Product development of low fat- creamer powder using Hom Mali Rice substitution

Abstract

This research aimed at developing a product prototype of low-fat non-dairy creamer powder (NCP) using Hom Mali Rice (HMR) substitution. We investigated the properties of HMR and commercial NCP surveying and general characteristics of product formulation to obtain the good qualities and the consumer acceptances. The Mixture Designs program was used for formulating products with 3 variables. Firstly, HMR was varied between 45 – 50 (x1=45-50), followed by the carrageenan was varied between 0-10 (x2=0 – 5) and the polysorbate 60 was varied between 0-10 (x3=0 – 5). These formulas were evaluated for optimal proportions of the ingredients compared to the physical and chemical properties. The two optimization processes were hot air drying (50°C, 60°C and 70°C) (moisture content <5% and aw value < 0.6 ) and spray drying of the entrance temperatures were 170°C, 180°C and 190°C and the exit temperatures were 90°C and 100°C. The products were determined for their physical, chemical properties and the consumer acceptances as well as shelf life.

The results showed that HMR has protein, carbohydrate and L*(lightness) contents, low fat content, water activity (aw) and moisture contents. The results of commercial NCP found that the coffe mate brand was low aw value whereas solubility was higher level (95%) including market share was 25% from previous study when compared to two commercial creamer brands thus, the basic formula of prototype product was followed by the coffe mate brand. The main ingredients of this band were 34.23 % palm oil, 0.5% lecithin, 3.28% sodium carcinine, 14.07% maltodextrin, 2.34% inulin, 7.03% glucose syrup, 2.34% skimmed milk and 1% silicon dioxide, respectively. The Mixture Designs program was used in user-defined design model of 13 treatments. The physical and chemical properties found that viscosity of ranged from 376.89 to 3330.67 cp, stability ranged from 94.00% to 99.50%, solubility ranged from 79.33% to 90.00%. The contents of colour parameters, L* ranged from 83.38 to 93.25, red colour (a*) ranged from-0.05 to -0.61 and yellow colour (b*) ranged from 10.17 to 16.72, moisture contents ranged from 0.24 to 2.23 (g/100g), protein ranged from 31.42 to 39.40 (g/100g) and peroxide value ranged from 1.25 -9.49 meq Oxygen/kg, respectively. The results of the optimal conditions prediction for HMR, carrageenan and polysorbate 60, by analyzing regression equations presented that the model relationship between factors studied on fat content, moisture content, stability, aw and colour ( L* and a*). These results could explain the model relationship with HMR, carrageenan and polysorbate 60 with level of 95%. The contour plot found that the formulas were evaluated for optimal proportions. There were 43.14 % HMR, 2.85% carrageenan and 4.02% polysorbate 60, with the desirability was 0.700 led to present the contents of component in product which had the low moisture content and aw were 0.91 (g/100g) and 0.270, while the fat content was 33.69 (g/100g), stability were 98.70 %, viscosity were 2226.48 cp and the colour values ( L* 87.20 and a* were -0.16), respectively. The process optimization found that was hot air drying at 50 °C had the low aw (0.33) and fat content (29.57 g/100g), the highest lightness (L*), stability (99.17%), solubility (86.67%), protein content (4.93 g/100g) and carbohydrate content (57.65 g/100g). The optimization of spray drying at 170 °C had the low aw (0.29) and moisture content (0.88 g/100g), the highest lightness (L*, 96.75), stability (99.70 %), solubility (88.67%), protein content (4.93 g/100g) and carbohydrate content (58.09 g/100g) and the fat content (34.78 g/100g) in the standard range. The result of sensory properties in 2 methods, 7-point hedonic scale and scoring test from 30 panelists of products were not significant (p<0.05) in all attributes and were good acceptance. The shelf life of the final product was approximately 7 months when calculated at 10% of safety factor.

ในงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์การมุ่งเน้นศึกษาและพัฒนาผลิตภัณฑ์ครีมเทียมผงไขมันต่ำโดยการทดแทนด้วยข้าวหอมมะลิ โดยงานวิจัยครั้งนี้เริ่มศึกษาคุณภาพของวัตถุดิบ (ข้าวหอมมะลิ) ร่วมทั้งสำรวจข้อมูลและศึกษาคุณลักษณะทั่วไปเกี่ยวกับครีมเทียมผงที่ผู้บริโภคต้องการ เพื่อให้ได้สูตรครีมเทียมผงเบื้องต้น และเป็นที่ยอมรับของผู้บริโภค แล้วนำมาพัฒนาสูตรโดยใช้โปรแกรม Mixture designs โดยมีปัจจัยที่ประกอบด้วย ปริมาณน้ำนมข้าวหอมมะลิ (X1) ร้อยละ 40-60 ร่วมกับสารให้ความคง 2 ชนิด คือ คาร์ราจีแนน (carrageenan ) (X2) ร้อยละ 0-5 และ พอลิซอร์เบต 60 (polysorbate 60) (X3) ร้อยละ 0 -5 เพื่อพัฒนาสูตรและหาอัตราส่วนที่เหมาะสมต่อการพัฒนาผลิตภัณฑ์ จากนั้นศึกษากระบวนการการแห้ง 2 วิธีคือ การทำแห้งแบบลมร้อน (hot air oven) ที่อุณหภูมิ 50 60 และ 70 องศาเซลเซียส (ความชื้น < 5% และค่า aw < 0.6) และการทำแห้งแบบพ่นฝอย (spray drying) ใช้อุณหภูมิลมเข้า 170 180 และ 190 องศาเซลเซียส อุณหภูมิลมออก 90-100 องศาเซลเซียส แล้วจึงนำผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ได้ไปทำการวัดคุณภาพทางด้านกายภาพ เคมี และการยอมรับรวม ตลอดจนศึกษาอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์

ผลการศึกษาคุณภาพของข้าวหอมมะลิ พบว่ามีปริมาณ โปรตีน คาร์โบไฮเดตร ความสว่าง L* สูง ร่วมทั้งมีปริมาณความชื้นและค่าวอเตอร์แอคติวิตี้ (aw ) ต่ำ ผลการศึกษาคุณลักษณะทั่วไปของครีมเทียมผงที่มีจำหน่าย พบว่า แบรนด์ commercial 1 มี aw ต่ำที่สุด และมีค่าการละลายสูงสุด ร้อยละ 95 รวมไปถึงมีส่วนแบ่งการตลาดที่สูง ร้อย 25 ในการศึกษาอื่นก่อนหน้านี้ ดังนั้นจึงนำมาสู่ผลิตภัณฑ์สูตรต้นแบบและอ้างอิงร่วมกับงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง มีสูตรเบื้องต้นโดยประกอบด้วย น้ำมันปาล์มร้อยละ 34.23 เลซิติน ร้อยละ 0.5 โซเดียมคาร์ซิเนต ร้อยละ 3.28 มอลโทเดกซ์ทริน ร้อยละ 14.07 อินนูลิน ร้อยละ 2.34 กลูโคสซีรัปร้อยละ 7.03 นมขาดมันเนย ร้อยละ 2.34 และซิลิกอนไดออกไซด์ ร้อยละ 1 ตามลำดับ จากการวางแผนการทดลองโดยใช้ Mixture design ได้สิ่งทดลองทั้งหมด 13 สิ่งทดลอง พบว่า ผลการวิเคราะห์ค่าคุณภาพทางกายภาพ คือ ค่าความหนืด อยู่ในช่วง 376.89 -3330.67 cp ค่าความคงตัวอยู่ในช่วง ร้อยละ 94.00-99.50 ความสามารถในการละลาย อยู่ในช่วง ร้อยละ 79.3-90.0 ค่าวอเตอร์แอคติวิตี้ (aw) อยู่ในช่วง 0.250-0.348 และค่าสี ได้แก่ ค่าความสว่าง (L*) อยู่ในช่วง 83.38-93.25 ค่าสีแดง (a*) อยู่ในช่วง -0.05 - -0.61 และค่าสีเหลือง (b*) อยู่ในช่วง 10.17-16.72 ตามลำดับ ผลการวิเคราะห์ค่าคุณภาพทางเคมี พบว่า ปริมาณความชื้น อยู่ในช่วง 0.24-2.23 (g/100g) ปริมาณไขมัน อยู่ในช่วง 31.42-39.40 (g/100g) และค่าเพอร์ออกไซด์ อยู่ในช่วง 1.25 -9.49 meq Oxygen / kg จากการทำนายหาสภาวะที่เหมาะสมของปริมาณข้าวหอมมะลิ คาร์ราจีแนน และพอลิซอร์เบต 60 โดยวิเคราะห์ค่าการถดถอยแสดงให้เห็นว่าแบบจำลองความสัมพันธ์ระหว่างปัจจัยที่ศึกษาต่อปริมาณไขมัน ปริมาณความชื้น ความหนืด ความคงตัว ค่าวอเตอร์แอคติวิตี้ (aw) และค่าสี (L* และ a*) สามารถอธิบายความสัมพันธ์ของปริมาณข้าวหอมมะลิ คาร์ราจีแนน และพอลิซอร์เบต 60 ได้ดีถึง ร้อยละ 95 จากการสร้างแผนภาพกราฟคอนทัวร์ (contour plot) เพื่อได้พื้นที่ซึ่งแสดงถึงขอบเขตของช่วงปริมาณส่วนผสมที่เหมาะสม พบว่า ได้สูตรที่เหมาะสม ประกอบด้วย ข้าวหอมมะลิ ร้อยละ 43.14 คาร์ราจีแนน ร้อยละ 2.85 และพอลิซอร์เบต 60 ร้อยละ 4.02 โดยมีค่า desirability เท่ากับ 0.673 มีปริมาณไขมัน 33.69 (g/100g) ปริมาณความชื้นต่ำ 0.91 (g/100g) ค่าความหนืด 2226.48 cp ค่าความคงตัว ร้อยละ 99.17 ค่าวอเตอร์แอคติวิตี้ (aw) ต่ำ 0.270 และค่าความสว่าง (L*) 87.20 และค่าสีแดง (a*) -0.16 ตามลำดับ ผลการศึกษากระบวนการผลิตที่เหมาะสมต่อผลิตภัณฑ์ โดย กระบวนการอบแห้งแบบลมร้อน (hot air oven) พบว่า ที่อุณหภูมิที่ 50 องศาเซลเซียส เหมาะสมที่สุดเพื่อเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้าย โดยมีค่า aw (0.33) ต่ำที่สุด มีค่าความสว่าง (L*) (94.38) สูง มีค่าความคงตัวสูงถึงร้อยละ 99.76 ความสามารถในการละลาย ร้อยละ 86.67 และมีปริมาณไขมัน (29.57) ต่ำที่สุด รวมทั้งปริมาณโปรตีน (4.93) และปริมาณคาร์โบไฮเดรต (57.65) สูงสุด ส่วนกระบวนการทำแห้งแบบพ่นฝอย (spray drying) พบว่า ใช้อุณหภูมิลมเข้า 170 องศาเซลเซียส เหมาะสมที่สุดเพื่อเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้าย มีค่า aw (0.29) ต่ำ มีค่าความสว่าง (L*) (96.75) สูงสุด รวมทั้งมีค่าความคงตัวสูงถึงร้อยละ 99.70 มีความสามารถในการละลาย ร้อยละ 88.67 มีปริมาณความชื้น (0.88 g/100g) ต่ำ มีปริมาณไขมัน (34.78 g/100g) ซึ่งอยู่ในช่วงมาตรฐานกำหนด รวมทั้งมีปริมาณโปรตีนและปริมาณคาร์โบไฮเดรตสูงสุด 4.93 และ 58.09 ตามลำดับ ผลการทดสอบคุณสมบัติทางประสาทสัมผัส แบบการให้คะแนน (7-point hedonic scale) และ แบบทดสอบทางประสาทสัมผัส scoring Test จากผู้ทดสอบจำนวน 30 คน พบว่า พบว่าทุกคุณลักษณะไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (p<0.05) และมีการยอมรับในทุกคุณลักษณะ อยู่ในระดับการยอมรับถึงยอมรับดีมาก ผลการคาดคะเนอายุการเก็บของผลิตภัณฑ์โดยศึกษาอันดับศูนย์ และอัตราเร็วของปฏิกิริยาผลิตภัณฑ์ครีมเทียมผงไขมันต่ำ โดยทดแทนด้วยข้าวหอมมะลิทั้ง 2 กระบวนการ เมื่อคิด safety factor ที่ 10% สามารถเก็บได้ ไม่ต่ำกว่า 7 เดือน