각 샘플의 수분함량을 분석한 결과 control이 가장 낮은 수분함량을 보였으며 피막코팅 처리 시 수분함량이 높이 측정됨. 이는 피막처리 소재 용액의 농도가 높아 질수록 현저해져 0.9%의 농도에서 control 대비 xanthan gum은 18.4%, gellan gum은 19.7%, guar gum은 19.6%만큼 많은 수분함량을 가짐. • 이는 유탕처리 중 식품기질 표면의 수분이 증발하고 그 공간을 유지가 차지함으로써 유탕처리 식품은 흡유량이 증가하게 됨. 즉, 수분함량 손실이 많을수록 흡유량이 증가함. 따라서, 피막 코팅에 따른 유탕처리 중 수분손실 감소가 흡유 저감화를 일으킨 것으로 사료됨. • 피막코팅처리에 따른 식품학적 품질 영향분석으로서 유탕처리 후 얻어진 각 시료들의 표면 색 도를 측정한 결과, 피막코팅처리를 할수록 유탕처리 후 더 밝은 표면색을 띠었고 아울러, 피막 코팅처리 용액의 농도가 증가할수록 이 현상은 더욱 더 현저해짐.. 참고문헌 Aguilera, J. M., & Gloria, H. (1997). Determination of oil in fried potato products by differential scanning calorimetry. Journal of Agricultural and Food Chemistr y, 45(3), 781-785.. 표면코팅 처리에 따른 유탕처리 식품의 열/물질 전달 특성 분석 및 이를 통한 유탕처리 중 흡유 저감화 연구. 이수용.indd 329. 329. 2010-04-16 오후 5:18:39.

(24) Akdeniz, N., Sahin, S., & Sumnu, G. (2006). Functionality of batters containing different gums for deep-fat frying of carrot slices. Journal of Food Engineering, 75(4), 522-526. Altunakar, B., Sahin, S., & Sumnu, G. (2004). Functionality of batters containing different starch types for deep-fat frying of chicken nuggets. European Food Research and Technolog y, 218, 318-322. Alvis, A., Vélez, C., Rada-Mendoza, M., Villamiel, M., & Villada, H. t. S. (2009). Heat transfer coefficient during deep-fat frying. Food Control, 20(4), 321-325. Budzaki, S., & Seruga, B. (2005). Determination of convective heat transfer coefficient during frying of potato dough. Journal of Food Engineering, 66(3), 307-314. Costa, R. M., Oliveira, F. A. R., Delaney, O., & Gekas, V. (1999). Analysis of the heat transfer coefficient during potato frying. Journal of Food Engineering, 39(3), 293-299. Dana, D., & Saguy, I. S. (2006). Review: Mechanism of oil uptake during deep-fat frying and the surfactant effecttheory and myth. Advances in Colloid and Inter f ace Science, 128-130, 267-272. Dogan, S. F., Sahin, S., & Sumnu, G. (2005). Effects of batters containing different protein types on the quality of deep-fat-fried chicken nuggets. European Food Research and Technolog y, 220(5), 502-508. Farinu, A., & Baik, O.-D. (2005). Deep fat frying of foods - transport phenomena. Food Reviews International, 21(4), 389-410. Farkas, B. E., & Hubbard, L. J. (2000). Analysis of convective heat transfer during immersion frying. Dr ying Technolog y, 18, 1269-1285. Fiszman, S. M., & Salvador, A. (2003). Recent developments in coating batters. Trends in Food Science & Technolog y, 14(10), 399-407. Funami, T., Funami, M., Tawada, T., & Nakao, Y. (1999). Decreasing oil uptake of doughnuts during deep-fat frying using curdlan. Journal of Food Science, 64(5), 883-888. Garayo, J., & Moreira, R. (2002). Vacuum frying of potato chips. Journal of Food Engineering, 55(2), 181-191. Mehta, U., & Swinburn, B. (2001). A review of factors affecting fat absorption in hot chips. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 41(2), 133-154. Morris, E. R. (1989). Polysaccharide solution properties: origin, rheological characterization and implications for food systems. In R. P. Millane, J. N. Bemiller, & R. Chandrasekaran. Frontier in carbohydrate research-1: f ood applications (pp. 132-163). New York: Elsevier. Saguy, I. S., & Pinthus, E. J. (1995). Oil uptake during deep-fat frying: Factors and mechanism. Food Technolog y, 49(4), 142-145. Sahin, S., Sastry, S. K., & Bayindirli, L. (1999). Heat transfer during frying of potato slices. Lebensmittel-Wissenschaf t und -Technologie, 32(1), 19-24. Sahin, S., Sumnu, G., & Altunakar, B. (2005). Effects of batters containing different gum types on the quality of deep-fat fried chicken nuggets. Journal of the Science of Food and Agriculture, 85, 2375-2379. YildIz, A., Koray Palazoglu, T., & Erdogdu, F. (2007). Determination of heat and mass transfer parameters during frying of potato slices. Journal of Food Engineering, 79(1), 11-17. Yoon, W. B., & Gunasekaran, S. (2009). Investigation of linear viscoelastic properties of xanthan-carob mixture in sol and gel states. Food Science and Biotechnolog y, 18(3), 618-623.. 330. 이수용.indd 330. 2010-04-16 오후 5:18:40.

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