เทคโนโลยีพลาสมาเย็น: ทางเลือกใหม่ในการแปรรูปอาหารโดยไม่ใช้ความร้อน
เทคโนโลยีพลาสมาเย็น เป็นหนึ่งในวิธีการแปรรูปอาหารสมัยใหม่ที่กำลังได้รับความสนใจอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอาหาร ด้วยจุดเด่นสำคัญ คือ เป็นกระบวนการแปรรูปอาหารที่ไม่ใช้ความร้อน ซึ่งสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์ได้หลากหลายชนิด ไม่ว่าจะเป็นแบคทีเรีย ยีสต์ รา และไวรัส โดยไม่กระทบต่อคุณภาพทางประสาทสัมผัสและคุณค่าทางโภชนาการของอาหาร จึงทำให้เทคโนโลยีนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ไวต่อความร้อน เช่น อาหารที่มีการเสริมวิตามิน หรือผลิตภัณฑ์ที่ต้องการรักษาสี กลิ่น และรสชาติของอาหารไว้ได้อย่างครบถ้วน
กระบวนการสร้างพลาสมาเย็นที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ พลาสมาเจ็ทภายใต้ความดันบรรยากาศ (Atmospheric Pressure Plasma Jet; APPJ) ไดอิเล็กตริกบาร์ริเออร์ดิสชาร์จ (Dielectric Barrier Discharge; DBD) โคโรนาดิสชาร์จ (Corona Discharge) และคลื่นความถี่วิทยุดิสชาร์จ (Radio Frequency Discharge) โดยก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนเหล่านี้สามารถสร้างอนุมูลอิสระออกซิเจน (Reactive Oxygen Species; ROS) และไนโตรเจนชนิดว่องไวต่อปฏิกิริยา (Reactive Nitrogen Species; RNS) เช่น ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) ซูเปอร์ออกไซด์ (O2–) ไฮดรอกซิล (•OH) และไนตริกออกไซด์ (NO) เป็นต้น ซึ่งสารเหล่านี้มีความสามารถในการสร้างความเสียหายให้กับเยื่อหุ้มเซลล์ของจุลินทรีย์ผ่านกลไกความเครียดออกซิเดชัน โดยอาศัยความไม่สมดุลของอนุมูลอิสระระหว่างภายในและภายนอกของเซลล์จุลินทรีย์ ก่อให้เกิดความเสียหายต่อเยื่อหุ้มเซลล์ โปรตีน ไขมัน และคาร์โบไฮเดรต จึงส่งผลให้เกิดการยับยั้งหรือการเสื่อมสลายของจุลินทรีย์ นอกจากนี้ เทคโนโลยีพลาสมาเย็นยังสามารถผลิตรังสีอัลตราไวโอเลตและสนามไฟฟ้าที่สามารถทำลายสารพันธุกรรมอย่างดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ ซึ่งนำไปสู่การตายของเซลล์จุลินทรีย์ต่อไป
นอกจากเทคโนโลยีพลาสมาเย็นจะช่วยเพิ่มความปลอดภัยทางจุลินทรีย์แล้ว ยังมีบทบาทในการยกระดับความปลอดภัยทางเคมีของอาหารอีกด้วย โดยสามารถลดปริมาณสารเคมีตกค้างในผักและผลไม้ เช่น สารกำจัดศัตรูพืชและสารพิษจากเชื้อรา (Mycotoxins) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยอาศัยอนุมูลอิสระจากพลาสมาในการทำลายพันธะและโครงสร้างทางเคมีของสารกำจัดศัตรูพืช โดยเฉพาะสารในกลุ่มออร์กาโนฟอสเฟตและคาร์บาเมต ส่งผลให้โมเลกุลของสารดังกล่าวแตกตัวกลายเป็นสารที่มีความเป็นพิษลดลง นอกเหนือจากที่กล่าวมาข้างต้น เทคโนโลยีพลาสมาเย็นยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้หลากหลาย เช่น การปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของผลิตภัณฑ์โปรตีนจากสัตว์และพืช การฆ่าเชื้อบนพื้นผิวอาหารและบรรจุภัณฑ์ การเสริมคุณสมบัติของบรรจุภัณฑ์ในการป้องกันการซึมผ่าน ซึ่งทั้งหมดนี้สามารถทำได้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อคุณภาพและความปลอดภัยของอาหาร
By:
Assoc. Prof. Waraporn Boonsupthip, Ph.D.
Department of Food Science and Technology
Faculty of Agro-Industry
Kasetsart University
Poosith Pichayamongkol
Department of Food Science and Technology
Faculty of Agro-Industry
Kasetsart University
poosith.pic@ku.th
Chainiyom Phondon
GM Automation Co., Ltd.
chainiyom@gmautomation.co.th
Cold plasma technology has emerged as a promising non-thermal food processing method that is gaining increasing attention in the food industry. Its principal advantage lies in its ability to inactivate various microorganisms, including bacteria, yeasts, molds, and viruses. At the same time, preserving food’s sensory and nutritional qualities. As a result, cold plasma is particularly suitable for heat-sensitive foods, such as products enriched with vitamins or those requiring the preservation of natural color, aroma, and flavor characteristics of food.
Common cold plasma generation methods include atmospheric pressure plasma jet (APPJ), dielectric barrier discharge (DBD), corona discharge, and radio frequency discharge. The ionized gas produces reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS), such as hydrogen peroxide (H₂O₂), superoxide (O₂⁻), hydroxyl radical (•OH), and nitric oxide (NO). These highly reactive species can damage the microbial cell membrane through oxidative stress, which occurs when there is an imbalance between the generation and removal of free radicals inside and outside the microbial cell. This leads to damage to the cell membrane, proteins, lipids, and carbohydrates, resulting in microbial inactivation or degradation. Additionally, cold plasma generates UV radiation and electric fields, which can damage microbial DNA and RNA, ultimately causing cell death.
Besides microbial safety, cold plasma also contributes to chemical safety. It can reduce chemical residues, such as pesticides and mycotoxins, on fruits and vegetables. This is achieved by the action of plasma-generated reactive species that break down the structure of pesticides, especially organophosphate and carbamate, resulting in less toxicity. Moreover, cold plasma can be applied in a variety of food processing applications, including the improvement of physical and chemical properties of animal- and plant-based protein products, surface decontamination of food and packaging materials, and enhancement of packaging barrier properties – all while maintaining food quality and safety.