Food science, food industrial technology on blog

ความดันบรรยากาศปกติที่ระดับน้ำทะเลจะมีค่าราว 101.325 กิโลปาสคาล แต่กับกระบวนการแปรรูปด้วยความดันสูง สูงที่ว่าเนี่ย ใช้ความดันระดับเมกะปาสคาลเลยทีเดียว อู้วว..กิโลกับเมกะ โดยที่การแปรรูปด้วยความดันสูง(ลิ่ว)ที่ว่าเนี่ย จัดว่าเป็นเทคโนโลยีการแปรรูปโดยไม่ใช้ความร้อน ดังนั้นเมื่อไม่ใช้ความร้อน สารอาหารบางตัวที่ไวต่อความร้อนเช่นพวกไวตามิน และสารให้กลิ่นรสก็ย่อมที่จะยังคงอยู่ในผลิตภัณฑ์ ความดันสูงๆที่ระดับต่างๆก็ยังมีผลต่อการอยู่รอดของเชื้อจุลินทรีย์ และเอนไซม์ด้วยนะจ๊ะ

กระบวนการแปรรูปด้วยความดันสูง มีชื่อเรียกภาษาอังกฤษแบบที่ตอนเรียกก็งงกับการย่อของเขาเหมือนกันนะครับ เพราะเขาย่อว่า HHP ซึ่งมีที่มาจากคำว่า High Hydrostatic Pressure ซึ่งผมไปอ่านในตำราของ Fundamental of Food Process Engineering ที่มีแจกในเว็บนี้ก็ใช้คำว่า Isostatic High Pressure ด้วยสิ ซึ่งอันนี้เข้าใจ แต่ผมเองก็งง(จริงๆ)ว่าทำไมไม่ย่อว่า HP ซึ่งพอผมมาดูส่วนประกอบของกระบวนการเพิ่มความดัน และรวมไปถึงตัวอุปกรณ์ก็ถึงบางอ้อทันที...(อยู่แถวๆโรงพยาบาลยันฮี อ่าาา ไม่ใช่ละ) hydro คือ..น้ำ เขานิยมที่จะใช้น้ำเป็น pressure medium (แปลว่าไงหว่า ตัวกลางความดัน..มั้ง งั้นผมทับศัพท์ไปเลยแล้วกันนะครับ) ซึ่งข้อดีของการใช้น้ำเป็นตัวกลาง แทนที่จะใช้ก๊าซก็คือในด้านของความปลอดภัย น้ำเข้ากับอาหารได้อย่างปลอดภัยอยู่แล้ว ใช้งานง่าย ในขณะที่ก๊าซเมื่ออัดตัวภายใต้แรงดันสูงๆ จะทำให้เกิดความร้อนสะสม และยังเสี่ยงต่อการระเบิดอีกด้วย ในขณะที่น้ำความสามารถในการบีบอัดตัวไม่มากเท่ากับก๊าซ จึงมีความปลอดภัยมากกว่าเมื่อแปรรูปที่ความดันสูงๆ

ดังนั้นในกระบวนการแปรรูปด้วยความดันสูงจึงประกอบด้วยถังทนแรงดันสูง ซึ่งถ้าเป็นการทำงานในระดับ300MPa ขึ้นไป ก็จำเป็นที่จะต้องใช้วัสดุประเภทเหล็กหล่อไร้ตะเข็บขึ้นมาใช้แล้วละครับ รวมไปถึงระบบสร้างควาัมดัน ซึ่งการใช้ pressure intensifier ดูจะมีความเหมาะสมมากกว่าการอัดความดันเข้าไปโดยตรงด้วยกระบอกสูบ เพราะให้ความดันแม่นยำกว่า และมีความปลอดภัยต่อการทำงานและอายุการใช้งานอุปกรณ์มากกว่าด้วย

ผลของการใช้ความดันสูงต่อจุลินทรีย์

ก็มีการศึกษาผลของความดันต่อการอยู่รอดของเชื้อจุลินทรีย์สายพันธุ์ต่างๆนานาในวารสารต่างประเทศครับ ว่าความดันสูงมีผลทำให้เชื้อจุลินทรีย์ไม่สามารถเจริญเติบโต และขยายพันธุ์ได้ เนื่องจากสาเหตุหลักๆสองสามประการ คือ ความดันสูงไปทำให้เอนไซม์เสื่อมสภาพ, ความดันไปทำให้อวัยวะของจุลินทรีย์ผิดปกติไป

โดยทั่วไปที่ระดับการใช้งานปานกลางของกระบวนการ HHP จะทำให้จุลินทรีย์ลดการเจริญ และการขยายพันธุ์ลง ในขณะที่ระดับการใช้ความดันสูงๆ จะยับยั้งกิจกรรมของจุลินทรีย์ เช่นการไปทำให้เซลล์จุลินทรีย์หยุดกระบวนการผลิตพลังงานภายในเซลล์เอง ส่วนความไวต่อความดันสูงของเชื้อจุลินทรีย์(baro-sensivity) จากที่ผมอ่านๆจำๆมาเขาจะเรียงจากน้อยไปมากตามนี้ แบคทีเรียแกรมบวก, ยีสต์ และแบคทีเรียแกรมลบ ตามลำดับ ส่วนสปอร์ก็จะมีความทนทานต่อความดันสูงมากกว่าเซลล์เต็มวัย เพราะขนาดที่เล็ก และผนังเซลล์แข็งแรง ประกอบกัน แต่อย่างไรก็ตาม Cheftel et al(1995) ได้รายงานว่า การใช้ความดัน 300(กับ Aspergillus oryzae) และ 400MPa(กับ Rhyzopus javanicus) สามารถทำลายสปอร์ของราและยีสต์ลงได้อย่างไม่ยากนัก ในขณะที่ราบางตัวอย่าง Byssochlamys nivea ก็ทนทานต่อความดันสูงยิ่งนัก จากรายงานของ Butz et al(1996) ก็กล่าวว่าต้องใช้ความดันสูงมากกว่า 600MPa ร่วมกับอุณหภูมิ 60^oC จึงจะทำลายสปอร์ลงไ้ด้

ตารางที่ 1 ผลของความดันต่อการอยู่รอดของเชื้อ Zygosaccharomyces baili

*การให้ความดันแปรรูปจะเริ่มนับเฉพาะตอน presure com up time

ที่มา ¹⁰

จากตารางที่ 1 เราจะพบว่าในช่วงของ exponential phase หรือ log phase นะ เชื้อจะถูกทำลายลงมากกว่าช่วง stationary phase ซึ่งมันก็ไม่แตกต่างไปจากกระบวนการแปรรูปด้วยความร้อน ที่เชื้อก็จะถูกทำลายลงไปจำนวนมากในช่วงเดียวกัน

อย่างไรก็ตามงานวิจัยมีเยอะนะครับ ผมยังอ่านไม่หมดเลย และถ้าอ่านหมดก็ไม่ต้องทำอะไรกันละ ระบบ HHP เนี่ยใช้กับอาหารได้หลากหลายพอสมควรตามตารางที่ 2

ตารางที่ 2 พารามิเตอร์ความทนทานของจุลินทรีย์ในกระบวนการแปรรูปด้วยความดันสูง

จากตัวอย่างในตารางที่ 2 เราก็จะเห็นกันชัดๆนะครับว่าในอดีตที่ผ่านมามีการใช้ HHP กับอาหารประเภทใดบ้าง

การแปรรูปด้วยความดันสูงสามารถใช้ได้กับผลิตภัณฑ์อาหารค่อนข้างจะหลากหลายชนิด โดยประเทศที่มีการนำเทคโนโลยีนี้มาใช้แปรรูปในเชิงพาณิชย์อย่างแพร่หลายก็คือ ญี่ปุน ตัวอย่างของผลิตภัณฑ์อาหารที่เข้ากระบวนการ HHP ของที่นั่นก็ได้แก่ แยมผลไม้, สลัด, โยเกิร์ท, ผลไม้ผสม, น้ำผลไม้ และ น้ำผลไม้เข้มข้น จะเห็นได้เลยนะครับว่าวิธีนี้ค่อนข้างจะช่วยดำรงรักษาคุณค่าทางโภชนาไว้ได้ดีกว่ามาก เมื่อเทียบกับการแปรรูปด้วยความร้อน อาหารเหลวก็ป้อนใส่เข้าไปในทรงกระบอก อาหารแข็งก็แพคใส่ถุงประเภท flexible container ตามตัวอย่างด้านล่างที่เป็นการแปรรูปอาหารแข็งอย่างหอยนางรม

ภาพตัวอย่างการแปรรูปด้วย HHP

เป็นภาพจากเว็บ http://www.motivatit.com ซึ่งฝรั่งเขาทำการผลิตหอยนางรม

เป็นขั้นตอนของการลำเลียงหอยนางรมในสายพาน

ทรงกระบอกขาวๆทางขวามือนั่นเป็นเครื่องล้างหอยนางรมครับ ข้างในน่าจะเป็นการสเปรย์น้ำใส่หอยนางรม

ในภาพเป็นการคัดขนาดของหอยนางรมที่ล้างแล้ว (แหม..กระบวนการตอนนี้ดูดีจังเลย คุณฝรั่งจ๋า ผมเผ้าไม่รวบเก็บเลยนะ ได้GMPหรือเปล่าเนี่ย)

ขั้นตอนของการปิดปากถุงด้วยลมร้อน

เตรียมโหลดลงถังความดันสูงแล้วครับ

พี่เสื้อเขียวคนนี้มีหน้าที่คอยโหลดหอยนางรมที่แพคเรียบร้อยแล้วลงในทรงกระบอกที่ทำมาจากเหล็กกล้า

คนนี้มีหน้าที่ควบคุมกระบวนการแปรรูปด้วยความดันสูง ผลิตภัณฑ์หอยนางรมยี่ห้อนี้เขาว่าใช้ความดันในการแปรรูปประมาณ 45000psi หรือราวๆ 360MPa

เรียบร้อย หอยพร้อมจำหน่าย...

ผลของการใช้ความดันสูงต่อเอนไซม์

Cano et al(1997) ศึกษาการใช้ความดันสูงร่วมกับอุณหภูมิเพื่อการยับยั้งเอนไซม์เพอรอกซิเดส (peroxidase) และ PPO ในผลิตภัณฑ์แปรรูปจากผลไม้หลายตัว เขาพบว่าสภาวะที่เหมาะสมในการยับยั้งกิจกรรมของเอนไซม์เพอรอกซิเดสในสตรอเบอรีพิเร่คือ การใช้ความดัน 230 MPa และ 43^oC ซึ่งอุณหภูมิที่ใช้นี้ถือว่าน้อยมากนะครับ เมื่อเทียบกับการใช้ความร้อนระดับ80-90^oC เพื่อยับยั้งเอนไซม์ดังกล่าวตามปกติ

Lopez-Malo et al(1999) ได้สาธิตให้เห็นว่า PPO บางส่วนในอาโวกาโดรพิวเรจะถูกยับยั้งกิจกรรมลงประมาณ 15-20% จากการทำงานปกติ ซึ่งก็ทำให้ไม่เกิดสีที่ไม่พึงประสงค์ ภายใต้การแปรรูปด้วยความดันสูงที่ระดับ 689MPa โดยภาพด้านล่างก็เป็นผลการศึกษาที่เขาอธิบายเป็นกราฟสามมิติ

ผลของระดับความดันต่ิอกิจกรรมของPPO ที่ระดับความเป็นกรดด่าง 4.1 ณ เวลา 10, 20 และ30นาทีตามลำดับ ซึ่งถ้าอธิบายจากกราฟสามมิติ ยิ่งความดันสูง และเวลานานก็จะมีผลทำให้การยับยั้งกิจกรรมจาก PPO ดีขึ้นด้วย

References:

¹ Patterson ME, Quinn M, Simpson R, and Gilmour A. (1955) J. Food Prot. 58:524

² Ananth V, Dickson JS, Olson DG, and Murano EA (1998) J. Food Prot. 61:1649

³ Kalchayanand N, Sikes A, Dunne CP, and Ray B. (1998) J. Food Prot. 61:425

⁴ Patterson MF and Kilpatrick DJ. (1998) J. Food Prot. 61:432

⁵ Murano EA, Murano PS, Brennan RE, Shenoy K and Moriera R. (1999). J. Food Prot. 62:480

⁶ Reddy NR, Solomon HM, Fingerhut G, Balasubramanian VM, and Rodelhamel EJ. (1999) NCFST, Sumit-Argo, IL.

⁷ Gervilla R, Capellas M, Farragut V and Guamis B. (1997) J. Food Prot. 60:33

⁸ Ponce E, Pla R, Mor-Mur M, Gervilla R and Guamis B. (1998) J. Food prot. 61:119

⁹ Zook CD, Parish ME, Braddock RJ and Balaban MO. (1999) J. Food Sci. 64:533

¹⁰ Palou et al. 1998. High hydrostatic pressure come-up time and yeast viability. J Food Prot.61(12):1657-1660.

¹¹ Butz et al(1996). High pressure inactivation of Byssochlamus nivea ascospores and other heat resistance moulds. LWT.29 :463-467.

¹² Cano et al. 1997. High Pressure and temperature effects on enzyme inactivation in strawberry and orange product. J Food Sci.62:85-88.

¹³ Lopez-Malo et a. 1999. Polyphenoloxidase Activity and color changes during storage in high hydrostatic pressure treated avocadro puree. Food Res. Int. 31(8): 549-556.

¹⁴ Cheftel J.C. 1995. High-Pressure, microbial inactivation and food preservation. Food Sci Techol Int 1: 75-90.