ศึกษาคาเฟอีนจากกากชาและกาแฟที่มีผลต่อปริมาณกาบาและการงอกของข้าวกล้อง
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
ฐิติชญา ต่างประโคน, นภัทร ยิบไธสง, กรองแก้ว หาญศึก
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
วารินทร์ เสาร์ทอง, สุปราณี มงคลล้ำ
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
ที่มาและความสำคัญ
ปัจจุบันกระแสการบริโภคชาและกาแฟเพิ่มสูงขึ้นอย่างเด่นชัด ปริมาณกากชาและกากกาแฟ ซึ่งเป็นของเหลือทิ้งจากกระบวนการสกัดน้ำเพิ่มสูงขึ้น กากชาและกาแฟจากร้านกาแฟบางส่วนจะถูกส่งกำจัดด้วยการฝังกลบหรือการเผา ซึ่งก่อให้เกิดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกปริมาณมาก นำไปสู่ภาวะโลกร้อนที่ทั่วโลกกำลังเผชิญ และมีกากชาและกากกาแฟอีกจำนวนมากที่ไม่ถูกกำลังอย่างเหมาะสม อาจกลายเป็นแหล่งสะสมของเชื้อราและแบคทีเรียต่าง ๆ ที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ได้ กากชาและกากกาแฟมีคาเฟอีนส่งผลต่อการงอกของราก จากงานวิจัยการไพรม์เมล็ดร่วมกับคาเฟอีนที่ความเข้มข้น 10 mM ทำให้ความเร็วในการงอกราก ดัชนีความแข็งแรง ดัชนีการงอก ความยาวราก และความยาวต้นกล้าดีมากกว่าและแตกต่างกันในทางสถิติเมื่อเปรียบเทียบกับเมล็ดที่ไม่ได้ผ่านการไพรม์
ข้าวกล้องงอก (Germinated Brown Rice หรือ GABA-Rice) ถือเป็นนวัตกรรมหนึ่งที่กำลังได้รับความสนใจเป็นอย่างมากเนื่องจากข้าวกล้องงอกประกอบด้วยสารอาหารจำนวนมาก เช่น ใยอาหาร วิตามินบี วิตามินซี วิตามินอี ธาตุเหล็ก แมกนีเซียม สังกะสี GABA (Gamma Amino Butyric Acid) กรดแอมิโนที่ร่างกายไม่สามารถสังเคราะห์ได้และอื่น ๆ ซึ่งมีส่วนช่วยในการป้องกันโรคต่าง ๆ เช่น มะเร็ง เบาหวาน และช่วยในการควบคุมน้ำหนักตัว สามารถป้องกันการทำลายสมอง ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคสูญเสีย ความทรงจำ เมื่อนำข้าวกล้องมาแช่น้ำเพื่อทำให้งอก จะทำให้ข้าวกล้องมีสารอาหารต่าง ๆ เพิ่มมากขึ้น ซึ่งนอกจากจะได้ประโยชน์จากการที่มีปริมาณสารอาหารสูงขึ้นแล้ว ยังทำให้ข้าวกล้องที่หุงสุกมีเนื้อสัมผัสที่อ่อนนุ่ม รับประทานได้ง่ายกว่าข้าวกล้องธรรมดาอีกด้วย จึงง่ายแก่การหุงรับประทาน โดยไม่ต้องผสมกับข้าวขาวตามความนิยมของผู้บริโภค ดังนั้นผู้วิจัยมีความสนใจที่จะศึกษาปริมาณสารสกัดคาเฟอีนจากกากชาและกากกาแฟ และศึกษาความเข้นข้นของคาเฟอีนที่มีผลต่อปริมาณกาบาและการงอกของข้าวกล้อง เพื่อช่วยให้ปริมาณสารกาบาที่อยู่ในข้าวกล้องมีปริมาณเพิ่มมากขึ้นเป็นการเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการของข้าวกล้องให้สูงขึ้น ซึ่งเป็นทางเลือกให้ผู้บริโภค สามารถเลือกรับประทานข้าวที่มีสารอาหาร ที่สำคัญต่อร่างกายมากขึ้นและเป็นการสร้างอาชีพ นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มมูลค่าให้กับข้าวกล้องอีกด้วย
วัตถุประสงค์
เพื่อศึกษาปริมาณคาเฟอีนจากสารสกัดจากกากชาและกากกาแฟ
เพื่อศึกษาความเข้มข้นของคาเฟอีนที่มีผลต่อปริมาณกาบาและการงอกของข้าวกล้อง
วิธีดำเนินงาน
ขั้นเตรียม
เตรียมกากชาและกากกาแฟ นำกากชาและกากกาแฟมาจากร้านจำหน่ายกาแฟสด ข้างโรงเรียนบุรีรัมย์พิทยาคม อำเภอเมือง จังหวัดบุรีรัมย์
เตรียมข้าวกล้องงอก โดย
2.1 ซื้อข้าวกล้อง จากชาวบ้านที่นำมาจำหน่ายตลาดหน้าอำเภอเมือง จังหวัดบุรีรัมย์ 2.2 คัดข้าวกล้องเลือกเอาเฉพาะเมล็ดที่สมบูรณ์
2.3 นำข้าวกล้องมาล้างทำความสะอาดด้วยน้ำเปล่า 3- 4 ครั้ง 2.4 แบ่งข้าวกล้องใส่กระปุกใสจัดเป็น 6 ชุด ชุดละ 100 เมล็ด
ขั้นทดลอง
ตอนที่ 1 เพื่อศึกษาปริมาณคาเฟอีนจากสารสกัดจากกากชาและกากกาแฟ
ตัวแปรต้น สารสกัดจากกากชาและกากกาแฟ
ตัวแปรตาม ปริมาณคาเฟอีน
ตัวแปรควบคุม ชนิดของสารสกัด ได้แก่ กากชาและกากกาแฟ
โดยดำเนินการดังนี้1. นำสารตัวอย่างอบในตู้อบที่อุณหภูมิ 120 องศาเซลเซียส เวลา 30 นาทีแล้วบรรจุสารตัวอย่างลงในถุงชา2. เตรียมสารละลาย 20% Na2CO3 ในขวดวัดปริมาตรปรับปริมาตร 500 มิลลิลิตร3. ชั่งน้ำหนักสารตัวอย่างด้วยเครื่องชั่งไฟฟ้าจุดทศนิยม 2 ตำแหน่ง บันทึกผลการทดลอง4. ใส่ถุงชาที่มีสารตัวอย่างลงในบีกเกอร์ เทสารละลาย 20% Na2CO3 ปริมาตร 100 มิลลิลิตร ใช้แท่งแก้วคนกดและเขี่ยถุงเพื่อช่วยให้การสกัดสารและดูดซับสารละลายเข้าไป จากนั้นเติมสารละลายอีก 100มิลลิลิตร 5. ต้มถุงใสสารตัวอย่างในบีกเกอร์ จนเดือดเป็นเวลา 15-20 นาที ขณะต้มใช้กระจกนาฬิกาปิดปากบีกเกอร์ไว้6. วางสารละลายที่ต้มให้เย็นตัวลง คีบหยิบถุงออกจากสารละลาย ใช้แท่งแก้วคั้นสารละลายออกจากถุงให้หมด
เทสารละลายที่ได้ใส่ในกรวยแยกทำการสกัดคาเฟอีนในสารตัวอย่างด้วย CH2Cl2 ปริมาตร 20 มิลลิลิตร เขย่าสารผสมในกรวยแยกเบา ๆ พร้อมไขก๊อกออกเป็นระยะ แยกชั้น CH2Cl2 เก็บไว้ในขวดรูปกวย (บันทึกน้ำหนักขวดรูปกรวย) ขณะที่ชั้น CH2Cl2 เกิดอิมัลชันใช้แท่งแก้วนคนสารละลายในชั้น CH2Cl2 (ทำซ้ำ 3 ครั้ง)8. เติมผง anhydrous MgSO4 ลงในสารละลาย CH2Cl2 เขย่าเบาๆ แล้วนำเอา anhydrous MgSO4 9. ชั่งน้ำหนักสารละลาย CH2Cl2 ที่ได้ สังเกตลักษณะทางกายภาพ และบันทึกผล10. ระเหยตัวทำละลาย CH2Cl2 ออกจนหมด โดยการต้มให้ความร้อนขวดรูปกรวย เมื่อทำละลายระเหยจนหมด สังเกตการเปลี่ยนแปลง ชั่งน้ำหนักของสารที่ได้ และบันทึกผล
ร้อยละค่าเฟอนในสารตัวอย่าง = น้ำหนักคาเฟอีน/น้ำหนักสารตัวอย่าง x 100
ตอนที่ 2 ศึกษาความเข้มข้นของคาเฟอีนที่มีผลต่อปริมาณกาบาและการงอกของข้าวกล้อง
ตัวแปรต้น ความเข้มข้นคาเฟอีน ได้แก่ ร้อยละ 5, 10, 15, 20 และ 25 โดยมวลต่อปริมาตรตัวแปรตาม ปริมาณกาบาและการงอกรากของข้าวกล้อง ซึ่งพิจารณาจาก ความยาวของรากข้าวกล้อง ที่มีความยาวมากกว่า 0.5 มิลลิเมตรตัวแปรควบคุม ชนิดและปริมาณสารสกัดคาเฟอีน อุณหภูมิ
โดยดำเนินการดังนี้
1.นำกากชาหรือกากกาแฟที่อบแล้วมาละลายน้ำที่ความเข้มข้นต่าง ๆตามชุด ดังนี้
ชุดที่ 1 ข้าวกล้อง 100 เมล็ด แช่ในน้ำเปล่า
ชุดที่ 2 ข้าวกล้อง 100 เมล็ด แช่ในคาเฟอีนเข้มข้นร้อยละ 5 โดยมวลต่อปริมาตร
ชุดที่ 3 ข้าวกล้อง 100 เมล็ด แช่ในคาเฟอีนเข้มข้นร้อยละ 10 โดยมวลต่อปริมาตร
ชุดที่ 4 ข้าวกล้อง 100 เมล็ด แช่ในคาเฟอีนเข้มข้นร้อยละ 15 โดยมวลต่อปริมาตร
ชุดที่ 5 ข้าวกล้อง 100 เมล็ด แช่ในคาเฟอีนเข้มข้นร้อยละ 20 โดยมวลต่อปริมาตร
ชุดที่ 6 ข้าวกล้อง 100 เมล็ด แช่ในคาเฟอีนเข้มข้นร้อยละ 25 โดยมวลต่อปริมาตรแช่เป็นเวลา 6 ชั่วโมง เมื่อครบเวลาแล้วนำมาล้างทำความสะอาด และห่อด้วยผ้าขาวบาง บ่มไว้ที่อุณหภูมิห้อง เป็นเวลา 8 ชั่วโมง จากนั้นจึงล้างน้ำ และบ่มอีกครั้ง 12 ชั่วโมง ก่อนจะนำไปนึ่งเพื่อฆ่าเชื้อ และอบแห้งที่ 50 องศาเซลเซียส ให้ความชื้นของเมล็ดข้าวอยู่ที่ 8 – 12% ก่อนน้าไปเก็บรักษาสภาพของข้าวในตู้เย็น
การวิเคราะห์หาปริมาณสารกาบา การวิเคราะห์ปริมาณกาบา (Gamma amino butyric acid, GABA) (ดัดแปลงวิธีของ Zhang Q, et al, 2014) โดยชั่งตัวอย่างข้าวกล้องงอกที่บดละเอียดตัวอย่างละ 1 กรัม เติมน้ำกลั่นปริมาตร 5 มิลลิลิตร นำไปเซนติฟิวจ์ที่ความเร็วรอบ 4000 รอบต่อนาที เป็นเวลา 60 นาที กรองด้วยกระดาษกรอง ดูดส่วนใสปริมาตร 0.5มิลลิลิตร เติมสารละลายบอเรตบัฟเฟอร์ pH 9 ปริมาตร 0.2 มิลลิลิตร เติมสารละลาย 6% ฟีนอล ปริมาตร 1 มิลลิลิตร และเติมสารละลายโซเดียมไฮโปคลอไรด์ ปริมาตร 0.4 มิลลิลิตร แล้วเขย่าใหเข้ากัน จากนั้นนำไปต้มในอ่างน้ำร้อนเป็น เวลา 10 นาที แล้วนำออกมาแช่ใน อ่างน้ำเย็นเป็นเวลา 20 นาที เติม 60% เอทานอล ปริมาตร 2 มิลลิลิตร นำสารละลายที่ได้ ไปวัดค่าการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น 645 นาโนเมตร ด้วยเครื่องสเปกโตโฟโตมิเตอร์ การหาอัตราการงอกของข้าวกล้อง
โดยนำข้าวกล้องจากการบ่มข้าวกล้องงอกมานับเมล็ดที่งอก รากเล็ก ๆ ที่มีความยาวมากกว่า 0.5-1.0 มิลลิเมตร และคิดเป็นเปอร์เซ็นต์การงอกที่สูงสุดโดยที่ต้องได้ตั้งแต่ 80% ถือว่า เป็นวิธีการที่อัตราการงอกสูงสุด (มาตรฐานสินค้าเกษตร, 2555)
ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ
ได้ผลิตภัณฑ์ข้าวกล้องงอกแช่สารสกัดคาเฟอีนที่มีคุณค่างทางโภชนาการ2. สามารถพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์อาหาร เพื่อสุขภาพในอนาคตต่อไป
เอกสารอ้างอิง
จักรพงษ์ กางโสภา และเพชรรัตน์ จี้เพชร. 2564. ผลของการทาไพรม์มิ่งเมล็ดพันธุ์ร่วมกับคาเฟอีนต่อความ งอก ความแข็งแรง และการเจริญเติบโตของต้นกล้าพริก. [ออนไลน์]. เข้าถึงได้จาก : http://ojslib3.buu.in.th/index.php/science/article/view/7849. (วันที่ค้นข้อมูล : 5 ตุลาคม 2565)
พัชรี ตั้งตระกูล. 2550. GABA: Gamma Amino Butyric Acid ในคัพภะข้าวและข้าวกล้องงอก. [ออนไลน์]. เข้าถึงได้จาก :
https://kukr.lib.ku.ac.th/journal/FOOD/search_detail/dowload_digital_file/107950/869 72. (วันที่ค้นข้อมลู : 5 ตุลาคม 2565)
Ashihara, H. 2006. Metabolism of alkaloids in coffee plants. Brazilian Journal of Plant Physiology. [ออนไลน์]. เข้าถึงได้จาก : https://www.scielo.br/j/bjpp/a/qVXRdY6K5pkRhxVGBTzcbCj/abstract/?lang=en. (วันที่ ค้นข้อมลู : 5 ตุลาคม 2565)
Osuna, D., Prieto, P., & Aguilar, M. 2015. Control of seed germination and plant development by carbon and nitrogen availability. [ออนไลน์]. เข้าถึงได้จาก : https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2015.01023/full. (วันที่ค้นข้อมูล : 5 ตุลาคม 2565)