Effect of Grain Size and Drying Temperature on Drying Characteristics of Soybean (Glycine max) Using Hot Air Drying

The effects of drying temperature on drying characteristics of soybeans with different grain sizes [6.0 (S), 7.5 (M), and 9.0 mm (L) (${\pm}0.2$)] with 25.0% (${\pm}0.8$) initial moisture content were studied. Drying temperatures varied at 25, 35, and $45^{\circ}C$, with a constant air velocity (13.2 m/s). Thin-layer drying models were applied to describe the drying process of soybeans. The Midilli-Kucuk model showed the best fit ($R^2$ >0.99). Based on the model parameters, drying time to achieve the target moisture content (10%) was successfully estimated. Drying time was strongly dependent on the size of soybeans and the drying temperature. The effective moisture diffusivity ($D_{eff}$) was estimated by the diffusion model based on Fick's second law. $D_{eff}$ values increased as grain size and drying temperature increased due to the combined effect of high temperatures and high drying rates, which promote compact tissue. Deff values of S, M, and L estimated were in the range of $0.83{\times}10^{-10}$ to $1.51{\times}10^{-10}m^2/s$, $1.17{\times}10^{-10}$ to $2.17{\times}10^{-10}m^2/s$, and $1.53{\times}10^{-10}$ to $2.95{\times}10^{-10}m^2/s$, respectively, whereas activation energy ($E_a$) based on drying temperature showed no significant differences in the size of soybeans.

열풍건조 시의 건조 온도와 입경에 따른 콩(Glycine max)의 건조 특성

입경과 건조 온도에 따른 수분 함량의 변화에 대한 연구를 수행하고 콩의 건조 특성을 박층 건조 모델을 적용하여 설명하였으며, Midilli-Kucuk 모델이 콩의 열풍건조를 서술하기에 가장 적합하였다($R^2$ >0.99). 입경을 달리한 S, M, L 군 모두에서 건조 온도가 증가할수록 건조 속도가 증가하였으며, 같은 건조 온도에서 입경이 증가할수록 건조 속도가 감소하였고, 초기 수분 함량(25%)으로부터 목표 수분 함량(10%)까지 건조시키기 위해 25, 35, $45^{\circ}C$ 건조에서 L군과 S군의 필요 건조 시간은 1,160분과 787분, 598분과 391분, 405분과 260분을 나타내어 건조 온도뿐 아니라 입경 역시 콩의 열풍건조를 위해 반드시 고려되어야 함을 확인하였다. 유효 수분확산도는 Fick's second law를 사용하여 평가되었다. 유효 수분확산도는 입경이 증가하고 건조 온도가 증가할수록 증가하였으며, 콩의 크기에 따른 콩의 온도 증가와 건조속도 증가에 의한 다공성 조직의 수축이 수분확산도의 차이를 유도하였음을 확인할 수 있었다. S, M, L 군의 유효 수분확산도는 각각 $0.83{\times}10^{-10}{\sim}1.51{\times}10^{-10}m^2/s$, $1.17{\times}10^{-10}{\sim}2.17{\times}10^{-10}m^2/s$, $1.53{\times}10^{-10}{\sim}2.95{\times}10^{-10}m^2/s$의 범위를 나타내었다. 이는 대부분의 식품 및 bioproduct의 수분확산도 범위 내에 속했다. 활성화 에너지($E_a$)는 건조 온도로부터 Arrhenius 식을 사용하여 평가되었다. 열풍건조에서 콩의 $E_a$는 24.73 kJ/mol의 값을 나타냈으며, 입경에 따른 유의적 차이는 없었다.