Basil essential oil product formulation by paste encapsulation method for reducing pre- and post-harvest losses of mango

การพัฒนาผลิตภัณฑ์น้ำมันหอมระเหยกะเพรา-โหระพาโดยใช้วิธีการห่อหุ้มแคปซูลข้นเหนียวสำหรับลดการสูญเสียก่อนและหลังการเก็บเกี่ยวของมะม่วง

Name: Tibet Tangpao

ThaSH: Essences and essential oils

ThaSH: Aromatic plants

Abstract: Ocimum spp., or ‘basils,’ is one of the most significant genera in Lamiaceae, the richest essential oil-producing plant family. Its essential oils comprise phenylpropanoids like estragole, eugenol and methyl eugenol, monoterpenes like geranial, neral and α-ocimene and sesquiterpenes like β-caryophyllene, α-cubebene and γ-muurolene. In agriculture, phenylpropanoids, particularly methyl eugenol, are utilised. The compound has the capacity to attract oriental fruit flies (Bactrocera dorsalis), the most destructive pest of tropical fruits. Additionally, the essential oils from this genus of plants are antimicrobial agents that control plant pathogens. The ‘Nam Dok Mai Si Thong’ mango has been globally exported as it is one of the most popular tropical fruits. It is well-liked due to its sweet taste and attractive appearance. During the mango production, infestation of B. dorsalis, a tropical fruit pest, and infection of Colletotrichum spp., the post-harvest fungus that causes mango anthracnose, hinder domestic and worldwide markets. Chemical pesticides are the main treatment for the infestations. However, environmental and health considerations limit their use. Essential oils from basils possess antifungal properties, particularly against fungi that cause post-harvest mango disease. Nonetheless, essential oil-utilising under environmental circumstances may limit its use in horticulture as temperature, light, and oxygen are uncontrollable. Encapsulation preserves bioactive, volatile and quickly degradable compounds from biochemical and thermal breakdown. Among the various methods to encapsulate, paste encapsulation is the simplest and most affordable method of encapsulating. Through chemical and mechanical interactions between the core and wall components, essential oil is encapsulated. This thesis evaluated the efficacy of the essential oils from basils in the management of ‘Nam Dok Mai Si Thong’ mango defects and developed products utilising low-cost, innovative technologies. The first study determined the chemical compositions of essential oils from the commercially available Thai Ocimum species and investigated their effectiveness as oriental fruit fly attractants. All basils, viz., red and white holy basils, Thai basil, lemon basil and tree basil, contained methyl eugenol. Red and white holy basil essential oils attracted male oriental fruit flies at a similar rate (~25%) to the commercial fruit fly attractant. White holly basil oil was paste-encapsulated with maltodextrin (MD) and gum arabic (GA) to control active component release. Numerous porous structures discovered by scanning electron microscopy demonstrated that the MD:GA (25:75) combination had the highest oil loading efficiency (9.40%). Traces of essential oil functional groups in the encapsulated polymer were confirmed by Fourier transform infrared spectra. In addition, the field investigation indicated that white holy basil encapsulated product improved the fruit fly attraction by preserving the essential oil release rate. Partial Least Squares (PLS) correlation models were used to assess which post-harvest characteristics were crucial for determining the ripening, disease infection and essential oil-induced damage. Physiochemical (%weight loss, peel colour, firmness, pH and peel electrolyte leakage) and biochemical (titratable acidity, total soluble solids, total phenolic compounds, total flavonoid compounds, antioxidants, total sugar and reducing sugar content) parameters were monitored and correlated with visual post-harvest physiological responses during storage. Lightness (L*) and b* value for non-destructive parameter, as well as pH and total soluble solids for destructive parameter, demonstrated the strongest connections with the mango ripening phase. Similar relationships were seen between the same markers and the severity of physical damage and mango post-harvest disease infection. Regarding the quality of the fruit, the Near Infrared Spectroscopy (NIR) absorbent data also described the biochemical changes in the water and enzymes. Thai basil (Ocimum basilicum var. thyrsiflora) oil and oil encapsulate vapour were tested for their ability to suppress Colletotrichum sp., the primary mango pathogen. The fungus was cultured on a PDA with oil vapour (50-1,500 µL/L air space) on a dual culture plate for an in vitro experiment. The ex vitro trial was conducted by keeping commercially mature mango fruit with the essential oil on cotton balls in a 1-litre perforated plastic container. Observations were made of the mango fruit’s weight loss and appearance (ripening-rotting, burning and discolouration indices). The in vitro investigation revealed that Thai basil oil exhibited up to 50% inhibition of mycelium growth with 125 µL/L air space. In the ex vitro experiment, the lesser quantity of the oil (25 - 13 µL) was able to maintain acceptable mango characteristics. Therefore, Thai basil oil has the potential to be a natural antifungal agent for preserving the aesthetic quality of mangoes after harvest. Utilising the information gleaned from these tests, Thai basil oil was encapsulated using a previous encapsulation process with the most oil-capsulated formulation, a 25:75 MD:GA ratio. Mango was wounded on the skin prior to inoculation with the confirmed Colletotrichum strain mycelium plug on the wound and then placed in a 1-litre plastic container alone and together with 25 µL of Thai basil essential oil on the cotton ball, 2 g of essential oil-encapsulated powder, and essential oil plus encapsulated essential oil. The samples were then kept for four days in a temperature- and humidity-controlled environment at 17–19 °C and 75–85% RH, respectively. The outcome revealed that Thai basil essential oil on the cotton ball and Thai basil oil enclosed in a capsule could maintain the quality of mangoes. With mycelium plug infection, they could not maintain mango quality and prevent the spread of the disease. These studies demonstrate that white holy basil oil can attract oriental fruit flies and that paste encapsulation can maintain the oil’s effectiveness in the environment. Thai basil oil also suppresses the mycelium growth of the mango anthracnose fungus. Nonetheless, essential oil vapour can cause skin burning and deterioration of cell compartments, thereby promoting fungal infection. However, it is intriguing to use Thai basil oil properly. Employing an encapsulated natural material to control ‘Nam Dok Mai Si Thong’ mango fruit defects may minimise the usage of hazardous pesticides. Additionally, it improves horticultural crops, namely basils. The agronomic effort is still required to generate high-quality essential oil raw materials for practical use.

Abstract: Ocimum spp. หรือพืชกลุ่มกะเพรา-โหระพา เป็นสกุลที่สำคัญของวงศ์ Lamiaceae ซึ่งเป็นวงศ์พืชที่ผลิตน้ำมันหอมระเหย โดยในน้ำมันหอมระเหยของพืชกลุ่มนี้ประกอบขึ้นจากกลุ่มสาร Phenylpropanoids เช่น Estragole Eugenol และ Methyl eugenol กลุ่มสาร Monoterpenes เช่น Geranial Neral และ α-Ocimene กลุ่มสาร Sesquiterpenes เช่น β-Caryophyllene α-Cubebene และ γ-Muurolene กลุ่มสาร Phenylpropanoids โดยเฉพาะ Methyl eugenol ถูกใช้ในเชิงการเกษตร โดยเป็นสารประกอบที่ดึงดูดแมลงวันทอง (Bactrocera dorsalis) ซึ่งเป็นศัตรูไม้ผลเขตร้อน นอกจากนี้น้ำมันหอมระเหยจากพืชกลุ่มนี้ยังเป็นสารยับยังเชื้อก่อโรคพืช มะม่วงน้ำดอกไม้สีทองเป็นผลไม้แขตร้อนที่ได้รับความนิยมและมีการส่งออกอย่างแพร่หลายเนื่องจากรสชาติที่หอมหวานและรูปลักษณ์ที่น่าดึงดูด อย่างไรก็ตามระหว่างการผลิตมะม่วงชนิดนี้ ความเสียหายที่เกิดขึ้นกับผลมะม่วงโดยแมลงวันทองและโรคแอนแทรคโนส (Anthracnose) ที่เกิดจากเชื้อรา Colletotrichum spp. เป็นอุปสรรคต่อตลาดทั้งในและต่างประเทศ การใช้สารเคมีกำจัดศัตรูพืชเป็นวิธีการควบคุมการควบคุมที่นิยม แต่ทว่าความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมและสุขภาพเป็นข้อจำกัดในการใช้สารเคมีกลุ่มนี้ น้ำมันหอมระเหยจากพืชกลุ่มกะเพรา-โหระพามีคุณสมบัติต้านเชื้อรา โดยเฉพาะอย่างยิ่งต่อต้านเชื้อราที่เกิดจากโรคมะม่วงหลังการเก็บเกี่ยว อย่างไรก็ตามน้ำมันหอมระเหยเสื่อมสภาพได้ง่ายภายใต้สภาพแวดล้อมแบบเปิด ซึ่งอาจจำกัดการนำไปใช้ เนื่องจากไม่สามารถควบคุมอุณหภูมิ แสง และออกซิเจนได้ การห่อหุ้ม หรือ Encapsulation เป็นการรักษาสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ระเหยได้ง่ายและเสื่อมสภาพได้อย่างรวดเร็วจากการสลายทางชีวเคมีและความร้อน โดยวิธีการห่อหุ้มน้ำมันหอมระเหยแบบข้นเหนียว (Paste encapsulation) เป็นวิธีการที่ประหยัดและง่าย เกิดขึ้นโดยผ่านปฏิกิริยาทางเคมีและทางกลระหว่างส่วนประกอบแกนกลางและผนัง วิทยานิพนธ์นี้ได้ศึกษาประสิทธิภาพของน้ำมันหอมระเหยของพืชกลุ่มกะเพรา-โหระพาในการจัดการข้อบกพร้องที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิตมะม่วงน้ำดอกไม้สีทอง และพัฒนาผลิตภัณฑ์ขึ้นโดยใช้นวัตกรรมและเทคโนโลยีที่ต้นทุนต่ำ การศึกษาแรกได้ทำการวิเคราะห์ประกอบทางเคมีของน้ำมันหอมระเหยจากพืชสกุล Ocimum spp. ที่ใช้ในเชิงการค้าของไทย และตรวจสอบประสิทธิภาพในการเป็นสารดึงดูดแมลงวันทอง พบว่า กะเพราแดง กะเพราขาว โหระพา แมงลัก และยี่หร่า มีสาร Methyl eugenol เป็นองค์ประกอบในน้ำมันหอมระเหย โดยกะเพราแดงและขาวสามารถดึงดูดแมลงวันทองได้ในอัตราไกล้เคียงกับสารดึงดูดเชิงการค้า (~25%) น้ำมันหอมระเหยกะเพราขาวได้ถูกนำมาห่อหุ้มด้วยวิธีห่อหุ้มแบบข้นเหนียว (Paste-encapsulation) ด้วยส่วนประกอบของ Maltodextrin (MD) และ Gum arabic (GA) เพื่อควบคุมอัตราการปลดปล่อย จากการส่องด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดพบลักษณะรูพรุนและวัตถุห่อหุ้มที่สัดส่วน MD:GA เท่ากับ 25:75 มีประสิทธิภาพในการห่อหุ้มน้ำมันหอมระเหยมาก ผลการการวิเคราะห์เทคนิคฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มอินฟราเรดสเปกโตรสโคปี (Fourier transform Infrared (FTIR) Spectroscopy) สามารถยังยืนยันการห่อหุ้มน้ำมันหอมระเหยของวัตถุห่อหุ้มได้ นอกจากนี้จากการทดสอบในแปลงพบว่าน้ำมันหอมระเหยกะเพราขาวที่ผ่านการห่อหุ้มยังสามารถเพิ่มประสิทธิ์ภาพในการดึงดูดแมลงวันทอง แบบจำลองเส้นทางกำลังสองน้อยที่สุดบางส่วน (PLS) ได้ถูกใช้เพื่อกำหนดพารามิเตอร์หลังการเก็บเกี่ยวที่สำคัญที่บงบอกถึงกระบวนการสุก การติดเชื้อโรคพืช และการถูกทำลายโดยน้ำมันหอมระเหย พารามิเตอร์ทางกายภาพเคมี (ร้อยละการสูญเสียน้ำหนัก สีเปลือก ความแน่นเนื้อ ค่า pH และร้อยละการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์) และชีวเคมี (ความเป็นกรดจากการไทเทรต ของแข็งทั้งหมดที่ละลายได้ สารประกอบฟีนอลิกทั้งหมด สารประกอบฟลาโวนอยด์ทั้งหมด ฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ ปริมาณน้ำตาลทั้งหมด และปริมาณน้ำตาลรีดิวซ์) ถูกตรวจสอบและวิเคราะห์ความสัมพันธ์กับการตอบสนองทางสรีรวิทยาหลังการเก็บเกี่ยวระหว่างการเก็บรักษาที่สังเกตได้ด้วยตาเปล่า พบว่าค่าความสว่าง (L*) และ ค่า b* สำหรับการวิเคราะห์แบบไม่ทำลาย ค่า pH และปริมาณของแข็งที่ละลายได้ทั้งหมดสำหรับการวิเคราะห์แบบทำลาย แสดงความสัมพันธ์เฉพาะกับกระบวนการสุกของมะม่วง นอกจากนี้ยังพบความสัมพันธ์รูปแบบเดียวกันนี้ระหว่างพารามิเตอร์ข้างต้นกับความเสียหายทางกายภาพและการติดเชื้อโรคมะม่วงหลังการเก็บเกี่ยวอีกด้วย ผลจากการวิเคราะห์ด้วยเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี (Near Infrared Spectroscopy, NIRS) ยังอธิบายถึงช่วงคลื่นที่ดูดซับได้ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีของน้ำและเอนไซม์ ซึ่งอธิบายถึงคุณภาพของผลไม้ได้ ไอน้ำมันโหระพา (Ocimum basilicum var. thyrsiflora) และไอระเหยของน้ำมันหอมระเหยที่ผ่านการห่อหุ้มแล้ว ถูกทดสอบความสามารถในการยับยั้ง Colletotrichum sp. ซึ่งเป็นเชื้อก่อโรคหลักของมะม่วง น้ำมันหอมระเหยที่ความเข้มข้น 50–1,500 ไมโครลิตร/ลิตรพื้นที่อากาศ สามารถยับยั้งเชื้อราบนจานเพาะเลี้ยงแบบคู่ได้ การตรวจสอบในสภาพจริงได้ศึกษาผลมะม่วงที่เก็บเกี่ยวในระยะเชิงการค้ามาอยู่ในภาชนะพลาสติกขนาด 1 ลิตรที่ผ่านการเจาะ 12 รู และน้ำมันหอมระเหยบนก้อนสำลี มะม่วงได้รับการประเมินด้วยสายตาและประเมินทางกายภาพ พบว่าจากการทดลองบนจานเพาะเลี้ยงแบบคู่ น้ำมันโหระพายับยั้งเชื้อมากกว่าร้อยละ 50 ที่ความเข้มข้น 125 ไมโครลิตร/ลิตรพื้นที่อากาศ ในการทดลองกับมะม่วงน้ำดอกไม้สีทองปริมาณน้ำมันหอมระเหยที่ความเข้มข้นต่ำ (25 - 13 µL) สามารถรักษาระดับการสูญเสียน้ำหนัก การสุก-สลาย และการเปลี่ยนสีผิวจากโรคพืช อย่างไรก็ตามผลมะม่วงแสดงอาการไหม้ที่ผิวเนื่องจากน้ำมันหอมระเหย ทำให้ไวต่อการติดเชื้อรา การห่อหุ้มน้ำมันหอมระเหยแบบแคปซูลข้นเหนียว สามารถควบคุมการปลดปล่อยน้ำมันหอมระเหยได้ น้ำมันหอมระเหยที่ห่อหุ้มโดย MD และ GA สัดส่วน 25:75 ได้ปริมาณน้ำมันหอมระเหยอยู่ในแคปซูลแห้ง 16.92 ไมโครลิตร/กรัม น้ำมันหอมระเหย 25 ไมโครลิตรและแคปซูลแห้ง 2 กรัมถูกทดสอบกับมะม่วงระหว่างการเก็บรักษาและมะม่วงที่ผ่านการเพาะเชื้อราก่อโรคเพื่อประเมินประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ พบว่าค่าความสว่างที่สูงและ pH ต่ำของผลมะม่วงที่เก็บรักษาด้วยน้ำมันหอมระเหยและน้ำมันหอมระเหยที่ผ่านการห่อหุ้มเป็นตัวบงชี้ถึงการช่วยชะลอการสุกก่อนกำหนดเมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม แม้ว่าจะไม่ได้ยับยั้งอาการจากการเข้าทำลายของเชื้อราได้ โดยรวมแล้วการห่อหุ้มน้ำมันหอมระเหยด้วยวิธีแคปซูลข้นเหนียว ไม่ได้ช่วยปรับปรุงฤทธิ์ต้านเชื้อราของน้ำมันหอมระเหยได้ การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นว่า น้ำมันหอมระเหยกะเพราขาวสามารถดึงดูดแมลงวันทองได้และการห่อหุ้มน้ำมันหอมระเหยกะเพราขาวช่วงรักษาประสิทธิภาพได้จากผลการทดลองในแปลง น้ำมันหอมระเหยโหระพามีความสามารถในการยับยั้งเส้นใยของเชื้อก่อโรคแอนแทรกโนสได้ อย่างไรก็ตาม ไอของน้ำมันหอมระเหยสามารถเป็นสาเหตุของการแสดงอาการไหม้บนผิวและเกิดความอ่อนแอของมะม่วงทำให้เกิดการเข้าทำลายโดยเชื้อราได้ง่าย การใช้น้ำมันหอมระเหยที่ความเข้มข้นที่เหมาะสมยังเป็นสิ่งที่น่าสนใจ ผลการศึกษาครั้งนี้อาจมีส่วนช่วงในการลดการใช้สารเคมีอันตรายในการควบคุมคุณภาพของมะม่วงโดยการใช้สารจากธรรมชาติและผ่านการเพิ่มประสิทธิ์ภาพโดยใช้วิธีการห่อหุ้ม ทั้งยังเพิ่มการใช้ประโยชน์จากพืชสวนอย่างกะเพราและโหระพา อย่างไรก็ตามยังต้องใช้ความพยายามทางการเกษตรเพื่อผลิตวัตถุดิบน้ำมันหอมระเหยคุณภาพสูงเพื่อการใช้งานจริง

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: David R. George

Role: Chairman

Name: Sarana Sommano

Role: Member

Name: Patcharin Krutmuang

Role: Member

Name: Pensak Jantrawut

Role: Member

Name: Bajaree Chuttong

Role: Member

Created: 2022

Modified: 2022-12-27

Issued: 2022-12-27

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Horticulture

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	630851004.pdf	1.64 MB	14	2026-05-26 18:16:01

ใช้เวลา

0.037037 วินาที