หน้าแรก แหล่งวิทยาการ ติดต่อผู้สอน
คำนำ
เนื้อหารายวิชา
คำอธิบายรายวิชา
บทที่ 1
บทที่ 2
บทที่ 3
บทที่ 4
 
   
 

บทที่ 4
สมบัติทางเคมีของคาร์โบไฮเดรท-ไฮโดรคอลลอยด์ และการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม

4. Plant exuded gums

          เป็นกลุ่มของ gums ที่ได้จากยางต้นไม้มีลักษณะเป็น dried resins ซึ่งจะไหลออกมาเมื่อต้นไม้มีบาดแผล gums ในกลุ่มนี้ได้แก่ Gum arabic, Gum ghatti, Gum karaya และ Gum tragacath

4.1 Gum Arabic

          Gum arabic หรือ Gum acacia เป็น gum ที่ได้จากต้น Acacia Senegal และ Acacia seyal ซึ่งเป็น โพลีแซคคาไรด์เชิงซ้อนและมีไนโตรเจนจำนวนเล็กน้อย องค์ประกอบทางเคมีจะแตกต่างกันเล็กน้อย ตามแหล่งที่มา ภูมิอากาศ ฤดูกาลและอายุของต้น ซึ่งองค์ประกอบทางเคมีพื้นฐานที่อยู่ในโมเลกุล ประกอบด้วยน้ำตาลและอนุพันธ์ของน้ำตาล คือ galactose (44%), arabinose (24%), glucuronic acid (14.5%), rhamnose (13 %) และ 4-O-methylglucuronic acid (1.5%) gum จาก Acacia seyal จะมีปริมาณ rhamnose และ glucuronic acid ต่ำกว่า Acacia Senegal แต่มีปริมาณ arabinose และ 4-O-methylglucuronic acid สูงกว่า Gum arabic เป็น heteropolysaccharide ที่มีโครงสร้างซับซ้อน มีกิ่งแขนงดังโครงสร้างในรูปที่ 4.12 นอกจากนี้ในโมเลกุลยังประกอบด้วย amino acid ได้แก่ hydroxyproline และ serine

          Gum arabic ละลายได้ในน้ำและให้สารละลายใสที่มีสีตั้งแต่เหลืองอ่อนจนถึงน้ำตาลส้ม แต่ gum ที่ได้จาก Acacia Senegal มีโครงสร้างที่เป็นกิ่งแขนงมากและโมเลกุลอัดกันแน่น จึงทำได้สารละลาย ที่ข้นหนืดที่ความเข้มข้นสูง สามารถละลายได้ที่ความเข้มข้นสูงถึง 55% และสารละลายที่ได้ มีความหนืดต่ำ จึงทำให้ Gum arabic มีสมบัติที่แตกต่างจากไฮโดรคอลลอยด์ชนิดอื่น ซึ่งสามารถ ละลายได้สูงสุดเพียง 5 % เท่านั้นเนื่องจากสารละลายที่ได้มีความหนืดสูง Gum arabic ถูกนำมาใช้ มากที่สุดในกลุ่มของไฮโดรคอลลอยด์ที่ได้จากพืช เพราะละลายได้ดีในน้ำและทนต่อ pH

          ส่วนใหญ่ Gum arabic จะนำมาใช้ในผลิตภัณฑ์ อาหารประเภท confectionery เช่น marshmallows และ toffees เพราะทำหน้าที่ยับยั้งการตกผลึกของน้ำตาลและช่วยให้เกิดอิมัลชั่นได้ดี ในอุตสาหกรรมการผลิตสารที่ให้กลิ่นจะใช้ Gum arabic เป็น fixative เพราะขณะทำการพ่นสาร ที่ให้กลิ่นลงบนผลิตภัณฑ์อาหาร Gum arabic จะช่วยเคลือบผิวนอกของผลิตภัณฑ์อาหาร ทำให้สารที่ให้กลิ่นติดอยู่บนผิวของอาหาร ช่วยป้องกันการเกิดออกซิเดชั่นและการระเหยของสาร ที่ให้กลิ่นออกไปจากอาหารอีกด้วย และยังใช้เป็น Flavor encapsulating agent เพื่อนำไปใช้ ในพวกผลิตภัณฑ์แบบผง เช่น ซุปผง ในเบียร์ Gum arabic จะช่วยทำให้ฟองเบียร์คงตัว และจะช่วยเป็น emulsifier และ stabilizer ให้กับเครื่องดื่มที่อยู่ในรูปของอิมัลชั่นด้วย

GAL = Galactose ARA = Arabinose

GlcA = Glucuronic acid RHA = Rhamnose

4-MeGlcA = 4-O-methylglucuronic acid

รูปที่ 4.12 โครงสร้างโมเลกุลของ Gum arabic

ที่มา :

4.2 Gum ghatti

          Gum ghatti ได้จากพืชตระกูล Camgrelaceae คือต้น Anogeissus latifolia พบมาก ในประเทศอินเดียบางครั้งเรียกว่า Indian gum หรือ havda มีลักษณะยางที่ได้มีสีน้ำตาลอ่อน จนถึงน้ำตาลเข้ม และเป็น โพลีแซคคาไรด์เชิงซ้อน ในธรรมชาติจะอยู่ในรูปเกลือของ Ca, Mg, K และ Na แต่เมื่อนำมาไฮโดรไลซ์พบว่าประกอบไปด้วย arabinose, galactose, mannose, xylose และ glucuronic acid ในสัดส่วนโดยโมลเป็น 10:6:2:1:2 และมี 6-deoxyhexose จำนวนเล็กน้อย

          Gum ghatti ไม่สามารถละลายในน้ำได้แต่สามารถกระจายตัวได้ในน้ำและให้ลักษณะเป็น คอลลอยด์ ไม่สามารถเกิดเป็นเจลได้แต่ที่ความเข้มข้นตั้งแต่ 5% จะให้สารละลายที่มีความข้นหนืด มีความหนืดสูงสุดที่ pH 5-7 ที่ความเข้มข้นเดียวกันความหนืดจะอยู่ระหว่างความหนืดของ Gum Arabic และ Gum karaya Gum ghatti ยังทำหน้าที่เป็น emulsifier ที่ดีกว่า Gum arabic แต่ยากที่จะใช้งาน เพราะสารละลายของ Gum ghatti จะไวต่อด่าง กระจายตัวที่ pH 4.8 และให้ความหนืดสูงสุดที่ pH 8 และถ้า pH สูงกว่านี้จะให้ลักษณะที่เหนียว (stringy)

          Gum ghatti เป็นสารเพิ่มความคงตัว สารเพิ่มความหนืดและช่วยอุ้มน้ำด้วย จึงมักนิยมใช้ร่วมกับ เลซิตินในการทำแพนเค้กที่มีเนยผสมและในการทำ waffle syrup Gum ghatti จะช่วยทำให้ผลิตภัณฑ์ ที่ได้มีลักษณะใส นอกจากนี้ยังใช้ประโยชน์ในทางเภสัชศาสตร์ คือใช้เป็น emulsifier ให้กับวิตามิน ที่ละลายในน้ำมัน ใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิต arabinose เป็นการค้าโดยการ hydrolysis เป็น binder ในอุตสาหกรรมกระดาษและ drilling mud conditioner ในการขุดเจาะบ่อน้ำมัน

4.3 Gum karaya

          Gum karaya เป็นยางแห้งที่ได้จากต้น Sterculia urens ซึ่งปลูกมากบริเวณตอนเหนือ และตอนกลางของประเทศอินเดีย หรือจาก S. setigera ซึ่งพบแถวซูดานและบางประเทศ ทางแอฟริกาเหนือ Gum karaya เป็น branched, partially acetylated polysaccharide เชิงซ้อนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง ในโมเลกุลประกอบด้วย D-gulacturonic acid, D-galactose และ L-rhamnose ต่อกันเป็นสายหลัก และมีกิ่งแขนงเป็น D-glucuronic acid มีหมู่ uronic acid ประมาณ 35-40% และมีหมู่ acetyl อยู่ประมาณ 10-14 % (รูปที่ 4.13) ในทางการค้า Gum karaya จะประกอบด้วย D-gulacturonic acid 30-43 %, D-galactose 13-26 % และ L-rhamnose 15-30% นอกจากนี้ยังพบอิออนของโลหะ Ca และ Mg เชื่อมต่อกับ uronic acid Gum karaya เป็น gum ที่มี rhamnose สูงกว่า gum ชนิดอื่นๆ ที่ได้จาก plant exudate

          Gum karaya ละลายน้ำได้น้อยที่สุดเนื่องจากหมู่ acetyl ในโครงสร้างทำให้ Gum karaya ละลายน้ำได้ไม่สมบูรณ์แต่ให้สารละลายที่ใส โดยการดูดน้ำอย่างรวดเร็วและให้ลักษณะเป็นคอลลอยด์ ที่มีความหนืดที่ความเข้มข้นต่ำ (น้อยกว่า 0.02 % ในน้ำเย็น และ 0.06 % ในน้ำร้อน) เมื่อทำเป็นผงละเอียดจะเป็นตัวดูดน้ำและอุ้มน้ำที่ดี และเมื่อกระจายตัวอยู่ในน้ำจะพองตัวได้ 60-100 เท่าของปริมาตรเดิม ได้เป็นสารละลายที่มีความหนืดสูง ความหนืดของสารละลายจะแปรผันโดยตรง กับความเข้มข้น เมื่อใช้ในปริมาณมากจึงมีสมบัติเป็น strong adhesiveness ทำให้ได้สารละลาย คอลลอยด์ที่มีความหนืดสูง ดังนั้นสมบัติของสารละลาย Gum karaya จึงขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาค การกระจายตัวของอนุภาคในน้ำเย็นจะให้ความหนืดสูงกว่าในน้ำร้อน Gum karaya ทนต่อความเป็นกรด ได้สูงเพราะในโมเลกุลมี uronic acid สูง และยังทนต่อการ hydrolysis ที่ความเข้มข้นของสารละลาย hydrochloric acid สูงถึง 10% ที่อุณหภูมิห้องนานอย่างน้อย 8 ชั่วโมง

รูปที่ 4.13 Structure of gum karaya (Sterculia urens)

ที่มา : Stephen and Churm, 1995

          Gum karaya เป็นสารเพิ่มความคงตัวให้กับ whipping cream และ meringues เนื่องจากมีสมบัติในการอุ้มน้ำที่ดี ใช้เป็น emulsifier ในผลิตภัณฑ์น้ำสลัดต่างๆ เช่น salad dressing และ French dressing นอกจากนี้ยังใช้ในผลิตภัณฑ์ไอศครีม เช่น sherbets หรือ fruit ice จะช่วยป้องกัน ไม่ให้เกิดผลึกน้ำแข็ง ที่ใหญ่เกินไปและป้องกันการสูญเสียน้ำเนื่องจากเกิด syneresis ในผลิตภัณฑ์ เนื้อบด เช่น bologna จะใช้ Gum karaya เป็นตัวช่วยอุ้มน้ำ ทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีลักษณะเนื้อเนียน และยังใช้ในอุตสาหกรรมผลิต cheese spread ด้วย เพื่อให้เนยแข็งที่ได้มี speadability ที่ดี นอกจากนี้ยังนำมาใช้ในอุตสาหกรรมอื่น ๆ เช่น

  • อุตสาหกรรมยา ได้แก่ เป็น adhesive สำหรับ stoma seal หลังจากผ่าตัด หรือเป็น dental fixatives
  • อุตสาหกรรมกระดาษ เช่น ใช้เป็น binder เพื่อทำให้ช่วยในการ binding ของเส้นใยใน lightweight paper
  • อุตสาหกรรมสิ่งทอ เช่น ใช้เป็น thickener ในสีย้อมผ้าพิมพ์

4.4 Gum tragacanth

          Gum tragacanth เป็นยางที่ได้จากต้น Astragalus microcephalus, Astragalus gummifer และ Astragalus kurdicus พบมากบริเวณกึ่งทะเลทรายและบนภูเขาของประเทศอิหร่าน ซีเรีย และตุรกี ยางที่ได้เป็นของเหลวข้นเหนียว Gum tragacanth ประกอบด้วยโมโนแซคคาไรด์หลายๆ ชนิดผสมกัน ได้แก่ D-galacturonic acid, D-galactose, L-fucose, D-xylose และ L-arabinose และ L-rhamnose ในโมเลกุลของ Gum tragacanth ประกอบด้วย 2 ส่วน คือ ส่วนแรกเรียกว่า Tragacanthic acid หรือ Bassorin มีอยู่ประมาณ 60-70 % เป็นโพลีเมอร์ส่วนที่ไม่ละลายในน้ำ แต่พองตัวกลายเป็นเจล อีกส่วนที่มีปริมาณน้อยเรียกว่า Tragacanthin เป็นสารประกอบโพลีแซคคาไรด์เชิงซ้อน เป็นส่วนที่ละลายในน้ำกระจายตัวให้ลักษณะเป็นคอลลอยด์

          ส่วนของ Tragacanthic acid ซึ่งเป็นส่วนกรดที่ประกอบด้วย D-xylose, L-fucose, D-galacturinic acid, D-galactose และมี L-rhamnose จำนวนเล็กน้อย และส่วนนี้จะเกาะอยู่กับโลหะอิออน คือ Mg, Ca และ K สมบัติของ Gum tragacanth จะขึ้นกับส่วนนี้เพราะเป็นองค์ประกอบหลัก เป็นส่วนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงและมีรูปร่างของโมเลกุลเป็นแท่ง (rod like) บางส่วนของโครงสร้าง แสดงดังรูปที่ 4.14 ซึ่งสายหลักจะประกอบด้วย D-galacturinic acid ต่อกันด้วยพันธะ (1,4) และมีกิ่งแขนงสั้น ๆ ของ D-xylose ต่อกับสายหลักด้วยพันธะ (1,3) และอาจจะมี L-fucose และ D-galactose ต่อกับกิ่งแขนงอีกด้วย อีกส่วนที่มีปริมาณน้อยที่เรียกว่า Tragacanthin เป็นสารประกอบ โพลีแซคคาไรด์เชิงซ้อนของ arabinogalactan ที่ในโมเลกุลมีกิ่งก้านมาก รูปร่างของโมเลกุล เป็นทรงกลม (spheroidal) ตรงกลางโมเลกุลจะประกอบไปด้วย D-galactose และมี L-arabinose เป็นกิ่งก้านแขนงที่ต่อจาก D-galactose

          สารละลาย Gum tragacanth มีความหนืดมากที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับ ไฮโดรคอลลอยด์ที่ได้จากพืชทั้งหมด มีลักษณะเนื้อคล้าย soft gel Gum tragacanth ละลายได้ในน้ำเย็น มีความคงตัวต่อความร้อนและทนกรดได้เป็นอย่างดีจนถึง pH 2 นิยมใช้เป็นสารเพิ่มความคงตัวให้กับน้ำสลัด มายองเนส และซอส เพราะผลิตภัณฑ์อาหารเหล่านี้มี ลักษณะเนื้อเป็นครีม จึงต้องการความคงตัวสูง ส่วนเครื่องเทศที่ใช้ปรุงรส เช่น มัสตาร์ดเหลว และซอสมะเขือเทศ จะใช้ Gum tragacanth เป็นสารเพิ่มความคงตัวและเพิ่มความหนืด ส่วนผลิตภัณฑ์ ผลไม้ที่ใช้เป็น filling หรือ topping จะเติม Gum tragacanth เพื่อให้มีลักษณะเนื้อข้น เป็นเงามันเหมือนธรรมชาติ และชิ้นผลไม้กระจายตัวอยู่ได้โดยไม่แยกออกจากส่วนที่เป็นของเหลว นอกจากนั้นยังใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตไอศกรีม ทำให้ไอศกรีมมีลักษณะเนื้อเนียนและมีความคงตัวดี

รูปที่ 4.14 Partial structure of tragacanthic acid

ที่มา : Stephen and Churm, 1995

 

ก่อนหน้า ขึ้นข้างบน หน้าถัดไป