เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์เพื่อยืดอายุการเก็บอาหาร
โดย อาจารย์มยุรี ภาคลำเจียก
บทความที่แล้วได้กล่าวถึงการระบุอายุการเก็บของอาหารที่บรรจุในบรรจุภัณฑ์ บทความนี้จะกล่าวถึงเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์เพื่อยืดอายุการเก็บอาหาร ซึ่งมีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมอาหารเป็นอย่างมาก
อายุการเก็บอาหาร หมายถึง ช่วงระยะเวลาที่อาหาร (ที่บรรจุในบรรจุภัณฑ์) มีคุณภาพดี เช่น ไม่มีกลิ่นเหม็นหืน สีสันไม่เปลี่ยนไป ยังคงความกรอบ และมีรสชาติที่พึงประสงค์ เป็นต้น และมีความปลอดภัยต่อการบริโภค ภายใต้สภาวะการเก็บรักษาที่กำหนด โดยนับตั้งแต่วันที่อาหารถูกบรรจุในบรรจุภัณฑ์ เมื่อใดที่อาหาร (ที่บรรจุในบรรจุภัณฑ์) เริ่มเสื่อมคุณภาพหรือไม่ปลอดภัยต่อการบริโภค ถือว่าอายุการเก็บสิ้นสุดลง
การเสื่อมคุณภาพของอาหาร
การเสื่อมคุณภาพของอาหาร มาจาก 3 ปัจจัยหลัก คือ
1) ปัจจัยด้านชีวภาพ ได้แก่ การเจริญเติบโตของแบคทีเรียโดยอาศัยก๊าซออกซิเจน ทำให้อาหารไม่ปลอดภัยต่อการบริโภค
2) ปัจจัยทางด้านเคมี ได้แก่ การเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของไขมันในอาหาร ทำให้เหม็นหืน รวมถึงการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของวิตามิน ทำให้ปริมาณวิตามินในอาหารลดลง
3) ปัจจัยด้านกายภาพ ได้แก่ การดูดซึมน้ำทำให้อาหารนิ่ม หรือเกาะกันเป็นก้อน การแตกหักเพราะถูกกระแทก
อาหารบางชนิดเสื่อมคุณภาพจากปัจจัยเดียว บางชนิดจาก 2 ปัจจัย บางชนิดจากทั้ง 3 ปัจจัย ขึ้นกับประเภทและสมบัติของอาหาร เช่น อาหารแห้งมีความชื้นต่ำ ปัจจัยด้านกายภาพจะเกิดได้ง่าย เนื่องจากอาหารดูดน้ำ หากเป็นผงหรือเม็ดจะทำให้เกาะเป็นก้อน หากอบเป็นแผ่นบางหรือแท่งจะทำให้หายกรอบ เมื่อมีความชื้นในอาหารเพิ่มขึ้นจนถึงระดับหนึ่ง เชื้อราจะเติบโตได้ดี สำหรับอาหารที่มีไขมัน ปัจจัยทางด้านเคมีจะเกิดได้ง่าย เนื่องจากไขมันทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจนเกิดเปอร์ออกไซด์ (peroxide) ที่มีกลิ่นเหม็นหืน ส่วนอาหารที่มีโปรตีนสูงและมีปริมาณน้ำสูง ปัจจัยด้านชีวภาพจะเกิดได้ง่าย เนื่องจากการเจริญเติบโตของแบคทีเรียที่อาศัยก๊าซออกซิเจน ยกตัวอย่าง เช่น
- เส้นก๋วยเตี๋ยวอบแห้ง เป็นอาหารแห้งที่ไม่มีไขมัน สาเหตุการเสื่อมคุณภาพจึงมาจากน้ำเท่านั้น
- คุกกี้ ถั่วอบ มันฝรั่งทอดกรอบ เป็นอาหารแห้งที่มีไขมันสูง สาเหตุการเสื่อมคุณภาพจึงมาจากทั้งน้ำและก๊าซออกซิเจน
- หมูสด ไก่สด ปลาสด แกงสำเร็จรูป เป็นอาหารที่มีไขมัน โปรตีนและน้ำสูง สาเหตุการเสื่อมคุณภาพมาจากเชื้อแบคทีเรียและก๊าซออกซิเจน
จะเห็นได้ว่า สาเหตุหลักที่ทำให้อาหารเสื่อมคุณภาพมาจากน้ำและก๊าซออกซิเจน ดังนั้นการเลือกใช้บรรจุภัณฑ์ที่สามารถป้องกันน้ำและก๊าซออกซิเจนได้ดีจึงช่วยชะลอการเสื่อมคุณภาพอาหารได้ โดยพิจารณาจากค่าอัตราการซึมผ่านของไอน้ำ (Water Vapor Transmission Rate, WVTR) และค่าอัตราการซึมผ่านของก๊าซออกซิเจน (Oxygen Transmission Rate, OTR) ของวัสดุที่ทำบรรจุภัณฑ์ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ถุงพลาสติก
อาหารประเภทเดียวกัน หากใช้บรรจุภัณฑ์ที่สามารถป้องกันไอน้ำและก๊าซออกซิเจนได้ดีจะสามารถยืดอายุการเก็บได้นานขึ้น แต่ทำให้ต้นทุนบรรจุภัณฑ์สูงขึ้น จึงอาจจำเป็นต้องขายในราคาที่สูงขึ้น ตัวอย่างดังรูป
องค์ประกอบที่มีผลต่ออายุการเก็บของอาหาร
อาหารที่วางจำหน่ายในท้องตลาดมีองค์ประกอบ 3 ประการ ที่มีผลต่ออายุการเก็บของอาหาร ดังนี้
1. สมบัติของอาหาร: ลักษณะทางกายภาพ ส่วนประกอบ และสมบัติของอาหารที่ต่างกันจะส่งผลให้อายุการเก็บต่างกัน อาหารที่มีความชื้นสูงจะเสื่อมสภาพได้ง่ายกว่าอาหารที่มีความชื้นต่ำ อาหารหลายชนิดมีการผ่านกระบวนการถนอมอาหาร เช่น ฆ่าเชื้อด้วยความร้อน (pasteurization and sterilization) สามารถฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ได้บางส่วนหรือได้ทั้งหมด ทำให้อายุการเก็บของอาหารนานขึ้น
2. สภาวะในการเก็บรักษา: สภาพแวดล้อมได้แก่ อุณหภูมิ ความชื้น และแสง ในระหว่างการขนส่งจากแหล่งผลิตจนถึงปลายทาง และการวางขายในร้านค้า มีผลต่ออายุการเก็บอาหาร ปัจจัยทางเคมีและชีวภาพส่วนมากจะเกิดได้เร็วขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ช่วงอุณหภูมิที่เชื้อแบคทีเรียเติบโตได้ดีอยู่ที่ 5-60°ซ. ด้วยเหตุนี้ อาหารแช่เย็น (2-4°ซ.) และแช่แข็ง (-18°ซ.) จึงสามารถเก็บรักษาได้นานกว่าในสภาวะปกติ ผู้ผลิตอาหารต้องระบุวันหมดอายุควบคู่กับระบุอุณหภูมิในการเก็บรักษาไว้ที่ฉลาก และควรพิมพ์ติดกันหรือใกล้กัน
3. เทคโนโลยีการบรรจุและบรรจุภัณฑ์: ต้องเริ่มที่การทราบลักษณะและสมบัติของอาหาร เพื่อให้ทราบสาเหตุที่ทำให้อาหารไม่เป็นที่ยอมรับ จากนั้นจึงเลือกบรรจุภัณฑ์ที่สามารถป้องกันสาเหตุเหล่านี้ได้ เทคโนโลยีการบรรจุที่สามารถลดปริมาณก๊าซออกซิเจนภายในชองว่างบรรจุภัณฑ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าอาหารนั้นเสื่อมคุณภาพได้ง่ายเพราะก๊าซออกซิเจน จะทำให้ชะลอการเสื่อมเสียของอาหารได้ อันจะทำให้อายุการเก็บนานขึ้น นอกจากนี้การควบคุมการปิดผนึกบรรจุภัณฑ์ให้สมบูรณ์ ไม่ให้เกิดการรั่วซึมก็เป็นสิ่งสำคัญ เพราะการรั่วซึมแม้ว่าจะเกิดเพียงเล็กน้อย แต่ทำให้ไอน้ำและอากาศผ่านเข้าออกได้มาก ทำให้อาหารมีอายุการเก็บสั้นลง
เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์เพื่อเสริมการยืดอายุการเก็บของอาหาร
เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์เพื่อเสริมการยืดอายุการเก็บของอาหาร มีหลายวิธี เช่น
1. การลดก๊าซออกซิเจนในช่องว่างของบรรจุภัณฑ์ มีข้อแนะนำว่าก๊าซออกซิเจนในช่องว่างที่ต่ำกว่า 0.5% ของปริมาตรภายในบรรจุภัณฑ์ที่ใช้ สามารถช่วยยืดอายุการเก็บของอาหารที่เสื่อมคุณภาพเพราะก๊าซออกซิเจนได้ เทคนิคในการลดก๊าซออกซิเจนที่นิยมใช้ในเชิงการค้า ได้แก่
– การบรรจุระบบสุญญากาศ (Vacuum Pack) นิยมใช้กับถุงพลาสติกที่บรรจุกุนเชียง ไส้กรอก ข้าวสารพันธ์ุพิเศษ กาแฟคั่ว เป็นต้น เป็นการดูดอากาศ (ซึ่งมีก๊าซออกซิเจน) ในถุงออกได้เกือบหมด จุดด้อยของเทคนิคนี้ คือ ลักษณะภายนอกของถุงจะยับย่น ไม่สวยงาม อีกทั้งอ่านฉลากได้ยาก หรือ ไม่สามารถสแกนบาร์โค้ดได้ ในกรณีของถุงข้าว 1-2 กก. นิยมบรรจุระบบสุญญากาศที่มีบล็อกสี่เหลี่ยม บังคับให้มีขนาดและรูปทรงแน่นอน ทำให้แสดงตัวได้ดี และอ่านฉลากได้ชัดเจน สามารถสแกนบาร์โค้ดได้
– การอัดก๊าซไนโตรเจนเข้าไปในถุง (Nitrogen Flush) หลังจากดูดอากาศออกไปแล้วจะอัดก๊าซไนโตรเจนเข้าไปอยู่ในช่องว่างในถุงแทนอากาศ ทำให้ถุงไม่ยับย่น เนื่องจากก๊าซไนโตรเจนเป็นก๊าซเฉื่อยที่ไม่ทำปฏิกิริยากับอาหาร จึงช่วยยืดอายุการเก็บของอาหารได้ อีกทั้งการพองของถุงจะช่วยป้องกันการแตกหักของอาหารแห้งอบกรอบบางชนิดได้ การใช้เทคนิคนี้ควรควบคุมปริมาณของก๊าซไนโตรเจนที่อัดให้เหมาะสม ไม่ควรอัดก๊าซมากเกินไปจนทำให้ถุงป่องมากจนเสียรูป และบิดเบี้ยว ไม่สวยงาม อีกทั้งทำให้ถุงที่บรรจุแล้วมีขนาดไม่แน่นอน ส่งผลต่อการกำหนดขนาดกล่องกระดาษลูกฟูกที่ใช้
การบรรจุด้วยระบบสุญญากาศและการอัดก๊าซไนโตรเจนเพื่อยืดอายุการเก็บอาหาร จำเป็นต้องเลือกฟิล์มพลาสติกที่ทำถุงที่มีสมบัติสามารถป้องกันการซึมผ่านก๊าซออกซิเจนได้ดี (ดูจากค่า OTR) มิเช่นนั้นก๊าซออกซิเจนจากอากาศนอกถุงจะซึมผ่านเข้าไปในถุงได้ ค่า OTR ของฟิล์มพลาสติกจะเป็นเท่าใด ขึ้นกับว่าต้องการอายุการเก็บนานเพียงใด จึงมีความจำเป็นที่ผู้ผลิตอาหารต้องทดลองบรรจุผลิตภัณฑ์ด้วยระบบสุญญากาศ หรือ อัดก๊าซไนโตรเจน โดยใช้ถุง 2-3 ตัวอย่าง ทีมีค่า OTR ต่างกัน แล้วหาอายุการเก็บผลิตภัณฑ์ว่าถุงโครงสร้างใดที่สามารถให้อายุการเก็บตามที่ต้องการได้
2. การใช้บรรจุภัณฑ์แอกทีฟ (Active Packaging) หมายถึง การใส่สารเฉพาะเข้าไปในบรรจุภัณฑ์เพื่อควบคุมปฏิกิริยาระหว่างอาหารและอากาศในช่องว่างของบรรจุภัณฑ์ อันจะทำให้สามารถยืดอายุการเก็บอาหารได้ เช่น การใส่สารดูดความชื้น สารดูดก๊าซออกซิเจน สารดูดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ สารยับยั้งเชื้อจุลินทรีย์ เป็นต้น สารที่นิยมใช้ที่สุด ได้แก่
– การใช้สารดูดความชื้น เพื่อกำจัดความชื้นที่หลงเหลือในช่องว่างบรรจุภัณฑ์ หรือ ความชื้นที่ซึมผ่านจากภายนอกเข้าสู่ในบรรจุภัณฑ์ เหมาะกับอาหารที่เสื่อมคุณภาพเนื่องจากไอน้ำเป็นหลัก เช่น สูญเสียความกรอบ เกาะกันเป็นก้อน เป็นต้น สารดูดความชื้นที่นิยมใช้ คือ ซิลิกาเจล (silica gel) โดยบรรจุในซองเล็ก ๆ ตามกฎกระทรวงสาธารณสุขของไทย การใส่ซองบรรจุสารดังกล่าวในบรรจุภัณฑ์ถูกจัดอยู่ในหมวดวัตถุเจือปนในอาหาร ประเภทวัตถุที่ใช้รักษาคุณภาพ ที่บรรจุภัณฑ์ต้องมีการพิมพ์ข้อความว่า “มีซองวัตถุกันชื้น”ด้วยตัวอักษรสีแดง ขนาดตัวอักษรไม่ต่ำกว่า 3 มม.บนพื้นสีขาว การใช้สารดูดซับความชื้นจะได้ผลดี (คือ สามารถดูดความชื้นในช่องว่างของบรรจุภัณฑ์ได้) ต่อเมื่อวัสดุบรรจุภัณฑ์ที่ใช้มีสมบัติป้องกันไอน้ำซึมผ่านได้ดี และปิดผนึกได้สมบูรณ์ ไม่เกิดการรั่วซึม
– การใช้สารดูดก๊าซออกซิเจน เพื่อกำจัดก๊าซออกซิเจนที่อยู่ในช่องว่างบรรจุภัณฑ์ และที่ซึมผ่านจากภายนอกเข้าสู่ในบรรจุภัณฑ์ เหมาะกับอาหารที่เสื่อมคุณภาพเนื่องจากออกซิเจนเป็นหลัก เช่น อาหารที่มีไขมัน หรือมีกลิ่นเฉพาะ ตลอดจนอาหารที่ต้องการป้องกันการเติบโตของจุลินทรีย์ที่ต้องการออกซิเจนในการหายใจ สารดูดก๊าซออกซิเจนที่นิยมใช้ คือ ผงเหล็กออกไซด์ (iron oxide) โดยบรรจุในซองเล็ก ๆ ตามกฎกระทรวงสาธารณสุขของไทย ได้จัดให้การใส่ซองบรรจุสารดังกล่าวอยู่ในหมวดวัตถุเจือปนในอาหาร ประเภทวัตถุที่ใช้รักษาคุณภาพ ที่บรรจุภัณฑ์ต้องมีการพิมพ์ข้อความว่า “มีซองวัตถุดูดออกซิเจน” ด้วยตัวอักษรสีแดง ขนาดตัวอักษรไม่ต่ำกว่า 3 มม. บนพื้นสีขาว การใช้สารดูดก๊าซออกซิเจนจะได้ผลดี (คือ สามารถดูดก๊าซออกซิเจนในช่องว่างของบรรจุภัณฑ์ได้) ต่อเมื่อวัสดุบรรจุภัณฑ์ที่ใช้มีสมบัติป้องกันก๊าซออกซิเจนซึมผ่านได้ดี และปิดผนึกได้สมบูรณ์ ไม่เกิดการรั่วซึม ตัวอย่างดังรูป
ในปัจจุบัน ซองเล็ก ๆ ที่บรรจุสารดูดความชื้นและสารดูดก๊าซออกซิเจนมีจำหน่ายอย่างแพร่หลาย มีปริมาณบรรจุต่างกันและมีประสิทธิภาพในการดูดความชื้นหรือดูดก๊าซออกซิเจนต่างกัน หากผู้ผลิตอาหารต้องการใส่ซองดังกล่าวลงไปในบรรจุภัณฑ์อาหาร ต้องทราบว่าผลิตภัณฑ์อาหารของตนเสื่อมคุณภาพได้ง่ายเพราะความชื้น หรือ เพราะก๊าซออกซิเจน เพื่อเลือกใช้สารดังกล่าวอย่างใดอย่างหนึ่ง นอกจากนี้ยังต้องศึกษาทดลองหาปริมาณของการใช้ที่เหมาะกับอายุการเก็บของผลิตภัณฑ์ด้วย การใส่สารดังกล่าวโดยไม่จำเป็น (ทดลองแล้วปรากฏผลว่าไม่ได้ช่วยยืดอายุการเก็บของอาหาร) เป็นการสิ้นเปลืองค่าใช้จ่าย นอกจากต้องพิมพ์ว่าเป็นสารดูดความชื้น หรือสารดูดก๊าซออกซิเจนแล้ว ยังควรมีข้อความเตือน “ห้ามรับประทาน” หรือ “ห้ามเข้าเตาไมโครเวฟ” ที่อ่านได้ชัดเจนด้วย
บรรจุภัณฑ์แอคทีฟ นอกจากนิยมใช้สารดูดความชื้นและสารดูดก๊าซออกซิเจนแล้ว ยังมีการใช้สารดูดก๊าซเอทิลีน สารดูดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ สารยับยั้งเชื้อจุลินทรีย์ ซึ่งมีการใช้กับอาหารเฉพาะกลุ่ม ดังรูป
3. เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์เฉพาะสำหรับผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์สด อาหารสด เช่น หมู ไก่ เนื้อ จะเน่าเสียได้ง่ายเพราะเชื้อจุลินทรีย์เติบโตได้ดีในสารอาหารโปรตีน เลือด และน้ำ โดยอาศัยก๊าซออกซิเจนในการหายใจภายใต้อุณหภูมิห้องหรือสูงกว่า ดังนั้นการใช้บรรจุภัณฑ์ที่ป้องกันก๊าซออกซิเจนได้ดี ร่วมกับการลดอุณหภูมิ (แช่เย็น) จะสามารถช่วยยืดอายุการเก็บผลิตภัณฑ์ได้
ในกรณีที่ต้องการยืดอายุการเก็บของอาหารประเภทนี้ให้นานขึ้นในสภาวะแช่เย็น จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีเฉพาะ เช่น การปรับส่วนผสมของก๊าซในช่องว่างของบรรจุภัณฑ์ (Modified Atmosphere Packaging, MAP), การดูดอากาศออกให้ฟิล์มพลาสติกหดแนบกับผลิตภัณฑ์ (Vacuum Skin Packaging และ Barrier Shrink Bag)
กระบวนการถนอมอาหารเพื่อยืดอายุการเก็บของอาหาร
อาหารสามารถมีอายุการเก็บนานขึ้นได้โดยผ่านกระบวนการถนอมอาหาร (food preservation process) เช่น hot filling, aseptic system, pasteurization, sterilization, high pressure processing เป็นต้น แต่ละวิธีมีการใช้อุณหภูมิ เวลา และความดันต่างกัน สามารถฆ่าเชื้อได้ในระดับต่างกัน (ซึ่งไม่กล่าวในบทความนี้) การเลือกใช้วิธีใดขึ้นกับอายุการเก็บและอุณหภูมิในการจัดจำหน่าย เมื่อผู้ผลิตอาหารเลือกกระบวนการถนอมอาหารได้แล้ว จึงเลือกใช้บรรจุภัณฑ์ที่ทนทานต่อสภาวะของกระบวนการนั้น ๆ ตัวอย่างดังรูปต่อไปนี้
