การพัฒนากระบวนการผลิตมะม่วงตัดแต่งพร้อมบริโภคด้วยเทคโนโลยีสีเขียวเพื่อการส่งออก

มะม่วงพันธุ์น้ำดอกไม้เป็นผลไม้ที่นิยมบริโภคในขณะผลสุก เนื่องจากมีรสชาติหวาน กลิ่นหอม เนื้อละเอียด ไม่มีเสี้ยน นอกจากรับประทานในรูปผลสดยังสามารถนำมาแปรรูปเป็นผลไม้ตัดแต่งพร้อมบริโภคได้ (fresh-cut fruit) ปัญหาสำคัญที่พบในการผลิตผลไม้ตัดแต่งพร้อมบริโภคคือ การปนเปื้อนของเชื้อจุลินทรีย์และอายุการวางจำหน่ายที่สั้น ทั้งนี้เนื่องจากการแปรรูปผลไม้ตัดแต่งพร้อมบริโภคนั้นต้องผ่านขั้นตอนต่างๆ ได้แก่ การปอกเปลือก ผ่าซีก ตัดแต่ง และ หั่นชิ้น ซึ่งขั้นตอนดังกล่าวทำให้เกิดบาดแผล ทำให้สารต่างๆ ภายในเซลล์ออกมาบริเวณบาดแผลที่เกิดจากการตัดแต่งส่งผลต่อการเร่งการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาและชีวเคมีต่างๆ และสารอาหารในมะม่วงยังเป็นอาหารสำหรับการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์ที่ปนเปื้อน โดยเฉพาะเชื้อจุลินทรีย์ก่อโรคที่เป็นอันตรายต่อผู้บริโภค ดังนั้น กระบวนการล้างทำความสะอาดจึงเป็นขั้นตอนที่สำคัญในการผลิตผลไม้ตัดแต่งพร้อมบริโภค จากงานวิจัยที่ผ่านมาพบว่าการล้างด้วยน้ำประปาเพียงอย่างเดียวยังมีปริมาณการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ที่ไม่แตกต่างจากผักและผลไม้ที่ไม่ผ่านการล้าง (Ruiz-Cruz et al., 2007) การเติมสารฆ่าเชื้อ (Sanitizing agents) เช่น โซเดียมไฮโปรคลอไรท์ ในน้ำล้างเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการกำจัดเชื้อจุลินทรีย์จึงเป็นสิ่งจำเป็น แต่มีข้อจำกัดการใช้สารนี้ในบางประเทศ ดังนั้นในปัจจุบันอุตสาหกรรมอาหารกำลังให้ความสนใจในการนำเทคโนโลยีพลาสมามาใช้ในการลดการปนเปื้อนของเชื้อจุลินทรีย์ เนื่องจากมีงานวิจัยหลายงานวิจัยแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีนี้สามารถทำลายเชื้อจุลินทรีย์รวมถึงสปอร์ของจุลินทรีย์นั้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ (ธีรภัทร และคณะ, 2560; วรรณวรางค์ และคณะ, 2559; Liu et al., 2020; Guo et al., 2015) น้ำพลาสมา หรือ Plasma activated water (PAW) คือเทคนิคการกระตุ้นให้เกิดพลาสมาในน้ำ ที่เกิดจากการดิสชาร์จของกระแสไฟฟ้าลงไปในน้ำทำให้เกิดการแตกตัวกลายเป็นพลาสมา (พฤฒิพงศ์ และ คมกฤต, 2562) โดยทั่วไปองค์ประกอบที่สำคัญของน้ำพลาสมาจะประกอบด้วยอิเล็กตรอน ไอออนโมเลกุล อะตอม โปรตอน และ อนุมูลอิสระ ซึ่งอนุมูลอิสระเป็นองค์ประกอบที่มีความไวต่อการออกซิเดชัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งอนุมูลอิสระไฮดรอกซิล (OH^•) ซึ่งมีความสำคัญในการทำลายเชื้อจุลินทรีย์ (Xiang et al., 2018) นอกจากนี้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของน้ำพลาสมาในการทำลายเชื้อจุลินทรีย์ สามารถเติมสารที่มีคุณสมบัติเป็น Oxidizing agents เช่น Sodium chloride (NaCl), Phosphate buffered saline, Sodium sulfate (Na₂SO₄), N-Acetylcysteine (NAC) และ Hydrogen peroxide (H₂O₂) เพื่อเพิ่มความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน (oxidation-reduction potential, ORP) ในน้ำพลาสมา (Shintani et al., 2010; Pattanapo et al., 2016) หรือที่เรียกว่าสารละลายพลาสมา (Plasma activated solution; PAS) นอกจากนี้การเติมฟองอากาศขนาดนาโนลงในน้ำพลาสมาเป็นอีกแนวทางหนึ่งในการเพิ่มประสิทธิภาพของน้ำพลาสมา เนื่องจากฟองอากาศขนาดเล็กสามารถสอดแทรกอยู่ตามซอกเล็กๆ ของผักและผลไม้ ทำให้ช่วยเพิ่มโอกาสในการทำให้สารละลายที่มีฤทธิ์กำจัดเชื้อไปสัมผัสกับเชื้อจุลินทรีย์ที่หลบซ่อนอยู่ตามซอกของผักและผลไม้ได้ และฟองอากาศขนาดเล็กมีความคงตัวอยู่ได้นานในตัวกลางที่เป็นของเหลวซึ่งช่วยให้น้ำพลาสมาเข้าไปทำลายจุลินทรีย์บนผิวผักผลไม้ได้ดียิ่งขึ้น (Sharma et al., 2005)

ปัญหาที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งของการผลิตผลไม้ตัดแต่งพร้อมบริโภคคือ การเกิดสีน้ำตาลบริเวณรอยตัดแต่งส่งผลให้ผลไม้ตัดแต่งพร้อมบริโภคมีอายุการวางจำหน่ายที่สั้น ซึ่งการป้องกันการเกิดสีน้ำตาลในผลไม้ตัดแต่งมีหลากหลายวิธี เช่น การใช้สารเคมี ซึ่งในงานวิจัยนี้ได้สนใจสารในกลุ่มของ Food additives ได้แก่ แคลเซียมแอสคอร์เบท และ แคลเซียมคลอไรด์ ซึ่งสารดังกล่าวจัดเป็นสารที่ปลอดภัยและได้รับอนุญาตให้สามารถใช้กับอาหารได้ รวมทั้งยังมีประสิทธิภาพยับยั้งการเกิดสีน้ำตาล ตลอดจนช่วยรักษารสชาติ และเนื้อสัมผัสของผักผลไม้สดหลายชนิด (Gomes et al., 2010; Luna-Guzman and Barrett, 2000; Barbagallo et al., 2012; Mola et al., 2016) นอกจากนี้กลุ่มวิจัยได้สนใจนำสารเคลือบผิวบริโภคได้มาใช้ป้องกันการเกิดสีน้ำตาลและยืดอายุการเก็บรักษามะม่วงตัดแต่งพร้อมบริโภค แต่ยังประสบปัญหาในการนำสารเคลือบมาใช้ในระดับอุตสาหกรรม ได้แก่ ความสามารถในการละลายของสารเคลือบ การแยกเฟส การเคลือบที่ผิวของผลไม้ได้ไม่สม่ำเสมอ ไม่เกาะติดผิวหน้าของผลไม้ทำให้หลุดลอกซึ่งมีผลต่อการป้องกันออกซิเจน และ/หรือน้ำได้ไม่ดีพอ ใช้เวลานานในการทำให้แห้งและอาจทำให้ผลไม้มีกลิ่นผิดปกติ

สารเคลือบผิวบริโภคได้ที่ใช้ในปัจจุบันมีหลายชนิดเช่น คาร์โบไฮเดรต ไขมันและโปรตีน ในบรรดาสารเคลือบทุกชนิด สารเคลือบผิวที่มาจากโปรตีนเป็นสารที่มีประโยชน์มีคุณค่าทางโภชนาการ และมีสมบัติป้องกันการแพร่ผ่านของออกซิเจนได้ดี แต่ป้องกันการแพร่ผ่านของไอน้ำได้ไม่ดี (Bourtoom, 2008) เนื่องจากโปรตีนมีสมบัติชอบน้ำ (hydrophilic) (Skurtys et al., 2010) จึงมีการปรับปรุงสารเคลือบเป็นแบบฟิล์มสารประกอบหรือคอมโพสิดฟิล์ม (composited film) โดยการเติมสารที่ไม่มีขั้วที่มีสมบัติไม่ชอบน้ำ (hydrophobic) ลงไป สามารถปรับปรุงสมบัติการแพร่ผ่านไอน้ำของสารเคลือบบริโภคได้ มีงานวิจัยที่ระบุว่าฟิลม์โปรตีนร่วมกับไขมันมีความสามารถต้านการซึมผ่านของไอน้ำได้ดีทั้งนี้ขึ้นกับชนิดและปริมาณขององค์ประกอบ ถึงแม้สารเคลือบประเภทโปรตีนมีหลายชนิด แต่โปรตีนทีมีสมบัติที่ดี ได้แก่เวย์โปรตีนไอโซเลท (whey protein isolate) มีปริมาณโปรตีนมากกว่า 90% โดยองค์ประกอบหลัก คือ β-lactoglobulin และ α-lactalbumin โปรตีนทั้ง 2  ชนิดนี้มีสมบัติกระจายตัวได้ง่ายในระบบ oil in water (w/o) ดูดซับที่ผิวสัมผัสร่วมระหว่างน้ำและน้ำมันทำให้เวย์โปรตีนไอโซเลทมีสมบัติการเป็นอิมัลซิไฟเออร์ที่ดี และมีความสามารถลดแรงตึงผิว รักษาความคงตัวของอิมัลชัน เมื่อโปรตีนเวย์เสื่อมสภาพทำให้มีส่วนที่เป็นไฮโดรโฟบิก (hydrophobic residue) ในส่วนของตัวทำละลาย และเกิดพันธะไฮโดรโฟบิกและไฮโดรเจนกับสารที่ห่อหุ้มสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ (bioactive compounds) เช่น น้ำมันหอมระเหย สารฟีนอลิก สารต้านอนุมูลอิสระ สารโภชนเภสัชและยา เป็นต้น ส่วนน้ำมันรำข้าวมีปริมาณโอเลอิกสูง 40-50% ซึ่งทนต่อการเกิดออกซิเดชันและช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของสาร oryzanol, tocopherol และ tocotrienol ที่พบในน้ำมันรำข้าว ในการเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ และช่วยปรับปรุงสมบัติของสารเคลือบชนิดโปรตีนน้ำมันรำข้าวให้มีการต้านการซึมผ่านไอน้ำและออกซิเจนได้ดีขึ้น

ในการยืดอายุการเก็บรักษาผลไม้และผัก มีการประยุกต์ใช้นาโนเทคโนโลยีในรูปแบบของนาโนอิมัลชัน (nanoemulsion) ในการเติมไขมันหรือน้ำมันผสมลงไปขั้นตอนของการเตรียมสารเคลือบประเภทโปรตีนให้อยู่ในรูปของฟิล์มอิมัลชัน (emulsion film) มีปัญหาสำคัญคือสารเคลือบชนิดโปรตีนเมื่อเติมน้ำมันลงไปเกิดการแยกชั้น ดังนั้นจึงต้องเติมสารอิมัลซิไฟเออร์ (emulsifier) เพื่อป้องกันไม่ให้อิมัลชันแยกชั้น ช่วยลดแรงตึงผิวรวมทั้งมีการใช้เทคนิคการทำให้อนุภาคแตกตัวเป็นหยดเล็กๆ ทำให้มีความคงตัว ซึ่งสารเคลือบนาโนอิมัลชันมีสมบัติที่แตกต่างจากอิมัลชันที่มีขนาดอนุภาคใหญ่ เช่น สารเคลือบมีลักษณะใส มีสมบัติป้องกันการแพร่ผ่านไอน้ำได้ดีและสามารถควบคุมการปลดปล่อยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ (bioactive compounds) มีงานวิจัยรายงานถึงนาโนอิมัลชันในการควบคุมการปลดปล่อยสารสำคัญ ดังเช่น น้ำมันรำข้าวนาโนอิมัลชันที่ผสม Tween 80 และ Span 80 ช่วยให้เกิดอนุภาคขนาดเล็กและช่วยเพิ่มความคงตัวต่อปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Nguyen et al., 2012) หรือ β-carotene ที่ละลายในน้ำมันรำข้าวนาโนอิมัลชัน แล้วเติม Tween 80 และ Span 80 เป็นสารลดแรงตึงผิว พบว่าได้อนุภาคอิมัลชันขนาดเล็ก และ zeta potential ต่ำกว่า -30 มิลลิโวลต์ แสดงว่าอิมัลชันมีความคงตัวสูง (Srirattanachot et al., 2019) นอกจากนี้นาโนอิมัลชันระหว่างแซนแทนกัมร่วมกับน้ำมันรำข้าวนาโนอิมัลชันสามารถช่วยเพิ่มความหนืดและทำให้อิมัลชันมีความคงตัวมากขึ้น (Saharudin et al., 2016) มากกว่านั้นการใช้เวย์โปรตีนไอโซเลทโดยการเติมสารยูจินอลในรูปแบบนาโนอิมัลชันสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อ Escherichia coli ได้ (Bejrapha et al., 2011) หรือการใช้เวย์โปรตีนไอโซเลทร่วมกับกัวร์กัมในระบบนาโนอิมัลชันสามารถขนส่งน้ำมันเมล็ดเทียนดำเพื่อฆ่าเชื้อ E. coli และ Staphylococcus aureus ได้ (Farshi et al., 2019) นอกจากนี้การใช้แซนแทนกัมร่วมกับ α-tocopherol ในระบบนาโนอิมัลชัน สามารถยับยั้งการเกิดสีน้ำตาลและชะลอการเปลี่ยนแปลงความแน่นเนื้อของผลแอปเปิลตัดแต่งพร้อมบริโภค (Zambrano-Zaragoza et al., 2014) อย่างไรก็ตามระบบนาโนอิมัลชันของน้ำมันหอมระเหย ที่มีขนาดของสารโครงสร้างระดับนาโนช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการออกฤทธิ์ของสาร สามารถช่วยยืดอายุของผลิตภัณฑ์ลดการปนเปื้อนของเชื้อจุลินทรีย์และควบคุมคุณภาพ ลดผลกระทบทางประสาทสัมผัสของผลิตภัณฑ์อาหารได้ แต่น้ำมันหอมระเหยมีเทอร์พีนเป็นองค์ประกอบหลักซึ่งมีข้อจำกัดของกลิ่นที่อาจไม่เข้ากับผลไม้หลายชนิด แต่มีสารพฤกษเคมีที่มีประสิทธิภาพในการยับยั้งการเกิดสีน้ำตาลและยับยั้งเชื้อจุลินทรีย์ได้แก่ คอร์เออซิทิน (quercetin) กรดแกลลิก (gallic acid) และเฮกซานาล (hexanal) เป็นต้น เฮกซานาลเป็นสารหอมระเหยง่ายที่ให้กลิ่นแนวเขียว (green note) พบในผลไม้หลายชนิด ได้รับการรับรองจากองค์การอาหารและยาของสหรัฐอเมริกาว่ามีความปลอดภัย (GRAS) และสามารถใช้เป็นวัตถุเจือปนในอาหารได้ เฮกซานาลสามารถยับยั้งชะลอการเสื่อมสภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ในผลไม้ ป้องกันการเกิดสีน้ำตาล ลดการเจริญของเชื้อจุลินทรีย์ แต่เฮกซานาลเป็นสารระเหยง่ายมีความไวต่อการสัมผัสกับอากาศแสงและความร้อน ดังนั้นการนำมาทำเป็นสารเคลือบโครงสร้างนาโนอิมัลชัน ช่วยยืดอายุของผลไม้ได้

สายวิชาเทคโนโลยีชีวเคมีและเทคโนโลยีหลังการเก็บเกี่ยว คณะทรัพยากรชีวภาพและเทคโนโลยี ร่วมกับกลุ่มวิจัยเกษตรและอาหารแปรรูป มจธ. มีงานวิจัยเกี่ยวกับความปลอดภัยในอาหาร เช่น การกำจัดเชื้อจุลินทรีย์ปนเปื้อนในอาหารด้วยวิธีการทางกายภาพและเคมี การใช้สารเคลือบเพื่อยืดอายุการเก็บรักษาผลไม้ต่างๆ รวมทั้งมีเทคโนโลยีนาโนในการควบคุมการปลดปล่อยสารสำคัญต่างๆ ในระดับห้องปฏิบัติการ ได้แก่สารให้กลิ่นรส สารสกัดจากพืช เช่น สารฟีนอลิก ฟลาโวนอยด์ ตลอดจนโพรไบโอติก เป็นต้น

คณะผู้วิจัยจึงได้เล็งเห็นว่าการแก้ปัญหาตั้งแต่ขั้นตอนเริ่มต้นของกระบวนการผลิตมะม่วงตัดแต่งพร้อมบริโภค โดยการล้างผลมะม่วงด้วยน้ำพลาสมาร่วมกับเทคโนโลยีฟองอากาศขนาดนาโน จะสามารถลดปริมาณการปนเปื้อนของเชื้อจุลินทรีย์ในมะม่วงตัดแต่งพร้อมบริโภค นอกจากนี้ในกระบวนการแปรรูปมีการใช้สารประกอบแคลเซียมและการเคลือบผิวด้วยนาโนอิมัลชันสามารถรักษาคุณค่าสารอาหารและยืดอายุการวางจำหน่ายมะม่วงตัดแต่งพร้อมบริโภค ดังนั้นความสำเร็จของงานวิจัยนี้สามารถผลิตเป็น prototype เพื่อใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร นอกจากนี้ยังเป็นการเพิ่มมูลค่าของผลิตผลทางการเกษตรและเพิ่มความมั่นคงทางอาหาร ลด food loss พัฒนาไปยังระดับอุตสาหกรรมเป็นครัวไทยสู่ครัวโลก