การพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตวัตถุดิบอาหารเสริมสุขภาพเฉพาะทางจากข้าว (Oryza sativa L.) พันธุ์พื้นเมือง เพื่อนำร่องสู่อุตสาหกรรมอาหารปลอดของเสีย

บทคัดย่อ

วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้เพื่อศึกษาสมบัติทางเคมี กายภาพ ของข้าวพันธุ์พื้นเมืองในเขตภาคเหนือของประเทศไทยจำนวน 34 พันธุ์ และเปรียบเทียบกับข้าวพันธุ์การค้าและข้าวคุณภาพต่ำจำนวน 12 พันธุ์ เพื่อคัดเลือกพันธ์ข้าวที่มีศักยภาพมาศึกษา โดยการพัฒนาเป็นวัตถุดิบอาหารสุขภาพในรูปของแป้งข้าวดัชนีน้ำตาลต่ำเยื่อใยสูงและโปรตีนชีวภาพ จากผลการวิเคราะห์ข้อมูลทางสถิติ สามารถจัดกลุ่มคุณภาพของข้าวพื้นเมืองตามปริมาณแอมิโลสได้ 4 กลุ่ม คือ 1) ข้าวเหนียว(0.10-2.83%) 2) ข้าวเแอมิโลสต่ำ (7.83–16.40%) 3) ข้าวแอมิโลสปานกลาง (20.07–24.94%) และ 4) ข้าวแอมิโลสสูง (25.91–27.65%) จำนวน 25 9 8 และ 4 พันธุ์ตามลำดับ ทำการคัดเลือกข้าวพันธุ์พื้นเมืองที่มีปริมาณแอมิโลส โปรตีนที่ละลายได้ทั้งหมด และค่าสี ที่แตกต่างกันมาจำนวน 15 พันธุ์ เพื่อนำไปศึกษาสมบัติทางเคมีกายภาพที่จำเพาะขั้นสูง เปรียบเทียบกับข้าวพันธุ์การค้าจำนวน 4 พันธุ์ คือ กข 6 ขาวดอกมะลิ ปลายข้าวเสาไห้ และ สตาร์ชข้าวแอมิโลสสูง เพื่อคัดเลือกพันธุ์ข้าวที่มีศักยภาพไปผลิตแป้งข้าวที่มีค่าดัชนีน้ำตาลต่ำเส้นใยสูงและโปรตีนชีวภาพ ผลการศึกษาพบว่าข้าวพื้นเมืองมีสมบัติทางกายภาพแปรผันไปตามปริมาณแอมิโลส โดยมีลักษณะเม็ดสตาร์ชเป็นรูปหลายเหลี่ยมขนาดเล็กอยู่รวมกันเป็นกลุ่ม ด้านอุณหภูมิการเจลาติไนซ์ พบว่า แป้งข้าวเหนียวมีค่า To Tp และ Tc ต่ำกว่า แป้งข้าวแอมิโลสสูง แต่มีค่าเอนไทลปี่สูงกว่าแป้งข้าวแอมิโลส ปานกลางและแอมิโลสูง ด้านพฤติกรรมความหนืด พบว่า แป้งข้าวแอมิโลสต่ำ มีค่าอุณหภูมิที่เกิดจุดความหนืดสูงสุด ต่ำกว่าแป้งข้าวแอมิโลสสูงแต่มีค่าความหนืดสูงสุดมากกว่า ส่วนแป้งข้าวแอมิโลสสูง มีค่าการคืนตัวสูงกว่าข้าวแอมิโลสต่ำ และพบว่าแป้งข้าวเหนียวมีค่าดีกรีความเป็นผลึก ปริมาณโปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต ค่าพลังงานทั้งหมด และสารประกอบฟินอลิกทั้งหมด สูงกว่าแป้งข้าวแอมิโลสสูง โดยแป้งข้าวพื้นเมืองทั้ง 15 พันธุ์ มีปริมาณสตาร์ชที่ทนย่อยในช่วง 2.44–10.50% โดย แป้งข้าวพันธุ์ ATRI-12 มีปริมาณสูงสุด และมีค่าดัชนีน้ำตาลโดยประมาณ ในช่วง 70-80 ศึกษาผลของสายพันธุ์ข้าวและสภาวะที่เหมะสมในการผลิตแป้งข้าวดัชนีน้ำตาลต่ำเยื่อใยสูงจากข้าวพื้นเมือง 15 พันธุ์ และพันธุ์การค้า 3 พันธุ์ ทำการผลิตโดยเตรียมน้ำแป้งข้าว (10%) ให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 95?ซ นาน 30 นาที แล้วทำให้เย็นที่อุณหภูมิ 55?ซ แล้วเติมเอนไซม์ตัดกิ่ง (Pullulanase EC. 232-983-9P; 400 unit/ml) ที่ความเข้มข้น 15 ยูนิต ต่อกรัมแป้ง ทำการย่อยนาน 16 ชั่วโมง แล้วหยุดการทำงานของเอนไซม์โดยให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 95?ซ นาน 10 นาที ทำให้เย็นแล้วบ่มที่อุณหภูมิ 4?ซ นาน 8 ชั่วโมง และทำการละลายจากการแช่เยือกแข็ง (-10/35?ซ) 1 รอบ เพื่อแยกน้ำออกจากแป้งก่อนอบแห้งที่อุณหภูมิ 60?ซ ให้มีความชื้นต่ำกว่า 13% ตรวจสอบปริมาณร้อยละผลผลิตที่ได้ทั้งหมด โครงสร้างด้านอนุภาค โครงสร้างผลึก ปริมาณความชื้น สตาร์ชที่ย่อยได้ สตาร์ชที่ทนย่อย สตาร์ชทั้งหมด และค่าดัชนีน้ำตาลโดยประมาณ ผลการศึกษาพบว่า แป้งข้าวพื้นเมืองกลุ่มแอมิโลสสูงมีศักยภาพในการนำมาผลิตเป็นแป้งข้าวดัชนีน้ำตาลต่ำเยื่อใยสูงมากกว่ากลุ่มข้าวที่มีแอมิโลสต่ำ โดยแป้งข้าวดัดแปรที่ผลิตได้มีปริมาณสตาร์ชที่ทนย่อยเพิ่มขึ้นจากแป้งข้าวธรรมชาติ 3 เท่า และมีค่าดัชนีน้ำตาลโดยประมาณในระดับปานกลางถึงสูง คือในช่วง 60–70 ทำการคัดเลือกพันธุ์ข้าวพื้นเมืองที่มีศักยภาพในการผลิตแป้งข้าวดัชนีน้ำตาลต่ำเยื่อใยสูงไปศึกษาชนิดและปริมาณของเอนไซม์ ระยะเวลาการย่อยที่เหมาะสมในการผลิตเป็นแป้งข้าวดัชนีน้ำตาลต่ำเยื่อใยสูง โดยวางแผนการทดลองแบบ 2 x 6 x 6 factorial in CRD มีปัจจัยดังนี้ คือ ชนิดของเอนไซม์ 2 ชนิด (เอนไซม์ทางการค้า และเอนไซม์เกรดวิเคราะห์) ปริมาณการใช้ที่ 6 ระดับ (0 10 20 30 40 และ 50 ยูนิตต่อกรัมแป้งข้าว) และเวลาย่อยนาน 0 4 8 16 24 และ 48 ชั่วโมง ผลการศึกษา พบว่าเอนไซม์ทั้ง 2 ชนิด มีประสิทธิภาพในการตัดโครงสร้างกิ่งแอมิโลเพคตินในแป้งข้าว โดยปริมาณที่เหมาะสมคือ 30-40 หน่วยต่อกรัมแป้งข้าว ใช้เวลาการย่อยนาน 30–60 นาที และเมื่อนำสารละลายน้ำแป้งที่ย่อยตัดกิ่งแล้วไปดัดแปรทางกายภาพต่อจะได้แป้งข้าวดัชนีน้ำตาลต่ำเยื่อใยสูง ที่มีปริมาณสตาร์ชที่ทนย่อยในช่วง 14–15% และมีค่าดัชนีน้ำตาลโดยประมาณที่ระดับ 60-65 การศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการเพาะเลี้ยงยีสต์ เพื่อใช้ผลิตโปรตีนชีวภาพ ทำการผลิตโปรตีนเซลล์เดียวโดยใช้ผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมการแปรรูปข้าว โดยมีวัตถุประสงค์ในงานวิจัยเพื่อประยุกต์ใช้เทคโนโลยีชีวภาพในการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตโปรตีนเซลล์เดียวจากผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมแปรรูปข้าว โดยศึกษาส่วนประกอบของวัตถุดิบ การพรีทรีทเมนท์ การใช้เอนไซม์ที่เหมาะสมในกระบวนการเปลี่ยนวัตถุดิบเริ่มต้นให้เป็นน้ำตาล และสภาวะที่เหมาะสมในการเพาะ เลี้ยงยีสต์เพื่อใช้ผลิตโปรตีนเซลล์เดียว ผลการศึกษาพบว่าสายพันธุ์ของข้าวพื้นเมืองทั้ง 13 สายพันธุ์และพันธุ์การค้า 2 พันธุ์ มีผลต่อความแตกต่างของส่วนประกอบพื้นฐานทางเคมีของข้าว ในด้านปริมาณโปรตีน ไขมัน เถ้า และความชื้น (p<0.05) โดยข้าวกล้อง รำข้าว และข้าวขัดขาว สายพันธุ์ต่างๆ มีองค์ประกอบพื้นฐานทางเคมีในด้านปริมาณโปรตีน ไขมัน เถ้า และความชื้น ในช่วง 5.09–19.58% 0.05–3.21% 0.27–10.26 % และ 9.74–13.16% ตามลำดับ ผลการศึกษาในด้านการพรีทรีทเมนท์ปลายข้าวพบว่าการใช้ปริมาณข้าว ระดับอุณหภูมิ และระยะเวลาในย่อยระดับที่สูงขึ้น ในขั้นตอนการพรีทรีทเมนท์ จะทำให้ผลิตผลที่ได้ในการพรีทรีทเมนท์ มีปริมาณน้ำตาลรีดิวซ์สูงเพิ่มขึ้น (p<0.05) ส่วนผลการศึกษา ปริมาณเอนไซม์ที่เหมาะสมในกระบวนการเปลี่ยนวัตถุดิบเริ่มต้นให้เป็นน้ำตาล พบว่า การใช้เอนไซม์ผสม เป็นสภาวะการใช้เอนไซม์ที่เหมาะสม ในกระบวนการเปลี่ยนวัตถุดิบเริ่มต้นให้เป็นน้ำตาล และในด้านสภาวะที่เหมาะสมในการเพาะเลี้ยงยีสต์ เพื่อใช้ผลิตโปรตีนเซลล์เดียวไฮโดรไลเสท ที่เตรียมจากข้าวผสมกับน้ำสับปะรด 25% เป็นแหล่งสารอาหารที่เหมาะสมกับการเพาะเลี้ยงเซลล์ยีสต์ และการใช้รำข้าวเติมลงในไฮโดรไลเสทที่เตรียมจากข้าวสามารถใช้เป็นสับสเตรทที่มีศักยภาพในการเพาะเลี้ยงเซลล์ยีสต์เพื่อผลิตโปรตีนเซลล์เดียว

คำสำคัญ