본 연구는 미강의 화학적 특성에 대한 압출성형의 효과와 미강과 옥수수 섬유질로부터 수용성 아라비노자일란의 추출을 위한 압출성형 공정의 최적 조건을 설정하고자 하였다.
수분주입량에 따른 압출성형 미강의 화학적 특성을 알아보고자 압출성형 조건은 수분주입량을 30, 40, 50%로 조절하였으며 스크루 회전속도와 용융물의 온도를 각각 200 rpm, 140℃로 고정하여 압출성형 하였다. 또한 스크루 회전속도에 따른 변화를 알아보기 위해 스크루 회전속도를 200, 250, 300 rpm으로 조절하였고, 수분함량과 용융물의 온도는 각각 30%와 140℃로 고정하였다. 미강의 일반성분 함량은 원료에 비해 대체적으로 감소하였고, 항산화 활성은 증가하였다. 수분주입량이 30에서 50%로 증가할수록 조회분 함량은 증가하였다. 조지방과 조단백질함량, 전분함량은 일정한 패턴을 보이지 않았지만 원료보다 감소하였다. 미강의 항산화 활성의 경우 수분함량이 30에서 50%로 증가할수록, 스크루 회전속도가 200에서 300 rpm으로 증가할수록 총 페놀함량, 플라보노이드 함량, DPPH에 의한 전자공여능이 증가하였다.
미강과 옥수수 섬유질로부터 수용성 아라비노자일란의 추출율을 증가시키기 위한 최적의 압출성형 조건을 수립하기위해 압출성형 공정 조건 중 수분함량(X1), 스크루 회전속도(X2), 배럴온도(X3)를 독립 변수로 하고 미강과 옥수수 섬유질의 residual solid, gum의 수율과 각각의 수용성 아라비노자일란의 추출율에 대한 분석을 종속 변수로 하였다. 그 결과 미강의 경우 gum의 수율은 모든 조건에서 ERB가 RB보다 높았다. 반응표면 분석 결과 두 조건 모두 스크루 회전속도가 유의하게 영향을 주었고, residual solid의 경우 수분함량 역시 유의한 영향을 나타내었다. 이때의 R² 값은 0.8543-0.9047로 양호한 값을 나타내었다.
미강의 수용성 아라비노자일란 추출율에 대한 분석의 경우 residual solid와 gum에서 모두 ERB가 RB보다 높은 값을 나타내었다. 배럴온도가 두 조건에서 모두 유의한 영향을 나타내었으며 residual solid의 경우 스크루 회전속도도 유의하게 영향을 주었다. R² 값은 0.9325-0.9127로 높은 값을 나타내었으며 5% 이내에서 유의성이 인정되었다.
본 연구 결과에 따르면 미강의 gum의 수율의 최대화를 위한 최적의 압출성형 조건은 수분함량 38%, 스크루 회전속도 180 rpm, 배럴온도 126°C이고, gum의 수용성 아라비노자일란의 추출을 위한 최적의 압출성형 조건은 수분함량 38%, 스크루 회전속도 336 rpm, 배럴온도 121°C인 것으로 나타내었다.
옥수수 섬유질의 경우 residual solid와 gum의 수율은 모든 조건에서 ECF가 CF보다 높았다. 반응표면 분석 결과 두 조건 모두 수분함량이 유의하게 영향을 주었고, gum의 경우 스크루 회전속도 역시 높은 유의성을 나타내었다. 이때의 R² 값은 0.8578-0.9283으로 양호한 값을 나타내었다.
옥수수 섬유질의 수용성 아라비노자일란 추출율에 대한 분석의 경우 residual solid와 gum에서 모두 ECF가 CF보다 높은 값을 나타내었다. Residual solid의 경우 수분함량과 배럴온도가 유의한 영향을 나타내었으며 gum의 경우 모든 조건에서 유의성이 나타내었다. R² 값은 0.9334-0.9528로 높은 값을 나타내었으며 residual solid는 1%, gum은 5% 이내에서 유의성이 인정되었다.
본 연구 결과에 따르면 미강과 옥수수 섬유질 gum의 수율을 위한 최적의 압출성형 조건은 각각 수분함량 38, 30% 스크루 회전속도 180, 160 rpm, 배럴온도 126, 133°C이고, 미강과 옥수수 섬유질 gum의 수용성 아라비노자일란의 추출을 위한 최적의 압출성형 조건은 각각 수분함량 38, 45%, 스크루 회전속도 336, 258 rpm배럴온도 121, 140°C인 것으로 나타내었다.
모든 조건에서 높은 R² 값과 낮은 변동계수를 나타내 회귀분석의 타당성을 인정받았으며, 분산 분석 결과 적합성 결여의 P-value가 0.05보다 높은 값을 나타내 모델의 유의성이 인정되어 본 연구의 반응표면 분석의 결과가 양호한 것으로 나타내었다.
이상의 연구결과에서 압출성형공정과 화학적 추출 방법이 미강과 옥수수 섬유질로부터 수용성 아라비노자일란을 추출하는데 적절한 방법 중 하나라는 것을 반응표면 분석을 통해 검증되었다.

This study was to determine the effect of extrusion conditions on proximate composition and antioxidant activity of extruded rice bran (ERB), and also to investigate the optimum conditions to maximize extracted soluble arabinoxylan of ERB and extruded corn fiber (ECF).
Moisture content (30, 40 and 50%) influence proximate composition by decreasing crude protein, crude fat and total starch but increasing crude ash of ERB than rice bran(RB). Moisture content and screw speed (200, 250 and 300 rpm) also influence antioxidant activity by increasing total phenolic compound, flavonoid and DPPH radical scavenging activity of ERB than RB.
The effect of moisture content, screw speed and barrel temperature on soluble arabinoxylan content by chemical extraction from ERB and ECF including its optimization was investigated. The yield of gum in ERB and ECF was higher than RB and corn fiber (CF). Moreover, the soluble arabinoxylan content of residual solid and gum in ERB and ECF was higher than RB and CF.
The Box Behnken design was used to investigate the effect of extrusion conditions. Statistical analysis revealed that the independent variables considered screw speed had a significant effect on yield of gum and residual solid. In addition, the effect of barrel temperature was significant on soluble arabinoxylan of gum and residual solid.
The optimal extrusion conditions of ERB and ECF were monitored with response surface methodology (RSM), polynomial equations and correlation coefficients. The optimum extrusion pretreatment conditions of feed moisture content 38, 30%, screw speed 180, 260 rpm and barrel temperature 126, 133°C have resulted in maximum gum yield of ERB and ECF, respectively. Furthermore, the optimum extrusion conditions in order to extract maximum soluble arabinoxylan content of gum and residual solid of ERB were moisture content 34, 43%, screw speed 335, 230 rpm and barrel temperature 121, 152°C, respectively. In ECF, moisture content 25, 45%, screw speed 255, 258 rpm and barrel temperature 139, 140°C, respectively on maximum soluble arabinoxylan content of ECF gum and residual solid.
This study clearly showed the combination of chemical extraction with extrusion pretreatment had a potential to increase level of gum yield and soluble arabinoxylan content from ERB and ECF by RSM.