참살이 식품에 대한 관심이 증가되며 착유 및 착즙 기술에 관심이 집중되고 있으나, 이 과정에서 취성파괴나 조직의 변화 및 성분 변화가 야기될 수 있어서 본 논문에서는 비가열식 압출방법의 한계를 개선하고자 한다. 본 연구는 기존의 식물 씨앗 착유 방법의 한계를 극복하기 위해 초음파를 이용한 부가 에너지를 적용하여 착유 효율을 개선하는 것을 목표로 한다. 기존의 압착방식에 의한 착유 방식에 란주반형 트랜스듀서로부터 방사되는 초음파 신동에 의한 압력을 부가한 결과, 단순 압착 정압의 약 2.8%에 불과하였으나 초음파 주기에 따른 압력의 변화는 착유 효율 증가에 매우 효과적이었다.
<h1>요약</h1> <p>본 연구에서는 식물의 씨로부터 착유하는 기존의 착유방법에 있어서 착유 효율의 한계를 개선하기 위하여 초음파를 이용한 부가 에너지의 적용 가능성을 실험적으로 확인 하였다. 그 결과, 기존의 압착방식에 의한 착유 방식에 란주반형 트랜스듀서로부터 방사되는 초음파 진동에 의한 압력을 부가함으로써 기존의 단순압착 방식의 착유효율이 \( 15 \% \)인 경우 \( 25 \% \)로 증가하여 적지 않은 효율의 증가를 보였다. 초음파에 의한 부가 압력을 해석하기 위하여 착유시료의 음향임피던스 및 초음파 트랜스듀서의 진동속도를 측정하여 방사되는 초음파의 음압진폭을 구한 결과 단순압착 정압의 약 \( 2.8 \) \%에 불과했으나 초음파 주기에 따른 압력의 변화는 착유효율증가에 매우 효율적임을 확인할 수 있었다.</p> <h1>I. 서 론</h1> <p>최근 참살이 (웰빙)식품에 대한 관심이 증가됨에 따라 식물로부터의 착유 혹은 착즙의 기술에 대한 관심이 집중되고 있다. 일반적으로 식물의 씨앗으로부터 기름 혹은 액즙을 얻기 위해서는 열을 가하여 표피 및 세포막의 수분을 제거함으로써 가압시 취성파괴가 쉽게 일어나게 하여 내부의 액즙을 용이하게 얻어내고 있다. 그러나 이 과정에서 가열된 씨앗은 조직의 변화 및 성분변화를 야기할 수 있다. 가열하지 않은 씨앗에 대하여 분쇄 및 단순 압출시 착유방법으로는 섬유질에 포함된 수분과 점성에 의해 내부의 액즙 및 유액이 용이하게 추출되기 어려워 착유효율이 매우 떨어지게 된다. 본 연구에서는 이러한 비가열식 압출방법의 한계를 개선하기 위하여 초음파를 이용한 부가 에너지의 적용가능성을 실험적으로 조사하였다.</p> <h1>II. 초음파에 의한 부가 압력</h1> <p>시판되고 있는 착유장치 (녹즙기 등)에 의한 식물의 씨앗으로부터 착유되는 과정은 분쇄 및 입출의 과정으로 이루어어지는 것이 일반적이다. 1차 분쇄된 식물의 씨앗은 쌍으로 이루어진 기어 사이에서 압착과 진행과정을 거쳐 금속 그물에 의해 착유된다. 이 과정 중 압착의 과정에 가해지는 기계적인 압력의 크기는 한계가 있어 초음파에 의한 반복적인 압력을 부가하여 착유효과를 개선할 수 있다. 즉, 압착과정에서의 기계적인 정압의 크기를 \( p_ { 0 } \)라 두고 초음파 음압의 진폭을 \( p_ { s } \)라 두면 피착유 매질에 가해지는 총 압력은 다음과 같이 된다.</p> <p>\( p_ { t } = p_ { 0 } + p_ { s } e ^ { j u t } \)<caption>(1)</caption></p> <p>여기서 \(t\)는 시간, \( \omega \)는 각속도로, 초음파 트랜스듀서의 구동주파수를 \( f \)라 할 때 \( 2 \pi f \)로 주어진다. 이 관계는 트랜스듀서의 진동면에 있어서의 입자진동속도로 나타내면 다음과 같이 나타낼 수 있다.</p> <p>\( p_ { t } =p_ { 0 } + Z_ { s } u_ { s } e ^ { j \omega t } \)<caption>(2)</caption></p> <p>단, 여기서 \( Z_ { s } \frac {\text { } } { } \)는 착유매질의 음속을 \( c_ { s } \), 밀도를 \( \rho_ { s } \)라 두었을 때 특성 음향임피던스로, \( Z_ { s } = \rho_ { s } c_ { s } \)로 나타낼 수 있다. 또 \( u_ { s } \)는 진동속도의 진폭이다. 일반적으로 란주반 형 (Langevin type)의 초음파 트랜스듀서는 착유매질의 음향임피던스에 비해 충분히 큰 음향임피던스를 갖는 금속의 헤드메스 (Head mass)를 갖기 때문에 진동속도는 매질에 영향을 받지 않고 일정하다고 볼 수 있다. 즉, 공기 중에서 진동할 때의 진동속도 진폭을 \( u_ { 0 } \)라 두면 \( u_ { s } \approx u_ { n } \)이다.</p>