Please use this identifier to cite or link to this item: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/56592
Title: Tamarind seed polysaccharide isolation from tamarind kernel powder by protease enzyme and high-intensity ultrasound
Other Titles: การแยกโพลีแซคคาไรด์จากผงเนื้อในเมล็ดมะขามด้วยเอนไซม์ โปรติเอสและคลื่นเหนือเสียงความเข้มสูง
Authors: Sukhum Poommarinvarakul
Advisors: Chirakarn Muangnapoh
Jirarat Tattiyakul
Other author: Chulalongkorn University. Faculty of Engineering
Advisor's Email: chirakarn.m@chula.ac.th
jirarat.t@chula.ac.th
Subjects: Polysaccharides -- Separation
Proteolytic enzymes
Ultrasonic waves -- Industrial applications
Food additives
Food additives industry
Tamarindus indica
โพลิแซ็กคาไรด์ -- การแยก
เอนไซม์โปรติเอส
คลื่นเหนือเสียง -- การใช้ในอุตสาหกรรม
วัตถุเจือปนในอาหาร
อุตสาหกรรมวัตถุเจือปนในอาหาร
มะขาม
ปริญญาดุษฎีบัณฑิต
Issue Date: 2008
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: Tamarind seed polysaccharide, xyloglucan (XG), is obtained from Tamarind Kernel Powder (TKP). In food industry, XG is widely used as a thickener, stabilizer, fat replacer, or starch modifier to improve rheological and thermal properties of many products. The TKP composes of polysaccharide, protein, oil and others 69.84, 18.82, 8.00 and 3.34%, respectively. Isolation of tamarind seed polysaccharide from TKP by using protease enzyme and high-intensity ultrasound in this research was divided into three parts; the de-oiled processing, the isolation of tamarind seed polysaccharide processing and the purification of isolated tamarind seed polysaccharide using dialyzer. For the de-oiled processing, isopropanol and hexane have similar extraction efficiency on the basis of extraction time, extraction temperature and solvent to solid ratio. The water content in 95% ethanol decreased the effective of oil removal. The use of high-intensity ultrasound in the 95% ethanol extraction increased the percentage of oil removal but reduced the size of TKP and the average molecular weight of polysaccharide. The decreasing of oil content in DTKP (de-oiled TKP) made the good dispersions in water. The oil extraction using isopropanol at the solvent to solid ratio of 3:1 ml g-1, extraction time 10 min and the temperature of 30°C was a suitable condition for DTKP production. The obtainable product compositions are 75.40, 20.32, 0.65 and 3.63% for polysaccharide, protein, oil and others, respectively. For tamarind seed polysaccharide isolation process, the experiment was divided into three parts. The use of protease, high-intensity ultrasound and combination of protease and high-intensity ultrasound were studied. The solely utilization of protease digestion for 3 to 5 hours and 0.3 to 0.5% enzyme concentrations produced low protein ITSP (isolated tamarind seed polysaccharide) with good thermal properties. The kinetics of protein digestion could be fit with Michaelis-Menten equation. The high-intensity ultrasound could not decrease the protein contamination in ITSP. The increasing of amplitude level and sonication time was declining the average molecular weight of polysaccharide. The Schmid polymer degradation model was used to fit the kinetics of molecular weight of polysaccharide decay as a function of time. A combination of protease and high-intensity ultrasound treatment has a potential to produce ITSP in high yield and low protein contaminated in short time. A 0.3% protease and 50% amplitude level at 30 min sonication time gave the 93.49% protein eliminated and 60.12 % yield for ITSP. ITSP composes of polysaccharide, protein and others at 95.86, 2.06 and 2.08 respectively. The last experiment, MTSP (modified tamarind seed polysaccharide) was the purification of ITSP by using dialyzer. The increase of feed flow rate increased the dialysance (D, the performance of dialyzer) and the overall mass transfer coefficient (kOV) and also decreased the rejection coefficient (R) of protein. The highest purity of polysaccharide, 99.13%, at 63.12% yield was achieved at 250 ml min-1 feed flow rate and 1500 ml min-1 dialysate flow rate. The MTSP could rapidly dissolve in water at low temperature. So, the initial viscosity was higher than that of other polysaccharides. The increase of polysaccharide purity could increase the viscosity and the pasting properties of product. It was also found that the powder could be rapidly dissolved in water at low temperature
Other Abstract: โพลีแซคคาไรด์จากผงเนื้อในเมล็ดมะขามหรือไซโลกลูแคน สามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมอาหารแทนสารให้ความหนืด สารให้ความคงตัว หรือใช้แทนแป้งดัดแปรเพื่อปรับปรุงสมบัติการไหลและสมบัติทางความร้อนของผลิตภัณฑ์ ผงเนื้อในเมล็ดมะขามประกอบด้วย โพลีแซคคาไรด์ โปรตีน น้ำมัน และอื่น ๆ ร้อยละ 69.84 18.82 8.00 และ 3.34 ตามลำดับ การศึกษาการแยกโพลีแซคคาไรด์ออกจากผงเนื้อในเมล็ดมะขามด้วยเอนไซม์โปรติเอสและคลื่นเหนือเสียงความเข้มสูง แบ่งการทดลองออกเป็น 3 ส่วน ได้แก่ การกำจัดน้ำมัน การแยกโพลีแซคคาไรด์ และการเพิ่มความบริสุทธิ์ให้โพลีแซคคาไรด์ด้วยไดอะลัยเซอร์ ในขั้นตอนการกำจัดน้ำมัน ด้วยตัวทำละลายไอโซโพรพานอล และ เฮกเซน พบว่ามีประสิทธิภาพของการกำจัดน้ำมันเหมือนกัน ทั้งในด้านของเวลาในการสกัด อุณหภูมิในการสกัด และอัตราส่วนระหว่างตัวทำละลายต่อของแข็ง ปริมาณน้ำในเอทานอลร้อยละ 95 ทำให้ประสิทธิภาพในการกำจัดน้ำมันลดลง การใช้คลื่นเหนือเสียงความเข้มสูงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกำจัดน้ำมันที่สกัดด้วยเอทานอลร้อยละ 95 แต่จะทำให้ผงเนื้อในเมล็ดมะขามมีขนาดเล็กลงและ ค่าเฉลี่ยมวลโมเลกุลของโพลีแซคคาไรด์มีขนาดเล็กลงด้วย การลดลงของน้ำมันในผงเนื้อในเมล็ดมะขามที่สกัดน้ำมันแล้วทำให้ผงมีกระจายตัวได้ดีในน้ำและมีสมบัติทางความร้อนที่ดีขึ้น ภาวะที่เหมาะสมในการกำจัดน้ำมันคือการสกัดด้วยไอโซโพรพานอลที่อัตราส่วนระหว่างตัวทำละลายต่อของแข็งที่ 3 ต่อ 1 มิลลิลิตรต่อกรัม เวลาในการสกัด 10 นาที และอุณหภูมิ 30 องสาเซลเซียส จะได้ผลิตภัณฑ์ที่มีองค์ประกอบของโพลีแซคคาไรด์ โปรตีน น้ำมัน และอื่น ๆ เท่ากับ ร้อยละ 75.40, 20.32, 0.65 และ 3.63 ตามลำดับ การทดลองแยกโพลีแซคคาไรด์จากเมล็ดมะขาม แบ่งการทดลองออกเป็น 3 ส่วน คือการกำจัดโปรตีนด้วยเอนไซม์โปรติเอส การกำจัดโปรตีนด้วยคลื่นเหนือเสียงความเข้มสูง และการใช้เอนไซม์โปรติเอสร่วมกับคลื่นเหนือเสียงความเข้มสูง การใช้เอนไซม์โปรติเอสร้อยละ 0.3 และ 0.5 ที่เวลาในการย่อย 3 และ 5 ชั่วโมง ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีการปนเปื้อนของโปรตีนต่ำและมีสมบัติทางความร้อนที่ดี จลนพลศาสตร์ของการย่อยโปรตีนสามารถเขียนได้ด้วยสมการของ Michaelis-Menten การใช้คลื่นเหนือเสียงความเข้มสูงเพียงอย่างเดียวไม่สามารถลดปริมาณโปรตีนปนเปื้อนในผลิตภัณฑ์ การเพิ่มระดับแอมพลิจูดและเวลาในการสั่น ทำให้ค่าเฉลี่ยมวลโมเลกุลโพลีแซคคาไรด์ลดลงและสามารถประมาณได้จากแบบจำลองของ Schmid การทำงานร่วมกันของโปรติเอสและคลื่นเหนือเสียงความเข้มสูงมีแนวโน้มเพิ่มผลได้สูงและปริมาณโปรตีนปนเปื้อนต่ำในเวลาที่สั้น ภาวะที่เหมาะสมคือการใช้ปริมาณเอนไซม์ร้อยละ 0.3 และแอมพลิจูดร้อยละ 50 ที่เวลาในการทำงาน 30 นาทีให้ผลิตภัณฑ์ที่กำจัดโปรตีนออกไปร้อยละ 93.49 และมีผลได้ร้อยละ 60.12 และมีองค์ประกอบของโพลีแซคคาไรด์ โปรตีน และอื่น ๆ เท่ากับ ร้อยละ 95.86, 2.06 และ 2.08 ตามลำดับ ในการทดลองสุดท้าย เพื่อผลิตโพลีแซคคาไรด์ดัดแปรจากเมล็ดมะขามด้วยการเพิ่มความบริสุทธิ์ด้วยไดอะลัยเซอร์ พบว่า การเพิ่มอัตราเร็วของสายป้อนช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของไดอะลัยเซอร์รวมถึงสัมประสิทธิ์การส่งผ่านมวลรวม (kOV) และช่วยลดค่าสัมประสิทธิ์รีเจคชันของโปรตีน ภาวะที่เหมาะสมในการทำงานคืออัตราเร็วของสารป้อน 250 และ สายไดอะลัยเซต 1,500 มิลลิลิตรต่อนาทีทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์ของโพลีแซคคาไรด์ร้อยละ 99.13 และมีผลได้ร้อยละ 63.12 โพลีแซคคาไรด์ดัดแปรที่ได้ประกอบด้วยโพลีแซคคาไรด์และโปรตีนร้อยละ 99.13 และ 0.86 สามารถละลายได้อย่างรวดเร็วในน้ำที่อุณหภูมิต่ำและให้ความหนืดเริ่มต้นสูงกว่าผลิตภัณฑ์อื่น ๆ การเพิ่มความบริสุทธิ์ของโพลีแซคคาไรด์ทำให้ผลิตภัณฑ์มีความหนืดมากขึ้น และมีสมบัติทางความหนืดดีขึ้น นอกจากนี้ยังพบว่าผงผลิตภัณฑ์สามารถละลายน้ำที่อุณหภูมิต่ำได้อย่างรวดเร็ว
Degree Name: Doctor of Engineering
Degree Level: Doctoral Degree
Degree Discipline: Chemical Engineering
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/56592
URI: http://doi.org/10.14457/CU.the.2008.1653
metadata.dc.identifier.DOI: 10.14457/CU.the.2008.1653
Type: Thesis
Appears in Collections:Eng - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Sukhum Poommarinvarakul.pdf2.16 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.