หนึ่งเมษา เคล้าจันทร์พงษ์. Properties of debranched and modified debranched-waxy starches and their applications. Doctoral Degree(Biochemical Technology). . : King Mongkut's University of Technology Thonburi, 2017.
Properties of debranched and modified debranched-waxy starches and their applications
Abstract:
BCT332
The purposes of this dissertation were 1) to study the physicochemical and structural
properties of debranched waxy starches in concurently with the corresponding granular
starches (GS), 2) to investigate the octenyl succinylation (OS) of debranched waxy
starches and the characteristics of these starches, and 3)to assess the potential application
of the debranched and OS-debranched starches in both food and non-food products (salad
dressing and body lotion, respectively).
Starch gels of waxy rice (WR), waxy corn (WC) and waxy potato (WP) were hodrolyzed
with pullulanase, and the products obtained were analyzed for unit chain length
distribution and certain physicochemical properties. Average chain lengths of debranched
WR, WC and WP starches were 18.2, 19.2 and 25.6, respectively. The debranched
starches had a greater ability to form complexes with iodine and possessed higher
solubility but lower viscosity compared with their corresponding dispersed native
starches. Their complexing abilities with fatty acids (palmitic and butyric acids) were
found to be dependent on the unit chain length. Among the three debranced starches
(DBSs) debranched waxy potato starch exhibited the greastest ability to form complexes
with iodine and fatty acids, while debranched waxy rice starch had the highest solubility
and lowest viscosity. The debranched starches formed stable gels at high concentrations
(10-20%) and formed precipitates at concentrations up to 5%
The reactions of octenyl succinic anhydride (OSA) at 3% and 3% and 15% concentrations (based
on weight of starch) with granular and hebranched starch (GS and DBS) form of waxy
rice and waxy potato starches were investigated and compared. Reaction efficiencies of
debranched stareches with 3% OSA (83.6-87.4%) were significantly higher than those of
the granular starches (51.2-56.1%). but their recovery yields were lower (80-85% and
94-98% for debranched and granular starches, respectively). Similar trends were found
for the starches modified with 15% OSA but with less reaction efficiencies. Molecular
weights of the modified debranched starches were substanially higher than the
ummodified one, presumably due not only to the substituted groups, but slso the
association of starch chains. Native, debranched, 3%OS-granular and 3% OS-debranched
starches were then evaluated as a fat replacer in a low-fat salad dressing, Viscosities of
the dressings incorporated with native and OS-granular starches were reduced markedly
after storage for 3 d, while the consistency and appearance of the dessings containing
debranched starches, either modified or not, were similar to commercial low-fat dressing
at up to 90 d storage. Relative calorie values of the dressings containing debranched
starches were approximately 50% and 10% less than the reference fomula and
commercial dressing. respectively.
Finally, the potential application of the debranched and OS-debranched starches were
assessed as a thickening agent in a body lotion. Carbopol, a common synthetic thickening
agent in lotion formulae, was replaced with granular, debranche, 15% OS-granular, and
15% OS-degranched starches at levels of 50%. 75% and 100%. One hundred percent
replacement of Carbopol with OS-GS and DBS (high concentration, 7%) provided lotions
with a homogenous texture and no phase separation appearance, whereas, the GS and
DBS could substitute 50%-75% of Carbopol in lotion formulas. The texture of lotion
containing DBS was different from those containing GS and OS-DBS could not be
used us a thickener in the lotion because it could not provide viscosity and phase
scparation was observed. Viscosity values measured by a Brookfield viscometer in some
cases were not consistent with the observed appearances, especially for the DBS and Os-
DBS lotions. Sensory scores of spredability and overall perference of 7% DBS lotion at
75% Carbopol replacement were comparable to those of the reference formula.
Accordingly, it is possible to replace all of Carbopol (100%) by increasing the
concentration of DBS to improve texture.
วิทยานิพนธ์ฉบับนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ 1) ศึกษาสมบัติทางเคมีกายภาพและสมบัติทางโครงสร้างของ
แป้งแว๊กซ์ที่ผ่านการตัดกิ่งเทียบกับแป้งในรูปแบบเม็ดแป้ง 2) เพื่อศึกษาการเกิดปฏิกิริยาออกทินิลซัค
ซินิเลชันของแป้งที่ผ่านการตัดกิ่งและคุณสมบัติของแป้งเหล่านี้ และ 3) เพื่อประเมินศักยภาพในการ
ใช้ประโยชน์ของแป้งตัดกิ่งและแป้งตัดกิ่งดัดแปรทั้งในผลิตภัณฑ์อาหารและผลิตภัณฑ์ที่ไม่ใช่อาหาร
(น้ำสลัดและโลชั่นบำรุงผิว)
เมื่อทำการย่อยเจลของแป้งข้าวเหนียว แป้งข้าวโพดข้าวเหนียว และแป้งมันฝรั่งแว๊กซ์ ด้วยเอนไซม์
พูลลูลาเนส และนำผลิตภัณฑ์ที่ได้ไปวิเคราะห์การกระจายตัวของความยาวสายโซ่ (unit chain
distribution) และสมบัติทางเคมีภายภาพ พบว่าความยาวสายโซ่เฉลี่ยของแป้งข้าวเหนียว แป้งข้าวโพด
ข้าวเหนียว และแป้งมันฝรั่งแว๊กซ์ที่ผ่านการตัดกิ่งเท่ากับ 18.2, 19.2 และ 25.6 ตามลำดับ แป้งตัดกิ่งมี
ความสามารถในการเกิดสารประกอบเชิงซ้อน (complexing ability) กับไอโอดีนและความสามารถใน
การละลายสูงกว่า แต่มีความหนืดลดลงเมื่อเทียบกับแป้งในรูแบบเม็ดแป้ง และพบว่าความสามารถ
ในการเกิดสารประกอบเชิงซ้อนกับกรดไขมัน (กรดปาล์มิติกและกรดบิวทิริก) ขึ้นอยู่กับความยาวสาย
โซ่ เมื่อเปรียบเทียบแป้งทั้ง 3 ชนิด พบว่าแป้งมันฝรั่งแว๊กซ์ที่ผ่านการตัดกิ่งจะมีความสามารถในการ
เกิดสารประกอบเชิงซ้อนกับไอโอดีนและกรดไขมันได้ดีที่สุด ในขณะที่แป้งข้าวเหนียวที่ผ่านการตัด
กิ่งมีความสามารถในการละลายสูงที่สุดแต่มีความหนืดต่ำที่สุด แป้งตัดกิ่งจะฟอร์มเป็นเจลที่คงตัว
(stable gel) ได้ เมื่อแป้งมีความเข้มข้นสูง (10-20%) และเกิดตะกอน (precipitates) ที่ความเข้มข้นของ
แป้งไม่เกิน 5%
จากการศึกษาการเกิดปฏิกิริยาของออคพินิลซัคซินิกแอนไฮไดรด์ (octenyl succinic anhydride, OSA)
ที่ความเข้มข้น 3% และ 15% (ต่อน้ำหนักแป้ง) กับแป้งข้าวเหนียว แป้งข่าวโพดข้าวเหนียว และแป้ง
มันฝรั่งแว๊กซีที่ผ่านการตัดกิ่งเปรียบเทียบกับแป้งในรูปแบบเม็ดแป้ง พบว่าประสิทธิภาพการ
เกิดปฏิกิริยาของแป้งตัดกิ่งที่ 3% OSA มีค่า 83.6 - 87.4 % ซึ่งสูงกว่าแป้งในรูปแบบเม็ดแป้งที่มีค่า
51.2 - 56.1% อย่างมีนัยสำคัญ แต่จะได้ผลผลิต (recovery yield) ต่ำกว่าแป้งในรูปแบบเม็ด (80-85%
สำหรับแป้งตัดกิ่งดัดแปร และ 94-98% สำหรับแป้งเม็ดดัดแปร) ในการดัดแปรที่ความเข้มข้นของ
OSA 15% ให้ผลไปในทิศทางเดียวกันกับการดัดแปรด้วย 3% OSA แต่ประสิทธิภาพในการ
เกิดปฏิกิริยาอยู่ในระดับต่ำกว่า น้ำหนักโมเลกุลของแป้งตัดกิ่งดัดแปรมีค่าสูงกว่าแป้งตัดกิ่งที่ไม่ผ่าน
การดัดแปรมาก ซึ่งน่าจะเกิดจากหมู่แทนที่ รวมถึงการจับกัน (association) ของสายโซ่กิ่งของแป้ง เมื่อ
นำแป้งแว๊กซ์ แป้งตัดกิ่ง แป้งแว๊กซีดัดแปร และแป้งตัดกิ่งดัดแปรที่ความเข้มข้น OSA 3% ไปใช้เป็น
สารทดแทนไขมันในน้ำสลัดไขมันต่ำ พบว่าความหนืดของน้ำสลัดสูตรที่มีแป้งแว๊กซีและแป้งแว๊กซี
ดัดแปรหลังจากที่เก็บไว้ในตู้เย็นเป็นเวลา 3 วัน มีค่าลดลงอย่างเห็นได้ชัด ในขณะที่น้ำสลัดสูตรที่มี
แป้งตัดกิ่งและแป้งตัดกิ่งดัดแปรยังคงลักษณะปรากฎและความคงตัวได้ดีเมื่อเทียบกับน้ำสลัดสูตรทาง
การค้า ถึงแม้จะเก็บในตู้เย็นนานถึง 90 วัน นอกจากนี้ยังพบว่าน้ำสลัดสูตรแป้งตัดกิ่งให้พนักงาน
(calonies) ลดลงถึง 50% เมื่อเทียบกับน้ำสลัดสูตรอ้างอิง และลดลง 10% เมื่อเทียบกับน้ำสลัดทาง
การค้าสูตรไขมันต่ำ
ในส่วนสุดท้ายเป็นการประเมินความเป็นไปได้ในการนำแป้งตัดกิ่งและแป้งตัดกิ่งดัดแปรด้วยวิธี
ออกทินิลซัคซินิเลชันไปประยุกต์ใช้เป็นสารให้ความเข้มข้นหนืดในผลิตภัณฑ์โลชั่นบำรุงผิว โดยใช้แป้ง
แว๊กซี แป้งตัดกิ่ง แป้งแว๊กซีดัดแปร และแป้งตัดกิ่งดักแปรที่ความเข้มข้น OSA 15% แทนที่คาร์โบ
พอลที่ระดับ 50%, 75% และ 100% พบว่าแป้งแว๊กซีดัดแปรและแป้งตัดกิ่ง (ที่ความเข้มข้นแป้ง 7%)
สามารถแทนที่คาร์โบพอลได้ทั้งหมด (100%) โดยยังคงทำให้โลชั่นเป็นเนื้อเดียวกัน ไม่มีการแยกชิ้น
เกิดขึ้น ในขณะที่แป้งแว๊กซีและแป้งดัดกิ่งสามารถแทนที่คาร์โบพอลได้ 50-75% โลชั่นบำรุงผิวได้
เนื่องจากโลชั่นสูตรแป้งดัดกิ่งแปรมีความหนืดต่ำมากและมีการแยกชิ้นเกิดขึ้น การวัดความหนึด
ของโลชั่นบางสูตรด้วยเครื่องวัดความหนืด Brookfield นั้นจะไม่สอดคล้องกับลักษณะปรากฎที่ได้
โดยเฉพาะโลชั่นสูตรแป้งดัดกิ่งและแป้งดัดกิ่งดัดแปร ส่วนผลการประเมินทางประสาทสัมผัสด้าน
การกระจายตัวบนผิวและความชอบโดยรวมของโลชั่น 7% แป้งดัดกิ่งที่มีการแทนที่คาร์โบพอล 75%
ได้คะแนนเทียบเท่ากับโลชั่นสูตรอ้างอิง ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้ที่จะแทนที่คาร์โบพอลทั้งหมด
(100%)โดยการเพิ่มความเข้มข้นของแป้่งดัดกิ่งเพื่อปรับปรุงเนื้อสัมผัสของโลชั่นให้ดียิ่งขึ้น
Abstract:
The purposes of this dissertation were 1) to study the physicochemical and structural properties of debranched waxy starches in concurently with the corresponding granular starches (GS), 2) to investigate the octenyl succinylation (OS) of debranched waxy starches and the characteristics of these starches, and 3)to assess the potential application of the debranched and OS-debranched starches in both food and non-food products (salad dressing and body lotion, respectively).
Starch gels of waxy rice (WR), waxy corn (WC) and waxy potato (WP) were hodrolyzed with pullulanase, and the products obtained were analyzed for unit chain length distribution and certain physicochemical properties. Average chain lengths of debranched WR, WC and WP starches were 18.2, 19.2 and 25.6, respectively. The debranched starches had a greater ability to form complexes with iodine and possessed higher solubility but lower viscosity compared with their corresponding dispersed native starches. Their complexing abilities with fatty acids (palmitic and butyric acids) were found to be dependent on the unit chain length. Among the three debranced starches (DBSs) debranched waxy potato starch exhibited the greastest ability to form complexes with iodine and fatty acids, while debranched waxy rice starch had the highest solubility and lowest viscosity. The debranched starches formed stable gels at high concentrations (10-20%) and formed precipitates at concentrations up to 5%
The reactions of octenyl succinic anhydride (OSA) at 3% and 3% and 15% concentrations (based on weight of starch) with granular and hebranched starch (GS and DBS) form of waxy rice and waxy potato starches were investigated and compared. Reaction efficiencies of
debranched stareches with 3% OSA (83.6-87.4%) were significantly higher than those of the granular starches (51.2-56.1%). but their recovery yields were lower (80-85% and 94-98% for debranched and granular starches, respectively). Similar trends were found for the starches modified with 15% OSA but with less reaction efficiencies. Molecular weights of the modified debranched starches were substanially higher than the
ummodified one, presumably due not only to the substituted groups, but slso the association of starch chains. Native, debranched, 3%OS-granular and 3% OS-debranched starches were then evaluated as a fat replacer in a low-fat salad dressing, Viscosities of the dressings incorporated with native and OS-granular starches were reduced markedly after storage for 3 d, while the consistency and appearance of the dessings containing
debranched starches, either modified or not, were similar to commercial low-fat dressing at up to 90 d storage. Relative calorie values of the dressings containing debranched starches were approximately 50% and 10% less than the reference fomula and commercial dressing. respectively.
Finally, the potential application of the debranched and OS-debranched starches were assessed as a thickening agent in a body lotion. Carbopol, a common synthetic thickening agent in lotion formulae, was replaced with granular, debranche, 15% OS-granular, and 15% OS-degranched starches at levels of 50%. 75% and 100%. One hundred percent replacement of Carbopol with OS-GS and DBS (high concentration, 7%) provided lotions with a homogenous texture and no phase separation appearance, whereas, the GS and DBS could substitute 50%-75% of Carbopol in lotion formulas. The texture of lotion containing DBS was different from those containing GS and OS-DBS could not be used us a thickener in the lotion because it could not provide viscosity and phase scparation was observed. Viscosity values measured by a Brookfield viscometer in some
cases were not consistent with the observed appearances, especially for the DBS and Os-DBS lotions. Sensory scores of spredability and overall perference of 7% DBS lotion at 75% Carbopol replacement were comparable to those of the reference formula. Accordingly, it is possible to replace all of Carbopol (100%) by increasing the concentration of DBS to improve texture.
Abstract:
The purposes of this dissertation were 1) to study the physicochemical and structural properties of debranched waxy starches in concurently with the corresponding granular starches (GS), 2) to investigate the octenyl succinylation (OS) of debranched waxy starches and the characteristics of these starches, and 3)to assess the potential application of the debranched and OS-debranched starches in both food and non-food products (salad dressing and body lotion, respectively).
Starch gels of waxy rice (WR), waxy corn (WC) and waxy potato (WP) were hodrolyzed with pullulanase, and the products obtained were analyzed for unit chain length distribution and certain physicochemical properties. Average chain lengths of debranched WR, WC and WP starches were 18.2, 19.2 and 25.6, respectively. The debranched starches had a greater ability to form complexes with iodine and possessed higher solubility but lower viscosity compared with their corresponding dispersed native starches. Their complexing abilities with fatty acids (palmitic and butyric acids) were found to be dependent on the unit chain length. Among the three debranced starches (DBSs) debranched waxy potato starch exhibited the greastest ability to form complexes with iodine and fatty acids, while debranched waxy rice starch had the highest solubility and lowest viscosity. The debranched starches formed stable gels at high concentrations (10-20%) and formed precipitates at concentrations up to 5%
The reactions of octenyl succinic anhydride (OSA) at 3% and 3% and 15% concentrations (based on weight of starch) with granular and hebranched starch (GS and DBS) form of waxy rice and waxy potato starches were investigated and compared. Reaction efficiencies of
debranched stareches with 3% OSA (83.6-87.4%) were significantly higher than those of the granular starches (51.2-56.1%). but their recovery yields were lower (80-85% and 94-98% for debranched and granular starches, respectively). Similar trends were found for the starches modified with 15% OSA but with less reaction efficiencies. Molecular weights of the modified debranched starches were substanially higher than the
ummodified one, presumably due not only to the substituted groups, but slso the association of starch chains. Native, debranched, 3%OS-granular and 3% OS-debranched starches were then evaluated as a fat replacer in a low-fat salad dressing, Viscosities of the dressings incorporated with native and OS-granular starches were reduced markedly after storage for 3 d, while the consistency and appearance of the dessings containing
debranched starches, either modified or not, were similar to commercial low-fat dressing at up to 90 d storage. Relative calorie values of the dressings containing debranched starches were approximately 50% and 10% less than the reference fomula and commercial dressing. respectively.
Finally, the potential application of the debranched and OS-debranched starches were assessed as a thickening agent in a body lotion. Carbopol, a common synthetic thickening agent in lotion formulae, was replaced with granular, debranche, 15% OS-granular, and 15% OS-degranched starches at levels of 50%. 75% and 100%. One hundred percent replacement of Carbopol with OS-GS and DBS (high concentration, 7%) provided lotions with a homogenous texture and no phase separation appearance, whereas, the GS and DBS could substitute 50%-75% of Carbopol in lotion formulas. The texture of lotion containing DBS was different from those containing GS and OS-DBS could not be used us a thickener in the lotion because it could not provide viscosity and phase scparation was observed. Viscosity values measured by a Brookfield viscometer in some
cases were not consistent with the observed appearances, especially for the DBS and Os-DBS lotions. Sensory scores of spredability and overall perference of 7% DBS lotion at 75% Carbopol replacement were comparable to those of the reference formula. Accordingly, it is possible to replace all of Carbopol (100%) by increasing the concentration of DBS to improve texture.