Effect of Screw Configurations and Process Parameters on Characteristics of Wheat Bran Extrudates

스크류 조합과 공정변수 조절에 따른 밀기울 압출물의 특성

Target parameters such as water solubility index (WSI), intrinsic viscosity (IV), water holding capacity (WHC), oil holding capacity (OHC), soluble dietary fiber (SDF) and microstructure were investigated on three different screw configurations during twin-screw extrusion of wheat bran. WSI of raw wheat bran (RWB) was 13.7%, while that of extrudates ranged $16.3{\sim}23.2%$ when extruded using screw configurations with 5 reverse screw elements (RSE). It was found that the moisture content of RWB greatly affected WSI of extrudates. IV of wheat bran extrudates increased from 10.6 ml/g of RWB to $37.86{\sim}44.37\;ml/g$ of extrudates extruded using 3, 4 and 5 RSE, whose trend was highly related to the moisture content of RWB and the extrusion pressure. Multiplication of IV and soluble solid (SS) content exhibited good correlation $(R^2=0.85)$ with specific mechanical energy (SME). The results suggested that SS and molecular size are an important factor governed by the SME in solubilization of wheat bran. WHC increased with increasing feed rate and moisture content, while OHC decreased. SDF increased from 2.68% of RWB to $4.32{\sim}6.48%$ of extruded wheat bran, indicating the significant breakdown of cell wall components. Microstructure of the extrudates showed the distinct patterns of degradation and solubilization of cell wall structure, depending on the moisture content of RWB.

밀기울의 압출가공시 스크류의 조합과 공정변수 조절에 따른 압출물의 특성을 나타내는 target parameters(수분용해지수, 압출물의 고유점도, 보수력과 보유력, 식이섬유, 압출물의 미세구조)의 변화를 연구하였다. 수분용해지수(WSI)는 원료의 수분함량에 가장 큰 영향을 받았고, 역방향 스크류(RSE)를 5개 사용한 경우 밀기울이 13.7%인 것에 비하여 압출물은 $16.3{\sim}23.2%$의 범위로 높은 WSI를 보였다. 밀기울 압출물의 고유점도는 RSE가 $3{\sim}5$개로 증가할수록 높아져 원료 밀기울이 10.6 ml/g인 것에 비하여 $37.86{\sim}45.44\;ml/g$의 수준으로 증가하였으며, 원료의 수분함량과 압출압력에도 큰 영향을 받았다. 고유점도(IV) X 수용성 고형분(SS)의 무차원 변수와 기계적 에너지 소모율(SME)과의 관계는 높은 상관관계$(R^2=0.85)$를 보여 밀기울 세포벽 수용화 반응에 SS와 분자량 크기의 상관관계가 SME에 의하여 지배받는 인자임이 확인되었다. 압출물의 보수력은 원료의 공급량과 수분함량이 높을수록 원료 밀기울보다 높은 값을 보였고, 보유력은 원료 밀기울에 비하여 낮았다. 압출물의 수용성 식이섬유는 원료의 수분함량이 적은 조건에서 $4.32{\sim}6.48%$의 분포를 보여 원료 밀기울 2.68%보다 크게 증가하였다. 이는 압출공정이 밀기울 세포벽의 수용화에 효과적으로 작용하였음을 의미한다. 압출물의 미세구조는 원료의 수분함량에 따라서 붕괴와 용융정도의 차이를 보여 주었다.