Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
การดัดแปรสตาร์ชมันสำปะหลังในสถานะของแข็งด้วยพลาสมาที่ไม่ใช้ความร้อน
Year (A.D.)
2021
Document Type
Thesis
First Advisor
Jirarat Anuntagool
Second Advisor
Thiti Bovornratanaraks
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Department (if any)
Department of Food Technology (ภาควิชาเทคโนโลยีทางอาหาร)
Degree Name
Master of Science
Degree Level
Master's Degree
Degree Discipline
Food Technology
DOI
10.58837/CHULA.THE.2021.181
Abstract
The objective of this research was to investigate the physical, chemical, and functional properties of tapioca starch subjected to solid-state modification by using nonthermal dielectric barrier discharge (DBD) plasma treatment using different gases (helium and argon), voltage levels (10 kV and 15 kV), and treatment times (5, 10, and 15 minutes). After treatment, an increase in L* value and a marginal decrease in pH value of all treated samples were noted. Scanning electron micrographs showed dented starch granules after the plasma treatment but showed birefringence. From XRD measurement, all samples showed a characteristic C-type diffraction pattern but a reduction in the relative crystallinity after plasma treatment. Native tapioca starch contained 99.06% carbohydrate, 0.15% crude fiber, 0.18% fat, 0.14% ash, and 0.46% protein on a dry weight basis. There was no significant difference in the moisture content of argon plasma-treated samples (P≥0.05), but a reduction in moisture content was found after using helium plasma treatment (P<0.05). The modified starch samples tended to have higher amylose content and reducing sugars with increasing voltage levels and times. However, increasing the treatment time from 5 to 15 minutes at 15 kV for helium plasma caused the amylose content to reduce (P<0.05). Fourier Transform Infrared (FTIR) spectra did not show the new formation of functional groups after treatments. No significant change in the intensity ratio of 1047/1022 cm-1 compared to native samples (P≥0.05) except for the treatment at 10 kV for 5 min of argon plasma (P<0.05). After treatment, the weight-average molecular weight of amylopectin was smaller than that of native starch. A significant reduction in peak viscosity, breakdown, and setback was observed (P<0.05). However, no significant change in the pasting temperature of treated samples was found compared to the native sample. The samples with lower breakdown and setback percentages were found for 5 minutes treatment using argon plasma (P<0.05). After increasing voltage levels and times of modification, an increase in solubility and water binding capacity was observed, while swelling power was reduced. The frequency sweep rheological test revealed that 6% (w/w) starch paste samples had higher G' than G", indicating dominant elastic behavior. The higher G' value of starch pastes was observed when using 5 minutes of argon and helium plasma treatment with lower tan δ. However, G' decreased with increasing treatment time due to depolymerization. Flow tests on 6% gelatinized modified starch pastes showed a lower thixotropy and consistency index (K) value after increasing both gas types' voltage levels and treatment time. The results confirmed the effectiveness of DBD plasma treatment in modifying tapioca starch properties.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาสมบัติทางกายภาพ เคมี และสมบัติเชิงหน้าที่ของการดัดแปรสตาร์ชมันสำปะหลังในสถานะของแข็งด้วยพลาสมาแบบดิสชาร์จชนิดข้ามฉนวนโดยแปรชนิดของแก๊ส (ฮีเลียม และ อาร์กอน) แรงดันไฟฟ้า (10 และ 15 กิโลโวลต์) และเวลาดัดแปร (5, 10 และ 15 นาที) ภายหลังจากการดัดแปรพบว่าตัวอย่างมีค่า L* เพิ่มขึ้น ขณะที่ค่า pH ลดลง ภาพจากเครื่องอิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) พบว่า พื้นผิวเม็ดสตาร์ชดัดแปรบางส่วนถูกทำลายแต่ยังพบ birefringence ที่ชัดเจน จากการวิเคราะห์โครงสร้างผลึกด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) พบว่า ทุกตัวอย่างมีโครงสร้างผลึกเป็นแบบ C แต่พบการลดลงของปริมาณความเป็นผลึกภายหลังจากการดัดแปรด้วยพลาสมา สตาร์ชมันสำปะหลังมีคาร์โบไฮเดรต เส้นใยหยาบ ไขมัน เถ้า และโปรตีนเท่ากับร้อยละ 99.06, 0.18, 0.14 และ 0.46 โดยน้ำหนักแห้ง ตามลำดับ เมื่อดัดแปรตัวอย่างโดยใช้แก๊สอาร์กอนพบว่าปริมาณความชื้นไม่แตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ (P≥0.05) อย่างไรก็ตาม ตัวอย่างที่ดัดแปรโดยใช้แก๊สฮีเลียมส่งผลให้ปริมาณความชื้นลดลงอย่างมีนัยสำคัญ (P<0.05) ในการดัดแปรสตาร์ชด้วยพลาสมาส่งผลให้ปริมาณแอมิโลสและน้ำตาลรีดิวซ์สูงขึ้นเมื่อเพิ่มระดับแรงดันไฟฟ้าและเวลาดัดแปร อย่างไรก็ตามเมื่อเพิ่มเวลาดัดแปรตัวอย่างด้วยแก๊สฮีเลียมจาก 5 เป็น 15 นาที ที่ 15 กิโลโวลต์ พบว่าปริมาณแอมิโลสมีค่าลดลง จากการวิเคราะห์หมู่ฟังก์ชันด้วยเทคนิค Fourier transform infrared (FTIR) พบว่าการดัดแปรสตาร์ชด้วยพลาสมาไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงหมู่ฟังก์ชัน และไม่มีการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนเลขคลื่นที่ 1047 และ 1022 cm-1 (P≥0.05) ยกเว้นตัวอย่างที่ดัดแปรด้วยแก๊สอาร์กอนที่ 10 กิโลโวลต์ เวลาดัดแปร 5 นาที (P<0.05) ขนาดโมเลกุลเฉลี่ยโดยน้ำหนักของแอมิโลเพกตินที่ผ่านการดัดแปรด้วยพลาสมามีขนาดเล็กกว่าตัวอย่างที่ไม่ผ่านการดัดแปร นอกจากนี้ยังพบว่า ค่า peak viscosity, breakdown และ setback ลดลงภายหลังจากการดัดแปร (P<0.05) ขณะที่ค่า pasting temperature ของตัวอย่างดัดแปรไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ (P≥0.05) การดัดแปรตัวอย่างเป็นระยะเวลา 5 นาที ด้วยแก๊สอาร์กอนทำให้ค่าร้อยละ breakdown และ setback ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ (P<0.05) ค่าการละลายและค่าความสามารถในการจับน้ำของตัวอย่างตัวอย่างที่ดัดแปรมีค่าเพิ่มขึ้น หลังจากเพิ่มระดับแรงดันไฟฟ้าและเวลาดัดแปร ขณะที่ค่าการพองตัวของตัวอย่างดัดแปรลดลง การทดสอบสมบัติวิทยากระแสแบบ frequency sweep พบว่า ตัวอย่างเพสต์สตาร์ช (ร้อยละ 6) มีค่า G' สูงกว่า G" แสดงถึงความเป็นลักษณะของความเป็นแข็งมากกว่าของเหลว การดัดแปรตัวอย่างที่เวลา 5 นาทีด้วยแก๊สอาร์กอนและฮีเลียมทำให้มีค่า G' สูงขึ้น ในทางกลับกัน หากเพิ่มเวลาดัดแปรและแรงดันไฟฟ้าส่งผลให้ค่า G' ลดลง ด้านสมบัติทางการไหลของตัวอย่างเพสต์สตาร์ชดัดแปรที่ผ่านการเจลลาติไนซ์ (ร้อยละ 6) พบว่าความเป็น thixotropy และ ค่า consistency index (K) ลดลง เมื่อเพิ่มระดับแรงดันไฟฟ้า และเวลาดัดแปร ผลการทดลองยืนยันถึงประสิทธิภาพของการดัดแปรสมบัติสตาร์ชมันสำปะหลังด้วยพลาสมาแบบดิสชาร์จชนิดข้ามฉนวน
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Srangsomjit, Natchanon, "Solid-state modification of tapioca starch using non-thermal plasma" (2021). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 4723.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/4723