ไหมเป็นแมลงจำพวกผีเสื้อในตระกูล Bombycidae มีลักษณะพิเศษ คือ ตัวหนอน (Larvae) จะพ่นเส้นใยเพื่อใช้ในการทำรังห่อหุ้มตัวเองแล้วลอกคราบกลายเป็นดักแด้ (Pupa) อยู่ภายในรัง และเส้นไหมที่ใช้ทำรังนี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์และมีราคาแพง เส้นไหมเป็นเส้นใยโพลีเอไมด์ที่หนอนไหมสร้างขึ้นมา การสังเคราะห์โปรตีนในเส้นไหมทำในเซลล์ของต่อมไหมที่อยู่ในตัวของหนอนไหม สารไหมเหลวจะถูกขับออกทางต่อมไหมส่วนท้าย (posterior silk gland) และหลังจากนั้นส่งไปยังต่อมไหมส่วนกลาง (middle silk gland) ระหว่างที่อยู่ในต่อมไหมส่วนกลาง สารไหมเหลวจะกลายเป็นเจลาติน ส่วนเซริซินถูกขับออกมาจากส่วนอื่นของต่อมไหมส่วนกลาง เพื่อที่จะเคลือบเจลาติน หลังจากนั้นเจลาตินของไฟโบรอินจะมีความเหนียวขึ้น โดยอาศัยการส่ายหัวของหนอนไหม อาการเคลื่อนไหวนี้เกิดที่ต่อมไหมส่วนหน้า หลังจากที่ใยไฟโบรอิน 2 เส้นรวมกันเป็นเส้นใยไหมโดยเคลือบด้วยกาวเซริซิน เมื่อผ่านรูเล็กๆก็กลายเป็นเส้นไหมที่นำมาใช้เป็นสิ่งทอ ความแตกต่างของเส้นไหมมีเพียงเล็กน้อย ขึ้นกับชนิดและการเลี้ยงไหม แต่โดยทั่วไปแล้ว เส้นใยจากรังไหม 97% เป็นโปรตีนบริสุทธิ์ ซึ่งแบ่งเป็นไฟโบรอิน (Fibroin) ประมาณ 70% และเซริซิน (Sericin) ประมาณ 30% และมีส่วนประกอบอื่นๆอีกเพียงเล็กน้อย เช่น ขี้ผึ้ง คาร์โบไฮเดรต สี สารอนินทรีย์ สิ่งสกปรก และเศษดักแด้
ไหมมีวงจรชีวิตที่ประกอบด้วยระยะเป็นไข่ ตัวหนอน ดักแด้ และผีเสื้อ วงจรชีวิตของไหมจะวนซ้ำเช่นนี้ไปเรื่อยๆ ซึ่งถือว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงรูปร่างในแต่ละขั้นตอนของการเจริญเติบโตอย่างสมบูรณ์และแตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัดเจน ระยะที่เป็นดักแด้ หลังจากที่หนอนไหมลอกคราบกลายเป็นดักแด้อยู่ภายในรังแล้ว ดักแด้จะนอนอยู่ในรังเฉยๆ เป็นเวลา 6-7 วัน ดักแด้ก็จะลอกคราบอีกครั้งหนึ่งแล้วกลายเป็นผีเสื้อไหม กระบวนการสาวไหมจะเริ่มต้นจากการฆ่าดักแด้และทำให้รังไหมแห้งตัว ซึ่งทำได้หลายวิธี ได้แก่ จากความร้อนของอากาศ (ตากแดด การย่าง ไฟถ่าน) จากความเย็น และจากรังสีปรมาณู เป็นต้น แต่ที่สะดวกที่สุด นิยมการฆ่าตัวดักแด้และทำแห้งด้วยอากาศ เช่น ตากแดด 2-3 วัน หรือทำเตาอบจากเชื้อเพลิงทำความร้อนต่างๆ จากนั้น รังไหมจะถูกคัดเกรดแล้วนำไปต้ม เพื่อให้เซริซินที่เคลือบรังไหมชั้นนอกอ่อนตัวและเส้นไหมหลุดออกจากรังไหมได้ง่าย เมื่อเส้นไหมถูกสาวออกจนหมดแล้วจะเหลือตัวดักแด้อยู่ภายใน
ปัจจุบันประเทศไทยมีความต้องการใช้ประโยชน์โปรตีนไฮโดรไลเสทไหมในอุตสาหกรรมต่างๆ เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง และถึงแม้ว่าประเทศไทยเป็นผู้ผลิตเส้นไหมที่ใหญ่ที่สุดประเทศหนึ่งของโลก แต่ก็ยังไม่มีการพัฒนาและประยุกต์ใช้เทคโนโลยีในการผลิตโปรตีนไฮโดรไลเสทจากไหมในประเทศอย่างจริงจัง จึงทำให้ต้องนำเข้าผลิตภัณฑ์ดังกล่าวจากต่างประเทศอยู่เป็นจำนวนมาก โดยเฉพาะจากประเทศญี่ปุ่นและจีน ซึ่งมีราคาอยู่ในช่วงตั้งแต่ 10,000 – 40,000 บาท/กก. ส่วนใหญ่งานวิจัยที่เกี่ยวกับการผลิตโปรตีนไฮโดรไลเสทจากไหมอยู่ในรูปของกระบวนการที่มีการจดลิขสิทธิ์ซึ่งไม่ได้มีการเผยแพร่สู่สาธารณชนในรูปของงานวิจัยมากนัก อย่างไรก็ตามยังพอมีงานวิจัยที่กล่าวถึงกระบวนการไฮโดรไลซ์โปรตีนจากไหมด้วยสารเคมีและวิธีการทางเครื่องกลต่างๆ เพื่อให้ได้เป็นโปรตีนไฮโดรไลเสทไหม และนำไปเป็นส่วนผสมในเครื่องสำอาง สบู่ วัสดุแต่งผม และผสมในอาหาร เป็นต้น
โปรตีนจากไหมประกอบด้วยกรดอะมิโนหลายชนิด เช่น Aspartic acid Phenylalanine Glycine Serine Tyrosine Proline Leucine และ Alanine เป็นต้น เมื่อพิจารณาปริมาณของกรดอะมิโนแต่ละชนิด พบว่ามีความใกล้เคียงกับโปรตีนที่พบในร่างกายมนุษย์ โดยผิวหนังของมนุษย์จะประกอบด้วยกรดอะมิโน Threonine Serine Citruline Alanine Glycine และ Arginine ซึ่งยากที่สารสังเคราะห์อื่นใดจะทำได้เหมือน โดยคนที่ผิวแห้งจะมีกรดอะมิโนน้อยกว่าปกติจึงเชื่อว่ากรดอะมิโนในไหมเหล่านี้มีส่วนช่วยในการรักษาน้ำที่ผิวหนังได้แต่ยังไม่เป็นที่ยืนยัน กรดอะมิโนในไหมจึงเป็นสารอาหารที่ดีต่อผิวและเส้นผม มีความเป็นเลิศในการให้ความชุ่มชื้นกับผิวได้สูงถึง 30 เท่า และมีความสามารถในการรักษาดุลย์ความชื้นแก่ผิวที่ดีมากเมื่อเปรียบเทียบกับสารที่มีคุณสมบัติในการดูดซับ เกาะ และเก็บรักษาสารสำคัญอื่นๆ เช่น glycerine นอกจากนี้ ยังมีงานวิจัยที่แสดงถึงประสิทธิภาพของโปรตีนจากไหมในการปกป้องผิวจากแสงอุลตร้าไวโอเลต สร้างชั้นปกป้องผิวจากการชำระล้าง ช่วยบำรุงและทำความสะอาดผิวเมื่อผิวเกิดปัญหาแห้งตึงเนื่องจากการซึมซาบของสารทำความสะอาดเข้าไปสู่ผิวชั้นในโดยโปรตีนไหมจะซึมซาบเข้าสู่ชั้นผิวช่วยแทนที่โปรตีนที่ผิวเกิดการสูญเสียไป ให้ความเนียนนุ่มซึ่งเป็นผลมาจากการเป็นฟิล์มช่วยปกป้องผิว และช่วยป้องกันเส้นผมเสียและทำให้ผมเป็นมันวาว จึงมีการประยุกต์ใช้โปรตีนจากไหมเป็นส่วนประกอบในผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางและเพื่อสุขภาพมากมาย เช่น ผลิตภัณฑ์ครีมทำความสะอาดผิว ครีมบำรุงผิวตอนกลางคืน แป้งผัดหน้าชนิดอัดแข็ง โลชั่นทำความสะอาดผิว และแชมพู เป็นต้น นอกจากนี้ ยังสามารถนำโปรตีนไหมมาใช้ในอุตสาหกรรมประเภทอื่นๆ ได้อีกด้วย เช่น การนำสารละลายโปรตีนไหมมาเป็นเครื่องดื่ม ใช้ในการผลิตเจลลีประเภทโปรตีน ผงไหมใช้ในอุตสาหกรรมเคลือบเส้นใยสังเคราะห์เพื่อเพิ่มความสวยงามและดูคล้ายผ้าไหม ใช้เป็นแผ่นฟิล์มเคลือบหรือหุ้มเอนไซม์ในระดับนาโนเทคโนโลยีเพื่อให้เอนไซม์มีความเสถียรมากขึ้น เป็นต้น
โปรตีนไฮโดรไลเสท เป็นโปรตีนที่ถูกย่อยจนได้โพลีเพพไทด์และกรดอะมิโนอิสระ เริ่มทำเป็นการค้าในปี ค.ศ. 1990 ที่ประเทศจีนและญี่ปุ่น วัตถุดิบที่ใช้ผลิตส่วนใหญ่ ได้แก่ กลูเตนข้าวสาลี เคซีน แป้งปลา เจลาติน ยีสต์ กลูเตนข้าวโพด หรือแหล่งโปรตีนอื่นๆ เพื่อใช้เป็นสารเพิ่มกลิ่นรสในอาหาร โปรตีนไฮโดรไลเสทสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างกว้างขวาง เช่น เป็นอาหารสัตว์ อาหารมนุษย์ และอาหารเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย์ โดยโปรตีนไฮโดรไลเสทจะทำให้ผลิตภัณฑ์มีคุณสมบัติที่ดี ได้แก่ มีกลิ่นรสดี มีความสามารถในการเกิดฟอง ความสามารถในการละลาย ความสามารถในการเกิดอิมัลชัน เป็นต้น กลิ่นรสของโปรตีนไฮโดรไลเสทที่ได้ขึ้นกับชนิดของวัตถุดิบและองค์ประกอบของกรดอะมิโนในโปรตีนนั้น ดังนั้นกระบวนการในการผลิตโปรตีนไฮโดรไลเสทจึงมีความสำคัญมาก โดยปกติ สามารถผลิตได้โดยวิธีการใหญ่ๆ 2 วิธี ได้แก่ วิธีการที่ใช้สารเคมี (กรดหรือด่าง) และวิธีการที่ใช้เอนไซม์ การย่อยสลายโปรตีนด้วยสารเคมี (กรดหรือด่าง) เป็นวิธีการที่มีต้นทุนต่ำ แต่มีข้อจำกัดมากในการนำไปใช้ประโยชน์ในผลิตภัณฑ์อาหาร และยังเป็นวิธีการที่ยากต่อการควบคุมการย่อยสลาย ทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีคุณภาพไม่คงที่ การย่อยสลายโปรตีนด้วยเอนไซม์เป็นการย่อยสลายที่พันธะเพพไทด์ ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์คือเพพไทด์และกรดอะมิโนอิสระ วิธีการดังกล่าวเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดจะให้ปริมาณเพพไทด์สูงสุด เนื่องจากเอนไซม์มีความจำเพาะต่อสารตั้งต้น อีกทั้งยังเป็นสภาวะที่ไม่รุนแรง สามารถควบคุมการย่อยสลายได้โดยเลือกใช้ชนิดเอนไซม์และสภาวะการย่อยสลายให้เหมาะสมเพื่อให้ได้โปรตีนไฮโดรไลเสทที่มีคุณภาพตามที่ต้องการ
คณะนักวิจัยสถาบันค้นคว้าและพัฒนาผลิตผลทางการเกษตรและอุตสาหกรรมเกษตรได้พัฒนาวิธีการผลิตโปรตีนไฮโดรไลเสทจากรังไหมสายพันธุ์ต่างๆ ทั้งสายพันธุ์ของไทยและต่างประเทศโดยเทคโนโลยีเอนไซม์ กรรมวิธีและสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตโปรตีนไฮโดรไลเสทจากรังไหมสายพันธุ์ต่างๆ จะแตกต่างกันไปบ้างเล็กน้อยขึ้นอยู่กับสายพันธุ์ไหมที่ใช้เป็นวัตถุดิบ อย่างไรก็ตาม สามารถสรุปขั้นตอนได้ดังนี้ เริ่มต้นจากการนำรังไหมมาหั่นให้มีขนาดเล็ก จากนั้นทำให้เส้นใยไหมแยกออกจากกันโดยการนำไปต้มในตัวทำละลายผสม เมื่อเส้นใยไหมแยกออกจากกันจนได้เป็นสารละลายโปรตีนไหมแล้ว จึงนำมาย่อยด้วยเอนไซม์โปรทีเอสที่สภาวะเหมาะสม ในขณะที่ทำการกวนตลอดเวลา เมื่อนำโปรตีนไฮโดรไลเสทไปทำให้เป็นผง พบว่า ผลิตภัณฑ์โปรตีนไฮโดรไลเสทที่ได้มีคุณสมบัติในการละลายในน้ำที่ดี และมีคุณสมบัติที่ใกล้เคียงกับโปรตีนไฮโดรไลเสทไหมทางการค้า และมีต้นทุนการผลิตในระดับห้องปฏิบัติการประมาณ 500-1,000 บาท ต่อโปรตีนไหม 100 กรัม
นอกจากนี้ ยังได้มีการต่อยอดพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง ได้แก่ ครีมบำรุงผิวหน้าผสมโปรตีนเซริซินจากไหม ทั้งนี้ เซริซินประกอบด้วยอะมิโนต่างๆ 18 ชนิด สามารถช่วยซ่อมแซมเนื้อเยื่อ ต่อต้านริ้วรอย ชะลอความแก่ของผิว ช่วยกระตุ้นให้มีการสร้างคอลลาเจน เพิ่มความยืดหยุ่นให้กับผิวหนัง มีสารต้านอนุมูลอิสระ มีผลในการป้องกันแสงแดดเมื่อถูกกระตุ้นด้วยรังสี UVB และช่วยลดอาการแพ้จากแสงแดดและผิวหนังอักเสบได้อีกด้วย อีกทั้งยังพบว่า เซริซินมีผลต่อการสร้าง Skin Fibroblast ซึ่งส่งผลต่อความแข็งแรงของเซลล์ผิวหนังทำให้เซลล์ผิวหนังบริเวณสิวที่เกิดอาการอักเสบคืนสภาพเร็วขึ้น นอกจากนี้ เซิริซินยังมีกรดอะมิโนที่เป็นสารให้ความชุ่มชื้นซึ่งมีหน้าที่รักษาความชุ่มชื้นแก่ผิวโดยการช่วยป้องกันการสูญเสียน้ำที่ผิว ทำให้ผิวหนังมีความยืดหยุ่นและอ่อนโยน
|
|
ผลิตภัณฑ์แป้งอัดแข็งผสมโปรตีนไหม |
โลชันบำรุงมือผสมโปรตีนไหม |
|
|
โลชันยกกระชับผิวหน้า |
โลชันบำรุงผิวกายผสมโปรตีนข้าวและไหม |
|
ลิปสติกผสมโปรตีนข้าว |
|