ยกระดับคุณภาพในการผลิตโยเกิร์ตด้วยเทคโนโลยีฮอโมจีไนซ์ขั้นสูง Enhancing Yogurt Production Quality Through Advanced Homogenization Technologies

ยกระดับคุณภาพในการผลิตโยเกิร์ตด้วยเทคโนโลยีฮอโมจีไนซ์ขั้นสูง
Enhancing Yogurt Production Quality Through Advanced Homogenization Technologies

By:  รศ.ดร. ศิวัฒ ไทยอุดม
Assoc. Prof. Dr. Siwatt Thaiudom, SFHEA
School of Food Technology
Institute of Agricultural Technology
Suranaree University of Technology
thaiudom@g.sut.ac.th

ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการฮอโมจีไนซ์
1. High-Pressure Homogenization (HPH)
           HPH เป็นกระบวนการเพิ่มความเร็วของน้ำนมอย่างรวดเร็วด้วยแรงดันสูง ส่งผลให้เกิดความเค้นเฉือนสูง จนทำให้อนุภาคและโมเลกุลขนาดใหญ่ เช่น ไขมันนม ถูกบิดด้วยแรงกดอัดเชิงกล จำนวนมาก และเปลี่ยนรูปให้เป็นอนุภาคระดับนาโนเมตร ปัจจุบันได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีการใช้ความดันสูงในการผลิตผลิตภัณฑ์นมเป็นแบบการใช้แรงดันสูงแบบไดนามิก ซึ่งเป็นการฮอโมจีไนซ์ด้วยการรวมแรงที่เกิดจาก 1) แรงกระแทกที่มีความเร็วสูง 2) แรงสั่นสะเทือนความถี่สูง 3) แรงดันภายในน้ำนมที่ตกอย่างทันที 4) แรงจากการเกิดโพรง และ 5) แรงเฉือนและแรงดันสูงระดับอัลตราที่อาจมีค่าสูงถึง 400 เมกะปาสคาล

2. Ultrasonic Homogenization (USH)
           USH เป็นกระบวนการลดขนาดอนุภาคเม็ดไขมันนมโดยใช้คลื่นอัลตราซาวนด์เพื่อสร้างโพรงในน้ำนม ส่งผลให้ไขมันนมแตกตัวเป็นอนุภาคขนาดเล็กจนทำให้ค่าแรงตึงผิว ระหว่างไขมันนมและส่วนซีรัมของน้ำนมลดลงจนได้เนื้อสัมผัสที่มีลักษณะเป็นเนื้อเดียวกัน หลักการของ USH ประกอบด้วย 1) การสร้างคลื่นอัลตราซาวนด์ 2) คลื่นอัลตราซาวนด์ที่มีความถี่แตกต่างกันจะถูกส่งผ่านไปยังน้ำนมเพื่อสร้างพื้นที่ว่าง (Void effect) ระหว่างพื้นผิวของไขมันนมกับซีรัม จนทำให้อนุภาคไขมันนมแตกตัวและกระจายอยู่ภายในซีรัมได้

3. Microfluidization (MF)
           MF เป็นเทคโนโลยีการฮอโมจีไนซ์ด้วยแรงดันสูงที่ใช้หลายแรงร่วมกัน เช่น แรงกระแทกสูง แรงเฉือน แรงดันตกอย่างกะทันหัน และแรงที่เกิดจากการเกิดโพรง โดยเทคโนโลยี MF จะขึ้นอยู่กับปั๊มเพิ่มความเร็วของของไหลแบบสองชั้น และ Interaction chamber ซึ่งถือเป็นอุปกรณ์สำคัญที่ใช้ในการลดขนาดอนุภาคของของไหล โดยปั๊มดังกล่าวจะสร้างแรงดันที่จําเป็นในการบังคับให้ของไหล เช่น น้ำนม เข้าสู่ Interaction chamber ภายใต้แรงดันสูง (มากกว่า 100 เมกะปาสคาล) จากนั้นน้ำนมจะถูกส่งผ่านไปยังช่องขนาดเล็กภายใน Interaction chamber ด้วยความเร็วสูง ทำให้ไขมันนมเกิดการชนกัน หรือชนกับผนังของ Chamber ด้วยความเร็วสูงถึง 400 เมตรต่อวินาที ทำให้อนุภาคไขมันนมมีขนาดเล็กและมีการกระจายของอนุภาคเหล่านั้นอย่างสม่ำเสมอบริเวณส่วนของซีรัมน้ำนม

4. Pulse Electric Field (PEF)
           PEF เป็นเทคโนโลยีที่ใช้สนามไฟฟ้าพัลส์ความเข้มสูงเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติต่างๆ ของอาหารและผลิตภัณฑ์นม รวมถึงใช้ในกระบวนการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ ตลอดจนรักษาคุณภาพทางกายภาพและเคมีของผลิตภัณฑ์ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีใหม่ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และถูกนํามาใช้ในอุตสาหกรรมอาหารเพื่อยับยั้งการทํางานของเอนไซม์และจุลินทรีย์ในระหว่างการเก็บรักษา หลักการของ PEF คือ การสร้างพัลส์ของสนามไฟฟ้าแรงสูงตั้งแต่ 20–100 กิโลโวลต์ต่อเซนติเมตร ในช่วงระยะเวลาสั้นๆ (จากนาโนวินาทีถึงมิลลิวินาที) ที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดสองตัว โดยพัลส์ดังกล่าวจะถูกส่งผ่านน้ำนมเพื่อให้เกิดการสร้างรูเล็กๆ บนเยื่อหุ้มเซลล์ไขมัน (Electroporation) ส่งผลให้อนุภาคเม็ดไขมันในน้ำนมเกิดการแตกตัวและมีขนาดลดลง

Technological Advances in Homogenization
1. High-Pressure Homogenization (HPH)
           High-pressure homogenization (HPH) rapidly increases milk injection speed under high pressure, generating high shear stress and subjecting larger milk particles and molecules to mechanical pressure. A newer high-pressure technology, dynamic pressure homogenization (DPH), is used in dairy product manufacturing. DPH combines several forces: high-velocity impact, high-frequency vibration, immediate pressure drop, cavitation, and strong shear and ultra-high pressure. While DPH can generate up to 400 MPa of pressure.

2. Ultrasonic Homogenization (USH)
           Ultrasonic homogenization (USH) uses ultrasonic waves to create cavitation and break down milk fat particles into smaller sizes, reducing interfacial tension between milk fat and milk serum and achieving a homogenized texture. USH relies on two key elements: ultrasonic waves and the void effect.

3. Microfluidization (MF)
           Microfluidization (MF), similar to HPH, is a high-pressure homogenization method that uses several high-pressure forces, including high impact force, shear force, immediate pressure drop, and cavitation, to break down milk fat particles. The operational cornerstones of MF are the double-acting intensifier pump and the interaction chamber, two crucial components for fluid particle reduction. First, the pump forces fluid (milk) into the interaction chamber under high pressure (over 100 MPa).  The milk is then propelled at high velocity into small cavities within the interaction chamber, where milk fat particles collide with each other or the chamber walls at speeds of up to 400 meters per second, shattering them into smaller sizes and evenly dispersing them throughout the milk serum.

4. Pulse Electric Field (PEF)
           Pulsed electric field (PEF) technology, an environmentally friendly innovation used in the food industry, inhibits enzymatic and microbial activity during storage.  PEF applies a high-intensity pulsed electric field to improve the properties of food and dairy products, neutralize pathogens, and preserve the products' physical and chemical characteristics.  A high-voltage electric field (20-100 kV/cm) is briefly generated (from nanoseconds to milliseconds) between two electrodes.  The emitted electric pulses penetrate the milk, inducing electroporation in the fat globule membranes, which can break down milk fat particles and reduce their size.