PRODUCTION OF CELLO-OLIGOSACCHARIDES FROM YOUNG RAW LONGAN FRUIT AND PREBIOTIC PROPERTIES

Abstract

Longan is an important economic crop of in northern Thailand. To increase yield with larger fruits and obtain higher prices, farmers frequently prune young longan fruit. Pruning longan bunches causes agricultural waste in the form of young longan fruit. To enhance the value of young longans, which contain cellulose, they can be produced into cello-oligosaccharides (COS). Therefore, the aim of this research is to investigate optimal conditions for preparing COS from young longan fruit and to investigate some prebiotic properties of COS powder derived from young longan fruit. The results found that young longan powder contained 12.82 % cellulose, 10.76 % hemicellulose, 11.86 % lignin, and 2.79 % ash. The optimal conditions for extracting cellulose from young longans were found to be a 70:30 ratio of 6.0% sodium hydroxide to young longan powder, which yielded the highest amount of crude cellulose at 46.96±0.85% (by weight) at 30 oC. The crude cellulose was then prepared as COS using cellulase and hemicellulase. When hydrolyzed with cellulase 3.6 Unit/g of crude cellulose and hemicellulase 0.60 Unit/g of crude cellulose at 40 oC for 24 hours, the highest amounts of reducing sugar and total sugar obtained were 36.72 mg/ml and 278.15 mg/ml, respectively. The COS were analyzed by Thin-layer chromatography (TLC) at various times, cellotriose and other oligosaccharides were observed, glucose also detected in all samples. HPLC analysis showed that the highest amount of cellotriose 0.63 g/L was obtained at 3-hour reaction. The COS was then used as a prebiotic. Probiotic cells, such as Lactobacillus plantarum and Lactobacillus lactis, were encapsulated with COS and subsequently freeze-dried. It was observed that using 5% (w/v) COS resulted in the highest probiotic survival, which was 8.29±0.08 log CFU/ ml. Consequently, COS was mixed with probiotics and tested against pathogens Escherichia coli and Salmonella Typhimurium TISTR 292. It was found that COS was able to promote the growth of probiotic while inhibiting the growth of pathogens. Viability in simulated gastrointestinal tract (GIT) conditions, COS-encapsulated probiotics demonstrated survival rates of 7.00 ± 0.02 log CFU/ml, comparable to those encapsulated with inulin. Research indicates that young longans can be utilized for the production of COS and can enhance or develop products to achieve higher quality.

ลำไยเป็นพืชเศรษฐกิจที่สำคัญของภาคเหนือของไทย ในการเพิ่มผลผลิตให้มีผลขนาดใหญ่เพื่อให้ได้ราคาสูงขึ้นนั้นเกษตรกรมักทำการตัดแต่งช่อผลลำไย ในการตัดแต่งช่อผลลำไยนี้เกิดของเหลือทิ้งทางการเกษตรคือลำไยผลอ่อน เพื่อต้องการเพิ่มมูลค่าให้กับลำไยผลอ่อนซึ่งมีองค์ประกอบหลักเป็นเซลลูโลสซึ่งสามารถนำมาผลิตเป็นเซลโลโอลิโกแซคคาไรด์ (Cello-oligosaccharides, COS) ได้ ดังนั้นวัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้คือ ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการเตรียมเซลโลโอลิโกแซคคาไรด์จากลำไยผลอ่อน และศึกษาคุณสมบัติการเป็นพรีไบโอติกบางประการของผงเซลโลโอลิโกแซคคาไรด์จากลำไยผลอ่อน จากการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของผงลำไยผลอ่อนพบว่า ประกอบด้วยเซลลูโลสร้อยละ 12.82 เฮมิเซลลูโลสร้อยละ 10.76 ลิกนินร้อยละ 11.86 และเถ้าร้อยละ 2.79 ในการสกัดเซลลูโลสจากลำไยผลอ่อนพบว่าสภาวะที่เหมาะสมคือ สัดส่วนระหว่างโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้นร้อยละ 6.0 กับผงลำไยผลอ่อน คือ 70:30 ให้ปริมาณเซลลูโลสหยาบสูงที่สุด ที่ร้อยละ 46.96±0.85 (โดยน้ำหนัก) ที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส จากนั้นนำเซลลูโลสหยาบที่ได้นี้ไปเตรียมเป็น COS โดยใช้เอนไซม์เซลลูเลสและเอนไซม์เฮมิเซลลูเลส พบว่าเมื่อทำการย่อยด้วยเอนไซม์เซลลูเลส 3.6 หน่วยต่อผงเซลลูโลสหยาบ 1 กรัม และเอนไซม์เฮมิเซลลูเลส 0.60 หน่วยต่อผงเซลลูโลสหยาบ 1 กรัม ที่ 40 องศาเซลเซียส นาน 24 ชั่วโมง ได้ปริมาณน้ำตาลรีดิวซ์และน้ำตาลทั้งหมดสูงสุดคือ 36.72 มิลลิกรัมต่อมิลลิลิตร และ 278.15 มิลลิกรัมต่อมิลลิลิตร ตามลำดับ จากการวิเคราะห์ชนิดของ COS ที่เวลาต่างๆ ด้วยเทคนิคโครมาโตกราฟีแบบเยื่อบาง (Thin layer chromatography, TLC) พบเซลโลไตรโอสและพบโอลิโกแซคคาไรด์ชนิดอื่นๆ นอกจากนี้ยังพบน้ำตาลกลูโคสเกิดขึ้นในทุกตัวอย่าง เมื่อวิเคราะห์ด้วย HPLC พบว่าเมื่อเกิดปฏิกิริยานาน 3 ชั่วโมง ให้ปริมาณเซลโลไตรโอสสูงที่สุดคือ 0.63 กรัมต่อลิตร จากนั้นนำ COS ที่ผลิตได้นี้ไปใช้เป็นพรีไบโอติกโดยใช้ห่อหุ้มเซลล์โปรไบโอติก คือ Lactobacillus plantarum และ Lactobacillus lactis และนำไปทำแห้งแบบเยือกแข็ง พบว่าการใช้เซลโอลิโกแซคคาไรด์ที่ร้อยละ 5 (โดยน้ำหนักต่อปริมาตร) พบการเหลือรอดของเชื้อโปรไบโอติกมากที่สุดคือ 8.29 ± 0.08 log CFU ต่อมิลลิลิตร เมื่อนำ COS กับโปรไบโอติกมาทดสอบร่วมกับเชื้อก่อโรค คือ Escherichia coli และ Salmonella Typhimurium TISTR292 พบว่าสามารถส่งเสริมการเจริญของเชื้อโปรไบโอติกขณะเดียวกันก็ลดการเจริญของเชื้อก่อโรคได้ เมื่อทดสอบการทนย่อยในสภาวะย่อยจำลองในระดับห้องปฏิบัติการ พบว่าโปรไบโอติกที่ห่อหุ้มด้วย COS เหลือรอด 7.00 ± 0.02 log CFU ต่อมิลลิลิตร ซึ่งมีค่าใกล้เคียงกับโปรไบโอติกที่ห่อหุ้มด้วยอินนูลิน จากการศึกษาพบว่าลำไยผลอ่อนสามารถนำมาผลิตเป็นเซลโลโอลิโกแซคคาไรด์ และยังสามารถนำมาปรับปรุงหรือพัฒนาให้ผลิตภัณฑ์มีคุณภาพมากยิ่งขึ้น