Prebiotic properties of pectic-oligosaccharides obtained from subcritical water treatment of passion fruit peel

Abstract

The study aimed to evaluate the prebiotic properties of pectic-oligosaccharides obtained from subcritical water treatment of passion fruit peel. A batch-type treatment of passion fruit peel in subcritical water provided the hydrolyzed pectin at the yield of 10.91±0.43% of dry passion fruit peel. The pectin was further treated in subcritical water using a continuous flow-type reactor and separated into various pectic-oligosaccharides using membrane filtration. Four pectic-oligosaccharides (POS) with different molecular sizes i.e., POS4 (> 5 kDa), POS3 (3-5 kDa), POS2 (1-3 kDa), and POS1 (> 1 kDa) with the yields of 78.87, 11.54, 5.80, and 9.00% of dry passion fruit peel were obtained. The prebiotic properties of the hydrolyzed pectin, POS3, and POS4 were determined using an in vitro fermentation with Lactobacillus acidophilus TISTR2365 and Bifidobacterium bifidum TISTR 2129 and compared with inulin. The results showed that both strains rapidly increased after 6 h and reached the maximum numbers at 24 h. Addition of POS4 as a carbon source resulted in the highest number of L. acidophilus and B. bifidum at 24 h of 2.51 x 106 CFU/mL and 2.34 x 106 CFU/mL, respectively (initial number of 1 x 105 CFU/mL). pH and short-chain fatty acids content from the sample with POS4 also showed the similar trend in which pH values ​​of L. acidophilus and B. bifidum fermentation decreased from 5.78 to 4.99 and 5.75 to 4.98, respectively. The short-chain fatty acids found from L. acidophilus fermentation contained acetic, propionic, and butyric acids of 84.12, 13.44, and 19.00 mmol/L, respectively while in those from B. bifidum contained acetic, propionic, and butyric acids of 70.19, 10.19, and 14.10 mmol/L, respectively. The ratio of acetic acid:propionic acid:butyric acid was 1.00:0.22:0.15. It could be concluded that the hydrolyzed pectin and both POS possessed the same prebiotic properties as commercial inulin. The POS4 provided the highest growth of both L. acidophilus and B. bifidum.

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาสมบัติการเป็นพรีไบโอติกของเพกติกโอลิโกแซคคาไรด์ที่ผลิตได้ด้วยน้ำกึ่งวิกฤตจากเปลือกเสาวรส โดยการทรีตเปลือกเสาวรสด้วยน้ำกึ่งวิกฤตในภาชนะแบบกะสามารถผลิตเพกตินได้ร้อยละ 10.91±0.43 ของเปลือกเสาวรสแห้ง และเมื่อนำเพกตินที่ได้ไปทรีตด้วยน้ำกึ่งวิกฤตในระบบแบบต่อเนื่องได้เป็นเพกตินที่ผ่านการไฮโดรไลซิส (Hydrolyzed pectin) และนำไปกรองด้วยเมมเบรนขนาดต่างๆ แยกเพกติกโอลิโกแซคคาไรด์ได้ 4 ส่วนที่มีขนาดโมเลกุลแตกต่างกัน ได้แก่ POS4 (> 5 kDa), POS3 (3-5 kDa), POS2 (1-3 kDa) และ POS1 (> 1 kDa) โดยมีปริมาณผลผลิตเป็นร้อยละ 78.87, 11.54, 5.80 และ 9.00 ของเปลือกเสาวรสแห้ง จากนั้นเมื่อทำการวิเคราะห์คุณสมบัติการเป็นสารพรีไบโอติกส์ของ hydrolyzed pectin และเพกติกโอลิโกแซคคาไรด์ที่ผลิตได้ด้วยการหมักด้วยเชื้อ Lactobacillus acidophilus TISTR2365 และ Bifidobacterium bifidum TISTR 2129 โดยเปรียบเทียบกับอินูลิน (Inulin) ผลการทดลองพบว่าเชื้อทั้งสองชนิดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อทำการหมักไป 6 ชั่วโมง และมีจำนวนสูงสุดที่ 24 ชั่วโมง โดยการเติม POS4 เป็นแหล่งคาร์บอนทำให้เชื้อทั้งสองชนิดเจริญเติบโตมากที่สุด โดยมีจำนวนเชื้อ L. acidophilus และ B. bifdum ที่เกิดขึ้นหลังจากหมักไปแล้ว 24 ชั่วโมง เป็น 2.51 x 106 CFU/mL และ 2.34 x 106 CFU/mL ตามลำดับ (จากจำนวนเชื้อเริ่มต้น 1 x 105 CFU/mL) ค่าความเป็นกรดด่างและวิเคราะห์ปริมาณกรดไขมันสายสั้นจากตัวอย่างที่ใช้ POS4 ให้ผลที่สอดคล้องไปในทิศทางเดียวกัน คือค่าความเป็นกรด-ด่างจาการหมักเชื้อ L. acidophilus และ B. bifidum มีค่าลดลงจากค่าเริ่มต้น 5.78 เป็น 4.99 และ 5.75 เป็น 4.98 ตามลำดับ และพบกรดไขมันสายสั้นที่ได้จากการหมักด้วย L. acidophilus ประกอบไปด้วย อะซิติก โพรไพโอนิก และบิวทิลิก 84.12, 13.44 และ 19.00 mmol/L ตามลำดับ และจากการหมักด้วย B. bifidum ประกอบไปด้วย อะซิติก โพรไพโอนิก และบิวทิลิก 70.19, 10.19 และ 14.10 mmol/L ตามลำดับ ซึ่งค่าอัตราส่วนของปริมาณของ อะซิติก:โพรไพโอนิก:บิวทิลิก ที่เกิดขึ้นมีค่าเป็น 1.00:0.15:0.22 ดังนั้นสามารถสรุปได้ว่า hydrolyzed pectin และเพกติกโอลิโกแซคคาไรด์ที่ผลิตได้มีคุณสมบัติเป็นสารพรีไบโอติกเช่นเดียวกับอินูลินโดยในอาหารที่มีแหล่งคาร์บอน POS4 ทำให้มีการเจริญของเชื้อ L. acidophilus และ B. bifidum ได้มากที่สุด