เทคนิค การถนอมอาหาร ด้วยก๊าซ ไนโตรเจน

      เทคนิค การถนอมอาหาร ด้วยก๊าซ ไนโตรเจน ปัจจุบันได้มีการนำวิทยาการเกี่ยวกับการนำก๊าซ ไนโตรเจน มาใช้สำหรับกระบวนการบรรจุผลิตภัณฑ์อาหารมากขึ้น เพื่อช่วยรักษาคุณภาพ และคุณค่า ทางโภชนาการของผลิตภัณฑ์อาหารนั้น ๆ ไว้ให้นานที่สุด ซึ่งเป็นการช่วยเพิ่มอายุการเก็บรักษาอาหารนั่นเอง กระบวนการบรรจุแบบ Gas-Flushing เป็นการบรรจุผลิตภัณฑ์ให้อยู่ภายใต้บรรยากาศของก๊าซชนิดใดชนิดหนึ่ง เช่น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ หรือก๊าซไนโตรเจน โดยการพ่นก๊าซชนิดที่ต้องการเข้าไปแทนที่อากาศภายในภาชนะบรรจุ 

ซึ่งเป็นวิธีการหนึ่งที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งใช้สำหรับ ไล่ก๊าซออกซิเจนในภาชนะบรรจุผลิตภัณฑ์ที่ไวต่อปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidation Reaction) เช่น อาหารที่มีไขมันมาก น้ำผลไม้ เป็นต้น ก๊าซที่ใช้สำหรับพ่นเข้าไปแทนที่อากาศภายในภาชนะบรรจุสามารถมีหลายชนิดด้วยกัน เช่น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ก๊าซไนโตรเจน (N2) ก๊าซออกซิเจน (O2) เป็นต้น 

แต่ก๊าซที่นิยมใช้กันมากที่สุดในระบบ Gas Flushing ในอุตสาหกรรมอาหาร คือ ก๊าซไนโตรเจน ทั้งนี้เนื่องจากเป็นก๊าซที่มีคุณสมบัติ คือ

เป็นก๊าซที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส และไม่เป็นพิษ จึงสามารถใช้ได้กับผลิตภัณฑ์อาหารทุกชนิด
เป็น ก๊าซเฉื่อยต่อปฏิกิริยาเคมี จึงมักใช้ในการแทนที่ก๊าซออกซิเจน เพื่อป้องกันการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของไขมันและน้ำมัน หรือปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลในอาหาร

เป็นก๊าซที่ไม่เกิดการระเบิด และปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม

     เป็นก๊าซที่ละลายในน้ำและไขมันได้น้อยมาก จึงสามารถพ่นฟองก๊าซไนโตรเจนผ่านเข้าไปยังวัตถุดิบ หรือผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลว เช่น น้ำมัน  โดยก๊าซไนโตรเจนจะเข้าไปห่อหุ้มโมเลกุลของน้ำมัน ทำให้สามารถลดการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน และการเหม็นหืนได้ การพ่นก๊าซไนโตรเจนเข้าไปเพื่อไล่อากาศในภาชนะบรรจุของผลิตภัณฑ์อาหารจำพวก มันฝรั่งทอด และขนมขบเคี้ยวต่างๆ เป็นขั้นตอนหนึ่งที่ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถยืดอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์ ได้นานยิ่งขึ้น

ประโยชน์ของการบรรจุผลิตภัณฑ์อาหารโดยใช้ วิธี Gas-Flushing

1.เพื่อเพิ่มอายุการเก็บรักษาชะลอหรือป้องกันการเสื่อมเสียคุณภาพของผลิตภัณฑ์อาหาร 

     ปฏิกิริยาเคมีสำคัญที่เกิดขึ้นในผลิตภัณฑ์อาหารคือ ปฏิกิริยาออกซิเดชัน ซึ่งเมื่อเกิดกับไขมันหรือน้ำมันจะทำให้อาหารเกิดการเหม็นหืน เกิดการเปลี่ยนแปลงของสี กลิ่นและรสของอาหาร ดังนั้นการใช้กระบวนการบรรจุแบบ Gas Flushing เพื่อกำจัดก๊าซออกซิเจนในอากาศที่ล้อมรอบอาหารออกไป จะสามารถช่วยชะลอ หรือป้องกันการเกิดปฏิกิริยานี้ได้  การศึกษาอายุการเก็บรักษามันฝรั่งทอด โดยบรรจุในสภาวะบรรยากาศแตกต่างกัน ดังตารางที่ 1

ตารางที่ 1 

     ตารางการเปรียบเทียบอายุการเก็บรักษามันฝรั่งทอดที่บรรจุในสภาวะบรรยากาศแตกต่างกัน
สภาวะในการเก็บรักษา ปริมาณก๊าซออกซิเจนที่เหลืออยู่ในภาชนะบรรจุ อายุการเก็บรักษา
สภาวะบรรยากาศปกติ 21.0% 6 สัปดาห์
สภาวะที่พ่นก๊าซไนโตรเจนเข้าไปในภาชนะบรรจุ 2.0% 12 สัปดาห์

1.5% 16 สัปดาห์
1.0% 20 สัปดาห์
0.5% 24 สัปดาห์

จากตารางจะเห็นได้ว่า มันฝรั่งทอดที่บรรจุอยู่ในภาชนะบรรจุที่มีการพ่นก๊าซไนโตรเจนเข้าไปแทน ที่จนกระทั่งมีปริมาณก๊าซออกซิเจนในภาชนะบรรจุเพียง 0.5% จะสามารถยืดอายุการเก็บรักษาของมันฝรั่งทอดได้นานกว่ามันฝรั่งทอดที่เก็บ รักษาในสภาวะบรรยากาศปกติถึง 4 เท่า

2. ช่วยลดปริมาณการใช้วัตถุเจือปนอาหาร (Food)โดยปกติแล้วในผลิตภัณฑ์อาหารที่มีองค์ประกอบของไขมันสูง

      เช่น มันฝรั่งทอดจะมีการเติมวัตถุเจือปนอาหารประเภท BHA และ BHT เพื่อช่วยป้องกันการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน (antioxidants) แต่เมื่อมีการเติมก๊าซไนโตรเจนเข้าไปแทนที่อากาศปกติแล้ว ก๊าซไนโตรเจนจะเป็นตัวป้องกันการเปลี่ยนแปลงของไขมันและน้ำมันที่ใช้ใน กระบวนการผลิต โดยการลดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ดังนั้นจึงสามารถช่วยลดปริมาณการใช้วัตถุเจือปนอาหารได้อีกทางด้วย

3.ป้องกันการเกิดความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับผลิตภัณฑ์ภายในภาชนะบรรจุนอกจากประโยชน์ดังกล่าวแล้ว 

        เทคนิคการบรรจุที่ถูกออกแบบให้มีการขึ้นรูปภาชนะเป็นซองทรงหมอน และเมื่อมีการเติมก๊าซเข้าไปแทนที่อากาศในภาชนะบรรจุทำให้ถุงพองตัวขึ้น เป็นส่วนช่วยในการปรับปรุงลักษณะของภาชนะบรรจุให้มีความสะดุดตามากขึ้น และยังสามารถช่วยป้องกันการเกิดความเสียหายที่อาจเกิดกับผลิตภัณฑ์ภายใน ภาชนะบรรจุด้วย เช่น การแตกหักของชิ้นมันฝรั่งทอด เป็นต้น

ปัจจัยที่มีผลต่อการใช้ก๊าซเพื่อการบรรจุผลิตภัณฑ์อาหาร

     การอาศัยวิธีการพ่นก๊าซเข้าไปแทนที่แต่เพียงอย่างเดียวนั้นไม่สามารถช่วยให้ เกิดประสิทธิผลสูงสุด ยังคงมีปัจจัยอื่นๆ ที่ต้องพิจารณาและนำมาใช้ร่วมด้วย เช่น คุณสมบัติของฟิล์มที่นำมาใช้เป็นภาชนะบรรจุ ควรมีคุณสมบัติในการป้องกันการซึมผ่านของก๊าซ โดยเฉพาะก๊าซออกซิเจน ซึ่งถือเป็นปัจจัยที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออายุการเก็บรักษา ดังนั้นการใช้วิธีการพ่นก๊าซเข้าไปแทนที่   ร่วมกับการใช้ภาชนะบรรจุ 

       ซึ่งสามารถป้องกันการซึมผ่านของก๊าซได้ดี จะสามารถช่วยเก็บรักษาปริมาณก๊าซไนโตรเจนที่เติมเข้าไปภายในภาชนะบรรจุได้ ในขณะเดียวกันยังสามารถป้องกันการซึมผ่านของความชื้น และก๊าซออกซิเจนจากภายนอกไม่ให้ซึมผ่านเข้าไปในภาชนะบรรจุได้อีกด้วย  นอกจากนี้ยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่ต้องพิจารณาร่วมด้วย ได้แก่ สภาวะในการเก็บรักษา เช่น การควบคุมอุณหภูมิ แสง และความชื้น ปริมาณและสถานะของเชื้อจุลินทรีย์ (Microbiological State) ที่มีอยู่ในผลิตภัณฑ์อาหารนั้นๆ ชนิดและความเข้มข้นของก๊าซที่เหมาะสมในการบรรจุผลิตภัณฑ์อาหารแต่ละชนิด และเครื่องมืออุปกรณ์ที่ใช้ในการบรรจุ

ก๊าซ ไนโตรเจน กับบทบาทในการผลิต

บรรยากาศ ก๊าซต่างๆ ในบรรยากาศมีความสำคัญต่อชีวิตมนุษย์อย่างไร ในระบบการผลิตของโรงงานอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ บรรยากาศและก๊าซที่อยู่ในบรรยากาศก็มีความสำคัญไม่ยิ่งหย่อนไปกว่ากัน อาทิ ใช้ในการพ่น การเป่า การขับเคลื่อนวัตถุดิบเพื่อการผลิต ฯลฯ แต่ในการผลิตยาและเครื่องสำอางที่ต้องการเรื่องความปลอดภัยที่สูง 

การใช้ก๊าซที่มีคุณสมบัติที่ไม่ทำปฏิกริยากับสิ่งที่ผลิต และเพื่อความปลอดภัยในการใช้งาน ก๊าซไนโตรเจน จึงเป็นก๊าซที่มีบทบาทสูงมาก “ด้วยคุณสมบัติของก๊าซไนโตรเจน เปรียบเสมือนก๊าซเฉื่อย ไม่ติดไฟ ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีรสชาติ และมีปริมาณมากที่สุดในบรรยากาศ คือ 78% ขณะที่ก๊าซออกซิเจนในบรรยากาศจะมีปริมาณ 20.9% แต่ออกซิเจนเป็นตัวที่ทำให้เกิดปัญหามากที่สุด

ก๊าซไนโตรเจน ใช้ประโยชน์อะไรบ้าง หากเป็นการใช้งานโดยทั่วไป เช่น การเติมยางรถยนต์ ใช้เป็นตัวทดสอบระบบการรั่วของท่อ หรือเรียกว่า test leak เพราะท่อหรือ คอยล์ ต่างๆ การเชื่อมเป็นข้อเล็กๆ เราสามารถอัดก๊าซไนโตรเจนเข้าไปเพื่อทดสอบว่ามีการรั่วไหลหรือไม่  และก๊าซไนโตรเจนเป็น clean dry gas มีจุด dew point ที่ -40 ํC คือเป็นก๊าซที่แห้งมาก 

ไม่ก่อให้เกิดการควบแน่น หรือ condense ในท่อ เช่นลมที่ส่งในท่อระยะทางสิบกิโลเมตร ถ้าเป็นลมทั่วไปจะเกิดหยดน้ำในระหว่างทาง แต่หากใช้ก๊าซไนโตรเจนจะไม่เกิดการควบแน่น เรียกว่าเป็นก๊าซที่แห้งมาก เป็น inert gas เพราะฉะนั้นก๊าซอะไรก็ตามที่อยู่ในระบบอุตสาหกรรม หากจะก่อให้เกิดปฏิกริยาทางเคมี เราจะใช้ไนโตรเจนเข้าไปแทนที่ จึงทำให้ก๊าซไนโตรเจนกลายเป็นก๊าซที่มีการใช้กันมาก โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมการผลิตยาและเครื่องสำอาง ซึ่งเป็นสินค้าที่ต้องมีคุณภาพที่มาตรฐานความปลอดภัยรองรับ”

นอกจากนั้น ในโรงงานอุตสาหกรรมยังใช้ก๊าซไนโตรเจนในขั้นตอนของการเก็บรักษา หรือ stock material post  โดยใช้ในขั้นตอนของแพ็คเกจจิ้ง ก่อนที่จะ finishing product โดยจะเก็บไนโตรเจนเอาไว้ในแพคเกจจิ้ง เพื่อยืดอายุของตัวยา ป้องกันการเกิดปฏิกริยาที่จะทำให้คุณสมบัติของยาเปลี่ยนไป

การเลือกใช้ก๊าซไนโตรเจน  

แหล่งผลิตก๊าซไนโตรเจนที่มีการใช้กันในอุตสาหกรรมมีหลายรูปแบบ คือ

1.แบบถัง cylinder ที่บรรจุเป็นก๊าซไนโตรเจน

2.แบบ Dewar เป็นโนโตรเจนในรูปของไนโตรเจนเหลว

3.แบบ Bulk จะเก็บในรูปของไนโตรเจนเหลว

ถ้าต้องการใช้ก็จะมี evaporation ทำให้ไนโตรเจนที่เป็นของเหลว กลายเป็นก๊าซ

ในแต่ละแบบจะมีข้อดี ข้อเสีย รวมถึงต้นทุนที่ต่างกัน โดยแบบถังก๊าซไนโตรเจน หรือที่เรียกว่า cylinder อาจจะเป็นรูปแบบที่คุ้นตา เนื่องจากมีการใช้กันมาก เพราะราคาถูกในตอนเริ่มต้น แต่ก็มีข้อเสียคือ ต้องมีการตรวจสอบเรื่องความปลอดภัย เนื่องจากการขนย้าย หรือ การเปลี่ยนถังต่างๆ อาจเกิดอุบัติเหตุได้ 

เนื่องจากความอัดอากาศภายในถังมีความกดสูงถึง 200 บาร์ หากตัวเปิดปิดไม่สมบูรณ์อาจเกิดการระเบิด และอันตรายจากแรงดันของถังได้ ข้อเสีย คือไม่สามารถตรวจสอบคุณสมบัติของก๊าซโนไตรเจนที่ใช้ได้ แบบที่สองคือ Dewar จะเก็บไนโตรเจนในรูปของไนโตรเจนเหลว การใช้งานจะมีชุดวาวล์เป็นตัวคอนโทรล จะมีการสูญเสียก๊าซไนโตรเจน ถ้าเราไม่ได้ใช้นาน

แบบที่สามคือ Bulk เป็นรูปแบบที่ได้รับความนิยมในภาคอุตสาหกรรม โดยจะเก็บในรูปของลิควิดไนโตรเจน ถ้าจะต้องการใช้ก๊าซในไตรเจน จะมี evaporation ทำให้ไนโตรเจนที่เป็นของเหลว กลายเป็นก๊าซ ก่อนนำไปใช้

ปัจจุบัน ด้วยนวัตกรรมที่มีมากขึ้น การปรับเปลี่ยนแหล่งผลิตก๊าซไนโตรเจนให้ตอบโจทย์ในการใช้งานได้มี ประสิทธิภาพ ใช้งานสะดวกมากขึ้น และให้ความคุ้มค่าในระยะยาว จึงมีการผลิตเครื่องผลิตไนโตรเจน หรือ Nitrogen Generator

ข้อมูล: ศูนย์นวัตกรรมเทคโนโลยีหลังการเก็บเกี่ยว

บทความที่คล้ายกัน  https://siamwaterflame.com/

#nitrogen #ไนโตรเจน  #ก๊าซไนโตรเจน #ไนโตรเจนในระบบอุตสาหกรรม  #บรรจุภัณฑ์