การเพิ่มมูลค่าข้าวไทยด้วยภูมิปัญญาท้องถิ่นไทย: การพัฒนาผลิตภัณฑ์อาหารเพื่อสุขภาพโพรไบโอติกและเวชสำอางจากผลิตผลพลอยได้จากกระบวนการหมักข้าวฮางงอกและข้าวก่ำสายพันธุ์ KKU URL0381

บทคัดย่อ

แผนงานการวิจัย มีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มมูลค่าวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์จากข้าวไทย โดยการต่อยอดภูมิปัญญาท้องถิ่นของไทยโดยใช้เทคโนโลยีชีวภาพในการแปรรูปข้าว และประยุกต์ใช้องค์ความรู้ทางเภสัชศาสตร์และเทคโนโลยีอาหารเพื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์อาหารเสริมสุขภาพชนิดโพรไบโอติกและผลิตภัณฑ์เวชสำอางจากกากข้าว/น้ำข้าวหมัก ที่ได้จากการหมักข้าวกล้อง ของข้าวฮางงอกและข้าวก่ำสายพันธุ์ KKU URL0381 ซึ่งกิจกรรมหลัก ประกอบด้วย 1. พัฒนาเทคโนโลยีการหมักข้าว เพื่อแปรรูปข้าวให้ได้ผลิตผล ที่มีคุณภาพ (โครงการย่อยที่ 1) 2. ฤทธิ์ทางเวชสำอางสารสกัดข้าวหมัก เพื่อคัดเลือกตัวอย่างที่มีคุณสมบัติและฤทธิ์ดีที่สุด สำหรับ (โครงการย่อยที่ 2 และ 3) 3. พัฒนาผลิตภัณฑ์เสริมสุขภาพ และเวชสำอางจากผลิตผลข้าวหมัก (กากข้าว และ/หรือน้ำข้าวหมัก) ที่มีข้อมูลในเชิงคุณภาพและศักยภาพในการออกฤทธิ์ (โครงการย่อยที่ 2 และ 3) ผลการศึกษาทั้งหมด แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างของผลิตผลข้าวหมักที่เตรียมได้ โดยการหมักภายใต้สภาวะที่แตกต่างกัน ซึ่งมีปัจจัยที่กำหนดร่วมกันหลายปัจจัย ได้แก่ ชนิดของข้าว การเตรียมข้าวสำหรับการหมัก (หุงสุก หรือ ดิบ) ระยะเวลาในการหมักแต่ละเฟส ชนิดของเชื้อจุลินทรีย์ที่ใช้ในการหมัก (เชื้อรา A. oryzae หรือ A. sojae และแบคทีเรียผลิตกรดแลคติก L. acidophilus หรือ L. delbrucekii subsp Lactis) การเตรียมผลิตผลข้าวหมัก (พลาสเจอไรซ์ หรือ ไม่พลาสเจอไรซ์) ซึ่งสามารถติดตามการเกิดกระบวนการหมักในแต่ละสภาวะได้ โดยติดตามการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมี เช่น ค่าความเป็นกรด ปริมาณของแข็งที่ละลายได้ เป็นต้น และจากการศึกษาสภาวะการหมัก ทำให้ได้ตัวอย่างข้าวหมักทั้งหมด 24 ตัวอย่าง H1-H12 จากข้าวก่ำ และ G13-G24 จากข้าวฮางงอก และได้ทำการศึกษาเปรียบเทียบองค์ประกอบทางเคมีของตัวอย่างข้าวหมักทั้งหมด พบว่า ตัวอย่าง H7 และ G13 เป็นตัวอย่างข้าวหมักที่มีคุณสมบัติที่ดี โดยพบว่ามีปริมาณสารประกอบกลุ่ม ฟีนอลิกสูง มีฤทธิ์ต้านออกซิเดชัน และแสดงฤทธิ์เวชสำอางที่ดี ดังนั้นในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ต้นแบบ ได้เลือกตัวอย่างข้าวหมัก H7 และ G13 เป็นสารสกัดข้าวหมักตัวแทน และผลลัพธ์สุดท้ายทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ต้นแบบ สำหรับอาหารเสริมสุขภาพโพรไบโอติก ผลิตภัณฑ์เวชสำอาง และสูตรตำรับฟิล์มจากแป้งดัดแปร ที่ได้จากการหมักข้าวไทย ข้าวฮางงอก และข้าวก่ำ KKU URL0381 ที่มีการศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และความคงตัวเบื้องต้น โครงการย่อยที่ 1 ได้ทำการศึกษากระบวนการผลิตข้าวหมักโดยใช้จุลินทรีย์บริสุทธิ์ เพื่อหา สภาวะการผลิตที่เหมาะสมในการใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตผลิตภัณฑ์อาหารเชิงหน้าที่และเวชสำอาง ซึ่งได้ตัวอย่างทั้งหมด 24 ตัวอย่าง ได้แก่ H1-H12 จากการหมักข้าวก่ำ KKU URL0381 และ G13 - G24 จากการหมักข้าวฮางงอก (ส่งตัวอย่างให้โครงการย่อยที่ 2 และ 3) รวมถึงการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีที่สำคัญเพื่อหาชนิด ปริมาณ และการออกฤทธิ์ต้านออกซิเดชัน พบว่า การใช้รา A. orzae หรือ A. sojae ทำการหมักวัตถุดิบข้าวในสภาวะแห้งระยะที่ 1 ร่วมกับการใช้ L. acidophilus ในการหมักแบบเปียกระยะที่ 2 ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของข้าวดิบและค่าทางเคมีกายภาพได้ดี โดยสามารถลดระยะเวลาการหมักได้ 40% กระบวนการผลิตข้าวฮางเกิดการ partial pre-gelatinization ของสตาร์ช ทำให้องค์ประกอบทางเคมีมีแนวโน้มการย่อยสลายระหว่างกระบวนการหมักได้ดีกว่าข้าวก่ำ ซึ่งเป็นข้าวกล้องที่ไม่ผ่านการให้ความร้อน รงควัตถุสีม่วงแดงของข้าวก่ำมีส่วนส่งเสริมให้ผลผลิตข้าวก่ำหมักมีฤทธิ์ต้านออกซิเดชันที่สูงขึ้น นอกจากนี้การปรับปรุงกระบวนการหมักสามารถเพิ่มปริมาณสาร Gamma-aminobutylic acid (GABA) ในข้าวฮางได้ประมาณ 5-7 เท่า ในขณะที่ข้าวก่ำ GABA เพิ่มขึ้น ประมาณ 2 เท่า อย่างไรก็ตามกระบวนการเตรียมข้าวก่อนการหมักโดยการแช่น้ำสามารถเพิ่มปริมาณสาร GABA ในข้าวก่ำ (0.47?0.09 mg/g) ให้สูงกว่าวัตถุดิบเริ่มต้นข้าวฮางเริ่มต้น (0.33?0.07 mg/g) เนื่องจากเกิดการงอกของเมล็ดข้าวก่ำ และพบว่าปริมาณเอนโดท็อกซินในข้าวหมักที่ได้จากเชื้อจุลินทรีย์ที่ใช้ในการศึกษามีต่ำเกินกว่าที่สามารถตรวจพบได้ ผลการศึกษาที่ได้สามารถใช้เป็นข้อมูลพื้นฐานในการพัฒนากระบวนการผลิตข้าวหมักจากข้าวฮาง และข้าวก่ำ ให้มีความเหมาะสมต่อการผลิตผลิตภัณฑ์เสริมอาหารโปรไบโอติกต่อไป โครงการย่อยที่ 2 การศึกษาคุณสมบัติทางเภสัชกรรมและพัฒนาผลิตภัณฑ์อาหารเสริมสุขภาพโพรไบโอติกต้นแบบกากข้าวหมัก โดยนำกากข้าวหมัก (เตรียมโดยโครงการย่อยที่ 1) มาทำให้แห้งด้วยเทคนิค Lyophilization และลดขนาดกากข้าวหมัก เพื่อให้ได้แป้งข้าวหมัก สำหรับศึกษาหา %yield, องค์ประกอบทางเคมีเบื้องต้น (ปริมาณสุทธิสารประกอบฟีนอลิกและทดสอบฤทธิ์ต้านออกซิเดชันด้วยวิธี FRAP assay), สำหรับศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพ ได้แก่ ขนาดอนุภาคของผงข้าวหมัก, ความหนาแน่นและการไหล, hydration capacity, ร้อยละของการละลาย, ค่าความหนืด, และค่าการพองตัวของแป้งข้าวหมัก นอกจากนี้ยังมีการตรวจสอบคุณสมบัติการเป็นโพรไบโอติกเบื้องต้น โดยการตรวจสอบปริมาณเชื้อผลิตกรดแลคติก (Lactic acid bacteria; LAB) ในตัวอย่างแป้งข้าวหมักแห้ง พบว่าผงกากข้าวหมักที่ได้จากวัตถุดิบข้าวไม่ผ่านการหุงสุก ให้แป้งข้าวหมักที่มีคุณสมบัติทางฟิสิกส์เคมีที่ดี โดยเฉพาะตัวอย่างแป้งข้าวหมักที่ได้จากการหมักข้าวก่ำ (ข้าวดิบ) H7 และการหมักข้าวฮางงอก (ข้าวสุก) G13 โดยให้ปริมาณกากข้าวหมักสูง และมีปริมาณสารประกอบฟีนอลิกสูงอีกด้วย (9.71 ? 0.57 mg TAE /g และ 31.53 ? 1.10 mg TAE /g ตามลำดับ) ยังมีคุณสมบัติทางเภสัชกรรมที่มีโอกาสนำไปพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์โพรไบโอติกและสารช่วยในทางเภสัชกรรมได้ เช่นพัฒนาเป็นแผ่นฟิล์มจากแป้งดัดแปรจากขบวนการหมัก โดยการพัฒนาสูตรตำรับฟิล์มต้นแบบ ได้ ศึกคุณสมบัติทางกายภาพของแป้งดัดแปร เพื่อนำไปใช้ในการออกแบบสูตรตำรับแผ่นฟิล์มจากแป้งดัดแปร ได้ศึกษาผลชนิดและความเข้มข้นที่เหมาะสมของสารเพิ่มความยืดหยุ่นต่อคุณสมบัติฟิล์ม และยาเม็ดโพรพรา-โนลอลไฮโดรคลอไรด์ (propanolol hydrochloride tablet) เคลือบด้วยแป้งหมักดัดแปร โดยข้าวทั้งสองชนิดจะนำมาผ่านกระบวนการหมักด้วยเชื้อบริสุทธิ์ที่ระยะเวลาต่างๆ จากนั้นกากที่ได้นำมาทำให้แห้งด้วยเครื่อง Freeze-dryer บดให้ละเอียด ประเมินคุณสมบัติของแป้งข้าวหมักดัดแปรที่เตรียมได้ ผลลักษณะของเม็ดแป้งโดยกล้องอิเลกตรอนแบบส่องกราด พบว่าแป้งข้าวหมักก่อนและหลังผ่านกระบวนการดัดแปรมีรูปร่างไม่แน่นอน และลักษณะผิวที่ขรุขระแตกต่างกัน มีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติต่างๆของแป้งดัดแปรที่ได้ (เมื่อเทียบกับก่อนหมัก) ได้แก่ อุณหภูมิของแป้งข้าวหมักดัดแปร โดยใช้ DSC พบว่าไม่มีเอนโดเธอร์มิกพีคในช่วง 30-100 ?C, การไหลของสารกระจายแป้งหมักเป็นแบบ pseudoplastic with thixotropic, องค์ประกอบของเม็ดแป้ง ด้วย FTIR, ความเป็นประจุที่ผิวของแป้งข้าวหมักดัดแปร และคุณสมบัติด้านพองตัวในตัวกลางพบว่าภายหลังจากการดัดแปรด้วยการหมักแป้งที่ได้ทั้งสองชนิดแป้งข้าวก่ำและข้าวฮางงอกหมักสามารถพองตัวได้ดีขึ้น ในตัวกลางทั้ง 3 ชนิด เมื่อทำการทดสอบการละลายของแป้งข้าวหมักดัดแปร พบว่า ตัวอย่างแป้งข้าวฮางงอกหมักสามารถละลายในน้ำสูงที่สุด ส่วนแป้งข้าวก่ำหมัก สามารถละลายใน Phosphate buffer solution pH 6.8 และสารละลาย 0.1 M HCl ได้สูงที่สุด จากนั้นนำแป้งข้าวหมักดัดแปรปศึกษาคุณสมบัติของการนำไปใช้เป็นสารก่อฟิล์ม เพื่อเคลือบยาเม็ดแกน โดยศึกษาผลของสารเพิ่มความยืดหยุ่น 3 ชนิด ได้แก่ Glycerol, Sorbitol และ PEG 400 ที่ระดับความเข้มข้นของสารเพิ่มความยืดหยุ่นร้อยละ 20, 30 และ 60 ของน้ำหนักแป้ง และประเมินคุณสมบัติด้านการต้านทานการเจาะ %Elongation การซึมผ่านของไอน้ำ และการละลายของฟิล์ม และจากนำไปเคลือบยาเม็ดต้นแบบ (propanolol hydrochloride tablet) ที่ระดับการเคลือบต่างๆ พบว่าการใช้แป้งดัดแปรจากข้าวก่ำหมัก ร่วมกับสารเพิ่มความยืดหยุ่น Sorbitol ร้อยละ 60 ของน้ำหนักแป้ง ที่ระดับการเคลือบร้อยละ 3 หรือ 5 ของน้ำหนักเม็ดยาแกน มีความเหมาะสมในการใช้เป็นสารก่อฟิล์มสำหรับการเคลือบยาเม็ดโพรพราโนลอลไฮโดรคลอไรด์ ชนิดปลดปล่อยตัวยาสำคัญเร็ว และในการพัฒนาผลิตภัณฑ์อาหารโพรไบโอติกจากข้าวหมักแห้ง ประกอบด้วยการออกแบบและคัดเลือกสูตรตำรับ เพื่อให้ได้สูตรตำรับต้นแบบ และศึกษาความคงตัวของผลิตภัณฑ์และควบคุมคุณภาพ ได้ผลิตภัณฑ์ข้าวหมักอัดเม็ด จากข้าวหมัก H7 เป็นเม็ดกลมสีม่วง ที่มีความมันวาว มีผงแห้งข้าวหมัก H7 ปริมาณ 225 mg ในข้าวหมักอัดเม็ดขนาด 450 mg และผลิตภัณฑ์ข้าวหมักอัดเม็ด จากข้าวหมัก G13 สีเหลืองอ่อน ที่มีความมันวาว มีผงแห้งข้าวหมัก G13 ปริมาณ 219.33 mg ในข้าวหมักอัดเม็ดขนาด 450 mg ที่ผ่านเกณฑ์มาตรฐาน ตาม USP 35 ตลอดระยะเวลาการเก็บจากเก็บในสภาวะปกติ ที่อุณหภูมิห้อง เป็นเวลา 8 สัปดาห์ พบว่ามีความคงตัวทางคุณสมบัติกายภาพ และคุณสมบัติของเชื้อจุลินทรีย์โพรไบโอติก ยกเว้นความแข็งของผลิตภัณฑ์ข้าวหมักอัดเม็ด H7 แต่การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวไม่ส่งผลใดๆ ต่อจำนวนเชื้อโพรไบโอติกในผลิตภัณฑ์ ซึ่งสูตรตำรับและผลิตภัณฑ์ต้นแบบมีโอกาสที่จะพัฒนาต่อยอด เพื่อให้เกิดผลในเชิงพาณิชย์ได้ ดังได้ยื่นจดอนุสทธิบัตร เลขที่คำขอ 1303000454 ลงวันที่รับคำขอ 26 เมษายน 2556 โครงการย่อยที่ 3 การวิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์เวชสำอางโพรไบโอติกต้นแบบจากสารสกัดน้ำข้าวหมักที่มีศักยภาพที่ได้จากการหมักข้าวฮางงอกและข้าวก่ำสายพันธุ์ KKU URL0381 โดยศึกษาฤทธิ์เวชสำอางในตัวอย่างสารสกัดน้ำหมักข้าวสายพันธุ์ข้าวฮางงอก และข้าวก่ำสายพันธุ์ KKU URL0381 รวมทั้งหมด 24 ตัวอย่าง (ได้รับจากโครงการที่ 1) เพื่อคัดเลือกตัวอย่างสารสกัดน้ำข้าวหมักมาพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์เวชสำอางต้นแบบโดยจากการศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี และฤทธิ์เวชสำอางของสารสกัดน้ำข้าวหมัก โดยวิธี TLC และการปริมาณสารประกอบฟีนอลิก ในทั้งหมด 24 ตัวอย่าง พบว่าตัวอย่าง G13 และ H7 เป็นสารสกัดน้ำข้าวหมักที่ปรากฏแถบสารที่มีความเข้มสูง และสอดคล้องกับปริมาณสุทธิสารประกอบฟีนอลิกที่พบ คือ ตัวอย่าง G13 (57.56 ? 2.26 mg TAE/g extract) และ H7 (38.16 ? 2.49 mg TAE/g extract) และผลจากการศึกษาฤทธิ์เวชสำอางของสกัดข้าวหมัก 24 ตัวอย่าง ได้แก่ 1) ฤทธิ์ยับยั้งการทำงานเอนไซม์ MMP -2 และ MMP-9 โดยใช้วิธี zymograph พบว่าตัวอย่าง H7 มีฤทธิ์ต้านเอนไซม์ MMP ดีที่สุดโดยให้ค่า IC50 ต่อเอนไซม์ MMP-2 และ MMP-9 เท่ากับ 393.16 ? 34.65 และ 436.56 ? 44.44 ppm ตามลำดับ 2) ฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียก่อสิว S. epidermidis และ P. acne พบว่าไม่มีสารสกัดใดที่มีฤทธิ์ในการต้านเชื้อแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดสิว P.acne แต่พบว่ามีสารสกัดน้ำข้าวหมัก G13 (MIC = 30 mg/mL และ MBC > 50 mg/mL) และ G15 (MIC = 30 mg/mL และ MBC = 50 mg/mL) เท่านั้นที่แสดงฤทธิ์ต้านเชื้อ S. epidermidis 3) ฤทธิ์ยับยั้งการสร้างเมลานินในเซลล์เมลาโนไซต์ สารสกัดน้ำหมักที่มีฤทธิ์ยับยั้งการสร้างเมลานินดีที่สุด คือ H7 (IC50 เท่ากับ 1,074.14 ? 72.23 ppm) 4) ฤทธิ์ต่อการสร้างคอลลาเจนในเซลล์ไฟโบรบลาสต์ เมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุมพบว่า H7 กระตุ้นการสร้างคอลลาเจนได้มากกว่ากลุ่มควบคุมถึง 257.25 ? 13.49% ณ ความเข้มข้น 500 ppm ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงกว่า G13 ที่กระตุ้นการสร้างคอลลาเจนได้ 127.27 ? 1.38% ของกลุ่มควบคุม ณ ความเข้มข้น 500 ppm และข้อมูลข้างต้นได้คัดเลือกสารสกัดน้ำข้าวหมัก H7 ซึ่งมีศักยภาพสูงในฤทธิ์เวชสำอางโดยเฉพาะฤทธิ์เกี่ยวกับการชะลอความแก่ก่อนวัยในเซลล์ สำหรับนำไปพัฒนาผลิตภัณฑ์เวชสำอางต้นแบบ ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ในรูปแบบของเม็ดพอลิเมอร์ที่กักเก็บสารสกัดน้ำข้าวหมักในเจล มีส่วนประกอบสารสกัดน้ำข้าวหมัก H7 3.3% ผลิตภัณฑ์เวชสำอางต้นแบบที่พัฒนาได้ ประกอบด้วยเม็ดพอลิเมอร์ที่มีขนาดอนุภาคเฉลี่ยเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ในช่วง 2.75 ? 0.13 – 2.91 ? 0.14 mm ค่าความเป็นกรดด่าง pH เฉลี่ยในช่วง 4.48 ? 0.01 – 4.72 ? 0.05 สามารถกักเก็บสารสกัดน้ำข้าวหมักได้ในปริมาณสูงสุด (%entrapment เท่ากับ 98.34 ? 0.18% และ %drug loading เท่ากับ 76.71 ? 0.14%) ไม่พบการปนเปื้อนของเชื้อจุลินทรีย์ และมีความคงตัวสูงหลังการทดสอบในสภาวะเร่ง และการเก็บภายใต้อุณหภูมิ 4 ?C นาน 60 วัน ผลการศึกษานี้ ทำให้ทราบถึงคุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และฤทธิ์ทางเวชสำอางในตัวอย่างสารสกัดข้าวน้ำข้าวหมักที่เตรียมได้จากข้าวกล้องฮางงอก และข้าวก่ำ KKU URL0381 ซึ่งสารสกัด H7 มีศักยภาพดีที่สุด และทำให้ได้ผลิตภัณฑ์เวชสำอางต้นแบบรูปลักษณ์ทันสมัยและมีความสามารถกักเก็บสารสำคัญอื่นๆได้ในปริมาณสูงในรูปแบบเม็ดพอลิเมอร์ในเจล ที่มีฤทธิ์ชะลอความแก่ก่อนวัยของเซลล์ผิวหนัง

คำสำคัญ