องค์ประกอบทางเคมีของผักและผลไม้

1. องค์ประกอบทางเคมีของผักและผลไม้

2. 1. น้ำ น้ำเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของเซลล์ทุกชนิด ทำให้เซลล์ของพืชเต่ง เนื้อเยื่อพืชแต่ละชนิดจะมีปริมาณน้ำแตกต่างกัน เช่น เนื้อเยื่อที่เป็นส่วนสะสมอาหารซึ่งมีปริมาณแป้งสูงจะมีปริมาณน้ำน้อย ผักและผลไม้ส่วนใหญ่จะประกอบด้วยน้ำมากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์ 2. คาร์โบไฮเดรท คาร์โบไฮเดรทเป็นสารประกอบทางเคมีที่มีมากเป็นที่สองรองจากน้ำ มีทั้งที่อยู่ในรูปของสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำเช่น น้ำตาลชนิดต่างๆ และพวกที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงเช่น โพลีแซคคาไรด์ต่างๆ ผักและผลไม้จะมีคาร์โบไฮเดรทอยู่ประมาณ 2-40 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักสด เนื้อเยื่อบางชนิด เช่น แตงกวา มีปริมาณคาร์โบไฮเดรทต่ำมาก ผักส่วนใหญ่มีคาร์โบไฮเดรทน้อยกว่า 9 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักสด

3. คาร์โบไฮเดรทที่อยู่ในรูปของโพลีแซคคาไรด์ ได้แก่ แป้ง ซึ่งเป็นส่วนที่พืชสะสมไว้ และมีเซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส ลิกนิน และเพคติน ซึ่งเป็นส่วนประกอบของผนังเซลล์ นอกจากนั้นจะอยู่ในรูปของน้ำตาลซึ่งมีทั้งที่เป็นไดแซคคาไรด์ คือ น้ำตาลซูโครสและโมโนแซคคาไรด์ คือ น้ำตาลกลูโคสและฟรุคโตส ซึ่งจะละลายอยู่ในส่วนของของเหลวในเซลล์ คาร์โบไฮเดรทจำพวกแป้งและน้ำตาลเป็นสารอาหารที่ให้พลังงานที่สำคัญแก่ร่างกายมนุษย์ดังนั้น ผลิตผลบางชนิด เช่น มันสำปะหลัง มันฝรั่ง มันเทศและแยม (yam) จึงมีความสำคัญในแง่เป็นแหล่งของคาร์โบไฮเดรท ส่วนน้ำตาลในผลไม้ทำให้รสชาติของผลไม้ดีขึ้น และยังเป็นแหล่งของพลังงานอีกด้วย

9. คาร์โบไฮเดรทที่เป็นโครงสร้างของผนังเซลล์เป็นส่วนที่ร่างกายย่อยไม่ได้ จะอยู่ในรูปของเส้นใย(Fiber) เช่น เซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส ลิกนิน และเพคติน เป็นต้น สารประกอบเหล่านี้ร่างกายไม่มีเอนไซม์ช่วยสลาย ทำให้ถูกขับถ่ายออกมาเป็นของเสีย จึงมีความสำคัญต่อระบบการขับถ่ายของร่างกายเป็นอย่างมาก

10. แสดงชนิดและปริมาณน้ำตาลที่พบในผลไม้บางชนิด

11. ต่อ

12. สูตรโครงสร้างของคาร์โบไฮเดรทที่เป็นโพลีแซคคาไรด์ แสดงอยู่รูปที่ 2.1

13. 2.1 น้ำตาล ผลไม้และผักมีปริมาณน้ำตาลในปริมาณที่แตกต่างกันออกไป ตั้งแต่น้อยมาก เช่น ในมะนาว จนถึงปริมาณที่สูงมากในผลอินทผาลัม ชนิดของน้ำตาลที่พบมากในผักและผลไม้คือกลูโคส ฟรุคโตสและซูโครส ซึ่งในการศึกษามักจะรวมน้ำตาลกลูโคสและฟรุคโตสเข้าด้วยกันแล้วเรียกว่า น้ำตาลรีดิวส์ซิ่ง (Reducing sugar) ในผลไม้ส่วนใหญ่มักจะมีน้ำตาลกลูโคสมากกว่าฟรุค กลูโคส น้ำตาลที่มีคาร์บอน 6 อะตอม (Hexose) ชนิดอื่นๆ ที่พบในผักและผลไม้มีปริมาณน้อยมากเช่น แมนโนส (Mannose) น้ำตาลที่มีคาร์บอน 5 อะตอม (Pentose) ที่พบในผักและผลไม้ คือ น้ำตาล อะราบิโนส (Arabinose) ซึ่งพบในผลแอปเปิล ควินซ์ (Quince) มะเดื่อ (Fig) ส่วนไซโลส (Xylose) พบในสตรอเบอรี่ เชอรี่ และท้อ (Peach)

14. น้ำตาลที่เป็นไดแซคคาไรด์ (Disaccharides) ที่พบมากคือ น้ำตาลซูโครส ผลไม้ส่วนใหญ่มีปริมาณซูโครสน้อยกว่าน้ำตาลรีดิวส์ซิ่งรวม ผักและผลไม้ซึ่งมีปริมาณซูโครสต่ำมากได้แก่ มะนาว มะเขือเทศ และบลูเบอรี่ ในผักและผลไม้ยังมีอนุพันธ์ของน้ำตาล(Sugar derivatives) หลายชนิด เช่น Sugar acid ซึ่งได้แก่ กรดกาแลคตูโรนิค (Galacturonic acid) ซึ่งพบทั้งในรูปที่เป็นอิสระและที่ต่อกันเป็นลูกโซ่ยาว นอกจากนั้นอนุพันธ์อื่นๆ ของน้ำตาลที่พบคือ Sugar alcohol เช่น กลีเซอรอล (Glycerol) ซอบิตอล(Sorbitol)เป็นต้น Sugar phosphate ที่พบมากที่สุดคือ Glucose-6 -phosphate และ Fructose-6-phosphate นอกจากนั้นน้ำตาลอาจจะอยู่รวมกับโมเลกุลของสารอื่น เรียกว่า ไกลโคไซด์ (Glycosides)

15. 3. โปรตีน ผักและผลไม้สดมีปริมาณโปรตีนต่ำ ในผลไม้จะมีโปรตีนประมาณ 1.0-1.5 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักสด ส่วนในผักสดและผักใบจะมีโปรตีนประมาณ 2-4 เปอร์เซ็นต์ ข้าวโพดหวานมีโปรตีน 4 เปอร์เซ็นต์ พวกผักตระกูลถั่วอาจมีโปรตีนมากถึง 8 เปอร์เซ็นต์ โปรตีนที่มีอยู่ในผักและผลไม้จะทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบในไซโตพลาสม์และเป็นเอนไซม์มากกว่าที่จะเป็นส่วนที่สะสม 4. ไขมัน ผักและผลไม้ส่วนใหญ่มีไขมันน้อยกว่า 1 เปอร์เซ็นต์ โดยจะเป็นส่วนประกอบของคิวติเคิล เซลล์ผิว และ corky layer และเป็นส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์

16. ผักและผลไม้ยังมีสารที่คล้ายไขมันที่ผิวคือ คิวติน(cutin) และซูเบอริน (suberin) ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีโครงสร้างซับซ้อน ทั้งคิวติน และซูเบอริน มีโครงสร้างแตกต่างกันแต่ถูกสังเคราะห์จากโมเลกุลของ hydroxy acid ผลไม้พวกอะโวคาโด และมะกอก เป็นผลไม้ที่มีไขมันอยู่สูง แตกต่างจากผลไม้ชนิดอื่น โดยไขมันจะอยู่ในรูปของหยดน้ำมันภายในเซลล์ 5. กรดอินทรีย์ ผักและผลไม้มีกรดอินทรีย์ชนิดต่างๆ มากมายซึ่งเป็นกรดที่อยู่ในวิถีของเครบส์ (Krebs'Cycle) ถูกสร้างขึ้นระหว่างกระบวนการหายใจภายในเซลล์โดยการสลายตัวของคาร์โบไฮเดรท กรดอินทรีย์จะสะสมอยู่ในแวคคิวโอของเซลล์ของผักและผลไม้

18. กรดอินทรีย์ที่ปรากฏอยู่ในผักและผลไม้ มีคุณสมบัติเป็นกรดเพราะมีกลุ่มคาร์บอกซิลิค (Carboxylic group) หรือ -COOH กรดอินทรีย์เหล่านี้อาจจะละลายน้ำอยู่ในรูปที่เป็นอิสระ หรือรวมกับโมเลกุลของสารชนิดอื่น เกิดเป็น เกลือเอสเทอร์ (Ester) หรือ ไกลโคไซด์ก็ได้ ผลไม้บางชนิดมีปริมาณกรดอินทรีย์อยู่สูงมากจนเกิดเป็นผลึก เช่น แคลเซียมออกซาเลท (Calcium Oxalate) หรือ ในกรณีขององุ่นมีผลึกของโปแตสเซียมไบตาร์เตรท (Potassium bitartrate) กรดอินทรีย์ที่อยู่ในผักและผลไม้จะมีผลต่อรสชาติของผักและผลไม้โดยตรงและยังเป็นแหล่งที่สำคัญของสารเริ่มต้นในกระบวนการหายใจด้วย

19. กรดอินทรีย์ที่พบในผักและผลไม้สามารถแบ่งได้ดังนี้ 5.1 Aliphatic monocarboxylic acid ซึ่งได้แก่ 5.1.1 กรดฟอร์มิค (Formic acid) H-COOH เป็นกรดที่ระเหยได้ พบบ้างในผลไม้บางชนิดเช่น องุ่น 5.1.2 กรดน้ำส้ม (Acetic acid) CH3-COOH เป็นกรดที่ระเหยได้ พบในผลไม้ทั่วไปในปริมาณต่ำ ส่วนมากจะอยู่ในรูปของเอสเทอร์ และในรูปของ Acetyl Coenzyme A 5.1.3 กรดบิวไธริค (Butyric acid) มักพบในรูปของเอสเทอร์

20. 5.2 Aliphatic monocarboxylic ซึ่งมีกลุ่มแอลกอฮอล์ คีโตน (Ketone) หรืออัลดีไฮด์(Aldehyde) ร่วมอยู่ด้วย 5.2.1 กลุ่มแอลกอฮอล์ เช่นกรดไกลโคลิค (Glycolic acid) กรดฟอสโฟกลีเซอริค (Phosphoglyceric acid) และกรดเมวาโล นิค (Mevalonic acid) ซึ่งเป็นสารที่ใช้ในการสังเคราะห์ แคโรที นอยด์ และฮอร์โมนพืชหลายชนิด 5.2.2 กลุ่มคีโตน เช่น กรดไพรูวิค (Pyruvic acid) ซึ่งเป็นกรดที่ สำคัญในวิถีไกลโคไลซิส (Glycolysis) 5.2.3 กลุ่มอัลดีไฮด์ เช่น กรดไกลออกซิลิค (Glyoxylic acid)

21. 5.3 Aliphatic di and tri carboxylic acid เช่นกรดออกซาลิคซึ่งพบทั้งในรูปที่ละลายน้ำ และเป็นผลึกของ แคลเซียมออกซาเลท ในผลไม้ดิบ กรดซัคซินิค (Succinic acid) กรดมาลิค กรดซิตริก และกรดตาร์ตาริค 5.4 กรดที่เป็นอนุพันธ์ของน้ำตาล เช่น กรดแซคคาริค (Saccharic acid) กรดมิวซิค (Mucic acid) และกรดกาแลคตูโรนิค (Galacturonic acid) 5.5 Carbocyclic monocarboxylic acid 5.5.1 Aromatic acid เช่น กรดเบนโซอิค (Benzoic acid) พบใน ผลไม้ในสกุล Vaccinium กรดซาลิไซลิค (Salicylic acid) กรดคู มาริค (p-coumaric acid) กรดคลอโรจีนิค (Chlorogenic acid) และ กรดคาร์เฟอิค (Caffeic acid)

22. 5.5.2 Alicyclic acid เช่น กรดควินิค (Quinic acid) และกรดชิคี มิค (Shikimic acid) 6. สารที่ให้กลิ่น (Volatile Compounds) ผักและผลไม้แต่ละชนิดจะมีกลิ่นแตกต่างกัน โดยเฉพาะผลไม้ขณะสุกจะมีกลิ่นเฉพาะ สารที่ให้กลิ่น จะเป็นสารที่ระเหยได้ง่ายที่พบในผลไม้ส่วนใหญ่เป็นOxygenated compounds เช่น เอสเทอร์ แอลกอฮอล์ กรดอัลดีไฮด์ และคีโตน มีหลายชนิดที่เป็นอนุพันธ์ของ terpenoid hydrocarbons

26. 7. รงควัตถุ (Pigment) สีของผักและผลไม้เป็นสีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติและสีอาจเปลี่ยนแปลงไป เนื่องจากการสุกและการเสื่อมสภาพ การที่ผักและผลไม้มีสีเนื่องจากมีสารที่เรียกว่ารงควัตถุอยู่ภายในเนื้อเยื่อหรือบริเวณผิวนอก รงควัตถุที่พบในผักและผลไม้แบ่งออกเป็นกลุ่มใหญ่ๆ ได้เป็น 3 กลุ่มได้แก่ คลอโรฟิลล์ แคโรทีนอยด์ และฟลาโวนอยด์ หรือแอนโธไซยานิน คลอโรฟิลล์ (Chlorophylls) คลอโรฟิลล์เป็นรงควัตถุซึ่งมีสีเขียวซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช พบในพืชสีเขียวทุกชนิด ในใบพืชที่มีสีเขียวจะมีคลอโรฟิลล์ประมาณ 0.1 เปอร์เซ็นต์น้ำหนักสด กระจายตัวอยู่ในอวัยวะภายในเซลล์ชื่อว่า คลอโรพลาสต์ คลอโรฟิลล์ มีหลายชนิดเช่น Chlorophyll a, b, c และ d เป็นต้น แต่ที่สำคัญคือ Chlorophyll a และ b ซึ่งจะปรากฏในผักและผลไม้ในอัตราส่วน 3:1

29. ซึ่งจะเกิดเมื่อคลอโรฟิลล์ได้รับความร้อนในกระบวนการแปรรูปอาหาร หรือต้มคลอโรฟิลล์ในสารละลายที่เป็นกรด แคโรทีนอยด์ (Carotenoids) เป็นรงควัตถุที่ให้สีเหลือง ส้ม และแดง โครงสร้างของโมเลกุลประกอบด้วยสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่ไม่อิ่มตัว ตัวอย่างเช่น แคโรทีน (Carotene) ไลโคพีน (Lycopene) แซนโธฟิลล์ (Xanthophyll) และคริพโตแซนธิน (Cryptoxanthin) เป็นต้น สูตรโครงสร้างของรงควัตถุดังกล่าวดังแสดงในรูปที่ 2.4 รงควัตถุแคโรทีน และแซโธฟิลล์ มีประมาณ 0.005 เปอร์เซ็นต์ และ 0.008 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักสดตามลำดับ ซึ่งในธรรมชาติจะอยู่รวมกับคลอโรฟิลล์ในคลอโรพลาสต์ ขณะที่ผลไม้สุกหรือใบเสื่อมสภาพ (Senescence) คลอโรฟิลล์จะสลายตัว แต่แคโรทีนและแซนโธฟิลล์จะยังคงอยู่และปรากฏสีเด่นชัดขึ้น

33. บีต้า-แคโรทีนมีประโยชน์แก่ร่างกายมาก เพราะร่างกายสามารถเปลี่ยนแคโรทีนให้เป็นวิตามินเอได้ที่ผนังลำไส้เล็ก และตับ อย่างไรก็ดีแคโรทีนเป็นสารประกอบที่ไม่ละลายน้ำ ละลายได้ดีในไขมัน ดังนั้นควรบริโภคอาหารที่มีแคโรทีนร่วมกับอาหารประเภทไขมันเพื่อให้ร่างกายดูดซึมได้ง่าย แคโรทีนอยด์ประกอบด้วย 2 กลุ่มใหญ่ๆคือ แคโรทีนซึ่งเป็นไฮโดรคาร์บอนและแซนโธฟิลล์ ซึ่งมีออกซิเจนรวมอยู่ในโมเลกุลด้วย โครงสร้างของโมเลกุลของแคโรทีนอยด์ประกอบด้วย isoprenoid 8 กลุ่ม ต่อกัน โดยเมื่อถึงกลางโมเลกุล isoprenoid ที่ต่อกันจะต่อแบบกลับจากส่วนแรก (รูปที่ 2.4)

34. ฟลาโวนอยด์ เป็นกลุ่มของสารประกอบที่มีสูตรโครงสร้างพื้นฐานต่างกันดังรูปที่ 2.5 และ 2.6 ฟลาโวนอยด์ที่เป็นรงควัตถุที่สำคัญในผักและผลไม้ ได้แก่ แอนโธไซยานิน แอนโธแซนธิน และลูโคแอนโธไซยานิน ก. แอนโธไซยานิน เป็นกลุ่มของสารประกอบที่ให้สีแดง ชมพู น้ำเงิน และม่วง มีสูตรโครงสร้างพื้นฐานดังรูปที่ 2.5a เป็นสารประกอบจำพวกไกลโคไซด์ ละลายอยู่ในถุงเซลล์(cell sap) ของเซลล์ผิว ในธรรมชาติแอนโธไซยานินจะอยู่ในรูปของเกลือออกโซเนียม (oxonium salts) โดยเฉพาะคลอไรด์ (chloride) สำหรับน้ำตาลที่พบในโมเลกุลของแอนโธไซยานิน อาจเป็นกลูโคส ไซโลส อะราบิโนส กาแลคโตส หรือแรมโบส (Rhambose)

36. แอนโธไซยานินมีหลายชนิด แต่ละชนิดจะแตกต่างกันที่หมู่ phenol ring B (รูปที่ 2.5) ดังแสดงในรูปที่ 2.5b-g ถ้ามีจำนวนหมู่ไฮดรอกซิล (OH) อยู่ที่ ring B มากจะทำให้มีสีน้ำเงินเข้มขึ้น แต่ถ้าเป็นหมู่เมทธอกซิล (OCH3) มากขึ้น จะทำให้มีสีแดงเข้มขึ้น แอนโธไซยานิน สามารถละลายน้ำได้ และพบทั่วไปในพืชทำให้เกิดสีกับดอก ใบ ผล และส่วนอื่นๆของพืช ในปัจจุบันมีแอนโธไซยานินประมาณ 20 ชนิด แต่ที่มีความสำคัญมีอยู่ 6 ชนิดคือ เพลาร์โกนิดิน (Pelargonidin) ไซยานิดิน (Cyanidin) เดลฟินิดิน (Delphinidin) พีโอนิดิน (Peonidin) พิตูนิดิน (Petunidin) และมัลวิดิน (Malvidin)

40. ลักษณะที่สำคัญของแอนโธไซยานินอย่างหนึ่งคือ สีของแอนโธไซยานินจะผันแปรไปตามลักษณะความเป็นกรดด่างของสารละลายที่เปลี่ยนแปลงไป แอนโธไซยานินจะมีสีแดงในสภาพที่สารละลายเป็นกรด และสีจะจางลงเมื่อความเป็นกรดลดน้อยลง ในสภาพสารละลายเป็นกลางหรือเป็นด่าง แอนโธไซยานินจะมีสีน้ำเงินหรือสีม่วงในตอนแรก และสีจะจางลงไปเรื่อยๆ การเปลี่ยนสีของแอนโธไซยานินสัมพันธ์กับการเปลี่ยนโครงสร้างของสารนี้ ในขณะที่สารละลายมีความเป็นกรดมากประมาณ pH 0.71 แอนโธไซยานินจะมีสีแดงเข้ม เมื่อความเป็นกรดลดลงแอนโธไซยานินจะเปลี่ยนรูปอยู่ในรูปควินอยดัล (quinoidal)หรือ anhydro base และต่อมาจะเปลี่ยนเป็น carbinol base สารประกอบที่ไม่มีสีคือ โครมีนอล (chromenol) ซึ่งค่อนข้างอยู่ตัว การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของแอนโธไซยานินจากรูปอื่นๆ จะกลับคืนเป็นรูปที่ให้สีแดงได้เมื่อมีการเปลี่ยน pH จนเป็นกรด

44. สีของแอนโธไซยานินอาจจะจางไปเพราะการสลายตัวได้ในบางสภาพ แต่โดยทั่วไปมักเกิดจากการเปลี่ยน pH ของสารละลาย ในสภาพที่อุณหภูมิต่ำ แอนโธไซยานินในรูปของ chalcone ซึ่งไม่มีสี อาจจะเปลี่ยนไปอยู่ในรูปที่มีสีได้ การเปลี่ยนสีของผลแอปเปิลและองุ่นใน ระหว่างกระบวนการสุกนั้นอาจจะเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และกิจกรรมของเอนไซม์ ในสภาพธรรมชาติ แอนโธไซยานินจะไม่เกิดในสภาพอิสระเป็นสารเดียว แต่มักจะปรากฏอยู่รวมกับสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ ซึ่งอาจจะเป็นรงควัตถุร่วม (Co-pigment) หรือกับประจุของโลหะซึ่งจะช่วยให้สีน้ำเงินของแอนโธไซยานินอยู่ตัว เช่น ประจุของเหล็ก และอะลูมินัมมีความจำเป็นต่อการเกิดสีน้ำเงินของดอก Cornflower ซึ่งดอก Cornflower จะมีสีแดง เมื่อแอนโธไซยานินไกลโคไซด์ รวมตัวกับประจุของโลหะไม่ได้

45. ข. ฟลาโวนอยด์ชนิดอื่นๆ รงควัตถุฟลาโวนอยด์อื่นๆมีโครงสร้างคล้ายคลึงกับแอนโธไซยานินที่พบในผักและผลไม้ อาจเป็นสารประกอบที่มีสีหรือไม่มีสีก็ได้ เช่น แอนโธแซนธิน (Anthoxanthin) ลูโคแอนโธไซยานิน (Leucoanthocyanin) แคทิชิน (Catechin) อนุพันธ์ของคูมาริน (coumarin) และ hydroxy cinnamic acid สูตรโครงสร้างของฟลาโวนอยด์กลุ่มนี้ดังแสดงในรูปที่ 2.6 ชนิดของแอนโธแซนธินที่พบมากคือ flavonol quercetin ซึ่งมีสีเหลือง (รูปที่ 2.6a) ซึ่งพบได้ในแอปเปิล ส้ม องุ่น ข้าวโพด ผักโขม หอมหัวใหญ่ และหน่อไม้ฝรั่ง ส่วน hesperidin (รูปที่ 2.6b) และ naringenin พบมากในผลไม้ตระกูลส้ม hesperidin พบในส้มประมาณ 35 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักแห้งและ niringenin พบในเกรพฟรุตประมาณ 75 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักแห้ง

46. 8. วิตามินต่างๆ ผักและผลไม้สดเป็นแหล่งที่สำคัญของวิตามินซีในอาหารพืชสามารถสังเคราะห์วิตามินซีได้จากน้ำตาลเฮกโซส เช่น กลูโคส นอกจากนั้นในผักและผลไม้ยังมีแคโรทีนที่สามารถเปลี่ยนเป็นวิตามินเอได้ โดยเฉพาะผักและผลไม้ที่มีสีเหลืองส้ม และส้มแดง เช่น ฟักทอง แครอท มะเขือเทศสุก มะละกอสุก รวมทั้งผักใบเขียวด้วย

47. ตารางที่ 2.4 ปริมาณวิตามินซีในผักและผลไม้บางชนิด

48. ตารางที่ 2.4 (ต่อ) ปริมาณวิตามินซีในผักและผลไม้บางชนิด

49. ตารางที่ 2.4 (ต่อ) ปริมาณวิตามินซีในผักและผลไม้บางชนิด