เทคโนโลยีการเคลือบผิวจากเซริซินต่อการเกิดสีน้ำตาลในมะม่วงน้ำดอกไม้ตัดแต่งพร้อมบริโภค

โดย ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร. พนิดา บุญฤทธิ์ธงไชย
คณะทรัพยากรชีวภาพและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ปัจจุบันความต้องการผลิตภัณฑ์ผลไม้ตัดแต่งพร้อมบริโภคมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น เนื่องจากมีความสด สะอาด ใหม่ คุณค่าทางอาหารสูง และง่ายต่อการบริโภคเหมาะกับวิถีการดำรงชีวิตที่เร่งรีบในยุคปัจจุบัน Tesco หนึ่งในผู้จำหน่ายผลิตภัณฑ์ผลไม้ตัดแต่งพร้อมบริโภครายใหญ่ของโลกเปิดเผยว่าความต้องการผลไม้ตัดแต่งเพื่อสุขภาพโดยเฉพาะเมลอนและมะม่วงหั่นชิ้นเป็นแท่ง (fingers) มีแนวโน้มเพิ่มขึ้น 400% ในรอบสองปีที่ผ่านมา (Tesco PLC, 2017) ทั้งนี้ประเทศไทยเราสามารถปลูกมะม่วงได้หลากหลายสายพันธุ์และมีผลผลิตเกือบตลอดทั้งปี โดยเฉพาะมะม่วงพันธุ์น้ำดอกไม้ (Mangifera indica L.) ซึ่งเป็นผลไม้ที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจ มูลค่าในการส่งออกสูง และมีศักยภาพในการนํามาแปรรูปเป็นมะม่วงตัดแต่งพร้อมบริโภค ซึ่งถือเป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการเพิ่มมูลค่าให้กับผลผลิต เนื่องจากมะม่วงสายพันธุ์นี้เมื่อสุกมีกลิ่นหอม รสหวานหอม เนื้อสีเหลืองอมส้ม ละเอียด มีเส้นใยเล็กน้อย มีวิตามินซี และเบต้าแคโรทีนสูง อย่างไรก็ตามในการแปรรูปเป็นผลไม้ตัดแต่งพร้อมบริโภคนั้นต้องผ่านขั้นตอนต่าง ๆ ได้แก่ การปอกเปลือก การหั่น และการตัดแต่งเป็นชิ้น ซึ่งการแปรรูปในลักษณะนี้จะทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ได้บอบบาง ง่ายต่อการเข้าทำลายของเชื้อจุลินทรีย์ส่งผลให้มีอายุการวางจำหน่ายสั้น

ปัญหาที่สำคัญของมะม่วงตัดแต่งพร้อมบริโภคได้แก่การเปลี่ยนแปลงสี โดยจะพบอาการสีน้ำตาลที่บริเวณผิวเนื้อมะม่วง และเกิดการปนเปื้อนของเชื้อจุลินทรีย์ (Rosen and Kader, 1989; Nguyen-the and Carlin, 1994) ในมะม่วงน้ำดอกไม้สีทองตัดแต่งพร้อมบริโภคพบว่าอาการสีน้ำตาลและอาการฉ่ำน้ำ (water soaking) เป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดอายุการเก็บรักษา (Poubol and Izumi, 2005) โดยในแต่ละขั้นตอนการแปรรูปจะทำให้สารต่างๆภายในเซลล์รั่วไหลออกมาบริเวณรอยแผลที่เกิดจากการตัดแต่ง ซึ่งจะไปเร่งการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาและชีวเคมี เกิดสีน้ำตาลบริเวณรอยตัดแต่งและไม่เป็นที่ต้องการของผู้บริโภค โดยการเกิดสีน้ำตาลที่บริเวณผิวเนื้อมะม่วงนั้นเป็นการเกิดสีน้ำตาลเนื่องจากเอนไซม์ (enzymatic browning) โดยมีเอนไซม์พอลิฟีนอลออกซิเดส (polyphenol oxidase; PPO) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่สำคัญ (Sapers, 1993) ซึ่งปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลที่เร่งด้วยเอนไซม์นี้มี 2 ขั้นตอนคือ กระบวนการไฮดรอกซิเลชัน (hydroxylation) โดยเปลี่ยนสารกลุ่มโมโนฟีนอล (monophenols) ได้เป็นสารกลุ่มไดฟีนอล (diphenols) ซึ่งเป็นขั้นตอนที่ปฏิกิริยาเกิดค่อนข้างช้าและให้ผลิตภัณฑ์เป็นสารที่ไม่มีสี (ortho-diphenol) และจากนั้นเกิดกระบวนการออกซิเดชั่น (oxidation) ในขั้นตอนต่อไป ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วโดยเปลี่ยนสารกลุ่มไดฟีนอลเป็นสารกลุ่มควิโนน (quinones) ซึ่งเป็นสารที่มีสีและมีความไวในการเกิดปฏิกิริยา สารกลุ่มควิโนนนี้สามารถเกิดการการรวมตัวกันเป็นสารเมลานิน (melanins) หรือสารที่ให้สีน้ำตาลหรือสีดำกับเนื้อเยื่อพืช โดยสาร   เมลานินนี้ยังสามารถทำปฏิกิริยาต่อกับกรดอะมิโนและโปรตีนเกิดปฏิกิริยาสีน้ำตาลโดยไม่ใช้เอนไซม์ทำให้เกิดสีน้ำตาลเพิ่มขึ้นได้อีกด้วย (Beaulieu and Gorny, 2004) ซึ่งการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นดังกล่าว มีผลทำให้ผลไม้แปรรูปพร้อมบริโภคมีคุณภาพลดลง เสื่อมเสียง่าย ไม่ปลอดภัย ไม่เป็นที่ต้องการของผู้บริโภค และมีอายุการวางจำหน่ายสั้นกว่าผลไม้ที่ไม่ได้ผ่านการตัดแต่งแปรรูป (Clemente and Pastore, 1998)

ด้วยเหตุนี้จึงมีการนำเทคโนโลยีหลังการเก็บเกี่ยวมาใช้ในการลดความเสียหายจากกระบวนการแปรรูปได้แก่ การใช้วิธีทางกายภาพและทางเคมี โดยสารเคมีที่นิยมใช้กันมากในอุตสาหกรรมอาหาร ได้แก่สารในกลุ่มแคลเซียม กรดแอสคอร์บิก กรดซิตริก และสารประกอบซัลไฟต์ (sulphite) โดยเฉพาะสารประกอบซัลไฟต์ซึ่งมีประสิทธิภาพในการยับยั้งดีมากและราคาถูก แต่มีข้อเสียคือมีผลกระทบที่ไม่ปลอดภัยต่อผู้บริโภคโดยก่อให้เกิดอาการแพ้หรือผลข้างเคียงในผู้บริโภคบางกลุ่มได้ จึงมีการควบคุมปริมาณการใช้ตามประกาศ กระทรวงสาธารณสุข (ฉบับที่ 281) พ.ศ.2547 เรื่องวัตถุเจือปนอาหารว่าด้วยปริมาณซัลไฟต์ที่ได้รับต้องไม่เกิน 0.7 มิลลิกรัมต่อคนต่อวัน ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีนำสารสกัดจากธรรมชาติซึ่งเป็นสารที่มีความปลอดภัยมาทดแทนการใช้สารเคมี  โดยสารสกัดจากธรรมชาติที่มีการนำมาวิจัยเพื่อลดการเกิดสีนํ้าตาลในผลไม้ตัดแต่งพร้อมบริโภคได้แก่ ว่านหางจระเข้ น้ำสับปะรด สารสกัดจากรำข้าว เวย์โปรตีน (whey protein) น้ำผึ้ง และสารสกัดจากสาหร่าย (seaweed extract) เป็นต้น จากปัญหาดังกล่าวคณะผู้วิจัยได้นำเซริซินซึ่งเป็นโปรตีนจากธรรมชาติที่สกัดมากจากรังไหมมาประยุกต์ใช้เป็นสารเคลือบผิวเพื่อลดการเกิดสีน้ำตาลในมะม่วงน้ำดอกไม้ตัดแต่งพร้อมบริโภค อีกทั้งเซริซินและอนุพันธุ์ของเซริซินยังมีความปลอดภัยตามหลักของ Generally Recognized as Safe (GRAS) โดยคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกา (FDA, 2001)

รังไหม (cocoon) มีองค์ประกอบหลักของโปรตีน 2 ชนิด คือ ไฟโบรอิน (fibroin) ที่เป็นโปรตีนหลักในรังไหมประมาณร้อยละ 70 เป็นโปรตีนเส้นใยชนิดที่ไม่มีขั้ว และเซริซิน (sericin) ประมาณร้อยละ 20-30 ของรังไหม ทำหน้าที่ช่วยยึดโปรตีนไฟโบรอินให้เชื่อมติดกัน ทำให้เกิดความเสถียรของโครงร่างของรังไหม ในอุตสาหกรรมผลิตเส้นไยไหมมีความจำเป็นต้องสกัดเซริซินทิ้ง เนื่องจากมีสมบัติเป็นกัม (gum) ทำหน้าที่ในการเชื่อมเส้นไยโปรตีนไหม (fibroin) ทำให้เป็นผลิตภัณฑ์เหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมผ้าไหมหรือเส้นไยไหม ส่งผลต่อสิ่งแวดล้อมและมลภาวะทางน้ำ เซริซินประกอบด้วยกรดอะมิโน 18 ชนิด จําพวกมีขั้วจึงทําให้เซริซินละลายน้ำได้ดีที่พบมากกว่าร้อยละ 70 ได้แก่ serine, glycine, aspartic และ threonine เซริซินถูกนำไปใช้ประโยชน์มากมากมายหลายด้าน เช่น ใช้เป็นวัสดุทางการแพทย์ต่างๆ ใช้ในผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง และมีการทดสอบเซริซินด้านการรับประทานพบว่ามีฤทธิ์ส่งเสริมสุขภาพหลายอย่าง เช่น ลดไขมันหรือคอเลสตอรอลในเลือด ลดความดันโลหิต เป็นต้น ปัจจุบันอุตสาหกรรมอาหารได้นำเซริซินมาใช้ในการผลิตฟิล์มที่บริโภคได้ และใช้เป็นสารเคลือบผิว เนื่องด้วยคุณสมบัติที่สามารถจับตัวเป็นพอลิเมอร์ สามารถผสมกับสารโมเลกุลใหญ่ได้ดี และมีลักษณะเป็นกัมป้องกันการสูญเสียน้ำได้ดี (Sothornvit and Chollakup, 2009; Sothornvit et al., 2010) นอกจากนั้นยังพบว่าเซริซินมีสมบัติเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ ลดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นในไขมัน (Kato et al., 1998) ยับยั้งการเกิดสีน้ำตาลในอาหาร (Wu et al., 2007) และสามารถต้านการเจริญเชื้อจุลินทรีย์ก่อโรคได้ (Sarovart et al., 2003) นับว่ามีประโยชน์อย่างมากในการรักษาคุณภาพและยืดอายุการเก็บรักษาอาหาร การศึกษาที่ผ่านพบว่าการเคลือบผิวแอบเปิ้ล เห็ด และมะม่วงหั่นชิ้นด้วยเซริซินสามารถควบคุมการเกิดสีน้ำตาลระหว่างการเก็บรักษาได้เป็นอย่างดีและพบว่าเซริซินที่มีโมเลกุลขนาดเล็กมีประสิทธิภาพในการลดกิจกรรมเอนไซม์ PPO และควบคุมการเกิดสีน้ำตาลได้ดีและยังรักษาคุณภาพด้านสี ลักษณะปรากฏและลดการสูญเสียความชื้นจากผลิตภัณฑ์ (Thongsook and Tiyaboonchai, 2011)

ผลของเซริซินต่อการยับยั้งการเกิดสีน้ำตาลเนื่องจากเอนไซม์

โดยทั่วไปการยับยั้งการเกิดสีน้ำตาลเนื่องจากเอนไซม์แบ่งออกได้เป็นสามแนวทางคือ การยับยั้งสารตั้งต้น (substrate) ยับยั้งกิจกรรมเอนไซม์ และยับยั้งผลิตภัณฑ์สีน้ำตาล  ซึ่งเซริซินยับยั้งการเกิดสีน้ำตาลโดยแบ่งออกเป็นสองแนวทาง แนวทางที่หนึ่งเซริซินไปยับยั้งกิจกรรมของเอนไซม์ PPO โดยการจับตัวกันระหว่างเซริซินและสารตั้งต้น  ของปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาล ซึ่งกิจกรรมของเอนไซม์ PPO ในตำแหน่งที่ต่างจากตำแหน่งเอนไซม์จับกับสารตั้งต้น ทำให้เกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อน enzyme-substrate-sericin เอนไซม์จึงไม่สามารถทำปฏิกิริยาต่อได้ (Goetghebeur and Kermasha, 1996) นอกจากนี้เซริซินซึ่งประกอบด้วยกรดอะมิโนที่มีหมู่ไฮดรอกซีสูง พบประมาณร้อยละ 40 ของกรดอะมิโนทั้งหมดที่เป็นองค์ประกอบ และเป็นที่ทราบกันดีว่ากรดอะมิโนที่มีหมู่ไฮดรอกซีสูงมีสมบัติเป็นคีเลติงเอเจนต์ (chelating agent) ที่ดี โดยเฉพาะกับทองแดง และเหล็ก ซึ่งในการเกิดปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลด้วยกิจกรรมของเอนไซม์ PPO ทองแดงเป็นธาตุที่จำเป็นในกลไกของปฏิกิริยา ดังนั้นการที่เซริซินมีสมบัติดังกล่าวส่งผลช่วยในการลดการเกิดสีน้ำตาลเนื่องจากเอนไซม์ PPO ได้เช่นกัน (Kato et al., 1998) และพบว่ายิ่งเซริซินมีขนาดโมเลกุลเล็กยิ่งเพิ่มประสิทธิภาพในการเป็นคีเลติงเอเจนต์มากขึ้น (Thongsook and Tiyaboonchai, 2011) แนวทางที่สองอาจเป็นไปได้ว่าเซริซินไปยับยั้งสารตั้งต้น เนื่องจากทำหน้าที่เป็นสารเคลือบผิวโดยป้องกันไม่ให้ออกซิเจนสัมผัสกับสารตั้งต้นของเอนไซม์ PPO ดังนั้นจึงทำให้เอนไซม์ทำปฏิกิริยากับสารตั้งต้นได้น้อยลง 

การประยุกต์ใช้เซริซินเป็นสารเคลือบผิวในมะม่วงน้ำดอกไม้ตัดแต่งพร้อมบริโภค

โดยพบว่าเซริซินสามารถยับยั้งกิจกรรมเอนไซม์ PPO ในมะม่วงน้ำดอกไม้ตัดแต่งพร้อมบริโภค (in vivo) และในสารสกัดมะม่วง (in vitro) ได้ทั้งในมะม่วงน้ำดอกไม้เบอร์สี่และมะม่วงน้ำดอกไม้สีทอง เมื่อนำเซริซินมาประยุกต์ใช้เป็นสารเคลือบผิวมะม่วงน้ำดอกไม้สีทองตัดแต่งพร้อมบริโภค โดยนำมะม่วงน้ำดอกไม้สีทองระยะสุกพร้อมบริโภค ปอกเปลือกและตัดแต่งเป็นชิ้น นำไปเคลือบด้วยสารละลายเซริซิน (non-hydrolysated sericin) และเซริซินไฮโดรไลเสท (hydrolysated sericin) ซึ่งมีขนาดโมเลกุลเล็กกว่า จากนั้นบรรจุชิ้นมะม่วงในกล่องพลาสติกกึ่งคงรูปมีฝาปิด เก็บรักษาที่อุณหภูมิ 10 องศาเซลเซียส นาน 4 วัน พบว่ามะม่วงที่เคลือบด้วยสารละลายเซริซินและเซริซินไฮโดรไลเสทชะลอการเกิดสีน้ำตาลบริเวณส่วนที่ถูกตัดแต่งของมะม่วงน้ำดอกไม้ตัดแต่งพร้อมบริโภค โดยแสดงค่าความสว่าง (L*) สูงกว่ามะม่วงตัดแต่งชุดควบคุม และมีคะแนนการเกิดสีน้ำตาลต่ำกว่ามะม่วงชุดควบคุม สอดคล้องกับกิจกรรมเอนไซม์พอลีฟีนอลออกซิเดส (PPO) ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ก่อให้เกิดสีน้ำตาลในมะม่วงตัดแต่ง  ผลการทดลองพบว่าสารละลายเซริซินและเซริซินไฮโดรไลเสทมีกิจกรรมเอนไซม์ PPO ต่ำกว่าชุดควบคุม และสารละลายเซริซินทั้ง 2 ชนิด ยังคงรักษาปริมาณวิตามินซีไว้ได้ดีกว่าชุดควบคุม โดยสามารถชะลอการเกิดสีน้ำตาลและรักษาคุณภาพของมะม่วงน้ำดอกไม้สีทองตัดแต่งพร้อมบริโภคได้เป็นระยะเวลา 4 วัน

จากผลงานวิจัยข้างต้นแสดงให้เห็นว่า สารเคลือบผิวจากเซริซินมีประสิทธิภาพในการชะลอการเกิดสีน้ำตาลในผลิตภัณฑ์พร้อมบริโภค มีความปลอดภัยในการใช้ อีกทั้งยังเป็นการใช้ประโยชน์จากของเหลือทิ้ง จึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่จะนำมาวิจัยและพัฒนาเพื่อใช้ในการควบคุมการเกิดสีน้ำตาลของผลิตผลในเชิงการค้าต่อไป

เอกสารอ้างอิง

Beaulieu, J.C. and J.R. Gorny.  2004.  Fresh cut fruits in the commercial storage of fruits, vegetables and florist and nursery stocks. In K.C. Gross, C.Y. Wang and M. Saltveit (eds.). Agricultural Handbook, Number 66, USDA–ARS.

Clemente, E. and G.M. Pastore. 1998.  Peroxidase and polyphenoloxidase, the importance for food technology. Boletim da Sociedade Brasileira de Ciência e Tecnologia de Alimentos 32: 167–171.

FDA.  2001.  Notice of inventory. Food and Drug Administration.  [Online]. Available source: http://www.fda.gov/downloads/Food/IngredientsPackagingLabeling/GRAS/NoticeInventory/UCM267039.

Goetghebeur, M. and S. Kermasha.  1996.  Inhibition of polyphenol oxidase by copper-     metallothionein from Aspergillus niger.  Phytochemistry 42: 935–940.

Kato, N., S. Sato, A. Yamanaka, H. Yamada, N. Fuwa and M. Nomura.  1998.  Silk protein, sericin, inhibits lipid peroxidation and tyrosinase activity.  Bioscience Biotechnology and Biochemistry 62: 145–147.

Nguyen-The, C. and F. Carlin.  1994.  The microbiology of minimally processed fresh fruits and vegetables.  Critical Reviews in Food Science and Nutrition 34: 371–401.

Poubol, J. and H. Izumi.  2005.  Shelf life and microbial quality of fresh-cut mango cubes stored in high CO₂ atmospheres.  Journal of Food Science 70: 69–74.

Rosen, J. and A.A. Kader. 1989.  Postharvest physiology and quality maintenance of sliced pear and strawberry fruits.  Journal of Food Science 54: 656–659.

Sapers, G. M.  1993.  Browning of food: Control by sulfites, antioxidants and other means.  Food technology 47: 75–84.

Sarovart, S., B. Sudatis, P. Meesilpa, B.P. Grady and R. Magaraphan.  2003.  The use of sericin as an antioxidant and antimicrobial for polluted air treatment.  Reviews on Advanced Materials Science 5: 193–198.

Sothornvit, R. and R. Chollakup.  2009.  Properties of sericin-glucomannan composite films.  International Journal of Food Science and Technology 44: 1395–1400.

Sothornvit, R., R. Chollakup and P. Suwanruji.  2010.  Extracted sericin from silk waste for film formation.  Songklanakarin Journal of Science and Technology 32: 17–22.

Tesco PLC.  2017.  Fruit and veg revamp cuts food waste and saves shoppers time. [Online].  Available source: https://www.tescoplc.com/news/news-releases/2017/fruit-and-veg-revamp-cuts-foodwaste-and-saves-shoppers-time/.  ( August 14, 2017).

Thongsook, T. and W. Tiyaboonchai. 2011.  Inhibitory effect of sericin on polyphenol oxidase and its application as edible coating.  International Journal of Food Science & Technology 46: 2052–2061.

Walker, J.R.L. 1977.  Enzymatic browning in foods. Its chemistry and control.  Food Technology in New Zealand 12: 19–25.

Wu, J., Z. Wang and S. Xu.  2007.  Preparation and characterization of sericin powder extracted from silk industry waste water.  Food Chemistry 103: 1255–1262.

Zhang, Y.Q.  2000.  Applications of natural silk protein sericin in biomaterials.  Biotechnology Advances 20: 91–100.

บทความนี้ตีพิมพ์ลงใน Postharvest Newsletter ปีที่ 20 ฉบับที่ 3 กรกฎาคม – กันยายน 2564

• Facebook
• Twitter
• Line

พนิดา บุญฤทธิ์ธงไชย มะม่วงน้ำดอกไม้ เซริซิน