นวัตกรรมไมโครเวฟแบบไหลต่อเนื่องเพื่อยกระดับการแปรรูปอาหารเหลว
เทคโนโลยีการให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟแบบไหลต่อเนื่อง (Continuous-Flow Microwave Heating; CFMH) เป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพสำหรับการแปรรูปอาหารเหลว โดยเฉพาะการพาสเจอไรซ์ที่ต้องสร้างสมดุลระหว่างความปลอดภัยทางจุลชีววิทยาและการรักษาคุณภาพผลิตภัณฑ์ เมื่อเปรียบเทียบกับระบบ Plate Heat Exchangers (PHEs) ซึ่งถ่ายเทความร้อนจากพื้นผิวเข้าสู่ผลิตภัณฑ์ CFMH ใช้หลักการให้ความร้อนเชิงปริมาตร (Volumetric Heating) โดยพลังงานไมโครเวฟแทรกเข้าสู่ผลิตภัณฑ์และเปลี่ยนเป็นความร้อนโดยตรง ช่วยเพิ่มอุณหภูมิได้รวดเร็ว ลดระยะเวลาการให้ความร้อนและความร้อนสะสมบริเวณผิวสัมผัส จึงมีศักยภาพในการลดการเสียสภาพของโปรตีน การเสื่อมของน้ำตาล การเปลี่ยนแปลงของสีและกลิ่นรส รวมถึงการเกิดตะกรันและภาระการทำความสะอาดระบบ CIP
จุดเด่นของ CFMH คือความสามารถในการรักษาสารอาหาร สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ และสารระเหยที่เกี่ยวข้องกับกลิ่นรส ขณะเดียวกันระบบสามารถตอบสนองต่อการปรับกำลังไมโครเวฟได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ควบคุมกระบวนการได้ยืดหยุ่นและเหมาะกับการผลิตแบบต่อเนื่อง การประยุกต์ใช้แบบจำลองพหุฟิสิกส์ (Multiphysics Modelling) ซึ่งเชื่อมโยงสนามแม่เหล็กไฟฟ้า การถ่ายเทความร้อน และพลศาสตร์ของไหล ช่วยคาดการณ์การกระจายอุณหภูมิ ออกแบบตัวส่งคลื่น และปรับสภาวะการทำงานให้เหมาะสมก่อนขยายสู่ระดับอุตสาหกรรม
อย่างไรก็ตาม ความสม่ำเสมอของการให้ความร้อนยังเป็นความท้าทายสำคัญ โดยเฉพาะอาหารที่มีความหนืดสูงหรือองค์ประกอบไม่สม่ำเสมอ ซึ่งอาจเกิด Hot Spot, Cold Spot และ Thermal Runaway นอกจากนี้ การตรวจวัดอุณหภูมิภายในระบบต้องพิจารณาการรบกวนของโลหะต่อสนามไมโครเวฟ และอาจจำเป็นต้องใช้เซนเซอร์ใยแก้วนำแสง ขณะที่เครื่องกำเนิดไมโครเวฟและตัวส่งคลื่นเฉพาะทางมีต้นทุนเริ่มต้นสูง และมีข้อจำกัดด้านการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่เมื่อเทียบกับ PHE
CFMH กำลังเปลี่ยนผ่านจากงานวิจัยสู่ระดับโรงงานนำร่องและเชิงพาณิชย์ การผสานระบบควบคุมแบบเรียลไทม์ การจำลองพหุฟิสิกส์ และเทคโนโลยี Hurdle เช่น UV มีแนวโน้มช่วยเพิ่มความแม่นยำ ความปลอดภัย ประสิทธิภาพ และความสามารถในการขยายขนาด ทำให้ CFMH เป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับการแปรรูปอาหารเหลวแห่งอนาคต
By: Lee Chai Le
Intern
Food Innovation and Packaging Center (FIN)
Chiang Mai University
Chonthicha Uthaisripadungkul
Deputy Manager of Innovation Business Development
Food Innovation and Packaging Center (FIN)
Chiang Mai University
Assoc. Prof. Dr. Yuthana Phimolsiripol
Dean
Faculty of Agro-Industry, Chiang Mai University
Agro-Industry Academic Council Association (AIAC)
fininfo.fin@gmail.com
Continuous-Flow Microwave Heating (CFMH) is a promising technology for liquid food processing, particularly pasteurization, where microbiological safety must be balanced with product quality. Unlike Plate Heat Exchangers (PHEs), which transfer heat from a hot surface into the product, CFMH uses volumetric heating, allowing microwave energy to penetrate the food matrix and generate heat directly within the product. This enables rapid temperature increase, shorter heating times, and reduced surface overheating, with potential benefits in minimizing protein denaturation, sugar degradation, color and flavor changes, fouling, and CIP requirements.
Key advantages of CFMH include improved retention of nutrients, bioactive compounds, and volatile flavor components, together with rapid response to power adjustments and greater flexibility for continuous production. Multiphysics modelling, integrating electromagnetic fields, heat transfer, and fluid dynamics, provides an important engineering tool for predicting temperature distribution, optimizing applicator design, and defining operating conditions before scale-up.
Despite its potential, heating uniformity remains a major challenge, particularly for high-viscosity or heterogeneous food products. Variations in dielectric properties and microwave penetration can generate hot spots, cold spots, and thermal runaway. Accurate temperature measurement is also challenging because metallic sensors may interfere with microwave fields, potentially requiring fiber-optic sensors. Furthermore, specialized microwave generators and applicators require relatively high initial investment and generally provide less heat-regeneration capability than PHE systems.
Overall, CFMH is progressing from laboratory research toward pilot-scale and commercial applications. Integration with real-time process control, multiphysics simulation, and hurdle technologies such as UV treatment could further improve process precision, food safety, product quality, energy performance, and scalability. CFMH therefore represents a promising pathway toward more efficient, flexible, and quality-oriented liquid food processing.