การศึกษาคุณสมบัติของผงถั่วชนิดต่างๆ ร่วมกับเพคตินในไอศกรีม/สุภัคชนม์ คล่องดี
การศึกษาคุณสมบัติของผงถั่วชนิดต่างๆ ร่วมกับเพคตินในไอศกรีม
ผลกระบวนการเอกซ์ทรูชันต่อคุณสมบัติทางกายภาพและลคุณสมบัติเชิงหน้าที่ของผงถั่วชนิดต่างๆ ร่วมกับเพคตินในผลิตภัณฑ์ไอศกรีมลดไขมัน หัวหน้าโครงการโดย คุณสุภัคชนม์ คล่องดี ฝ่ายกระบวนการผลิตและแปรรูป สถาบันค้นคว้าและพัฒนาผลิตภัณฑ์อาหาร มก.
ถั่วเป็นพืชเศรษฐกิจอีกชนิดหนึ่งที่มีการปลูกกันอย่างแพร่หลายในประเทศไทย และสามารถนำมาใช้ประโยชน์กันอย่างหลากหลาย อาทิเช่น การนำมาบริโภคโดยตรงหรือนำไปแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆ โดยในปัจจุบันได้มีการนำถั่วและผลิตภัณฑ์แปรรูปจากถั่วมาใช้ในอาหารเพื่อสุขภาพเพิ่มมากขึ้น อันเนื่องมาจากถั่วมีคุณค่าทางอาหารมากมาย เช่น โปรตีน วิตามินหลายชนิด เกลือแร่ กรดไขมันไม่อิ่มตัวและใยอาหาร โดยในอุตสาหกรรมอาหารนิยมนำถั่วมาแปรรูปเป็นแป้งก่อนที่จะนำไปใช้เป็นวัตถุดิบตั้งต้นในการผลิตผลิตภัณฑ์ต่างๆต่อไป
ชนิดของถั่วที่นิยมนำมาแปรรูป ได้แก่ ถั่วเหลือง ถั่วเขียง ถั่วแดง ถั่วดำ และถั่งลิสง ซึ่งแป้งถั่วแต่ละชนิดมีความแตกต่างกัน ทั้งทางด้านองค์ประกอบ โครงสร้างภายใน คุณสมบัติต่างๆ รวมไปถึงการนำไปใช้ หน้าที่ของแป้งถั่วในการนำไปใช้นั้น โดยส่วนใหญ่แล้ว คือการสร้างเนื้อสัมผัสและการเพิ่มความหนืด
องค์ประกอบของแป้งถั่วที่สำคัญคือโปรตีน ซึ่งมีในปริมาณที่สูง โปรตีนมีสมบัติเป็นอิมัลซิ-ฟายเออร์ (Emulsifier) ที่ดี เนื่องจากภายในโมเลกุลของโปรตีนมีส่วนที่ชอบน้ำและส่วนที่ไม่ชอบน้ำ ทำให้สามารถลดแรงตึงผิวระหว่างน้ำและน้ำมันได้ จึงมีการสกัดโปรตีนจากถั่วมาใช้ในการให้การให้ความคงตัวต่อระบบอิมัลชัน
กระบวนการเอกซ์ทรูชันเป็นการแปรรูปอาหารโดยผสมผสานหลายขั้นตอนไว้ในเครื่องเดียว โดยปัจจัยที่มีผลในการแปรรูปคือ อุณหภูมิ ความดัน อัตราเฉือน และขนาดรูหน้าแปลน ซึ่งส่งผลต่อลักษณะที่ได้ กระบวนเอกซ์ทรูชันเป็นกระบวนการที่ใช้ความร้อนสูงในช่วงเวลาสั้น ซึ่งจากกระบวนการนี้ สามารถนำมาใช้ในการปรับปรุงคุณภาพของโปรตีนเพื่อให้มีความเป็นอิมัลซิฟายเออร์เพิ่มขึ้น ด้วยการทำให้โมเลกุลสูญเสียสภาพเพียงบางส่วน รูปแบบโครงสร้างของสายโปรตีนส่วนที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำเกิดการเปลี่ยนแปลง นอกจากนี้ยังมีการศึกษาถึงการใช้โพลีแซคคาไรด์ (Polysaccharide) ร่วมกับโปรตีนในการรักษาความคงตัวของระบบอิมัลชัน โพลีแซคคาไรด์ (Polysaccharide) มีโครงสร้างที่ชอบน้ำเป็นส่วนใหญ่และทำหน้าให้ความหนืด ส่งผลชะลอการสูญเสียความคงตัวของอิมัลชัน โดยเพคตินเป็นวัตถุเจือปนอาหารที่มีการใช้อย่างแพร่หลาย
ซึ่งกระบวนผลิตแบบเอกซ์ทรูชัน คือกระบวนการที่เกี่ยวเนื่องด้วยการการผลักดันวัตถุดิบให้ใหลผ่านเครื่องเอกซ์ทรูเดอร์ภายใต้สภาวะที่ควบคุมได้ตามความต้องการ จากนั้นวัตถุดิบจะถูกบังคับให้เคลื่อนผ่านหน้าแปลน ให้มีรูปร่างตามความต้องการ กระบวนการเอกทรูชันสามารถนำไปใช้งานได้หลายลักษณะ อย่างเช่นในการผสม การขึ้นรูปอาหาร การทำให้สุก การทำให้พอง หรือการทำให้แห้ง
กระบวนการเอกซ์ทรูชันเป็นการให้ความร้อนแก่วัตถุดิบ ซึ่งความร้อนที่เกิดขึ้นเป็นความร้อนที่ให้โดยตรง โดยการใช้ไอน้ำหรือขดลวดความร้อน และความร้อนที่เกิดขึ้นเนื่องมาจากแรงเสียดทาน และแรงเฉือนที่เกิดขึ้นภายในบาร์เรลหรือเรียกว่าพลังงานทางกล ซึ่งผลจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในอาหาร
ส่วนในเรื่องของอิมัลซิฟายเออร์เป็นสารลดแรงตึงผิวที่มีความสามารถในการดูดซับบนพื้นผิวระหว่างน้ำมันและน้ำ และยังป้องกันการรวมกลุ่มกันของหยดน้ำมันในอิมัลชัน ได้แก่ การเกาะกลุ่มกันหรือการหลอมรวมกัน ที่ใช้ส่วนใหญ่ในอุตสาหกรรมอาหาร ส่วนโปรตีนจัดเป็นอิมัลซิฟายเออร์ที่มีโมเลสกุลขานาดใหญ่ที่ใช้เพื่อช่วยในการเกิดอิมัลชันและเพิ่มความคงตัว ความสามารถในการอิมัลซิฟายเออร์ของโปรตีนเริ่มจากการเคลื่อนที่ของโปรตีนมาอยู่ที่ผิวร่วมระหว่างน้ำมันกับน้ำแล้วคลายเกลียวหรือเกิดการเสียสภาพธรรมชาติ
เพคตินเป็นสารโพลีแซคคาไรด์ที่มีน้ำหนีกโมเลกุลมากและมีโครงสร้างฃหลักที่ประกอบด้วยกรดกาแลคทูโรนิก สารของเพคตินพบมากในบริเวณระหว่างผนังเซลล์ของพืชทั่วไป เพคตินเป็นสารธรรมชาติที่มีการนำมาใช้ในอาหารอย่างแพร่หลายและได้รับอนุญาตให้ใช้ได้ทั่วโลก โดยมีการกำหนดให้เพคตินเป็นวัตถุเติมแต่งอาหารที่ปลอดภัยและไม่จำกัดปริมาณการได้รับของร่างกายต่อวันเพคตินนำมาใช้เพื่อทำหน้าที่ต่างๆในอาหาร อย่างเช่น ใช้เป็นสารก่อให้เกิดลักษณะเจล สารให้ความข้นหนืด สารให้ลักษณะเนื้อสัมผัส สารเสริมความคงตัวและสารที่ก่อให้เกิดอิมัลชัน ซึ่งในระบบอิมัลชันเพคติบนทำหน้าที่เป็นสารให้ความหนืดกับระบบ ซึ่งช่วยในการป้องกันและช่วยชะลอการเคลื่อนที่ของหยดน้ำมัน
นอกจากนี้ยังนำมาใช้เป็น ediber fiber ในรูปของอาหารเสริมสุขภาพ โดยให้คุณสมบัติความหนืดและความคงตัวแก่ผลิตภัณฑ์ โดยเพคตินสามารถลดแรงตึงผิวระหว่างน้ำและน้ำมัน ซึ่งทำให้เกิดอิมัลชันได้ง่ายแม้ใช้ในปริมาณที่น้อย และเมื่อมีการใช้เพคตินร่วมกับโปรตีนจะพบว่า เพคตินสามารถป้องกันการตกตะกอนของโปรตีนที่ห่อหุ้มหยดน้ำมันไว้ได้และยังสามารถดูดซับที่พื้นผิวของอนุภาคในอิมัลชันได้อีกด้วย จากสมบัติเหล่านี้นี่เอง จึงมีความสนใจในการใช้เพคตินในการปรับปรุงสมบัติความเป็นอิมัลชันฟายเออร์ของผงถั่ว
ส่วนไอศกรีมนั้น เป็นอาหารอิมัลชันอีกชนิดหนึ่งที่มีความนิยมในการบริโภคอย่างแพร่หลาย ไอศกรีมเป็นอิมัลชันชนิดน้ำมันในน้ำของไขมัน โปรตีน และส่วนประกอบอื่นๆ เป็นการแปรรูปผลิตภัณฑ์โดยการแช่แข็งส่วนผสมพร้อมทั้งกักเก็ยอากาศไว้ภายใน ไขมันและโปรตีนในนมซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักในไอศกรีมมรส่วนที่มีความใหม่ทั้งทางด้านรสชาติ กลิ่นรส และความใส่ใจในสุขภาพ ส่วนในไอศกรีมลดไขมันหรือไอศกรีมไขมันต่ำเป็นอีกทางเลืกหนึ่งของผลิตภัณฑ์ที่ได้รับความนิยม แต่ในการลดปริมาณไขมันนั้นส่งผลต่อคุณลักษณะทางด้านประสาทสัมผัสและลักษณะเนื้อสัมผัสของตัวผลิตภัณฑ์ จากงานวิจัยก่อนหน้านี้พบว่าการเติมโปรตีนสามารถปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ไอศกรีมได้ เนื่องจากโปรตีนมีความสามารถในการจับกับน้ำ มีคุณสมบัติอิมัลซิฟายเออร์ ช่วยในการเกิดโฟม และสามารถลดขนาดของผลึกน้ำแข็งได้ จากคุณค่าทางโภชนาการและคุณสมบัติของโปรตีนในถั่ว นักวิจัยจึงมีความสนใจในการนำถั่ว 3 ชนิดด้วยกัน นั่นคือ ถั่วดำ ถั่วแดง และถั่วเขียว มาปรับปรุงคุณสมบัติความเป็นอิมัลชซิฟายเออร์ด้วยกระบวนการเอกซ์ทรูชันร่วมกับเพคตินและการศึกษาถึงความสามารถของผงถั่วเหล่านี้ต่อคุณสมบัติของไอศกรีมลดไขมัน เพื่อเป็นการเพิ่มมูลค่าและเพิ่มแนวทางในการแปรรูปถั่ว และเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการและปรับปรุงคุณภาพในด้านต่างๆให้กับไอศกรีมลดไขมัน
วัตถุประสงค์ในการทำวิจัยในครั้งนี้คือ การศึกษาการใช้กระบวนการเอกซ์ทรูชันในการผลิตและปรับปรุงสมบับติความเป็นอิมัลซิฟายเออร์ของผงถั่วชนิดต่างๆร่วมกับเพคติน เพื่อศึกษาอัตราส่วนระหว่างผงถั่วชนิดต่างๆ และเพคติน ที่ให้คุณสมบัติความเป็นอิมัลซิฟายเออรืที่เหมาะสม และเพื่อศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในกระบวนการเอกซ์ทรูชัน เช่น อุณหภูมิและอัตราการไหล ของแป้งถั่วชนิดต่างๆ ร่วมกับเพคตินที่ให้สมบัติความเป็นอิมัลซิฟายเออร์ที่เหมาะสม จากนั้นเป็นการศึกษาการใช้ผงถั่วที่ผ่านกระบวนการเอกซ์ทรูชันในผลิตภัณฑ์ไอศกรีมลดไขมัน เพื่อเป็นการศึกษาปริมาณของผงถั่วที่ผ่านกระบวนการเอกซ์ทรูชันต่อจคุณสมบัติทางประสาทสัมผัสและคุณสมบัติทางกายภาพในผลิตภัณฑ์ไอศกรีมลดไขมัน เพื่อใช้ได้ในผลิตภัณฑ์ไอศกรีมลดไขมันที่มีกลิ่นรสใหม่ๆและเป็นที่ยอมรับของผู้บริโภค พร้อมทั้งคุณค่าทางโภชนาการและเสริมสุขภาพ สุดท้ายเพื่อเป็นการเพิ่มมูลค่าและแนวทางในการใช้ประโยชน์จากถั่วชนิดต่างๆ
ซึ่งในงานวิจัยนี้มุ่งเน้นศึกษาถึงผลของถั่วทั้ง 3 ชนิด ร่วมกับเพคตินที่ผ่านกระบวนการเอกซ์ทรูชันต่อคุณสมบัติทางประสาท และคุณสมบัติทางกายภาพ เช่น ความเป็นกรดเป็นด่วง ความหนืด การขึ้นฟู คววามแน่นแข็ง อัตราการละลาย ขนาดอนุภาคและลักษณะเนื้อสัมผัสของผลิตไอศกรีมลดไขมัน ในส่วนที่ทำการศึกษากระบวนการเอกซ์ทรูชันคือ อุณหภูมิและอัตราการไหลต่อสมบัติความเป็นอิมัลซิฟายเออร์ของผงถั่ว ซึ่งคุณสมบัติที่ทำการศึกษาคือ ความสามารถในการทำละลายของโปรตีน ความสามารถในการละลาย และเพื่อให้เกิดความเข้าใจในสมบัติเชิงหน้าที่ของผลิตภัณฑ์และสมบัติด้านอิมัลซิฟายเออร์จึงได้ความการวิเคราะห์ความสามารถในการเกิดอิมัลชัน การดูดซับน้ำและน้ำมัน ขนากอนุภาคและความหนืด ซึ่งจะแสดงให้เห็นถึงความสามารถของตัวอย่างที่ช่วยในการสร้างและรักษาความคงตัวของอิมัลชัน เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ไอศกรีมที่มีคุณลักษณะและคุณภาพที่ใกล้เคียงกับผลิตภัณฑ์ไอศกรีมสูตรปกติไขมันเต็ม และให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่สอดคล้องกับความต้องการและการยอมรับของผู้บริโภค
จากการศึกษาถึงผลของกระบวนการเอกซ์ทรูชันในการผลิตและปรับปรุงสมบัติความเป็นอิมัลซิฟายเออร์ของผงถั่วชนิดต่างๆ ร่วมกับเพคตินนั้น พบว่า อุณหภูมิของบาเรลที่เพิ่มขึ้นและการดูดซับน้ำและน้ำมันของถั่วดีขึ้น โดยพบว่าอุณหภูมิ 140 องศาเซลเซียสให้ค่าคุณสมบัติด้านการเกิดอิมัลชันของผงถั่วที่ดีที่สุด เช่นเดียวกับอัตราส่วนของผงถั่วและปริมาณของเพคตินที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้คุณสมบัติทางอิมัลชันสูงขึ้นด้วย ด้วยคุณสมบัติของโปรตีนในผงถั่วและเพคติน พบว่า ถั่วแดงให้ค่าคุณสมบัติด้านการเกิดอิมัลชันที่ดีที่สุดเมื่อเปรียบเทียบที่สภาวะเดียวกัน
เมื่อนำผงถั่วทั้ง 3 ชนิดที่ผสมเพคตินและผ่านกระบวนการเอกซ์ทรูชันไปใช้ในการผลิตไอศกรีมนมลดไขมัน พบว่า ไอศกรีมที่มีปริมาณผงถั่วดังกล่าวเพิ่มมากขึ้น คุณสมบัติต่างๆเช่น สีเข้ม ความหนืด ความแน่นแข็ง และขนาดอนุภาคโดยเฉลี่ย มีค่าเพิ่มขึ้น ส่วนคุณสมบัติด้านการละลายนั้น พบว่าไอศกรีมที่เติมผงถั่วมีการละลายที่ช้ากว่าไอศกรีมในสูตรควบคุม ส่วนการทดสอบในประสาทสัมผัสโดยผู้บริโภคทั่วไปพบว่า ค่าคะแนนความชอบทุกอย่างไม่ได้แตกต่างกัน
องค์ความรู้ที่ได้นี้สามารถนำไปต่อยอดในการใช้ผงถั่วในการผลิตผลิตภัณฑ์ไอศกรีมในระดับอุตสาหกรรมได้ โดยเป็นการพัฒนาผลิตภัณฑ์ในด้านการเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการให้กับไอศกรีมและยังส่งเสริมคุณสมบัติต่างๆของไอศกรีมได้ เพื่อทดแทนการใช้อิมัลซิฟายเออร์ทางการค้า และเป็นการเพิ่มมูลค่าให้กับถั่วได้อีกทางหนึ่ง นอกจากนี้อาจนำองค์ความรู้นนี้ไปต่อยอดในผลิตภัณฑ์ต่างๆ จากคุณสมบัติของผงถั่วที่ได้ศึกษาในครั้งนี้
เรียบเรียง : วิทวัส ยุทธโกศา
ข้อมูล : คุณสุภัคชนม์ คล่องดี
ฝ่ายกระบวนการผลิตและแปรรูป สถาบันค้นคว้าและพัฒนาผลิตภัณฑ์อาหาร