การใช้สนามไฟฟ้าแรงสูงแบบจังหวะช่วยสกัดโปรตีนจากถั่วเหลือง สำหรับผลิตผงโปรตีน

Abstract

กระบวนการผลิตผงโปรตีนสกัดจากถั่วเหลืองโดยทั่วไปจะมีขั้นตอนหลักอยู่ 2 ขั้นตอนคือ ขั้นตอนการสกัดโปรตีนและขั้นตอนการทำแห้ง ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษากระบวนการสกัดโปรตีนและวิธีการทำแห้งที่เหมาะสมโดยได้แบ่งการศึกษาออกเป็น 3 ส่วน ในส่วนแรกคือ การศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมในการสกัดโปรตีนจากถั่วเหลืองด้วยสนามไฟฟ้าแรงสูงแบบจังหวะ โดยจะเริ่มจากการหาเวลาที่เหมาะสมในการสกัดที่แรงดันไฟฟ้า 10.5 11.5 และ 12.5 กิโลโวลต์ ซึ่งผลการศึกษาพบว่า เวลาการสกัดที่เหมาะสมในแต่ละแรงดันไฟฟ้าคือ 120 90 และ 60 นาที ตามลำดับ เมื่อพิจารณาจากปริมาณโปรตีนและค่าดัชนีความเสียหายของเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีค่าสูงที่สุด จากนั้นทำการศึกษาผลของแรงดันไฟฟ้าที่เวลาการสกัดที่เหมาะสมต่อสมบัติทางกายภาพได้แก่ ค่าดัชนีความเสียหายของเยื่อหุ้มเซลล์ และร้อยละผลผลิตของโปรตีนที่สกัดได้ สมบัติทางเคมีได้แก่ ปริมาณโปรตีนที่สกัดได้ และรูปแบบของโปรตีน และสมบัติเชิงหน้าที่ของโปรตีนได้แก่ ความสามารถในการละลาย ความสามารถในการอุ้มน้ำ ความสามารถในการเกิดฟองและความคงตัวของฟอง รวมทั้งความสิ้นเปลืองพลังงานจำเพาะในการสกัด โดยผลการศึกษาพบว่า การสกัดโปรตีนที่แรงดันไฟฟ้า 12.5 กิโลโวลต์ เป็นเวลา 60 นาที มีค่าสมบัติทางกายภาพ ทางเคมีและเชิงหน้าที่ของโปรตีนดีที่สุด ในขณะที่มีค่าความสิ้นเปลืองพลังงานจำเพาะในการสกัดน้อยที่สุด นอกจากนี้ผลของรูปแบบโปรตีนซึ่งวิเคราะห์ด้วยเทคนิค SDS-PAGE ยังแสดงให้เห็นว่า โปรตีนที่สกัดได้ที่สภาวะนี้มีโปรตีนกลุ่มเบต้าคอนไกลซินิน (7S) ซึ่งเป็นกลุ่มที่ส่งผลต่อสมบัติเชิงหน้าที่มากที่สุด จากนั้นทำการศึกษาผลของอัตราส่วนของแข็งต่อตัวทำละลายที่ 1:5 1:10 1:15 และ 1:20 โดยมวลต่อปริมาตร โดยควบคุมสภาวะการสกัดที่แรงดันไฟฟ้า 12.5 กิโลโวลต์ เป็นเวลา 60 นาทีต่อสมบัติทางกายภาพ ทางเคมีและเชิงหน้าที่ของโปรตีน โดยผลการศึกษาพบว่า การสกัดโปรตีนในอัตราส่วนของแข็งต่อตัวทำละลาย 1:15 โดยมวลต่อปริมาตร มีค่าสมบัติทางกายภาพ ทางเคมีและเชิงหน้าที่ของโปรตีนดีที่สุด ดังนั้นผลการศึกษาในส่วนแรกจึงสามารถสรุปได้ว่า สภาวะที่เหมาะสมในการสกัดโปรตีนจากถั่วเหลืองด้วยสนามไฟฟ้าแรงสูงแบบจังหวะคือ การใช้แรงดันไฟฟ้า 12.5 กิโลโวลต์ เป็นเวลา 60 นาที ที่อัตราส่วนของแข็งต่อตัวทำละลาย 1:15 โดยมวลต่อปริมาตร ในการศึกษาส่วนที่สองคือ การนำโปรตีนที่สกัดได้จากการศึกษาในส่วนที่หนึ่งมาศึกษาผลของวิธีการทำแห้งได้แก่ การทำแห้งด้วยตู้อบลมร้อน การทำแห้งแบบสุญญากาศและการทำแห้งแบบพ่นฝอย ต่อสมบัติทางกายภาพได้แก่ ค่าสี ความชื้น ค่า aw ขนาดอนุภาค และร้อยละผลผลิตของผงโปรตีน สมบัติทางเคมีได้แก่ ปริมาณโปรตีนและรูปแบบของโปรตีน และสมบัติเชิงหน้าที่ของโปรตีนได้แก่ ความสามารถในการละลาย ความสามารถในการอุ้มน้ำ ความสามารถในการเกิดฟองและความคงตัวของฟอง โดยผลการศึกษาพบว่า วิธีการทำแห้งโปรตีนที่เหมาะสมที่สุดคือ การทำแห้งแบบพ่นฝอย เนื่องจากเป็นวิธีการที่ส่งผลให้ผงโปรตีนที่ได้มีปริมาณโปรตีนและร้อยละผลผลิตสูงที่สุด ขนาดอนุภาคของผงโปรตีนมีความสม่ำเสมอและขนาดเล็กที่สุด และมีค่าสี ความสามารถในการละลาย ความสามารถในการเกิดฟองและความคงตัวของฟองดีที่สุด ในขณะที่ความสามารถในการอุ้มน้ำมีค่าต่ำที่สุด โดยที่มีความชื้นและค่า aw เป็นไปตามเกณฑ์มาตรฐานผลิตภัณฑ์อบแห้ง และมีโปรตีนกลุ่มไกลซินิน (11S) และเบต้าคอนไกลซินิน (7S) อยู่มากที่สุด ในการศึกษาส่วนที่สามคือ การเปรียบเทียบสมบัติทางกายภาพได้แก่ ร้อยละผลผลิตของโปรตีน สมบัติทางเคมีได้แก่ ปริมาณโปรตีน องค์ประกอบทางเคมีโดยประมาณและรูปแบบของโปรตีน และสมบัติเชิงหน้าที่ได้แก่ ความสามารถในการละลาย ความสามารถในการอุ้มน้ำ ความสามารถในการเกิดฟองและความคงตัวของฟอง ของผงโปรตีนที่สกัดด้วยวิธีดั้งเดิมซึ่งใช้สารเคมีและวิธีการใช้สนามไฟฟ้าแรงสูงแบบจังหวะที่สภาวะที่เหมาะสมและผ่านการทำแห้งแบบพ่นฝอย รวมทั้งความสิ้นเปลืองพลังงานจำเพาะในการสกัดทั้งสองวิธี โดยผลการศึกษาพบว่า ผงโปรตีนที่สกัดด้วยสนามไฟฟ้าแรงสูงแบบจังหวะมีสมบัติทางกายภาพ สมบัติทางเคมีที่ดีกว่าโดยที่มีโปรตีนกลุ่มไกลซินิน (11S) และเบต้าคอนไกลซินิน (7S) มากกว่าและสมบัติเชิงหน้าที่ที่ดีกว่า แต่มีค่าความสิ้นเปลืองพลังงานจำเพาะน้อยกว่าผงโปรตีนที่สกัดด้วยวิธีดั้งเดิม เมื่อพิจารณาจากผลการทดลองทั้งหมดสามารถสรุปได้ว่าการสกัดด้วยสนามไฟฟ้าแรงสูงแบบจังหวะที่แรงดันไฟฟ้า 12.5 กิโลโวลต์ เป็นเวลา 60 นาที โดยใช้อัตราส่วนของแข็งต่อตัวทำละลาย 1:15 โดยมวลต่อปริมาตร ร่วมกับการทำแห้งแบบพ่นฝอย เป็นกระบวนการที่เหมาะสมที่สุดในการผลิตผงโปรตีนสกัดจากถั่วเหลือง โดยที่มีสมบัติทางกายภาพ ทางเคมีและสมบัติเชิงหน้าที่และความสิ้นเปลืองพลังงานจำเพาะดีกว่าการสกัดด้วยวิธีการดั้งเดิม