PROCESS DEVELOPMENT OF FERMENTED RICE BRANIN CAPSULE AND QUALITY TEST

Abstract

Rice bran is a by-product obtained after milling. It contains protein, fiber, fat, and phytochemicals, which exhibit the bioactivities to consumer’s health. However, rice bran also contains many anti-nutritional factors, the negative effect agent to health. Therefore, the product development from rice bran as the functional food to enhance the value of this by product was proposed. This research aimed to select a promising microorganism for the fermented rice bran production with high biological activity and antinutritional factors removal. It was found that the Rhizopus microsporus fungus was selected as a promising strain with contribution of the highest antioxidant (ABTS•+ scavenger) and phytic acid removal activity. The antioxidant activity and free phosphate liberation in fermented rice bran were at 87.32%±2.18, and 1.69±0.18 mg/g of rice bran, respectively. Furthermore, it was found that R. microsporus could produce several enzymes such as cellulase, xylanase, esterase, protease, and phytase. These enzymes were responsible in breaking down the fibrous structure of rice bran into the smaller molecules and higher water solubility. Subsequently, the optimal conditions for fermented rice bran production were investigated using, the Box-Behnken experimental design. Three factors, including moisture content (50-100% dry basis), temperature (25-45 °C) and inoculum size (104-106 spore/g), and the quantitative parameter, including ABTS•+ scavenging activity and available phosphate of fermented rice bran, were studied. The results showed that the optimum conditions in the rice bran fermentation process were 33.6 %dry basis of moisture content, at 35.9 °C and 6 log cfu/gbran of inoculum. The obtained theorical responses were 64.94% and 6.63 mg/g bran for antioxidant activity and available phosphate content, respectively. However, the obtained responses after verification step of antioxidant activity and free phosphate content were 61.59±8.24% and 7.32±0.08, respectively, which were inaccurate approximately 0.69 and 3.36% comparing to the theorical responses. Finally, the optimal drying temperature of fermented rice bran was studied in the hot air oven between 60-100 °C and the response parameters were ABTS•+ scavenging activity and the content of soluble phosphate, reducing sugar and protein. It was found that 70 °C was the optimum drying temperature. The dried product possessed the highest antioxidant activity of 75.25%, while the decrease of soluble reducing sugar and protein were only 10.45 and 1.3%, respectively (p<0.05). In the study of phenolic compounds of the fermented rice bran by HPLC apparatus, the results showed that p-coumatic acid, transferulic acid, sinapic acid and caffeic acid contents were increased after the fungal fermentation. The dry product was stored under 4, 30 and 45 °C for 8 weeks. It was investigated that some nutritional values (ABTS•+ scavenging activity, soluble protein and available phosphate) were not significantly changed during the first 4 weeks storage. However, these parameters continuously declined after 5 weeks. From all the mentioned experimental results, it was found that, the research indicates that this particular study has promising potential for future development in the health food sector. Its nutritional properties and beneficial nutrients make it an attractive option for creating high-quality, healthy food products. Additionally, it could be further explored in the food and beverage industry, as well as in cosmetics.

รำข้าวเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการสีข้าวซึ่งอุดมด้วยสารอาหารที่หลากหลาย ทั้งโปรตีน เส้นใยอาหาร ไขมัน และสารพฤกษเคมีที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพต่อร่างกายผู้บริโภค อย่างไรก็ตามรำข้าวมีสารให้โทษหลายชนิดต่อร่างกายหรือที่เรียกว่าสารต้านโภชนะรวมอยู่ด้วย ดังนั้น จึงมีแนวคิดพัฒนาผลิตภัณฑ์จากรำข้าวให้เป็นอาหารฟังก์ชั่นด้วยกระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพเพื่อเพิ่มมูลค่าให้ผลพลอยได้ชนิดนี้ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์ เพื่อคัดเลือกจุลินทรีย์ที่เหมาะสมในการผลิตรำข้าวหมักที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพสูงสามารถช่วยเพิ่มฤทธิ์ชีวภาพบางประการและกำจัดสารต้านโภชนะได้ เพื่อคัดเลือกเพื่อศึกษาความเป็นไปได้ในการขยายขนาดการหมักและการขึ้นรูปผงรำข้าวหมัก และเพื่อวิเคราะห์องค์ประกอบเชิงโภชนาการและทดสอบฤทธิ์ทางชีวภาพบางประการของรำข้าวหมัก จากงานวิจัยพบว่าจุลินทรีย์ที่เหมาะสมในการหมักรำข้าวเพื่อเพิ่มฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ (ฤทธิ์กำจัดอนุมูล ABTS·+) และกำจัดกรดไฟติก คือ เชื้อรา Rhizopus microsporus โดยรำข้าวหมักจากเชื้อราดังกล่าวมีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระร้อยละ 87.32±2.18 และสามารถปลดปล่อยฟอสเฟตอิสระ 1.69±0.18 มิลลิกรัมต่อกรัมรำข้าว นอกจากนี้ ยังพบว่าเชื้อ R. microsporus ยังสามารถผลิตเอนไซม์ เช่น เซลลูเลส ไซลาเนส เอสเทอเรส โปรติเอส และไฟเตสได้ ซึ่งเอนไซม์เหล่านี้มีประโยชน์ในการย่อยโครงสร้างเส้นใยของรำข้าวให้เป็นน้ำตาลที่มีขนาดเล็กลงและละลายน้ำ ต่อมาทำการหาสภาวะที่เหมาะสมในการหมักรำข้าว โดยใช้แผนการทดลอง Box-Behnken design ศึกษาปัจจัยการหมักทั้งสิ้น 3 ปัจจัย ได้แก่ ปริมาณความชื้น (ร้อยละ 50-100 โดยน้ำหนักแห้ง) อุณหภูมิ (25-45 องศาเซลเซียส) และ ปริมาณหัวเชื้อ (104-106 สปอร์/กรัม) พารามิเตอร์ที่ใช้วัดคุณภาพรำข้าวหมัก ได้แก่ ฤทธิ์กำจัดอนุมูล ABTS•+ และปริมาณฟอสเฟตอิสระในรำข้าวหมัก พบว่าสภาวะที่เหมาะสมในกระบวนการหมักรำข้าว คือ ความชื้นร้อยละ 33.6 โดยน้ำหนักแห้ง อุณหภูมิ 35.9 องศาเซลเซียส และปริมาณหัวเชื้อ 106 สปอร์/กรัมรำข้าว โดยสามารถเพิ่มฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระและปลดปล่อยฟอสเฟตโดยทฤษฎีเท่ากับร้อยละ 64.94 และ 6.63 มิลลิกรัมต่อกรัมรำข้าว ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม ในการหมักเพื่อยืนยันผลพบว่ารำข้าวหมักมีฤทธิ์ต้านอนุมลูอิสระและปลดปล่อยฟอสเฟตเท่ากับร้อยละ 61.59±8.24 และ 7.32±0.08 มิลลิกรัมต่อกรัมรำข้าว ตามลำดับ ซึ่งคลาดเคลื่อนจากค่าทฤษฎีร้อยละ 0.69 และ 3.36 ตามลำดับ รำข้าวหมักที่ผลิตภายใต้สภาวะที่เหมาะสมได้ถูกนำมาศึกษาอุณหภูมิการทำแห้งที่เหมาะสมด้วยเครื่องอบแห้งแบบลมร้อนตั้งแต่ 60-100 องศาเซลเซียส โดยพารามิเตอร์ที่ใช้บ่งบอกคุณภาพ ได้แก่ ฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ ปริมาณฟอสเฟตอิสระ ปริมาณน้ำตาลรีดิวซ์และปริมาณโปรตีนที่ละลายได้ในรำข้าวหมัก ผลการศึกษาพบว่าการทำแห้งที่ 70 องศาเซลเซียส เป็นระดับที่เหมาะสมที่สุด โดยผลิตภัณฑ์มีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระสูงร้อยละ 75.25 ในขณะที่สุญเสียน้ำตาลรีดิวซ์และโปรตีนที่ละลายได้ต่ำสุดเพียงร้อยละ 10.45 และ 1.3 ตามลำดับ (p<0.05) ทำการศึกษาสารประกอบฟีนอลิกในรำข้าวหมักด้วยเครื่อง high performance liquid chromatography (HPLC) พบสารประกอบฟีนอลิก 4 ชนิด p-coumatic acid, transferulic acid, sinapic acid และ caffeic acid เพิ่มขึ้นภายหลังการหมัก และจากการวิเคราะห์คุณภาพของของผลิตภัณฑ์รำข้าวหมักทำการวิเคราะห์ฤทธิ์กำจัดอนุมูล ABTS•+ ปริมาณฟอสเฟตอิสระ ปริมาณโปรตีนที่ละลายได้ จากผลการเก็บรักษาตลอดระยะเวลา 8 สัปดาห์ และนำไปเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 4, 30 และ 45 องศาเซลเซียส (สภาพแห้ง) พบว่าจากการเก็บรักษาในช่วง 4 สัปดาห์แรกมีแนวโน้มยังคงคุณค่าของอาหารไว้ได้ดีในระดับหนึ่ง แต่หลังจากจากเก็บรักษาในช่วงสัปดาห์ที่ 5 เริ่มลดลงตามระยะจากเก็บรักษาจากผลการทดลองที่กล่าวทั้งหมดนี้พบว่างานวิจัยนี้มีศักยภาพในการนำไปพัฒนาต่อในกลุ่มอาหารเพื่อสุขภาพได้ เนื่องจากมีคุณสมบัติทางโภชนาการและสารอาหารที่มีประโยชน์ต่อร่างกาย และยังเป็นทางเลือกที่ดีในการสร้างอาหารที่มีคุณภาพและเพื่อสุขภาพดีให้กับผู้บริโภคได้ โดยสามารถนำไปพัฒนาในอุตสาหกรรมอาหาร เครื่องดื่ม รวมถึงสามารถพัฒนาต่อในอุตสาหกรรมเครื่องสำอางได้อีกด้วย