อิทธิพลของอุณหภูมิ เวลา และการบดย่อยต่อสมบัติทางกายภาพของเม็ดแป้งมันสำปะหลังและอัตราการสังเคราะห์ไซโคลเด็กซ์ทริน

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์ เพื่อศึกษาอิทธิพลของอุณหภูมิ เวลา และการบดย่อย ต่อสมบัติทางกายภาพของเม็ดแป้งมันสำปะหลังและต่ออัตราการผลิตเบต้า-ไซโคลเด็กซ์ทริน (beta-CD) แรกเริ่ม โดยใช้เอนไซม์ไซโคลเด็กซ์ทรินไกลโคซิลทรานสเฟอเรส (CGTase) จากเชื้อ Bacillus circulans ATCC9995 เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา การทดลองในงานวิจัยนี้จึงถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนใหญ่ๆ คือ ส่วนแรกเป็นการศึกษาถึงอิทธิพลของอุณหภูมิ (60 องศา-80 องศาเซลเซียส) เวลา (0-24 ชม.) และการบดย่อย ต่อลักษณะทางกายภาพของเม็ดแป้งมันสำปะหลัง ซึ่งได้แก่ กำลังการพองตัว ร้อยละการละลาย ความหนืด และขนาดของอนุภาคเม็ดแป้ง และส่วนที่สองเป็นการศึกษาถึงอัตราการผลิต beta-CD แรกเริ่ม (initial rate) โดยใช้สารตั้งต้น คือแป้งที่ผ่านสภาวะการปฏิบัติต่างกัน จากการทดลองพบว่า ลักษณะทางกายภาพของเม็ดแป้งที่ผ่านการเตรียมโดยวิธีการบ่ม จะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างชัดเจนในช่วงระยะเวลาการบ่ม 4 ชม. แรก โดยกำลังการพองตัวและร้อยละการละลายที่อุณหภูมิบ่ม 60 องศาเซลเซียสภายหลัง 4 ชม. และมีค่าต่ำกว่าที่อุณหภูมิ 65 องศาเซลเซียส ประมาณ 50% (ที่ระยะเวลาบ่ม 4 ชม.) และ 20% (ที่ระยะเวลาบ่ม 24 ชม.) ตามลำดับ การเพิ่มอุณหภูมิในการบ่มเป็น 65 องศา, 70 องศา, 75 องศาและ 80 องศาเซลเซียส จะทำให้ค่าความหนืดเริ่มต้นของสารละลายแป้งเพิ่มขึ้นประมาณ 40-80% ในทุก 5 องศาเซลเซียสที่เพิ่มขึ้นขึ้น แต่ค่าความหนืดจะเริ่มเข้าสู่ค่าคงที่ภายหลังการบ่ม 4 ชม. ในทุกอุณหภูมิบ่ม การบ่มแป้งที่อุณหภูมิตั้งแต่ 65 องศาเซลเซียส เป็นต้นไป จะให้ขนาดเม็ดแป้งลดลงตามระยะเวลาบ่ม ที่อุณหภูมิบ่ม 80 องศาเซลเซียส ขนาดเม็ดแป้งจะลดลงจนมีขนาดเท่ากับเม็ดแป้งดิบก่อนทำการบ่ม ดังนั้นขนาดเม็ดแป้งที่วัดได้จึงเป็นขนาดของเม็ดแป้งที่หลงเหลือจากการแตกเนื่องจากได้รับพลังงานความร้อนและแรงทางกลจากการกวน ระยะเวลาในการบ่มจะมีผลต่อสมบัติทางกายภาพของเม็ดแป้งก็ต่อเมื่ออุณหภูมิบ่มมีค่าตั้งแต่ 65 องศาเซลเซียส เป็นต้นไป โดยพบว่าอนุภาคของแป้งมันสำปะหลังเมื่อได้รับความร้อนเป็นระยะเวลาหนึ่งจะพองตัวขึ้นเรื่อยๆจนมีค่าสูงสุดประมาณ 43 ไมครอน ซึ่งหากยังคงให้พลังงานความร้อนต่อไปอนุภาคจะเริ่มแตกออก ทำให้ความสามารถในการละลายเพิ่มขึ้น และความหนืดลดลงตามลำดับ การบดสารละลายแป้งสามารถทำได้ที่อุณหภูมิสูงสุดเพียง 60 องศาเซลเซียส เนื่องจากอุณหภูมิที่สูงกว่านี้จะมีผลทำให้สารละลายแป้งมีลักษณะคล้ายเจลทำการบดได้ยาก แต่อย่างไรก็ตามผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการบดโดยใช้ความร้อนร่วมด้วย (พิจารณาที่ 60 องศาเซลเซียส) จะให้ร้อยละการละลายใกล้เคียงกับ แต่จะมีค่ากำลังการพองตัว ความหนืด และขนาดของเม็ดแป้ง เพิ่มขึ้นประมาณ 55%, 95% และ 25% ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกับการบ่มด้วยความร้อนแต่เพียงอย่างเดียว ผลการทดลองในส่วนที่สองแสดงให้เห็นว่าลักษณะทางภายภาพของเม็ดแป้งเป็นปัจจัยสำคัญต่ออัตราการผลิต Beta-CD โดยแป้งที่ผ่านการบ่มด้วยความร้อนเป็นระยะเวลาหนึ่งจนอนุภาคแตกออก เป็นสารตั้งต้นที่เหมาะสมต่อการผลิต Beta-CD ภาวะการเตรียมสารละลายแป้งที่เหมาะสมที่สุดต่อการเกิดปฏิกิริยาคือ การบ่มแป้งที่อุณหภูมิ 75 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 4 ชม. ซึ่งที่ภาวะนี้แป้งมีค่าความหนืดประมาณ 900 เซ็นติพอยส์ และเม็ดแป้งที่หลงเหลือจากการแตกมีขนาดประมาณ 30 ไมครอน โดยให้อัตราการผลิต Beta-CD เท่ากับ 0.29 มิลลิกรัมต่อลิตร.นาที.ยูนิตเอนไซม์