사출구 구조와 탄산가스 주입이 옥수수 압출성형물의 물리적 특성에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

사출구의 기하학적 구조와 탄산가스 주입량이 압출성형물의 물리적 특성에 미치는 영향과 함께 일반적인 압출성형과 탄산가스주입 압출성형 공정을 비교 분석하기 위해 사출구의 기하학적 구조를 사출구상수로 산출하여 사출구상수와 수분함량, 용융물의 온도, 탄산가스 주입량에 따른 압출성형물의 물리적 특성을 분석하였다. 압출성형 공정변수는 수분함량(20, 25, 30%), 용융물의 온도(95, 110, 130℃), 스크루 회전속도(150, 200 rpm), 원료 투입량(100, 120 g/min), 탄산가스 주입량(0, 100, 200 mL/min), 사출구 길이(2, 5 mm), 내벽에서 좁아지는 각(57, 95°)이였다. 비기계적 에너지 투입량은 일반적인 압출성형이 탄산가스주입 압출성형공정보다 높았다. 또한 직경팽화율은 일반적인 압출성형과 탄산가스주입 압출성형공정 모두 내벽에서 좁아지는 각이57°일 때 95°보다 높은 경향을 나타냈으며, 탄산가스 주입 압출성형에서 탄산가스 주입량을 0 mL/min에서 200 mL/min으로 증가함에 따라 직경팽화율은 증가하였고, 탄산가스주입 압출성형은 일반적인 압출성형보다 낮은 직경팽화율을 나타냈다. 수분함량이 증가할수록 비길이는 증가했으며, 탄산가스 주입량이 증가할수록 비길이는 증가하는 경향을 나타냈다. 일반적인 압출성형에서 내벽에서 좁아지는 각이 95°일 때 57°보다 낮은 밀도, 낮은 파괴력과 겉보기 탄성계수를 나타냈으며, 탄산가스주입 압출성형에서는 사출구 상수가 낮을 때 밀도와 파괴력, 겉보기 탄성계수는 낮은 경향을 나타냈다. 압출성형물의 미세구조를 관찰하였을 때 일반적인 압출성형은 내벽에서 좁아지는 각이 57°일 때 95°보다 기공의 수가 많았으나 탄산가스 주입 압출성형은 내벽에서 좁아지는 각이 95°일 때 57°보다 기공의 수가 많았다. 또한 탄산가스 압출성형물은 일반적인 압출성형물 보다 색차가 컸으며, 일반적인 압출성형 공정에서 수분함량이 감소함에 따라 수분용해지수는 증가하고 수분흡착지수는 감소하였다. 또한 탄산가스주입 압출성형 공정에서 탄산가스 주입량이 0 mL/min 에서 200 mL/min증가할수록, 온도가 95℃에서 110℃로 증가하였을 때 수분흡착지수와 수분용해지수는 증가하는 경향을 나타냈다. 일반적인 압출성형 공정에서는 저온최고점도가 나타난 반면, 탄산가스주입 압출성형에서는 저온최고점도가 나타나지 않았으며, 탄산가스주입 압출성형은 일반적인 압출성형에 비하여 높은 페이스트 점도를 나타냈다. 결론적으로 일반적인 압출성형 공정은 높은 팽화율과 낮은 밀도, 좋은 조직감으로 팽화스낵 제조에 좋은 공정으로 고려되며, 탄산가스주입 압출성형공정은 비교적 낮은 온도, 낮은 전단력의 공정으로 야채나 과일 등을 혼합시켜 영양성분을 강화시켜 압출성형 할 때 적절한 공정으로 사료된다. 또한 사출구의 기하학적 구조를 조절하여 압출성형물의 물리적 특성을 조절할 수 있음을 알 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The objective of this study was to compare the effect of die geometry and carbon dioxide injection on physical properties of extruded corn flour from conventional extrusion and carbon dioxide injection extrusion. The extrusion variables were moisture content of 20, 25 and 30%; melt temperature of 95, 110 and 130℃; screw speed of 150 and 200 rpm; feed rate of 100 and 120 g/min; carbon dioxide gas flow rate of 0, 100 and 200 mL/min. Die dimension was length (2, 5 mm) and tapered angle (57, 95°) of die hole. The SME input from conventional extrusion was higher than those of carbon dioxide injection extrusion. The sectional expansion of corn flour extrudate from conventional and carbon dioxide injection extrusion was higher at 57° tapered angle than those of 95° tapered angle. Also sectional expansion was increased with increasing carbon dioxide injection flow rate from 0 mL/min to 200 mL/min. The extruded corn flour from carbon dioxide injection extrusion was lower the sectional expansion than those of conventional extrusion. The specific length was increased with increase in moisture content. The extruded corn obtained from 95° tapered angle by conventional extrusion had lower density, breaking strength and apparent elastic modulus than those of 57° tapered angle. The lower die constant showed lower in density, breaking strength and apparent elastic modulus with carbon dioxide injection extrusion. The microstructure of the extruded corn flour with conventional extrusion had numerous air cell at 57° tapered than those of 95° tapered angle. The extruded corn from carbon dioxide injection extrusion had a larger number of pore at 95° tapered than those of 57° tapered angle. In addition, the corn flour extrudate with carbon dioxide injection extrusion gave a higher color different value comparing with conventional extrusion. Decreasing in moisture content from 25% to 20% was caused increase in WSI and decrease in WAI. Furthermore, WSI and WAI were increased with increase in carbon dioxide gas flow rate from 0 mL/min to 200 mL/min and melt temperature from 95℃ to 110℃. The cold peak viscosity was only presented with extruded corn from conventional extrusion. The extruded corn from carbon dioxide gas injection extrusion was higher paste viscosity than those of conventional extrusion. In conclusion, conventional extrusion was the great process for making puffed snack, which its was produced higher in sectional expansion, lower in density and good texture. The extrusion with carbon dioxide is an inexpensive way of incorporating nucleated gas bubbles to expand the product at lower extrusion temperatures, and lower shear and also reduce the loss of nutritional quality in extruded cereal product. Also, extrudate of physical properties was controled to regulate die geometry, carbon dioxide gas flow rate, moisture content and temperature of melt.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 재료 및 방법 4
• 1. 설험재료 4
• 2. 압출성형 및 사출구 구조 4
• 1) 압출성형 4
• 2) 사출구 구조 7
• 3. 물리적 특성 10
• 1) 비기계적 에너지 투입량 10
• 2) 직경팽화율 10
• 3) 비길이 10
• 4) 체적밀도 11
• 5) 파괴력과 겉보기탄성계수 11
• 6) 미세구조 12
• 7) 색도 12
• 8) 수분흡착지수와 수분용해지수 13
• 9) 페이스트 점도 14
• Ⅲ. 결과 및 고찰 15
• 1) 비기계적 에너지 투입량 15
• 2) 직경팽화율 18
• 3) 비길이 22
• 4) 체적밀도 27
• 5) 파괴력과 겉보기탄성계수 33
• 6) 미세구조 37
• 7) 색도 42
• 8) 수분흡착지수와 수분용해지수 47
• 9) 페이스트 점도 54
• Ⅳ. 요약 59
• Ⅴ. 참고문헌 61
• Abstract 68