Soluble fiber and oligosaccharide from coconut residue: Production and prebiotic potential evaluation

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ได้ทำการศึกษาการผลิตไฟเบอร์ละลายน้ำและโอลิโกแซคคาไรด์จากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรมามากกว่า 4 ปี ภายใต้ความร่วมมือในการวิจัยอย่างต่อเนื่องกับ Prof. Petra Mischnick, Institute of Food Chemistry, Technische Universität Braunschweig, Germany โดยได้ทำการผลิตเพคตินจากเปลือกส้มโอโดยการสกัดด้วยกรดและด่าง ได้ผลผลิตเพคตินในช่วง 20-30% (กรัมต่อกรัมเปลือกส้มโอ) ผลงานวิจัยดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Food hydrocolloids (Q1) จากนั้นได้นำเพคตินที่สกัดได้มาผลิตโอลิโกแซคคาไรด์ (pectic oligosaccharides; POS) โดยการย่อยสลาย (oxidative degradation) ด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (hydrogen peroxide, H₂O₂) ซึ่งเป็นสารออกซิไดซ์ที่สุดท้ายจะสลายตัวไปเป็นออกซิเจนและน้ำ ผลผลิตของ POS ที่ได้ในระดับห้องปฏิบัติการอยู่ในช่วง 46-57% (กรัมต่อกรัมเพคติน) ผลงานวิจัยนี้อยู่ระหว่างการพิจารณาตีพิมพ์ในวารสาร Food Chemistry (Q1) นอกจากนี้ยังได้ทำการทดสอบฤทธิ์ทางชีวภาพของ POS ที่ได้ไปแล้วบางส่วน โดยพบว่า POS มีสมบัติเป็นสารพรีไบโอติคที่ดี มีฤทธิ์ต้านการเจริญเติบโตของเชื้อแบคทีเรียก่อโรค และมีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ ดังนั้นคณะผู้วิจัยจึงมีแนวคิดที่จะขยายขอบเขตงานวิจัยไปยังวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรและอุตสาหกรรมเกษตรอื่นๆ เช่น กากสับปะรด กากมันสำปะหลัง กากมะพร้าว เป็นต้น

กากมะพร้าวที่เหลือจากการทำกระทิสำเร็จรูปเป็นวัตถุดิบที่น่าสนใจ เนื่องจากประเทศไทยมีโรงงานผลิตน้ำกระทิสำเร็จรูปเพื่อส่งออกและบริโภคภายในประเทศจำนวนมาก โดยมีผู้แปรรูปกะทิสำเร็จรูปและน้ำกะทิพร้อมดื่มที่ขึ้นทะเบียนอาหารกับกระทรวงสาธารณสุขถึง 23 แห่ง (https://www.facebook.com/108377503841 4693/posts/1084467011678829/, ก.พ. 2017) ผู้ประกอบการที่เป็นผู้นำในวงการอุตสาหกรรมกะทิของโลก ได้แก่ บริษัทเทพผดุงพรมะพร้าว จำกัด และบริษัทเอเชียติคอุตสาหกรรมเกษตร จำกัด นางสาวกุหลาบ หมายสุข (ศูนย์เทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร กรมส่งเสริมการเกษตร, 2560) รายงานว่าในปี 2559 ประเทศไทยมีผลผลิตมะพร้าวเท่ากับ 1.231 ล้านตัน โดยเป็นกลุ่มมะพร้าวแก่ประมาณ 88 %  จากการศึกษาข้อมูลการใช้ประโยชน์จากมะพร้าวในโครงการ Mapping and matching for innovation in coconut industry โดยมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (2549) พบว่ามะพร้าวผล 1 ลูก น้ำหนักเฉลี่ย 2 กิโลกรัม เมื่อแปรรูปเป็นมะพร้าวขาวได้ผลผลิต 0.6 กิโลกรัม ถ้าแปรรูปต่อเป็นกะทิจะได้น้ำกระทิปริมาณ 0.5 กิโลกรัม และมีวัสดุเหลือจากกระบวนการคือ กากมะพร้าว 0.1 กิโลกรัม (www.kmutt.ac.th/ titec/gtz/coconut-detail-upload5.html) ดังนั้นถ้าประเมินจากตัวเลขการผลิตมะพร้าวแก่  1 ล้านตัน จะมีกากมะพร้าวเหลือปริมาณ 50,000 ล้านตัน กากมะพร้าวส่วนใหญ่จะขายออกไปเป็นอาหารสัตว์และปุ๋ย นอกจากนี้ก็มีการเพิ่มมูลค่าของกากมะพร้าวบ้าง โดยบริษัทเทพผดุงพรมะพร้าว จำกัด นำไปผลิตเป็นมะพร้าวอบแห้งฝอย ซึ่งในต่างประเทศนำไปใช้โรยหน้าขนมเค้กและขนมอีกหลายชนิดเพราะถือเป็นไฟเบอร์ที่มีไขมันต่ำ (เทคโนโลยีชาวบ้าน: วันที่ 1 พฤศจิกายน พ.ศ. 2552 ปีที่ 22 ฉบับที่ 466)

จากการวิเคราะห์องค์ประกอบของกากมะพร้าวที่เหลือจากการคั้นกระทิ พบว่าประกอบด้วยคาร์โบไฮเดรต 70%, โปรตีน 0.9%, ไขมัน 25.6%, เถ้า 1.1% และความชื้น 3.4% โดยในส่วนของคาร์โบไฮเดรตมีแมนโนสเป็นองค์ประกอบหลัก (80%) นอกจากนี้ก็มีกลูโคส (12.8%) กาแลกโตส (6.1%) และอะราบิโนส (1.3%) (Khuwijitjaru และคณะ, 2012) ผลที่ได้นี้สอดคล้องกับค่าที่ได้จากงานวิจัยของ Saittagaroon และคณะ (1983) และ Kusakabe และคณะ (1987) ดังนั้นเมื่อพิจารณาทั้งในแง่ของปริมาณและคุณภาพของวัตถุดิบเริ่มต้น จึงมีความเป็นไปได้สูงที่จะเพิ่มมูลค่าของกากมะพร้าวโดยใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตไฟเบอร์ละลายน้ำ (soluble fiber, SF) และโอลิโกแซคคาร์ไรด์ (oligosaccharide, OS)

ที่ผ่านมางานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการผลิตไฟเบอร์ละลายน้ำและโอลิโกแซคคาไรด์จากกากมะพร้าว (coconut residue) ที่ได้จากกระบวนการผลิตน้ำกระทิยังพบน้อยมาก งานวิจัยที่พบซึ่งก็มีไม่มากนักใช้กากมะพร้าว (copra meal) ที่เหลือจากการหีบน้ำมันจากมะพร้าวแห้งเป็นวัตถุดิบและใช้เอนไซม์กลุ่มแมนนาเนสในการย่อย (Ghosh และคณะ, 2014; Titapoka และคณะ, 2008; Park, 2008; Ariandi และคณะ, 2013) วิธีการย่อยด้วยเอนไซม์มีข้อดีคือ สภาวะที่ใช้ไม่รุนแรง มีความปลอดภัยสูง แต่เอนไซม์จากจุลินทรีย์แต่ละชนิดมีความจำเพาะเจาะจงที่ต่างกัน ดังนั้นผลิตภัณฑ์ OS จึงมีขนาดและโครงสร้างที่แตกต่างกัน อีกทั้งเอนไซม์ในกลุ่มแมนนาเนสยังอยู่ในระหว่างการศึกษาพัฒนาและยังมีราคาที่สูงอยู่ การใช้สารเคมีที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัยจึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่ง โฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (hydrogen peroxide, H₂O₂) เป็นสารออกซิแดนซ์ที่สามารถใช้ในการย่อยสลายโพลิแซคคาไรด์ เช่น แป้ง เซลลูโลส เพคติน เฮมิเซลลูโลส ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กลง นอกจากนี้ยังออกซิไดซ์หมู่ไฮดรอกซิลได้เป็นแอลดีไฮด์และคาร์บอกซิล ซึ่งอาจทำให้ OS มีสมบัติเชิงหน้าที่เปลี่ยนไป หลังจากปฏิกิริยา H₂O₂ จะเกิดการ decompose ไปเป็นน้ำและออกซิเจน จึงจัดว่า H₂O₂ เป็นสารเคมีที่มีความปลอดภัย

จากประสบการณ์ในการผลิตเพคตินโดยการสกัดด้วยด่างและการผลิต POS จากเปลือกส้มโอโดยการย่อยด้วย H₂O₂ คณะผู้วิจัยจึงมีแนวคิดที่จะขยายขอบเขตการวิจัยโดยนำองค์ความรู้ที่มีอยู่มาประยุกต์ใช้กับวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรอื่นๆ กากมะพร้าวเป็นหนึ่งในวัสดุเหลือใช้ที่น่าสนใจ เนื่องจากมีอยู่ในปริมาณมาก กากมะพร้าวมีความสะอาดสูงและมีสีขาว มีคาร์โบไฮเดรตในกลุ่มแมนแนนสูงจึงน่าจะเป็นวัตถุดิบที่ดีในการผลิตไฟเบอร์ละลายน้ำและแมนโนโอลิโกแซคคาร์ไรด์ (mannooligosaccharide; MOS) ด้วยเหตุนี้คณะผู้วิจัยจึงได้จัดทำข้อเสนอโครงการวิจัยโดยมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มมูลค่าของกากมะพร้าวที่เหลือจากการผลิตน้ำกระทิสำเร็จรูป แผนงานวิจัยจะแบ่งเป็น 2 ส่วน คือ ส่วนแรก (ปีที่ 1) จะศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการสกัดไฟเบอร์ละลายน้ำจากกากมะพร้าวด้วยสารละลายด่าง (สกัดเฮมิเซลลูโลส) และศึกษาสมบัติของไฟเบอร์ที่สกัดได้ทั้งทางด้านโครงสร้างทางเคมี สมบัติทางเคมีกายภาพ และสมบัติเชิงหน้าที่ โดยคาดหวังว่าผลิตภัณฑ์ไฟเบอร์ที่ได้จะสามารถนำไปใช้ในอาหารเพื่อสุขภาพ เนื่องจากเฮมิเซลลูโลสจะไม่ถูกย่อยสลายในลำไส้เล็กและจะผ่านไปยังลำไส้ใหญ่ และอาจมีฟังชันในการปรับสมดุลของน้ำในลำไส้ ช่วยเรื่องการขับถ่าย รวมถึงคาดว่าจะมีฟังชันเป็นพรีไบโอติดด้วย ในส่วนที่สอง (ปีที่ 2) เป็นแผนงานต่อเนื่องโดยจะทำการย่อยสลายไฟเบอร์ที่สกัดได้ด้วย H₂O₂ เพื่อให้ได้โอลิโกแซคคาร์ไรด์ที่มีแมนโนสเป็นองค์ประกอบหลักและอาจมีน้ำตาลชนิดอื่นๆ ผสมอยู่ด้วย OS ที่ได้อาจมีหมู่ฟังชันโดยเฉพาะหมู่คาร์บอกซิลเพิ่มขึ้น ซึ่งสมบัติและโครงสร้างของผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลายจะขึ้นกับสภาวะที่ใช้ ผลผลิตหลักที่คาดว่าจะได้จากโครงการนี้คือ องค์ความรู้ที่สามารถตีพิมพ์ในวารสารวิชาการระดับ Q1/ Q2 จำนวน 1 เรื่อง/ ปี (2 เรื่องจากโครงการ) ได้เทคโนโลยีการผลิตไฟเบอร์ละลายน้ำและโอลิโกแซคคาไรด์จากกากมะพร้าวที่สามารถพัฒนาต่อไปในระดับการผลิตต้นแบบ และสามารถผลิตนักศึกษาระดับปริญญาเอก 1 คน