ศึกษาการสกัดและคุณสมบัติของเพคตินจากใบยางพารา

                        THE STUDY OFTHE PROCESS OF EXTRACTION AND PROPERTIES
                                     OF PECTIN FROM PARA RUBBER LEAVES (Heveabrasiliensis sp.) 

สนใจในงานโหลดเลยย

!!! ถ้าเปิดไม่ได้คลิ๊กนี้เลย !!!

 

ความสำคัญและที่มาของโครงงาน

เพคติน (Pectin) เป็นพอลีแซคคาไรค์และเส้นใยอาหารเป็นโครงสร้างของผนังเซลล์ของพืชชั้นสูงเกือบทุกชนิด ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างของเซลล์และเป็นสารที่สำคัญในบริเวณชั้นผนังเชื่อมยึดระหว่างเซลล์หรือมิดเดิลลาเมลลา(middle lamella) ที่ยึดเหนี่ยวเซลล์เข้าด้วยกัน โดยจับกับเซลลูโลส (Cellulose) เฮมิเซลลูโลส (Hemicellulose) และไกลโคโปรตีน (glycoprotein) ของผนังเซลล์พืช เพคตินช่วยเสริมผนังเซลล์ให้หนา แข็งแรง และยืดหยุ่นได้เล็กน้อย โดยเฉพาะบริเวณที่มีเนื้อเยื่ออ่อนนุ่ม เช่น ต้นอ่อน ใบ และผลไม้ จัดเป็นสารประกอบคาร์โบไฮเดรตเช่นเดียวกับแป้งและเซลลูโลส ค้นพบในศตวรรษที่ 18 ทำหน้าที่เป็นสารที่ทำให้เกิดเจลนำมาใช้ในอุตสาหกรรมอาหารเพื่อเพิ่มความเหนียว เป็นเนื้อเดียวกัน เช่น ใช้ผสมในไอศกรีม,เยลลี่,วุ้น,ลูกอมเป็นต้น รวมทั้งยังมีการใช้ในเครื่องสำอาง 

ภาพแสดงโครงสร้างเพคตินในเซลล์พืช

ปัจจุบันประเทศไทยต้องสั่งนำเข้าเพคตินจากต่างประเทศคิดเป็นมูลค่ากว่า  200ล้านบาทต่อปีเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและยาเพคตินเป็นสารที่สกัดได้จากเปลือกผลไม้เช่นแอปเปิ้ลพืชตระกูลส้มและมะนาวจัดเป็นพอลีแซคคาไรด์ชนิดหนึ่งซึ่งเอนไซม์ที่ลำไล้เล็กไม่สามารถย่อยสลายได้เพคตินมีประโยชน์คือเป็นใยอาหาร (Dietary Fiber) ที่มีสมบัติในการละลายน้ำได้(Water Soluble Fiber) เพคตินที่สกัดได้จากพืชจะมีปริมาณและคุณภาพแตกต่างกันออกไปขึ้นอยู่กับชนิดของพืชชนิดของเนื้อเยื่อ,พันธุ์และอายุพืชที่มีปริมาณเพคตินสูงจะถูกมักนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการสกัดเพคติน องค์ประกอบในส่วนต่างๆของพืชชนิดเดียวกันจะมีปริมาณเพคตินที่แตกต่างกันออกไป(องอาจ,2553) ซึ่งในปัจจุบันมีการสกัดเพคตินจากส่วนต่างๆของพืชเช่น มะละกอดิบ 8.9% โดยน้ำหนักแห้ง เปลือกส้มโอ 20.3% โดยน้ำหนักแห้ง เป็นต้น (นิธิยา, 2539) จากการศึกษาการสกัดเพคตินจากเปลือกและกากผลส้ม สภาวะที่เหมาะสม ได้แก่ อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส  พีเอช 3.0 โดยใช้กรดไฮโดรคลอริก (HCl) และปริมาณโซเดียมเฮกซะเมตาฟอสเฟส (SHMP) 6% ของน้ำหนักเปลือก และกากผลส้ม เป็นเวลา 90 นาที จากนั้นตกตะกอนเพคตินด้วย 95% เอทานอลสลับกับอะซีโทน 3-5 ครั้ง จะได้เพคตินที่ค่อนข้างบริสุทธิ์ ได้ปริมาณเพคติน 18.48%ปริมาณความชื้น 7.79%  ปริมาณเถ้า 5.42% ปริมาณกรดกาแลคทูโรนิก 66.25% และปริมาณเมทอกซิล 4.12%    (ชวนิฏฐ์และคณะ, 2548) ฝรั่งพันธุ์กิมจูสกัดเพคตินได้ปริมาณเพคติน 15.55-19.44 % (องอาจ, 2553) นอกจากนี้ยังสกัดมาจากใบเครือหมาน้อย ซึ่งเป็นพืชไม้เลื้อยพื้นบ้านมีอยู่ทั่วทุกภาคของประเทศโดยในใบของเครือหมาน้อยสามารถสกัดเพคตินโดยการสกัดที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส จะได้ปริมาณ  เพคตินมากกว่าการสกัดที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ปริมาณเถ้าที่ได้จากการวิเคราะห์        มีความแตกต่างกันทางสถิติขึ้นกับ pH ที่ใช้ในการสกัด โดยการสกัดที่ pH 2 จะได้เพคตินที่มีปริมาณน้อยกว่าการสกัดที่ pH 4 และpH6 ตามลำดับ ที่ละลายน้ำได้ง่ายแต่สามารถเกิดเป็นเจลโดยไม่ต้องใช้น้ำตาลจึงสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในการทำอาหารเพื่อสุขภาพต่างๆที่ปราศจากน้ำตาลและพลังงาน (น้ำทิพย์, 2550)

                                                 ผลไม้ที่นิยมนำมาสกัดเพื่อผลิตเพคติน

ยางพารา (Para rubber) มีชื่อวิทยาศาสตร์ว่า Heveabrasiliensis ปัจจุบันมีการปลูกยางส่วนใหญ่จะอยู่ในภาคใต้และภาคตะวันออก และกำลังจะมีการขยายการปลูกเพิ่มขึ้นไปยังภาคเหนือ,ภาคตะวันออกเฉียงเหนือ และภาคตะวันตก(http://www.live-rubber.com) ซึ่งใบยางพารามีลักษณะเป็นใบประกอบโดยทั่วไป 1 ก้านใบจะมีใบย่อย 3 ใบ ใบยางจะแตกออกมาเป็นชั้น ๆเรียกว่า "ฉัตร"ระยะเวลาเริ่มแตกฉัตรจนถึงใบฉัตรนั้นแก่เต็มที่จะใช้เวลาประมาณ 2-3 เดือน  (http://web.ku.ac.th/agri/rubber/rubber01.htm)

รูปแสดงตัวอย่างผลและใบของต้นยางพารา

ดังนั้น   คณะผู้วิจัยจึงสนใจที่จะศึกษาสภาวะที่เหมาะสมของการสกัดเพคตินจากใบยางพาราเพื่อสามารถนำเพคตินไปใช้ประโยชน์ เป็นทางเลือกใหม่ให้แก่อุตสาหกรรมการอาหารและเป็นการเพิ่มมูลค่าทางเศรษฐกิจให้แก่เกษตรกร 

เอกสารและงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง

ยางพารา

ชาวพื้นเมืองในอเมริกากลางและอเมริกาใต้เรียกต้นไม้ที่ให้ยางว่า คาอุท์ชุก แปลว่าต้นไม้ร้องไห้ จนถึงปี พ.ศ. 2313 (1770) โจเซฟ พริสลี่ จึงพบว่า ยางสามารถลบ รอยดำของดินสอได้โดยที่กระดาษไม่เสีย จึงเรียกยางว่า ยางลบหรือตัวลบ ซึ่งเป็น คำเรียกยางเฉพาะในอังกฤษและฮอลแลนด์ เท่านั้น ส่วนในประเทศยุโรปอื่น ๆ ในสมัยนั้น ล้วนเรียกยางว่า คาอุท์ชุก ทั้งสิ้น จนถึงสมัยที่โลกได้มีการปลูกยางกันมากในประเทศแถบอเมริกาใต้นั้น จึงได้ค้นพบว่า พันธุ์ยางที่มีคุณภาพดีที่สุดคือยางพันธุ์ Heveabrasiliensisซึ่ง มีคุณภาพดีกว่าพันธุ์ Heveaธรรมดามาก จึงมีการปลูกและซื้อขายยางพันธุ์ดังกล่าวมาก และศูนย์กลางของการซื้อขายยางก็อยู่ที่เมืองท่าชื่อ พารา บนฝั่งแม่น้ำอะเมซอน ประเทศบราซิล ด้วยเหตุดังกล่าว ยางพันธุ์ Heveabrasiliensis  จึงมีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ยางพารา และเป็นชื่อที่ใช้เรียกกันแพร่หลายจนถึงทุกวันนี้ต้นยางพาราเป็นไม้ยืนต้นขนาดใหญ่ มีอายุยาวนานเป็นร้อย ๆ ปี ลำต้นที่โตเต็มที่ วัดโดยรอบได้มากกว่า 3 เมตร บางต้นลำต้นโตถึง 5 เมตร สำหรับความสูง ถ้าเป็นต้นที่สมบูรณ์และอยู่ในที่ที่ระบายน้ำได้ดี จะมีความสูงถึง 40 เมตร แต่ต้นที่นำมาปลูกในทวีปเอเชียมีขนาดเล็กลงมาก   ลำต้นของต้นที่ปลูกด้วยเมล็ดจะโตประมาณ 1-2 เมตร และถ้าเป็นต้นติดตา ลำต้นจะโตไม่เกิน 1 เมตร ส่วนความสูงก็ลดลงเหลือเพียงประมาณ 15- 20 เมตร เท่านั้น ต้นยางมีเปลือกหนามากๆ จะได้น้ำยางสูงสุดประมาณ 6.5-15 มิลลิลิตร ทรงต้นที่สมบูรณ์มักจะสูงชะลูด กิ่งแจกมักแจกตั้งขึ้นไปประมาณ 45 องศาจากลำต้น ใบมักจะรวมเป็นพุ่มที่ส่วนปลายของกิ่ง แต่ละก้านใบแจกออกเป็น 3 ใบ (ดังภาพประกอบที่ 1) แต่ละใบใน 3 ใบกว้างประมาณ  5-10 เซนติเมตร และยาวประมาณ 10-20 เซนติเมตร(http://www.rubber.co.th)

สมบัติทั่วไปของยางพาราน้ำยางสดที่ได้จากการกรีดจากต้นยางพารา มีลักษณะเป็นของเหลวสีขาวเหมือนน้ำนม มีสภาพเป็นคอลลอยด์ น้ำตาล 1-2 % โดยปริมาตรหรือสารแขวนลอยมีความหนาแน่นอยู่ระหว่าง 0.975 – 0.980 กรัมต่อมิลลิลิตร มีค่า pH ประมาณ 6.5 – 7.0 ความหนืดของน้ำยางมีค่าประมาณ 12 – 15 centipoisesองค์ประกอบของ   น้ำยางสดมีดังต่อไปนี้ อนุภาคยาง30 – 40 % โดยปริมาตร โปรตีน 2 – 3 % โดยปริมาตร   เรนนิน 1.5 -3.0 % โดยปริมาตร  เถ้า 0.5 – 1.0 % โดยปริมาตรและน้ำ 55–65 % ผิวของอนุภาคยางมีเยื่อหุ้มที่ประกอบด้วยไขมันและโปรตีน โดยแต่ละอนุภาคมีอนุมูลลบของโปรตีนอยู่ รอบนอก ทำให้เกิดแรงผลักระหว่างอนุภาคยาง ซึ่งมีผลทำให้น้ำยางพาราคงมีสภาพเป็นของเหลวได้ ดั้งนั้นเมื่อมีการทำลายเยื่อหุ้มอนุภาคหรือมีการสะเทินอนุมูลลบโดยระดับความเป็นกรด – ด่าง จะลดลงต่ำกว่า 7.0 ทำให้อนุภาคยางที่แขวนลอยอยู่ในตัวกลางเกิดการรวมตัวจับกันเป็นก้อน (เสาว์นีย์, 2547)

ภาพประกอบที่ 2.1  แสดงส่วนประกอบของต้นยางพารา

ที่มา :วิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี เรื่องยางพารา (http://th.wikipedia.org/wiki/ยางพารา)

เพคติน

เพคติน (อังกฤษ: Pectin) เป็นพอลิเมอร์ชีวภาพ (biopolymer) หรือพอลิเมอร์ธรรมชาติ (natural polymer) ที่มีการใช้กันอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่มมาช้านานโดยใช้เป็นสารเพิ่มความข้นหนืดสารก่อเจล ในผลิตภัณฑ์แยม เจลลี่และสารเพิ่มความคงตัวของระบบคอลลอยด์ในเครื่องดื่มน้ำผลไม้และผลิตภัณฑ์ที่มีลักษณะเนื้อคล้ายเยลลี่ในช่วง 2-3 ทศวรรษที่ผ่านมามีการนำเพคตินมาใช้ในทางเภสัชกรรมและอุตสาหกรรมยาเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆเนื่องจากเพคตินมีสมบัติเฉพาะที่ทำให้สามารถนำมาใช้เก็บกักหรือนำส่งยา โปรตีนและเปปไทด์ เป็นต้นและจัดเป็นคาร์โบไฮเดรตประเภทไฟเบอร์หรือเส้นใยอาหารที่ไม่ถูกย่อยโดยเอนไซม์ในระบบการย่อยของร่างกายมนุษย์ซึ่งได้รับความสนใจจากนักโภชนาการมากขึ้นเพราะจากการวิจัยให้ผลออกมาว่าอาหารที่มีไฟเบอร์สูงจะช่วยป้องกันการเกิดโรคต่างๆหรือในทางกลับกันคนที่กินอาหารที่มีไฟเบอร์น้อยก็มีความเสี่ยงที่จะเกิดโรคต่างๆได้ง่ายขึ้น

เพคตินเป็นโพลีแซคคาไรด์ที่เป็นโครงสร้างของผนังเซลล์ของพืชชั้นสูงเกือบทุกชนิดจัดเป็นสารประกอบคาร์โบไฮเดรตเช่นเดียวกับแป้งและเซลลูโลสค้นพบในศตวรรษที่ 18 ทำหน้าที่เป็นสารที่ทำให้เกิดเจลโดยในปีค.ศ.1825 Henri Braconnot (เภสัชกรและนักพฤกษเคมีชาวฝรั่งเศส)ได้ตั้งชื่อและริเริ่มศึกษากรรมวิธีการสกัดเพคตินเพคตินมาจากภาษากรีกว่า “pektikos” ซึ่งแปลว่าทำให้ข้นแข็ง (to congeal) หรือทำให้กลายเป็นของแข็ง (to solidify)Kerteszได้ให้คำจำกัดความของเพคตินว่าเป็นกรดเพคตินิก (pectinic acid) ชนิดละลายน้ำได้ซึ่งมีปริมาณหมู่เมทิลเอสเทอร์หลากหลายสามารถเกิดเป็นเจลในสภาวะที่มีน้ำตาลและความเป็นกรดที่เหมาะสมหรือสภาวะที่มีเกลือแคลเซียมร่วมอยู่ด้วยสารประกอบเพคตินทำหน้าที่เป็นโครงสร้างของเซลล์และเป็นสารที่สำคัญในบริเวณชั้นผนังเชื่อมยึดระหว่างเซลล์หรือมิดเดิลลาเมลลา(middle lamella) ที่ยึดเหนี่ยวเซลล์เข้าด้วยกัน โดยจับกับเซลลูโลส เฮมิเซลลูโลสและไกลโคโปรตีนของผนังเซลล์พืชเพคตินช่วยเสริมผนังเซลล์ให้หนา แข็งแรง และยืดหยุ่นได้ล็กน้อยโดยเฉพาะบริเวณที่มีเนื้อเยื่ออ่อนนุ่ม เช่น ต้นอ่อน ใบ และผลไม้ (http://th.wikipedia.org/wiki/เพกทิน)

 โครงสร้างของเพคติน

เพคตินเป็นสารจำพวกพอลีแซ็คคาไรด์ (polysaccharide) ที่มีน้ำหนักโมเลกุลมากดังภาพประกอบ 2และมีโครงสร้างหลักที่ประกอบด้วยกรดกาแลคทูโรนิก (D-galacturonic acid) ที่ต่อกันด้วยพันธะแอลฟา 1-4 ไกลโคซิดิค ( -1,4 glycosidic)ดังภาพประกอบ3สารประกอบเพคตินพบมากบริเวณระหว่างผนังเซลล์ของพืชทั่วๆไปในส่วนของExtracellular matrix ดังภาพประกอบ4โดยเฉพาะผลไม้จำพวกตระกูลส้มเช่นส้มโอส้มเขียวหวานนอกจากนี้ยังพบในพืชชนิดอื่นๆอีกเช่นแอปเปิ้ลหัวบีท (sugar beet) มะม่วงฝรั่งเป็นต้นอุตสาหกรรมการผลิตเพคตินส่วนใหญ่สกัดจากเปลือกด้านใน (albedo) ของผลไม้ตระกูลส้มซึ่งมีปริมาณเพคตินถึง 25% ต่อน้ำหนักแห้งและกากแอปเปิ้ลซึ่งมีปริมาณเพคตินประมาณ 15-18% ต่อน้ำหนักแห้งเพคตินที่สกัดได้จากเนื้อเยื่อพืชเหล่านี้มีสมบัติในการเกิดเจลได้เมื่อเติมกรดและน้ำตาลในปริมาณที่เหมาะสม(องอาจ, 2553)

ภาพประกอบที่ 2.2 แสดงโครงสร้างของเพคตินที่มีโมเลกุลซับซ้อน

                                                          ที่มา:Kertesz, (1951) The Pectin Substances.

ภาพประกอบที่ 2.3 แสดงโครงสร้างของเพคตินที่มีกรดกาแลคทูโรนิกเป็นองค์ประกอบหลัก

                                                            ที่มา:Kertesz, (1951)The Pectin Substances.

ภาพประกอบที่ 2.4 แสดงโครงสร้างของ Extracellular matrix ที่มีเพคตินเป็นองค์ประกอบ

ที่มา: Mariam B. Sticklen, (2008)Plant genetic engineering for biofuel production.

            

 การจำแนกชนิดของสารประกอบเพคติน

สารประกอบเพคตินสามารถแบ่งออกตามสารประกอบเชิงซ้อนได้เป็น 4 ชนิด(Julio, 2007)คือ

                1. โปรโตเพคติน

                เป็นสารประกอบที่ไม่ละลายน้ำพบมากในผลไม้ดิบ เป็นสารตั้งต้นของเพคตินมีหมู่
เมทธอกซิลอยู่ในโมเลกุล อยู่ในช่วง 9-12% หากเกิดปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชั่นอย่างสมบูรณ์จะมีหมู่เมธอกซิลอยู่ในโมเลกุลของโปรโตเพคตินประมาณ 16% จัดว่ามี degree of esterification 90%    ขึ้นไป โปรโตเพคตินมักพบอยู่ร่วมกับเซลลูโลส โครงสร้างโมเลกุลยังไม่แน่ชัด เชื่อว่าการที่ไม่สามารถละลายน้ำได้ เนื่องจากโปรโตเพคตินเป็นสารโมเลกุลใหญ่ หรือน่าจะอยู่ในรูปของเหลือแคลเซียมและแมกนีเซียม (แคลเซียม-แมกนีเซียม เพคติเนต) แต่ในระหว่างกระบวนการสุกของผลไม้โปรโตเพคตินอาจถูกไฮไดรไลซ์ด้วยเอนไซม์หรืออาจใช้ด่าง จะทำให้หมู่เมธิลถูกแยกออกไปบางส่วน ได้เป็นหมู่คาร์บอกซิลอิสระ เรียกว่ากรดเพคตินิก (pectinic acid) เป็นสารประกอบเพคตินที่ละลายได้ในน้ำ

  

ภาพประกอบที่ 2.5 แสดงโครงสร้างของเพคตินที่ไม่สามารถละลายน้ำได้

ที่มา: Ridley and et al., (2001)Pectinsstructure,biosynthesis, and oligogalacturoniderelated signaling.

2. เพคติน

                เป็นหน่วยของกรดกาแลกทูโรนิกที่ต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก ซึ่งสามารถละลายน้ำได้ และมีหมู่เมธิลเอสเทอร์ เพคตินมีความสามารถในการเกิดเจลได้ในสภาวะที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับปริมาณเมธิลเอสเทอร์ ซึ่งมีค่า degree of esterification ตั้งแต่75-90%

                3. กรดเพคตินิก

                เป็นสารประกอบเพคตินหรือโพลีเมอร์ของกรดกาแลกทูโรนิกต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก ซึ่งสามารถละลายน้ำได้ และมีหมู่เมธิลเอสเทอร์เหลืออยู่บางส่วน กรดเพคตินิกมีความสามารถในการเกิดเจลได้ในสภาวะที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับปริมาณเมธิลเอสเทอร์และสามารถแบ่งกรดเพคตินิก ตามค่า degreeof esterification ได้เป็น 2 กลุ่ม ดังนี้

ภาพประกอบที่ 2.6 แสดงโครงสร้างของเพคตินที่สามารถละลายน้ำได

ที่มา:Mukhiddinov and et al., (2000)Isolation and structural characterization of a pectinhomo

                          and ramnogalacturonan.

3.1 เพคตินกลุ่มที่มีเมทธอกซิลสูง (High Methoxyl Pectin; HMP)

เป็นสารเพคตินที่มีค่า DE ไม่ต่ำกว่า 50% ในทางการค้าจะมีค่า DE อยู่ในช่วง 50-75% การเกิดเจลของเพคตินชนิดนี้ต้องมีองค์ประกอบที่เหมาะสม คือปริมาณน้ำตาลมากกว่า 55% พีเอชอยู่ระหว่าง 2.0-3.5 (Yapoand et al., 2005) ความสามารถในการเกิดเจลได้ช้าหรือเร็วขึ้นอยู่กับค่าร้อยละDE โดยมีประโยชน์ไว้ใช้ในการเติมอาหารจำพวกแยม เยลลี่ ผลไม้กวน เนื่องจากมีความคงตัว ความหนืดสูง (องอาจ, 2553)

3.2 เพคตินกลุ่มที่มีเมทธอกซิลต่ำ (Low MethoxylPectin; LMP)

เป็นสารเพคตินที่มีค่า DE ต่ำกว่า 50% เพคตินชนิดนี้สามารถเกิดเจลได้ที่อุณหภูมิห้อง โดยจะต้องมีไอออนของโลหะบางชนิดในการเกิดเจล เช่น แคลเซียมไอออน และสามารถเกิดเจลได้ในช่วงพีเอช ระหว่าง 2.0-6.0  (Yapoand et al., 2005) ในการผลิตเพคตินกลุ่มนี้จะต้องมีการดีเอสเทอริไฟด์ โดยใช้เอธิลหรือเมทิลแอลกอฮอล์หรือด่าง ถ้าใช้แอมโมเนียมร่วมกับด่างในการเอสเทอริไฟด์เพคตินที่ได้เรียกว่า amidated low methoxyl pectin ดังนั้นจะต้องหาค่าร้อยละDE ร่วมกับค่าร้อยละdegree of amidation (DA)โดยมีประโยชน์ไว้ใส่อาหารเพื่อให้อาหารมีลักษณะเนื้อผิวที่ดีขึ้น ใช้เติมลงใน        โยเกิร์ต นมรสช็อคโกแลต (องอาจ, 2553)

4. กรดเพคติก

เป็นสารประกอบเพคตินที่ประกอบด้วยกลุ่มของกรดกาแลกทูโรนิกที่ไม่มีกลุ่มของ
เมธิลเอสเทอริอยู่เลย ไม่สามารถเกิดเจลได้ในทุกสภาวะมีค่า Degree of esterification 0%

ภาพประกอบที่ 2.7 แสดงโครงสร้างของเพคตินที่ไม่สามารถทำให้เกิดเจลได้

ที่มา:Mukhiddinov and et al., (2000). Isolation and structural characterization of a pectinhomo

and ramnogalacturonan.

งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง

                ในการสกัดเพคตินต้องคำนึงถึงสภาวะที่เหมาะสมในการสกัดได้แก่อุณหภูมิที่ใช้ในการสกัด ระยะเวลาในการสกัดค่า pH ของตัวทำละลายที่ใช้ในการสกัดชนิดของกรดที่ใช้ในการสกัดเพคติน และปริมาณโซเดียมเฮกซะเมตาฟอสเฟส  ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ได้กล่าวถึงในแต่ละงานวิจัยดังรายละเอียดต่อไปนี้

                 อุณหภูมิที่ใช้ในการสกัด

                การสกัดเพคตินจากพืชใช้อุณหภูมิในการสกัดที่แตกต่างกันได้แก่งานวิจัยของกนกพร และเจนจิรา, (2552)ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมของการสกัดเพคตินจากเศษผักกาดขาวที่เหลือทิ้งพบว่าอุณหภูมิที่เหมาะสมคือ 100 องศาเซลเซียสจะได้เพคตินปริมาณมากที่สุดคือ  3.460±0.002%ซึ่งอยู่ในช่วงมาตรฐานเพคตินตามที่ JFECFA ได้กำหนดและมีอีกหลายงานวิจัยที่สนับสนุนการสกัดเพคตินที่สภาวะอุณหภูมิสูงได้แก่

               ณรงค์และเมธินี, (2548) ได้สกัดเพคตินจากฝรั่งที่อุณหภูมิ 98องศาเซลเซียสเพคตินที่ได้จะมีหมู่เมทธอกซิลสูง

                 Chang and et al., (1994)สกัดเพคตินจากดอกทานตะวันที่อุณหภูมิ 95 องศาเซลเซียส

            Levigne and et al., (2002)สกัดเพคตินจากหัวบีทด้วยสารละลายกรดไฮโดรคลอริกที่อุณหภูมิ 95 องศาเซลเซียส

                ฉัตรชัยและคณะ, (2548)ศึกษาสมบัติเฉพาะทางเคมีและกายภาพของเพคตินจากเนื้อเยื่อส่วนต่างๆของผลส้มโอโดยสกัดเพคตินที่อุณหภูมิ 90 องศาเซลเซียสเปรียบเทียบกับเพคตินทางการค้าเกรด 150 พบว่าสมบัติด้านความบริสุทธิ์กรดกาแลคทูโรนิค 47-57% ความสามารถในการเกิดอิมัลชัน 88.89-90.61% ความสามารถในการดูดซับน้ำมัน 118-127.87% และเจลลี่เกรด 250-280

                พิเชษฐ, (2546)ศึกษาเปรียบเทียบปริมาณเพคตินปริมาณเมทธอกซิลและกรดกาแลคทูโรนิกจากใบเครือหมาน้อยโดยสกัดเพคตินที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส

                 Pagan andIbarz, (1999)ศึกษาผลของอุณหภูมิเวลาและpH ที่ใช้ในการสกัดเพคตินต่อปริมาณเพคตินที่สกัดจากกากแอปเปิ้ลโดยสกัดที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส

              น้ำทิพย์และยุวภา, (2550) สกัดเพคตินจากใบเครือหมาน้อยที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียสจึงสรุปได้ว่าช่วงของอุณหภูมิที่ใช้ในการสกัดเพคตินอยู่ที่ 80-100 องศาเซลเซียสทำให้ได้เพคตินปริมาณมาก

               ช่วงเวลาที่ใช้ในการสกัด

                จากงานวิจัยที่เกี่ยวกับการสกัดเพคตินพบว่าเวลาที่ใช้ในการสกัดแตกต่างกันและถ้าใช้เวลาในการสกัดนานจะได้ปริมาณเพคตินมากกว่าณรงค์และเมธินี, (2546) สมฤทัยและอมราวดี,(2552)พิเชษฐ, (2546)และ C Mollea and et al., (2007) ได้ใช้เวลาในการสกัด 1 ชั่วโมง

                งานวิจัยที่ศึกษาการสกัดเพคตินโดยใช้ช่วงเวลาในการสกัดมากกว่า 1 ชั่วโมงได้แก่งานวิจัยของขนิษฐา,(2545)ใช้เวลาในการสกัดเพคตินจากส้มมะงั่ว 105 นาทีกนกพรและเจนจิรา, (2552)ใช้เวลาในการสกัดเพคตินจากเศษผักกาดขาวที่เหลือทิ้ง 90 นาที

                ยังมีงานวิจัยที่สนับสนุนช่วงเวลาในการสกัดเพคตินที่ใช้เวลาในการสกัดนานและได้เพคตินปริมาณมากได้แก่งานวิจัยของ Pagan andIbarz, (1999)  Pagan and et al., (2001)และLevigne andet al.,(2002)ในขณะที่งานวิจัยที่ใช้เวลาในการสกัดเพคตินน้อยอาจทำให้ได้ปริมาณเพคตินน้อยกว่าที่ควรเช่นงานวิจัยของฉัตรชัยและคณะ, (2548)ใช้เวลาสกัด30นาทีและ Changand et al., (1994)ใช้เวลาในการสกัด 20 นาที

                ค่า pH ของตัวทำละลายที่ใช้ในการสกัด

                pH ของตัวทำละลายที่ใช้ในการสกัดเพคตินส่วนใหญ่อยู่ในช่วงของความเป็นกรด (pH 1.5-2.0) เช่นณรงค์และเมธินี,(2546)ฉัตรชัยและคณะ, (2548) สมฤทัยและอมราวดี,(2552)น้ำทิพย์และยุวภา,(2550)พิเชษฐ,(2546)ชนิษฐา,(2545) Pagan andIbarz,(1999) Pagan andet al., (2001)และLevigne and et al., (2002)

                งานวิจัยที่สกัดเพคตินในสภาวะ pH มากกว่า 2 ได้แก่ C Mollea and et al., (2007) ศึกษาการสกัดเพคตินจากเปลือกโกโก้ที่เหลือจากกระบวนการผลิตสกัดที่ pH 2.5 กนกพรและเจนจิรา,(2552)ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมของการสกัดเพคตินจากเศษผักกาดขาวที่เหลือทิ้งสกัดที่ pH 3.0 Attri andMaini, (1996)ศึกษาการสกัดเพคตินจากGalgalสกัดที่ pH 3 และ Chang and et al., (1994) ศึกษาปริมาณและคุณภาพของเพคตินจากดอกทานตะวันพบว่าสภาวะที่เหมาะสมคือpH 5

           กรดที่ใช้ในการสกัดเพคติน

                ฉัตรชัยสังข์ผุดและคณะ, (2548)ศึกษาสมบัติเฉพาะทางเคมีและกายภาพของเพคตินจากเนื้อเยื่อส่วนต่างๆของผลส้มโอโดยใช้กรดซิตริก 3% เปรียบเทียบกับเพคตินทางการค้าเกรด 150 พบว่าคุณสมบัติด้านความบริสุทธิ์กรดกาแลคทูโรนิก 47-57% ความสามารถในการเกิดอิมัลชัน 88.89-90.61% ความสามารถในการดูดซับน้ำมัน 118-127.87% และเจลลี่เกรด 250-280

                Osamu and et al., (2008) ศึกษาการสกัดเพคตินจากเปลือกส้มโดยใช้กรดซิตริกพบว่าภายใต้สภาวะความเป็นกรดของกรดซิตริกจะช่วยเพิ่มความหนืดของเพคตินการสกัดเพคตินด้วยกรดซิตริกที่อุณหภูมิสูงจะทำให้ความหนืดของเพคตินลดลงแต่ยังมีความหนืดมากกว่าการไม่ใช้กรดซิตริกในการสกัดและเพคตินที่ได้เป็นแบบ Low Methoxyl Pectin และมีมวลโมเลกุลมากกว่าเพคตินที่ไม่ได้สกัดด้วยกรดซิตริกส่วนประกอบทางเคมีของเพคตินที่สกัดได้จะมีโปรตีนและกรดกาแลคทูโรนิกต่ำแต่มีปริมาณน้ำตาลเป็นองค์ประกอบสูง    งานวิจัยดังกล่าวเลือกใช้กรดซิตริกในการสกัดเพื่อพิจารณาสมบัติของเพคตินที่ได้ว่ามีสมบัติเป็นอย่างไรโดยไม่ได้เปรียบเทียบกับตัวทำละลายที่ใช้ในการสกัดชนิดอื่นจึงบอกไม่ได้ว่าตัวทำละลายชนิดใดดีกว่ากัน

                Kratchanova, (1995) ศึกษาผลของกรดชนิดต่างๆที่ใช้ในการสกัดเพคตินจากต้นยาสูบต่อคุณภาพและปริมาณเพคตินที่สกัดได้โดยชนิดของกรดที่ทำการศึกษาคือกรดไนตริกกรดฟอสฟอริกและกรดซิตริกพบว่าการสกัดโดยใช้กรดไนตริกและกรดฟอสฟอริกให้ปริมาณเพคตินสูงกว่าการใช้กรดซิตริกปริมาณน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวโปรตีนและกรดอะมิโนมีปริมาณสูงเมื่อทำการสกัดด้วยกรดไนตริกเนื่องจากความสามารถในการไฮโดรไลส์ของกรดไนตริกสูงกว่ากรดฟอสฟอริกและกรดซิตริก

                งานวิจัยที่ได้มีการเปรียบเทียบผลของการสกัดของตัวทำละลายพบว่ากรดไนตริกดีกว่ากรดซิตริกโดยมีงานวิจัยที่สนับสนุนการใช้กรดไนตริกเป็นตัวทำละลายในการสกัดคือ

                Pagan andIbarz, (1999)ศึกษาผลของอุณหภูมิเวลาและ pH ที่ใช้ในการสกัดเพคตินต่อปริมาณเพคตินที่สกัดจากกากแอปเปิ้ลโดยใช้กรดไนตริกพบว่าสภาวะที่ให้ปริมาณเพคตินสูงสุดคือที่pH 1.2 และอุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส

             งานวิจัยที่มีการเปรียบเทียบตัวทำละลายในการสกัด

                พิเชษฐ, (2546) ศึกษาเปรียบเทียบปริมาณเพคตินปริมาณเมทธอกซิลและกรดกาแลคทูโรนิกจากใบหมาน้อยที่สกัดแบบร้อนด้วยตัวทำละลายต่างชนิดกันได้แก่น้ำกลั่นสารละลายกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้น 0.05 นอร์มอลและสารละลายโซเดียมเฮกซาเมตาฟอสเฟตเข้มข้น 0.1%พบว่าสภาวะที่เหมาะสมที่สุดในการสกัดเพคตินคือใช้สารละลายโซเดียมเฮกซาเมตาฟอสเฟตเข้มข้น0.1% จะได้ปริมาณเพคตินมากที่สุด   จากงานวิจัยได้ข้อมูลว่าสารละลายโซเดียมเฮกซาเมตาฟอสเฟตใช้เป็นตัวทำละลายในการสกัดได้ดีกว่าสารละลายกรดไฮโดรคลอริกและงานวิจัยอื่นที่ศึกษาการสกัดโดยใช้ตัวทำละลายโซเดียมเฮกซาเมตาฟอสเฟตได้แก่

                Baker andWoodmansce, (1994) ได้ศึกษาการสกัดเพคตินจากส้มโดยใช้สารละลายโซเดียมเฮกซะเมตาฟอสเฟตซึ่งพบว่าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้สูงขึ้นถึง 25% ของน้ำหนักส้มและช่วยลดเวลาในการสกัดได้ถึง 50% และได้เพคตินที่มีคุณภาพดีเนื่องจากสารละลายโซเดียมเฮกซะเมตาฟอสเฟตช่วยลดการแตกตัวของเพคตินที่ความร้อนสูงได้

                กนกพรและเจนจิรา,(2552) ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมของการสกัดเพคตินจากเศษผักกาดขาวที่เหลือทิ้งพบว่าสภาวะที่เหมาะสมในการสกัดเพคตินและให้ปริมาณเพคตินสูงสุดคือการใช้เศษผักกาดขาวสดสกัดกับกรดอะซิติกความเข้มข้น 1 โมลาร์ (pH 3.0) ร่วมกับโซเดียมเฮกซะเมตาฟอสเฟต 8% (น้ำหนักต่อปริมาตร) ได้เพคติน 3.460±0.002%เมื่อตรวจสอบสมบัติของเพคตินที่ได้พบว่าอยู่ในช่วงมาตรฐานเพคตินตามที่ JFECFA ได้กำหนด

                งานวิจัยที่เปรียบเทียบผลของการสกัดโดยใช้สารละลายกรดไฮโดรคลอริกกับสารละลายกรดชนิดอื่น

                สมฤทัยและอมราวดี, (2552)ศึกษาอิทธิพลของตัวแปรต่างๆที่มีต่อพฤติกรรมการสกัดเพคตินจากเปลือกด้านในของมะนาวซึ่งเป็นวัสดุเหลือทิ้งด้วยเครื่องมือการสกัดที่ออกแบบขึ้นเองโดยใช้ตัวทำละลายในการสกัดได้แก่กรดไฮโดรคลอริกกรดซัลฟิวริกและกรดฟอสฟอริกพบว่าสภาวะที่เหมาะสมต่อการสกัดเพคตินคือใช้กรดไฮโดรคลอริกที่มีความเข้มข้น 10%โดยน้ำหนักปรับให้สารละลายที่จะสกัดมี pH 2 และใช้เวลาในการสกัด 60 นาทีจะได้สารสกัดเพคตินจากเปลือกด้านในของมะนาวคิดเป็นน้ำหนักแห้ง 2.34±0.05%

                Attri;Maini (1996) ได้ศึกษาผลของกรดชนิดต่างๆคือกรดไฮโดรคลอริกกรดไนตริกกรดซิตริกและกรดทาร์ทาริกต่อการสกัดเพคตินจากGalgalพบว่าการสกัดเพคตินด้วยกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้น 0.1 นอร์มอลจะให้เพคตินปริมาณสูงสุดคือ 15.26% ต่อน้ำหนักแห้ง

                จากงานวิจัยสรุปได้ว่าสารละลายกรดไฮโดรคลอริกมีสมบัติในการสกัดดีกว่ากรดไนตริกและกรดซิตริกเมื่อดูจากปริมาณเพคตินที่สกัดได้สารละลายโซเดียมเฮกซาเมตาฟอสเฟตจะสกัดเพคตินได้ปริมาณมากกว่าสารละลายกรดไฮโดรคลอริกแต่สารละลายกรดไฮโดรคลอริกจะนิยมใช้ในอุตสาหกรรมการสกัดเพคตินและใช้ในงานวิจัยอื่นหลายงานวิจัย 

           ปริมาณโซเดียมเฮกซะเมตาฟอสเฟส ((=SHMP)

ภาพประกอบที่ 2.8 แสดงโครงสร้างของโซเดียมเฮกซะเมตาฟอสเฟส

ที่มา :วิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี โซเดียมเฮกซะเมตาฟอสเฟส                        (http://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_hexametaphosphate)

                เนื่องจากแคลเซียมมีผลต่อผลไม้ทั้งกายภาพและทางเคมีทำให้ผลไม้มีความกรอบได้โดยแคลเซียมมีหน้าที่ทำปฎิกิริยากับกรดเพคติกที่อยู่ในเซลล์พืชเกิดเป็นเกลือแคลเซียมเพคเตทที่ไม่ละลายน้ำทำให้ผนังเซลล์พืชกรอบ แต่ถ้ากำจัดแคลเซียมที่มีอยู่ในผลไม้ออกจะทำให้เนื้อผลไม้นิ่ม เนื่องจากเพคตินละลายออกมาภายนอกจึงใช้ SHMP (Sodium hexametaphosphate) ช่วยสกัดเพคติน เพราะ SHMP มีคุณสมบัติ sequestering agent จะช่วยกำจัดพวก polyvalent cationและป้องกันไม่ให้เกิดตะกอนของแคลเซียมเพคเตท ผลจากการเติม SHMP ลงไป 2.5%โดยน้ำหนักผลไม้พบว่า จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการสกัดเพคตินได้มากกว่าการสกัดเพคตินโดยไม่ใช้ SHMP และลดเวลาในการสกัดได้50%(วรนงค์, 2546)

                Iglesias andLozano, (2004) ทำการสกัดเพคตินจากส่วนหัวของดอกทานตะวัน โดยใช้สารละลาย SHMP ความเข้มข้น0.75%สกัดที่อุณหภูมิ 75องศาเซลเซียส  pH 3-5 เวลา 1 ชั่วโมง จากนั้นตกตะกอนเพคตินในสภาพกรด ล้างแล้วทำให้แห้ง นำไปบด พบว่าวิธีการดังกล่าวให้เพคติน 7.4%โดยน้ำหนักแห้ง นอกจากนั้น Mohame andHasan, (1999) ทำการสกัดเพคตินจากเปลือกมะนาวโดยใช้สารละลาย SHMP 2.4% ที่อุณหภูมิ 80ºC เป็นเวลา 1 ชั่วโมง ตกตะกอนด้วยกรดเกลืออะลูมิเนียม พบว่าให้ผลผลิตเพคติน 32.9%โดยน้ำหนักแห้ง