มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร...
TRANSCRIPT
LOGO
ผศ.ดร. วีรเชษฐ จิตตาณิชย ภาควิชาวิทยาศาสตรและเทคโนโลยีการอาหาร
คณะอุตสาหกรรมเกษตร
มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร
Innovative Food Processing
Food
processing
Conventional
technique
Innovative
technique
การฆาเชื้อ Thermal processing High pressure
การทาํแหง Hot air drying Hybrid drying
การแชเยือกแข็ง Air blast freezer Impingement
freezing
2 2
3
High Pressure Processing
3
LOGO
High pressure processing จัดวาเปน Non-thermal food processing
สามารถใชกับ
อาหารที่เปนของเหลวและของแขง็
มี/ไมมี บรรจุภัณฑ
ความดันที่ใชอยูในชวง 50-1000 MPa
วัตถุประสงค คอื ทําลายเชื้อจลุินทรีย/เอนไซม โดยอาศัย
ความดันสูง ไมใชความรอน เพื่อลดความเสียหายของ
Heat-sensitive food components
High Pressure Processing
4
ผูบริโภคตองการ Minimally-processed food products
เปนเทคนิคท่ีชวยรักษากลิ่นรส คุณคาทางโภชนาการไดดี ในขณะท่ีใหอายุ
การเก็บรักษาท่ีสมเหตุสมผล
ความดันที่กระทํากับวัสดุอาหารจะมีคาเทากันทุกๆจุด (Uniform) ไมวา
อาหารจะมีขนาดเปนอยางไร ซ่ึงแตกตางจากการใช Thermal processing
แบบดั้งเดิม
U.S. Food and Drug Administration and the U.S. Department of
Agriculture: officially approved the use of high pressure
processing for foods.
5
สาเหตุทีไ่ดรับความสนใจ
5
ในปจจุบัน High pressure machines สวนใหญที่ใชในอุตสาหกรรมสวนใหญจะมี
ลักษณะการทํางานเปนแบบ batch นั่นคือ
วัตถุดิบอาหารถูกปอนเขาสู Pressure vessel
Pressure vessel ถูกปด
ปอนของเหลวเขาไปในระบบ
เพ่ิมความดันโดยใชปม หรือใชการบีบอัดดวยลูกสูบ
ลดความดัน
ระบายของเหลวออก
นําผลิตภัณฑอาหารออกมา
6 6
ลักษณะการทํางานแบบ Batch ของ High pressure processing
Source: http://www.hiperbaric.com/en/high-pressure
7 7
• อาหารถูกบีบอัดภายใตสภาวะความดันสูง
ระยะเวลาของการใหความดัน อยูในชวงต้ังแตไมก่ีวินาทีจนถึง 5 นาที
อาจใชรวมกับความรอน
อาหารอาจอยูในบรรจุภัณฑระหวางการใหความดัน (แตบรรจุภัณฑจะตองมีความยืดหยุน สามารถสง
ถายความดันใหกับอาหารภายในบรรจุภัณฑได) หรืออาจเขาสูกระบวนการบรรจุหลังจากอาหารผาน
กระบวนการใหความดันก็ได โดยปกติของเหลวจะมีปริมาตรลดลง 15% เมื่อถูกอัดที่ความดัน 600 Mpa
ความดันที่ระดับ 600 MPa สามารถทําลาย ยีสต รา และ vegetative cells ของ แบคทีเรียสวนใหญ
• กระบวนการอัดเพื่อเพิ่มความดัน จะกอใหเกิดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของอาหาร
ประมาณ 3°C ตอความดันที่เพิ่มขึ้น 100 MPa
หลักการพื้นฐาน
8 8
• ความดันจากของเหลวตัวกลางจะถูกถายเทใหกับอาหารอยาง ทั่วถึงทุกๆจุด
ทันทีทันใด
สมํ่าเสมอ
(ไมวาอาหารสวนนั้นจะสัมผัสกับของเหลวตัวกลางโดยตรง
หรือไมก็ตาม)
9
ดังนั้นขนาดของอาหารจึงไมมีผลตอระยะเวลาที่ตองใช
ใน High pressure processing ซึง่แตกตางจาก
Thermal processing
9
ปจจัยที่สําคัญของกระบวนการ
• ระดับความดันที่ใช
• Holding time
• Come-up time
• Decompression time
• อุณหภูมิเริม่ตนของอาหาร
10 10
Microbial stress, injury, adaptation, and resistance to processing
(Lado & Yousef, 2002).
11 11
Pres
sure
P2 P1
Pf
t f t 2 t 1 t s
Come-Up Holding Decompression
Ps
12 12
การเปลี่ยนแปลงของคาความดันและอุณหภูมิระหวางกระบวนการ
Tem
pera
ture
Pres
sure
T1 T2
T s
P2 P1
Pf
t f t 2 t 1 t s
T f
Come-Up Holding Decompression
Ps
13 13
ความดันสูงแคไหน?
Pressure = Force/Area
= Weight x Gravity force/Area
Weight = 5,000 kg x 3 elephants
= 15,000 kg Force = Weight x Gravity force
= 15,000 kg x 9.81 m/s2
Area = πr2
= 3.14 x 0.0092 m2
Pressure = 15,000 kg x 9.81 m/s2
3.14 x 0.0092 m2
14
= 579 x 106 kg/m⋅s2 = 579 MPa
14
Cell structures of untreated and 500 MPa-30 min treated E. coli and S. aureus.
a, untreated E. coli; a’, high pressure treated E. coli;
b, untreated S. aureus; b’, high pressure treated S. aureus (Yang et al., 2012).
E. coli
S. aureus
Untreated High pressure treated
15
สปอรของแบคทเีรีย
สามารถทนตอความดัน
สูงไดดี
ดังนั้นหากตองการทําลาย
สปอรของแบคทเีรีย ตอง
ใชระดับความดันที่สูง
> 600 Mpa รวมกับการ
ใชความรอน
15
VDO
• http://article.wn.com/view/2013/12/21/HPP_High_Pressure_Pr
ocessing_Equipment_Market_Worth_6_Millio_u/
16 16
บรรจุภัณฑสําหรับ High pressure processing
• ซีลสนทิ อากาศไมสามารถผานเขาออกได
• สามารถทนตอการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของอาหารในระหวาง
กระบวนการเพิ่มและลดความดันได (ประมาณ 15%)
• โดยทั่วไปฟลมพลาสติกหรอืถาดที่ทําจากวัสดุชนิดก่ึงแข็ง จะเปนทีน่ิยม
ใช ในขณะที่กระปองและวัสดุแกวจะไมเหมาะสม
• อาหารควรถูกบรรจุแบบสุญญากาศ
17 17
Adapted from: Patterson et al. (1995)
ระดับความดันที่ตองใชเพื่อที่จะได 5-log cycle inactivation ratio
สําหรับจุลินทรียบางชนิด กรณทีี่ใช holding time 15 นาท ี
18 18
Adapted from: Patterson and Kilpatrick (1998)
ระดับความดันที่ตองใชเพ่ือจะได 5-log cycle inactivation ratio
สําหรับ E. coli และ S. aureus ใน poultry meat และ UHT milk
กรณีที่ใช holding time 15 นาที และอาหารมีอุณหภูมิที่ระดับตางๆกัน
19 19
Adapted from: Leadley et al. (2003) 20
ตัวอยางผลิตภัณฑอาหารทีใ่ช High pressure processing ผลิตในเชงิพาณชิย
20
อาหารทะเล
• ระดับความดันที่ใช 200-500 MPa
• เปาหมายหลัก คือ ทําลายเชื้อ Vibrio parahaemolyticus, Vibrio vulnificus ใหอยูในระดับที่ตรวจไมพบ
• ชวยทําใหสามารถแยกสวนที่เปนเนื้อออกจากเปลือกของกุง หอย และปู งายขึ้นมาก
• มีการประยุกตใชในเชิงพาณิชยที่
– USA
– Canada
– Europe
21 21
Ready to eat Meats
• ไดรับการยอมรับใหใชเปนกระบวนการฆาเชื้อเพ่ือควบคุมปริมาณ Listeria spp. ใน prepackaged ready to eat meats
ระดับความดันที่ใช 500 MPa-600 MPa.
Sliced ham, turkey or chicken cuts,
ready-to-eat products, whole pieces of
cured ham
มีการประยุกตใชในเชิงพาณิชยใน USA, Spain,
Italy, Japan, Germany
22 22
Fruits and Vegetables Juices & Beverages
• ระดับความดันที่ใช 200-600 MPa
• เปาหมายหลัก คือ ทําลายเชื้อ Escherichia coli O157:H7,
Listeria monocytogenes,
Salmonella
• Variable effect on enzyme inactivation
• มีการประยุกตใชในเชิงพาณิชยที่ North America, Europe, Japan
23 23
24
Adapted from: Polydera et al. (2003)
ผลการเปรียบเทียบ Shelf-life ของน้าํสม
โดยใช sensory evaluation เปนเกณฑ
24
เงนิลงทุนเครือ่งจักรสงูมาก (0.5-4 ลาน Euro for industrial scale)
ไมสามารถทําเปนระบบตอเนื่องทีส่มบูรณได ตองเปน Batch or semi-
continuous เนื่องจากกลไกการใหความดัน
25
ขอจํากัด
25
26
Hybrid drying
26
• ในปจจบุัน ระบบการอบแหงแบบ Hybrid ถูกพัฒนาขึ้น
เพื่อตอบสนองความตองการของอุตสาหกรรมอาหาร เนื่องจาก
ในบางกรณี A single drying system ไมสามารถผลิต
ผลิตภัณฑไดคุณภาพหรือประสิทธิภาพตามท่ีตองการ
27
Novel drying: ระบบการอบแหงแบบ Hybrid
27
1. Heat pump drying (HPD)
28
เทคนิคการอบแหง
28
ประสิทธิภาพเชิงพลังงานสูง คาใชจายดานพลังงานต่ํา
คุณภาพของผลิตภัณฑสงู เนื่องจากเปนวิธีการอบแหงท่ีสามารถ
ควบคุมสภาวะอากาศไดดี
29
ขอดีของระบบ HPD
29
ตองการการซอมบํารุงอุปกรณหลัก อยางสม่ําเสมอ
ใชเงินลงทุนเริ่มตนสูง
30
ขอจํากัดของระบบ HPD
30
• Radio frequency (RF) – assisted HPD
31
ระบบ Hybrid ท่ีมีการใช HPD
31
2. Fluidized bed drying (FBD)
FBD ถูกนํามาใชอยางแพรหลายในอุตสาหกรรมอาหาร
โดยเฉพาะ ในการอบแหงวัสดุที่เปนอนุภาคของแขง็
ขอดี คือ
เปนวิธีทีใ่หอัตราการถายเทความรอนและความชืน้ ระหวาง
อนุภาคของแข็งกับลมรอนสูง
มีประสิทธิภาพเชงิความรอนสงู
ขอจํากัด คือ
• สามารถใชไดกับวัสดุอาหารเฉพาะบางประเภท
32 32
• ระบบ hybrid ที่มีการใช FBD รวมกับ HPD
33
ระบบ Hybrid ท่ีมีการใช FBD
33
• ระบบ hybrid ท่ีมีการใช Microwave drying (MWD)
ระบบ Hybrid ที่ใช MWD รวมกับ vacuum drying ถูกพัฒนาขึ้นที่ Washington State University
โดยมีลักษณะดังรูป
34 34
• ระบบ Hybrid ท่ีใช MWD รวมกับ spouted bed drying (SB).
35 35
36
Impingement freezing
36
วัตถุประสงค คือ ลดระยะเวลาที่ใชในกระบวนการแชเยือกแข็ง
ผลิตภัณฑอาหาร เนื่องจากคาสัมประสิทธ์ิการถายเทความรอนที่
สูงขึ้น
เทคนิค Jet impingement ถูกใชอยางกวางขวางในการ cooling
ชิ้นสวนอิเล็คทรอนิคส
กงัหันไอนํ้า
กระบวนการบด
Impingement freezing
37
• ลมเย็นที่มีความเร็วสูงมาก (10-65 m/s) ถูกปลอยออกมาจาก jet nozzle ในแนวด่ิง
ลงมาปะทะกับพ้ืนผิวของอาหารโดยตรง
• ปกติจะมีการติดต้ัง jet nozzles ทั้งดานบนและดานลางของสายพานลําเลียงในเครื่อง
แชเยือกแข็ง
Source: Westermark (2013). 38
หลักการ
38
Source: Westermark (2013).
39 39
Source: Westermark (2013).
40 40
• สามารถลดระยะเวลาการแชเยือกแข็ง เนื่องจากสัมประสิทธ์ิการถายเทความรอนที่
สูงขึ้น (70-250 W/m2⋅°K)
• ที่ระดับคาสัมประสิทธ์ิการถายเทความรอนเทากัน ปริมาณลมเย็นที่ตองใชสําหรับ
jet impingement freezer จะมีคานอยกวา air blast freezer
• ใชระยะเวลาแชเยือกแข็งใกลเคียงกับ cryogenic freezer แตมี operating cost
ตํ่ากวา
• อาหารตองมีความหนาไมมาก จึงจะคุมคาทางเศรษฐศาสตร
• พ้ืนผิวของอาหารตองมีความเรียบสมํ่าเสมอพอสมควร
• ตนทุนของ jet nozzle system (High power compressed fan, nozzles and
piping)
41
ขอด ี
ขอจํากัด
41
• Patty
• Sliced meat
• Fish fillet
42
ตัวอยางผลิตภัณฑ
42
เอกสารอา้งอิง • Lado, B. H. and Yousef, A.E. 2002. Alternative food preservation technologies: Efficacy and
mechanisms. Microbes and Infection. 4: 433-440.
• Leadley, C., Williams, A. and Jones, L. 2003. New technologies in food preservation: an
introduction. Key Topics in Food Science and Technology – No.8. Campden and Chorleywood
Food Research Association Group.
• Patterson, M.F., Quinn, M., Simpson, R. and Gilmour, A. 1995. Sensitivity of vegetative
pathogens to high hydrostatic pressure treatment in phosphate-buffered saline and foods.
Journal of Food Protection. 58(5): 524-529.
• Patterson, M. and Kilpatrick, D. 1998. The combined effect of high hydrostatic pressure and
mild heat on inactivation of pathogens in milk and poultry. Journal of Food Protection. 61(4):
432-436.
• Polydera, A.C., Galanou, E., Stoforos, N.G. and Taoukis, P.S. 2003. Inactivation kinetics of pectin
methylesterase of Greek navel orange juice as a function of high hydrostatic pressure and
temperature process conditions. Journal of Food Engineering. 62(3): 291-298.
43
เอกสารอางอิง
43
• Soto, V. and Borquez, R. 2001. Impingement jet freezing of biomaterials. Food Control. 12:
515-522
• Sun, D. W. 2005. Emerging Technologies for Food Processing, Elsevier Academic Press,
California, 1-65.
• Yang, B., Shi. Y., Xia, X., Xi, M., Wang, X., Ji, B. and Meng, J. 2012. Inactivation of foodborne
pathogens in raw milk using high hydrostatic pressure. Food Control. 28 (2): 273-278.
• http://www.hiperbaric.com/en/high-pressure
• http://article.wn.com/view/2013/12/21/HPP_High_Pressure_Processing_Equipment_Market
_Worth_6_Millio_u/
44 44
LOGO