การใช้ประโยชน์ของไคโตแซนในการยืดอายุของอาหารและเครื่องดื่ม

Page 6 of 8

ประโยชน์ของไคโตแซนในการยืดอายุอาหารและเครื่องดื่ม

1. บรรจุภัณฑ์สำหรับอาหาร (Food packaging) จากคุณสมบัติที่หลากหลายและมีประโยชน์ของไคโตแซน โดยเฉพาะอย่างยิ่งคุณสมบัติในการทำให้เป็นแผ่นฟิล์มที่ป้องกันการซึมผ่านของน้ำและก๊าซต่างๆ และความสามารถในการยับยั้งการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ ประกอบกับเป็นสารที่มาจากธรรมชาติ ไม่ก่อภูมิแพ้และปลอดภัยต่อสุขภาพและสิ่งแวดล้อมตลอดจนสามารถเติมสารที่มีประโยชน์ เช่น วิตามินและเกลือแร่ต่างๆลงในแผ่นฟิล์มได้ ไคโตแซนจึงได้รับความสนใจอย่างมากในการนำมาใช้เป็นวัตถุดิบในการบรรจุหีบห่อหรือเคลือบผลิตภัณฑ์อาหารที่เกิดการเน่าเสียได้ง่าย เพื่อยืดอายุการเก็บรักษาอาหารและเครื่องดื่มต่างๆ เช่น ผัก ผลไม้ เนยแข็ง และขนมปัง ซึ่งมีรายงานการศึกษาวิจัยมากมายที่แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพดังกล่าวนี้ (No, HK., et al., 2007)

มีงานวิจัยจำนวนไม่น้อยที่ศึกษาการผลิตบรรจุภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติในการต้านเชื้อจุลินทรีย์โดยการผสมสารถนอมอาหาร (preservatives) ต่างๆ ลงไป เช่นเดียวกับการศึกษาบรรจุภัณฑ์ที่สามารถยับยั้งการเจริญของแบคทีเรียและยีสต์ในนมและน้ำส้มคั้น ตามลำดับ โดยทดลองกับแผ่นกระดาษแข็ง (paper board) ที่เคลือบด้วยสารไนซิน (nisin) และ/หรือไคโตแซน และตรวจนับจำนวนเชื้อแบคทีเรียและยีสต์ในน้ำนมและน้ำส้มคั้นที่สัมผัสกับกระดาษที่เคลือบด้วยสารไนซินและ/หรือไคโตแซน พบว่าแผ่นกระดาษที่เคลือบด้วยสารไนซินและ/หรือไคโตแซนมีประสิทธิภาพในการต้านเชื้อจุลินทรีย์โดยสามารถยับยั้งการเจริญของเชื้อจุลินทรีย์ดังกล่าวได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ (3 และ 10 องศาเซลเซียส) แต่มีผลเพียงเล็กน้อยที่อุณหภูมิสูงขึ้น (20 องศาเซลเซียส) สำหรับแผ่นกระดาษที่เคลือบด้วยสารไนซินร่วมกับไคโตแซนจะมีฤทธิ์ยับยั้งเชื้อจุลินทรีย์ได้ดีที่สุด (Lee, CH., Park, HJ., and Lee, DS., 2004)

2. ไข่ (Egg) ตามปรกติในระหว่างการเก็บรักษาไข่มักประสบกับปัญหาต่างๆเช่น ไข่มีน้ำหนักลดลง ไข่ขาวเหลว เสื่อมคุณภาพและอาจเน่าเสียอันเนื่องมาจากการสูญเสียก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และความชื้นผ่านออกทางเปลือกไข่และจากการปนเปื้อนของเชื้อจุลินทรีย์ทำให้ไม่สามารถเก็บรักษาให้คงคุณภาพได้นาน จากข้อมูลการศึกษาโดยใช้ไคโตแซน [เดี่ยวๆหรือผสมสารที่ทำให้เกิดความยืดหยุ่น (plasticizer) เช่น กลีเซอรอล] เคลือบผิวของไข่จะช่วยป้องกันไม่ให้ก๊าซและความชื้นจากไข่ขาวผ่านออกทางเปลือกไข่ จึงช่วยรักษาความสดและเก็บได้นานขึ้น (No, HK., et al., 2007) จากการวิจัยโดย Caner, C and Cansiz, O. (2007) พบว่าไข่ที่เคลือบผิวด้วยไคโตแซนมีคุณภาพของไข่แดงและไข่ขาวที่ดีกว่าและมีการสูญเสียน้ำหนักน้อยกว่าเมื่อเทียบกับไข่ที่ไม่ได้เคลือบ รวมทั้งปริมาณเกลือแร่ (แคลเซียม เหล็กและแมกนีเซียม) ในไข่แดงยังคงอยู่ในระดับที่มีคุณค่าทางโภชนาการหลังการเก็บรักษานาน 4 สัปดาห์ และมีรายงานเพิ่มเติมว่าการเคลือบผิวไข่ด้วยไคโตแซนยังช่วยรักษาคุณภาพของไข่ขาวได้ดีกว่าไข่ที่ไม่ได้เคลือบเมื่อเปรียบเทียบจากความหนืด ค่าความเป็นกรด-ด่าง (pH) และสีของไข่ขาว นอกจากนี้ไคโตแซนช่วยให้เปลือกไข่มีความแข็งแรงขึ้นโดยไม่ทำให้ลักษณะภายนอกของไข่เปลี่ยนแปลงและเป็นที่ยอมรับของผู้บริโภค การผลิตไคโตแซนประกอบด้วยขั้นตอนการกำจัดโปรตีน การกำจัดเกลือแร่ การกำจัดสี และการกำจัดหมู่แอซิติล ซึ่งหากสามารถตัดลดขั้นตอนหรือระยะเวลาในการทำปฏิกิริยาลงจะช่วยลดค่าใช้จ่าย ต่างๆ ลงได้มาก ซึ่งไคโตแซนที่ได้จากกระบวนการผลิตที่มีการตัดทอนให้ง่ายขึ้นนี้ สามารถนำมาใช้เพื่อเคลือบผิวของไข่ได้เพราะไม่จำเป็นต้องใช้ไคโตแซนที่บริสุทธิ์ และพบว่ามีประสิทธิภาพในการรักษาคุณภาพภายในของไข่ได้เช่นกัน

3. ขนมปังและเบอร์เกอร์ (Bread and burger) ขนมปังเป็นอาหารที่มีอายุการเก็บรักษาที่จำกัดเพราะจะเกิดการเสื่อมสภาพ มีกลิ่นอับและบูดเสียจากการเจริญของเชื้อจุลินทรีย์ จากผลการศึกษาวิจัยที่รวบรวมโดย No, HK., et al. (2007) แสดงให้เห็นว่าขนมปังที่เคลือบด้วยไคโตแซน (1-2%) ที่มีน้ำหนักโมเลกุลตั้งแต่ 2-493 kDa สามารถเก็บรักษาได้นานกว่า มีการเสื่อมสภาพ การสูญเสียน้ำและความแข็งของขนมปังน้อยกว่ารวมทั้งพบว่ามีปริมาณเชื้อราและจุลินทรีย์อื่นๆ ต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับขนมปังที่ไม่ได้เคลือบ ขนมปังที่เคลือบหรือเติมไคโตแซนสามารถคงคุณภาพและเก็บได้นานนั้นเป็นผลมาจากคุณสมบัติของไคโตแซนในการป้องกันการสูญเสียความชื้นและความสามารถในการชะลอการเสื่อมสภาพและยับยั้งการเจริญของเชื้อจุลินทรีย์น้ำหนักโมเลกุลและความเข้มข้นของไคโตแซนที่ใช้ในขนมปังมีผลต่อการยืดอายุในการเก็บรักษา ไคโตแซนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง (30 และ 120 kDa) จะช่วยยืดเวลาการเก็บรักษาได้นานกว่าชนิดที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่า (1 และ 5 kDa) และการเพิ่มความเข้มข้นทำให้ยับยั้งการเจริญของเชื้อแบคที่เรียได้ดีขึ้นด้วย

ไคโตแซนเป็นสารอีกชนิดหนึ่งที่มีการนำมาใช้ในเบอร์เกอร์เนื้อ (beef burger) เพื่อรักษาคุณภาพของเนื้อสัตว์ ลดการเกิดกลิ่นหืดและคงสภาพสีของเนื้อสัตว์ภายหลังการแช่แข็งเป็นเวลานาน มีงานวิจัยที่ใช้ไคโตแซนเดี่ยวๆ หรือไคโตแซนผสมรวมกับสารสกัดโรสแมรี่ (rosemary extract) หรือสารอัลฟาโทโคเฟอรอล (-tocopherol) เติมลงในเบอร์เกอร์เนื้อ พบว่า ช่วยชะลอการหืนหรือการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของไขมัน (lipid peroxidation) และรักษาสีแดงของเนื้อสัตว์ไว้ได้นานขึ้นตลอดระยะเวลาในการเก็บรักษาที่อุณหภูมิ -18 องศาเซสเซียส นาน 180 วัน ซึ่งการใช้ไคโตแซนร่วมกับสารสกัดจากโรสแมรี่ให้ผลดีที่สุด (Georgantelis, D., et al., 2007)

4. ผลไม้ (Fruit) การเคลือบผลไม้เป็นวิธีหนึ่งที่มีประสิทธิภาพในการเก็บรักษาผลไม้หลังการเก็บเกี่ยวที่มักพบปัญหาการเน่าเสียจากเชื้อราหรือมีการเปลี่ยนแปลงของลักษณะทั้งภายในและภายนอก การเคลือบผิวผลไม้ช่วยลดอัตราการซึมผ่านของน้ำและก๊าซต่างๆ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ ออกซิเจนและเอทิลีน(ethylene) ชะลอการเจริญของจุลินทรีย์และการเปลี่ยนสีของผลไม้ จึงช่วยชะลอการสุกของผลไม้และยืดอายุการเก็บรักษาผลไม้ได้นานขึ้นรวมทั้งรักษาความสดและทำให้เนื้อผลไม้มีคุณภาพดีขึ้นด้วย (No, HK., et al., 2007)

สตรอเบอรี่เป็นผลไม้ที่ติดเชื้อราและเน่าเสียง่ายและมีผิวภายนอกบอบบางจึงง่ายต่อการถูกทำลาย การเคลือบผลสตรอเบอรี่สดด้วยไคโตแซนพบว่าสามารถชะลอการเน่าเสียของผลสตรอเบอรี่ ทำให้ผลสตรอเบอรี่มีความเป็นกรดสูงขึ้น มีการสังเคราะห์สารแอนโทรไซยานิน (anthrocyanin) ช้าลง ผลมีเนื้อแน่นขึ้นและไม่มีรสชาติที่ผิดปรกติไปหลังการเก็บรักษาแต่อาจมีรสขมฝาดเล็กน้อยในวันแรกที่เคลือบได้ (No, HK., et al., 2007; Devlieghere, F., et al., 2004) เช่นเดียวกับงานวิจัยของ ดนัย บุณยเกียรติ และ พิมพ์ใจ สีหะนาม (2546) พบว่า การเคลือบผิวสตรอเบอรี่ด้วยไคโตแซน (1.5 และ 2.0 %) และเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 5 องศาเซลเซียสช่วยคงความสดของผลสตรอเบอรี่ได้ดีกว่าและถูกทำลายโดยเชื้อราน้อยกว่าผลที่ไม่ได้เคลือบผิว รวมทั้งไม่มีผลกระทบต่อสีผิว สีเนื้อ ปริมาณของแข็งที่ละลายน้ำได้ ปริมาณกรดที่ไทเทรตได้และความแน่นของเนื้อผลสตรอเบอรี่ นอกจากนี้การศึกษาในผลไม้อื่นๆ เช่น มะเขือเทศ แอปเปิ้ล กล้วย ผลไม้ตระกูลส้ม และมะม่วง พบว่าให้ผลในทำนองเดียวกัน ผลแอปเปิ้ลที่เคลือบด้วย N,O-carboxymethyl chitosan film สามารถเก็บรักษาในที่เย็นได้นานถึง 6 เดือน การใช้ไคโตแซนความเข้มข้นต่ำ (12.5-125 มิลลิกรัมต่อลิตร) ในผลไม้ตระกูลส้มชนิดหนึ่ง (Clementine mandarin fruit) ในช่วงก่อนและหลังการเก็บเกี่ยว พบว่า ช่วยชะลอการเปลี่ยนสีของเปลือกผลไม้โดยไม่มีผลต่อคุณสมบัติภายใน (ปริมาณของแข็งที่ละลายน้ำได้ในน้ำผลไม้และความเป็นกรด) ของผลไม้ ผลไม้มีเปลือกแน่นและดูดซึมน้ำน้อยลง รวมทั้งลดการเกิดคราบหยดน้ำ (water spot) บนผิวของผลไม้ ซึ่งผู้วิจัยคาดว่าไคโตแซนที่ความเข้มข้นดังกล่าวนี้ไม่น่าจะทำให้เกิดเป็นฟิล์มเคลือบผิวผลไม้แต่จะถูกดูดซึมโดยเซลล์ที่เปลือกเข้าไปข้างในผลไม้และแสดงผลการชะลอการสุกงอมและยับยั้งเชื้อราออกมา (Fornes, F., et al., 2005) นอกจากนี้การเคลือบผิวด้วยไคโตแซนสามารถชะลอการเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลของเปลือกลิ้นจี่ (No, HK., et al., 2007)

การเคลือบผิวสตรอเบอรี่ด้วยไคโตแซน (1%) ไม่ทำให้มีรสฝาด ผลสตรอเบอรี่ที่เคลือบด้วยไคโตแซนในสารละลายกรดแลคติกจะมีผิวเป็นมันเงาขึ้น ต่างจากวิตามินอีที่ทำให้ผลสตรอเบอรี่ที่เคลือบมีความมันเงาลดลง ซึ่งอาจกระทบต่อการยอมรับของผู้บริโภค (Han, C., et al., 2005) ส่วนการทดลองเคลือบผิวสตรอเบอรี่สดด้วยไคโตแซน (2%) ที่ผสมกับสารโพแทสเซียมซอร์เบท (0.3% potassium sorbate) ไม่พบว่าได้ผลดีกว่าไคโตแซนเดี่ยวๆในการยับยั้งการเจริญของเชื้อราเท่านั้นแต่ยังเพิ่มการซึมผ่านของน้ำและอาจทำให้ควบคุมน้ำหนักไม่ได้ นอกจากนี้การเคลือบผิวด้วยไคโตแซนสามารถใช้เป็นตัวกลางในการเติมสารต่างๆ เพื่อเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการของผลไม้ เช่น แคลเซียม วิตามินอี และกรดโอลีอิก (oleic acid) ซึ่งการผสมสารเหล่านี้ในแผ่นฟิล์มพบว่านอกจากจะไม่มีผลกระทบในทางลบต่อคุณสมบัติต่างๆ และการยืดอายุการเก็บรักษาอาหารของแผ่นฟิล์มไคโตแซนแล้ว ยังทำให้ฤทธิ์ในการยับยั้งจุลินทรีย์และประสิทธิภาพในการป้องกันความชื้นของแผ่นฟิล์มเพิ่มขึ้น สำหรับปริมาณสารอาหารที่เพิ่มขึ้นน่าจะมาจากการซึมผ่านเข้าไปในระหว่างการแช่ผลไม้ (No, HK., et al., 2007)

5. นม (Milk) มีการศึกษาถึงความเป็นไปได้ที่จะนำไคโตแซนมาใช้เพื่อรักษาคุณภาพและยืดเวลาการเก็บรักษา ซึ่งจากการศึกษาผลของไคโตแซนชนิดที่ละลายน้ำ (water soluble chitosans) ที่มีขนาดโมเลกุลต่างๆ (0.2-3, 3-10 และ 10-30 kDa) พบว่าไคโตแซนมีผลกระทบต่อลักษณะและรสชาติของนม ความหนืดข้น (consistency) ของน้ำนมที่ผสมไคโตแซนจะเพิ่มขึ้นเมื่อน้ำหนักโมเลกุลและความเข้มข้นของไคโตแซนสูงขึ้น (0.5%, 1.0 % และ 1.5 %) นมที่ผสมไคโตแซนที่ความเข้มข้น 0.5% และ 1.0% สามารถนำไปผ่านการฆ่าเชื้อที่อุณหภูมิ 73 องศาเซสเซียส นาน 15 วินาทีได้โดยไม่ทำให้โปรตีนจับตัวเป็นก้อน การเติมไคโคแซนความเข้มข้น 0.5 % ในน้ำนมมีผลกระทบต่อคุณภาพ สี กลิ่น และรสชาติของนม เช่น น้ำนมเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาล มีกลิ่นสารเคมีและมีรสฝาดเป็นต้น แต่อย่างไรก็ตามการเติมไคโตแซนไม่ทำให้รสชาติของนมปรุงแต่งรสกาแฟ (coffee-flavored milk) แตกต่างไปจากนมที่ไม่ได้เติมไคโตแซน ทั้งนี้อาจเป็นผลมาจากการถูกกลบเกลื่อนด้วยกลิ่นรสกาแฟ นอกจากนี้ไคโตแซนยังมีผลยับยั้งการเจริญของจุลินทรีย์เมื่อเก็บไว้นาน 15 วันที่อุณหภูมิ 4 และ 10 องศาเซสเซียส และนมที่ผสมไคโตแซนมีค่าความเป็นกรด-ด่าง (pH) สูงกว่านมปรกติ นอกจากนี้งานวิจัยเพิ่มเติมพบว่าไคโตแซนชนิดละลายน้ำได้ (0.03%) มีประสิทธิภาพในการยับยั้งการเจริญของเชื้อจุลินทรีย์และชะลอการบูดเสียของนมปรุงแต่งรสกล้วย (banana-flavored milk) ในระหว่างการเก็บรักษาเป็นเวลา 15 วัน ที่อุณหภูมิ 4 และ 10 องศาเซลเซียสและน้ำนมที่ผสมไคโตแซนดังกล่าวยังคงค่าความเป็นกรด-ด่างไว้สูงกว่านมที่ไม่ได้เติมไคโตแซน (No, HK., et al., 2007)

6. น้ำผลไม้ (Juice) ไคโตแซนได้รับความสนใจนำมาใช้ในกระบวนการผลิตน้ำผลไม้ เนื่องจากมีคุณสมบัติในการจับกับกรดและมีประสิทธิภาพในการช่วยแยกอนุภาคแขวนลอย จึงทำให้น้ำผลไม้มีความใส ไคโตแซนชนิดที่ละลายน้ำได้ช่วยลดความขุ่นของน้ำผลไม้หลายชนิด เช่น แอปเปิ้ล องุ่น มะนาว และส้ม ได้ดีกว่าสารเบนโทไนท์ (bentonite) และเจลาติน (gelatin) ทำให้น้ำผลไม้น่ารับประทาน นอกจากนี้มีรายงานด้วยว่าไคโตแซนที่ผลิตได้จากเห็ดรา (fungal chitosan) มีประสิทธิภาพมากกว่าไคโตแซนที่ผลิตได้จากเปลือกกุ้งในการลดความขุ่นข้นของน้ำแอปเปิ้ล ไคโตแซนยังช่วยควบคุมความเป็นกรดของน้ำผลไม้ รวมทั้งป้องกันการเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลของน้ำผลไม้บางชนิด เช่น แอปเปิ้ลและแพร์ ตลอดจนยับยั้งการเจริญของเชื้อจุลินทรีย์และยีสต์ที่เป็นสาเหตุของการบูดเสียของน้ำผลไม้ (No, HK., et al., 2007)

7. เบียร์ (Beer) การปนเปื้อนของเชื้อแบคทีเรียที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการผลิตเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้เบียร์ขุ่นและกลิ่นรสเปลี่ยนแปลงไม่เป็นที่น่าพอใจ เชื้อแบคทีเรียแกรมลบและเชื้อแบคทีเรียกรดแลคติค (lactic acid bacteria) ที่มักพบร่วมกับยีสต์ที่ใช้ในขั้นตอนการหมักบ่มทำให้เบียร์มีกรดมากเกินไปและมีกลิ่นรสที่ผิดแผกไป นอกจากนี้เครื่องบรรจุเบียร์ลงกระป๋องหรือขวดแก้วยังเป็นแหล่งสะสมของเชื้อแบคทีเรียชนิด Bacillus ssp. ซึ่งความร้อนจากขบวนการฆ่าเชื้อแบบพลาสเจอร์ไรเซชั่น (plasteurization) ไม่สามารถกำจัดเชื้อแบคทีเรียเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยปราศจากผลกระทบต่อกลิ่นรสของเบียร์และคุณภาพของกระป๋องบรรจุเบียร์ (bottle integrity) นอกจากนี้ยังพบว่า ไคโตแซนสามารถยับยั้งเชื้อ Escherichia coli ในน้ำเบียร์ที่ต้มแล้วแต่ยังไม่ได้หมัก (wort) แสดงให้เห็นว่าไคโตแซนใช้ป้องกันการปนเปื้อนของแบคทีเรียในน้ำเบียร์ระหว่างการเก็บรักษาก่อนนำไปต้ม ไคโตแซนสามารถทนต่อความร้อนโดยยังคงฤทธิ์ในการยับยั้งเชื้อแบคที่เรียได้อยู่แม้ผ่านการต้มมาแล้ว สำหรับเชื้อแบคทีเรียกรดแลคติก (lactic acid bacteria) เช่น Pediococcus sp. ที่มักพบมากับยีสต์ในระหว่างการหมักเบียร์ สามารถยับยั้งได้ด้วยไคโตแซนโดยไม่ทำให้เซลล์ยีสต์ตายและไม่ทำให้ค่าความเป็นกรด-ด่าง ปริมาณเอทานอล รูปลักษณะและกลิ่นรสของเบียร์เปลี่ยนแปลงไป งานวิจัยดังกล่าวยังแสดงให้เห็นว่าไคโตแซนสามารถต้านเชื้อ B. Megaterium ซึ่งเป็นเชื้อที่ทนความร้อนและพบได้ในขั้นตอนการบรรจุเบียร์ และเนื่องจากไคโตแซนเป็นสารที่ทนต่อความร้อนได้ดีจึงสามารถผสมไคโตแซนในเบียร์ก่อนนำไปผ่านการฆ่าเชื้อด้วยวิธีพลาสเจอร์ไรเซชั่นเพื่อลดระยะเวลาและ/หรืออุณหภูมิที่ใช้ในกระบวนการผลิต ซึ่งจะทำให้กลิ่นและรสชาติของเบียร์ไม่เปลี่ยนแปลงมากนักและเป็นการลดความเสี่ยงต่อการแตกของขวดบรรจุเบียร์ นอกจากนี้ไคโตแซนยังช่วยทำให้เบียร์มีความต้านทานต่อเชื้อจุลินทรีย์ (Lactobacillus plantarum หรือ Pediococcus sp. ที่แยกได้จากน้ำเบียร์ที่ต้มแล้วแต่ยังไม่ได้หมัก) ในระหว่างการเก็บรักษา แต่ทว่าเบียร์ที่ผสมไคโตแซนจะมีลักษณะเป็นฝ้า (haze) ซึ่งสามารถขจัดออกได้โดยง่ายด้วยการกรอง ดังนั้นจึงต้องใช้ไคโตแซนในขั้นตอนการผลิตก่อนหน้านี้ ผลงานวิจัยนี้ได้แสดงให้เห็นประสิทธิภาพของไคโตแซนในการยับยั้งเชื้อแบคทีเรียที่อาจปนเปื้อนในระหว่างการผลิตเบียร์และอาจนำไคโตแซนไปใช้เพื่อยืดระยะเวลาในการเก็บรักษาเบียร์หรือใช้ร่วมกับการฆ่าเชื้อด้วยวิธีพลาสเจอร์ไรเซชัน (Galvagno, MA., et al., 2007)