THESIS DEVELOPMENT OF JIAOGULAN TEA (Gynostemma pentaphyllum) NIRAMON UTAMA-ANG GRADUATE SCHOOL, KASETSART UNIVERSITY 2006 THESIS DEVELOPMENT OF JIAOGULAN TEA (Gynostemma pentaphyllum) NIRAMON UTAMA-ANG A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy (Agro-Industrial Product Development) Graduate School, Kasetsart University 2006 ISBN 974-16-2559-6 ACKNOWLEDGMENTS First of all, I would like to express my deepest gratitude to my advisor, Assosociate Professor Penkwan Chompreeda, and my committees, Assosociate Professor Vichai Haruthai-thanason, Assosociate Professor Nusiri Lerdvuthissopon, Assistant Professor Thongchai Suwonasichon and Professor Bruce A Watkins, for their worth guidance throughout my study My sincere appreciation is devoted to Dr Y Li, Dr K Wood, Dr U Khansuwan, Dr Somdek, Dr S Nielsen, Dr M Ferruzzi, Dr P Wiriyajaree and Dr A Jangchud for their warmest encouragement and helpful suggestions I would like to acknowledge to The Royal Project Foundation and The AgroIndustrial Consortium Program, The Ministry of University Affairs, Thailand, for financial support of this research, as well as, the Dept of Product Development, Kasetsart University; the Dept of Product Development Technology and the Dept of Biochemistry, Faculty of Medicine, Chiangmai University and the Dept of Food Science, Purdue University for providing research facilities I would also expand my special thanks to: My friends at Kasetsart University; Tim, June, Kai, Dow, Prathurn, Waal, Jam, Bouy, Jeab, Thee, Keaw, Pum, Pin, Fong and PD students, for supporting together during my Ph.D study My friends at Chiangmai University; Keng, Nuch, Jitra, Pongtong, Nan, Toa, Iss, Tang and others, for their assistances My friends at Purdue University; Yee, Tukta, Mort, Kong, Eak, Eva, Han, Ming, Tom, Angela , Steve, Kevin, Ben, Gorge, Kook, Win, Yui and all PUSA members, for being my good friends when I was in U.S during one year My trained panelists who participated in my sensory tests and also all respondents who participated in my consumer tests Finally, my heartfelt appreciation is given to my mom, my dad, my sister, Nud, my brother, Na and his family, for their love and carefulness My greatest thankfulness goes to my husband, Surachai, for everything he supports me and my sunshine daughter, Meen, who always hearten me Niramon Utama-ang July, 2006 i TABLE OF CONTENTS Page TABLE OF CONTENTS i LIST OF TABLES ii LIST OF FIGURES v INTRODUCTION LITERATURE REVIEWS Jiaogulan Cholesterol and Lipoprotein 12 Antioxidant 18 Saponin 21 Technique in Product Development System 36 Drying Process 46 MATERIALS AND METHODS 54 Materials 54 Methods 55 RESULTS AND DISCUSSION 82 Phase I: Raw Material Assessment 82 Phase II: Drying Process of Jiaogulan 85 Phase III: Identification and Effect of Jiaogulan Extract in Animal Model Study 96 Phase IV: Product development of herbal beverage from Jiaogulan 118 CONCLUSION 185 RECOMMENDATION FOR FUTURE WORK 188 LITERATURE CITED 189 APPENDIX 218 CIRRICULUM VITAE 255 ii LIST OF TABLES Table Page The lipoprotein properties and protein composition of normal human plasma 17 The desire value, borderline and high value of human serum lipid 17 Mechanisms of antioxidant activity 19 Review of saponin research with rats and in vitro 27 Compositions of the diets 63 The pentagon design with design points of Jiaogulan tea treatments 73 Definition of descriptive attributes for Jiaogulan tea infusion 74 Reference samples for the 13 descriptive attributes of Jiaogulan tea infusion 75 The yield, moisture content and total solid of Jiaogulan parts 82 10 Physical properties of dried Jiaogulan by hot air drying and microwave vacuum drying 11 90 Chemical properties of dried Jiaogulan by microwave-vacuum drying of two crops 95 12 Aglycones obtained from Jiaogulan extracts by alkaline cleavage 104 13 Characteristic ion of trimethylsilylated aglycones obtained from Jiaogulan extracts 14 Total cholesterol level of the rats after feeding various diet treatments 15 111 LDL cholesterol level of the rats after feeding various diet treatments 17 110 Triacylglycerol level of the rats after feeding various diet treatments 16 105 112 HDL cholesterol level of the rats after feeding various diet treatments 113 iii LIST OF TABLES (Continued) Table 18 Page The mean comparisons of serum lipid after feeding various diets by Pair Student’s t-test 19 114 Herbal beverage products in the market place in Thailand during November to December, 2003 119 20 Attitude and behavior of consumer in herbal beverage 128 21 The demographic profile of the respondents in consumer survey 133 22 The consumer behavior on herbal beverage of the respondents 136 23 The favorite herbal beverage of respondents 137 24 Attitudes of the respondents toward herbal beverage 138 25 Factors that respondents weight for the important of the herbal beverage 140 26 The factor loading of herbal beverage 142 27 The relation model of components by factor analysis 143 28 Mean hedonic ratings of Jiaogulan tea as rated by consumers in different locations 29 144 Binary Logistic regression analysis of hedonic attribute rating effect to acceptance of the respondents 144 30 Response (%) in JAR scale for the attributes of Jiaogulan tea 145 31 Mean hedonic rating by age 147 32 Cross tabulations between age and acceptance , between age and flavor added and between age and beverage form of the respondents 33 Kinetic and equilibrium data for Jiagulan tea infusion over a temperature range 34 151 Effect of time and temperature on SEY, total saponin and antioxidant activity in Jiaogulan tea infusion 35 148 153 Total saponin content and antioxidant activity of Jiaogulan tea Infusion 156 iv LIST OF TABLES (Continued) Table 36 Page The regression models of chemical component of Jiaogulan tea infusion 156 37 Sensory descriptive mean values of Jiaogulan tea infusion 159 38 The regression models of sensory descriptive attributes of Jiaogulan tea infusion 161 39 Mean hedonic rating of Jiaogulan tea treatments by consumer 166 40 The regression models of consumer acceptance of Jiaogulan tea infusion 166 41 Predicted values of Jiaogulan tea from regression models 170 42 Finished product quality of Jiaogulang tea 172 43 The demographic profile of the respondents in consumer test 174 44 Mean hedonic rating of Jiaogulan tea as rate by target consumers from different locations 175 45 Percent of acceptance and buying decision by consumer 176 46 The buying decision of consumer before and after knowing the product information 47 179 The specification of Jiaogulan tea product 182 Appendix Table Mineral Mix # 210025 (Dyets Inc., Bethlehem, PA., U.S.A.) 221 Vitamin Mix # 310025 (Dyets Inc., Bethlehem, PA, U.S.A.) 222 241 Panel Selection and Training for Descriptive Analysis Selection of the Panelist (ASTM, 1981; Meilgaard, Civille and Carr, 1999) For a panel of 13 from 30 candidates will screen by Pre-screen questionnaire and scaling exercises which were 80% passed Matching and Description test : Taste and Aroma matching and description test were used selective panelists Descript the sensory impression of products; fragrance, flavor, odorant Candidates should be able to describe 80% of stimuli (Meilgaard et al., 1999) and should at least attempt to describe the remainder with less specific terms Detection: 12 Triangle discrimination tests, each replicated twice, use for selective subjects who achieve 66% correct replies, out of the total of 24 (ASTM, 1981) Training for Descriptive Testing Terminology Development Panelists individually examine the sample, generate descriptive terms and follow by discussion (Cairncross and Sjostrom, 1997; Lawless and Heymann, 1998; Grosso and Resurreccion, 2002) The panels discussed the attributes and agree on common descriptors Redundant terms will be subsequently grouped and named an appropriate term resulting for reduction were developed and defined (Table 7) Thirteen attributes The definitions of terms will be proposed Reference standards will be decided by panelist consensus Introduction to Descriptive Scale The graphic scale was used to evaluate the intensity of each of the sensory attributes is an unstructured horizontal line 15 cm.(6 inch) in length usually anchored 12.5 cm (1/2 inch) from each end by a pair of terms which describe or limit the attribute (ASTM, 1992) Reference rating and control Jiaogulan tea were decided by panelist consensus Some references were obtained from the literature Reference standards played an important role in sensory analysis 242 (Wolfe, 1979) by helping panelists relate to a specific perception (Stone and Sidel, 1993) Training Panelists were trained to evaluate the sensory characteristics of Jiaogulan tea and descriptive scale using reference standard and worm up sample to increase reliability of ratings (Plemmons and Resurreccion, 1998) 243 APPENDIX Descriptive Ballot Descriptive Ballots JIAOGULAN TEA Name Date _ Code _ Place a vertical mark through the line scale to indicate the intensity of each attribute 244 ( the scale is from to 150 ) Please stir times with a spoon provided Appearance Green yellow color = Light yellow to drak green Reference: Tratarzine = 45, Bromocresol green = 120, Jiaogulan tea control = 70 _ Light yellow Dark green Sedimentation = The degree of sedimentary of sample Reference: 0.01% tea powder = 75, 0.05% tea powder = 130, Jiaogulan tea control = 23 _ none many Clearness = The degree of clarity of sample Reference: Water = 0, Corn starch solution = 150, Jiaogulan tea control = 47 _ Clear Cloudy Aroma Dried leaf smell = Aromatic associated with dried grass or rice leaf or bamboo leaf Reference : Dried Jiaogulan = 30, Jiaogulan tea control =32 _ weak strong Green tea smell = Aromatic associated with green tea Reference: Japanese green tea = 25 , Jiaogulan tea control = 40 _ weak strong Jiaogulan smell = Aromatic associated with Jiaogulan Reference: Jiaogulan tea control = 64 _ weak strong Taste 245 Sweet = The taste on the tongue associated with aqueous solution of sugar Reference: Standard solution of sucrose = 20, 50, 10, 150, Jiaogulan tea control = 32 _ weak strong Bitter = The taste on the tongue associated with aquwous solution of caffeine Reference: Standard solution of caffeine = 20, 50, Jiaogulan tea control = 51 _ weak strong Flavor Green tea flavor = Flavor associated with green tea Reference : Japanese green tea = 25 , Jiaogulan tea control = 33 _ weak strong Jiaogulan flavor = Flavor associated with Jiaogulan Reference : Jiaogulan tea control = 62 _ weak strong Feeling factor Astringency = The shrinking of the tongue surface caused by alum Reference : 0.07% Alum = 10, 0.3% Alum = 30, hr tea bag = 95, Jiaogulan tea control=42 _ weak strong Aftertaste Sweet = The sweet taste after product is swallowed Reference: Standard solution of sucrose = 5, 25, 45, 85, Jiaogulan tea control = 23 _ weak strong 246 Bitter = The bitter taste after product is swallowed Reference: Standard solution of caffeine = 27, 80, Jiaogulan tea control = 60 _ weak strong Astringent = The shrinking of feeling after product is swallowed Reference: 0.07%Alum = 5, 0.3%Alum = 80, hr tea bag = 110, Jiaogulan tea control = 59 _ weak strong Comment : Thank you for cooperation 247 APPENDIX Questionnaire for Consumer Acceptance Test Questionnaire for Consumer Acceptance test (in Thai) แบบสอบถาม 248 เรื่อง การทดสอบการยอมรับของผูบริโภคตอผลิตภัณฑชาเจียวกูหลาน เรียน ทานผูตอบแบบสอบถาม แบบสอบถามนี้เปนการทดสอบการยอมรับของผูบริโภคที่มีตอ ผลิตภัณฑชาเจียวกู  หลาน เพื่อใช ประกอบการเรียบเรียงวิทยานิพธของ นางนิรมล อุตมอาง นักศึกษา ระดับปริญญาเอก สาขาวิชา พัฒนาผลิตภัณฑอตสาหกรรมเกษตร ุ มหาวิทยาลัย เกษตรศาสตร ภายใตการดูแลของ รศ.ดร.เพ็ญขวัญ ชมปรีดา โดยไดรับทุนสนับสนุน งานวิจยจากมูลนิธโครงการหลวง ั ิ ซึ่งผูวิจัยใครขอ ความกรุณาและ ความรวมมือ จากทานในการตอบแบบสอบถามใหสมบูรณ โดยแบบสอบถามแบงเปน สวน ดังนี้ สวนที่ ขอมูลทั่วไปของผูตอบแบบสอบถาม สวนที่ ขอมูลดานการยอมรับผลิตภัณฑ โดยมีการทดสอบชิม ตัวอยาง สวนที่ ขอมูลรายละเอียดเกี่ยวกับตัวผลิตภัณฑ ( กรุณาทําทีละหนา อยาเปดอาน ลวงหนา) ทั้งนี้ขอมูลทังหมดทีทานตอบมจะเปนประโยชอยางยิงสําหรับงานวิจยดังกลาว ้ ่ ่ ั ขอขอบคุณทานที่เสียสละเวลาในการตอบแบบสอบถามในครั้งนี้เปนอยางสูง ผูวิจัย แบบสอบถาม เรื่อง การทดสอบการยอมรับของผูบริโภคตอผลิตภัณฑชาเจียวกูกลาน เฉพาะเจาหนาที่ สวนที่ ขอมูลทั่วไปของผูตอบแบบสอบถาม 249 เพศ ( ) ชาย ( ) หญิง อายุ ป การศึกษาสูงสุด ( ) ต่ํากวาหรือเทียบเทาประถมศึกษา ( ) มัธยมศึกษา หรือเทียบเทา ( ) อนุปริญญา หรือเทียบเทา ( ) ปริญญาตรี ( ) สูงกวาปริญญาตรี อาชีพ ( ) รับราชการ / รัฐวิสาหกิจ ( ) ธุรกิจ / พนักงานบริษัทเอกชน ( ) เจาของกิจ การ /อาชีพอิสระ ( ) รับจางทั่วไป ( ) แมบาน ( ) เกษียณอายุ / ขาราชการบํานาญ ( )อื่นๆ ระบุ _ รายไดของทานตอเดือน ( ) นอยกวา 5,000 บาท ( ) 5,001 - 10,000 บาท ( ) 10,001 -15,000 บาท ( ) 15,001 - 20,000 บาท ( ) 20,001 - 25,000 บาท ( ) 25,001 - 30,000 บาท ( ) มากวา 30,000 บาท ( ) อื่นๆ ระบุ ปกติทานออกกําลังกายบอยเพียงใด ( ) ทุกวัน ( ) – ครั้งตออาทิตย ( ) – ครั้งตออาทิตย ( ) นอยกวา ครั้งตออาทิตย ทานเคยตรวจเช็คสุขภาพ หรือไม ( ) เคย ( ) ไมเคย (ยุติการทําแบบสอบถาม) การตรวจเช็คระดับไขมันในเลือดของทานเมื่อมีการตรวจครั้งสุดทายเปนอยางไร 8.1 ปริมาณโคเลสเตอรอลของทาน = มิลลิกรัมตอเดซิลิตร ( ) ปกติ ( ) สูงกวาปกติ 8.2 ปริมาณไตรกรีเซอไรดของทาน = มิลลิกรัมตอเดซิลิตร ( ) ปกติ ( ) สูงกวาปกติ สวนที่ ขอมูลดานการทดสอบการยอมรับผลิตภัณฑชาเจียวกูหลาน คําแนะนํา : กรุณาทดสอบชิมผลิตภัณฑชาเจียวกูหลานตัวอยาง และใหคะแนนตามอัตรา  ลงในชองคะแนนที่ตรงกับความรูสึก ความชอบ ในคุณลักษณะตางๆ โดยทําเครื่องหมาย ของทานมากที่สุด 250 ความชอบคุณภาพโดยรวม 1.ไมชอบ อยางยิ่ง 2.ไมชอบ มาก 3.ไมชอบ ปานกลาง 4.ไมชอบ เล็กนอย 5.บอกไมไดวา ชอบหรือไมชอบ 6.ชอบ เล็กนอย 7.ชอบ ปานกลาง 8.ชอบ มาก 9.ชอบ อยางยิ่ง 2.ไมชอบ มาก 3.ไมชอบ ปานกลาง 4.ไมชอบ เล็กนอย 5.บอกไมไดวา ชอบหรือไมชอบ 6.ชอบ เล็กนอย 7.ชอบ ปานกลาง 8.ชอบ มาก 9.ชอบ อยางยิ่ง 2.ไมชอบ มาก 3.ไมชอบ ปานกลาง 4.ไมชอบ เล็กนอย 5.บอกไมไดวา ชอบหรือไมชอบ 6.ชอบ เล็กนอย 7.ชอบ ปานกลาง 8.ชอบ มาก 9.ชอบ อยางยิ่ง 3.ไมชอบ ปานกลาง 4.ไมชอบ เล็กนอย 5.บอกไมไดวา ชอบหรือไมชอบ 6.ชอบ เล็กนอย 7.ชอบ ปานกลาง 8.ชอบ มาก 9.ชอบ อยางยิ่ง 2.ไมชอบ มาก 3.ไมชอบ ปานกลาง 4.ไมชอบ เล็กนอย 5.บอกไมไดวา ชอบหรือไมชอบ 6.ชอบ เล็กนอย 7.ชอบ ปานกลาง 8.ชอบ มาก 9.ชอบ อยางยิ่ง 2.ไมชอบ มาก 3.ไมชอบ ปานกลาง 4.ไมชอบ เล็กนอย 5.บอกไมไดวา ชอบหรือไมชอบ 6.ชอบ เล็กนอย 7.ชอบ ปานกลาง 8.ชอบ มาก 9.ชอบ อยางยิ่ง 4.ไมชอบ เล็กนอย 5.บอกไมไดวา ชอบหรือไมชอบ 6.ชอบ เล็กนอย 7.ชอบ ปานกลาง 8.ชอบ มาก 9.ชอบ อยางยิ่ง 10 สี 1.ไมชอบ อยางยิ่ง 11 กลิ่น 1.ไมชอบ อยางยิ่ง 12 รสชาติรวม 1.ไมชอบ อยางยิ่ง 2.ไมชอบ มาก 13 รสหวาน 1.ไมชอบ อยางยิ่ง 14 รสขม 1.ไมชอบ อยางยิ่ง 15 ความรูสกหลังกลืน ึ 1.ไมชอบ อยางยิ่ง 2.ไมชอบ มาก 3.ไมชอบ ปานกลาง 16 ทานยอมรับผลิตภัณฑชาเจียวกูหลานตัวอยางหรือไม ( ) ยอมรับ ( ) ไมยอมรับ  17.ถามีผลิตภัณฑชาเจียวกูหลานนี้จําหนายในตลาด ทานเต็มใจจะซื้อผลิตภัณฑนี้หรือไม ( ) ซื้อ ( ) ไมซื้อ สวนที่ ขอมูลดานรายละเอียดเกียวกับ ผลิตภัณฑชาเจียวกูหลาน จากงานวิจัยนี้ ่ ชาเจียวกูหลาน  251 เจียวกูหลาน เปนสมุนไพรจีนที่มสรรพคุณที่ดีตอสุขภาพ ในปจจุบันสามารถปลูก ี ไดในประเทศไทยบางพืนที่ ไดแก จังหวัดเชียงใหม เชียงราย และแมฮองสอน ้ เจียวกูหลาน ประกอบดวยสารสําคัญภายใน ไดแก สารซาโปนิน และสารตาน อนุมูลอิสระ จากการวิเคราะหพบวา สารซาโปนินในเจียวกูหลาน เปนสารประกอบตัว  เดียวกับ สารสําคัญในโสม ถึงสองชนิด คือ จินเซนโนไซด Rb1 และ Rg1 ซึ่งเจียวกู หลานหางายและราคาถูกกวาโสม จากการวิจัยในสัตวทดลองพบวา ชาเจียวกูหลาน สามารถลดไขมันในเลือดได กลาวคือ ปริมาณไตรกลีเซอไรดลดลง และปริมาณคลอเลสเตอรอลมีแนวโนมลดลง หลังจากไดรบชาเจียวกูหลานเปนเวลาสองอาทิตย ั  กรุณาชิมตัวอยางชาตัวอยางอีกครั้ง สุขภาพของชาเจียวกูหลานแลว  หลังจากรับทราบขอมูลประโยชนตอ 18 ภายหลังจากที่ทานทราบขอมูลประโยชนของผลิตภัณฑชาเจียวกูหลานตัวอยางแลว  ทานยอมรับผลิตภัณฑชาเจียวกูหลานนี้หรือไม ( ) ยอมรับ ( ) ไมยอมรับ 19 ภายหลังจากที่ทานทราบขอมูลประโยชนของผลิตภัณฑชาเจียวกูหลานตัวอยางแลว  ทานเต็มใจจะซื้อผลิตภัณฑชาเจียวกูหลานตัวอยางนี้ หรือไม  ( ) ซื้อ ( ) ไมซื้อ เหตุผล _ 20 ทานคิดวาราคาที่เหมาะสมสําหรับผลิตภัณฑชาเจียวกูหลานตัวอยางนี้ ควรเปนเทาไร ( ) บาท/ซอง ( ) บาท/ซอง ( ) บาท/ซอง กรุณารับของที่ระลึก เพือแทนคําขอบคุณในความรวมมือ ่ Questionnaire for Consumer Acceptance test Topic: Consumer Acceptance test of Jiaogulan tea 252 Part 1: Demographic data Sex ( ) Male ( ) Female Age ( ) 35-45 years old ( ) 46-55 years old ( ) 56-65 years old ( ) over 65 years old Education ( ) Primary school ( ) High school ( ) Bachelor degree ( ) Vocational degree ( ) Higher degree Occupation ( ) Student ( ) Government officer ( ) Business ( ) House wife ( ) Retirement ( ) Unemployed Income ( ) None ( ) less than 5,000 baht ( ) 5,001-10,000 bath ( ) 10,001-15,000 baht ( ) 15,001-20,000 bath ( ) 20,001-25,000 bath ( ) 25,001-30,000 bath ( ) more than 30,000 baht Part 2: Acceptance test of Jiaogulan tea Suggestion: Please test the Jiaogulan tea sample and weight your liking score by put in the box which is directly to your opinion 253 Overall liking Dislike extremely Dislike Very much Dislike moderately Dislike slightly Neither like nor dislike Like Slightly Like moderately 8.Like very much 9.Like extreamly Dislike Very much Dislike moderately Dislike slightly Neither like nor dislike Like Slightly Like moderately 8.Like very much 9.Like extreamly Dislike Very much Dislike moderately Dislike slightly Neither like nor dislike Like Slightly Like moderately 8.Like very much 9.Like extreamly Dislike moderately Dislike slightly Neither like nor dislike Like Slightly Like moderately 8.Like very much 9.Like extreamly Dislike moderately Dislike slightly Neither like nor dislike Like Slightly Like moderately 8.Like very much 9.Like extreamly Dislike moderately Dislike slightly Neither like nor dislike Like Slightly Like moderately 8.Like very much 9.Like extreamly Dislike moderately Dislike slightly Neither like nor dislike Like Slightly Like moderately 8.Like very much 9.Like extreamly Color Dislike extremely Aroma Dislike extremely Overall flavor Dislike extremely Dislike Very much 10 Sweetness Dislike extremely Dislike Very much 11 Bitterness Dislike extremely Dislike Very much 12 Aftertaste Dislike extremely Dislike Very much 13 Do you accept this product? ( ) Yes ( ) No 14 Do you want to buy this product? ( ) Yes ( ) No Part 3: The research information of Jiaogulan tea Jiaogulan Tea 254 Jiaogulan is a Chinease medicine herb which is health benefit Now it can grow in Thailand, such as Chiangmai, Chiangrai and Mae Hong Song Jiaogulan consists of active compounds, saponins and antioxidants The research results indicated that saponin in Jiaogulan is the same compound as Ginseng, ginsinoside Rb1 and Rg1 In vivo study, Jiaogulan tea can reduce triglyceride and lower cholesterol level After reading this information, please answer the questions 15 Do you accept this product? ( ) Yes ( ) No 16 Do you want to buy this product? ( ) Yes ( ) No 17 The optimum price of Jiaogulan tea per bag ( ) bath ( ) bath ( ) bath Thank you for your corporation Please take the souvenir 255 CURRIVULUM VITAE NAME : Mrs Niramon Utama-ang BIRTH DATE : May 11, 1966 EDUCATION : YEAR 1987 INSTITUE DEGREE Chiangmai University B.S (Food Science and Technology), 1993 Kasetsart University M.S (Agro-Industrial Product Development) WORKPLACE : Department of Product Development Technology, Faculty of Agro-Industry, Chiangmai University SCHOLARSHIP : The Royal Project Foundation, Thailand The Agro-Industrial Consortium Program, The Ministry of University Affairs, Thailand