ไขปริศนาการเสื่อมเสียคุณภาพของอาหาร เพื่อคาดการณ์อายุการเก็บรักษาผลิตภัณฑ์ Unraveling Food Spoilage: How to Estimate Shelf Life Extension?

By:  วรรณิภา สมผุด
Wunnipa Sompud
Assistant Manager Research and Development
Food Innovation and Packaging Center (FIN)
Chiang Mai University
fininfo.fin@gmail.com

 
รศ.ดร. ยุทธนา พิมลศิริผล
Assoc. Prof. Yuthana Phimolsiripol, Ph.D.
Dean
Faculty of Agro-Industry
Chiang Mai University
yuthana.p@cmu.ac.th

การศึกษาอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์
            การศึกษาอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์ด้วยวิธีการเก็บรักษาผลิตภัณฑ์จนเสื่อมเสีย เพื่อนำข้อมูลดังกล่าวมาใช้ในการกำหนดอายุสิ้นสุดของคุณภาพผลิตภัณฑ์นั้น ก็อาจจะไม่ใช่ทางเลือกที่ดีมากนัก ดังนั้นจึงมีวิธีการศึกษาอายุการเก็บรักษาผลิตภัณฑ์ในสภาวะเร่ง (Accelerated Shelf life Testing) เช่น การเร่งด้วยอุณหภูมิ การเร่งด้วยแสง การเร่งด้วยความชื้น และการเร่งด้วยแก๊สชนิดต่างๆ เป็นต้น จากนั้นจึงเก็บข้อมูลการเปลี่ยนแปลงของผลิตภัณฑ์มาใช้ในการกำหนดอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์ โดยใช้เทคนิคต่างๆ ดังนี้

1. ปฏิกิริยาทางจลนพลศาสตร์ (Reaction Kinetics) คือ การศึกษาการเปลี่ยนแปลงและกลไกทางปฏิกิริยาต่างๆ ที่อาจเกิดขึ้นกับผลิตภัณฑ์อาหารระหว่างการศึกษาอายุการเก็บรักษาในสภาวะเร่ง เช่น 1) ปฏิกิริยาทางเคมี (Chemical Reaction) เป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นแล้วส่งผลให้ได้สารใหม่ที่มีคุณสมบัติที่เปลี่ยนแปลงไปจากเดิม เช่น การเกิดปฏิกิริยาเมลลาร์ด (Maillard Reaction) ในผลิตภัณฑ์นม ซึ่งทำให้นมเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาล (Li et al., 2023) 2) ปฏิกิริยาทางจุลินทรีย์ (Microbial Reaction) ที่เกี่ยวข้องกับการเจริญของจุลินทรีย์ ซึ่งส่งผลให้เกิดการหมัก การเน่าเสีย รวมทั้งการสร้างสารพิษจากเชื้อจุลินทรีย์ 3) ปฏิกิริยาทางชีวเคมี (Biochemical Reaction) เกิดจากการทำงานของเอนไซม์ที่ส่งผลให้เกิดการเน่าเสียหรือเสื่อมคุณภาพ และ 4) ปฏิกิริยาทางกายภาพ (Physical Reaction) หมายถึง ลักษณะทางกายภาพที่เปลี่ยนแปลงไป เช่น การแยกชั้น และการตกตะกอน เป็นต้น ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยาทางจลนพลศาสตร์ที่เกิดขึ้น จะช่วยให้ผู้ประเมินทราบและเข้าใจถึงกลไกของปฏิกิริยาที่ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์เสื่อมเสียได้ และสามารถทำนายพฤติกรรมของปฏิกิริยาดังกล่าวผ่านอันดับปฏิกิริยา โดยปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถนำมาปรับใช้ในการพัฒนาและกำหนดอายุการเก็บรักษาผลิตภัณฑ์อาหารให้เหมาะสมได้ (Phimolsiripol and Suppakul, 2016; Zhang, Wet al., 2021)

2. การใช้โมเดลของอาร์รีเนียส (Arrhenius Model) เป็นสมการที่ถูกพัฒนาขึ้นโดย Svante Arrhenius โดยสมการของอาร์รีเนียสได้รับการยอมรับมากที่สุดในการสร้างความสัมพันธ์แบบจำลองปฏิกิริยาที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความสัมพันธ์ของอุณหภูมิกับค่า “k” ซึ่งความสัมพันธ์ของสมการอาร์รีเนียสจะช่วยทำนายอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิต่างๆ รวมทั้งช่วยทำให้เข้าใจถึงปัจจัยต่างๆ ที่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาได้ สามารถควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาให้เหมาะสมต่อการผลิตอาหารเพื่อให้ผลิตภัณฑ์มีความปลอดภัยต่อการบริโภคและได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูง ซึ่งจะส่งผลดีต่อทั้งผู้ประกอบการและผู้บริโภค โดยมีการประยุกต์ใช้สมการอาร์รีเนียสเพื่อศึกษาอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์อาหาร เช่น มะเขือเทศเข้มข้นในกระป๋อง น้ำมันมะกอก (Extra Virgin Olive Oil) รวมถึงสารละลายโซเดียมไฮโปคลอไรท์ที่มีฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียซึ่งเป็นน้ำยาฆ่าเชื้ออเนกประสงค์หรือแม้กระทั่งเชื้อเพลิง เป็นต้น (Bunkar et al., 2014; Jafari et al., 2017; Nicoletti et al., 2009; Shekhar, 2011)

3. การประยุกต์ใช้ค่า Q10: การใช้ค่า Q10 เป็นวิธีการสากลที่นิยมใช้ในการทำนายหรือประเมินอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์อาหารที่ใช้เวลาในการศึกษาสั้นและประหยัดค่าใช้จ่าย แต่สามารถคาดคะเนอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์ต่างๆ ได้โดยไม่ต้องทดลองกับทุกช่วงอุณหภูมิ และยังสามารถประเมินอายุการเก็บรักษาที่เหลือหลังจากผ่านการเก็บรักษา ณ อุณหภูมิต่างๆ มาแล้วก็ได้เช่นกัน โดยใช้การเปลี่ยนแปลงของอัตราการเกิดปฏิกิริยาต่างๆ เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไป 10 องศาเซลเซียส ซึ่งการคำนวณและการอ่านค่า Q10 นั้นจะทำให้ทราบถึงอัตราการเกิดปฏิกิริยาว่ามีการเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร หากอุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลง 10 องศาเซลเซียส จึงสามารถนำไปใช้ในการศึกษาการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์ต่างๆ ได้ และสามารถนำมาประยุกต์ใช้เพื่อกำหนดอายุการเก็บรักษาอาหารได้เช่นกัน

Study of Product Shelf Life
          Studying the shelf life of a product by storing it until it spoils to determine the expiration date may not always be the best approach. Therefore, the shelf life of a product can be evaluated using Accelerated Shelf Life Testing, which involves methods such as accelerating the process through temperature, light, humidity, or different types of gases. The data collected from the changes in the product under these conditions are then used to evaluate its shelf life. Various techniques are applied for this purpose, including:

1. Reaction Kinetics: This refers to studying the changes and mechanisms of reactions that might occur in the food product during accelerated shelf life testing. These reactions include 1) Chemical Reaction – Changes that result in the formation of new substances with altered properties, such as the Maillard Reaction in dairy products, which turns milk brown, (Li et al., 2023) 2) Microbial Reaction – These involve the growth of microorganisms, leading to fermentation, spoilage, or the production of microbial toxins, 3) Biochemical Reaction – Caused by enzyme activity, leading to spoilage or degradation of the product’s quality, and 4) Physical Reaction – Changes in the physical properties of the product, such as separation or sedimentation. By understanding the kinetic changes from these reactions, evaluators can grasp the mechanisms causing product deterioration. They can also predict reaction behaviors through the reaction order. These reactions can then be applied to develop and determine the appropriate shelf life for food products (Phimolsiripol and Suppakul, 2016; Zhang, Wet al., 2021)

2. Application of the Arrhenius Model: This equation is developed by Svante Arrhenius. It is one of the most widely accepted models for reactions dependent on temperature. The relationship between temperature and the rate constant “k”. The Arrhenius equation helps predict the rate of reaction at different temperatures and provides insight into the factors that affect the reaction rate. This understanding allows manufacturers to control the reaction rate to ensure food products are safe for consumption and of high quality, benefiting both producers and consumers. The Arrhenius equation is applied to study the shelf life of various food products, such as canned tomato paste, extra virgin olive oil, and sodium hypochlorite solutions used as multipurpose disinfectants. It is also applied in other industries, including fuel products. (Jafari et al., 2017; Nicoletti et al., 2009; Shekhar, 2011)

3. Application of the Q10 Value: The use of the Q10 value is a globally accepted method commonly used to predict or assess the shelf life of food products. This method is time-efficient and cost-effective, allowing for the estimation of the shelf life of various products without having to test at every temperature range. It also enables the evaluation of the remaining shelf life after storage at different temperatures based on the change in reaction rates when the temperature changes by 10 ºC. Calculating and interpreting the Q10 value reveals how reaction rates change when the temperature increases or decreases by 10 ºC. This method can be applied to study the growth of various microorganisms and can also be used to determine the shelf life of food products.