Properties of prepared Nanocellulose and modified Nanocellulose in fat assimilation for food and pharmaceutical applications

สมบัติของนาโนเซลลูโลสและนาโนเซลลูโลสดัดแปรที่เตรียมได้ต่อการย่อยและดูดซึมไขมันเพื่อการประยุกต์ด้านอาหารและเภสัชกรรม

Name: Warathorn Chumchoochart

LCSH: Cellulose nanocrystals

LCSH: Cellulose -- Biodegradation

LCSH: Biotechnology

Abstract: This study aimed to utilize agricultural waste materials such as rice straw, sugarcane bagasse, and corn stover as a source of cellulose. All derived cellulose containing more than 90% (w/w) of cellulose content was used as a potential source for nanocellulose production through enzymatic hydrolysis integrated with oxalic acid hydrolysis. The produced nanocellulose content of all samples was in the range of 20.9±1.6-36.52±2.8% (w/w). The morphology of all nanocellulose showed as granular-shaped or granular cellulose nanoparticles (GNCs) with various sizes. The enzymatic fraction obtained particle size consisting of 200-500 nm granular cellulose nanoparticles (GNC-E), while the oxalic acid fraction comprised the <200 nm cellulose nanoparticle (GNC-Ox). All GNCs showed good dispersity, greater homogeneity, and lower crystallinity. This research investigates the physicochemical characteristics and behavior of the granular cellulose nanoparticles (GNCs) on Candida lipolytica lipase activity using p-NP laurate and olive oil as substrates, and the results were represented in terms of the relative lipase activity. All GNCs significantly reduced lipase activity in the hydrolysis of olive oil, especially GNCs derived from sugarcane bagasse cellulose exhibited the highest reduction of lipase activity by 60.32-61.05%. As a result, GNC derived from sugarcane bagasse (GNC-E-SB) was chosen for further investigation of its effects on olive oil digestibility during in vitro simulated gastrointestinal tract (GIT). The research findings indicated the critical role and feasibility of GNC-E-SB in reducing lipid digestibility and permeability along in vitro simulated gastrointestinal systems when used in the ingested GNC suspension and GNC emulsion. GNC concentration (0.02%, w/v) had significantly affected the free fatty acid (FFA) release reduction of approximately 20% and could be formulated as the Pickering emulsion of GNC particle interfaced with oil droplets leading to receiving good distribution and stability. In addition, the characteristics such as particle size and zeta potential of GNC-E-SB were noticeable changes in each GI phase. The GNC concentration (0.01-0.10%, w/v) showed low toxicity on the HIEC-6 cell, ranging from 80.02 to 98.93% of cell viability. The release of FFA containing the ingested GNC suspension and GNC emulsion on lipid hydrolysis was approximately 30% lower than compared to without GNC digesta. The permeability through the HIEC-6 intestinal epithelium deceased in the digesta containing the ingested GNC and GNC emulsion. Moreover, the modification of the selected GNC-E-SB was prepared with citric acid to enhance the hydrophobic properties, resulting in the modified GNC citrate. The results found that the modified GNC citrate had an impact on the activity of Candida lipolytica lipase with the approximately 47.14% of relative lipase activity. In GIT simulation, the modified GNC citrate significantly affected lipid digestibility and reduced the release of FFA. The modified GNC citrate (0.01-0.20%, w/v) had low cytotoxicity to HIEC-6 cells, with more than 70% cell viability. This work indicated that GNC represented an important role and properties in the GI tract and reduced lipid digestion and absorption. These GNC could be applied as an alternative food additive or supplement in fatty food for weight control.

Abstract: งานวิจัยชิ้นนี้มุ่งเน้นใช้ประโยชน์จากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร ได้แก่ ฟางข้าว ชานอ้อย และต้นข้าวโพดเพื่อเป็นแหล่งเซลลูโลส เซลลูโลสที่เตรียมได้ทั้งหมดจะมีสัดส่วนเซลลูโลสมากกว่าร้อยละ 90 ถูกนามาใช้เป็นสารตั้งต้นที่มีศักยภาพในการผลิตนาโนเซลลูโลสโดยผ่านกระบวนการย่อยด้วยเอนไซม์และกรดออกซาลิก ผลผลิตของนาโนเซลลูโลสที่ได้มีปริมาณร้อยละ 20.9 ± 1.6 - 36.52 ± 2.8 โดยน้ำหนัก ลักษณะของนาโนเซลลูโลสที่ผลิตได้ทั้งหมดมีรูปทรงเป็นแบบชนิดกรานูลที่มีขนาดแตกต่างกัน นาโนเซลลูโลสชนิดกรานูลที่ได้จากกระบวนการย่อยด้วยเอนไซม์มีขนาดอยู่ในช่วง 200-500 นาโนเมตร ส่วนนาโนเซลลูโลสชนิดกรานูลที่ได้จากการย่อยด้วยกรดออกซาลิกพบมีขนาดต่ำกว่า 200 นาโนเมตร โดยนาโนเซลลูโลสชนิดกรานูลที่ได้มีค่าการกระจายตัวดี ความเป็นเนื้อเดียวกันสูง และมีค่าความเป็นผลึกต่ำ งานวิจัยนี้ได้ศึกษาลักษณะทางเคมีกายภาพและพฤติกรรมของนาโนเซลลูโลสชนิดกรานูลต่อค่ากิจกรรมของไลเปสจากเชื้อ Candida lipolytica โดยใช้สารตั้งต้นพาราไนโตรฟีนิลลอเรต และน้ำมันมะกอก และติดตามค่ากิจกรรมการทำงานสัมพัทธ์ของไลเปส ผลการทดลองพบว่านาโนเซลลูโลสชนิดกรานูลที่ผลิตได้จากทั้งหมดมีผลในการลดการทำงานของไลเปสในการย่อยน้ำมันมะกอกอย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะนาโนเซลลูโลสชนิดกรานูลที่ได้จากชานอ้อย พบสามารถลดการทำงานของไลเปสได้มากที่สุดโดยมีค่ากิจกรรมการทำงานสัมพัทธ์ของไลเปสเท่ากับร้อยละ 60.32-61.05 จากผลงานวิจัย นาโนเซลลูโลสชนิดกรานูลที่ได้จากชานอ้อยถูกเลือกเพื่อศึกษาผลกระทบที่มีต่อการย่อยไขมันในระบบจำลองทางเดินอาหารต่อไป ผลการวิจัยพบบทบาทและความเป็นไปได้ของนาโนเซลลูโลสชนิดกรานูลที่ได้จากชานอ้อยที่ผ่านกระบวนการย่อยด้วยเอนไซม์ในการลดการย่อยและการดูดซึมของไขมันในระบบจำลอง ทางเดินอาหาร เมื่อใช้นาโนเซลลูโลสชนิดกรานูลในรูปแบบสารแขวนลอยและแบบอิมัลชัน พบว่าเมื่อใช้นาโนเซลลูโลสชนิดกรานูลความเข้มข้นร้อยละ 0.02 โดยมวลต่อปริมาตร ลดการปลดปล่อยของกรดไขมันอิสระได้ร้อยละ 20 และนาโนเซลลูโลสชนิดกรานูลสามารถจับกับพื้นผิวของหยดน้ำมันเกิดอิมัลชันแบบพิเคอริง ทำให้หยดน้ำมันมีการกระจายตัวและมีความเสถียรที่ดี นอกจากนี้คุณลักษณะ เช่น ขนาดของอนุภาค และค่าศักย์ซีตาของนาโนเซลลูโลสชนิดกรานูลมีการเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัดในแต่ละเฟสของระบบจำลองทางเดินอาหาร ความเข้มข้นของนาโนเซลลูโลสชนิดกรานูล (ร้อยละ 0.01-0.10 โดยมวลต่อปริมาตร) พบมีความเป็นพิษต่าต่อเซลล์ลำไส้เล็กที่ร้อยละการอยู่รอดของเซลล์ร้อยละ 80.02 ถึง 98.93 เมื่อใช้นาโนเซลลูโลสชนิดกรานูลในรูปแบบสารแขวนลอยและแบบอิมัลชันพบการปลดปล่อยกรดไขมันอิสระจากการย่อยไขมันลดลงประมาณร้อยละ 30 เทียบกับไม่มีการเติมนาโนเซลลูโลสชนิดกรานูล เมื่อทดสอบการซึมผ่านชั้นเซลล์ลำไส้เล็กชนิด HIEC-6 พบการซึมผ่านของกรดไขมันอิสระลดลงเมื่อมีการเติมนาโนเซลลูโลสชนิดกรานูลในรูปแบบสารแขวนลอยและแบบอิมัลชันด้วย นอกจากนี้งานวิจัยนี้ได้ดัดแปรโครงสร้างของนาโนเซลลูโลสชนิดกรานูลที่คัดเลือกแล้วที่ผลิตจากชานอ้อยผ่านการย่อยด้วยเอนไซม์ที่พื้นผิวเพื่อเพิ่มคุณสมบัติความไม่ชอบน้ำ โดยการใช้กรดซิตริกเพื่อให้ได้เป็นนาโนเซลลูโลสกรานูลซิเตรต ผลการทดลองพบว่านาโนเซลลูโลสกรานูลซิเตรต ส่งผลกระทบต่อการทำงานของไลเปสจากเชื้อ Candida lipolytica โดยมีค่ากิจกรรมการทำงานสัมพัทธ์ของไลเปสประมาณร้อยละ 47.14 ในระบบจำลองทางเดินอาหารพบว่านาโนเซลลูโลสกรานูลซิเตรตมีผลอย่างนัยสำคัญต่อการลดการย่อยไขมันและการปลดปล่อยไขมันอิสระ และนาโนเซลลูโลสกรานูลซิเตรตความเข้มข้นร้อยละ 0.01 – 0.20 โดยน้ำหนักต่อปริมาตร แสดงระดับความเป็นพิษต่อเซลล์ลำไส้เล็กค่อนข้างต่ำ โดยมีค่าร้อยละการรอดชีวิตของเซลล์มากกว่าร้อยละ 70 งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงบทบาทและสมบัติที่สำคัญของนาโนเซลลูโลสกรานูลในระบบจำลองทางเดินอาหารและการลดการย่อยและดูดซึมของไขมัน นาโนเซลลูโลสกรานูลที่เตรียมได้สามารถประยุกต์ใช้เป็นสารเติมอาหารหรือเสริมอาหารทางเลือกในอาหารที่มีไขมันสูงเพื่อควบคุมน้ำหนักได้

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Jidapha Tinoi

Role: Advisor

Name: Chalermpong Saenjum

Role: Advisor

Name: Nopakarn Chandet

Role: Advisor

Created: 2023

Modified: 2568-08-27

Issued: 2025-07-29

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Biotechnology

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	629951004.pdf	2.78 MB

ใช้เวลา

0.020941 วินาที