Effects of heat-moisture treatment on structure and physicochemical properties of canna starch

ผลของการดัดแปรด้วยความร้อนชื่นต่อโครงสร้างและสมบัติทางเคมีกายภาพของแป้งพุทธรักษา

Name: Yanika Wacharatewinkul

Name: ญาณิกา วัชรเทวินทร์กุล

keyword: Physicochemical Properties

Abstract: The purpose of this dissertation was to study the effects of heat-moisture treatment (HMT) on structure and physicochemical properties of edible canna (Canna edulis Ker) starch. The factors including different moisture contents in starch sample, treatment time and types of plasticizing medium were focused in this study. Firstly, HMT of canna starch was done with the various moisture contents (15, 18, 20, 22 and 25%) while the treatment temperature was fixed at lOO?C and treatment time for 16 h. The properties of the modified starch including granule morphology, physicochemical property, thermal property, microstructure, acid/shear stability and enzyme digestibility were analyzed and compared to the native starch. HMT did not alter the shape or size of starch granules observed by using Scanning Electron Microscopy (SEM). HMT starches showed an increase of pasting temperature, lower paste viscosity, more stable paste (with no breakdown) and noticeable decrease in setback value compared to untreated native starch. These changes were more obvious when the starch samples contained more moisture. Starch gel morphology investigated by h/KI staining revealed that the granules of untreated native canna starch were completely ruptured, whereas those of HMT22% and HMT25% samples remained in granular form. These gel morphologies were correlated and provided the information to explain the pasting behaviors of treated and untreated canna starches. Amylose leaching of treated samples tended to be lower when the moisture content of the samples increased. Shifts of gelatinization endotherms towards higher temperatures (1-8 "C) with broadened peaks following the moisture contents in starch samples were found after HMT. Water absorption capacity increased after HMT and was highest in HMT25% (93.5 g/IOOg). HMT did not alter crystalline type of canna starch (B-type), but with increase of the moisture, slight reduction of a peak at 5.70 and a fusion of doublet at 22 0 and 24 0 were observed. The FTlR spectra of native and HMT25% starches showed nearly identical absorption band characteristics. These results provided evidence of not any new bond formed in the structure of starch granules after HMT. Study of starch granules by confocal laser scanning microscopy revealed that the protein fraction of starch was associated with the granular growth rings. This protein moved to the granule surface during HMT and was most obviously seen in granules of HMT25%. The stability of HMT canna starches against acid, high shearing forces and enzyme digestion was investigated. Micrographs of starch gels taken from a rapid visco analyzer showed that granules of untreated native starch subjected to pH values of 7.2 and 4.6 were highly swelled, whereas granules exposed to higher acidic pH (3.0) values fragmented into small pieces. Yet, less swelling was found for the HTN] 5%, HMTl8% and HMT20% samples. Even at pH 3.0, HMT22% and HMT25% granules were still in an intact granular form. Similar findings were observed when native and HMT canna starches were agitated at various rates (160, 240, 320 and 480 rpm). Starch samples treated under higher moisture levels exhibited a higher tolerance to shearing forces acting on them. Comparative investigation ofHMT and chemically crosslinked starches showed that pasting properties of HMT22% and HMT25% were equivalent to those of canna starches crosslinked by sodium trimetaphosphate at 0.2% and 0.5% (dwb), respectively. In regards to the enzyme digestibility of treated canna starches, there was no recognizable trend. The extent of starch hydrolysis as a function of moisture level during HMT conformed to the following order: HMT25% > HTN15% > HMTl8% ~ native> HMT20% > HMT22%. Investigation on the effect of treatment time on pasting properties of the HMT starches indicated that pasting temperature increased whereas peak viscosity decreased when the treatment time increased. The pasting properties of HMT canna starches were clearly affected by the combination of moisture content (15-30%) and treatment time (116 h). The effect of treatment time was more pronounced with more moisture content in the starch sample during HMT. Finally, 10% solutions of ethylene glycol (2C, 20H), glycerol (3C, 30H) and sorbitol (6C, 60H) instead of water were used as a plasticizing medium for HMT. Starch sample plasticized with sorbitol displayed a profile that was very close to that of the sample plasticized with water. The viscosity of starch sample plasticized with glycerol was considerably lower than those with water and sorbitol, but higher than that with ethylene glycol. These results suggested that the type of plasticizers influenced the pasting properties of HMT starch. The pasting temperatures increased in the order of samples plasticized with; water (85.1 "C) < sorbitol (85.9 "C) < glycerol (91.5 "C) < ethylene glycol (92.7 "C).

Abstract: วิทยานิพนธ์ฉบับนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของการดัดแปรด้วยความร้อนชื้นต่อ โครงสร้างและสมบัติทางเคมีกายภาพของแป้งพุทธรักษา โดยเน้นผลของปัจจัยที่เกี่ยวข้องในการดัด แปรได้แก่ ความชื้นของแป้งเวลาในการให้ความร้อนและชนิดของสารพลาสติไซเซอร์ จากการศึกษา ผลของความชื้นของแป้งโดยแปรค่าความชื้นเป็น 15, 18, 20, 22 และ 25% โดยน้ำหนัก และให้ความ ร้อนแป้งที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 16 ชั่วโมง เมื่อน้ำแป้งดัดแปรที่ได้ไปศึกษาสมบัติ ทางเคมีกายภาพเปรียบเทียบกับแป้งที่ไม่ผ่านการดัดแปร พบว่าการดัดแปรด้วยความร้อนชื้นไม่ทำให้ เกิดความเปลี่ยนแปลงของขนาด รูปร่าง รวมถึงลักษณะพื้นผิวของเม็ดแป้งด้วยกล้องจุลทรรศน์ อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) แต่ผลการวิเคราะห์สมบัติด้านความหนีดพบว่าการดัดแปรส่งผลให้ อุณหภูมิเริ่มเกิดความหนีดของแป้ง (pasting temperature) เพิ่มขึ้น ขณะที่ความหนีดสูงสุด (Peak viscosity) และค่าการคืนตัว (setback) ลดลง เมื่อเปรียบเทียบกับแป้งที่ไม่ผ่านการดัดแปรที่ความ เข้มข้นเท่ากัน (6% โดยน้ำหนัก) โดยการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวจะเพิ่มขึ้นเมื่อความชื้นในการดัดแปร เพิ่มสูงขึ้นตามลำดับ เมื่อศึกษาลักษณะของเจลแป้งที่ได้จาก RVA โดยการย้อมสีด้วยสารละลาย L2/KI พบว่าเม็ดแป้งที่ไม่ผ่านการดัดแปรเกิดการพองตัวและแตกตัวจนหมดหลังการเกิดเจลาติไนเซชัน (gelatinization) ในขณะที่แป้งดัดแปรเกิดการพองตัวและแตกตัวได้น้อยกว่า การพองตัวและการแตก ตัวของเม็ดแป้งมีแนวโน้มลดลงเมื่อความชื้นในการดัดแปรสูงขึ้น แป้งดัดแปรที่ความชื้น 22% และ 25% ยังคงมีลักษณะของเม็ดแป้งที่สมบูรณ์ไม่แตก ซึ่งลักษณะของเจลแป้งที่ได้มีความสอดคล้องกับ สมบัติด้านความหนีดของแป้งที่ได้จากการวิเคราะห์ด้วย RVA การวิเคราะห์ปริมาณ Amylose leaching (AML) พบว่าปริมาณ AML ของแป้งดัดแปรต่ำกว่า แป้งที่ไม่ผ่านการดัดแปรและมีแนวโน้มลดลงเมื่อความชื้นในการดัดแปรสูงขึ้น การศึกษาสมบัติด้าน ความร้อนโดย DSC พบว่าการดัดแปรมีผลทำให้อุณหภูมิในการเกิดเจลาติไนซ์ (gelatinization temperatures; To, Tp, Tc) ของแป้งดัดแปรเพิ่มขึ้นเป็นลำดับตามความชื้นที่ใช้ในการดัดแปร เช่นเดียวกับค่า Water absorption capacity (WAC) ซึ่งมีแนวโน้มสูงขึ้นตามลำดับ โดยมีค่าสูงสุดใน แป้งดัดแปรที่ความชื้น 25% (93.5 g/100g ) การดัดแปรด้วยความร้อนขื้นไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยน แปลงโครงสร้างผลึกของแป้งพุทธรักษาจากชนิด B-type แต่ทำให้เกิดการลดลงของพีคที่ตำแหน่ง 5.7 ํ และการรวมกันของพีคที่ตำแหน่ง 22 ํ และ24 ํ โดยการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวจะมากขึ้นเมื่อ ความชื้นในการดัดแปรเพิ่มสูงขึ้น ผลการศึกษาโย Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy ของแป้งที่ไม่ผ่านการดัดแปรและแป้งดัดแปรที่ความชื้น 25% ยืนยันว่าการดัดแปรแป้ง ด้วยความร้อนชื้นไม่ทำให้เกิดการสร้างพันธะชนิดใหม่ขึ้นภายในเม็ดแป้ง การศึกษาลักษณะของเม็ด แป้งโดย Confocal laser scanning microscope (CLSM) แสดงให้เห็นการเคลื่อนย้ายตำแหน่งของ โปรตีนในเม็ดแป้ง โดยหลังจากการดัดแปรโปรตีนในเม็ดแป้งจะเคลื่อนที่จากบริเวณ growth ring ไป ยังพื้นผิวของเม็ดแป้งมากขึ้นซึ่งเห็นได้ชัดเจนที่สุดในแป้งดัดแปรที่ความชื้น 25% จากการศึกษาความคงตัวของแป้งดัดแปรต่อสภาพความเป็นกรดและแรงเฉือน โดยการ วิเคราะห์ความหนืดของแป้งในสภาวะเป็นกลาง (pH 7.2) และสภาวะที่เป็นกรด (pH 3.0-4.6) และ ตรวจสอบลักษณะของเจลที่ได้จาก RVA พบว่าแป้งที่ไม่ผ่านการดัดแปรมีความสามารถในการพอง ตัวสูงในสภาวะ pH 4.6 และ 7.2 แต่ในสถาวะที่มีความเป็นกรดสูง (pH 3.0) พบว่าเม็ดแป้งแตกออก เป็นชิ้นส่วนละเอียด ความสามารถในการพองตัวของเม็ดแป้งจะลดลงในแป้งดัดแปรที่ความชื้น 15%,18% และ 20% ตามลำดับ และในสภาวะที่มีความเป็นกรดสูง พบว่าแป้งดัดแปรที่ความชื้น 22% และ 25% ยังคงสภาพของเม็ดแป้งที่สมบูรณ์ การทดสอบความคงตัวของแป้งต่อแรงกวน (160, 240, 320 และ 480 rpm) ก็ให้ผลในทิศทางเดียวกัน คือแป้งดัดแปรที่ความชื้นสูงจะสามารถทนต่อแรงกวน ได้มากกว่าแป้งดัดแปรที่ความชื้นต่ำกว่า แป้งดัดแปรที่ความชื้น 22% และ 25% มีสมบัติด้านความ หนีดที่เทียบเคียงได้กับแป้งครอสลิงก์โดยโซเดียมไตรเมทาฟอสเฟตที่ความเข้มข้น 0.2% และ 0.5% การทดสอบการย่อยด้วยเอนไซม์ พบว่าความสามารถในการถูกย่อนด้วยเอนไซม์ของแป้งแต่ละชนิด เป็นไปตามลำดับดังนี้ แป้งดัดแปรที่ความชื้น 25%> แป้งดัดแปรที่ความชื้น 15% > แป้งดัดแปรที่ ความชื้น 18% ~ แป้งที่ไม่ผ่านการดัดแปร > แป้งดัดแปรที่ความชื้น %> แป้งดัดแปรที่ความชื้น 22% การศึกษาผลของเวลาในการให้ความร้อนต่อสมบัติด้านความหนืดของแป้งดัดแปร พบว่าเมื่อ ระยะเวลาในการดัดแปรเพิ่มขึ้น จะมีผลทำให้อุณหภูมิเริ่มเกิดความหนืดของแป้งเพิ่มขึ้นและความหนืด สูงสุดของแป้งลดลง โดยเวลาจะมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวมากขึ้นเมื่อความชื้นที่ใช้ในการ ดัดแปรสูงขึ้น การดัดแปรแป้งที่มีความชื้นในระดับ 15-30% ร่วมกับการใช้เวลาในการให้ความร้อน ในช่วง 1-16 ชั่วโมง พบว่าทำให้ได้แป้งดัดแปรที่มีรูปแบบของความหนืดที่แตกต่างกัน เมื่อทำารดัดแปรแป้งโดยใช้สารละลายของพลาสติไซเซอร์ที่ความชื้น 10% แทนการใช้ น้ำในการปรับความชื้นของแป้งเป็น 25% โดยพลาสติไซเซอร์ที่ใช้คือ เอทธิลีนไกลคอล (2C:20H) กลีเซอรอล (2C:30H) และซอร์บิทอล (C:60H) เมื่อนำแป้งไปให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 100 องศา เซลเซียส เป็นเวลา 16 ชั่วโมง พบว่าแป้งดัดแปรที่ปรับความชื้นโดยใช้สารละลายของซอร์บิทอลมี ลักษณะการเปลี่ยนแปลงของความหนืดที่ใกล้เคียงกับแป้งที่ใช้น้ำเป็นพลาสติไซเซอร์มาก ส่วนแป้งที่ ดัดแปรโดยใช้กลีเซอรอลจะมีความหนืดที่ต่ำกว่าแป้งที่ดัดแปรโดยใช้น้ำและแป้งที่ดัดแปรโดยใช้ เอทธิลีนไกลคอล จะมีความหนือต่ำสุด อุณหภูมิเริ่มเกิดความหนืดของแป้งที่ดัดแปรจะเพิ่มขึ้นตาม ชนิดของพลาสติไซเซอร์ที่ใช้ดังนี้: น้ำ (85.1 ํ C) < ซอร์บิทอล (85.9 ํ C )< กลีเซอรอล (91.5 ํ C)< เอทธิลีนไกลคอล (92.7 ํC ) ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าชนิดของพลาสติไซเซอร์ที่ใช้ในการดัดแปร ก็เป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อสมบัติทางความหนือของแป้ง

King Mongkut's University of Technology Thonburi. KMUTT Library

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Dudsadee Uttapap

Role: Advisors

Created: 2010

Modified: 2017-07-18

Issued: 2011-05-20

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: BCT232

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Biochemical Technology

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

©copyrights King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	BCT229.pdf	3.63 MB	224	2024-11-29 16:23:46
2	BCT229ab.pdf	56.17 KB	75	2021-08-20 11:27:49

ใช้เวลา

0.038413 วินาที