รายละเอียดโครงการวิจัย
- ชื่อโครงการ (ภาษาไทย) :
- การเพิ่มมูลค่าข้าวสายพันธุ์พื้นเมืองในจังหวัดนครสวรรค์ โดยการผลิตข้าวแดงจากเชื้อรา Monascus purpureus
- ชื่อโครงการ (ภาษาอังกฤษ) :
- The value added of local strain rice in Nakhon Sawan province by red rice production from Monascus purpureus
- หน่วยงานเจ้าของโครงการ :
- คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
- ลักษณะโครงการวิจัย :
- โครงการวิจัยเดี่ยว
- ลักษณะย่อยโครงการวิจัย :
- ไม่อยู่ภายใต้แผนงานวิจัย/ชุดโครงการวิจัย
- ประเภทโครงการ :
- โครงการวิจัยใหม่
- วันเริ่มต้นโครงการ :
- 1 ตุลาคม 2559
- วันสิ้นสุดโครงการ :
- 30 กันยายน 2560
- ประเภทของการวิจัย :
- งานวิจัยประยุกต์
- ความสำคัญและที่มาของปัญหา :
- ข้าวแดง (อังคัก) เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีกระบวนการการผลิตจากการนำข้าวมาผ่านกระบวนการหมักใน รูปแบบ การหมักแบบใช้ของแข็ง (solid-state fermentation) โดยการใช้เชื้อราMonascus sp. สายพันธุ์ต่างๆ โดยข้าวแดงนั้นถือได้ว่าเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีสารเคมีที่มีประโยชน์ทางการแพทย์มากมายหลายชนิดซึ่งเกิดจากการผลิตโดยเชื้อรา Monascus จากการใช้ข้าวเป็นวัตถุดิบตั้งต้นในการหมัก (substrate) ดังนั้นข้าวแดงจึงเป็นอาหารที่ได้รับความนิยมในการนำมาบริโภคกันอย่างแพร่หลายในแถบเอเซีย ไม่ว่าจะเป็น ญี่ปุ่น อินโดนีเซีย ไต้หวัน และฟิลิปปินส์ กลุ่มประเทศเหล่านี้ได้นำเอาข้าวแดงมาใช้เป็นอาหารเสริม นำมาบริโภคกัน อย่างแพร่หลาย ข้าวแดงอุดมไปด้วยสารที่มีประโยชน์ เช่น กาบา (gamma amino butyric acid; GABA) และสารต้านอนุมูลอิสระชนิดต่างๆ (antioxidant) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สารประกอบกาบา (GABA) ซึ่งเป็นสารอาหารที่ได้รับการกล่าวถึงมากมายถึงสรรพคุณที่สามารถช่วยลดระดับความดันในเลือดที่สูง (antihypertension) บำบัดอาการซึมเศร้า (antidepression) และทำหน้าที่เป็นสารสื่อประสาท (neurotransmitter) ชนิดกลุ่มสารสื่อประสาทประเภทกรดอะมิโน ซึ่งทำหน้าที่ในการรักษาสมดุลของสมองที่ได้รับการกระตุ้น ช่วยทำให้ผ่อนคลายหลับสบาย และกระตุ้นต่อมใต้สมองส่วนหน้าซึ่งทำหน้าที่ผลิตฮอร์โมนที่ช่วยในการเจริญเติบโต ช่วยสร้างเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อ และป้องกันการสะสมไขมัน กลุ่มโรคชนิดอื่นๆที่มักจะเกิดขึ้นจากโรคทางพันธุกรรมร่วมกับการใช้ชีวิตในแบบของคนสมัยใหม่ เช่น โรคเบาหวาน (diabetes) และโรคกระดูกพรุน (osteoporosis) ก็พบว่าสามารถบำบัดให้ดีขึ้นได้จากการบริโภคข้าวแดง ข้าวเป็นพืชผลทางการเกษตรหลักของประเทศไทย ในช่วงปี พ.ศ.2556-2557 ประเทศไทยสามารถส่งออกข้าวได้มากเป็นอันดับ 1 ของโลก โดยมีปริมาณส่งออก 10.3 ล้านตัน อันเนื่องจากการปรับลดราคาข้าวให้ใกล้เคียงกับราคาข้าวของประเทศคู่แข่ง ทำให้กลไกดังกล่าวนี้ส่งผลต่อเกษตรกร จากข้อมูลของราคาข้าวที่เกษตรกรขายได้ ณ ไร่นา ในปี พ.ศ.2557 เทียบกับปี พ.ศ.2556 พบว่าราคาเฉลี่ยลดลง เช่น ข้าวเปลือกหอมมะลิเฉลี่ยราคาตันละ 13,782 บาท ลดลงจากปีก่อนร้อยละ 11.6 โดยปี พ.ศ.2556 ราคาขายเฉลี่ยอยู่ที่ตันละ 15,582 บาท ดังนั้นจากปัญหาดังกล่าวนี้ซึ่งมีแนวโน้มที่อาจจะปรับลดลงอีกในปี พ.ศ. 2558 เกษตรกรควรที่จะมีการนำข้าวที่มีคุณภาพดีอยู่แล้วมาทำการพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูงขึ้น ย่อมเป็นกลไกที่มีประสิทธิภาพเป็นการเพิ่มมูลค่าของข้าวให้สูงยิ่งขึ้น จังหวัดนครสวรรค์ถือได้ว่าเป็นแหล่งปลูกข้าวที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในภาคเหนือและยังถือว่าเป็นตลาดกลางข้าวเปลือก “ท่าข้าวกำนันทรง” ที่ใหญ่และมีชื่อเสียงที่สุดในประเทศไทย ดังนั้นจึงถือได้ว่า ข้าว คือ พืชเศรษฐกิจที่มีความสำคัญต่อเกษตรกรในจังหวัดนคสวรรค์เป็นอย่างยิ่ง ดังนั้นในการทำวิจัยเชิงท้องถิ่นในครั้งนี้จึงเลือกนครสวรรค์เป็นพื้นที่ทำวิจัย (area based) โดยมีข้าวพันธุ์พื้นเมืองในนครสวรรค์เป็นเป้าหมายหลักในการนำมาผ่านการแปรรูปให้เป็นผลิตภัณฑ์ข้าวแดง อาหารโภชนาการสูงต่อไป แต่อย่างไรก็ตามสิ่งที่ยังคงเป็นปัญหาต่อผู้บริโภคข้าวแดงในปัจจุบันนั้นก็คือ การที่เชื้อรา Monascus นั้นมีการผลิตกลุ่มสารทุติยภูมิซิตรินิน (citrinin) ขึ้นในกระบวนการหมัก โดยสารชนิดนี้นั้นจัดเป็นสารที่มีคุณสมบัติในการทำลายไต (hepato-nephotoxin) ดังนั้นปัญหาดังกล่าวนี้จึงควรได้รับการนำมาวิจัยเพื่อปรับปรุงปริมาณซิตรินินในข้าวแดงให้มีปริมาณลดลงหรือน้อยที่สุด ในการทำวิจัยครั้งจึงมีวัตถุประสงค์ที่จะทำการศึกษาปัจจัยต่างๆที่มีผลต่อการลดปริมาณซิตรินินในข้าวแดงได้ เช่น การทดลองใช้ข้าวสายพันธุ์ต่างๆเป็นวัตถุดิบ การใช้เชื้อรา Monascus ต่างสายพันธุ์ในการหมัก รวมถึงนำเชื้อราMonascus สายพันธุ์ที่มีปริมาณการผลิตซิตรินินทีต่ำอยู่แล้วมาทำการเหนี่ยวนำให้กลายพันธุ์เพื่อให้ได้ Monascus ที่มีคุณสมบัติเป็นสายพันธุ์กลายที่ปราศจากการผลิตซิตรินิน (citrinin-free mutant strain) เป็นต้น นอกจากนี้การหาสภาวะที่เหมาะสมต่อการผลิตข้าวแดงที่มีปริมาณสารที่มีประโยชน์ทางด้านการแพทย์ที่น่าสนใจ เช่น กาบา (GABA) ก็เป็นอีกหนึ่งเป้าหมายที่สำคัญในการทำวิจัยครั้งนี้ ท้ายที่สุดนั้นองค์ความรู้ทีเกิดขึ้นจากการทำวิจัยในครั้งนี้ก็จะถูกถ่ายทอดสู่ชุมชนต่อไปในอนาคต
- วัตถุประสงค์ของโครงการ :
- 1. เพื่อศึกษาผลของสายพันธุ์เชื้อรา Monascus purpureusและชนิดของข้าวสายพันธุ์พื้นเมือง ในจังหวัดนครสวรรค์ ต่อการผลิตสารกาบา และซิตรินินในข้าวแดง 2. เพื่อศึกษาผลของการปรับปรุงสายพันธุ์เชื้อรา Monascus purpureus ต่อการผลิตสารกาบา และซิตรินินในข้าวแดง 3. เพื่อศึกษาสภาวะทางกายภาพบางประการต่อการผลิตสารกาบา และซิตรินินในข้าวแดงจากการหมักข้าวพื้นเมืองสายพันธุ์ที่เหมาะสมโดยเชื้อรา Monascus purpureus สายพันธุ์ที่เหมาะสม
- ขอบเขตของโครงการ :
- เป็นการวิจัยเชิงปริมาณ โดยการวิจัยครั้งนี้เป็นการวิจัยพัฒนาทดลอง มีขอบเขตของการวิจัยในการศึกษา หาสภาวะที่เหมาะสมต่อการผลิตกลุ่มสารสำคัญทางการแพทย์ที่มีคุณประโยชน์ต่อผู้บริโภค เช่น กาบา รวมถึงการหาสภาวะที่ทำให้ปริมาณซิตรินินในข้าวแดงมีปริมาณต่ำที่สุด โดยการทดลองใช้รา Monascus สายพันธุ์ต่างๆ การทดลองใช้ข้าวสายพันธุ์พื้นเมืองในจังหวัดนครสวรรค์ชนิดต่างๆ และการใช้สภาวะทางกายภาพ เช่น อุณหภูมิ ความเป็นกรด-ด่าง เพื่อให้ได้สภาวะที่เหมาะสมต่อการผลิตข้าวแดงที่มีคุณภาพสูงและพัฒนาต่อยอดให้เกิดประโยชน์สูงสุดสู่ชุมชนและประชาชนต่อไป
- ผลที่คาดว่าจะได้รับ :
- ทำให้เกษตรกรในจังหวัดนครสวรรค์มีรายได้เพิ่มขึ้นและมีสุขภาพที่ดีไปพร้อมๆกัน จากการแปรรูปข้าวให้เป็นผลิตภัณฑ์ "ข้าวแดง" ซึ่งสามารถนำมาบริโภคเป็นอาหารเสริมซึ่งออกฤทธิ์ต่อผู้ป่วยในกลุ่มโรคไขมัน และสามารถใช้ข้าวแดงในอุดสาหกรรมอาหารโดยการใช้เป็นสีผสมอาหาร ถือได้ว่าสามารถนำข้าวแดงมาต่อยอดเป็นผลิตภัณฑ์ชุมชนเพื่อการค้าได้
- วิธีการดำเนินการวิจัย และสถานที่ทำการทดลอง/เก็บข้อมูล :
- การทดลองที่ 1 ผลของสายพันธุ์ข้าว และสายพันธุ์ของเชื้อรา Monascus purpureus ต่อการผลิตสาร กาบา (GABA) และซิตรินิน (citrinin) ในข้าวแดง วัตถุดิบและการเตรียมวัตถุดิบ 1. ข้าวสายพันธุ์พื้นเมือง 3 สายพันธุ์ ได้แก่ ข้าวขาวอากาศ ข้าวพวงทอง และข้าวหอมใบเตย ในจังหวัดนครสวรรค์ 2. เชื้อรา Monascus purpureus 2 สายพันธุ์ ได้แก่ Monascus purpureus TISTR 3180 และ Monascus purpureus TISTR 3629 นำเชื้อรา Monascus purpureus ทั้ง 2 สายพันธุ์มาทำการเพาะเลี้ยงบนอาหาร potato dextrose agar (PDA) จากนั้นนำไปบ่มที่อุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 7-10 วัน เพื่อใช้เป็นเชื้อตั้งต้นในการหมัก (inoculum) จากนั้นทำการเตรียมวัตถุดิบข้าวโดยการนำข้าวทั้ง 2 สายพันธุ์ ที่ผ่านการขัดสีแล้วแล้ว ชนิดละ 25 กรัมมาทำการบรรจุลงในถุงโพลีโพพิลีน และทำการเติมน้ำกลั่นปริมาตร 25 มิลลิลิตร ลงไปในแต่ละถุงจากนั้นสวมคอขวดพลาสติกและทำอุดปิดด้วยก้อนสำลี จากนั้นนำไปทำการนึ่งฆ่าเชื้อที่อุณหภูมิ 121 องศาเซลเซียส นาน 15 นาทีภายใต้ความดันสูง ขั้นตอนและวิธีการทดลอง 1. ใช้ cork borer ขนาด 6 มิลลิเมตร มาทำการเจาะที่บริเวณปลายเส้นใยของเชื้อรา Monascus purpureus ที่เจริญเติบโตบนอาหาร PDA และเชื้อรา 2 ชิ้น ลงไปในถุงข้าวนึ่งที่ฆ่าเชื้อแล้วและนำไปบ่มที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 12 วัน จากเมื่อครบระยะเวลาในการหมักแล้ว ให้นำข้าวแดงมาทำการอบที่อุณหภูมิ 50 องศาเซลเซียส นาน 2 วัน จากนั้นข้าวแดงแห้งจำถูกนำมาบดและร่อนผ่านตะแกรงขนาด 80 เมช โดยในการทดลองดังกล่าวนี้เชื้อรา Monascus purpureus แต่ละสายพันธุ์ทดลองกับข้าวทั้ง 2 สายพันธุ์และทำการทดลองอย่างละ 3 ซ้ำ 2. นำผงข้าวแดงที่ได้มาทำการตรวจสอบหาปริมาณการผลิตสาระสำคัญทั้งกาบา และซิตรินิน ตามวิธีการของ Kono และ Himeno (2000) และ Carvalho และคณะ (2005) ตามลำดับ โดยแต่ละวิธีนั้นมีการนำมาดัดแปลงให้เหมาะสมต่อการทดลอง 2.1 การหารปริมาณกาบา นำผงข้าวแดง 1 กรัมมาทำการแช่ด้วยตัวทำละลาย 60% เอทานอล ปริมาตร 8 มิลลิลิตร ที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 24 ชั่วโมง จากนั้นนำมาทำการกรองผ่านตัวกรองที่มีขนาดรูพรุนเท่ากับ 0.45 มิลลิเมตรและนำไปทำการวิเคราะห์ด้วยเครื่อง HPLC ต่อไป 2.2 การหาปริมาณซิตรินิน นำผงข้าวแดง 1 กรัมมาทำการสกัดด้วยตัวทำละลายเอทิลอะซีเตท ปริมาตร 10 มิลลิลิตร และนำไปทำการปั่นหมุนด้วยความเร็ว 250 รอบต่อนาที ที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 1 ชั่วโมง จากนั้นนำไประเหยด้วยเครื่อง evaporator และทำการละลายสารแห้งกลับด้วยเมทานอล จากนั้นนำมาทำการกรองผ่านตัวกรองที่มีขนาดรูพรุนเท่ากับ 0.45 มิลลิเมตรและนำไปทำการวิเคราะห์ด้วยเครื่อง HPLC ต่อไป การทดลองที่ 2 ผลของเชื้อรา Monascus sp. ที่มีการนำมาปรับปรุงสายพันธุ์ ต่อการผลิตกาบา (GABA) และซิตรินิน (citrinin) ทำการคัดเลือกสภาวะที่เหมาะสมจากการทดลองย่อยที่ 1 ทั้งในส่วนของสายพันธุ์ข้าวและสายพันธุ์ของเชื้อราที่เหมาะสมต่อการผลิตกาบา และให้ผลการผลิตซิตรินินในปริมาณที่ต่ำที่สุด มาทำการทดลองต่อไป โดยการนำเชื้อรา Monascus purpureus สายพันธุ์ที่ให้ผลการทดลองดีที่สุดมาทำการชักนำให้กลายพันธุ์โดยรังสี UV ตามวิธีการของ Kalaivani และ Rajasekaran (2014) 1. ทำการเพาะเลี้ยง M. purpureus สายพันธุ์ที่ได้ทำการคัดเลือกเอาไว้มาทำการเพาะเลี้ยงในอาหารเหลว PDB นำไปทำการบ่มที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 7 วัน จากนั้นอาหารเหลวที่มีการเจริญของเชื้อมาทำการดูดสารละลายที่มีสปอร์ของเชื้อราแขวนลอยอยู่ปริมาตร 4 มิลลิลิตร มาทำการปล่อยลงในจานแก้วเปล่าที่ฆ่าเชื้อแล้ว จากนั้นนำจานอาหารไปทำการวางในตู้ปลอดเชื้อภายใต้รังสี UV ทำการเก็บจานอาหารในเวลาที่แตกต่างกันที่ 5, 10, 15, 20, 25 และ 30 นาที จากนั้นนำไปบ่มที่ต่อไปในที่มืดเป็นเวลา 8 ชั่วโมง นำของเหลวที่มีสปอร์ที่ถูกฉายด้วยแสง UV ในเวลาต่างๆกันมาทำการเจือจางเป็นลำดับส่วนแบบ 10 เท่า และนำของเหลวที่แต่ละความเจือจางมาทำการเพาะเลี้ยงในอาหารแข็ง PDA ต่อไป ทำการคัดเลือกสภาวะที่ให้อัตราการรอดของเชื้อราที่ 10 ถึง 0.1% เพื่อนำไปทำการทดลองต่อไป โดยสูตรการหาค่าอัตราการรอดของเชื้อรา คือ %Survival = Number of colonies under UV radiation x 100 Number of colonies in control 2. นำ M. purpureus ที่ผ่านการคัดเลือกมาทำการทดสอบคุณสมบัติในการเป็นสายพันธุ์ที่ปราศจากหรือผลิตซิตรินินน้อยลง ตามวิธีการของ Wang และคณะ (2004) โดยการนำโคโลนีของเชื้อราที่ต้องการทดสอบมาทำการเพาะเลี้ยงในอาหารเหลว PDB นำไปบ่มที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 7 วัน จากนั้นนำเชื้อรามาทำการลากบนอาหารแข็ง PDA ที่บริเวณกึ่งกลางของจานอาหารให้เป็นเส้นตรงนำไปบ่มที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 7 วัน จากนั้นทำการทำการลากเชื้อแบคทีเรียทดสอบ Bacillus substilis ที่มีความเข้มข้น 106 CFU ต่อมิลิลิตร ผ่านข้ามโคโลนีของเชื้อราจากนั้นนำไปบ่มที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 24 ชั่วโมง เชื้อกลายพันธุ์ที่แสดงค่าการยับยั้งเชื้อแบคทีเรียทดสอบในอัตราที่ต่ำหรือไม่มีการยับยั้งเกิดขึ้นเลยจะถูกเลือกเพื่อนำไปทดสอบต่อไป 3. นำ M. purpureus ที่ผ่านการคัดเลือกในข้อ 2. มาทำการหมักข้าวสายพันธุ์ที่ได้คัดเลือกจากการทดลองที่ 1 และนำข้าวแดงที่ได้ไปทำการทดสอบหาปริมาณสารกาบา และซิตรินิน ต่อไป การทดลองที่ 3 เพื่อศึกษาผลของอุณหภูมิต่อการผลิตสารกาบา และซิตรินินในข้าวแดงจากการหมักข้าวพื้นเมืองสายพันธุ์ที่เหมาะสมโดยเชื้อรา Monascus purpureus สายพันธุ์ที่เหมาะสม นำเชื้อรา Monascus purpureus สายพันธุ์กลายที่มีคุณสมบัติที่เหมาะสมจากทดลองที่ 2 มากทำกาหมักในข้าวสายพันธุ์พื้นเมืองที่ได้รับการคัดเลือกจากการทดลองที่ 1 ทำการหมักตามวิธีการที่ได้อธิบายไว้ในการทดลองที่ 1 แต่ทำการปรับเปลี่ยนอุณหภูมิในการบ่มเป็น 4 อุณหภูมิ ที่ 15, 30, 37 และ 45 องศาเซลเซียส จากนั้นนำข้าวแดงมาทำการทดสอบหาปริมาณสารกาบา และซิตรินิน ต่อไป
- คำอธิบายโครงการวิจัย (อย่างย่อ) :
- การประยุกต์นำจุลินทรีย์เชื้อรามาผลิตข้าวแดงจากการนำข้าวสายพันธุ์พื้นเมืองในจังหวัดนครสวรรค์มาทำการหมักซึ่งเป็นอาหารที่มีโภชนาการสูง
- รายชื่อนักวิจัยในโครงการ :
-
ลำดับที่ รายชื่อ ประเภทนักวิจัย บทบาทหน้าที่ สัดส่วน 1 นายธีระยุทธ เตียนธนา นักวิจัยภายในมหาวิทยาลัย หัวหน้าโครงการวิจัย 60% 2 นายพันธ์ระวี หมวดศรี นักวิจัยภายในมหาวิทยาลัย ผู้ร่วมวิจัย 15% 3 นางสาวติยะภรณ์ เหลืองพิพัฒน์ นักวิจัยภายในมหาวิทยาลัย ผู้ร่วมวิจัย 15% 4 นางสาวเรณู อยู่เจริญ นักวิจัยภายในมหาวิทยาลัย ผู้ร่วมวิจัย 10%
สถาบันวิจัยและพัฒนา
มหาวิทยาลัยราชภัฏนครสวรรค์ ศูนย์การศึกษาย่านมัทรี398/1 หมู่ 3 ตำบลย่านมัทรี อำเภอพยุหะคีรี
จังหวัดนครสวรรค์ 60130
