เทคโนโลยี Cold plasma ในอุตสาหกรรมอาหาร (Cold plasma technology for food industry)

เทคโนโลยี Cold plasma ในอุตสาหกรรมอาหาร

(Cold plasma technology for food industry)

สิริวรรณ สุขนิคม

     เทคโนโลยี Cold plasma เป็นเทคนิคการแปรรูปอาหารโดยไม่ใช้ความร้อน ซึ่งปัจจุบันอุตสาหกรรมอาหารเริ่มให้ความสนใจเนื่องจากมีงานวิจัยพบว่า เทคโนโลยีนี้สามารถทำลายเชื้อจุลินทรีย์รวมถึงสปอร์ของจุลินทรีย์นั้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ

     อะไรคือพลาสมา? โดยทั่วไปสสารจะมีทั้งหมด 3 สถานะ ได้แก่ ของแข็ง ของเหลวและก๊าซ นั่นคือสิ่งที่เรารู้กันมานาน แต่ในความเป็นจริง สสารมีทั้งสิ้น 4 สถานะ ได้แก่ ของแข็ง ของเหลว ก๊าซและพลาสมา  พลาสมาจัดได้ว่าเป็นสถานะที่ 4 ของสสาร เนื่องจากมีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างไปจากสถานะอื่นอย่างชัดเจน พลาสมาประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุทั้งประจุบวกและลบ ในสัดส่วนที่ทำให้ประจุสุทธิเป็นศูนย์ พลาสมาสามารถเกิดได้โดย การให้สนามไฟฟ้าปริมาณมากแก่ก๊าซที่เป็นกลาง เมื่อพลังงานส่งผ่านไปยังอิเล็กตรอนอิสระมากพอ จะทำให้อิเล็กตรอนอิสระชนกับอะตอม และทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอม กระบวนการนี้เรียกว่ากระบวนการแตกตัวเป็นไอออน (ionization) ซึ่งจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้จำนวนอิเล็กตรอนที่หลุดออกมานี้เพิ่มจำนวนขึ้นอย่างมากซึ่งจะทำให้ก๊าซแตกตัวและกลายเป็นพลาสมาในที่สุด  โดย cold plasma เกิดจากการให้คลื่นอิเล็คโตรเม็กเนติกความถี่สูง (มากกว่า 100 MHz) แก่ก๊าซภายใต้สภาวะความดันต่ำ

     ในอุตสาหกรรมอาหารสามารถนำ cold plasma มาใช้ในอุตสาหกรรมอาหารหลายประเภท โดยนิยมใช้ทำลายจุลินทรีย์ที่พื้นผิว เช่น ฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ที่ผิวของเปลือกไข่ นอกจากนั้น นอกจากจะทำลายจุลินทรีย์แล้ว เทคโนโลยีนี้ยังส่งผลต่อคุณสมบัติของอาหารด้วย อาทิเช่น พบว่าการใช้เทคโนโลยี cold plasma กับถั่วดำ  นอกจากจะช่วยลดปริมาณจุลินทรีย์แล้วยังพบว่าถั่วดำที่ผ่านการใช้เทคโนโลยีนี้ เมื่อนำมาปรุงให้สุกจะใช้ระยะเวลาสั้นลง รวมทั้งถั่วดำจะมีเนื้อสัมผัสที่นิ่มลง และความสามารถดูดซับน้ำเมื่อนำถั่วดำมาแช่น้ำนาน 4 ชั่วโมง ส่วนในข้าวบาสมาติ (Basmati) พบว่าการใช้เทคโนโลยีนี้จะช่วยให้ความดูดซึมน้ำได้มากขึ้นทำให้อุณหภูมิการเกิดเจลาติไนซ์เซชั่นต่ำลง

     นอกจากจะทำให้จุลินทรีย์ลดลง และเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของอาหารแล้วยังพบว่า เทคโนโลยีนี้สามารถทำให้ยาฆ่าแมลงที่ปนเปื้อนในอาหารเกิดการแตกตัว เสื่อมสภาพทำให้ลดการเกิดอันตรายจากการปนเปื้อนของสารพิษจากยาฆ่าแมลง 

     นอกจากนี้ยังมีการนำเทคโนโลยี cold plasma ไปใช้ในการผลิตบรรจุภัณฑ์อาหาร เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของบรรจุภัณฑ์ ไม่ว่าจะเป็นแง่ของความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ และความสามารถป้องกันการปนเปื้อนซ้ำของผลิตภัณฑ์อาหาร

     ในอนาคตการนำเทคโนโลยี cold plasma มาใช้จะเริ่มมีความแพร่หลายมากขึ้น โดยเริ่มมีการศึกษาเกี่ยวกับการนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ เช่น

• การใช้เทคโนโลยี cold plasma ในอุตสาหกรรม hydrogenation ของน้ำมัน เพื่อผลิตมาร์การีน เนื่องจากปัจจุบัน กระบวนการ hydrogenated ของน้ำมันจะใช้ความร้อยซึ่งทำให้เกิด trans fat ที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพ จึงได้มีการศึกษาการใช้เทคโนโลยี cold plasma เพื่อลดการเกิด trans fat ในกระบวนการhydrogenated ของน้ำมัน

• การใช้เทคโนโลยี cold plasma เพื่อลดการเกิดภาวการณ์แพ้อาหารบางชนิด ซึ่งมีการศึกษาพบว่า เทคโนโลยีนี้จะทำให้โปรตีนที่ทำให้เกิดการแพ้อาหาร เกิดการเสื่อมสภาพทำให้ไม่เกิดการแพ้อาหาร

• การใช้เทคโนโลยี cold plasma เพื่อทำลายสารต้านคุณค่าทางโภชนาการของอาหาร (Anti-nutrition) ซึ่งเป็นสารที่พบในอาหารตามธรรมชาติอยู่แล้ว โดยพบว่าเทคโนโลยีนี้สามารถทำลายสารต้านคุณค่าทางโภชนาการ เช่น trypsin inhibitor, oxalate

ข้อจำกัดของเทคโนโลยี cold plasma

     เนื่องจากเทคโนโลยีนี้เป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่จึงยังมีข้อจำกัดในหลายด้าน ยกตัวอย่างเช่น ยังขาดผู้เชี่ยวชาญในการใช้เทคโนโลยีนี้ เครื่องมือที่ใช้ผลิต cold plasma มีราคาสูง และส่วนใหญ่การใช้เทคโนโลยีนี้ยังอยู่ในขั้นของการทดลองยังไม่สามารถขยายไปสู่ภาคอุตสาหกรรม

แล้วเทคโนโลยีนี้มีความปลอดภัยเมื่อใช้ในอาหารหรือไม่

     ยังมีข้อถกเถียงถึงความปลอดภัยในเทคโนโลยีนี้ เนื่องจากในบางอุตสาหกรรมเช่น ในอาหารที่มีไขมันสูง การใช้เทคโนโลยี cold plasma จะทำให้เกิดสารในกลุ่ม peroxide ซึ่งเกิดจากปฏิกิริยา oxidation ซึ่งอาจส่งผลเสียต่อร่างกายได้ รวมทั้งในอาหารที่มีสาร antioxidant การใช้เทคโนโลยีนี้อาจทำให้สาร antioxidant เกิดการแตกตัวทำให้เสื่อมสภาพได้  ดังนั้นจึงยังต้องมีการศึกษาเพิ่มเติม เฉพาะเจาะจงลงไปในอาหารแต่ละชนิดว่ามีความเหมาะสมแค่ไหนในการใช้เทคโนโลยีนี้

เอกสารอ้างอิง

Alkawareek, M. Y., Gorman, S. P., Graham, W. G., & Gilmore, B. F. (2014). Potential cellular targets and antibacterial efficacy of atmospheric pressure non-thermal plasma. International Journal of Antimicrobial Agents, 43(2), 154-160.

Ekezie, F.-G., Sun, D.-W &, Cheng, J.-H. (2017). A review on recent advances in cold plasma technology for the food industry: Current applications and future trends. Trends in Food Science & Technology, 69, 46-58.

Sarangapani, C., Misra, N. N., Milosavljevic, V., Bourke, P., O'Regan, F., & Cullen, P. J. (2016a). Pesticide degradation in water using atmospheric air cold plasma. Journal of Water Process Engineering, 9, 225-232.

Sarangapani, C., Yamuna Devi, R., Thirumdas, R., Trimukhe, A. M., Deshmukh, R. R., & Annapure, U. S. (2017b). Physico-chemical properties of low-pressure plasma treated black gram. LWT-food Science and Technology, 79, 102-110.