การปรับปรุงลักษณะทางกายภาพของเจลอินูลินด้วยกระบวนการ โฮโมจิไนซ์เซชั่นเพื่อใช้เป็นสารทดแทนไขมันในผลิตภัณฑ์บัตเตอร์เค้ก: Modification of Physical Properties of Inulin Gel with Homogenization for Using as a Fat Replacement in Butter Cake Product

Surathanan Kongwan; Sarinrat Waidecha; Parichat Teepat

Authors

Surathanan Kongwan Department of Innovation and Product Development Technology, Faculty of Agro-industry, King Mongkut’s University of Technology North Bangkok Prachinburi Campus, Muang, Prachinburi 25230
Sarinrat Waidecha Department of Innovation and Product Development Technology, Faculty of Agro-industry, King Mongkut’s University of Technology North Bangkok Prachinburi Campus, Muang, Prachinburi 25230
Parichat Teepat Department of Innovation and Product Development Technology, Faculty of Agro-industry, King Mongkut’s University of Technology North Bangkok Prachinburi Campus, Muang, Prachinburi 25230

Keywords:

เจลอินูลิน, โฮโมจิไนซ์เซชั่น, สารทดแทนไขมัน, บัตเตอร์เค้ก, Inulin gel, Homogenization, Fat replacer, Butter Cake

Abstract

วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้เพื่อศึกษาผลของกระบวนการโฮโมจิไนซ์เซชั่นต่อลักษณะทางกายภาพของเจลอินูลินร่วมกับศึกษาอัตราส่วนที่เหมาะสมสำหรับการนำเจลอินูลินมาใช้เป็นสารทดแทนไขมันในผลิตภัณฑ์บัตเตอร์เค้ก โดยเริ่มจากวางแผนการทดลองแบบสุ่มสมบูรณ์ในการศึกษาผลของความเร็วรอบในกระบวนการโฮโมจิไนซ์เซชั่นต่อลักษณะทางกายภาพของสารละลายอินูลินที่มีความเข้มข้น ร้อยละ 20 โดยน้ำหนัก จำนวน 3 ระดับ ได้แก่ ความเร็ว 0(H1), 5,000(H2) และ10,000(H3) รอบต่อนาที และเก็บที่อุณหภูมิ 10±1 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 24 ชั่วโมง จากการศึกษาพบว่า เมื่อเพิ่มความเร็วรอบในการโฮโมจิไนซ์เซชั่นเจลอินูลินมีขนาดอนุภาคที่เล็กลง และมีพื้นที่ผิวจำเพาะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้มีค่าความสว่าง (L*) ค่าความหนืดและค่าความแข็งของเจลเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (P<0.05) จากนั้นศึกษาโดยการจัดสิ่งทดลองแบบแฟคทอเรียล 3x3 ในแผนการทดลองแบบสุ่มสมบูรณ์ ต่อการนำเจลอินูลินมาใช้ทดแทนไขมันในผลิตภัณฑ์บัตเตอร์เค้ก ปัจจัยที่ 1 ได้แก่ สารละลายอินูลินความเข้มข้น ร้อยละ 20 โดยน้ำหนัก ที่ผ่านการโฮโมจิไนซ์เซชั่นที่ความเร็ว 0(H1), 5,000(H2) และ 10,000(H3) รอบต่อนาที ร่วมกับปัจจัยที่ 2 ได้แก่ อัตราส่วนการใช้เจลอินูลินทดแทนไขมันที่ร้อยละ 50(E1), 75(E2) และ 100(E3) โดยน้ำหนัก พบว่าเมื่อเพิ่มอัตราส่วนการทดแทนด้วยเจลอินูลินที่ผ่านการโฮโมจิไนซ์เซชั่นที่ความเร็วรอบที่สูงขึ้น (E1H1, E1H2, E1H3, E2H1, E2H2, E2H3, E3H1, E3H2, E3H3) ส่วนผสมของแบตเตอร์ (Cake Batter) ก่อนอบ มีค่าความหนืด และค่าความคงตัวของอิมัลชั่นที่เพิ่มขึ้น จึงทำให้คุณภาพบัตเตอร์เค้ก (Butter Cake) มีค่าเนื้อสัมผัสด้านแข็ง (Hardness) ความสามารถในการเคี้ยว (Chewiness) และการเกาะรวมตัว (Cohesiveness) เพิ่มมากขึ้น ในขณะที่ค่าการสปริงตัว (Springiness) และปริมาตรจำเพาะของผลิตภัณฑ์มีค่าลดลงอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (P<0.05) ส่งผลให้ผู้บริโภคมีคะแนนความชอบโดยรวมในผลิตภัณฑ์ลดลง อย่างไรก็ตามพบว่าการนำเจล อินูลินที่ผ่านการโฮโมจิไนซ์เซชั่นที่ความเร็ว 5,000 รอบต่อนาที มาทดแทนไขมันที่ร้อยละ 50 (E1H2) จะทำให้ได้ผลิตภัณฑ์บัตเตอร์เค้กที่มีคุณภาพใกล้เคียงกับผลิตภัณฑ์สูตรควบคุม

The objective of this research were to study the effect of homogenization on physical properties of inulin gel and to determine the optimum ratio of inulin gel as fat replacement in butter cake. The experiment was conducted in completely randomized design (CRD) to study the effect of various level of homogenization speed at 0(H1), 5,000(H2), 10,000(H3) rpm on physical properties of 20% (w/w) inulin solution at storage temperature at 10±1 ^oC for 24 hour. The results indicated that the particle size of inulin gel decreased and specific surface area increased when speed of homogenization increased. As a result, lightness (L*), viscosity and gel strength of inulin gel significantly increased (P<0.05). Then, the experiment was conducted by 3x3 full factorial in completely randomized design (CRD) to study the effect of speed of homogenization of 20% w/w inulin solution at 0(H1), 5,000(H2), 10,000(H3) rpm and storage temperature at 10±1^oC for 24 hour and the effect of replacement ratio of inulin gel at 50%(E1), 75%(E2) and 100%(E3) w/w. The results showed that increase in replacement ratio inulin gel (E1H1, E1H2, E1H3, E2H1, E2H2, E2H3, E3H1, E3H2 and E3H3) resulted in inversing viscosity and emulsion stability of cake batters. Moreover hardness, chewiness and cohesiveness of butter cake increased with replacement ratio of inulin gel, while springiness and specific volume of butter cake significantly decreased (P<0.05). Sensory analysis showed that overall liking scale of consumers in the product decreased with increasing replacement ratio of inulin gel. However, using inulin gel homogenized at speed of 5,000 rpm at 50% of fat replacement (E1H2) gave a similar qualities of butter cake compared to the control product.

References

AACC. (2000). Approved Methods of the American Association of Cereal Chemists (10th ed.). Method 61-02. The Association: St. Paul, Minnesota.

AOAC. (2000). Official Method of Analysis of AOAC International (18th ed.), The Association of official Analytical Chemists: Arlington, Virginia.

Bath, D. E., Shelke, K., & Hoseney, R. C. (1992). Fat replacers in high-ratio layer cakes. Cereal Foods World, 37(7), 495-500.

Cervera, S. M., Salvador, A., & Sanz, T. (2015). Cellulose ether emulsions as fat replacers in muffins: Rheological, thermal and textural properties. LWT - Food Science and Technology, 63, 1083-1090.

Chiewchan, N., Phungamngoen, C., & Siriwattanayothin, S. (2006). Effect of homogenizing pressure and sterilizing condition on quality of canned high fat coconut milk. Journal of Food Engineering, 73, 38–44.

Franck, A. (2002). Technological functionality of inulin and oligofructose. British Journal of Nutrition, 87, 287- 291.

Franck, A., & De Leenheer, L. (2005). Inulin. In A. Steinbuchel, & S. K. Rhee (Eds.), Polysaccharides and polyamides in the food industry: properties, production, and patents (pp. 281–321.). Weinheim: Wiley-VCH.

Garcia, J. R., Laguna, L., Puig, A., Salvador, A. & Hernando, I. (2013). Effect of fat replacement by inulin on textural and structural properties of short dough biscuits. Food Bioprocess Technology, 6, 2739–2750.

Garcia, J. R., Puig, A, Salvador, A., & Hernando, I. (2012). Optimization of a sponge cake formulation with inulin as fat replacer: structure, physicochemical, and sensory properties. Journal of Food Science, 77(2), 189-197.

García, J. R., Sahi, S. S., & Hernando, I. (2014). Functionality of lipase and emulsifier in low-fat cakes with inulin. Food Science and Technology, 58, 173-182.

Giarnetti, M., Paradiso, V. M., Caponio, F., Summo, C., & Pasqualone, A. (2015). Fat replacement in shortbread cookies using an emulsion filled gel based on inulin and extra virgin olive oil. LWT - Food Science and Technology, 63(1), 339–345.

Hennelly, P. J., Dunne, P. G., Sullivan, M., & Riordan, E. M. (2006). Textural rheological and microstructure properties of imitation chesses containing inulin. Journal of Food Engineering, 75, 388-395.

Ipsen, R., Otte, J., Lozahic, G., & Qvist, K. B. (2001). Microstructure and viscosity of yoghurt with inulin added as a fat replacer. Annual Transactions of the Nordic Rheology Society, 9, 59–62.

Kim, Y., Faqih, M. N., & Wang, S. S. (2001) Factors affecting gel formation of inulin. Carbohydrate Polymers, 46, 135-145.

Lourencetti, R. E., Benossi, L., Marques, D. R., Joia, B. M., & Monteiro, A. R. G. (2013). Development of biscuit type cookie with partial replacement of fat by inulin. International Journal of Food Sciences and Nutrition, 2(5), 261-265.

Mendoza, E., Garcia, M. L., Casas, C., & Selgas, M. D. (2001). Inulin as fat substitute in low fat, dry fermented sausages. Meat Science, 57(4), 387–393.

Niness, K. (1999). Breakfast foods and the health benefits of inulin and oligofructose. Cereal Food Word, 44(2), 79-81.

Psimouli, V., & Oreopoulou, V. (2013). The effect of fat replacers on batter and cake properties. Journal of Food Science, 78(10), 1495-502.

Ratanadilok, P. (Ed.). (2011). Cake Passion (pp. 70-73). Bangkok (Thailand): Sangdad Publishing.

Roberfroid, M. (1993). Dietary fiber, inulin and oligofructose a review comparing their physiological effects. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 33, 103–148.

Ronkart, S. N., Paquot, M., Deroanne, C., Fougnies, C., Besbes, S., & Blecker, C. S. (2010). Development of gelling properties of inulin by microfluidization. Food Hydrocolloids, 24(4), 318–324.

Sabatel, S. A., Maranon, I. M., & Arboleya, J. C. (2015). Impact of high pressure homogenization (HPH) on inulin gelling properties, stability and development during storage. Food Hydrocolloids, 44, 333–344.

Srikhampha, W. (2008). Inulin in Jerusalem artichoke: extraction, determination and effect on physical and chemical properties of low fat cake. (Master’s thesis). Khon Kaen University, Khon Kaen.

Srithunma, S. (2002) Effects fat content and homogenization pressure on apparent viscosity of coconut milk. (Master’s thesis). King Mongkut’s University of Technology Thonburi, Bangkok.

Turabi, E., Sumnu, G., & Sahin, S. (2008). Rheological properties and quality of rice cake formulates with different gums and emulsifier blend. Food Hydrocolloids, 22, 305-316.

Wongjunpen, P. (1998). Utilization of carbohydrate based fat replacer and emulsifier in the production of low-calorie butter cake. (Master’s thesis). Chulalongkorn University, Bangkok.

Yoo, B., Lee S. M., & Chang, Y. H. (2001). Rheological properties of Kochujang as affected by particle size of red pepper powder. Journal of Food Science and Biotechnology, 10(3), 311-314.

Zahn, S., Pepke, F., & Rohm, H. (2010). Effect of inulin as a fat replacer on texture and sensory properties of muffins. International Journal of Food Science and Technology, 5(12), 2531 – 2537.

Zbikowska, A., & Rutkowska, J. (2008). Possibility of partial replacement of fat by inulin cookies in order to decrease their caloric value. Polish Journal of Food and Nutrition Sciences, 58(1), 113-117.