ผลของสภาวะการผลิตและกระบวนการให ความร อนตุ ณลัอคกษณะทาง ... · EFFECT OF MANUFACTURING

ผลของสภาวะการผลิตและกระบวนการใหความรอนตอคุณลักษณะทางกายภาพและ เคมีของคาราเมล

โดย นางสาวพิศมยั ศรีชาเยช

สารนิพนธนี้เปนสวนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิชาเทคโนโลยีอาหาร ภาควิชาเทคโนโลยีอาหาร

บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยศิลปากร ปการศึกษา 2547

ISBN 974-464-634-9 ลิขสิทธิ์ของบณัฑิตวิทยาลยั มหาวิทยาลยัศิลปากร

EFFECT OF MANUFACTURING CONDITIONS AND THERMAL PROCESSING ON PHYSICAL AND CHEMICAL CHARACTERISTICS OF CARAMELS

By Phisamai Srichayet

A Master’s Report Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree MASTER OF SCIENCE

Department of Food Technology Graduate School

SILPAKORN UNIVERSITY 2004

ISBN 974-464-634-9

กกกกกกกกบณัฑิตวิทยาลยั มหาวิทยาลัยศิลปากร อนุมัติใหสารนิพนธเร่ือง “ผลของสภาวะการผลิตและกระบวนการใหความรอนตอคุณลักษณะทางกายภาพและเคมีของคาราเมล” เสนอโดยนางสาวพิศมยั ศรีชาเยช เปนสวนหนึง่ของการศึกษาตามหลกัสูตรปริญญาวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิชาเทคโนโลยีอาหาร

….………………..………………………… (รองศาสตราจารย ดร. จิราวรรณ คงคลาย)

คณบดีบณัฑิตวิทยาลยั วันที่..........เดือน.........................พ.ศ.......... ผูควบคุมสารนิพนธ กกกกกกกกอาจารย ดร. เอกพันธ แกวมณีชัย คณะกรรมการตรวจสอบสารนิพนธ ................................................... ประธานกรรมการ (อาจารย ดร. สุเชษฐ สมหุเสนีโต) ............./.................../............... ................................................... กรรมการ (อาจารย ดร. เอกพนัธ แกวมณีชัย) .........../...................../................ ................................................... กรรมการ (นางมณฑาทพิย ยุนฉลาด) .........../...................../................

ง

K 45403303: สาขาวิชาเทคโนโลยีอาหาร คําสําคัญ : ซูโครส / คาราเมล / กรดอินทรีย / การใหความรอน กกกกกกกกพิศมัย ศรีชาเยช : ผลของสภาวะการผลิตและกระบวนการใหความรอนตอคุณลักษณะทางกายภาพและเคมีของคาราเมล (EFFECT OF MANUFACTURING CONDITIONS AND THERMAL PROCESSING ON PHYSICAL AND CHEMICAL CHARACTERISTICS OF CARAMELS) อาจารย ผูควบคุมสารนิพนธ: อ. ดร. เอกพันธ แกวมณีชัย. 72 หนา. ISBN 974-464-634-9

กกกกกกกกเม่ือศึกษาผลของสภาวะการผลิตและกระบวนการใหความรอนตอคุณลักษณะทางกายภาพและเคมีของคาราเมล โดยการเคี่ยวน้ําตาลซูโครสจนไดอุณหภูมิสุดทาย 3 ระดับคือ 235, 240 และ 245 องศาเซลเซียส ดวยระยะเวลาในการเคี่ยว 3 ระดับคือ 15, 20 และ 25 นาที แลวนําคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวในลักษณะดังกลาวไปวิเคราะห คาพีเอช ปริมาณกรดทั้งหมด คา Hue index คา Tinctorial power คาความสวาง (L*) คาความเปนสีแดง (a*) คาความเปนสีเหลือง (b*) และปริมาณกรดอินทรียคือ กรดฟอรมิก (formic acid) กรดไพรูวิก (pyruvic acid) กรดแลกติก (lactic acid) กรดแอซีติก (acetic acid) และกรดซิตริก (citric acid) พบวาอุณหภูมิและเวลาในการเคี่ยวไมมีผลตอคาพีเอช ปริมาณกรดทั้งหมด ปริมาณกรดไพรูวิก กรดแลกติก และกรดแอซีติก (p>0.05) แตมีผลตอคาสี ปริมาณกรดฟอรมิก และกรดซิตริกของคาราเมล (p<0.05) คือ เม่ืออุณหภูมิและเวลาในการเคี่ยวเพิ่มขึ้นคาราเมลมีคา Hue index ลดลงคา Tinctorial power เพิ่มขึ้น คาความสวางลดลง และมีคาความเปนสีเหลือง และสีแดงเพิ่มขึ้น ซึ่งแสดงใหเห็นวาคาราเมลมีสีเขมขึ้น ปริมาณกรดฟอรมิก และกรดซิตริกเพิ่มขึ้น (p<0.05) กกกกกกกกเม่ือเปรียบเทียบคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวน้ําตาลที่อุณหภูมิและระยะเวลาตางๆ กับคาราเมลอางอิงโดยใชคุณลักษณะทางกายภาพและเคมี พบวาคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนไดอุณหภูมิ 235 องศาเซลเซียส ดวยเวลา 15 และ 20 นาที ที่อุณหภูมิ 240องศาเซลเซียส ดวยเวลา 15 นาที และที่อุณหภูมิ 245 องศาเซลเซียส ดวยเวลา 20 และ 25 นาที ใหผลแตกตางจากคาราเมลอางอิง (p<0.05) อุณหภูมิสุดทายและเวลาที่ใชในการเคี่ยวคาราเมล ควรอยูในชวง 235-245 องศาเซลเซียสและเวลา 15-25 นาที กกกกกกกกสุดทายไดศึกษาการเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะทางกายภาพและเคมีของสารละลายคาราเมล หลังผานกระบวนการใหความรอน พบวาคาสี ปริมาณกรดแลกติกและกรดแอซีติก ไมมีการเปลี่ยนแปลงอยางมีนัยสําคัญ แตการใหความรอนดังกลาวมีผลทําใหคา พีเอชลดลง ปริมาณกรดทั้งหมด ปริมาณกรดฟอรมิก กรดไพรูวิก และกรดซิตริกเพิ่มขึ้น บทคัดยอภาษาไทย

ภาควิชาเทคโนโลยีอาหาร บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยศิลปากร ปการศึกษา 2547 ลายมือชื่อนักศึกษา ..................................................... ลายมือชื่ออาจารยผูควบคุมสารนิพนธ . ..................................

จ

K 45403303 : MAJOR : FOOD TECHNOLOGY KEY WORD: SUCROSE / CARAMELS / ORGANIC ACID / THERMAL PROCESSING

PHISAMAI SRICHAYET: EFFECT OF MANUFACTURING CONDITIONS AND THERMAL PROCESSING ON PHYSICAL AND CHEMICAL CHARACTERISTICS OF CARAMELS. MASTER’S REPORT ADVISOR: EAKAPHUN KAEMANEECHAI, Ph. D. 72 pp. ISBN 974-464-634-9.

Effect of manufacturing conditions and thermal processing on physical and chemical characteristics of caramels was studied. Sucrose was heated to reach final temperatures (235, 240 and 245 oC) within different periods of time (15, 20 and 25 minutes) to become caramels. The caramels were analyzed for pH, total acidity, Hue index, Tinctorial power, L*, a*, b*, formic acid, pyruvic acid, lactic acid, acetic acid and citric acid. It was found that heating temperature and time did not affect pH, total acidity, pyruvic acid, lactic acid and acetic acid contents (p>0.05), but influenced color characteristics, formic acid and citric contents of the caramels (p<0.05). Tinctorial power, a*, b*, formic acid and citric acid contents increased while Hue index and L* decreased with increasing heating temperature and time.

As the caramels were compared with a reference caramel by their physical and chemical characteristics, it was shown that caramels heated to 235 oC within 15 or 20 minutes, 240 oC within 15 minutes, and 245 oC within 20 or 25 minutes were different from the reference caramel (p<0.05). The appropriate final heating temperatures and heating periods should be in the range of 235-245 oC and 15-25 minutes, respectively.

Finally, physical and chemical changes upon thermal processing of a caramel solution were investigated. The results indicated that lactic acid and acetic acid contents in the solution were not significantly changed after heating. However, its pH, total acidity, formic acid, pyruvic acid and citric acid contents were increased. บทคัดยอภาษาอังกฤษ

Department of Food Technology Graduate School, Silpakorn University Academic Year 2004 Student’s signature ………………………………………………….. Master’s Report Advisor’s signature ……………………................

ฉ

กิตติกรรมประกาศ

ขาพเจาขอขอบพระคุณ อาจารย ดร. เอกพันธ แกวมณชีัย ประธานกรรมการที่

ปรึกษา ที่กรุณาใหคําปรึกษา เสนอแนะแนวทางในการทํางานวิจัย และตรวจแกไขวิทยานพินธฉบับนี้ใหถูกตอง และสมบูรณ และอาจารย ดร. สุเชษฐ สมุหเสนีโต ทีใ่หคําปรึกษา คําแนะนํา และตรวจสอบวิทยานพินธฉบับนี้ใหถกูตองสมบูรณมากยิง่ขึ้น

ขอกราบขอบพระคุณ อาจารย มณฑาทพิย ยุนฉลาด ทีก่รุณาใหคําปรึกษาในดานการทาํงาน การศึกษา และเสนอแนะแนวทางในการทาํงานวิจยั และกรุณาใหความชวยเหลือในทุกดานตางๆ มาตลอด

ขอขอบพระคุณคณาจารยภาควิชาเทคโนโลยีอาหาร และขอขอบคุณเจาหนาที่ประจําภาควิชาเทคโนโลยีอาหาร ที่อํานวยความสะดวกดานสถานที ่อุปกรณเครื่องมือ และสารเคมีในการทํางานวิจัยในครั้งนี ้

ขอขอบคุณบริษัทโคฟ จาํกดั และพนักงานโรงงานทุกทาน ที่มอบประสบการณในการทํางาน และใหโอกาสในการศึกษาตอ และใหการสนับสนุนในการทํางานวิจยันี ้

ขอขอบคุณ คุณนิพัฒน คุณบุญอนันต คณุสุพิศา คุณวริิยา คุณยุภาพร คุณจงรักษ คุณจารุวรรณ คุณยุพิน และนักศึกษาปริญญาโททุกทานที่ใหกาํลังใจ คําแนะนํา และใหความชวยเหลือในดานตางๆ มาโดยตลอด

ขอขอบคุณคุณนนทวัชร ทีค่อยใหความชวยเหลือ คําแนะนาํ และน้าํใจตางๆ ที่มีใหมาโดยตลอด

ขอขอบคุณคุณยุทธการณ มุยมี ผูชวยในการทาํวิจยั ใหการสนับสนนุ และที่ปรึกษาพิเศษในการทาํงานวิจัยนี ้

สุดทายขอกราบขอบพระคุณพอแม และญาติพี่นองทุกคน ที่เปนกําลงัใจในการศึกษาตลอดมา

ช

สารบัญ หนา

บทคัดยอภาษาไทย ..............................................................................................................ง บทคัดยอภาษาอังกฤษ......................................................................................................... จ

กิตติกรรมประกาศ ............................................................................................................... ฉ

สารบัญตาราง ....................................................................................................................ฌ

สารบัญภาพ.......................................................................................................................ญ

บทที ่ 1 บทนํา

1.1 ความเปนมาและความสําคัญของปญหา........................................................ 1

1.2 ความมุงหมายและวัตถปุระสงคของการศึกษา ................................................ 2

1.3 สมมุติฐานของการศึกษา .............................................................................. 2

1.4 ขอบเขตของการศึกษา .................................................................................. 2

2 เอกสารและงานวจิัยทีเ่กีย่วของ ..................................................................................... 3

2.1 ลักษณะทัว่ไปของคาราเมล ........................................................................... 3

2.2 ชนิดและมาตรฐานของคาราเมล .................................................................... 3

2.3 ปฏิกิริยาการเกิดสีน้าํตาล.............................................................................. 6

2.4 ข้ันตอนการเกิดปฏิกิริยาสีน้าํตาลแบบไมใชเอนไซม ......................................... 6

2.5 ปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชันของน้ําตาล........................................................... 14

2.6 คุณสมบัติทางเคมีและกายภายของคาราเมล ................................................ 23

2.7 การผลิตกาแฟผสมแบบไทย ........................................................................ 24

2.8 องคประกอบของสารใหกลิ่นในกาแฟผสมแบบไทย ....................................... 25

3 อุปกรณ และวิธีการดําเนินการวิจยั .............................................................................. 27

3.1 วัตถุดิบ ................................................................................................... 27

3.2 สารเคม ี ................................................................................................... 27

3.3 เครื่องมือ ................................................................................................... 27

3.4 วิธีการดําเนินการวิจยั ................................................................................. 28

ซ

บทที ่ ............................................................................................................หนา 3.4.1 ผลของอุณหภูมิและเวลาในการผลติคาราเมลตอคุณลักษณะทางกายภาพ

และเคมีของคาราเมล .............................................................................. 28

3.4.2 ผลของการใหความรอนตอคุณลักษณะทางกายภาพและเคมีของคาราเมล... 29

3.4.3 การวเิคราะหคุณลักษณะทางกายภาพและเคมีของคาราเมล....................... 29

3.4.4 การวเิคราะหหาปริมาณกรดอินทรียดวยเครื่อง High Performance Liquid Chromatography (HPLC)...................................................................... 30

4 ผลการทดลองและการวิจารณ ..................................................................................... 32

4.1 ผลของอุณหภูมิและเวลาในการผลิตคาราเมลตอคุณลักษณะทางกายภาพ และเคมีของคาราเมล ................................................................................. 32

4.2 ผลของอุณหภูมิและเวลาในการผลิตคาราเมลตอปริมาณกรดอินทรีย .............. 41

4.3 ผลของการใหความรอนตอคุณลักษณะทางกายภาพและเคมีของคาราเมล...... 49

5 สรุปผลการทดลองและขอเสนอแนะ ............................................................................. 55

เอกสารอางอิง ................................................................................................................... 58

ภาคผนวก......................................................................................................................... 62

ภาคผนวก ก กราฟมาตรฐานของกรดอินทรีย...................................................... 62

ภาคผนวก ข ตัวอยางโครมาโตรแกรมสารละลายมาตรฐานกรดอินทรยี และ สารละลายคาราเมล...................................................................... 65

ภาคผนวก ค การคํานวณปริมาณกรดอินทรีย ..................................................... 68

ภาคผนวก ง ตารางคาคงทีข่องการแตกตัวของกรด ............................................. 69

ภาคผนวก จ ตารางผลการทดลองคาราเมลกอนและหลังการใหความรอน............. 71

ประวัติผูวิจัย .................................................................................................................. 72

ฌ

สารบัญตาราง

ตารางที ่ หนา 1 ลักษณะของคาราเมลประเภทตางๆ ตามการจําแนกของ ITCA/EUTECA.................... 5

2 จุดหลอมเหลวของน้าํตาลแตละชนิด ...................................................................... 15

3 คุณลักษณะดาน สี กล่ิน และรสของสารที่ไดจากการสูญเสียน้าํเมื่อเกิดปฏิกริิยา คาราเมลไลเซชันของคารโบไฮเดรต ................................................................. 20

4 ผลของอุณหภูมิในการเคี่ยวตอคุณภาพของคาราเมลทางดานคาพีเอช ปริมาณ กรดทั้งหมดและความเขมสี ............................................................................ 37

5 ผลของเวลาในการเคีย่วตอคุณภาพของคาราเมทางดานคาพีเอช ปริมาณ กรดทั้งหมด และความเขมสี ........................................................................... 37

6 คาพีเอช และปริมาณกรดทั้งหมด ของคาราเมลซึ่งผานการเคี่ยวที่อุณหภูมแิละ เวลาตางๆ ในการผลิตคาราเมลเปรียบเทยีบกับคาราเมลอางอิง ......................... 38

7 คุณภาพทางดานสีของคาราเมลซึง่ผานการเคี่ยวที่อุณหภูมิและเวลาตางๆ ใน การผลิตคาราเมลเปรียบเทยีบกับคาราเมลอางอิง............................................. 39

8 ผลของอุณหภูมิในการผลิตคาราเมลตอปริมาณกรดอินทรีย ..................................... 46

9 ผลของเวลาในการผลิตคาราเมลตอปริมาณกรดอินทรีย........................................... 46

10 ปริมาณกรดอินทรียในคาราเมลซึง่ผานการเคี่ยวที่อุณหภูมิและเวลาตางๆ ใน การผลิตคาราเมลเปรียบเทยีบกับคาราเมลอางอิง............................................. 47

11 คาคงทีข่องการแตกตัวของกรด.............................................................................. 69

12 คาพีเอชและปริมาณกรดทั้งหมดในสารละลายคาราเมลกอนและหลังผาน กระบวนการใหความรอน ............................................................................... 71

13 คุณภาพทางดานสีของสารละลายคาราเมลกอนและหลังผานกระบวนการ ใหความรอน ................................................................................................. 71

14 ปริมาณกรดอินทรียในสารละลายคาราเมลกอนและหลังผานกระบวนการ ใหความรอน ................................................................................................. 71

ญ

สารบัญภาพ

ภาพที ่ หนา 1 ปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชันขั้นตน ............................................................................. 7

2 การเปลี่ยนแปลงของสารประกอบจากปฏิกิริยา Amadori และ Heyns rearrangement ................................................................................... 8

3 การเกดิสารมัธยนัตของปฏิกิริยาได 3-deoxyhexosulose (3-deoxy-D-glucosone) .... 9

4 การเกดิ 1,4- dideoxyhexosulose จาก Amadori rearrangement .......................... 10

5 ปฏิกิริยา Aldol and retro-aldol ............................................................................ 10

6 ปฏิกิริยา Strecker degradation ........................................................................... 11

7 ปฏิกิริยา Retro-aldol condensation ของ deoxyhexosones.................................. 12

8 การเกดิ furfural และ 5-hydroxymetylfurfural ....................................................... 13

9 ปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชันของน้ําตาล..................................................................... 18

10 คาพีเอชของคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอณุหภูมิ 235, 240 และ 245 องศาเซลเซยีส ภายในระยะเวลา 15, 20 และ 25 นาที ...................................... 33

11 ปริมาณกรดทั้งหมดของคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอุณหภูมิ 235, 240 และ 245 องศาเซลเซียส ภายในระยะเวลา 15, 20 และ 25 นาที ........................ 34

12 คา Hue index ของคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอุณหภูมิ 235, 240 และ 245 องศาเซลเซียส ภายในระยะเวลา 15, 20 และ 25 นาที ............................... 34

13 คา Tinctorial power ของคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอุณหภูมิ 235, 240 และ 245 องศาเซลเซียส ภายในระยะเวลา 15, 20 และ 25 นาที ........................ 35

14 คาความสวางของคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอุณหภูม ิ235, 240 และ 245 องศาเซลเซยีส ภายในระยะเวลา 15, 20 และ 25 นาที ...................................... 35

15 คาความเปนสีแดงของคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอุณหภูมิ 235, 240 และ 245 องศาเซลเซียส ภายในระยะเวลา 15, 20 และ 25 นาที ............................... 36

16 คาความเปนสีเหลืองของคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอุณหภูมิ 235, 240 และ 245 องศาเซลเซียส ภายในระยะเวลา 15, 20 และ 25 นาที ............................... 36

17 ปริมาณกรดฟอรมิกในคาราเมลทีไ่ดจากการเคีย่วจนถึงอุณหภูมิ 235, 240 และ 245 องศาเซลเซยีส ภายในระยะเวลา 15, 20 และ 25 นาที ...................................... 42

ฎ

ภาพที่.............................................................................................................................หนา 18 ปริมาณกรดไพรูวิกในคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอุณหภูมิ 235, 240 และ 245

องศาเซลเซยีส ภายในระยะเวลา 15, 20 และ 25 นาที ...................................... 42

19 ปริมาณกรดแลกติกในคาราเมลทีไ่ดจากการเคีย่วจนถึงอุณหภูมิ 235, 240 และ 245 องศาเซลเซยีส ภายในระยะเวลา 15, 20 และ 25 นาที ...................................... 43

20 ปริมาณกรดแอซีติกในคาราเมลทีไ่ดจากการเคีย่วจนถึงอุณหภูมิ 235, 240 และ 245 องศาเซลเซยีส ภายในระยะเวลา 15, 20 และ 25 นาที ...................................... 43

21 ปริมาณกรดซิตริกในคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอุณหภูมิ 235, 240 และ 245 องศาเซลเซยีส ภายในระยะเวลา 15, 20 และ 25 นาที ...................................... 44

22 คาพีเอชและปริมาณกรดทั้งหมดในสารละลายคาราเมล กอน และหลังผาน กระบวนการใหความรอน ............................................................................... 51

23 ผลของคุณภาพทางดานสีของสารละลายคาราเมล กอนและหลงั ผานกระบวน การใหความรอน............................................................................................ 52

24 ผลของปริมาณกรดอินทรียในสารละลายคาราเมล กอนและหลงัผานกระบวน การใหความรอน............................................................................................ 53

25 กราฟมาตรฐานของกรดฟอรมิก ............................................................................. 62

26 กราฟมาตรฐานของกรดไพรูวิก .............................................................................. 63

27 กราฟมาตรฐานของกรดแลกติก ............................................................................. 63

28 กราฟมาตรฐานของกรดแอซีติก ............................................................................. 64

29 กราฟมาตรฐานของกรดซิตริก................................................................................ 64

30 ตัวอยางโครมาโตรแกรมสารละลายมาตรฐานกรดอินทรีย ........................................ 65

31 โครมาโตรแกรมสารละลายคาราเมลกอนการใหความรอน ....................................... 66

32 โครมาโตรแกรมสารละลายคาราเมลหลังการใหความรอน........................................ 67

1

บทที่ 1

บทนํา

1.1 ความเปนมาและความสําคัญของปญหา

คาราเมลเปนสวนผสมที่สําคัญในการผลติเครื่องดื่มกาแฟผสมประเภท โอเลีย้ง หรือ กาแฟโบราณ คาราเมลที่ใชเปนวัตถุดิบในผลิตภัณฑเครื่องดื่มเตรียมไดโดย การใหความรอนแกน้ําตาลทราย เคี่ยวจนน้ําตาลละลายเปนของเหลว และเปลี่ยนเปนสีน้าํตาลเขมถงึดาํ จุดสิน้สุดการเคี่ยวคาราเมลสังเกตไดจากสี และความหนืดของคาราเมลขณะเคี่ยว ซึ่งตองอาศยัความชาํนาญของผูผลิต หลงัจากการทาํใหเยน็จะแข็งตวัเปนของแข็งสีดํา เมื่อตองการใชงานตองนาํมาละลายน้ํากอน คาราเมลดังกลาวจะใหทัง้สี กลิน่ และรสชาติที่ดีในผลิตภัณฑกาแฟผสม จึงแตกตางจากสีคาราเมลโดยทั่วไป ซึง่มกัใหเฉพาะส ีและไมมีผลตอกลิ่นรสของผลติภัณฑ ทาํใหไมเหมาะตอการนํามาใชกับผลิตภัณฑกาแฟผสม คาราเมลที่มีรายงานวาใหผลที่ดีที่สุดคือ คาราเมลที่ไดจากการใหความรอนแกน้ําตาลซูโครสโดยไมตองใชสารเรงปฏิกิริยา (Macrae และคณะ, 1993) ปญหาที่เกิดขึ้นในการผลิตคาราเมลสําหรับเครื่องดื่มกาแฟผสมในปจจุบนัคือ ผูผลิตไมสามารถควบคุมคุณภาพการผลิต ทั้งทางดานอุณหภูมิและเวลาในการใหความรอน ทาํใหคาราเมลมีคุณภาพแปรปรวนในดานส ีและรสชาติได นอกจากนี้ปญหาที่สําคัญในการนาํคาราเมลไปใชในผลิตภัณฑคือ การเกิดรสเปรี้ยวมากขึ้นหลังผานความรอน และระหวางการเก็บรักษา การเปลีย่นแปลงนี้จะเพิ่มข้ึนตามอายุการเก็บ เมือ่ระยะเวลาการเก็บนานจะมีรสเปร้ียวมากขึ้น ซึง่เปนลกัษณะที่ไมตองการของผลิตภัณฑ ดังนัน้ในการแกปญหาดังกลาวจึงจําเปนตองศึกษาถงึผลกระทบของสภาวะการผลิตคาราเมล และการเปลี่ยนแปลงของคาราเมลเมื่อผานความรอน เพื่อเปนแนวทางในการกาํหนดสภาวะที่เหมาะสมในการผลติคาราเมล และรักษาคุณภาพของผลิตภัณฑกาแฟผสมตลอดอายุการเก็บ ปจจัยทีม่ีผลตอคุณภาพของคาราเมล ไดแก ปจจัยในดานวัตถุดิบที่ใช เชน น้ําตาลทรายหรือน้ําตาลซูโครส (sucrose) กลูโคสไซรับ (glucose syrup) น้ําตาลอินเวอรท (invert sugar) กากน้ําตาล (molass) และ สตารชที่ผานการยอยสลาย (hydrolyzed starch) ปจจัยในกระบวน การผลิต เชน อัตราสวนของน้ําตาลตอน้ํา อัตราการเพิ่มอุณหภูมิ ระดบัอุณหภูมิที่ใช และอัตรา

บทที่ 1 บทนํา

2

การทาํเยน็ของคาราเมล (Duresnoy-XAD, 1978) ปฏิกิริยาทีเ่กิดขึ้นจะเกี่ยวของกบัการเกิด ปฏิกิริยาคาราเมลไลเซซัน (caramelization) จึงตองมีการศึกษาผลของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น และปจจัยทีม่ีผลตอการเกิดปฏิกริิยาดังกลาว เพื่อใชในการควบคุมคุณภาพของคาราเมล และรักษาคุณภาพของกาแฟผสม 1.2 ความมุงหมายและวัตถุประสงคของการศึกษา

1.2.1 ศึกษาผลของอุณหภูมแิละเวลาที่ใชในการเคี่ยวคาราเมลตอคุณลักษณะทางกายภาพและเคมีของคาราเมลที่ได

1.2.2 ศึกษาการเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะทางกายภาพ และเคมีของคาราเมลที่เกิดขึ้นหลังผานกระบวนการใหความรอน 1.3 สมมุติฐานของการศกึษา

1.3.1 อุณหภมูิและเวลาที่ใชในการเคี่ยวมีผลตอคุณลักษณะทางกายภาพ และเคมีของ คาราเมลที่ได

1.3.2 การใหความรอนมีผลทําใหคาราเมลเกิดการเปลีย่นแปลงทางดานกายภาพและเคมี 1.4 ขอบเขตของการศึกษา

1.4.1 ทาํการศึกษาอทิธิพลของอุณหภูมิและเวลาที่ใชในการเคี่ยวคาราเมลตอคุณลักษณะของคาราเมลทางดาน ความเขมของสี คาพเีอช ปริมาณกรดทั้งหมด และกรดอินทรียที่เกิดขึ้น โดยใชอุณหภูมิสุดทายของการเคี่ยวน้าํตาลทีอุ่ณหภูมิ 235–245 องศาเซลเซียส และระยะเวลาในการเคี่ยวน้ําตาล 15–25 นาท ี

1.4.2 ทาํการศึกษาผลของการใหความรอนที่อุณหภูมิ 105 องศาเซลเซียส เวลา 10 นาท ีตอการเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะของคาราเมล ทางดานความเขมของสี คาพีเอช ปริมาณกรดทั้งหมด และกรดอินทรียทีเ่กดิขึ้น

3

บทที่ 2

เอกสารและงานวิจัยที่เก่ียวของ

2.1 ลักษณะทั่วไปของคาราเมล

คาราเมล (caramel) คือสวนผสมของสารประกอบที่มีโครงสรางซบัซอนในรูปของสารแขวนลอยที่รวมตัวกนั ผลิตไดจากการใหความรอนกับคารโบไฮเดรตเพียงอยางเดียว โดยใชกรด ดาง หรือเกลือเปนตัวเรงการเกิดปฏิกิริยา คาราเมลจัดเปนสีธรรมชาต ิมีลักษณะเปนของแข็งหรือของเหลวที่มีสีน้ําตาลเขมจนถึงสีดํา ใหกลิน่ของน้าํตาลไหม และมีรสขม ละลายไดในน้าํ (ศิวาพร, 2535)

คาราเมลจัดเปนวัตถุเจือปนอาหาร (food additive) ทีม่ีความปลอดภัยสูงเพราะวตัถุดิบที่ใชในการผลิต คือสารประกอบคารโบไฮเดรตประเภทตางๆ แตมีคาราเมลบางชนิดอาจมีสารที่เปนอันตรายซึง่มาจากการใชตัวเรงปฏิกิริยาที่แตกตางกนัในการผลิต และความซับซอนของวัตถุดิบธรรมชาติ โดยในระหวางการผลิตคาราเมลมีปฏิกิริยาเกดิขึ้นมากมาย ผลจากการเกดิปฏิกิริยาทาํใหสารประกอบที่เกิดขึ้นรวมตัวกันเปนสายยาวของสารทีม่ีน้ําหนักโมเลกุลตํ่า ไดเปนสารประกอบที่มีน้าํหนกัโมเลกุลสูง การใชสีคาราเมลมีมานานกวา 100 ป แตเมื่อไมนานมานี้ไดมกีารกําหนดวาเปนสีทีเ่จือปนอาหาร (color additive) เพือ่กําหนดลักษณะของคาราเมลที่มีความจาํเพาะตอผลิตภัณฑ และเพื่อการพัฒนาการผลิตคาราเมล (Licht และคณะ,1992) 2.2 ชนิดและมาตรฐานของคาราเมล

International Technical Caramel Association (ITCA), European Technical Caramel Association (EUTECA) และ The Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA) แบงคาราเมลเปน 4 ประเภท ตามสารที่ใชเรงปฏิกิริยาในการผลิต (Macrae, 1993) ดังตอไปนี ้

(1) Class I (plain caramel, caustic caramel) ผลิตโดยใหความรอนแกคารโบไฮเดรต อาจใชหรือไมใชกรด หรือดางรวมดวยก็ได และไมมีการใชแอมโมเนยี หรือสารประกอบซัลไฟต

บทที่ 2 เอกสารและงานวิจัยที่เกี่ยวของ

4

(2) Class II (caustic sulfite caramel) ผลิตโดยใหความรอนแกคารโบไฮเดรต อาจใชหรือไมใชกรดหรือดางรวมดวยก็ได มีการใชสารประกอบซัลไฟต และไมมีการใชแอมโมเนยี

(3) Class III (ammonia caramel) ผลิตโดยใหความรอนแกคารโบไฮเดรต อาจใชหรือไมใชกรดหรือดางรวมดวยก็ได มกีารใชแอมโมเนีย และไมมีการใชสารประกอบซัลไฟต

(4) Class IV (sulfite ammonia caramel) ผลิตโดยใหความรอนแกคารโบไฮเดรต อาจใชหรือไมใชกรดหรือดางรวมดวยก็ได ในสภาวะที่มีการใชทั้งสารประกอบซัลไฟต และแอมโมเนยี

คุณสมบัติมาตรฐานของคาราเมลทัง้ 4 ชนิดแสดงดังตารางที่ 1 นอกจากนี้สามารถจําแนก คาราเมลไดตามประจุไฟฟา ได 3 กลุม (Greenshields, 1973) คือ

(1) Positive caramel เปนคาราเมลที่มีประจุบวก ผลิตไดจากการใชแอมโมเนยีในสภาวะที่เปนเบส มีจุดไอโซอิเล็คทริก (isoelectric point) อยูในชวงคาพีเอช 4.0-7.0 เหมาะสาํหรับใชในอุตสาหกรรมผลิตเบียร

(2) Negative caramel เปนคาราเมลที่มีประจุลบ ผลิตโดยใชเกลือแอมโมเนยีม (โดยเฉพาะแอมโมเนยีมซลัไฟต) หรือดาง หรือเกลือ เปนตัวเรงปฏิกริิยาภายใตสภาวะที่เปนกรด จุดไอโซอิเล็คทริกอยูในชวงคาพีเอช 3.0 หรือตํ่ากวา นิยมใชในอุตสาหกรรมเครื่องดื่ม

(3) Spirit caramel เปนคาราเมลทีม่ีประจุเปนกลางคอนมาทางประจุลบ สามารถละลายไดในแอลกอฮอล


5

ตารางที่ 1 ลักษณะของคาราเมลประเภทตางๆ ตามการจําแนกของ ITCA/EUTECA

ICa

ramel c

olor,

CP-1

5-35

2-12

plain

CP-2

40-80

15-25

IICa

ramel c

olor,

CCS-1

40-80

15-25

62-82

<25

<0.1

0.15-2

.5<0

.01<0

.15ca

ustic s

ulphite

IIICa

ramel c

olor,

AC-1

60-90

16-24

0.5-3.

0am

monia

AC-2

100-1

4027

-37.5

55-75

<200

0.5-5.

0

<0.3

<0.7

<0.5

<0.00

5 (<0

.02)

AC-3

150-2

0040

-541.5

-6.5

IVCa

ramel c

olor,

SAC-1

35-70

8-16

0.1-1.

30.3

-2.0

0.30.0

8am

moniu

mSA

C-275

-100

17.5-

2355

-750.5

-2.8

0.8-3.

2

<0.7

0.5<0

.50.1

2

(<0

.1)sul

phite

SAC-3

105-1

502.5

-371.0

-4.0

1.0-4.

00.8

0.15

SAC-4

210-2

7040

-5247

-571.0

-5.0

1.0-5.

01.5

0.28

Total

nitrog

en

(%)

Total

sulph

ur (%

)Am

monia

nitr

ogen

(%)

Sulph

ur dio

xide (

%)So

rtCla

ss

55-75

<25

Color

inten

sity

( ε Μat

610 n

m)EB

C units

( X

103 )

Dry re

sidue

(%

)4-M

etylim

idazol

e (m

g kg-1

)Ty

pe

The v

alues

in pa

renthe

ses ar

e FAO

/WHO

prop

osals

dating

from

1980

. Perm

issibl

e con

tents (

in mg k

g-1) o

f the h

eavy

metals

in ca

ramel a

ccord

ing to

FAO/W

HO sta

ndard

s are:

tot

al 25;

copp

er, 20

; lead

, 5; a

statine

, 3; m

ercury

, 0.1 ε M

, Mola

r extin

ction

coeff

icient;

EBC,

Europ

ean B

rewery

Conve

ntion<0

.1<0

.1<0

.01<0

.005 (

<0.1)

ตาราง

ที่ 1 ลัก

ษณะของคาราเมลประเภ

ทตางๆ

ตามการจ

ําแนกของ IT

CA/EU

TECA

ที่มา:

Macra

e และคณ

ะ (19

93)


6

2.3 ปฏิกิรยิาการเกิดสีน้าํตาล (Browning reaction)

ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ําตาลในอาหารแบงเปน 2 ประเภทคือ ปฏิกิริยาการเกิดสีน้าํตาลแบบใชเอนไซม (enzymatic browning reaction) พบเมื่อมกีารปอกเปลือกหรือหัน่ผักผลไม ทาํใหผิวหนาของผกัผลไมสัมผัสกับออกซิเจนทําใหมีสีเขมขึน้ และปฏิกิริยาการเกิดสีน้ําตาลแบบไมใชเอนไซม (nonenzymatic browning reaction) ซึ่งพบในผลิตภัณฑอาหาร เชน เมลด็กาแฟ เนื้อสัตว ขนมปง และน้ําตาลที่ถูกใหความรอน (Kamuf และคณะ, 2003)

ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ําตาลแบบไมใชเอนไซม ม ี2 ปฏิกิริยาที่สําคัญ คอื (1) ปฏิกิริยาเมลลารด (Maillard reaction) เปนปฏิกิริยาที่น้าํตาลรีดิวซ ซึ่งมหีมูที่เปน

อัลดีไฮด และคีโตนทาํปฏิกริิยากับสารประกอบไนโตรเจน เชน เอมีน โปรตีน ทาํใหเกิดสารสีน้ําตาลที่เรียกวา เมลานอยดิน (melanoidins)

(2) ปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชนั (Caramelization reaction) เปนปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจากการใหความรอนแกน้ําตาลในสภาวะที่ไมมีสารประกอบไนโตรเจน เกี่ยวของกับการสูญเสียน้ํา การแตกสลาย และการเกิดพอลเิมอร 2.4 ขั้นตอนการเกิดปฏกิริิยาสีน้ําตาลแบบไมใชเอนไซม

กลไกการสลายตัวดวยความรอนของน้าํตาลเกิดขึ้นไดหลายกระบวนการ โดยปกติเกดิจากการทีน่้ําตาลเฮกโซส และน้ําตาลเพนโทสสูญเสียน้ําอยางนอย 2-3 ข้ันตอน ซึ่งเกดิขึ้นในกรรมวิธีการผลิตคาราเมลทีใ่หกลิ่นรสจากน้ําตาล การสูญเสียน้ําในสภาวะที่ไมมีตัวเรงปฏิกิริยาจําเปนตองใชอุณหภูมิสูง การลดอุณหภูมิ และอัตราการเกิดปฏิกิริยาทาํไดโดยการเตมิดางที่มีสารประกอบไนโตรเจนคือ กรดอะมิโน ทําใหเกิดปฏิกิริยาเมลลารด (Scarpellino และ Soukup,1993)

Greenshields (1973) จําแนกสารประกอบที่ไดจากปฏกิิริยาคาราเมลไลเซชัน และปฏิกิริยาเมลลารด ซึ่งทั้งสองปฏิกิริยาจะไดสารประกอบอลัดีไฮด และคารบอนิล แตจะแตกตางกนัในการทําปฏิกริิยากับสารประกอบไนโตรเจน ข้ันตอนการเกิดปฏิกิริยาแบงออกเปน 3 ข้ันตอนคือ

2.4.1 ปฏิกิริยาขั้นเริ่มตน (starting reaction) ปฏิกิริยาคาราเมลเริ่มตนจากปฏิกิริยา enolization หรือ Lobry de Bruyn van Ekenstein

rearrangement คือ การเปลีย่นแปลงโมเลกุลของน้าํตาลกลูโคสกลายเปนแมนโนส และฟรุคโตส ข้ันตอนนีม้ีความสําคัญเนื่องจากเกิดสารตั้งตนของปฏกิิริยา (นิธิยา, 2539) โดยทําใหโมเลกุลของน้ําตาลที่เรียงตัวไมเปนวงแหวน (acyclic) เกิดการเปลีย่นแปลงโครงสรางสลับไปมาของอัลโดส


7

และคีโตสที่เปนอิพิเมอรกัน (epimer) และอยูในรูปของอนีไดออล (enediol) ดังแสดงในภาพที่ 1 เมื่อเกิดการสญูเสียน้ํา (dehydration) มกีารจัดเรียงตวัใหมได 3-deoxyhexosulose (3-deoxy-D-glucosone) ซึ่งเปนสารมัธยันต (intermediate) ในการเกิดปฏิกิริยาตอไป

CC OHHC HHOC OHHC OHHCH2OH

D-glucose

CC OHC HHOC OHHC OHHCH2OH

enediol

CCC HHOC OHHC OHHCH2OH

D-glucose, D-manose

(HOH)

CH2OHC OC HHOC OHHC OHHCH2OH

D-fructose

H OH OHH O

ภาพที ่1 ปฏิกริิยาคาราเมลไลเซชันขั้นตน (Lobry de Bruyn van Ekenstein reaction of

D-glucose) ที่มา: ดัดแปลงจาก Fennema (1985) สวนการเริ่มตนของปฏิกิริยาเมลลารดเปนการรวมตัวระหวางน้ําตาลรีดิวซกับกรดอะมิโนเกิดเปน Schiff’s base และ N-substituted glycosylamine จากนั้นมีการจัดเรียงตัวใหมแบบ Amadori rearrangement ได 1-amino-1-deoxy-2-ketose จากน้าํตาลรีดิวซที่เปนอลัโดส มีการจัดเรียงตัวแบบ Heyn rearrangement จะได 2-amino-2-deoxyaldose จากน้าํตาลรีดิวซที่เปน คีโตส ดังแสดงในภาพที ่2


8

C=OCHOHCHOH

Aldose Sugar

H

R

+H2NR

NHRHC OH

CHOHCHOH

R

N-Glucosylamine

-H2O

NRCCHOHCHOH

R

H

Schiff Base

NRCCOHCHOH

R

HNHRCH2

C=OCHOH

R

1-Amino-1-Deoxy-2-Ketose

Amadori rearrangement

CH2OHC=OCHOH

R

CH2OHC-NHRCHOH

R

HO-+H2NR -H2OCOHC-NHRCHOH

R

H-

2-Amino-2-Deoxy-1-Aldose

Heyns rearrangement ภาพที ่2 การเปลี่ยนแปลงของสารประกอบจากปฏิกิริยา Amadori และ Heyns rearrangement ที่มา: ดัดแปลงจาก Scarpellino และ Soukup (1993)

ในขั้นตนของปฏิกิริยานี้จะยังไมเกิดสนี้ําตาล หรือเกิดสารใหกลิน่ในผลิตภัณฑ แตจะทําใหคุณคาทางโภชนาการของอาหารลดลงไป เนื่องจากการสูญเสียน้าํตาล และกรดอะมิโน สารมธัยันตที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาไมคงตัวจะเกิดการสลายตวั และสูญเสียน้าํ โดยการเปลีย่นแปลงขึน้อยูกับคาพีเอช อุณหภูมิ และระยะเวลาในการใหความรอน และปริมาณน้ําที่มอียูขณะเกิดปฏิกิริยา (จิรสวัสด์ิ, 2546)


9

2.4.2 ปฏิกิริยาการแตกสลาย (degradative reaction) ปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชันจะเกิดการสลายตัวเนื่องจากความรอน และเกิดการสูญเสียน้ํา

(dehydration) มีการจัดเรียงตัวใหมได 3-deoxyhexosulose (3-deoxy-D-glucosone) ดังแสดงในภาพที่ 3 แตปฏิกิริยาเมลลารดเกิดการสลายตัว 2 แบบ ซึ่งแบบแรกให deoxyosones (deoxyglucosan) 2 ชนิด และแบบที่สองคือ Strecker degradation การสลายตวัแบบแรกจะเริ่มจาก enolization ของ Amadori rearrangement ได 1,4-dideoxyhexosulose (1,4 -dideoxy-D-glucosone) ดังแสดงในภาพที ่4 ถาเกิดในสภาวะที่คาพีเอชสูง หรือเกิด 3-deoxyhexosulose (3-deoxy-D-glucosone) ถาเกิดปฏิกิริยาในสภาวะทีมีคาพีเอชต่าํ ซึง่สารทั้งสองนีจ้ะเกิดปฏิกิริยาอัลดอลยอนกลับ (retro-aldol) ไดสารประกอบไดคารบอนิล (dicarbonyl) ซึ่งเปนสารมัธยันตที่สําคัญอีกชนิดหนึง่ ดงัแสดงในภาพที่ 5

CC OHHC HHOC OHHC OHHCH2OH

D-glucose

CCC HHOC OHHC OHHCH2OH

enediol

CCCHC OHHC OHHCH2OH

-OH -

CCCHC OHHC OHHCH2OH

-H +CCHC OHHC OHHCH2OH

CC=OCHC OHHC OHHCH2OH

H

3-deoxy-D-glucosone

H OC

H O

OHH OHH

OH

H O

OH

OHH

OHOH

ภาพที ่3 การเกิดสารมัธยนัตของปฏิกิริยาได 3-deoxyhexosulose (3-deoxy-D-glucosone) ที่มา: ดัดแปลงจาก Fennema (1985)


10

CH3

C O

C O

CHOH

CHOH

CH2OH

Dehydroreductone from Amadori

-H2O

CH3

C O

C O

CH

COH

CH2OH

Keto from

CH3

C O

C O

CH2

C=O

CH2OH

CH3

C O

C O

CH2

C-OH

C=O

H

Dideoxyhexosone

CH3

C O

C O

CH2

C-OH

CHOH

Enol

H

ภาพที ่4 การเกิด 1,4- dideoxyhexosulose จาก Amadori rearrangement ที่มา: Scarpellino และ Soukup (1993)

RCHO

RCHO

OH

+H2O-H2O

Aldol Retro-aldol

CHO +

R1

C

R

OH

+H2O-H2O

Aldol Retro-aldol

R"

O

CR"

O

R CHOH3C CHO +R1 CH3C

O

R" ภาพที ่5 ปฏิกิริยา Aldol and retro-aldol ที่มา: Scarpellino และ Soukup (1993)


11

การสลายตวัแบบที่ 2 คือ Strecker degradation เปนปฏิกิริยาระหวางไดคารบอนิลกับกรดอะมิโนเปนทัง้ 1-deoxyosone และ 3-deoxyosone เกิด retroalsolization ไดไดคารบอนิล ซึง่เปนสารมธัยนัตอีกชนิดหนึ่งคือ อัลดีไฮดและแอลฟา-อะมิโนคีโตน (α-amino ketone) ซึ่งอาจเกิดการรวมตัวกันตอไปเกิดเปนสารใหกลิน่รส เชน ไพริดีน (pyridine) ไพราซีน (pyrazine) และ อิมิดาโซล (imidazole) และในระหวางปฏิกิริยา Strecker degradation จะเกิดกาซคารบอนไดออกไซด แสดงดังภาพที่ 6

R2

C O

C O

R3

+H2N HC

R1

COOH

Dicarbonyl Amino acid

R2

C HN

C O

R3

-H2O -CO2

R1

COOHCHHO

R2

C N

C

R3

R1

COOHCHHO

O

R2

C N

C O

R3

R1

CH

Schiff base (Imine)

R2

C N

C O

R3

R1

CHH +H2OR1 CHO +

R2

C NH2

C O

R3

H

Aminocarbonyl

α−

α−

H

ภาพที ่6 ปฏิกริิยา Strecker degradation ที่มา: Scarpellino และ Soukup (1993)

2.4.3 ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน (polymerization)

การเกิดพอลิเมอรหรือปฏิกิริยาการรวมตัว (condensation) ในขั้นนี้ทาํใหสารมีสีเขมขึ้นและทําใหไดสารที่มีมวลโมเลกุลสูง เปนการรวมตัวแบบอัลดอล (aldol condensation) คือ ปฏิกิริยาการรวมตัวของอัลดีไฮด หรือคีโตนที่มีแอลฟาไฮโดรเจน ( H-α ) เกิดปนสารเบตาไฮดรอก


12

ซีอัลดีไฮด (aldol) หรือเบตาไฮดรอกซีคีโตน (สุนันทา, 2839) และเกดิพอลิเมอรไดสารประกอบเฮเทอโรไซคลกิไนโตรเจน (heterocyclic nitrogen compound) (Kamuf และคณะ, 2003)

ปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชันจะเกิดปฏิกิริยาการรวมตัวแบบอัลดอลยอนกลับ (retro-aldol condensation) ของ deoxyhexosulose ไดสารประกอบคารบอนิลทีม่คีารบอน 2-4 อะตอม ซึ่งมีความสาํคัญตอการเกิดกลิน่รสที่มีโครงสรางเปนเฮเทอโรไซคลิก (heterocyclic flavor) ดังแสดงในภาพที ่7

HC

C O

CH2

CHOH

CHOH

CH2OH

3-deoxyhexosone

O

HC

C O

CH3

O

Pyruvic aldehyde

CHO

CHOH

CH2OH

+

Glyceraldehyde

+H2O

+H2O

CH2OH

C O

CH2OH

Dihydroxyacetone

CHO

C O

CH3

Pyruvic aldehyde

Retro-aldol condensation

CH3

C O

C

CHOH

CHOH

CH2OH

1,4-dideoxyhexosone

O

CH3

CO

CO

CH3

Diacetyl

CHO

CHO

+

Glyoxal

Retro-aldol condensation of deoxyhexosones ภาพที ่7 Retro-aldol condensation ของ deoxyhexosones ที่มา: ดัดแปลงจาก Scarpellino และ Soukup (1993)


13

furfural และ 5-hydroxymetylfurfural เปนผลิตภัณฑหลักที่ไดจากการสลายตัวของคารโบไฮเดรต dehydroreductone (1,2-dicarbonyl) ที่ไดจากน้ําตาลเฮกโซสสามารถเกิดโครงสรางวงแหวนที่คารบอนตําแหนงที่ 2 และตําแหนงที่ 5 และสูญเสียน้ําไดเปน 5-hydroxymetylfurfural ซึ่งสารประกอบนี้จะใหกลิ่นคาราเมลออนๆ แตไมใชองคประกอบทางดานกลิ่นรสที่สําคญั dehydroreductone ที่ไดจากน้ําตาลเพนโทสสามารถเกิดโครงสรางที่เปนวงแหวนและสูญเสียน้าํไดเปน furfural ซึ่งเปนสารประกอบที่สําคัญในการใหกลิ่นคาราเมล ดังแสดงในภาพที ่8 (Scarpellino และ Soukup, 1993)

CHO

C O

CH

CH

CHOH

CH2OH

Dehydroreductone from hexose

O CHO

OH

HOH2C O CHOHOH2C

-H2O

5-hydroxylmethylfurfural

CHO

C O

CH

CH

CH2OH

Dehydroreductone from pentose

O CHO

OH

O CHO-H2O

furfural

ภาพที ่8 การเกิด furfural และ 5-hydroxymetylfurfural ที่มา: ดัดแปลงจาก Scarpellino และ Soukup (1993)

สวนปฏิกิริยาเมลลารดเกิดพอลิเมอรระหวาง furfurals, furanones และ ไดคารบอนลิกับเอมีน กรดอะมิโน ไฮโดรเจน ซัลไฟต อัลดีไฮด ไทออล (thiols) และแอซีตัลดีไฮด (acetaldehydes) เกิดเปนสารใหกลิน่โดยเฉพาะสารที่มีโครงสรางเฮเทอโรไซคลิก ไดแก ไพริดีน ไพราซนี ฟูแรน (furan) ไพโรล (pyrroles) ไทโอฟน (thiophenes) ออกซาโซล (oxazoles) ไทอะโซล (thiazoles)


14

และ อิมิดาโซล ฟูราไทออล (imidazole furathiol) ซึ่งสารระเหยดังกลาวหากเกิดปฏิกิริยาอยางตอเนื่อง จะไดผลิตผลสุดทายเปนสารสีน้ําตาล คือเมลานอยดิน (จิรสวัสด์ิ, 2546) 2.5 ปฏิกิรยิาคาราเมลไลเซชันของน้ําตาล (Sugar caramelization)

น้ําตาลซูโครส เปนน้ําตาลทีพ่บทัว่ไปในพชืมีปริมาณตั้งแตรอยละ 0.1 ถึง 25 โดยเฉพาะออยและบีท (beets) มีน้ําตาลซูโครสมาก ซึ่งเปนแหลงวตัถุดิบในการผลิตน้ําตาลซโูครสเปนอุตสาหกรรม และยังพบน้าํตาลซูโครสไดในผลไมสุกดวย โมเลกุลของน้ําตาลซูโครสประกอบดวย น้ําตาลกลูโคสตอกับน้ําตาลฟรุคโตสดวยพันธะ α(1-2) ทาํใหไมมหีมูอัลดีไฮดและหมูคีโตนอิสระซึ่งเปน function group เหลืออยูในโมเลกุล น้าํตาลซโูครสจึงเปน non-reducing sugar เพียงชนดิเดียว และไมเกิดมิวตาโรเตชัน (mutarotation) เมื่ออยูในสารละลาย น้ําตาลซูโครสไมคงตัวในสารละลายที่เปนกรด จะถูกไฮโดรไลซไดเปนน้าํตาลกลโูคสและฟรคุโตส และถาไดรับความรอนถงึอุณหภูมิ 210 องศาเซลเซยีส จะเกิดการสลายตัวไดคาราเมลทีม่ีสีน้าํตาล (นิธิยา, 2539)

ปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชัน เกิดจากการแตกสลายของน้ําตาลทรายเมื่อไดรับความรอนทาํใหเกิดสารประกอบระเหยงาย (volatile compounds) หรือกลิ่นรสคาราเมล (caramel flavor) และสีน้ําตาลหรือสีคาราเมล (caramel color) เกิดขึ้นไดทั้งในสภาวะที่มีกรดหรือดางเปนตัวเรงปฏิกิริยา สภาวะการเกิดปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชันคือ อุณหภูมิสูงกวา 120 องศาเซลเซียส ที่คาพีเอช ระหวาง 3-9 ซึ่งแตกตางจากปฏิกิริยาเมลลารด โดยปฏิกิริยาเมลลารดเกิดที่อุณหภูมิสูงกวา 50 องศาเซลเซียส และคาพเีอชที่เหมาะสมคือ 4-7

น้ําตาลที่เกิดปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชันโดยทั่วไปอยูในรปูโครงสรางของมอโนแซ็กคาไรด ซึ่งในขัน้แรกของปฏิกิริยาจะเกิดการจัดเรียงตัวใหมภายในโมเลกุล (intramolecular rearrangements) เนื่องจากมีทั้งหมูอัลดีไฮดหรือคีโตน กับหมูไฮดรอกซีลหลายหมูในโมเลกุลเดียวกนั จงึเกดิปฏิกิริยากันเองภายในสายโมเลกุลเดียวกัน มีการปลอยไฮโดรเจนอิออน (H+) ทําใหคาพีเอชของสารละลาย ที่เกิดปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชันลดลงตามเวลา โดยทัว่ไปจะมีความเปนกรดออนอยูในชวงคาพีเอช 4-5 ปฏิกิริยาการแตกสลายของน้ําตาลซูโครสจะไดสารโอซูโลส (osulose) ซึ่งเปนสารมัธยันตในการเกิดปฏิกิริยา โอซโูลสเปนสารประกอบไดคารบอนิล ไดแก 3-deoxyhexosulose ซึ่งเปนสารตั้งตนในการเกิดสีคาราเมล และกลิน่รสคาราเมล เกีย่วของกับการเกิดสารประกอบเฮเทอโรไซคลิก ไดแก HMF, HDF (hydroxysimethylfuranone) และ HAF (hydroxyacetylfuran) (Coca และคณะ, 2004)


15

อัตราการเกิดปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชันมผีลจากชนิดของน้าํตาลที่ใหความรอน เนือ่งจากน้ําตาลแตละชนิดมีจุดหลอมเหลว (melting point) ที่แตกตางกนั เชน น้ําตาลกาแลคโตส น้ําตาลกลูโคส จะเกิดคาราเมลที่อุณหภูมิประมาณ 160 องศาเซลเซียส ในขณะที่น้าํตาลฟรุคโตส เกิดที่อุณหภูมิ 110 องศาเซลเซยีส และน้าํตาลมอลโตสเกิดทีอุ่ณหภูมิ 180 องศาเซลเซยีส จุดหลอม เหลวของน้าํตาลชนิดตางๆ แสดงไวในตารางที ่2

ตารางที่ 2 จุดหลอมเหลวของน้าํตาลแตละชนิด

Name Formula Molecular Weight

Melting Point ( 0C)

D-Fructose C6H12O6 180.16 105 D-Galactose C6H12O6 180.16 118 - 120 D-Glucose anhydrous C6H12O6 180.16 118-120 anh. 146 Lactose C12H22O11.H2O 360.31 202 Lyxose C6H10O5 150.13 106-107 Maltose C12H22O11.H20 360.31 102.5 D-Mannose CH2OH(CHOH)4-CHO 180.16 132 Raffinose CH18H22O16*5H2O 594.52 118 Rhamnose C6H12O6*H20 182.17 126 Sucrose C12H22O11 342.30 179-186 D-xylose C6H10O6 159.13 153 ที่มา: Marion และ Scheule (2000)


16

ชวงแรกของปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชัน จะเกิดปฏิกิริยาไพโรไลซิส (pyrolysis) ซึ่งเปนปฏิกิริยาที่สารอินทรียเกิดการสลายตัวไปสูองคประกอบที่มีขนาดเล็กลงในสภาวะทีม่ีความรอนสูง และมีการปลดปลอยกาซคารบอนไดออกไซดออกสูบรรยากาศ การเกดิปฏิกิริยาไพโรไลซิสข้ึนอยูกับชนิดของสารตั้งตนและอณุหภูมิที่ใช โดยทั่วไปอุณหภูมิอยูในชวง 220 องศาเซลเซียส ปฏิกิริยาตอเนื่องเริ่มจากน้ําตาลไดรับความรอน น้าํหนกัหายไปรอยละ 4.5 รวมทั้งโมเลกุลน้ําหลุดออกไป 1 โมเลกุลตอโมเลกุลของน้าํตาลซูโครส ทําใหเกิดการแตกของพนัธะไกลโคซิดิก เมื่อเกดิปฏิกิริยาตอไปจะเกิดการรวมของพนัธะไกลโคซิดิกใหม ซึง่จากการสูญเสียน้าํจะเกิดเปน anhydro ring ซึ่งอยูในรูปของ levoglucosan หรือน้าํตาลทีม่ีพันธะคูอยูในโครงสรางที่เปนวงแหวน ซึง่เปนสารมัธยันตของการเกิดปฏิกิริยาตอไปไดสารประกอบที่อยูในรปูวงแหวนไมอ่ิมตัว เชน ฟูแรน ซึง่พนัธะคูในโมเลกุลจะดูดซับแสงและทําใหเกิดส ีซึง่โครงสรางที่ไมอ่ิมตัวนีจ้ะเกดิการรวมตัวทาํใหเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอรไดสารที่มีสีและกลิน่รส (Fennama, 1985)

สารประกอบทีไ่ดจากการสญูเสียน้ําและเกิดพอลิเมอรใหสารทีม่ีสีคือ คาราเมแลน (caramelan) ซึ่งคาราเมแลนสามารถละลายน้าํไดและมรีสขม โครงสรางแสดงดังสมการที ่1 โครงสรางของคาราเมแลนไมทราบแนนอน ทราบเพียงวามวีงแหวนฟแูรนเปนองคประกอบของ พอลเิมอร และเกิดสารใหสีอ่ืนๆ ไดแก คาราเมเลน (caramelen) และคาราเมลนิ (caramelin) ดังแสดงในสมการที่ 2 และ 3 (Kamuf และคณะ, 2003) ชนิดของสารใหกลิ่นจากปฏิกริิยาคาราเมลไลเซชัน ข้ึนกบัการแตกตัวของน้าํตาลและผลิตภัณฑที่สูญเสียน้ํา (dehydration products) เชน ไดอะซิทิล (diacetyl) กรดแอซีติก และกรดฟอรมิก สารประกอบใหกล่ินคาราเมลสวนใหญจะมีโครงสรางวงแหวนที่ประกอบดวยออกซิเจนอยูภายใน (oxygen heterocyclic) หรือโครงสรางของฟูแรน (จิรสวัสด์ิ, 2546)

6C12H22O11 6C12H18O9 (1) 6C12H22O11 2C36H48O24 (2) 6C12H22O11 3C24H26O13 (3)

-18H2O

-27H2O

-12H2O


17

ปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชันของน้าํตาลซูโครสจะไดสารประกอบที่ระเหยได และระเหยไมได สวนที่เปนสารระเหยได ไดแก คารบอนมอนอกไซด คารบอนไดออกไซด ฟอรมัลดีไฮด เมทานอล เอทานอล สวนที่เปนสารที่ระเหยไมไดจะเปนสารที่มีน้าํหนกัโมเลกุลตํ่าไดแก น้าํตาลฟรุคโตส น้ําตาลกลูโคส น้าํตาลซูโครส น้าํตาลมอลโตส น้าํตาลเซลโลไบโอส (cellobiose) ไอโซมอลโตส (isomaltose) โคจิไบโอส (kojibiose) และโอลิโกแซ็กคาไรด (oligosaccharide) สารที่เปนกรด คารบอกซีลิก ไดแก กรดฟอรมิก กรดซักซินิก กรดฟูมาริก กรดไพรูวิก กรดลีโวลินกิ (levulinic acid) และ กรดฟูแรนคารบอกซิลิก (furancarboxylic acids) (Macrae และคณะ, 1993) กลไกการเกิดกรดยังไมเปนที่ทราบแนชัด จากการศึกษาของ Coca และคณะ (2004) อีนไดออลที่ไดจากปฏิกิริยา β-elimination ไดสารประกอบไดคารบอนิล ซึ่งสามารถจัดเรียงตัวใหมเปน α-hydroxycarboxylic acid เชน กรดแลกติก และ กรดแซ็กคารนิิก (saccharinic acid) หรือเกิดการแตกตวัของสารประกอบไดคารบอนิลไดกรดคารบอกซิลิก ซึง่เปนสารที่ไมมสีี เชน กรดฟอรมิก กรดแอซีติก และสารประกอบอัลดีไฮด เชน ฟอรมัลดีไฮดและแอซีตัลดีไฮด ซึ่งสาร ประกอบอัลดีไฮด สามารถเกดิปฏิกิริยาออกซิเดชันไดงายใหกรดคารบอกซิลิก (สุนันทา, 2539) ปฏิกิริยาอัลดอล และปฏิกิริยาการยอนกลับอัลดอลของสารประกอบคารบอนิล ทําใหเกิดการแตกของสายคารบอน นอกจากนีก้รดที่เกิดขึ้นยงัอาจเกิดไดจากการแตกสลายของ HMF และ furfural ไดสารที่มีมวลโมเลกุลตํ่าไดแก กรดลีโวลนิิก และกรดฟอรมิก (Sundqvist, 2004) ปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชันของน้าํตาลทีท่าํใหเกิดสีและกรดอินทรีย สรุปไดดังแสดงในภาพที่ 9


18

OH

HO

H

HO

H

OOHH

H

CH2OH

CH2OH

H

H

CH2OH

HO H

H OHO

OH

HO

H

HO

H

OHOHH

H

CH2OH

CH2OH

H

OH

CH2OH

HO H

H OHO

+H2O

HCC OHHC HHOC OHHC OHHCH2OH

CC OHC HHOC OHHC OHHCH2OH

CH2OHC OC HHOC OHHC OHHCH2OH

H OH

Hydrolysis

C=OC=OCHC OHHC OHHCH2OH

H

H

3-deoxy-D-glucosone

Dehydration orβ-Elimination

-H2O

Retro-aldolCondensation

-H2O

O

HCOOH

Formic acid

HCC OCH3

O

COOH

Acetic acid

CH3

COOH

CHOH

H3C

Lactic acid

Pyruvic aldehyde

C=OC=OCHCHC OHHCH2OH

H

3-deoxy-D-glucosone3-4ene

O CHOOH

HOH2C O CHOHOH2C-H2O

5-hydroxylmethylfurfural

Sucrose

Glucose Fructose

D-glucose enediol D-fructose

Intramolecularrearrangment

Hydroxylmethylfurfural formation

ภาพที ่9 ปฏิกริิยาคาราเมลไลเซชันของน้ําตาล ที่มา: ดัดแปลงจาก Fenneme (1985), Scarpellino และ Soukup (1993) และ Coca และคณะ

(2004)


19

การสลายตวัดวยความรอนของน้าํตาล เปนการสลายตัวของน้ําตาลโดยตรงจากความรอน ทาํใหเกิดการพัฒนาไปสูสารใหกลิน่ในกาแฟซึ่งใหกล่ินคาราเมล กลิ่นน้ําตาลไหม กลิ่นน้ําตาลเมเปล ซึ่งสารเหลานีจ้ะมีกลุมของ methyl enolone ในโครงสรางเคม ีสารในกลุมนีท้ี่มีความสาํคัญคือ furaneol cycloten มอลทอล (maltol) ไอโซมอลทอล (isomaltol) เมเปลแลกโตน (maple lactone) ซึ่งใหลักษณะของกลิ่นตางๆ ดงันี ้furaneol ใหกลิน่หวาน คาราเมล และผลไม มอลทอล ใหกล่ินหวาน น้ําตาลไหม และคาราเมล cycloten ใหกลิน่เมเปล และคาราเมล ไอโซมอลทอลใหกลิ่นไหม และคาราเมล เมเปลแลกโตนใหกลิ่นหวาน คาราเมล และเมเปล (Scarpellino และ Soukup,1993)

ตารางที่ 3 แสดงสารประกอบตาง ๆ ที่มีรายงานไวเมื่อคารโบไฮเดรตเกิดปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชัน และไพโรไลซิส


20

ตารางที่ 3 คุณลักษณะดาน สี กลิน่ และรสของสารที่ไดจากการสูญเสียน้ําเมื่อเกิดปฏิกิริยา คาราเมลไลเซชันของคารโบไฮเดรต

Compound Formula Color Odor Taste

Acyclic Carbon monoxide, dioxide

CO, CO2 None None None

Formaldehyde HCHO None Stringing, suffocating

…

Formic acid HCOOH None Painful Sour Acetaldehyde CH3CHO None Penetrating,

suffocating ….

Acetic acid CH3COOH None Pungent, painful, Vinegar,if dilute

Sour

Glycolaldehyde HOCH2CHO None None Sweet Glyoxal CHO-CHO Yellow Pungent Sweet Glyoxylic acid CHOCOOH …1 suffocating Sour Lactic aldehyde CH3CHOHCHO None None Bitter Lactic acid CH3CHOHCOOH None None Sour Acrolein CH2CHCHO None Acrid,scorched fat … Acrylic acid CH2CHCOOH None Acrid Sour Pyruvaldehyde CH3COCHO Yellow Pungent, burning … Pyruvic acid CH3COCOOH Yellow Acetic Sour Acetone CH3COCH3 None “Characteristic” Sweet,

burning Acetol CH3COCH2OH None “Characteristic” Sweet,

burning Dihydroxcyacetone HOCH2COCH2OH None “Characteristic”,

Pleasant Sweet, cooling

Glyceraldehyde HOCH2CHOHCHO None None Sweet Triose-reductone HOCHC(OH)CHO None None Sour Mesoxalic dialdehyde

CHOC(OH)2CHO Yellow Burnt sugar, when heated

…


21

Compound Formula Color Odor Taste Acetoin CH3CHOHCOCH3 None Pleasant Sweetish2 Diacetyl CH3COCOCH3 Green-

yellow Quinonic, buttery, Chlorine-like

Sharp

Hydroxydiacetyl CH3COCOCH2OH Orange-yellow

Sweetish …

Levolinic acid CH3CO(CH2)COOH None None Sour C-Metyltriose reductone

CH3COC(OH)CHOH None … …

Cyclic Furan

O None Ethereal …

2-Methyl furan O

CH3 None Ethereal …

2,5-Dimethyl furan O

CH3H3C

None “Characteristic” …

Furfuryl alcohol O

CH2OH

None “Characteristic” Bitter

2-Furoic acid O

COOH

None Stringing Sour

2-Furaldehyde O

COH

None “Characteristic” Sweet

5-Methyl-2- furaldehyde O

COHH3C None Like

2-Furaldehyde …

5-(hydroxylmethyl) - 2-furaldehyde O

COHHOH2C None None Bitter,

astringent 2-Furyl methyl ketone

OCOCH3

None Pleasant, ketonic Burning, sweetish

2-Furylhydroxymethyl ketone O

COCH2OH

None None Burning, sweetish

Isomaltol O

COCH3

OH

None Burnt, pungent,

fruity Sour, sweet

4-Hydroxy-2-5-dimethyl-3(2H)-furanone

OCH3

H

HO

H3C

O

None Fragrant, fruity Caramel, burnt Pineapple

Burning, sweet


22

Compound Formula Color Odor Taste Reductic acid

OH

O

OH

None

None

Sour

1-Methylcyclo-pentenol(2)-one-(3) OH

O

CH3

None Fragrant, burnt licorice

Sweet

Maltol

O

O

OH

CH3

None Fragrant, caramel Bitter, sweetish

1 Colorless as the hydrated form 2 Traces of diacetyl usually interfere ที่มา: Hodge (1967)


23

2.6 คุณสมบติัทางเคมีและกายภายของคาราเมล (Sethness Products Company, 1999)

ในการเลือกใชคาราเมลใหเหมาะสมกับผลิตภัณฑ และเพื่อควบคุมคุณภาพของคาราเมล ตองพิจารณาจากคุณสมบัติที่สําคัญของคาราเมลไดแก

2.6.1 ความเขมของสี (color strength) คาความเขมของสีหรือทีเ่รียกวาคา Tinctorial power (K0.560 ) ซึ่งหมายถึงคาการดูดกลืนแสงของคลื่นที่ 560 นาโนเมตร ของสารละลายคาราเมลที่ความเขมขนรอยละ 0.1(น้ําหนกัตอปริมาตร) ดวยเครื่องสเปคโตรโฟโตมิเตอร (spectrophotometer) คา Tinctorial power ยิ่งสูง สี คาราเมลกย็ิ่งเขมข้ึน 2.6.2 ระดับของสี (color tone) ระดับของสีก็มีความสาํคัญเชนเดียวกับความเขมของสี ระดับของสีที่ใชคือ สีแดง (redness) โดยใชคา hue index ซึ่งเปนการวัดคาการดูดกลืนแสงที่ 510 และ 610 นาโนเมตร โดยทั่วไปถาคา hue index สูง แสดงวามคีวามเปนสีแดงสูง แตจะมีคา Tinctorial power ต่ํา 2.6.3 คาดีกรีโบเม (Baume)

เปนการวัดคาความถวงจําเพาะ (specific gravity) ซึ่งสามารถบอกน้ําหนกัของผลิตภัณฑตอปริมาตรได โดยคาความถวงจาํเพาะของคาราเมลที่เปนของเหลวมคีาอยูระหวาง 1.25-1.38 สามารถบอกไดวาในคาราเมลมีองคประกอบที่เปนของแหง (dry substance) อยูในปริมาณเทาใด เชน ในคาราเมลบรรจุแกลลอนที่มนี้าํหนกั 10.4-11.5 ปอนด จะมีองคประกอบที่เปนของแหงอยู รอยละ 50–70 2.6.4 คาพีเอช (pH) คาพีเอชของคาราเมลมีความสําคัญในการนําไปใชในผลิตภัณฑบางประเภท ซึง่มผีลในดานคุณสมบัติทางหนาที่ และการเขากันไดกับสวนผสมบางชนิดในผลิตภัณฑอาหารและเครื่องดื่ม และยังมีผลตอคาพีเอชของผลิตภัณฑสุดทาย คาราเมลมีคาพีเอช อยูในชวงกวาง คือ 2-10 แตคาราเมลที่ใชกนัทั่วไปจะมีคาพีเอชอยูในชวง 2.0-5.0 เพื่อใหมีความคงทนตอจุลินทรีย ยกเวนคาราเมลผงกอนทาํแหงจะถูกปรับใหมีพเีอช ประมาณ 8.0 2.6.5 ชนิดของประจุ (ionic character) โมเลกุลของคาราเมลสามารถเกิดประจุได (electrochemical) จะใหประจุบวกหรือลบข้ึนอยูกับชนิดของคาราเมล และคาพีเอชของผลิตภัณฑอาหาร คาราเมลที่ใชในปจจุบันสวนใหญเปนคาราเมลที่มีประจุลบ ซึง่มีขอกําจัด โดยเฉพาะการนําไปใชกับอาหารทีม่ีประจุบวก หรือมีโปรตีนเปนสวนประกอบ เชน เบยีรหรือผลิตภัณฑเนื้อสัตว โมเลกุลของคาราเมลที่มปีระจุลบจะ


24

เกาะกับโปรตีนในอาหาร ทาํใหโปรตีนเกดิการตกตะกอนได จึงตองพิจารณาชนิดของคาราเมล กอนนาํไปใชในอาหาร ถาในอาหารนัน้มโีปรตีน ใหใชคาราเมลที่มีประจุบวกเพื่อปองกันปญหาที่จะเกิดขึ้น 2.6.6 ความหนืด (viscosity) ความหนืดของคาราเมลมีความสาํคัญเนือ่งจาก เกิดการเปลี่ยนแปลงได แตไมมีผลตอความเขมของสี ในความเปนจริง คาราเมลที่มีคา Tinctorial power สูง จะมีความหนืดต่ํา คาราเมลที่มีคาความหนืดต่ําจะใชงานไดงาย ละลายไดเร็ว มีความคงตัวและอายุการเก็บไดนาน 2.6.7 ความคงทนตอจุลินทรีย (microbiological stability) คาราเมลมีความคงตัวตอจุลินทรีย เนื่องจากการผลิตคาราเมลตองใชอุณหภูมิสูง มคีาความเปนกรด แรงดันออสโมติก และความถวงจําเพาะสูง จากคุณสมบัติดังกลาว ทําใหไมเหมาะสมตอการเจริญของจุลินทรีย นอกจากทาํใหเปนคาราเมลที่เจือจาง จึงทําใหจุลินทรียสามารถเจริญเติบโตได 2.7 การผลิตกาแฟผสมแบบไทย

ประเทศไทยไดเร่ิมปลูกกาแฟมาเปนเวลานานแลว แมในปจจุบนัรัฐบาลจะไดทําการสงเสริมใหเกษตรกรสนใจการปลูกกาแฟเพิ่มข้ึน แตปริมาณกาแฟที่เก็บเกี่ยวไดก็ยงัไมเพียงพอกบัความตองการของผูผลิตภายในประเทศ ประกอบกับเมล็ดกาแฟมีคณุภาพต่ํา ทําใหปหนึ่งๆ ตองสูญเสียเงนิตราออกนอกประเทศ เพื่อการสั่งเขาเมล็ดกาแฟสดและคั่วแลว ตลอดจนการนําเขากาแฟผงสําเรจ็รูป จึงไดมีการนําผลผลิตทางการเกษตรที่มีองคประกอบใกลเคียงกบัเมล็ดกาแฟสด มาทดแทนการผลิตเมล็ดกาแฟ เชน งา ขาวโพด ถั่วดาํ ถัว่เขียว ถั่วเหลอืง ขาวกลอง กาแฟผสมสวนประกอบดังกลาวจัดเปนกาแฟดําเยน็แบบไทย หรือโอเลี้ยงซึง่มีลักษณะเฉพาะรวมทัง้มีราคาถูก จงึไดรับความนิยมเนื่องจากมกีารรวมสวนผสมตางๆ ในกาแฟทาํใหกลิ่นของกาแฟผสมแบบไทยมีลักษณะเฉพาะจากกลิน่ของสวนผสมที่เติมลงไป การผลิตกาแฟผสมแตเดิมผลิตแบบวิธีพืน้บาน หรือแบบครัวเรือน มีจาํหนายโดยทัว่ไปในทองตลาด เปนการผลิตเพื่อใชชงดื่ม ทั้งนี้เนื่องจากราคากาแฟในทองตลาดสูงขึ้น และหลีกเลีย่งการดื่มกาแฟที่มีปริมาณกาแฟสูง (ไพโรจน, 2535)


25

การผลิตกาแฟผสมแบงออกเปน 2 ข้ันตอน 1 การคั่วเมล็ดกาแฟแท โดยทั่วไปจะใชไฟออนๆ คั่วนานราวหนึ่งชั่วโมง เติมงาลงไปคั่วจน

งาสุก แลวนําเมล็ดขาวโพดคั่ว และขาวกลองคั่วทีเ่ตรียมไวผสมและคั่วใหรอน 2 การเคี่ยวน้าํตาล ทาํบนกระทะจนน้ําตาลเดือดหลอมตัว สังเกตน้าํตาลที่เคี่ยวจนไดที่

แลวจะเหนียว เติมเกลือ เนย หลงัจากนั้นจึงเทวัตถุดิบในขอ 1 ลงในกระทะ เคีย่วตอโดยการใชตะหลิวคลุกเคลาน้าํตาลใหกระจายจับตัวกบัวัตถุดิบอยางทัว่ถงึ ใหเสร็จส้ินภายในเวลา 5-10 นาที เพื่อปองกันการไหมของน้าํตาลเมื่อมีการเคี่ยวนานเกินไป เทวัตถุดิบทีเ่คลือบดวยน้าํตาลที่รอนระอ ุเกลี่ยกระจายบนถาด ทาํใหเย็นลงอยางรวดเร็วโดยการใชพัดลมเปา หลังจากเย็นลงแลวกน็ํามาบด หรือตีใหแตกละเอียด บรรจุในภาชนะที่สะอาดและมิดชิด เมื่อนาํมาชงดืม่ตองกรองเอากากออกเสียกอน 2.8 องคประกอบของสารใหกลิน่ในกาแฟผสมแบบไทย

2.8.1 องคประกอบของสารใหกลิ่นในกาแฟ เมล็ดกาแฟดบิจะไมมีกลิน่กาแฟ การพฒันากลิ่นกาแฟเกิดขึ้นระหวางการคั่ว โดยให

ความรอนกับเมล็ดกาแฟดิบที่อุณหภูมิ 180-220 องศาเซลเซียส จะมปีฏิกิริยาที่เกี่ยวของกับการเกิดสารใหกลิน่คือ ปฏิกิริยาเมลลารด ซึง่เกิดจากการทาํปฏิกิริยาระหวางน้ําตาลรีดิวซ และกรด อะมิโนหรือเปปไทดที่มีมวลโมเลกุลตํ่า ทาํใหเกิดการรวมตัวของโมเลกุลไนโตรเจน และซัลเฟอรเปน สารประกอบเฮเทอโรไซคลิก เชน ไพโรล ไทโอฟน ออกซาโซล และไทอะโซล ปฏิกิริยาคาราเมล ซึง่เกิดการไพโรไลซิสของมอโนแซ็กคาไรด ไดแซ็กคาไรด โอลิโกแซ็กคาไรด และพอลิแซก็คาไรดเกิดเปนสารตัวกลางภายใตสภาวะที่สูญเสยีน้าํทาํใหเกิดเปนสารโมเลกุลซับซอนคือ สารประกอบ คาราเมลที่ละลายน้าํได (soluble caramel compounds) และปฏิกิริยาไพโรไลซิส การเกิดสาร อะโรมาติกในกาแฟเกี่ยวของกับปริมาณของกรดอะมิโนอิสระ และน้าํตาลรีดิวซ น้ําตาลกลูโคส ซูโครส และฟรคุโตส จะสลายตัวไปรอยละ 99 ระหวางการคั่ว

ฟูแรน และอนพุันธของฟูแรนเปนกลุมที่มคีวามสาํคัญทีสุ่ดของกลิ่นรสกาแฟ ใหกลิน่ไหม น้ําตาลไหม คาราเมล โดยทีส่ารระเหยในกลุมฟูแรนที่สําคัญในกาแฟคือ furfuryl alcohol นอกจากนี้ไดแก 2-methylfuran และ furfuryl alcohol นอกจากนี้ ฟูแรนที่มีรายงานลกัษณะกลิน่ ไดแก 4-hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanone, 3-hydroxy-4,5-dimethyl-2(5H)-furanone และ 2(5)-ethyl-4-hydroxy-5(2)-methyl-3(2H)-furanone ใหกลิน่คาราเมล (จิรสวัสด์ิ, 2546)


26

นอกจากกลิน่รสที่เกิดในกาแฟคั่วแลว กาแฟคั่วยังมีความเปนกรดเพิม่ข้ึน เนื่องจากในเมล็ดกาแฟมคีารโบไฮเดรตรอยละ 50-67 ซึ่งเปนสวนทีม่ีความสาํคัญตอความเปนกรดของกาแฟ เชน กรดลีวูโลนิก (levulonic acid) และยังใหอะซีโตน และกรดคารบอกซิลิก อ่ืนๆ ไดแก กรดออกซาลิก กรดมาลิก กรดซิตริก และกรดทาทาริก เนื่องจากในขณะคั่ว น้ําตาลซูโครสสูญเสียน้ําเมื่ออุณหภูมิสูงถงึปฏิกิริยาไพโรไลซิส น้ําตาลถูกไฮโดรไลซเปนน้าํตาลรีดวิซ และน้ําตาลรีดิวซ จะสูญเสียน้ําและเกิดพอลิเมอรเปล่ียนเปนกรดระเหยงาย (volatile acid) น้ํา และกาซคารบอนได ออกไซด (Clarke และ Macrae, 1985)

2.8.2 องคประกอบของสารใหกลิ่นในคาราเมล ปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชันของน้าํตาลเปนการสลายตวัดวยความรอนของน้าํตาล ทําให

เกิดการพฒันาไปสูกลิ่นคาราเมลและกลิน่น้ําตาลไหม มรีายงานวาคาราเมลที่ใหกลิน่รสที่ดีที่สุด คือ คาราเมลที่ผลิตจากน้ําตาลซูโครส (Macrac และคณะ, 1993) สารระเหยใหกลิ่นในน้าํตาลทรายแดงคือ กรดแอซีติก มปีริมาณในชวง 31-827 สวนในลานสวน เปนสารใหกลิน่ที่สําคัญที่สุดในน้าํตาลทรายแดง พบมอลทอล ซึง่เปนสารสําคัญใหกล่ินคาราเมล นอกจากนีย้ังพบ เมทานอล เอทานอล และไดแอซีทิล (จิรสวัสด์ิ, 2546)

ปจจุบันบริษทัที่ผลิตสีคาราเมลเริ่มใหความสนใจกลิน่คาราเมล โดยเฉพาะคาราเมลที่ผลิตจากการใหความรอนกบัน้ําตาลที่อุณหภูมิสูง โดยไมใชตัวเรงปฏกิิริยา ซึ่งสามารถจําแนกองคประกอบของกลิ่นรสทีสํ่าคัญที่พบในกาแฟ 2 ชนิด คือ furfural และ furfural alcohol เพราะนอกจากใชคาราเมลในการแตงสีกาแฟแลว คาราเมลยงัมีผลตอการเพิม่กลิ่นรสของกาแฟดวย จากการศึกษา พบวาการเตมิสีคาราเมลเพียงเล็กนอย ในกาแฟสําเรจ็รูปมีผลตอการเพิ่มกลิ่นรสของกาแฟอยางมีนยัสําคัญ (Williamson, 2004)

เปนทีท่ราบกนัโดยทั่วไปวากาแฟผสมแบบไทยจะมีรสเปร้ียว สวนหนึง่เปนผลมาจากกาแฟ และสวนหนึ่งอาจเกิดจากน้ําตาลคาราเมล เนื่องจากปฏิกิริยาคาราเมล ใหสารที่มีความเปนกรดหลายชนดิไดแก กรดซิตริก กรดแลกติก กรดฟอรมกิ กรดแอซีติก และกรดไพรูวกิ (Hodge, 1967) ซึ่งใหผลเชนเดียวกับการทดลอง การหาปริมาณกรดอินทรีย (organic acid) ในกากน้าํตาล กรดที่พบไดแก กรดซิตริก กรดแลกติก กรดแอซีติก กรดฟอรมิก ซึง่กรดที่พบมากที่สุดในกากน้ําตาลคือ กรดแลกติก (Lodi และ Ronin, 1995)

27

บทที่ 3

อุปกรณ และวิธีการดําเนินการวิจัย

3.1 วัตถุดิบ

3.1.1 น้าํตาลทรายขาว 3.1.2 คาราเมลอางอิง ซึง่เปนคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวของโรงงานผูผลิตเครื่องดื่มกาแฟ

ผสม 3.1.3 น้าํมันถัว่เหลือง

3.2 สารเคม ี

3.2.1. กรดซิตริก (citric acid, APS Finechem, Australia) 3.2.2. กรดแลกติก (lactic acid , APS Finechem, Australia) 3.2.3. กรดแอซีติก (acetic acid , BDH, England) 3.2.4. กรดไพรูวิก (pyruvic acid , Fluka, Switzerland) 3.2.5. กรดฟอรมิก (formic acid , Carlo erba) 3.2.6. โซเดียมไฮดรอกไซด (sodium hydroxide , Mallinckrodt, Sweden) 3.2.7. โพแทสเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต (potassium dihydrogen phosphate , Fluka,

Switzerland) 3.2.8. กรดฟอสฟอริก (phosphoric acid, J.T. Baker, USA) 3.2.9. อะซิโตไนไตรล (acetonitrile, J.T. Baker, USA) 3.2.10. เมทานอล (methanol, Merck, Darmstadt, Germany)

3.3 เครื่องมือ

3.3.1. เครื่องชั่งน้าํหนักชนิดละเอียด (Sartourtius, BP 3100S, AG Gottingen, Germany) 3.3.2. เครื่องโครมาโตกราฟฟของเหลวแบบความดนัสูง (High Performance Liquid

Chromatography, Water, 800, USA)

28

3.3.3. คอลัมน (Merck, LiChroCART 250-4 LiChrosorb RP–18, KGaA, Germany) 3.3.4. เครื่องอัลตราไวโอเลตดีเทคเตอร (UV Detector, Water, 510, USA.) 3.3.5. เครื่องวดัคาความเปนกรดดาง (pH meter, Orion, 410 A, USA) 3.3.6. เครื่องวดัคาการดูดกลืนแสง (UV-Visible spectrophotometer, Genesys 10 uv,

USA) 3.3.7. เครื่องวดัสีสําหรับตัวอยางที่เปนของเหลว (Tintometer, Lovibond, PFX 190,

England) 3.3.8. เทอรโมมิเตอร (digital thermometer, Fluke, 50S, USA) 3.3.9. เครื่องฆาเชื้อดวยไอน้ํา (retort) 3.3.10. กระทะเคลือบเทปลอน 3.3.11. เตาแกส 3.3.12. วัสดุกรองชนิดละเอยีด 0.45 ไมโครเมตร (Merck, Gelman Science, Germany)

3.4. วธิีการดําเนินการวิจยั

3.4.1. ผลของอุณหภูมิและเวลาในการผลติคาราเมลตอคุณลักษณะทางกายภาพและเคมีของคาราเมล

ออกแบบการทดลองแบบแฟคทอเรียล (factorial design) โดยมีอุณหภูมิสุดทายในการเคี่ยวน้าํตาล 3 ระดับ ที ่235, 240 และ 245 องศาเซลเซียส และเวลาทั้งหมดที่ใชในการเคี่ยวน้ําตาล 3 ระดบัที่ 15, 20 และ 25 นาท ีทาํการเคี่ยวน้าํตาลทราย 700 กรัม กับน้ํา 200 กรัม และน้ํามนัถัว่เหลือง 0.7 กรัม ในกระทะใหความรอนโดยใชเตาแกส จนไดอุณหภูมิสุดทายและเวลาในการเคี่ยวตามที่กําหนด ทําใหเยน็โดยทิ้งไวที่อุณหภูมิหอง นําคาราเมลที่ไดมาบด แลววิเคราะหความเขมสี คาพีเอช ปริมาณกรดทั้งหมด และกรดอินทรียที่เกิดขึ้น ทาํการวเิคราะห 3 ซ้ํา แลววิเคราะหความแตกตางระหวางคาเฉลี่ยของทรีทเมนตตางๆ โดยใช Least Significant Difference (LSD) (p<0.05) และเปรียบเทียบความแตกตางระหวาง คาเฉลี่ยของทรีทเมนตกับ คาราเมลอางอิงโดยใช Dunnett’s test (p<0.05) ทําการวิเคราะหทางสถิติโดยใชโปรแกรม SAS Version 8.1

29

3.4.2. ผลของการใหความรอนตอคุณลักษณะทางกายภาพและเคมีของคาราเมล เลือกคาราเมลจากขอ 3.4.1 ซึ่งเปนทรทีเมนตทีม่ีคุณลักษณะใกลเคยีงกับคาราเมลอางอิง

มากที่สุด มาศกึษาการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึน้หลงัการใหความรอน โดยละลายคาราเมลที่ความเขมขนรอยละ 10 ตมจนเดือด 10 นาที บรรจุขวดแกวขนาด 300 มิลลิลิตร ปดฝา และใหความรอนในเครื่องฆาเชือ้ดวยไอน้ํา (retort) ที่อุณหภูมิ 105 องศาเซลเซียส เปนเวลา 10 นาท ีแลวทําใหเยน็ นําสารละลายคาราเมลกอนและหลังการใหความรอนมาวิเคราะหความเขมของส ีคาพีเอช ปริมาณกรดทัง้หมด และปรมิาณกรดอินทรีย

3.4.3. การวิเคราะหคุณลักษณะทางกายภาพและเคมีของคาราเมล

3.4.3.1 ระดับความเขมของสี เตรียมสารละลายคาราเมลที่ความเขมขนรอยละ 0.1 (w/v) โดยใชคาราเมล 0.25

กรัม ละลายในน้าํกลัน่ปรับปริมาตรในขวดปริมาตรขนาด 250 มิลลิลิตร วัดคาการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลืน่ 510, 560 และ 610 นาโนเมตร โดยใชเครื่องวัดคาการดูดกลืนแสง (UV-visible spectrophotometer, Genesys, 10 uv, USA) ใชเซลลขนาด 1 เซนตเิมตร

- คํานวณคา Hue index, S ( micron-1) (Sethness Products Company,1999) S = 10 log (A510/ A610) A510 = คาการดูดกลืนแสงที่ 510 นาโนเมตร A610 = คาการดูดกลืนแสงที่ 610 นาโนเมตร

- คํานวณคา Tinctorial power, K560 (1g-1cm-1) (Sethness Products Company, 1999)

K560 = A560/cb A560 = คาการดูดกลืนแสงที่ 560 นาโนเมตร c = ความเขมขน (g/L) b = ความหนาของเซลล

3.4.3.2 สี (Color) เตรียมสารละลายคาราเมลที่ความเขมขนรอยละ 0.1 (w/v) โดยใชคาราเมล 0.25

กรัม ละลายในน้าํกลัน่ปรับปริมาตรในขวดปริมาตรขนาด 250 มิลลิลิตร วัดคา L*, a*, b* โดยใชเครื่องเครื่องวดัสีสําหรับตัวอยางที่เปนของเหลว (Tintometer, Lovibond, PFX 190, England)

30

3.4.3.3 คาพีเอช (pH) เตรียมสารละลายคาราเมลที่ความเขมขนรอยละ 1 (w/v) วัดคาพเีอชดวย

เครื่องวัดคาพีเอช (pH meter, Orion 410 A, USA) 3.4.3.4 ปริมาณกรดทั้งหมด (total acidity หรือ titratable acidity, TA) เตรียมสารละลายคาราเมลที่ความเขมขนรอยละ 1 (w/v) ปเปตสารละลายคารา

เมล 10 มิลลิลิตร ใสบีกเกอร เติมน้าํกลัน่ 50 มิลลิลิตร ไตเตรตดวยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซดความเขมขน 0.05 โมลาร จนไดคาพีเอช ประมาณ 8.1 นํามาคํานวณปริมาณกรดทัง้หมดในรูปของกรดซิตริก

3.4.4. การวิเคราะหหาปริมาณกรดอินทรียดวยเครื่อง High Performance Liquid

Chromatography (HPLC) 3.4.4.1 ใชเครื่อง HPLC (Water, 810, USA) คอลัมน LiChroCART 250-4

LiChrosorb RP-18 ขนาดของอนุภาค 5 ไมโครเมตร (Merck, KGaA, Germany) และตรวจวัดดวย UV Detector (Water, USA ) ความยาวคลื่น 206 นาโนเมตร ฉีดตัวอยางครั้งละ 20 ไมโครลิตร

3.4.4.2 ตัวทาํละลายเคลื่อนที่ ใชสารละลาย 0.01 M potassium dihydrogen Phosphate (H3PO4) buffer pH 2.25 ละลายดวยน้าํกลั่นเก็บที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส อัตราการไหล 1 มิลลิลิตรตอนาท ี(ดัดแปลงจาก Blanco-Gomis และคณะ, 1987)

3.2.4.3 การเตรียมตัวอยาง คาราเมล 10 กรัม ละลายในน้าํกลัน่ กรองตัวอยางดวยกระดาษกรองอยางหยาบ (Whatman No.4) จากนั้นปรับปริมาตรเปน 100 มลิลิลิตร เก็บตัวอยางที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส กรองตัวอยางดวยวสัดุกรองชนิดละเอียด 0.45 ไมโครเมตร กอนฉีดเขาเครื่อง HPLC (ดดัแปลงจาก Alcazar และคณะ, 2003)

3.2.4.4. การเตรียมกราฟมาตรฐานของกรดอินทรีย กรดอินทรีย ความเขมขนทีเ่ตรียม (ppm หรือ mg/L) กรดแอซีติก 100 200 300 500 กรดซิตริก 250 500 750 1,000 กรดแลกติก 250 500 1000 1500 2000 กรดไพรูวิก 5 10 25 50 100 กรดฟอรมิก 200 400 600 800 1000

31

สถานทีท่ําวิจยั

ภาควิชาเทคโนโลยีอาหาร และภาควิชาเทคโนโลยีชีวภาพ คณะวิศวกรรมศาสตรและเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวทิยาลยัศิลปากร วิทยาเขตพระราชวงัสนามจนัทร นครปฐม หองปฏิบัติการควบคุมคุณภาพ บริษัทโคฟจํากัด อ.กระทุมแบน จ.สมทุรสาคร ระยะเวลาทําวิจัย ธันวาคม พ.ศ. 2546 ถึง ธนัวาคม พ.ศ. 2547

32

บทที่ 4

ผลการทดลองและการวิจารณ

4.1. ผลของอุณหภูมิและเวลาในการผลิตคาราเมลตอคุณลักษณะทางกายภาพและเคมีของคาราเมล

จากการผลิตคาราเมล โดยศกึษาอุณหภูมสุิดทายในการเคี่ยวน้าํตาล 3 ระดับ ที ่235, 240

และ 245 องศาเซลเซียส และเวลาทัง้หมดที่ใชในการเคีย่วน้าํตาล 3 ระดับที่ 15, 20 และ 25 นาท ีสภาวะอุณหภมูิและเวลาดงักลาวไดจากการทดลองขั้นตน เมื่อนาํคาราเมลที่ไดมาวิเคราะห คา พีเอช ปริมาณกรดทั้งหมด และระดับความเขมสี พบวาคาพีเอช และปริมาณกรดทั้งหมดเปลี่ยน แปลงเล็กนอยเมื่ออุณหภูมิสุดทายและเวลาที่ใชในการเคีย่วน้าํตาลเพิ่มข้ึนดังแสดงในภาพที ่10 และ 11 คา Hue index มีคาลดลงเมื่ออุณหภูมิและเวลาที่ใชในการเคี่ยวน้าํตาลเพิม่ข้ึน ซึง่ใหผลตรงกันขามกบัคา Tinctorial power ที่มคีาเพิ่มข้ึน ดังแสดงในภาพที่ 12 และ 13 ซึ่งสอดคลองกับการทดลองของ Kamuf และคณะ (2003) คาความสวาง (Lightness, L*) ลดลง มีคาความเปนสีแดง (a*) และคาความเปนสเีหลือง (b*) เพิ่มข้ึนเมื่ออุณหภูมิและเวลาเพิ่มข้ึน ดังแสดงในภาพที่14 15 และ 16

ตารางที่ 4 เปนขอมูลที่ไดจากการวิเคราะหทางสถิติที่ระดับความเชื่อมัน่รอยละ 95 พบวาอุณหภูมิสุดทายที่ใชในการเคี่ยวน้าํตาลไมมีผลตอคาพีเอช และปริมาณกรดทั้งหมด แตมีผลตอคุณภาพทางดานสีของคาราเมล ไดแก คา Hue index คา Tinctorial power คาความสวาง ความเปนสีแดง และคาความเปนสีเหลือง ตารางที่ 5 เปนขอมูลที่ไดจากการวิเคราะหทางสถิติที่ระดับความเชื่อมัน่รอยละ 95 พบวาใหผลในทํานองเดียวกันกับอุณหภูมิคือ เวลาที่ใชในการเคี่ยวน้าํตาลไมมีผลตอคาพีเอช และปริมาณกรดทัง้หมด แตมีผลตอคุณภาพทางดานสีของคาราเมล

ในการเปรียบเทียบคุณสมบัติของคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวที่อุณหภูมิและเวลาตางๆ กับคาราเมลอางอิง เพื่อหาอุณหภูมิและเวลาในการเคี่ยวทีเ่หมาะสม ขอมลูที่ไดจากการวิเคราะหทางสถิติที่ระดับความเชื่อมั่นรอยละ 95 พบวาคาพีเอชและปริมาณกรดทัง้หมดไมแตกตางจากคาราเมล อางอิงดงัแสดงในตารางที ่6 แตแตกตางจากคาราเมลอางองิในคณุภาพทางดานสี โดย

33

บทที่ 4 ผลและวิจารณผลการทดลอง

อุณหภูมิและเวลาในการเคีย่วคาราเมลทีแ่ตกตางกนัคือ อุณหภูมิ 235 องศาเซลเซยีส ทีเ่วลา 15 และ 20 นาที และที่อุณหภมูิ 245 องศาเซลเซียสทีเ่วลา 20 และ 25 นาที ซึง่อุณหภูมิและเวลาดังกลาวจะใหคาสีทีต่ําหรือมากเกินไปเมือ่เทียบกบัคาราเมลอางอิง ดังแสดงในตารางที่ 7

0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0

15 20 25เวลา (นาที)

คาพีเอ

ช

ภาพที ่10 คาพีเอชของคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถงึอุณหภูมิ 235 องศาเซลเซยีส (O) 240

องศาเซลเซยีส (□) และ 245 องศาเซลเซียส (∆) ภายในระยะเวลา 15, 20 และ 25 นาท ี

34


0.00.30.60.91.21.51.82.12.42.73.0


ปริมาณก

รดทั้งหมด

(กรัมตอ 1

00 กรัมคารา

เมล)

ภาพที ่11 ปริมาณกรดทัง้หมดของคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอณุหภูมิ 235 องศาเซลเซยีส

(O) 240 องศาเซลเซียส (□) และ 245 องศาเซลเซียส (∆) ภายในระยะเวลา 15, 20 และ 25 นาท ี

3.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.0


Hue i

ndex

ภาพที ่12 คา Hue index ของคาราเมลทีไ่ดจากการเคีย่วจนถึงอุณหภูมิ 235 องศาเซลเซียส (O)

240 องศาเซลเซียส (□) และ 245 องศาเซลเซียส (∆) ภายในระยะเวลา 15, 20 และ 25 นาท ี

35


0.000.040.080.120.160.200.240.280.320.360.40


Tincto

rial p

ower

ภาพที ่13 คา Tinctorial power ของคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถงึอุณหภูมิ 235 องศาเซลเซยีส


7072747678808284868890


คาความสวาง

(L*)

ภาพที ่14 คาความสวางของคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอุณหภูมิ 235 องศาเซลเซียส (O)


36


-1.0-0.20.61.42.23.03.84.65.46.27.0


คาความเปน

สีแดง

(a*)

ภาพที ่15 คาความเปนสีแดงของคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอณุหภูมิ 235 องศาเซลเซยีส


1015202530354045505560


คาความเปน

สีเหลือง (

b*)

ภาพที ่16 คาความเปนสีเหลืองของคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอณุหภูมิ 235 องศาเซลเซยีส


37


ตารางที่ 4 ผลของอุณหภูมิในการเคี่ยวตอคุณภาพของคาราเมลทางดานคาพีเอช ปริมาณกรดทั้งหมด และความเขมสี

อุณหภูมิ

(องศาเซลเซยีส) คาพีเอช ปริมาณกรดทั้งหมด

(กรัมตอ 100 กรัมคาราเมล) Hue Index Tinctorial power L* a* b*

235 3.22 ± 0.01 a 1.87 ± 0.05 a 5.8 ± 0.1 a 0.105 ± 0.02 c 86.127 ± 1.286 a 0.260 ± 1.095 c 34.394± 3.411 c

240 3.20 ± 0.02 a 1.90 ± 0.03 a 5.7± 0.1 b 0.163 ± 0.02 b 81.690 ± 1.227 b 3.343 ± 0.852 b 41.886± 2.208 b

245 3.20 ± 0.01 a 1.89 ± 0.06 a 5.7 ± 0.1 b 0.181 ± 0.01 a 80.137 ± 0.222 c 4.681± 0.388 a 44.337± 1.377 a

a, b, c ตัวเลขทีม่ีตัวอักษรกาํกับเหมือนกนัในคอลัมนเดียวกัน จะแสดงถึงความแตกตางอยางมนีัย สําคัญทางสถติิที่ระดับความเชื่อมั่นรอยละ 95 (p<0.05) คาในตารางคือคาเฉลี่ย ± SD (n=9) ตารางที่ 5 ผลของเวลาในการเคี่ยวตอคุณภาพของคาราเมลทางดานคาพีเอช ปริมาณกรดทั้งหมด

และความเขมสี

เวลา (นาที)

คาพีเอช ปริมาณกรดทั้งหมด (กรัมตอ 100 กรัมคาราเมล)

Hue Index Tinctorial power

L* a* b*

15 3.21 ± 0.02 a 1.93 ± 0.03 a 5.7 ± 0.2 a 0.142 ± 0.05 b 83.411 ± 3.538 a 2.143 ± 2.518 b 37.943 ± 6.512 b

20 3.21 ± 0.02 a 1.86 ± 0.01 a 5.7 ± 0.1 a 0.144 ± 0.04 b 82.855 ± 3.169 ab 2.566± 2.477 b 40.322 ± 4.488 a

25 3.20 ± 0.01 a 1.85 ± 0.05 a 5.6 ± 0.1 b 0.163 ± 0.04 a 81.688 ± 2.668 b 3.575 ± 1.844 a 42.353 ± 4.632 a

a, b ตัวเลขที่มตีัวอักษรกํากบัเหมือนกนัในคอลัมนเดยีวกัน จะแสดงถึงความแตกตางอยางมนีัย สําคัญทางสถติิที่ระดับความเชื่อมั่นรอยละ 95 (p<0.05) คาในตารางคือคาเฉลี่ย ± SD (n=9)

38


ตารางที่ 6 คาพีเอช และปรมิาณกรดทัง้หมด ของคาราเมลซึ่งผานการเคี่ยวที่อุณหภูมิและเวลาตางๆ ในการผลิตคาราเมลเปรียบเทียบกบัคาราเมลอางอิง

อุณหภูมิ

(องศาเซลเซียส) เวลา (นาที) พีเอช

ปริมาณกรดทั้งหมด (กรัมตอ 100 กรัมคาราเมล)

คาราเมลอางอิง 3.22 ± 0.02 1.95 ± 0.01

235 15 3.22 ± 0.02 1.91 ± 0.07

235 20 3.23 ± 0.04 1.86 ± 0.10

235 25 3.21 ± 0.01 1.82 ± 0.05

240 15 3.18 ± 0.02 1.91 ± 0.13

240 20 3.21 ± 0.08 1.86 ± 0.11

240 25 3.19 ± 0.02 1.91 ± 0.08

245 15 3.21 ± 0.03 1.96 ± 0.05

245 20 3.20 ± 0.03 1.86 ± 0.05

245 25 3.21 ± 0.02 1.84 ± 0.08

คาในตารางคอืคาเฉลี่ย ± SD (n=9)

39


ตารางที่ 7 คณุภาพทางดานสีของคาราเมลซึ่งผานการเคี่ยวที่อุณหภูมิและเวลาตางๆ ในการผลติคาราเมล เปรียบเทียบกับคาราเมลอางองิ

อุณหภูมิ เวลา (องศาเซลเซียส) (นาที)

5.7 ± 0.1 0.150 ± 0.009 82.486 ± 2.110 2.839 ± 0.336 39.905 ± 1.662235 15 5.9 ± 0.1 *** 0.088 ± 0.019 *** 87.304 ± 1.812 *** - 0.652 ± 0.077 *** 30.558 ± 4.882 ***235 20 5.8 ± 0.1 0.107 ± 0.014 *** 86.282 ± 1.131*** - 0.043 ± 0.753 *** 35.625 ± 3.296235 25 5.8 ± 0.1 0.121 ± 0.013 84.749 ± 1.160 1.474 ± 1.181 37.047 ± 0.527240 15 5.7 ± 0.1 0.159 ± 0.009 82.537 ± 0.558 2.848 ± 0.105 40.408 ± 1.176240 20 5.7 ± 0.1 0.146 ± 0.009 82.250 ± 0.573 2.855 ± 0.592 40.827 ± 0.743240 25 5.6 ± 0.1 0.183 ± 0.020 80.283 ± 1.061 4.327 ± 0.774 44.424 ± 1.889245 15 5.6 ± 0.1 0.178 ± 0.027 80.392 ± 2.475 4.233 ± 1.224 42.862 ± 2.096245 20 5.7 ± 0.1 0.180 ± 0.005 80.032 ± 0.502 4.886 ± 0.373 *** 44.560 ± 2.146245 25 5.7 ± 0.1 0.185 ± 0.009 79.987 ± 1.278 4.924 ± 0.549 *** 45.589 ± 0.955 ***

a* b*

คาราเมลอางอิง

Hue Index Tinctorial power L*

*** แสดงความแตกตางอยางมีนัยสาํคัญทางสถิติที่ระดับความเชื่อมั่นรอยละ 95 (p<0.05) คาในตารางคอืคาเฉลี่ย ± SD (n=9)

จากผลการทดลองคาราเมลที่เคี่ยวที่อุณหภูมิและเวลาตางๆ พบวาคาราเมลมีคาพีเอชประมาณ 3.2 มีปริมาณกรดทั้งหมด 1.9 กรัมตอ 100 กรัมคาราเมล ซึ่งการวัดความเปนกรดดางทําไดโดย การวัดความเขมขนของไฮโดรเนยีมอิอน (H+)โดยการวัดคาพีเอชของสารละลาย สวนการวัดไฮโดรเจนในสารละลายกรดทีท่ําปฏิกิริยากับสารละลายดางในปริมาณที่เหมาะสม ทาํไดโดยการไตเตรต ซึ่งเปนการหาปริมาณกรดทั้งหมด (Bennion, 1980) ความเปนกรดที่เกิดขึ้นอธิบายไดจากปฏิกิริยาการแตกสลายของน้ําตาลดวยความรอนของ Simkovic และคณะ (2003) ที่ทาํการศึกษาปฏิกิริยาขั้นตนของน้าํตาลเมื่อเกิดการแตกสลายดวยความรอน พบวาเมื่อมีการใหความรอนแกน้ําตาลซูโครสที่ 180 องศาเซลเซียส ในชวงแรกของปฏิกริิยาเกิดการแตกของพนัธะไกลโคซิดกิของน้าํตาลซูโครส ไดน้ําตาลกลูโคสและฟรุคโตส ตอมาเกดิการสูญเสียน้ําและเปล่ียนแปลงโครงสราง เปนผลทําใหเกิดสเตอริโอไอโซเมอรของน้ําตาลซูโครส (sucrose stereoisomers) คือเปนสารที่มีสูตรโมเลกลุและสูตรโครงสรางเหมือนกัน แตการจัดเรียงตัวของอะตอมหรือหมูของอะตอมตางกนั (สุนันทา, 2539) จากปฏิกิริยาดังกลาวพบสารประกอบ 1’,4’-anhydro- และ 3,6-anhydrosucrose ซึ่งเปนสารตั้งตนของการเกิดปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชัน

การแตกสลายของน้ําตาลทีอุ่ณหภูมิสูง เกดิการจัดเรียงตัวใหมภายในโมเลกุล (intramolecular rearangements) มีการปลอยไฮโดรเจนอิออน ทาํใหสารละลายมีคาพีเอช ลดลง

40


เมื่อเวลาในการใหความรอนเพิ่มข้ึน โดยมคีาพีเอชอยูทีป่ระมาณ 4-5 (Coca และคณะ, 2004) แตจากการทดลองคาพีเอชอยูที ่3.2 เนื่องจากเปนคาราเมลที่ผานการใหความรอนสูงที่อุณหภูมิ 235-245 องศาเซลเซียส จงึนาจะเกิดปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชนัและการแตกตัวให H+ ไดมาก Sundqvist (2004) ไดศึกษาการใหความรอนกับเนื้อไม (wood) ที่อุณหภูมิ 160-200 องศาเซลเซียส พบวามีคาพีเอชประมาณ 3 ซึ่งองคประกอบสําคัญของเนื้อไมคือ เซลลูโลส ซึ่งเปน พอลิแซ็กคาไรดชนิดหนึง่ เมื่อไดรับความรอน เกิดปฏิกิริยาการสูญเสียน้าํ และเกิดการแตกสลาย ซึ่งให HMF(hydroxymethylfurfural) จากน้ําตาลเฮกโซส และ furfural จากน้ําตาลเพนโทส ดังแสดงในภาพที ่8 ซึง่ HMF และ furfural สามารถแตกสลายตอไป ไดสารที่มวลโมเลกุลตํ่า ไดแก กรดลีวูลินิก กรดแอซีติก และกรดฟอรมิก และจะมคีวามเขมขนมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิและเวลาเพิ่มข้ึน

นอกจากนีป้ฏิกิริยาคาราเมลไลเซชันทาํใหเกิดกรดอินทรียเปนจาํนวนมากไดแก กรดลีวูลินิก กรดฟอรมกิ กรดแลกติก กรดไพรูวิก และกรดแอซีติก (Fennema, 1985) ซึ่งกรดดังกลาวเปนกรดออน เมื่อละลายน้ําแลวสามารถแตกตัวใหไฮโดรเจนอิออน ซึ่งมีผลทําใหมีคาพีเอชอยูในชวงความเปนกรด สีคาราเมลเกดิจากปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชัน เมื่อใหความรอนถึงจุดหลอมเหลวของน้ําตาลซูโครสที่อุณหภูมิ 160 องศาเซลเซยีส ทาํใหไดสารละลายที่ไมมีสี เมื่อใหความรอนอยางตอเนื่องและอณุหภูมิสูงเกนิกวาจุดหลอมเหลว ทาํใหเกดิการเปลี่ยนสจีากสีเหลืองเปนสีน้าํตาล และสุดทายจะไดสีดํา ซึ่งขึน้อยูกับอุณหภูมิและเวลาในการทําปฏิกริิยา (Bennion, 1980) ปฏิกิริยาการแตกสลายตัวของน้าํตาลซูโครสจะไดสารโอซูโลส (osulose) ซึ่งเปนสารมัธยนัตในการเกิดปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชนั โอซโูลสเปนสารประกอบไดคารบอนิล ไดแก 3-deoxyhexosulose ซึ่งเปนสารตั้งตนในการเกิดสีคาราเมล และกลิ่นรสคาราเมล เกีย่วของกับการเกิดสารประกอบเฮเทอโรไซคลกิ ไดแก HMF, HDF (hydroxysimethylfuranone) และ HAF (hydroxyacetylfuran) (Coca และคณะ, 2004) ซึ่งสารประกอบดังกลาวสามารถเกิดพอลิเมอรเพิ่มข้ึน เมื่ออุณหภูมิและเวลาในการใหความรอนเพิ่มข้ึน (Roig และคณะ, 1999) คา Hue index เปนการวัดระดับสีแดงของสีคาราเมล ที่ไดจากการคํานวณคาการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น 510 และ 610 นาโนเมตร สีคาราเมลจะมีคา Hue index อยูในชวง 3.5-7.5 โดยถาคาราเมลมี คา Hue index สูง แสดงวามีความเปนสีแดงมากกวาสีเหลือง (Kamuf และคณะ, 2003) คาความเขมสีที่วัดอยูในชวงความยาวคลืน่ 560 นาโนเมตร ซึ่งเปนการวัดคาการดูดกลืนแสงสีเหลือง (Bennion, 1980) โดยรายงานเปนคา Tinctorial power เมื่ออุณหภูมิและ

41


เวลาที่ใชในการเคี่ยวน้ําตาลเพิ่มข้ึน คา Hue index ลดลง ซึง่ใหผลตรงกันขามกบัคา Tinctorial power ที่มีคาเพิ่มข้ึนแสดงใหเหน็วา คาราเมลมีความเปนสีแดงลดลง และมีสีเหลืองเขมข้ึน

ในทางการคาสีคาราเมลถกูกําหนดคาสีเปน คา Hue index และคา Tictorial power เพื่อเปนประโยชนในการเลือกใชสีคาราเมลในผลิตภัณฑ เพราะคาราเมลบางชนิดใหคาความเขมสีเทากันแตมีคา Hue index ตางกนั ถาตองการใหผลิตภณัฑมีสีแดงตองเลือกคาราเมลทีมีคา Hue index สูง เมื่ออุณหภูมิและเวลาเพิ่มข้ึนสีคาราเมลมคีาความสวางลดลง มีคาความเปนสีแดงและความเปนสีเหลืองเพิ่มข้ึน แสดงใหเห็นวาคาราเมลมีสีเขมข้ึน ที่อุณหภูมิ 235 องศาเซลเซียส เวลา 15 และ 20 นาทีใหคาความเปนสีแดงเปนคาติดลบ แสดงใหเห็นวาคาสีที่ไดมีความเปนสีแดงต่ํามาก ซึ่งจากการเปรียบเทยีบกับสีคาราเมลอางอิง ที่อุณหภูมิและเวลาดังกลาวใหคาสีที่แตกตางจากสีคาราเมลอางอิง

ปจจัยทางดานอุณหภูมิมีผลตอคาสีมากกวาเวลาเนื่องจาก ที่ระดับอุณหภูมิตางๆ คือ 235, 240 และ 245 ใหคาสทีี่แตกตางกันในขณะที่เวลา15 และ 20 นาท ีใหคาสีไมแตกตางกนัแตแตกตางจากทีเ่วลา 25 นาท ี

4.2.ผลของอณุหภูมิและเวลาในการผลิตคาราเมลตอปริมาณกรดอินทรีย

อุณหภูมิและระยะเวลาที่ใชในการเคี่ยวคาราเมล มีผลตอปริมาณกรดอินทรียที่เกิดขึน้ในคาราเมลที่เคี่ยวได กรดทีพ่บไดแก กรดฟอรมิก กรดไพรูวิก กรดแอซตีิก กรดแลกติก และกรดซิตริก โดยกรดฟอรมกิมีแนวโนมเพิม่ข้ึนเมื่ออุณหภูมิและเวลาในการผลิตคาราเมลเพิ่มข้ึน ดังแสดงในภาพที ่17 ในขณะที่กรดไพรูวิก มีปริมาณคอนขางคงที่เมื่ออุณหภูมิและเวลาเพิ่มข้ึนดังแสดงในภาพที ่18 กรดแลกติกมีปริมาณสุงสุดที่อุณหภูมิ 240 องศาเซลเซยีล แตเมื่อใหความรอนเพิม่ข้ึนถึงอุณหภูม ิ245 องศาเซลเซียล กลับมีปริมาณกรดลดลง อยางไรก็ตามปริมาณกรดแลกติก มีแนวโนมเพิ่มข้ึนเมื่อเวลาเพิม่ข้ึนในทุกระดับอุณหภูมิดังแสดงในภาพที่ 19 กรดแอซตีิก มีแนวโนมเพิ่มข้ึนเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แตที่เวลาเพิ่มข้ึนปริมาณกรดที่เกิดขึ้นคอนขางคงที่ดงัแสดงในภาพที ่20 ในกรณีของกรดซิตริก ที่อุณหภูมิ 235 องศาเซลเซียลใหปริมาณกรดซิตริกต่ําสุด เมื่อเพิ่มอุณหภูมิที่ 240 องศาเซลเซียล กรดซิตริกมีปริมาณเพิ่มข้ึน และที่อุณหภูมิ 245 องศาเซลเซยีล มีปริมาณกรดใกลเคียงกับที่อุณหภูม ิ240 องศาเซลเซียล เมื่อเวลาเพิ่มข้ึนปริมาณกรดจะเพิ่มข้ึนในทกุอุณหภูมิดังแสดงในภาพที ่21

42


0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0


กรดฟอรมิก (มิลลิกรัมตอกรัม

)

ภาพที ่17 ปริมาณกรดฟอรมิกในคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอณุหภูมิ 235 องศาเซลเซยีส


0.100.150.200.250.300.350.400.450.50


กรดไพรูวิก

(มิลลิกรัม

ตอกรัม

)

ภาพที ่18 ปริมาณกรดไพรูวิกในคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอณุหภูมิ 235 องศาเซลเซยีส (O)


43


5.06.07.08.09.0

10.011.012.013.014.015.0


กรดแลคติก (มิลลิกรัมตอกรัม

)

ภาพที ่19 ปริมาณกรดแลกติกในคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอณุหภูมิ 235 องศาเซลเซยีส (O) 240 องศาเซลเซียส (□) และ 245 องศาเซลเซียส (∆) ภายในระยะเวลา 15, 20 และ 25 นาท ี

0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.8


กรดแอซีติก (มิลลิกรัมตอกรัม

)

ภาพที ่20 ปริมาณกรดแอซีติกในคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอณุหภูมิ 235 องศาเซลเซยีส


44


2.02.53.03.54.04.55.05.56.0


กรดซิตริก

(มิลลิกรัมตอกรัม

)

ภาพที ่21 ปริมาณกรดซิตริกในคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวจนถึงอุณหภูมิ 235 องศาเซลเซียส (O)


45


ตารางที่ 8 เปนขอมูลที่ไดจากการวิเคราะหทางสถิติที่ระดับความเชื่อมัน่รอยละ 95 พบวาอุณหภูมิสุดทายที่ใชในการเคี่ยวน้าํตาล มผีลตอปริมาณกรดฟอรมิกและกรดซิตริก โดยที่อุณหภูม ิ240 องศาเซลเซียสไมแตกตางจากอุณหภมูิ 245 องศาเซลเซียส แตจะแตกตางกับอุณหภูมิ 235 องศาเซลเซยีส ระดับของอณุหภูมิไมมีผลตอปริมาณกรดไพรูวิก กรดแลกติก และกรดแอซีติก

ตารางที่ 9 เปนขอมูลที่ไดจากการวิเคราะหทางสถิติที่ระดับความเชื่อมัน่รอยละ 95 พบวาระยะเวลาที่ใชในการเคี่ยวน้าํตาลมีผลตอปริมาณกรดฟอรมิก แตไมมผีลตอปริมาณกรดไพรูวิก กรดแลกติก และกรดแอซีติก ซึ่งใหผลทํานองเดียวกนักบัผลของอุณหภูมิในการเคี่ยวน้าํตาล และการทดลองของ Sundqvist (2004) ที่พบวาความเขมขนของกรดในเนือ้ไมเพิ่มข้ึนเมือ่อุณหภูมิและเวลาเพิ่มข้ึน

การเปรียบเทยีบปริมาณกรดอินทรียในคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวทีอุ่ณหภูมิและเวลาตางๆ กับคาราเมลอางอิง ดงัแสดงในตารางที่ 10 ขอมูลที่ไดจากการวิเคราะหทางสถติิที่ระดับความเชื่อมั่นรอยละ 95 พบวา กรดไพรูวิก กรดแลกติก กรดแอซีติกใหผลไมแตกตางจากคาราเมลอางองิ แตกรดฟอรมิก และกรดซิตริกมีปริมาณแตกตางจากคาราเมลอางอิง คือ ที่อุณหภูม ิ235 องศาเซลเซียส ที่เวลา 15 และ 20 นาที ที่อุณหภูมิ 240 องศาเซลเซียส ที่เวลา 15 นาทีและที่อุณหภูม ิ245 องศาเซลเซียสที่เวลา 25 นาที ซึง่สอดคลองกับผลของคุณภาพทางดานสีของคาราเมล

46


ตารางที่ 8 ผลของอุณหภูมิในการผลิตคาราเมลตอปริมาณกรดอินทรีย

กรดอินทรีย (มิลลิกรัมตอกรัมคาราเมล) อุณหภูมิ (องศาเซลเซียส) ฟอรมิก ไพรูวิก แลกติก แอซีติก ซิตริก

235 2.19 ± 0.05 b 0.36 ± 0.01 a 11.60 ± 0.29 a 0.74 ± 0.01 a 4.43 ± 0.30b

240 2.30 ± 0.10 a 0.36 ± 0.01 a 11.87 ± 0.22 a 0.82 ± 0.02 a 4.65 ± 0.16 a

245 2.34 ± 0.15 a 0.35 ± 0.01 a 11.40 ± 0.30 a 0.87 ± 0.03 a 4.71 ± 0.19 a

a,b ตัวเลขที่มีตวัอักษรกาํกับเหมือนกันในคอลัมนเดียวกนั จะแสดงถึงความแตกตางอยางมีนยั สําคัญทางสถติิที่ระดับความเชื่อมั่นรอยละ 95 (p<0.05) คาในตารางคือคาเฉลี่ย ± SD (n=6) ตารางที่ 9 ผลของเวลาในการผลิตคาราเมลตอปริมาณกรดอินทรีย

กรดอินทรีย (มิลลิกรัมตอกรัมคาราเมล) เวลา (นาที)

ฟอรมิก ไพรูวิก แลกติก แอซีติก ซิตริก 15 2.18 ± 0.04 c 0.35 ± 0.01 a 11.48 ± 0.36 a 0.81 ± 0.07 a 4.36 ± 0.22 c

20 2.28 ± 0.07 b 0.36 ± 0.01 a 11.58 ± 0.29 a 0.83 ± 0.08 a 4.64 ± 0.14 b

25 2.37 ± 0.14 a 0.37 ± 0.01 a 11.85± 0.24 a 0.78 ± 0.06 a 4.79 ± 0.10 a

a,b,c ตัวเลขที่มตีัวอักษรกํากบัเหมือนกนัในคอลัมนเดยีวกัน จะแสดงถึงความแตกตางอยางมนีัย สําคัญทางสถติิที่ระดับความเชื่อมั่นรอยละ 95 (p<0.05) คาในตารางคือคาเฉลี่ย ± SD (n=6)

47


ตารางที่ 10 ปริมาณกรดอินทรียในคาราเมลซึ่งผานการเคี่ยวที่อุณหภูมิและเวลาตางๆ ในการผลติคาราเมล เปรียบเทียบกับคาราเมลอางองิ

อุณหภูมิ เวลา(องศาเซลเซียส (นาที) ฟอรมิก ไพรูวิก แลกติก แอซีติก ซิตริก

2.26 ± 0.02 0.35 ± 0.01 11.54 ± 0.34 0.89 ± 0.07 4.66 ± 0.01235 15 2.14 ± 0.04 0.36 ± 0.01 11.72 ± 0.79 0.75 ± 0.03 4.11 ± 0.03 ***235 20 2.20 ± 0.11 0.38 ± 0.03 11.29 ± 0.99 0.74 ± 0.05 4.48 ± 0.04 ***235 25 2.23 ± 0.14 0.38 ± 0.02 11.83 ± 1.08 0.73 ±0.08 4.70 ± 0.08240 15 2.19 ± 0.05 0.35 ± 0.01 11.66 ± 0.08 0.82 ± 0.11 4.47 ± 0.13 ***240 20 2.32 ± 0.07 0.37 ± 0.02 11.86 ± 0.65 0.85 ± 0.01 4.71 ± 0.04240 25 2.38 ± 0.10 0.37 ± 0.03 12.10 ± 0.79 0.82 ± 0.01 4.78 ± 0.07 245 15 2.21 ± 0.02 0.34 ± 0.02 11.06 ± 0.06 0.88 ± 0.10 4.51 ± 0.22245 20 2.31 ± 0.07 0.36 ± 0.01 11.51 ± 0.39 0.89 ± 0.11 4.73 ± 0.04245 25 2.50 ± 0.03 *** 0.37 ± 0.02 11.63 ± 0.30 0.84 ± 0.04 4.89 ± 0.07

คาราเมลอางอิง

กรดอินทรีย (มิลลิกรัมตอกรัมคาราเมล)

*** แสดงความแตกตางจากคาราเมลอางองิอยางมีนยัสําคัญทางสถิติทีร่ะดับความเชือ่มั่นรอยละ 95 (p<0.05) คาในตารางคอืคาเฉลี่ย ± SD (n=6)

48


ปริมาณกรดทีเ่กิดขึ้น อธิบายไดจากปฏิกิริยาคาราเมลทีใ่หสารทีม่ีความเปนกรดหลายชนิดไดแก กรดซิตริก กรดแลกติก กรดฟอรมิก กรดแอซตีิก และกรดไพรูวิก (Hodge, 1967) แตไมมีผลงานวจิัยที่รายงานถงึปริมาณกรดที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชัน สวนใหญใหความสนใจกับกลิน่รสของคาราเมล เนื่องจากใหกลิ่นรสที่ใกลเคียงกับกลิน่รสของกาแฟ ฟแูรน และอนุพนัธของฟแูรนเปนกลุมที่มีความสําคญัที่สุดของกลิน่รสกาแฟ ใหกลิ่นไหม น้ําตาลไหม คาราเมล โดยที่สารระเหยในกลุมฟูแรนที่สําคัญในกาแฟคือ furfuryl alcohol (จิรสวัสด์ิ, 2546)

การวิเคราะหกลิ่นในปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชันอาจใชเครื่องเครื่องกาซโครมาโตกราฟฟและเครื่องแมสสเปกโตรมิเตอร (GC-MS) จากการทดลองของ Sundqvist (2004) ที่หาปริมาณกรดที่เกิดจากการใหความรอนกบัไมที่อุณหภมูิ 180-200 องศาเซลเซยีส กรดที่พบสวนใหญเปนกรดที่มีมวลโมเลกุลตํ่าซึ่งเปนกรดทีร่ะเหยได ไดแก กรดแอซีติกและกรดฟอรมิก ซึง่อาจมีกรดชนิดอื่นเกิดขึ้นแตไมสามารถตรวจพบดวย GC-MS นอกจากนีก้ารทดลองของ จิรสวัสด์ิ (2546) ที่ศึกษากลิ่นรสที่เกิดขึ้นในน้ําตาลทรายแดงที่ผานการอบที่อุณหภูมิ150-260 องศาเซลเซยีส พบวามกีรดชนิดเดียวคือ กรดแอซีติก ซึ่งเปนสารระเหยที่ใหกลิ่นรสที่สําคัญในน้ําตาลทรายแดง

กลไกการเกิดการเกิดกรดแตละชนิดไมเปนทีท่ราบแนชดั อาจเกิดจากปฏิกิริยาแตกสลายของกลูโคส ไดฟอรมัลดีไฮด (formaldehyde) และเกิดออกซิเดชันตอไปได กรดฟอรมิก (Pine, 1987) และปฏิกิริยาการสญูเสียน้ําของมอโนแซ็กคาไรดใหสาร HMF จากน้ําตาลเฮกโซส และ furfural จากน้าํตาลเพนโทส ซึ่ง HMF และ furfural สามารถแตกตัวใหเปนสารที่มีมวลโมเลกุลต่ําลงเชน กรดลีโวลินกิ (levulinic acid) และกรดฟอรมิก (Sundqvist, 2004) ในขณะที่กรดไพรูวกิ กรดแลกติก และกรดแอซีติกไดจากการแตกตัวของสารมัธยันตที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาคาราเมลในข้ันปฏิกิริยาการรวมตัวแบบอัลดอลยอนกลับ (retro-aldol condensation) ดังแสดงในภาพที่ 7 และ ภาพที่ 9 คือ 3-deoxyhexosone แตกตัวไดไพรูวิกอัลดีไฮด (pyruvic aldehyde) และ 1,4-dideoxyhexosone แตกตัวได อะเซตัลดีไฮด (acetaldehyde) แลกติกอัลดีไฮด (lactic aldehyde) ซึ่งสารประกอบอัลดีไฮดดังกลาวเกิดปฏิกริิยาออกซิเดชนัไดงายใหกรดคารบอกซิลิก (สุนันทา, 2539) ไดเปนกรดไพรูวิก กรดแลกติก และกรดแอซีติก เชนเดียวกับกรดซิตริกที่เกิดจากปฏิกิริยาการรวมกนัของหมูอะเซติล (acetyl group) และ กรดออกซาโลแอซีติก (oxaloacetic acid) (McMurry, 2004)

จากการทดลองหาปริมาณกรดอินทรียในคาราเมล ไดแก กรดซิตริก กรดแลกติก กรด ฟอรมิก กรดแอซีติก และกรดไพรูวิก พบวา กรดแลกติกเปนกรดทีพ่บปริมาณสูงสุดในคาราเมล รองลงมาคือกรดซิตริก กรดฟอรมิก กรดแอซีติก และกรดไพรูวิก ตามลําดับ ซึง่สอดคลองกับ

49


ผลงานวิจยัของ Lodi และ Ronin (1995) ที่วิเคราะหหาปริมาณกรดอินทรียดวย HPLC ในกากน้ําตาลจากกระบวนการผลิตน้ําตาล กรดที่พบในกากน้ําตาลไดแก กรดซิตริก กรดมาลิก กรดแลกติก กรดฟอรมิก กรดไพโรกลูตามิก กรดที่พบในปริมาณสูงสุดคือ กรดไพโรกลูตามิก รองลงมาคือ กรดแลกติก กรดแอซีติก กรดซิตริก กรดมาลิก และกรดฟอรมิก ถาไมนับกรดไพโรกลูตามิก ซึ่งเปนกรดทีม่ีไนโตรเจนในโมเลกุล เกิดจากปฏิกิริยาเมลลารด ก็จะพบวากรดแลกติกมีอยูปริมาณสูงสุดเชนเดยีวกัน

ปจจัยทางดานเวลาในการเคี่ยวคาราเมลมีผลตอปริมาณกรดฟอรมิก และกรดซิตริกที่เกิดขึ้นมากกวาอุณหภูมิเนื่องจาก ที่ระดับเวลาตางๆ คือ 15, 20 และ 25 นาที มีปริมาณกรดที่แตกตางกนัในขณะที่อุณหภมูิ 240 และ 245 องศาเซลเซียสมีปริมาณกรดไมแตกตางกันแตแตกตางจากทีอุ่ณหภูมิ 235

จากการเปรียบเทียบคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวที่อุณหภูมิและเวลาตางๆ กับคาราเมลอางอิง ระดับอุณหภูมแิละระยะเวลาที่เหมาะสมในการผลติคาราเมลคือ อุณหภูมิ 235 องศาเซลเซียสใชเวลา 25 นาที และที่อุณหภูมิ 240-245 องศาเซลเซยีส ใชเวลา 15-20 นาที การเคี่ยวคาราเมลที่อุณหภูมิและเวลาตางไปจากนี้อาจไดคุณสมบัติคาราเมลที่ไมดี เชน ทีอุ่ณหภูมิต่ําจะใหสีคาราเมล ออนเกนิไป และนาจะมีผลตอกลิ่นรสที่เกดิขึ้น จึงไมเหมาะที่จะนํามาใชในการเพิม่กลิ่นรสในกาแฟ

4.3. ผลของการใหความรอนตอคุณลกัษณะทางกายภาพและเคมีของคาราเมล

จากการศึกษาการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นหลงัการใหความรอน โดยละลายคาราเมลทีค่วามเขมขนรอยละ 10 (w/v) ตมจนเดือด 10 นาท ีบรรจุขวดแกว ปดฝา และใหความรอนที่อุณหภูมิ 105 องศาเซลเซียส เปนเวลา 10 นาท ีนําสารละลายคาราเมลมาวิเคราะหระดับความเขมของสี คาพีเอช ปริมาณกรดทั้งหมด และกรดอินทรียที่เกิดขึ้นกอนและหลงัการใหความรอน พบวาคาราเมลหลงัการใหความรอน มคีาพีเอชลดลง และมีคาปริมาณกรดทั้งหมดเพิ่มข้ึนดังแสดงในภาพที ่22 แตไมมีผลตอคุณสมบัติทางดานสีของคาราเมลดังแสดงในภาพที ่23 การใหความรอนมีผลตอปริมาณของกรดอินทรีย คือ ปริมาณกรดฟอรมิก กรดไพรูวิก และกรดซิตริก เพิ่มข้ึนแตมีผลเล็กนอยกับปริมาณกรดแลกติกและกรดแอซีติกดังแสดงในภาพที่ 24

จากผลการทดลองสารละลายคาราเมลมีคาพีเอชลดลงและมีคาปริมาณกรดทั้งหมดเพิ่มข้ึนเมื่อผานกระบวนการใหความรอน บงชี้วากระบวนการใหความรอนทําใหสารประกอบตางๆ ในสารละลายคาราเมลเกิดปฏิกิริยาไดสารผลิตภัณฑที่เปนกรดอินทรียเพิ่มข้ึน ดังนัน้ความเขมขน

50


ของ H+ ที่ไดจากการแตกตัวของกรดอินทรยีในสารละลายคาราเมลจงึเพิ่มข้ึน เปนผลใหสารละลายคาราเมลมีคาพีเอชลดลงหลงัผานกระบวนการใหความรอน

คาพีเอชของสารละลายคาราเมลขึ้นอยูกับชนิดและความเขมขนของกรดอินทรียทีม่อียู รวมทัง้คาคงทีข่องการแตกตัวของกรด (dissociation constant: aK ) อันเปนคาเฉพาะตวัของกรดแตละชนิดดังแสดงในตารางภาคผนวก ง กรดที่มีคา aK สูงแตกตัวใหไฮโดรเจนไดมากกวากรดที่มีคา aK ต่ํา กรดฟอรมิก กรดไพรูวิก และกรดซิตริก มีคา aK เทากับ 1.8x10 -4 4.1x10 -3 และ 7.45x10 -4 ตามลําดับ ในขณะที่กรดแลกติกและกรดแอซีติกมีคา aK เทากับ 1.38x10 -4 และ 1.75x10 -5 แสดงใหเห็นวาคาพีเอชที่ลดลงนาจะเกิดจากการแตกตัวใหไฮโดรเจนของกรดฟอรมิก กรดไพรูวิก และกรดซิตริก ซึ่งมีปริมาณเพิ่มข้ึนหลังผานกระบวนการใหความรอน

กระบวนการใหความรอนทีอุ่ณหภูมิ 105 องศาเซลเซยีล เปนเวลา 10 นาที ไมมีผลตอความเขมสีคาราเมลเนื่องจาก การเกิดสีคาราเมล ตองใชอุณหภูมิสูงมากกวาอุณหภูมจิุดหลอม เหลวของน้าํตาล ซึง่น้าํตาลที่พบในปฏิกิริยาคาราเมลไลเซชันของน้ําตาลซโูครส ไดแก น้าํตาลกลูโคสรอยละ 27.82 น้ําตาลฟรุคโตสรอยละ 14.66 ไอโซมอททอลรอยละ 1.21 และ เจนทิโอไบ โอสรอยละ 1.15 (Ratsimba และคณะ, 1999) โดยจุดหลอมเหลวของน้ําตาลกลูโคสอยูที่อุณหภูม ิ160 องศาเซลเซียส น้ําตาลฟรุคโตส อยูที ่110 องศาเซลเซียส เมื่อใหความรอนกับน้าํตาลจนถึงจดุหลอมเหลวของน้าํตาล จะไดสารละลายทีไ่มมีสี ตองมกีารใหความรอนที่สูงกวาจุดหลอมเหลว จงึจะเกิดการเปลี่ยนสีจากสีเหลืองเปนสนี้ําตาลจนถึงสีดํา (Bennion, 1980) ความเขมของสีอาจเพิ่มข้ึนไดที่อุณหภูมิต่ํากวาอุณหภูมิดังกลาว แตตองใชระยะเวลานานโดยเกิดจากการเปลี่ยน แปลงของ HMF และ furfural ความเขมขนของ HMF จะเพิ่มเปนเสนตรงเมื่อเวลาเพิ่มมากขึ้นแตจะเกิดขึ้นอยางชาๆ แตเมื่อเก็บที่อุณหภูมสูิงขึ้น (76 และ 105 องศาเซลเซียส) จะเหมือนเปนการเรงการเกิด HMF จากการศกึษาความสัมพันธของอัตราการเกิดสีน้าํตาลมีความสัมพันธกับอัตราการสราง HMF คือจะมีสีน้าํตาลเพิ่มข้ึนเมือ่มีปริมาณ HMF เพิ่มข้ึน (Roig และคณะ, 1999)

51


0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0

คาพีเอช ปริมาณกรดท้ังหมด (กรัมตอ 100 กรัมคาราเมล)

ภาพที ่22 คาพีเอชและปริมาณกรดทั้งหมดในสารละลายคาราเมล กอน ( ) และหลัง ( ) ผาน

กระบวนการใหความรอน

52


0102030405060708090

Hue inde

x

Tinctoria

l power

ความสวาง

ความเปนสีแ

ดง

ความเปนสีเหลือ

ง

ภาพที ่23 ผลของคุณภาพทางดานสีของสารละลายคาราเมล กอน ( ) และหลงั ( ) ผาน


53


0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.0

10.011.012.0

ปริมาณก

รด (มิลลิกรัม

ตอกรัม

คาราเมล

)

กรดฟอรมิก กรดไพรูวิก กรดแลกติค กรดอะซิติก กรดซิตริก

ภาพที ่24 ผลของปริมาณกรดอินทรียในสารละลายคาราเมล กอน ( ) และหลัง ( ) ผาน


54


ปริมาณกรดทีเ่พิ่มข้ึนหลังกระบวนการใหความรอน เนื่องมาจากความรอนเรงปฏิกิริยาของสารมัธยนัต เกิดเปนกรดตางๆ ดังที่กลาวไวขางตนในเรื่องกลไกการเกดิกรด นอกจากนี้ปฏิกิริยา คาราเมลใหทัง้สารประกอบอัลดีไฮดและกรดอินทรียทีเ่กดิจากสารประกอบอัลดีไฮดดังแสดงในตารางที่ 3 คือ ฟอรมัลดีไฮด ไพรูวิกอัลดีไฮด อะเซตัลดีไฮด และ แลกติกอัลดีไฮด ซึ่งสารประกอบอลัดีไฮดเกิดออกซิเดชันไดงายเกิดเปนกรดอินทรียเพิ่มไดอีก

กาแฟเมื่อผานการคั่วที่อุณหภูมิสูงจะมีคาความเปนกรด กรดที่เกิดขึน้จะชวยเพิ่มกลิน่รสที่ดีในกาแฟ กรดที่พบในกาแฟไดแก กรดแอซีติก กรดซิตริก กรดมาลกิ (Alcazar, 2003) เมื่อนํา คาราเมลซึง่มคีวามเปนกรดมากขึ้นถาไดรับความรอนมาเปนสวนผสมของกาแฟเพือ่เพิ่มรสชาต ิก็จะทําใหผลิตภัณฑกาแฟผสมมีความเปนกรดเพิ่มข้ึน ปริมาณกรดทีม่ากเกินไปนี้อาจมีผลทําใหผลิตภัณฑมีรสเปร้ียวจนเสยีรสชาติที่ดีได

55

บทที่ 5

สรุปผลการทดลองและขอเสนอแนะ

จากการศึกษาอุณหภูมิและเวลาในการเคีย่วคาราเมลทีม่ีผลตอคุณภาพทางดานกายภาพและเคมีของคาราเมล พบวา อุณหภูมิและเวลาในการเคีย่วไมมีผลตอคาพีเอช และปริมาณกรดทั้งหมด แตมีผลตอคุณภาพทางดานสี และปริมาณกรดอินทรียของคาราเมลที่เคีย่วได คือเมื่ออุณหภูมิและเวลาในการเคีย่วเพิม่ข้ึน ทาํใหคาราเมลมสีีเขมขึ้น และมีความเขมขนของ กรดฟอรมิก และกรดซติริกเพิ่มข้ึน การเปลี่ยนแปลงสีและปริมาณกรดอินทรีย เกิดจากปฏิกริิยาคาราเมลไลเซชัน โดยปจจัยหลกัที่มีความสาํคัญตอสีคาราเมลคือ อุณหภูมิในการเคี่ยว เนื่องจากอุณหภูมิในการทดลองที่ 235, 240 และ 245 องศาเซลเซียสใหคาสีที่แตกตางกันในแตละอณุหภูมิ ที่อุณหภูมิสูงสดุจะใหสีเขมทีสุ่ด ปจจัยรองลงมาคือ ระยะเวลาที่ใชในการเคี่ยวที่เวลา 15 และ 20 นาที ใหคาสีไมแตกตางกนั แตแตกตางจากที่เวลา 25 นาทีอยางมีนยัสําคัญ ปจจัยหลักที่มีความสาํคัญตอความเขมขนของกรดอินทรยีคือ ระยะเวลาในการเคี่ยวเนื่องจากที่เวลา 15, 20 และ 25 นาที มีความเขมขนของกรดอินทรียเพิม่ข้ึน เมื่อระยะเวลาเพิ่มข้ึนในแตละชวงเวลา ปจจัยรองลงมาคือ อุณหภูมิในการเคี่ยวที่อุณหภูมิ 240 และ 245 องศาเซลเซียส มีความเขมขนของกรดอินทรียไมแตกตางกนั แตแตกตางจากทีอุ่ณหภูมิ 235 องศาเซลเซยีสอยางมีนยัสาํคัญทางสถิต ิ เมื่อเปรียบเทยีบคาราเมลทีไ่ดจากการเคีย่วกับคาราเมลอางอิงโดยใชคุณภาพทางกายภาพและเคมีพบวา คาพีเอชและปริมาณกรดทั้งหมดของคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวที่อุณหภูมิและเวลาตางๆ ไมแตกตางจากคาราเมลอางอิง แตคาราเมลที่ไดจากการเคี่ยวที่อุณหภูมิ 235 เวลา 15 และ 20 นาท ีที่อุณหภูม ิ240 องศาเซลเซียส เวลา 15 นาที และที่ 245 องศาเซลเซียส เวลา 20 และ 25 นาที คุณภาพทางดานส ีและความเขมขนของกรดฟอรมิกและกรดซิตริก แตกตางจาก คาราเมลอางอิง ดังนัน้สภาวะที่เหมาะสมในการเคี่ยวคาราเมลคือ การเคี่ยวจนไดอุณหภูมิ 235 องศาเซลเซยีส ดวยเวลา 25 นาที หรือการเคี่ยวจนไดอุณหภูมิ 245 องศาเซลเซยีสดวยเวลา 15 นาที การใชความรอนนอยกวานี้ คาราเมลที่เคี่ยวไดจะมีสีออน แตถาใชความรอนมากกวานี้ คาราเมลที่ไดจะไหมและมสีีเขมเกินไป

บทที่ 5 สรุปผลการทดลองและขอเสนอแนะ

56

เมื่อสารละลายคาราเมลผานการใหความรอนในกระบวนการใหความรอน พบวาการใหความรอนดงักลาวไมมีผลตอคุณภาพทางดานสีของสารละลายคาราเมล แตมีผลตอคาพีเอชและปริมาณกรด และการใหความรอนดังกลาวโดยทําใหสารละลายคาราเมลมีคาพเีอชลดลง มีปริมาณกรดทัง้หมด และปรมิาณกรดฟอรมิก กรดไพรูวกิ และกรดซิตริกเพิ่มข้ึน

บทที่ 5 สรุปผลการทดลองและขอเสนอแนะ

57

ขอเสนอแนะ

คาราเมลซึง่ไดจากการเคี่ยวน้ําตาลซูโครสที่อุณหภูมิสูง เปนสวนประกอบที่สําคัญในการผลิตกาแฟผสม เพราะจะชวยเพิ่มกลิ่นรสใหกับกาแฟ แตคาราเมลมีองคประกอบของกรดอินทรียหลายชนิดอยูดวยจึงเพิ่มความเปนกรดใหกับผลิตภัณฑ ดังนัน้ปริมาณของคาราเมลที่ใชควรอยูในปริมาณที่เหมาะสม เพราะถามีอัตราสวนผสมของคาราเมลมากเกินไปจะทําใหผลิตภัณฑมีความเปนกรดสูง เกดิรสเปรี้ยว เสยีรสชาติได จากการทดลองพบวาการใหความรอนแกสารละลายคาราเมล ทําใหสารละลายคาราเมลมคีวามเปนกรดเพิ่มมากขึ้น ดังนัน้ควรทาํการศึกษาผลกระทบของกระบวนการฆาเชื้อดวยความรอนตอคุณภาพของผลิตภัณฑที่ใชคาราเมลเปนสวนผสมในการพัฒนาผลิตภัณฑดวย เพราะกระบวนการใหความรอนในการผลิตอาจทาํใหเกิดการเปลี่ยนแปลงคุณภาพที่ไมตองการในผลิตภัณฑได ความเปนกรดที่เพิม่ข้ึนอาจปองกันไดโดยการใชระบบบฟัเฟอรเพื่อรักษาคาพีเอชใหคงที่ เมื่อมีการเปลีย่นแปลงความเปนกรดในผลิตภัณฑ โดยเลือกใชเกลือของกรดที่มีในผลิตภัณฑนั้นๆ ซึ่งเปนสารควบคุมความเปนกรดดาง เชน เกลือของกรดซิตริก คือโซเดยีมซิเตรต เกลอืของกรด แอซีติก คือ โซเดียมแอซิเตต เปนตน แตในอุตสาหกรรมเครื่องดื่มกาแฟ อาจใชโซเดยีมไบคารบอเนต เนือ่งจากมีสวนชวยใหเกิดกลิน่คาราเมลออนๆ อยางไรก็ตามการใชสารควบคุมความเปนกรดดางในปริมาณมากเกินไป ก็อาจมีผลเสียตอรสชาติของผลิตภัณฑ จึงควรศึกษาถงึชนิดและความเขมขนของสารควบคุมความเปนกรดดางที่เหมาะสมดวย

58

เอกสารอางอิง

จิรสวัสด์ิ ภูวิภิรมย. 2546. ปจจัยการผลิตที่มีผลตอสารใหกลิ่นรสของกาแฟผสมแบบไทย.วิทยานิพนธปริญญามหาบณัฑิต สาขาวชิาวทิยาศาสตรการอาหาร บณัฑิตวิทยาลยัมหาวิทยาลยัเกษตรศาสตร.

นิธิยา รัตนาปนนท. 2539. คารโบไฮเดรต. ใน เคมีอาหาร. ภาควิชาวิทยาศาสตรและเทคโนโลยี

การอาหาร คณะอุตสาหกรรมเกษตร มหาวทิยาลยัเชียงใหม. ไพโรจน วิริยารี. 2535. การผลิตกาแฟเทยีม. ใน วิธทีางอุตสาหกรรมเครื่องดื่ม. ภาควิชา

วิทยาศาสตรและเทคโนโลยกีารอาหาร คณะเกษตรศาสตร มหาวิทยาลัยเชียงใหม. ศิวาพร ศิวเวชช. 2535. ชนดิของวัตถุเจือปนอาหาร. ใน วัตถุเจือปนอาหารในผลิตภัณฑอาหาร.

ภาควิชาวิทยาศาสตรและเทคโนโลยีอาหาร คณะอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลยัเกษตรศาสตร.

สุนันทา วิบูลยจันทร. 2539. คารโบไฮเดรต. ใน เคมีอินทรีย. ภาควิชาเคมี คณะวทิยาศาสตร

มหาวิทยาลยัมหิดล. Alcazar, A., Fernandez-Caceres, P.J., Martin, M.J., Pablos, F. and Gonzalez, A.G. 2003.

Ion chromatographic determination of some organic acids, chloride and phosphate in coffee and tea. Talanta. 61: 95-101.

Bennion, M. 1980. The Science of Food. Harper&Row Publishers, San Francisco.


59

Blanco-Gomis, D., Gutierrez-Alvarez, M.D. and Gutierrez-Moran, M.J. 1987. High- performance liquid chromatographic determination of major organic acids in apple juices and ciders. Chromatophaphia. 24: 347-350.

Clarke, R.J. and Macrae, R. 1987. Coffee, Vol. 2 Technology. Academic Press, London. Coca, M., Garcia, M.T., Gonzalez, G., Pena, M. and Garcia, J.A. 2004. Study of

coloured components formed in sugar beet processing. Food Chemistry. 86: 421-433.

Dufresnoy-XAD. 1978. Caramels. Bios. 9(3): 19-25. FAO. 1990. Caramel Colors. Guide to JECFA Specifications. Food and Nutrition paper

(38): 31-42. Fennema, O.R. 1985. Food Chemistry. 2nd ed. Marcel Dekker, Inc., New York. Greenshields, R.N. 1973. Caramel-part 2 manufacture, composition and properties.

Process Biochemistry. 8(4): 17– 20. Hodge, J.E. 1967. Original of flavor in foods nonenzymatic browning reactions.

pp. 465-491. In Chemistry and Physiology of Flavors. Schultz, H.W., Day, E.A., and Libbey, L.M. (eds). The AVI Publishing company, Inc., Westport, Connecticut.

Kamuf, W., Nixon, A., Parker, O., and Barnum, JR. G.C. 2003. Overview of caramel

colors. Cereal Food World. 48(2): 64-69.


60

Licht, H.B., Shaw, K., Smith, C., Mendoza, M., Orr, J. and Myer, V.D. 1992. Characterization of caramel colors I, II and III. Food and Chemical Toxicology. 30: 375-382.

Lodi, S. and Rossin, G. 1995. Determination of some organic acids in sugar factory

products. Journal of Chromatography A. 706: 375-383. Macrae, R., Robinson, R.K. and Sadler, M.J. 1993. Caramel. In Encyclopedia of Food

Science, Food Technology and Nutrition. Vol. 1. Academic Press, Inc., San Diego. Marion, B. and Scheule, B. 2000. Introductory Foods. Prentice-Hall, Inc., New Jersey. McMurry, J. 2000. Organic Chemistry. 5th ed. Books/Cole Publishing Company,

California. Myer, D.V. and Howell, J.C. 1992. Characterization and specification of caramel color:

an overview. Food and Chemical Toxicology. 30: 359-363. Pine, S.H. 1987. Organic Chemistry. 5thed. McGraw-Hill Book Company, New York. Ratsimba, V., Fernandez, G.M.J., Defaye, J., Nigay, H. and Volley, A. 1999. Qualitative

and quantitative evaluation of mono-and disaccharides in D-fructose, D-glucose and sucrose caramels by gas-liquid chromatography-mass spectrometry, Di-D-fructose dianhydrides as tracers of caramel authenticity. Journal of Chromatography A. 844: 283-293.

Roig, M.G., Bello, J.F., Rivera, Z.S. and Kennedy, J.K. 1999. Studies on the occurrence

of non-enzymatic browning during storage of citrus juice. Food Research International. 32: 609-619.


61

Scarpellino, R. and Soukup, R.J. 1993. Key flavor from heat reactions of food ingredients. pp. 310-335. In Flavor Science. Acree, T.E. and Teranishi, R. (eds). American Chemical Society, Washington, DC.

Sethness Products Company. 1999. Caramel Color. Simkovic, I., Surina, I. and Vrican, M. 2003. Primary reaction of sucrose thermal

degradation. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 70: 493-504. Sundqvist, B. 2004. Colour Change and Acid Formation in Wood during Heating.

Doctoral Thesis. Division of Wood Material Science, Skelleftea Campus, Lulea University of Technology, Sweden.

Williamson, D.D. 2004. Caramel Color Usage To Enhance Coffee Flavor [Online].

Accessed 8 September, 2004. Available from http://www.ddwilliamson.com/solution/coffee.htm.

62

ภาคผนวก

ภาคผนวก ก กราฟมาตรฐานของกรดอินทรีย4

y = 1199.8xR2 = 0.9999

0200000400000600000800000

100000012000001400000

0 200 400 600 800 1000 1200สวนในลานสวน (ppm)

พื้นที่ (ไมโ

ครโวล

ต)

ภาพที ่25 กราฟมาตรฐานของกรดฟอรมิก


63

y = 490.71xR2 = 0.9997

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

0 100 200 300 400 500 600สวนในลานสวน (ppm)


ครโวล

ต)

ภาพที ่26 กราฟมาตรฐานของกรดไพรูวิก

y = 627.73xR2 = 0.9999

0200000400000600000800000

100000012000001400000

0 500 1000 1500 2000 2500

สวนในลานสวน (ppm)


ครโวล

ต)

ภาพที ่27 กราฟมาตรฐานของกรดแลกติก


64

y = 490.71xR2 = 0.9997

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

0 100 200 300 400 500 600สวนในลานสวน (ppm)


ครโวล

ต)

ภาพที ่28 กราฟมาตรฐานของกรดแอซีติก

y = 816.51xR2 = 0.9996

0

200,000

400,000

600,000

800,000

1,000,000

0 200 400 600 800 1000 1200สวนในลานสวน


ครโวล

ต)

ภาพที ่29 กราฟมาตรฐานของกรดซิตริก


65

ภาคผนวก ข ตัวอยางโครมาโตรแกรมสารละลายมาตรฐานกรดอินทรีย

ภาพที ่30 ตัวอยางโครมาโตรแกรมสารละลายมาตรฐานกรดอินทรีย (1) กรดฟอรมิก (2) กรดไพรูวิก (3) กรดแลกติก (4) กรดแอซีติก และ (5) กรดซิตริก


66

ภาพที ่31 โครมาโตรแกรมสารละลายคาราเมลกอนการใหความรอน (1) กรดฟอรมิก

(2) กรดไพรูวิก (3) กรดแลกติก (4) กรดแอซีติก และ (5) กรดซิตริก


67

ภาพที ่32 โครมาโตรแกรมสารละลายคาราเมลหลังการใหความรอน (1) กรดฟอรมิก

(2) กรดไพรูวิก (3) กรดแลกติก (4) กรดแอซีติก และ (5) กรดซิตริก


68

ภาคผนวก ค.

การคํานวณปริมาณกรดอินทรีย

สารละลายตวัอยางวัดได X ppm การคํานวณ สารละลาย คาราเมล 1000 ml มีปริมาณ acid X mg สารละลาย คาราเมล 100 ml มีปริมาณ acid

1000

100X × mg

สารละลาย คาราเมล 10 g มีปริมาณ acid 1000

100X × mg

สารละลาย คาราเมล 1 g มีปริมาณ acid 101000

1100X

×

×× mg

100

X mg


69

ภาคผนวก ง.

คาคงที่ของการแตกตัวของกรด ตารางที่ 11 คาคงที่ของการแตกตัวของกรด (Acid Dissociation Constants, Ka)

Acid

Formula

Ka1

Ka2

Ka3

Acetic CH3COOH 1.75x10-5

Arsenic H3AsO4 5.8x10-3 1.1x10-7 3.2x10-12

Benzoic C6H5COOH 6.28x10-5

1-Butanoic CH3CH2CH2COOH 1.52x10-5

Carbonic H2CO3 4.45x10-7 4.69x10-11

Chloroacetic ClCH2COOH 1.36x10-3

Citric HOOC(OH)C(CH2COOH)2 7.45x10-4 1.73x10-5 4.02x10-7

Formic HCOOH 1.80x10-4

Fumaric trans-HOOCCH:CHCOOH 8.85x10-4 3.21x10-5

Glycolic HOCH2COOH 1.47x10-4

Hydrazoic HN3 2.2x10-5

Hydrofluoric HF 6.8x10-4

Hydrochloric HCl Strong

Iodic HIO3 1.7x10-1

Lactic CH3CHOHCOOH 1.38x10-4

Maleic cis-HOOCCH:CHCOOH 1.3x10-2 5.9x10-7

Malic HOOCCHOHCH2COOH 3.48x10-4 8.00x10-6


70

ตารางที่ 11 (ตอ) คาคงที่ของการแตกตัวของกรด (Acid Dissociation Constants, Ka)

Acid

Formula

Ka1

Ka2

Ka3 Malonic HOOCCH2COOH 1.42x10-3 2.01x10-6

Mandelic C6H5CHOHCOOH 4.0x10-4

Nitrous HNO2 7.1x10-4

Oxalic HOOCCOOH 5.60x10-2 5.42x10-5

Perchloric HClO4 Strong

Periodic H5IO6 2x10-2 5x10-9

Phosphoric H3PO4 7.11x10-3 6.32x10-8 4.5x10-13

Phosphorous H3PO3 3x10-2 1.62x10-7

o-Phthalic C6H4(COOH)2 1.12x10-3 3.91x10-6

Picric (NO2)3C6H2OH 4.3x10-1

Propanoic CH3CH2COOH 1.34x10-5

Pyruvic CH3COCOOH 4.1x10-3

Salicylic C6H4(OH)COOH 1.06x10-3

Sulfamic H2NSO3H 1.03x10-1

Succinic HOOCCH2CH2COOH 6.21x10-5 2.31x10-6

Sulfuric H2SO4 Strong 1.02x10-2

Sulfurous H2SO3 1.23x10-2 6.6x10-8

Tartaric HOOC(CHOH)2COOH 9.20x10-4 4.31x10-5

Thiosulfuric H2S2O3 0.3 2.5x10-2

Trichloroacetic Cl3CCOOH 3


71

ภาคผนวก จ. ตารางที่ 12 คาพีเอชและปรมิาณกรดทัง้หมดในสารละลายคาราเมลกอนและหลงัผานกระบวนการใหความรอน

คาพีเอช ปริมาณกรดทั้งหมด (กรัมตอ 100 กรัมคาราเมล)

กอนใหความรอน 3.05 ± 0.06 2.81 ± 0.15 หลังใหความรอน 2.95 ± 0.03 3.34 ± 0.09

คาในตารางคอืคาเฉลี่ย ± SD (n=9) ตารางที่ 13 คณุภาพทางดานสีของสารละลายคาราเมลกอนและหลังผานกระบวนการใหความรอน

Hue index Tinctorial power

L* a* b*

กอนใหความรอน 5.7 ± 0.1 0.156 ± 0.019 82.564 ± 2.110 3.255 ± 0.336 40.942 ± 1.662 หลังใหความรอน 5.7 ± 0.1 0.153 ± 0.008 82.028 ± 0.793 3.015 ± 0.371 40.534 ± 0.956

คาในตารางคอืคาเฉลี่ย ± SD (n=9) ตารางที่ 14 ปริมาณกรดอินทรียในสารละลายคาราเมลกอนและหลังผานกระบวนการใหความรอน

กรดอินทรีย (มิลลิกรัมตอกรัมคาราเมล) ฟอรมิก ไพรูวิก แลกติก แอซีติก ซิตริก

กอนใหความรอน 4.55 ± 0.30 0.27 ± 0.02 11.45 ± 0.18 0.61 ± 0.03 4.56 ± 0.11 หลังใหความรอน 7.31 ± 0.57 0.43 ± 0.04 11.35 ± 0.04 0.68 ± 0.09 5.41 ± 0.06

คาในตารางคอืคาเฉลี่ย ± SD (n=6)

72

ประวัติผูวิจัย

ชื่อ-สกลุ นางสาว พิศมยั ศรีชาเยช ที่อยู 86 ซอยหมูบานสินธร ถ.นวมินทร แขวงคลองจั่น เขตบางกะป กรุงเทพฯ 10240

โทรศัพท 0-1909-0962 ประวัติการศกึษา

พ.ศ. 2540 สําเร็จการศึกษาปริญญาวทิยาศาสตรบัณฑิต สาขาเทคโนโลยีอาหารมหาวิทยาลยัศิลปากร พระราชวังสนามจนัทร นครปฐม

พ.ศ. 2545 ศึกษาตอระดับปริญญามหาบัณฑิต สาขาวิชาเทคโนยอีาหาร บัณฑติวิทยาลัย มหาวิทยาลัยศิลปากร พระราชวงัสนามจนัทร นครปฐม

ประวัติการทาํงาน พ.ศ. 2541-2547 ฝายวิจยัและพัฒนาผลิตภัณฑอาหาร บริษัทโคฟ จํากดั อ.กระทุมแบน

จ.สมุทรสาคร

Documents

ผลของสภาวะการผลิตและกระบวนการให ความร อนตุ ณลัอคกษณะทาง ... · EFFECT OF MANUFACTURING