THAI CREAMED HONEY DEVELOPMENT BY CONTROL OF CRYSTALLIZATION PROCESS WITH ULTRASONIC TREATMENT

Abstract

Thai honey is a naturally sweet and supersaturated sugar solution consisting of mainly glucose and fructose, and there are many types of Thai honey. In most honey, the excess glucose is cause of crystallization which is unacceptable to consumers and crystallization will produce the non-uniform crystal, and gritty texture. The control of crystallization for producing in a creamed honey product can increase the market value, and it is a very interesting product for developing for the honey industry in Thailand. However, the process is not easy to produce, especially in the crystallization process. Ultrasonic is an efficient tool for enhancing and controlling crystallization. Therefore, this research aims to improve Thai creamed honey process by control of crystallization with ultrasonic treatment to obtain a smooth texture. The optimal creamed honey process was investigated by concerning the factors that affect the crystallization and the quality of creamed honey with enhance for the final product stability, suitable storage condition, and final product stability were then studied. Finally, the crystallization model of creamed honey investigated for better control the texture of product and design creamed honey model prototype with food engineering design concept and economic analysis.

The glucose per water ratio (G/W ratio) is the main parameters to distinguish the control of honey crystallization and showed that sunflower honey got the value not less than 2.16, in contrast, longan and wild honey is lower than 1.70. It confirmed that sunflower honey is rapid crystallization and longan and wild honey is slow or non-granulating honey. The suitable method for increasing the G/W ratio in non-granulating honey and unaffecting with honey properties is the glucose addition.

The control of crystallization process with ultrasonic treatment of creamed honey is starting from liquid honey is heated with ultrasonic treatment at 40 kHz (55°C, 30 mins) for pasteurizing and clearing any crystals. Then, the liquid honey is rapidly cooled down in the rate of 6.5°C/min for taking the honey temperature to reduce to below 20°C in the least time. The amount of seed addition is approximately in the range of 7.50 – 15.0%, depends on the G/W ratio. Rapid agitating not over than 1,300 rpm has been fully incorporated into the liquid honey and treated with ultrasonic at 40 kHz, intensity 0.15 Watt/cm2 for 5 mins as post-treatment. The storage time for obtaining a firm texture (hardness value is 12 – 15 N) is 2 days in creamed sunflower and longan honey, and 6 days for creamed wild honey, and further place in room temperature for 1 day for easy to spread or a soft texture. The stability of a product is the product shelf-life guarantee in creamy product. Almost creamed honey can keep in low temperature (18-22°C) without any variation of stability for more than 6 months.

Monitoring of honey crystallization kinetic from the absorbance measurement at 660 nm and simulating with the Avrami equation were the suitable model for explain the crystallization behavior of honey. The developed method's total processing time is about 40 mins, enhancing efficiency into 40% by comparing with Dyce's method (70 mins) and the storage time reduced from 19 days to 3 days. Finally, the creamed honey maker model prototype presented and design as following developed process by control of crystallization process with ultrasonic treatment. The economic analysis and break-even analysis were evaluated and could be the machines' sales price equal to 450,000 THB. The profit attributed to the sales volume got higher than 1,500 kg of creamed honey product.

น้ำผึ้งไทยเป็นสารให้ความหวานทางธรรมชาติที่อุดมไปด้วยน้ำตาลหลายชนิดโดยมีน้ำตาลกลูโคสและฟรุกโทสเป็นองค์ประกอบหลัก น้ำผึ้งโดยทั่วไปจะเกิดการตกผลึกจากปริมาณน้ำตาลกลูโคสที่มีอยู่มากในน้ำผึ้งและจัดเป็นลักษณะที่ไม่พึงประสงค์ต่อผู้บริโภค การตกผลึกโดยธรรมชาติจะทำให้เกิดลักษณะผลึกและเนื้อสัมผัสที่ไม่เหมาะสม การควบคุมกระบวนการตกผลึกเพื่อพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ครีมน้ำผึ้งจึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งเพื่อเป็นการเพิ่มมูลค่าผลิตภัณฑ์น้ำผึ้งและจัดเป็นผลิตภัณฑ์ที่น่าสนใจต่อการพัฒนาต่อยอดเพื่อเพิ่มทางเลือกให้กับอุตสาหกรรมน้ำผึ้งไทยเป็นอย่างมาก อย่างไรก็ตามกระบวนการผลิตครีมน้ำผึ้งให้ได้เนื้อสัมผัสที่ดีเป็นไปได้ยาก โดยเฉพาะในการควบคุมกระบวนการตกผลึก คลื่นอัลตร้าโซนิคจัดเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการช่วยเตรียมสภาพน้ำผึ้งให้พร้อมต่อการสร้างผลึกขนาดเล็กจำนวนมากเพื่อเหมาะต่อการตกผลึกที่อุดมไปด้วยผลึกที่มีขนาดสม่ำเสมอกัน ดังนั้น งานวิจัยนี้จึงมุ่งพัฒนากระบวนการผลิตครีมน้ำผึ้งแบบควบคุมด้วยคลื่นอัลตร้าโซนิคเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ครีมน้ำผึ้งที่มีเนื้อสัมผัสที่ดีและละเอียด รวมถึงได้ศึกษาถึงปัจจัยที่มีผลต่อการตกผลึก สภาวะการเก็บรักษาที่เหมาะสมและลักษณะการคงตัวของครีมที่เปลี่ยนแปลงไปในระหว่างการเก็บรักษา การศึกษาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการตกผลึกน้ำผึ้งเพื่อการนำไปใช้ในการออกแบบเครื่องต้นแบบในการผลิตครีมน้ำผึ้ง

อัตราส่วนของกลูโคสต่อน้ำเป็นตัวแปรสำคัญในการควบคุมการตกผลึกน้ำผึ้ง พบว่า น้ำผึ้งดอกทานตะวันจะมีอัตราส่วนกลูโคสต่อน้ำสูงกว่า 2.16 ในขณะที่น้ำผึ้งดอกลำไยและน้ำผึ้งดอกไม้ป่ามีอัตราส่วนของกลูโคสต่อน้ำต่ำกว่า 1.70 น้ำผึ้งดอกทานตะวันจึงจัดเป็นน้ำผึ้งชนิดที่มีโอกาสเกิดการตกผลึกได้เร็ว ในขณะที่น้ำผึ้งดอกลำไยและน้ำผึ้งดอกไม้ป่าจัดเป็นน้ำผึ้งที่มีโอกาสเกิดการตกผลึกได้ยากหรือไม่เกิดการตกผลึกแม้เก็บไว้ในที่อุณหภูมิต่ำก็ตาม เพื่อปรับสภาพน้ำผึ้งที่ตกผลึกยากให้เหมาะต่อการนำไปผลิตครีมน้ำผึ้งได้ พบว่า การเพิ่มกลูโคสในน้ำผึ้งในปริมาณ 2.0%w/w จะช่วยเพิ่มอัตราส่วนกลูโคสต่อน้ำในน้ำผึ้งที่ตกผลึกยากและไม่ส่งผลต่อคุณภาพทางชีวเคมีของน้ำผึ้ง รวมถึงช่วยให้น้ำผึ้งมีคุณสมบัติเหมาะต่อการนำไปผลิตครีมน้ำผึ้งได้

กระบวนการผลิตครีมน้ำผึ้งด้วยการควบคุมการตกผลึกด้วยคลื่นอัลตร้าโซนิคที่พัฒนาได้ เริ่มจากการให้ความร้อนด้วยคลื่นอัลตร้าโซนิคที่ความถี่ 40 กิโลเฮิรตซ์ ที่อุณหภูมิ 55 องศาเซลเซียส 30 นาที เพื่อพาสเจอไรส์และเตรียมสภาพน้ำผึ้งเหลวให้เหมาะต่อการตกผลึกที่ดี จากนั้นทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วในอัตรา 6.5 องศาเซลเซียสต่อนาที เพื่อทำให้น้ำผึ้งอุณหภูมิลดต่ำกว่า 20 องศาเซลเซียส ในเวลาอันสั้น เติมตัวล่อผลึกที่เหมาะสมสำหรับการเติมขึ้นอยู่กับอัตราส่วนกลูโคสต่อน้ำของน้ำผึ้งนั้น โดยจะมีช่วงระหว่าง 7.50 – 15.0%w/w กวนผสมระดับสูงด้วยความเร็วรอบไม่เกิน 1,300 รอบต่อนาทีเพื่อให้ตัวล่อผลึกผสมเป็นเนื้อเดียวกับน้ำผึ้งเหลวและป้องกันการเกิดฟองอากาศในเนื้อครีม ทรีทด้วยอัลตร้าโซนิคที่ความถี่ 40 กิโลเฮิรตซ์ กำลัง 0.15 วัตต์ต่อตารางเซนติเมตร ในน้ำเย็นเพื่อเร่งอัตราการเกิดครีมแล้วจึงนำเก็บในห้องเย็นเพื่อให้เกิดการเซตตัว พบว่า ต้องเก็บเป็นเวลา 2 วันกับครีมน้ำผึ้งดอกทานตะวัน และครีมน้ำผึ้งดอกลำไย และเก็บเวลา 6 วันสำหรับครีมน้ำผึ้งดอกไม้ป่า จึงจะได้เนื้อสัมผัสเป็นไปตามค่าที่ต้องการเท่ากับ 12 -15 N วางน้ำผึ้งที่อุณหภูมิต่ำเพื่อให้ได้เนื้อสัมผัสนุ่ม ง่ายต่อการกระจาย เป็นเวลา 1 วัน ครีมน้ำผึ้งทุกชนิดสามารถเก็บที่อุณหภูมิต่ำ (18-22°C) ได้นานถึง 6 เดือนโดยไม่เกิดการเปลี่ยนสภาพ

แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของอะวรามิที่ได้จากการเปลี่ยนแปลงของค่าการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น 660 นาโนเมตรกับเวลา สามารถใช้อธิบายลักษณะการตกผลึกของน้ำผึ้งเมื่อกระตุ้นด้วยการเติมกลูโคสและเก็บที่อุณหภูมิเย็นได้เป็นอย่างเหมาะสม กระบวนการที่พัฒนาใช้เวลาในการผลิตเท่ากับ 40 นาที ซึ่งน้อยกว่าการผลิตแบบวิธีการไดซ์ (70 นาที) สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ 40% และเมื่อเปรียบเทียบถึงระยะเวลาการทำให้ครีมนุ่ม จะสามารถลดเวลาการเก็บรักษาจาก 19 วัน เหลือเพียง 3 วัน ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพการผลิตเพิ่มขึ้นถึง 84.21% และเมื่อทำการออกแบบเครื่องต้นแบบผลิตครีมน้ำผึ้งตามกระบวนการที่พัฒนาการตกผลึกแบบควบคุมด้วยคลื่นอัลตร้าโซนิค แล้วประเมินเศรษฐศาสตร์วิศวกรรมและวิเคราะห์ต้นทุนจะได้รับจุดคุ้มทุนที่ราคาจำหน่ายเครื่อง 450,000 บาท เมื่อผลิตปริมาณครีมน้ำผึ้งมากกว่า 1,500 กิโลกรัมหรือได้มูลค่าการขายที่มากกว่า 1,500,000 บาทขึ้นไป