• 제목/요약/키워드: Heat Equation

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김치 동결시의 물리적 특성 및 동결시간 예측 모델 개발 (Development of Freezing Time Prediction Model and Thermo-physical Properties of Frozen Kimchi)

  • 정진웅;김병삼;김종훈
    • 한국식품저장유통학회지
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    • 제10권2호
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    • pp.125-130
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    • 2003
  • 본 연구에서는 냉동처리한 김치의 동결에 따른 물리적 특성을 조사하고 적정 동결시간을 예측하기 위한 모델을 개발하였다. 김치의 동결 전후의 밀도를 부피에 대한 중량의 비로 산정한 결과 김치의 밀도는 1001.9$\pm$0.03 kg/㎥(동결전), 987.0$\pm$0.07 kg/㎥(동결후)이었고 김치의 체적팽창은 4.67%(-15$^{\circ}C$)이었다. 김치의 빙결점은 양념액에서 -2.5$^{\circ}C$, 고형분은 -4.$0^{\circ}C$로 측정되었다. 김치의 빙결율은 -5.$0^{\circ}C$일 때 약 50%이상, -1$0^{\circ}C$일 때 약 75% 이상, -$25^{\circ}C$일 때 약 90% 수준이었다 시료의 초기온도( $X_1$), 시료의 두께( $X_2$)와 시료의 초기빙결점에서 동결매체 온도사이의 차의 역수( $X_3$) 및 표면열전달계수의 역수( $X_4$)를 독립변수로 하고 동결시간(Y)을 종속변수로 설정하여 다중회귀 분석을 실시한 결과, $Y_{kimchi}$=3.856 $X_1$+13982.8 $X_2$+8305.166 $X_3$+ 3559.181 $X_4$-639.189($R^2$=0.9632)의 방정식을 구하였다. 이 식은 기존의 모델에 비해 측정치와 예측치가 비교적 유사한 것으로 나타났으며, 평균 절도오차도 10% 수준이었다.

화재시 축력비에 따른 매입형 합성기둥의 내화성능에 대한 해석적 연구 (An Analytical Study on Encased Steel Composite Columns Fire Resistance According to Axial Force Ratio)

  • 김예솜;최병정
    • 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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    • 제24권1호
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    • pp.97-107
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    • 2020
  • 본 연구에서는 화재시 매입형 합성기둥의 높은 축력비에 따른 내화성능을 알아보기 위해 유한요소해석 프로그램(ANSYS)을 통한 해석을 실시하였다. 온도에 따른 응력-변형률 곡선을 적용하여 ASTM E 119 가열곡선과 축력비 0.7, 0.6, 0.5에 따른 과도상태 열전달해석 및 정적구조해석을 실시하였으며, 해석조건과 동일한 조건에서의 재하가열실험을 실시하였다. 또한, 기준식(Eurocode 4)에 따라 가열시간에 따른 합성기둥의 공칭압축강도를 산정하고, 축력비로 나타내어 해석값 및 실험값과 비교하였다. 해석 및 실험과 기준(Eurocode 4)을 통해 가열시간에 따른 단면별 온도분포를 확인하고, 이에 따른 내화성능을 측정해 비교분석하였다. 유한요소해석 결과 축력비 0.5에서는 내화시간 180분으로 실험값과 유사한 값이 도출된 반면, 축력비 0.6, 0.7에서 내화시간 150분과 60분이 도출되어 실험결과에 비해 다소 높은 결과가 도출된 것을 알 수 있었다. 그리고 기준식(Eurocode 4)에 따라 산정한 축력비에 따른 내화시간이 실제 실험값에 비해 다소 낮게 평가하고 있다는 것을 확인하였다. 그러나 축력비 0.7에서는 기준(Eurocode 4)이 실험값에 비해 다소 높게 평가하는 것을 확인하였다. 이에 따라 고축력에서의 매입형 합성기둥의 내화특성(시간-축력비 관계)을 확인하고, 도출된 매입형 합성기둥의 실험 및 해석데이터를 Eurocode기준의 검증의 자료로 활용할 수 있을 것으로 보인다.

Landsat 8 위성영상과 AWS 데이터를 이용한 서울특별시의 지표면 온도 분포 분석 (Distribution Analysis of Land Surface Temperature about Seoul Using Landsat 8 Satellite Images and AWS Data)

  • 이종신;오명관
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제20권1호
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    • pp.434-439
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    • 2019
  • 최근 지구온난화로 인한 기상이변, 도시화로 인한 도심의 열섬현상 등으로 도시 온도변화 및 지표면 온도 변화에 대한 관심이 증대되고 있다. 우리나라에서는 1904년부터 현재까지 기온, 강수량 등 기상 데이터를 수집하고 있다. 최근에는 종관기상관측장비(ASOS; Automated Surface Observing System) 96개소, 방재기상관측장비(AWS) 494개소의 지상기상관측망을 운영하고 있다. 그러나 지상관측망의 경우 각 설치 지점에 대한 점 데이터를 제공하고 있으므로, 측정 지점을 제외한 곳의 지상기상 데이터는 보간법을 통해 예측하고 있는 상황이다. 이에 본 연구에서는 지상의 지표면 온도 측정의 해상도를 향상시키기 위해 위성영상을 이용한 지표면 온도를 산출하고, 그 활용 가능성을 분석하고자 하였다. 이를 위해 서울특별시를 대상으로 Landsat 8 OLI TIRS의 위성영상을 계절별로 획득하고, 열적외 밴드에 NASA식을 적용하여 지표면 온도로 변환하였다. 지상의 측정 자료는 AWS를 통해 측정한 기온 데이터를 활용하였다. AWS 기온 데이터는 관측소 기반의 점 데이터이므로, Landsat 영상과의 비교를 위해 크리깅 보간법으로 보간을 수행하였다. 위성영상기반의 지표면 온도와 AWS 기온 데이터를 비교한 결과 계절에 따른 온도차는 RMSE값을 바탕으로 가을, 겨울, 여름, 봄의 순서로 Landsat 위성영상의 적용 가능성을 판단할 수 있었으며, 위성영상의 시기별 평균온도와 AWS 온도 사이에는 최대 평균 $2.11^{\circ}C$이내, 최대 RMSE ${\pm}3.84^{\circ}C$인 것을 감안하면 정확도 향상을 위해 NASA식에 보정값이 필요하다는 것을 알 수 있었다.

활성탄에 의한 작용기가 다른 염료의 흡착: 파라미터 및 경쟁 흡착 (Adsorption of Dyes with Different Functional Group by Activated Carbon: Parameters and Competitive Adsorption)

  • 이종집
    • 공업화학
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    • 제33권2호
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    • pp.151-158
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    • 2022
  • 본 논문은 활성탄에 의해 작용기가 다른 말라카이트 그린(MG), 다이렉트 레드 81 (DR 81) 및 티오플라빈 S (TS)의 흡착에 대한 파라미터 특성(PH 효과, 등온선, 동역학 및 열역학 파라미터) 및 염료의 경쟁 흡착에 대해 조사하였다. Langmuir, Freundlich 및 Temkin 등온선 모델을 사용하여 염료의 흡착 메커니즘 및 활성탄에 의한 흡착 처리의 적합성을 평가했다. Langmuir 무차원 분리 계수 값은 활성탄에 의한 세 가지 염료의 흡착 처리가 효과적인 방법임을 나타내었다. 활성탄에 대한 세 가지 염료의 흡착 메커니즘은 Temkin 식에서 계산된 흡착열로부터 물리 흡착임을 확인하였다. 세 가지 염료의 흡착 동역학은 유사 2차 모델에 가까웠으며 잘 일치함을 보여주었다. 활성탄에 의한 세 가지 염료의 흡착 과정의 속도 지배 단계는 입자내 확산이었다. 양의 엔탈피와 엔트로피 변화는 각각 흡열 반응과 고액계면에서 흡착에 의한 무질서도가 증가함을 나타내었다. 세 가지 염료의 음의 Gibbs 자유 에너지 값은 온도가 증가함에 따라 자발성이 높아지는 것을 나타냈다. 삼성분 경쟁흡착에서 흡착능력이 높은 MG는 혼합용액에서 DR 81과 TS에 의해 약간의 방해를 받았으나, 흡착능력이 낮은 DR 81과 TS는 흡착력이 좋은 MG의 영향을 받아 흡착률이 크게 증가하였다.

곡선 강박스거더교의 온도거동 분석을 위한 온도분포 예측기법에 관한 연구 (A Temperature Predicting Method for Thermal Behaviour Analysis of Curved Steel Box Girder Bridges)

  • 조광일;원정훈;김상효;여영건
    • 대한토목학회논문집
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    • 제28권1A호
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    • pp.105-113
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    • 2008
  • 곡선 강박스거더교는 부분적인 일사에 의해 교량단면에 불균등한 온도분포와 함께 기타 불리한 하중조건이 복합되어 작용되므로 교량의 수명이 단축되거나 사용성을 저하시킬 수 있는 문제점을 가지고 있다. 따라서 곡선교 설계 시 방위각, 받침배치방식, 형상 등에 따라 온도에 의한 영향을 고려해야 하지만 온도거동의 특성이 명확히 규명되어 있지 않을 뿐만 아니라 현행 설계기준의 규정도 명확하지 못하여 보다 많은 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 기존의 연구에서 제안된 일사량 계산식과 열전달 유한요소해석기법을 병용하여 곡선 강박스거더교의 기하학적 형상 및 방위각에 따라 변화하는 온도분포를 보다 쉬운 방법으로 예측하는 기법을 개발하였고 실측된 곡선교의 온도자료를 통해 검증하였다. 또한, 개발된 온도분포예측기법과 3차원 구조해석을 이용하여 일사에 의한 곡선교의 거동을 분석한 결과, 곡선 외측면이 남측을 향하는 경우에서 고정단측 받침의 교축방향과 교축직각방향 반력이 크게 나타났으며 곡선반경이 감소할수록 모든 방향의 반력이 증가하는 경향을 보였다. 본 연구에서 제안한 온도분포예측기법을 바탕으로 향후 관련 연구를 통해 현재의 설계기준을 보완할 수 있는 합리적인 온도하중의 제시가 가능할 것으로 판단된다.

현장 계측자료를 이용한 아스팔트 포장체 온도 예측 연구 (A Study on the Temperature Prediction for Asphalt Pavement Using Field Monitoring Data)

  • 안덕순;박희문;엄병식;김제원
    • 대한토목학회논문집
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    • 제26권1D호
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    • pp.67-72
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    • 2006
  • 아스팔트 포장체내의 온도예측은 역학적-경험적 포장설계법에서 포장의 거동해석 및 공용성 예측시 매우 중요한 요소 중에 하나다. 본 연구에서는 현장 온도 계측자료를 이용하여 아스팔트 포장체의 시간별, 깊이별 온도예측에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 전국의 대표 지점을 선정하여 깊이별로 온도계측 센서를 매설하고 주기적으로 대기, 포장표면 및 내부온도를 계측하였으며, 이 현장 자료를 이용하여 개발된 온도 예측 모델의 보정을 수행하였다. 보정된 온도예측 모델을 이용하여 포장체의 표면 및 중간깊이의 온도를 예측한 후에 현장 계측자료와 비교분석하였다. 본 연구의 결과, 온도예측 모델에 필요한 계수값 중 가을철의 경우 태양흡수율과 방사율(emissivity) 값이 다른 계절과 다르게 나타났다. 아스팔트 포장체 중간 깊이에서의 예측과 실측 온도차는 ${\pm}3^{\circ}C$내이며, 온도 예측 모델이 현장 온도를 정확히 예측할 수 있음을 입증하였다. 또한, 온도예측에 있어서 지역별 특성의 영향은 받지 않는 것으로 증명되었다.

임펠러 회전속도와 불활성 가스 유량이 A356 알루미늄 용탕의 탈가스 속도에 미치는 영향 (Effect of the Impeller Rotation Speed and Inert Gas Flow Rate on Degassing Rate in the A356 Aluminum Melt)

  • 권혁인;정회경;정성일;박지우;김민수
    • 한국주조공학회지
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    • 제43권6호
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    • pp.271-278
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    • 2023
  • 본 연구에서는 임펠러 회전속도와 불활성 가스 유량을 바꾸어가며 A356 용탕 탈가스 실험을 수행하여 탈가스 시간에 따른 용탕 온도, 성분 및 밀도 변화를 측정하였다. 용탕 온도의 경우 탈가스 처리가 진행됨에 따라 서서히 감소하였으나 임펠러 회전속도 혹은 불활성 가스 유량과 용탕 열손실 간의 뚜렷한 상관관계는 확인할 수 없었다. 임펠러 회전속도와 불활성 가수 유량에 상관없이, A356 용탕 내 Mg 및 Ti 함량은 600초 이상 탈가스 처리 후에도 그 함량이 거의 변하지 않았으며, Sr의 경우 최대 70 ppm정도 그 함량이 낮아지는 것을 확인하였다. 측정된 용탕 밀도로부터 도출한 용탕 내 수소 농도와 탈가스 모델 식을 활용하여 실험 조건 별 탈가스 속도를 정량적으로 비교 분석해본 결과, 본 연구에서 다룬 탈가스 조업 환경에서는 임펠러 회전속도 보다는 불활성 가스 유량이 탈가스 속도에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.

유한 요소 해석을 이용한 고주파 간 종양 절제술의 입력 파형 최적화를 위한 연구 (A Study For Optimizing Input Waveforms In Radiofrequency Liver Tumor Ablation Using Finite Element Analysis)

  • 임도형;남궁범석;이태우;최진승;탁계래;김한성
    • 대한의용생체공학회:의공학회지
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    • 제28권2호
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    • pp.235-243
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    • 2007
  • Hepatocellular carcinoma is significant worldwide public health problem with an estimated annually mortality of 1,000,000 people. Radiofrequency (RF) ablation is an interventional technique that in recent years has come to be used for treatment of the hepatocellualr carcinoma, by destructing tumor tissues in high temperatures. Numerous studies have been attempted to prove excellence of RF ablation and to improve its efficiency by various methods. However, the attempts are sometimes paradox to advantages of a minimum invasive characteristic and an operative simplicity in RF ablation. The aim of the current study is, therefore, to suggest an improved RF ablation technique by identifying an optimum RF pattern, which is one of important factors capable of controlling the extent of high temperature region in lossless of the advantages of RF ablation. Three-dimensional finite element (FE) model was developed and validated comparing with the results reported by literature. Four representative Rf patterns (sine, square, exponential, and simulated RF waves), which were corresponding to currents fed during simulated RF ablation, were investigated. Following parameters for each RF pattern were analyzed to identify which is the most optimum in eliminating effectively tumor tissues. 1) maximum temperature, 2) a degree of alteration of maximum temperature in a constant time range (30-40 second), 3) a domain of temperature over $47^{\circ}C$ isothermal temperature (IT), and 4) a domain inducing over 63% cell damage. Here, heat transfer characteristics within the tissues were determined by Bioheat Governing Equation. Developed FE model showed 90-95% accuracy approximately in prediction of maximum temperature and domain of interests achieved during RF ablation. Maximum temperatures for sine, square, exponential, and simulated RF waves were $69.0^{\circ}C,\;66.9^{\circ}C,\;65.4^{\circ}C,\;and\;51.8^{\circ}C$, respectively. While the maximum temperatures were decreased in the constant time range, average time intervals for sine, square, exponential, and simulated RE waves were $0.49{\pm}0.14,\;1.00{\pm}0.00,\;1.65{\pm}0.02,\;and\;1.66{\pm}0.02$ seconds, respectively. Average magnitudes of the decreased maximum temperatures in the time range were $0.45{\pm}0.15^{\circ}C$ for sine wave, $1.93{\pm}0.02^{\circ}C$ for square wave, $2.94{\pm}0.05^{\circ}C$ for exponential wave, and $1.53{\pm}0.06^{\circ}C$ for simulated RF wave. Volumes of temperature domain over $47^{\circ}C$ IT for sine, square, exponential, and simulated RF waves were 1480mm3, 1440mm3, 1380mm3, and 395mm3, respectively. Volumes inducing over 63% cell damage for sine, square, exponential, and simulated RF waves were 114mm3, 62mm3, 17mm3, and 0mm3, respectively. These results support that applying sine wave during RF ablation may be generally the most optimum in destructing effectively tumor tissues, compared with other RF patterns.

Nutrient Utilization, Body Composition and Lactation Performance of First Lactation Bali Cows (Bos sondaicus) on Grass-Legume Based Diets

  • Sukarini, I.A.M.;Sastradipradja, D.;Sutardi, T.;Mahardika, IG.;Budiarta, IG.A.
    • Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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    • 제13권12호
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    • pp.1681-1690
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    • 2000
  • A study on energy and protein utilization, and milk production of Bali cows on grass-legume diets was carried out using 12 first lactation cows (initial BW $263.79{\pm}21.66kg$) during a period of 16 weeks starting immediately post calving. The animals were randomly allotted into 4 dietary treatment groups R1, R2, R3 and R4, receiving from the last 2 months of pregnancy onwards, graded improved rations based on a mixture of locally available grass and legume feed ad libitum. R1 contained on a DM basis 70% elephant grass (PP, Penisetum purpureum) plus 30% Gliricidia sepia leaves (GS), R2 was 30% PP plus 55% GS supplemented with 15% Hibiscus tilliactus leaves (HT, defaunating effect), R3 and R4 were 22.5% PP+41.25% GS+11.25% HT+25% concentrate, where R3 was not and R4 supplemented with zinc di-acetate. TDN, CP and zinc contents of the diets were 58.2%, 12.05% and 18.3 mg/kg respectively for R1, 65.05%, 16.9% and 25.6 mg/kg respectively for R2, 66.03%, 16.71% and 29.02 mg/kg respectively for R3 and 66.03%, 16.71% and 60.47 mg/kg respectively for R4. Milk production and body weight were monitored throughout the experimental period. In vivo body composition by the urea space technique validated by the body density method and supported by carcass data was estimated at the start and termination of the experiment. Nutrient balance and rumen performance characteristics were measured during a balance trial of 7 days during the 3rd and 4th week of the lactation period. Results indicated that quality of ration caused improvement of ruminal total VFA concentration, increments being 52 to 65% for R2, R3 and R4 above R1, with increments of acetate being less (31 to 48%) and propionate being proportionally more in comparison to total VFA increments. Similarly, ammonia concentrations increased to 5.24 to 7.07 mM, equivalent to 7.34 to 9.90 mg $NH_3-N/100ml$ rumen fluid. Results also indicated that feed quality did not affect DE and ME intakes, and heat production (HP), but increased GE, UE, energy in milk and total retained energy (RE total) in body tissues and milk. Intake-, digestible- and catabolized-protein, and retained-protein in body tissues and milk (Rprot) were all elevated increasing the quality of ration. Similar results were obtained for milk yield and components with mean values reaching 2.085 kg/d (R4) versus 0.92 kg/d (R1) for milk yield, and 170.22 g/d (R4) vs 71.69 g/d (R1), 105.74 g/d (R4) vs 45.35 g/d (R1), 101.34 g/d (R4) vs 46.36 g/d (R1) for milk-fat, -protein, and -lactose, respectively. Relatively high yields of milk production was maintained longer for R4 as compared to the other treatment groups. There were no significant effects on body mass and components due to lactation. From the relationship $RE_{total}$ (MJ/d)=12.79-0.373 ME (MJ/d); (r=0.73), it was found that $ME_{m}=0.53MJ/kgW^{0.75}.d$. Requirement of energy to support the production of milk, ranging from 0.5 to 3.0 kg/d, follows the equation: Milk Prod. ($Q_{mp}$, kg/d)=[-2.48+4.31 ME($MJ/kg^{0.75}.d$)]; (r=0.6) or $Q_{mp}$=-3.4+[0.08($ME-RE_{body\;tissue}$)]MJ/d]; (r=0.94). The requirement for protein intake for maintenance ($IP_m$) equals $6.19 g/kg^{0.75}.d$ derived from the relationship RP=-47.4+0.12 IP; (r=0.74, n=9). Equation for protein requirement for lactation is $Q_{nl}$=[($Q_{mp}$)(% protein in milk)($I_{mp}$)]/100, where $Q_{nl}$ is g protein required for lactation, $Q_{mp}$ is daily milk yield, Bali cow's milk-protein content av. 5.04%, and $I_{mp}$ is metabolic increment for milk production ($ME_{lakt}/ME_{m}=1.46$).

가열처리가 칡 이소플라본의 열 안정성에 미치는 영향 (Effect of Heat Processing on Thermal Stability of Kudzu (Pueraria thumbergiana Bentham) Root Isoflavones)

  • 최성원;김경선;허남윤;김동섭;안순철;박천석;김병용;백무열;김대옥
    • 생명과학회지
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    • 제18권10호
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    • pp.1447-1454
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    • 2008
  • 열처리 조건 및 농도의 차이에 따른 칡 이소플라본인 daidzin과 genistin의 열 안정성에 대하여 조사하였다. Daidzin과 genistin 두 종류의 이소플라본은 처리방법에 상관없이 $140^{\circ}C$이상의 열처리 조건에서 초기 30분 동안 급격히 열 안정성이 떨어지고 그 이후 변화가 적게 나타나 처리 온도가 높을수록 열 안정성의 변화가 큰 것으로 나타났으며, genistin은 daidzin에 비해 농도차이 에 따른 변화의 차이가 크지 않은 것을 알 수 있었다. 또한 열처리 조건에 따른 반응속도는 모두 두 단계로 나타났는데, daidzin과 genistin 모두 2단계보다 1단계에서 빠른 반응속도를 보여 주었고, daidzin은 고농도 일 수록 더 빠른 반응속도를 나타내는 것을 알 수 있었으나, genistin은 농도에 따른 유의차가 적은 것을 알 수 있었다. Daidzin은 1단계의 고농도에서 온도 의존성이 높게 나타났으며 2단계는 농도에 따른 온도 의존성에 유의차가 없었다. Genistin의 경우 1단계에서는 농도에 의한 온도 의존성이 작게 나타났지만 2단계의 저농도에서 온도 의존성이 높은 것을 알 수 있었다. 농도에 따른 변화를 보면 genistin은 고농도와 저농도 모두 1단계에서 온도 의존성이 큰 것으로 나타났으며 반면 daidzin은 고농도, 저농도 모두 2단계에서 온도 의존성이 높은 것을 알 수 있었다. 또한 daidzin과 genistin 모두 $140^{\circ}C$ 이상의 열처리에 의해 이소플라본 glucosidic group이 열에 의해 가수분해되어 daidzein, genistein, glycitein, malonyl-glycitin, acetyl-genistin 등의 중간 유도체 및 aglycone이 생성되며 $140^{\circ}C$, 15 min의 처리 조건에서 대부분 가장 많은 양이 생성되는 것을 알 수 있었고, 농도 변화에 따른 함량의 증가는 유의차가 적은 것을 알 수 있었으나 그 중 malonyl daidzin의 경우 열처리 조건에 의해 따른 생성량의 차이가 큰 것을 알 수 있었다. 열처리 후 농축조건이 농축 후 열처리보다 더 많은 daidzin, genistin 유도체들을 생성시킨 것으로 보아 칡 이소플라본의 각 열처리 조건에 따른 열 안정성은 농축 후 열처리보다 열처리 후 농축이 훨씬 더 열에 안정하다는 것을 알 수 있었다. 따라서 칡 이소플라본의 열안정성은 콩 이소플라본과 유사하게 $140^{\circ}C$ 이상 열처리에 의해 가수분해반응을 보였고, 이소플라본의 중간 유도체들과 aglycone이 $140^{\circ}C$ 이상의 열처리 시 생성되었다. 따라서 칡 이소플라본의 열 안정성은 가열온도와 농도에 의해 큰 영향을 받으며, 콩 이소플라본의 열 안정성과 매우 유사한 특성을 나타내었다.