การปรับปรุงผลิต

เว็บไซต์ภายใต้กรม ฯ

การใช้ความร้อนการฆ่าเชื้อในอาหาร

   ก่อนที่จะทราบถึงหลักการในการใช้ความร้อนฆ่าเชื้อในอาหาร ขออธิบายเรื่องของการถ่ายเทความร้อนซึ่งเป็นพื้นฐานของการนำความร้อนไปใช้ประโยชน์ในการฆ่าเชื้อในอาหารก่อน เพราะการถ่ายเทความร้อน (Heat transfer) ถือเป็นสิ่งสำคัญในกระบวนการแปรรูปอาหาร เพราะการถ่ายเทความร้อนเข้าสู่ผลิตภัณฑ์ ทำให้เกิดผลในการฆ่าเชื้อ ซึ่งทำให้ผลิตภัณฑ์อาหารมีความปลอดภัยในการบริโภค

   การถ่ายเทความร้อน จะเกิดขึ้นเมื่อระบบการให้ความร้อนมี 2 ส่วนที่อุณหภูมิแตกต่างกัน ความร้อนจะถ่ายเทจากที่ที่มีอุณหภูมิสูงไปยังที่ที่มีอุณหภูมิต่ำ การถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นได้ 3 วิธี ดังนี้

     1. การนำความร้อน เกิดจากการถ่ายเทพลังงานความร้อนจากโมเลกุลที่มีอุณหภูมิสูงไปยังโมเลกุลที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า

     2. การพาความร้อน การถ่ายเทความร้อนโดยอาศัยการพาความร้อน เกิดขึ้นระหว่างผิวของแข็งและของไหลในบริเวณใกล้เคียงกันที่มีอุณหภูมิต่างกัน ซึ่งของไหลที่กล่าวถึง ได้แก่ แก๊ส หรือของเหลว เป็นต้น ของไหลนี้เปรียบเสมือนตัวพาความร้อน

     3. การแผ่รังสี กลไกการถ่ายเทความร้อนด้วยการแผ่รังสี มีความแตกต่างจากการถ่ายเทความร้อนด้วยการนำและการพาความร้อน เนื่องจากการแผ่รังสีความร้อนไม่ต้องอาศัยตัวกลาง โดยถ่ายเทความร้อนในรูปของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

   การใช้ความร้อน เป็นกระบวนการหนึ่งที่นำความร้อน ณ อุณหภูมิหนึ่ง ในช่วงเวลาหนึ่ง ที่สามารถฆ่าและทำลายจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดการเน่าเสียของอาหาร จุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค สารพิษ พยาธิ แมลงและเอ็นไซม์ต่าง ๆ ในการแปรรูปและถนอมรักษาอาหาร แบ่งการให้ความร้อนออกเป็น 3 ระดับคือ

     1. การฆ่าเชื้อแบบพาสเจอไรซ์ (pasteurization) วัตถุประสงค์เพื่อทำลายจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดโรคและไม่สร้างสปอร์ คุณภาพของอาหารจะแตกต่างจากวัตถุดิบไม่มากนัก แต่การฆ่าเชื้อในระดับพาสเจอไรซ์จะไม่สามารถทำลายสปอร์ของเชื้อจุลินทรีย์ที่เป็นอันตรายต่อผู้บริโภค และไม่สามารถทำลายเชื้อจุลินทรีย์ที่ทนความร้อนสูงได้ ดังนั้นจะต้องเก็บรักษาผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการพาสเจอไรซ์ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 4 ° ซ หรืออุณหภูมิตู้เย็น เพราะการเก็บรักษาที่อุณหภูมิต่ำสามารถยับยั้งการงอกของสปอร์ ปริมาณเชื้อที่ยังคงมีอยู่ในอาหารจึงไม่เป็นอันตรายต่อผู้บริโภค การพาสเจอไรซ์ เป็นกระบวนการใช้ความร้อนที่อุณหภูมิไม่เกิน 100 °C เพื่อทำลายเชื้อจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค (Pathogenic microorganisms) จึงมักใช้ร่วมกับวิธีการถนอมอาหารวิธีอื่น เช่น การแช่เย็น การเติมสารเคมี (น้ำตาล เกลือ กรด สารกันเสีย) การหมัก หรือการบรรจุภายใต้ภาวะสุญญากาศ กระบวนการพาสเจอไรซ์ อาจทำได้โดยใช้

       • Low temperature , long time ; LTLT เป็นการให้ความร้อนที่อุณหภูมิไม่สูงมากแต่ใช้เวลานาน เช่น การพาสเจอไรซ์น้ำนมสดที่อุณหภูมิ 63 °C จะใช้เวลานาน 30 นาที เพื่อทำลายเชื้อจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค

       • High temperature , short time; HTST เป็นการใช้อุณหภูมิสูง แต่เป็นเวลาสั้นๆ เช่น การพาสเจอไรซ์น้ำนมสดที่อุณหภูมิ 72 °C จะใช้เวลานานเพียงนาน 15 วินาที เพื่อทำลายจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค

     2. การฆ่าเชื้อแบบสเตอริไลซ์ (Sterilization) เพื่อทำลายจุลินทรีย์ รวมทั้งสปอร์ของจุลินทรีย์ที่ทำให้อาหารเป็นอันตรายต่อผู้บริโภค และสปอร์ส่วนใหญ่ที่ทำให้อาหารเน่าเสีย ปริมาณความร้อนที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหารจะอยู่ในระดับที่เรียกว่า การฆ่าเชื้อเชิงการค้า (Commercial sterilization) หลักการของการฆ่าเชื้อแบบการค้า คือ การให้ความร้อนแก่อาหารในปริมาณเพียงพอที่จะทำลายจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค และยับยั้งไม่ให้จุลินทรีย์ที่ทำให้อาหารเสื่อมเสียเจริญได้ เนื่องจากไม่ได้ทำลายเชื้อจุลินทรีย์ทั้งหมดแบบที่ใช้ในการฆ่าเชื้อทางการแพทย์ อาหารที่ผ่านการแปรรูปในระดับการฆ่าเชื้อเชิงการค้าอาจยังมีสปอร์ของแบคทีเรียทนร้อน (Thermophiles) หลงเหลืออยู่ แต่ไม่เป็นปัญหาเนื่องจากอาหารถูกเก็บรักษาที่อุณหภูมิห้องหรือต่ำกว่า 45 ° ซ สปอร์ของแบคทีเรียทนร้อนจึงไม่งอก และเพิ่มจำนวนทำให้อาหารเน่าเสีย

     การสเตอริไลซ์ เป็นการใช้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 °C ภายใต้ความดัน ในกรณีของเครื่องฆ่าเชื้อภายใต้ความดันที่ใช้ไอน้ำเป็นตัวกลางในการให้ความร้อนที่ 121.1 °C มีค่าความดันประมาณ 15 psi (ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อทำลายจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค และ จุลินทรีย์ที่ทำให้อาหารเสื่อมเสีย ซึ่งโดยทั่วไปการใช้อุณหภูมิสูงๆ เป็นเวลานานๆ ย่อมสามารถทำลายจุลินทรีย์ได้มาก สำหรับอาหารนั้นเราไม่สามารถใช้ความร้อนปริมาณสูงมากๆ ได้ เนื่องจากจะทำให้สูญเสียคุณภาพของผลิตภัณฑ์

     เครื่องฆ่าเชื้อภายใต้ความดัน (Retort) คืออุปกรณ์ปิดที่ใช้ฆ่าเชื้ออาหารที่บรรจุในภาชนะปิดสนิทโดยทำงานภายใต้ความดันเพื่อทำให้อุณหภูมิขึ้นสูงกว่า 100 องศาเซลเซียส มีหลายระบบแต่มีคุณลักษณะร่วมกัน ดังนี้

       • ระบบทำงานภายใต้ความดันและมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิน้ำเดือดมาก

       • ระบบใช้ตัวกลางเพื่อถ่ายเทความร้อนให้กับผลิตภัณฑ์ ตัวกลางที่ใช้มีทั้งไอน้ำ น้ำร้อน (โดยให้บรรจุภัณฑ์อยู่ใต้น้ำร้อน หรือสเปรย์ด้วยน้ำร้อน เป็นต้น) และไอน้ำผสมกับอากาศ

       • ระบบใช้ความดันเพิ่ม (Overpressure) ระหว่างการฆ่าเชื้อและการหล่อเย็น เพื่อคงความสมบูรณ์ของภาชนะบรรจุไว้ และเพื่อให้เกิดสมดุลกับความดันที่เกิดขึ้นในภาชนะบรรจุ ระบบนี้จำเป็นสาหรับภาชนะบรรจุบางประเภทที่มีความทนทานที่จำกัดต่อความดันที่เกิดขึ้นภายในภาชนะบรรจุตัวอย่างเช่นบรรจุภัณฑ์อ่อนตัว บรรจุภัณฑ์กึ่งแข็งตัว ถาดโลหะ (Metal trays) กล่องกระดาษ (Paperboard containers) และขวดแก้ว

     3. กระบวนการฆ่าเชื้อแบบ ยู เอช ที (Ultra-high temperature ; UHT) เป็นการใช้อุณหภูมิที่สูงกว่า 100 °C (โดยทั่วไปจะสูงกว่า 130 °C) ทำให้สามารถลดเวลาในการฆ่าเชื้อลงเหลือเพียงในระดับไม่กี่วินาทีก็สามารถทำลายจุลินทรีย์ได้ ในขณะที่ยังคงคุณค่าของสารอาหาร เช่น วิตามิน อย่างไรก็ตามการใช้ความร้อนระดับ UHT นี้มีข้อด้อย คือเวลาที่ใช้สั้นมาก ดังนั้นเอนไซม์บางชนิดไม่ถูกทำลายไป เมื่อเก็บอาหารไว้ระยะหนึ่งเอนไซม์อาจทำปฏิกิริยากับอาหาร ทำให้อาหารเปลี่ยนสภาพ หรือเสียได้ เช่น นมสด UHT

   จากหลักการในการฆ่าเชื้อในอาหาร ผู้ประกอบการผลิตอาหารจะต้องพิจารณาดูว่าประเภทของอาหาร และความสามารถในการฆ่าเชื้อด้วยความร้อนของกิจการตนเองเหมาะสมที่จะใช้ขบวนการในการฆ่าเชื้อแบบใด