To extract apple pectins, apple pomace (AP) was extruded under 14 different conditions of screw speed (250-350 rpm), feed rate of 30-40 kg/hr, and 20-30% moisture content using twin-screw extrusion. Response surface methodology (RSM), based on three variables by three-level factorial design, was employed to investigate effects of screw speed, feed rate, and moisture on dependent variables of extrudates, soluble dietary fiber (SDF), yield of anhydrogalacturonic acid ($Y_{AGA}$) representing pectin, and intrinsic viscosity ([${\eta}$]). Second order models were used to generate three-dimensional response surface for dependent variables, and their coefficients of determination ($R^2$) ranged from 0.96 to 0.99. Moisture content showed highest effect on solubilization of AP.
Soy protein meat analog was produced using a twin-screw extruder attached with a cooling die. Heat transfer analysis was performed for cooling dies with various die sizes at the four different moisture contents of feed during extrusion process. The experimental design consisted of two cooling die widths (30 and 60 mm), three cooling die lengths (100, 200, and 300 mm), four product moisture contents (71.2, 67.0, 61.6 and 55.8%), and water and water plus ethylene glycol as cooling material. When water was used as cooling medium, the values of equivalent overall heat transfer coefficient $(U_e)$ for each die width of 30 and 60 mm were in the range of 187.0 - 341.4 and $358.5-191.6W/m^2^{\circ}C$ depending on the size of die length. Convective heat transfer coefficients between cooling water and inside die wall of cooling channel $(h_c)$ for both die widths of 30 and 60 mm were 588.5, 416.1, and $339.8W/m^2^{\circ}C$ for each die length of 100, 200, and 300 mm. Convective heat transfer coefficients between product and inside die wall of product channel $(h_p)$ for each die width of 30 and 60 mm were in the range of $434.6-888.1W/m^2^{\circ}C$ and $460.7-1014.5W/m^2^{\circ}C$ depending on the size of die length. When water plus ethylene glycol was used as cooling medium, the values of $U_e$ were in the range of $143.9-319.6W/m^2^{\circ}C$ and $177.8-332.7W/m^2^{\circ}C$ for each die width of 30 and 60 mm depending on the size of die length.
To analyze the effects of the system parameters on the target parameters, which include the amount of water evaporation, water solubility index(WSI) and water absorption index(WAI), test trials of fractional factorial design of the three process variables at three levels were carried out for corn grit with a laboratory twin-screw extruder with three different screw configurations. The system parameters collected from the trials, such as extrusion temperature, specific mechanical energy input(SME) and mean residence time(RT), were showed the ranges of $129{\sim}182^{\circ}C$, $67{\sim}163\;kwh/ton$ and $12{\sim}34\;sec$, respectively. Within these ranges of the system parameters, the target parameters were able to be quantified by using multiple regression equations. The correlation of results with the system parameters blocked by the screw configuration as dependent variables, yield correlation coefficients above 0.90, and the correlation using the system parameters obtained from whole experiment system as the dependent variables yield correlation coefficients around 0.80. The functional relationship, which can be quantified by second order polynomial regression equation with only two system parameters within necessary degree of accuracy, can he graped in three dimensional surface response and contour diagrams.
In this study, we performed RTD measurement at the die exit of co-rotating twin-screw extruder using a non-destructive ultrasonic device. The ultrasonic device was attached at slit die and was composed of a steel buffer rod and 10 MHz longitudinal piezoelectric ultrasonic transducer. This in-line ultrasonic monitoring method is based on the ultrasonic response of $CaCO_3$ filled in polymer. The RTD is evaluated by variation of ultrasonic attenuation with time caused by change of the tracer concentration during extrusion. The ultrasonic tracer, pellet type of compounded $CaCO_3$ in polymer was used in this study. The effects of tracer concentration on RTD and flow patterns were studied. Evaluation for the residence functions at different screw speeds, feeding rates and screw configurations were also carried out.
Kim, Chong-Tai;Hwang, Jae-Kwan;Cho, Sung-Ja;Kim, Chul-Jin;Kim, Hae-Sung
Korean Journal of Food Science and Technology
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v.28
no.1
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pp.169-178
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1996
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.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.43
no.9
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pp.1407-1414
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2014
Physicochemical properties of rice-based expanded snacks extruded with rice flour, high amylose starch, and isolated soy protein were investigated using a twin-screw extruder. The ingredients were extruded at various feed moisture contents (19~23%) and screw speeds (200~400 rpm) at a constant feed rate (43.4 kg/hr). Bulk density and apparent density of rice snacks were 0.06~0.21, and 0.55~0.65 respectively. Bulk density, apparent density, water absorption index, and breaking strength of rice snacks increased with increasing feed moisture content and decreasing screw speed. However, expansion and water solubility index of rice snacks increased with decreasing feed moisture content and increasing screw speed. Hunter's color L values of rice snacks was lower with increasing screw speed at feed moisture contents of 19% and 21%, but was not significantly different from a feed moisture content of 23%. On the other hand, a and b values of rice snacks were higher with increasing screw speed a feed moisture content of 19%. X-ray diffraction intensity of rice snacks decreased with decreasing feed moisture content and increasing screw speed. X-ray diffraction of rice snacks was V-type at feed moisture contents of 19% and 21% and screw speeds of 300, and 400 rpm. In the microstructure of the cross section of rice snacks, air cells in rice snacks were not well formed, and cell walls were thicker with increasing feed moisture content and decreasing screw speed.
Low-energy processing technology, which enhances the utility of defatted soybean flour (DSF), was developed using extrusion processing. DSF was extruded at different conditions using a twin screw extruder and then, dried at $40^{\circ}C$ for 20 hr. The nitrogen solubility index (NSI), viscosity, water solubility index (WSI), and water absorption index (WAI) of DSF increased after extrusion processing. The density of DSF extrudates decreased with the decrease in water content from 53 to 33% and the increase in extrusion temperature from 110 to $160^{\circ}C$. The addition of NaOH from 1.2 to 1.8% and citric acid from 1 to 5% increased the total solubility (TS) of DSF due to the decrease of protein coiling and hydrophobic bonds formation during extrusion processing. When viscozyme was reacted first, TS, NSI, and soluble carbohydrate content of DSF hydrolysates increased about 12, 6, and 7%, respectively, compared to them reacted with protease first. The TS and NSI of DSF hydrolysates were increased about 15 and 10%, respectively, by extrusion processing at alkaline and acidic pH. Extrusion processing at alkaline and acidic pH contributed the increase of efficiency to hydrolyze DSF samples using enzyme.
The recycling of waste XLPE(crosslinked polyethylene), which is a major source of scraps from high voltage power transmission cables, has been discussed. The waste XLPE scraps were ground into fine powder with various sizes from less than $100{\mu}m$ up to about $1000{\mu}m$ using two types of tailor-made pulverizers. The compounds were prepared in a modular intermeshing co-rotating twin screw extruder at various conditions such as different compositions, types and powder sizes of waste XLPE, screw configurations and various polymer matrices (LDPE, HDPE, PP, PS). The mechanical and rheological properties and the fracture surface or the compounds were investigated. It was found that an improved impact strength was obtained from the compound with white XLPE powder pulverized from the scraps without outer/inner semi-conductive layers. Generally, the impact strength increases with the content of XLPE but decreases with the size of XLPE. Especially for LDPE, the extrusion was possible up to 80 wt% loading of XLPE. Also, the impact strength increases with the number of kneading disc blocks in the given screw configurations. The melt viscosity of the compounds increases with increasing XLPE loading. However, the higher shear thinning behavior of the compounds at common shear rates implies proper processibility of the compounds. In addition, the impact strength for other polymer matrices used increases with XLPE and it is noticeable that the impact strength of PS/XLPE (80/20 wt%) compound was improved twice that of pure PS.
One-step continuous reactive blend with EPDM is investigated using a modular intermeshing corotating twin screw extruder This was performed via anionic polymerization mechanism. Mechanical properties were characterized and compared with mechanical blends.
This study was conducted to investigate the effects of mushroom composition (0, 4, 8, and 12%) on the quality characteristics of an extruded meat analog. The meat analog blend was isolated soy protein, wheat gluten, and corn starch (50:40:10). The extrusion condition was set to 55% feed moisture, 170℃ barrel temperature, and 150 screw speed by high moisture extrusion using a twin-screw extruder equipped with a cooling die. The integrity index, hardness, cohesiveness, springiness, chewiness, and cutting strength of the meat analog increased with the increasing mushroom content, while its water holding capacity and nitrogen solubility index (NSI) decreased. The protein digestibility decreased with the increasing mushroom content, while the DPPH radical scavenging activity significantly increased. In conclusion, the incorporation of mushrooms into the investigated meat analog enhanced its texture and antioxidant level.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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