สำหรับในอุตสาหกรรมอาหาร มีการใช้แสงยูวีซี (UV-C) ในการฆ่าเชื้อพื้นผิวอุปกรณ์เครื่องมือ เครื่องจักรต่าง ๆ และในปัจจุบันมีการนำหลักการใช้พลังงานแสงฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ มาพัฒนาเป็นเทคโนโลยีแสงแบบพัลส์ (Pulsed light technology) เพื่อเป็นกระบวนการลดจุลินทรีย์ในอาหารโดยไม่ใช้ความร้อน (non-thermal process) เพื่อรักษาคุณภาพและคุณค่าทางโภชนาการของอาหาร

หลักการทำงาน

การฆ่าเชื้อด้วยแสงยูวี แบบดั้งเดิมจะใช้การฉายแสงยูวีซี (UV-C) แบบต่อเนื่อง (continuous) โดยช่วงความยาวคลื่นที่มีผลต่อการฆ่าเชื้อที่สุดจะอยู่ ที่ 250-260 นาโนเมตร (Abida et al., 2014) ในขณะที่การใช้แสงแบบพัลส์ จะเป็นการใช้แสงในลักษณะกระพริบวาบ (flash) เพื่อระเบิดพลังงานแบบเป็นจังหวะ (อาจอยู่ในระดับไมโครวินาทีหรือมิลลิวินาที) ซึ่งมีรายงานว่าการใช้แสงในลักษณะนี้จะให้พลังงานได้มากกว่าการให้แสงแบบต่อเนื่อง ทำให้สามารถทะลุผ่านพื้นผิวของวัสดุได้ลึกกว่าการใช้แสงแบบต่อเนื่อง โดยยิ่งกระพริบถี่จะยิ่งให้พลังงานสูง (Palmieri & Palmieri, 2005) และอาจะมีความเข้มข้นได้เทียบเท่ากับแสงธรรมชาติถึงสองหมื่นเท่า (Mandal et al., 2020) ซึ่งพลังงานแสงนี้ จะทำให้เกิดกลไกการยับยั้งเชื้อจุลินทรีย์ได้ 3 กลไก ได้แก่ กลไกแสงทางเคมี (Photochemical mechanism) กลไกแสงทางความร้อน (Photothermal mechanism) และกลไกแสงทางกายภาพ (Photophysical mechanism) ซึ่งอาจเกิดเพียงกลไกใดกลไกหนึ่ง หรือเกิดร่วมกันก็ได้

กลไกแสงทางเคมี เกิดจากการที่พลังงานแสงทำปฏิกิริยากับสารพันธุกรรมดีเอ็นเอในเซลล์ของจุลินทรีย์ที่จำเป็นต่อการเพิ่มจำนวน โดยจะไปทำลายพันธะในโมเลกุล ทำให้ดีเอ็นเอของจุลินทรีย์มีการเรียงตัวที่เปลี่ยนไป หรือถูกทำลายสายดีเอ็นเอ ทำให้จุลินทรีย์ตายหรือไม่สามารถเพิ่มจำนวนได้ (Palmieri & Palmieri, 2005) ซึ่งนับว่าเป็นกลไกหลักในการทำลายจุลินทรีย์

กลไกแสงทางความร้อน จะเกิดจากสปอร์หรือเซลล์จุลินทรีย์มีการดูดซับพลังงานแสงปริมาณมากอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดความร้อนอย่างสั้น ๆ ที่จะทำให้สปอร์หรือเซลล์จุลินทรีย์บริเวณนั้นเกิดการเสียสภาพ หรือตายลง (Abida et al., 2014)

กลไกแสงทางกายภาพ มีรายงานว่าการให้แสงแบบเป็นจังหวะสามารถทำให้ผนังเซลล์จุลินทรีย์เกิดความเสียหายและมีการหดตัวของพลาสมาเมมเบรน (Plasma membrane) หรือการรั่วไหลขององค์ประกอบเซลล์ได้ (Mandal et al., 2020)

ข้อดีและข้อจำกัด

ข้อดีของการฆ่าเชื้อด้วยแสงยูวีคือ สามารถลดปริมาณเชื้อจุลินทรีย์บนพื้นผิวได้ในสภาวะที่มีข้อจำกัดด้านอุณหภูมิ โดยไม่ใช้สารเคมี ทำให้อาหารเหล่านี้สามารถคงคุณภาพที่ดีเช่นเดิมโดยมีความปลอดภัยทางชีวภาพที่มากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งอาหารที่มีองค์ประกอบที่ไวต่อความร้อน เช่น การเสียสภาพของโปรตีน การสลายตัวหรือแปรสภาพของวิตามินและสารต้านอนุมูลอิสระ และการระเหยของสารให้กลิ่นรส เป็นต้น อย่างไรก็ตาม การใช้งานแสงยูวียังมีข้อจำกัดว่า อาหารจะต้องมีคุณสมบัติให้แสงสามารถแพร่ผ่านได้ จึงจะสามารถลดปริมาณเชื้อในอาหารได้ ดังนั้น จึงนิยมใช้ในลักษณะการฆ่าเชื้อบนพื้นผิว (เช่น เปลือกไข่ ผิวผักผลไม้ตัดแต่ง พื้นผิวอุปกรณ์ที่สัมผัสอาหาร หรือพื้นผิวบรรจุภัณฑ์) หรือในผลิตภัณฑ์ที่แสงผ่านได้ เช่น น้ำอุปโภคบริโภค น้ำผลไม้ เป็นต้น

ผลต่อคุณภาพอาหาร

มีการรวบรวมรายงานการวิจัยโดย Mandal และคณะ (2020) ในหัวข้อเกี่ยวกับผลของการใช้แสงแบบพัลส์ต่อคุณภาพอาหาร ในส่วนของคุณภาพทางประสาทสัมผัส ได้แก่ สี เนื้อสัมผัส กลิ่นรส มีทั้งรายงานที่ไม่พบความแตกต่างของผลิตภัณฑ์หลังใช้การใช้แสงแบบพัลส์ ในกลุ่มของผลไม้และผลิตภัณฑ์จากผลไม้ เช่น สตรอร์เบอรี่ บลูเบอร์รี่ ราสเบอรี่ และรายงานวิจัยที่พบว่าคุณภาพทางประสาทสัมผัสลดลง มีรายงานการเปลี่ยนแปลงสีในผักผลไม้ และเนื้อสัตว์ สันนิษฐานว่าพลังงานแสงไปเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันขององค์ประกอบในอาหารที่เกี่ยวข้องกับสี เช่น แคโรทีนอยด์ ไมโอโกลบิน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสี

ในบางงานศึกษาพบว่าเนื้อสัมผัสของผักผลไม้มีความเปลี่ยนแปลงเนื่องจากความร้อน ซึ่งอาจเกิดจากความเข้มข้นของพลังงานแสงสูงจนเกิดกลไกแสงทางความร้อน ส่วนในเรื่องของกลิ่นรส พลังงานแสงอาจกระตุ้นปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดกลิ่นหืนจากการออกซิเดชันของไขมัน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของกลิ่นรสในอาหารที่มีไขมันสูง เช่นนมและผลิตภัณฑ์นม

ในส่วนของงานศึกษาด้านผลต่อคุณค่าทางโภชนาการ พบว่าการให้แสงแบบพัลส์ มีการสูญเสียสารอาหารในกลุ่มที่ไวต่อแสงและเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน เช่น วิตามินบีสอง วิตามินอี วิตามินซี เล็กน้อย แต่ในบางงานศึกษา กลับพบว่า พฤกษเคมี (Phytochemical) ในผักผลไม้กลับมีปริมาณมากขึ้นหลังผ่านการให้แสง คาดว่าเกิดจากกลไกของพืชที่มีต่อแสง เช่นในงานศึกษาหนึ่งพบว่าสารต้านอนุมูลอิสระเรสเวอราทอล (resveratrol) ในองุ่นมีปริมาณเพิ่มขึ้นได้ถึงสิบเท่า (Cantos et al., 2001) เป็นต้น

ดังนั้นในการใช้งานการฆ่าเชื้อด้วยแสง จึงมีความจำเป็นต้องศึกษาและออกแบบกระบวนการให้มีความเหมาะสมกับผลิตภัณฑ์อาหารแต่ละชนิด เพื่อให้มีพลังงานเหมาะสมที่สามารถฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ได้อย่างเพียงพอ โดยไม่ใช้พลังงานแสงมากเกินไปจนกระทบต่อคุณภาพของอาหารอย่างมีนัยสำคัญ

กฎหมายเกี่ยวกับสารใช้แสงยูวีในอาหาร

ในเชิงข้อกำหนดกฎหมาย ทางขององค์การอาหารและยาของสหรัฐอเมริกา (USFDA) ได้มีการออกข้อกำหนดอนุญาตการใช้งานทั้งในส่วนของการใช้แสงยูวีซี และเทคโนโลยีแสงแบบพัลส์ โดยสำหรับแสงยูวีซี มีข้อกำหนดในการอนุญาตให้ใช้ในการควบคุมจุลินทรีย์บนพื้นผิว การฆ่าเชื้อในน้ำสำหรับผลิตอาหาร และการลดจุลินทรีย์ก่อโรคในน้ำผลไม้
ส่วนเทคโนโลยีแสงแบบพัลส์ อนุญาตให้ใช้เพื่อจุดประสงค์ในการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์บนพื้นผิว โดยกำหนดถึงลักษณะแหล่งกำเนิดแสง ความยาวคลื่นแสง ระยะเวลาในการใช้งาน และพลังงานสะสมที่สามารถใช้ได้ (USFDA, 2020)

References

1. Abida, J., Rayees, B., & Masoodi, F. A. (2014). Pulsed light technology: a novel method for food preservation (review article). International Food Research Journal 21(3), 839-848.
2. Cantos, E., Espín, J. C., & Tomás-Barberán, F. A. (2001). Postharvest induction modeling method using UV irradiation pulses for obtaining resveratrol-enriched table grapes: a new “functional” fruit?. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 49(10), 5052-5058.
3. Mandal, R., Mohammadi, X., Wiktor, A., Singh, A., & Pratap Singh, A. (2020). Applications of pulsed light decontamination technology in food processing: an overview. Applied Sciences, 10(10), 3606.
4. Palmieri, L., & Palmieri, L. (2005). High Intensity Pulsed Light Technology. In D.-W. Sun, Emerging Technologies for Food Processing (pp. 279-306). California: Elsevier.
5. USFDA. (Last Updated: 11/10/2020). Retrieved from CFR – Code of Federal Regulations Title 21: Part 179 Irradiation in the production, processing and handling of food. https://www.accessdata.fda.gov/scripts/cdrh/cfdocs/cfcfr/CFRSearch.cfm?CFRPart=179&showFR=1