DEVELOPMENT OF FRUCTOOLIGOSACCHARIDE SYRUP PRODUCTION PROCESS FROM ONION

Abstract

Shallot (Allium ascalonicum Linn.) is a source of several nutrients, phytochemicals with various biological activities. In particular, it is a source of fructooligosaccharide (FOS), which is recognized as an effective prebiotic. Therefore, it has potential to be used as a functional ingredient in food products. The aims of this research were then to develop the FOS syrup production process from shallot at the semi-pilot scale, to investigate the purification process of shallot extract and to evaluate the bioactivities of the FOS syrup including antibacterial activity and antioxidant activity. The results showed that the developed cleaning machines with a whirlpool system was effective in cleaning and was able to remove the surface contaminants of shallots 64-84% from 2 washing cycles with capacity rate of 30 kg/cycle. The capacity of screw pressing machine was at 38.46 kg/hr and the extract yield of 0.47 liters/kg was obtained, while the vacuum filtration machine had a filtration rate of 40 liters/hr. The transparency of extract was increased about 80.5%. Shallot extracts could be partially purified by elution through an activated carbon column. It was found that this technique eliminated low molecular weight sugars by adsorption up to 91.93 %, resulting in the degree of polymerization (DP) of shallot extract decreased from 23 to 284, which was rich in oligosaccharides and polysaccharides, but the ABTS scavenging activity decreased from 51% to 12%. Moreover, the optimal technique for concentration of shallot extract was the vacuum evaporation, since the proportion of each FOS was not affected. The crude extract could inhibit growth of pathogenic Salmonella Typhimurium and Staphylococcus aureus with the minimum inhibitory (MIC) values of crude extract at 344 and 491 mg/ml, respectively, and only Sal. Typhimurium was disinfected by crude extract with the minimum bactericidal concentration (MBC) value at 442 mg/ml, while the extract could not disinfect S. aureus. In addition, it was found that the antimicrobial activity of extract against those pathogens was decreased after elution through activated carbon. The extract could stimulated the growth of probiotic strains; Lactobacillus bugaricus, Lactobacillus plantarum and Lactobacillus johnsonii. The production cost of FOS syrup from shallot was 0.75 Baht/ml. This research could conclude that the development of a semi-pilot scale process for FOS syrup from shallots was accomplished for further use as an ingredient in healthy food production.

หอมแดง (Allium ascalonicum Linn.) เป็นแหล่งของสารอาหารและสารพฤกษเคมีหลายชนิด ที่มีฤทธิ์ชีวภาพหลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นแหล่งของน้ำตาลฟรุกโตโอลิโกแซคคาไรด์ (FOS) ซึ่งได้รับการยอมรับว่าเป็นสารพรีไบโอติกที่มีประสิทธิภาพ ดังนั้นจึงมีศักยภาพใช้เป็นส่วนผสมเชิงหน้าที่ในผลิตภัณฑ์อาหารได้ ซึ่งงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนากระบวนการผลิตน้ำเชื่อม FOS ในระดับกึ่งอุตสาหกรรม ศึกษากระบวนการทำให้น้ำเชื่อม FOS ที่ได้ให้มีความบริสุทธิ์ รวมถึงศึกษาฤทธิ์ทางชีวภาพบางประการของสารสกัด ซึ่งได้แก่ ฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียและฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระของสารสกัดหอมแดง ผลการศึกษาพบว่า กระบวนการผลิตน้ำเชื่อมที่พัฒนาขึ้นนี้ ซึ่งได้แก่เครื่องล้างทำความสะอาดหอมแดงที่ออกแบบให้เป็นระบบน้ำหมุนวน มีประสิทธิภาพในการล้างและกำจัดสิ่งปนเปื้อนบนผิวของหัวหอมแดงร้อยละ 64-84 จากการล้าง 2 รอบ และอัตราการล้าง 30 กิโลกรัมต่อรอบ เครื่องคั้นสกัดแยกกากมีอัตราการทำงาน 38.46 กิโลกรัมต่อชั่วโมง และได้ผลผลิตน้ำหัวหอม 0.47 ลิตรต่อกิโลกรัม และเครื่องกรองสุญญากาศมีอัตราการกรอง 40 ลิตรต่อชั่วโมง ความใสเพิ่มขึ้นร้อยละ 80.5 น้ำสกัดหอมแดงสามารถนำมาทำให้บริสุทธิ์บางส่วนด้วยการชะผ่านคอลัมน์ถ่านกัมมันต์ พบว่าสามารถกำจัดน้ำตาลโมเลกุลต่ำโดยการดูดซับถึงร้อยละ 91.93 ส่งผลให้น้ำสกัดหอมแดงมีค่า Degree of polymerization (DP) เพิ่มจาก 23 เป็น 284 ซึ่งอุดมไปด้วยโอลิโกแซคคาไรด์และโพลีแซคคาไรด์แต่ฤทธิ์กำจัดอนุมูล ABTS ลดลงจากร้อยละ 51 เป็นร้อยละ12 และเทคนิคการทำให้น้ำหอมแดงเข้มข้นโดยการระเหยด้วยสุญญากาศเป็นเทคนิคที่เหมาะสมที่สุด เนื่องจากไม่กระทบต่อสัดส่วนของน้ำตาล FOS แต่ละชนิด สารสกัดหยาบมีฤทธิ์สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อก่อโรค Salmonella Typhimurium และ Staphylococcus aureus ได้ โดยมีค่าความเข้มข้นต่ำสุดที่ยับยั้งการเจริญเชื้อดังกล่าว (MIC) เท่ากับ 344 และ 491 มิลลิกรัมต่อมิลลิลิตร ตามลำดับ และมีค่าความเข้มข้นต่ำสุดที่ใช้ฆ่าเชื้อ (MBC) Sal. Typhimurium 442 มิลลิกรัมต่อมิลลิลิตร แต่ไม่สามารถฆ่าเชื้อ S. aureus ได้ นอกจากนี้ พบว่าการชะสารสกัดหัวหอมผ่านคอลัมน์ถ่านกัมมันต์ส่งผลทำให้ฤทธิ์ต้านจุลินทรีย์ก่อโรคลดลง สารสกัดสามารถกระตุ้นการเจริญของเชื้อโพรไบโอติกสายพันธุ์ Lactobacillus bugaricus, Lactobacillus plantarum และ Lactobacillus johnsonii ทั้งนี้กระบวนผลิตมีต้นทุน 0.75 บาทต่อมิลลิลิตร งานวิจัยนี้สามารถสรุปได้ว่าประสบความสำเร็จในการพัฒนากระบวนการระดับกึ่งอุตสาหกรรมในการผลิตน้ำเชื่อม FOS จากหอมแดงเพื่อการใช้ประโยชน์เป็นส่วนผสมในการผลิตอาหารเพื่อสุขภาพต่อไป