เทคโนโลยีฟองแก๊สระดับอนุภาคมีประโยชน์อย่างไร? (ต่อ)

            ท่านสามารถอ่านเพิ่มเติมเรื่อง เทคโนโลยีฟองแก๊สระดับอนุภาคคืออะไร และ ประโยชน์ของเทคโนโลยีฟองแก๊สระดับอนุภาค(ตอนที่ 1)ได้ที่นี่

            3.กระบวนการผลิตอาหาร

            สำหรับในอุตสาหกรรมอาหาร เทคโนโลยีฟองแก๊สระดับอนุภาค เข้ามามีส่วนในการปรับปรุงสมบัติของผลิตภัณฑ์ โดยการเพิ่มความเสถียรและเปลี่ยนแปลงเนื้อสัมผัสให้กับระบบอาหารที่มีอากาศในโครงสร้างเช่น โฟม เจล ครีม น้ำอัดลม เบเกอรี่ เป็นต้น (1)  รวมถึงการปรับปรุงความหนืดของอาหารเหลวให้เป็นไปตามที่ต้องการ เนื่องจากฟองแก๊สระดับอนุภาคช่วยลดแรงเสียดทานและเพิ่มการไหลให้กับของไหลได้ ตัวอย่างเช่นงานศึกษาเกี่ยวกับการทำนมผงด้วยเครื่องทำแห้งแบบพ่นฝอย (2) พบว่าการนำของเหลวไปผ่านการทำฟองแก๊สระดับอนุภาคก่อนการทำแห้งช่วยให้อนุภาคนมผงมีขนาดเล็กละเอียดลง รูปร่างกลม ผิวเรียบมากขึ้น นอกจากนี้ ฟองแก๊สระดับอนุภาคยังถูกใช้เพื่อช่วยในกระบวนการสกัดได้อีกด้วย ในงานศึกษาการสกัดสารฟังก์ชันจากเมล็ดชา (3)  พบว่าการใช้ฟองแก๊สระดับอนุภาค สามารถช่วยในการสกัดได้ เนื่องจากการระเบิดของฟองเล็กๆ ช่วยทำให้เซลล์ของพืชเกิดความเสียหาย ทำให้สารฟังก์ชันภายในเซลล์ถูกสกัดออกมาได้มากขึ้น ส่วนการใช้งานฟองแก๊สระดับอนุภาคในอาหารแช่แข็ง มีรายงานว่า (1) เทคโนโลยีฟองแก๊สระดับอนุภาคสามารถช่วยลดขนาดของผลึกน้ำแข็งได้ เนื่องจากการระเบิดของฟองเล็ก ๆ เหนี่ยวนำให้เกิดนิวเคลียสของผลึกน้ำแข็งจำนวนมาก รวมถึงช่วยให้อัตราการแช่แข็งเพิ่มมากขึ้นด้วย

            นอกจากช่วยในกระบวนการผลิตแล้ว ฟองแก๊สระดับอนุภาคยังช่วยยืดอายุของผลิตภัณฑ์อาหารได้ด้วย โดยมีรายงาน (4) ว่า การใช้ฟองแก๊สระดับอนุภาคไมโครของแก๊สโอโซนล้างผักกาดสดเป็นเวลา 5 นาที สามารถยับยั้งการเจริญของจุลินทรีย์ได้ประมาณ 2 log CFU/gและการเกิดสีน้ำตาลจากเอนไซม์ในผักกาดได้ถึง 6 วันเมื่อเก็บที่ 4 องศาเซลเซียส เช่นเดียวกับในอีกหนึ่งงานวิจัย (5)  พบว่าแก๊สไนโตรเจนในรูปแบบฟองแก๊สระดับอนุภาคนาโนสามารถยืดอายุชิ้นปลาแซลมอนสดแช่เย็นได้ เนื่องจากฟองแก๊สระดับอนุภาคช่วยให้เกิดอนุมูลอิสระ ร่วมกับการใช้ไนโตรเจนลดสภาวะออกซิเจนที่จำเป็นต่อเชื้อจุลินทรีย์บนชิ้นปลา เพื่อช่วยลดปริมาณเชื้อจุลินทรีย์ที่ต้องการอากาศบนชิ้นปลาได้

            4.การบำบัดน้ำเสีย

            อุตสาหกรรมอาหารหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะใช้ทรัพยากรน้ำในกระบวนการผลิต เกิดเป็นน้ำเสียที่ต้องมีการบำบัดก่อนปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม การเติมฟองแก๊สระดับอนุภาคลงไป สามารถช่วยในการบำบัดน้ำเสียได้ โดยทำหน้าที่หลายกลไกร่วมกัน กลไกแรก การทำความสะอาดทางกายภาพคือ การเกิดแรงกระแทกเมื่อฟองอากาศแตกออก ร่วมกับการดึงสิ่งสกปรกออกจากพื้นผิวด้วยประจุบนผิวหน้าฟอง  (6) ให้สิ่งสกปรกหลุดออกจากพื้นผิวของทางระบายน้ำ ลดการเกิดการอุดตันและช่วยให้สิ่งสกปรกเคลื่อนที่ผ่านท่อ ตกตะกอน หรือแยกชั้นไขมันได้ดียิ่งขึ้น กลไกต่อมาคือ การเสริมการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่ใช้อากาศในน้ำเสีย โดยการเติมอากาศขนาดเล็ก ๆ ลงไป ให้จุลินทรีย์นำไปใช้ได้ง่ายขึ้น เมื่อจุลินทรีย์เจริญเติบโต จะนำสารอินทรีย์ในน้ำเสียไปใช้ ทำให้สามารถลดปริมาณสารอินทรีย์ในน้ำเสียได้ เรียกว่า Biological purification (7)  กลไกที่สามคือการออกซิไดซ์สารอินทรีย์และสารอนินทรีย์ด้วยอนุมูลอิสระของฟองแก๊สที่มีสมบัติในการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน เช่น มีงานศึกษาการบำบัดน้ำเสียโลหะหนักด้วยฟองออกซิเจนระดับนาโน เกิดกระบวนการออกซิเดชันและตกตะกอนโลหะหนักออกมาจากน้ำเสียได้ (8) รวมถึงการขจัดสีต่าง ๆ จากสารเคมีและสารอินทรีย์ (decolourisation) (เช่น Rhodamine B, phenol, organic wastewater dye, sulphoxide, etc.) และสารเคมีอื่น ๆ  (เช่น ammonia, fluoride, pesticide, etc.) จากกระบวนการออกซิเดชันด้วย (7) 

ฟองแก๊สระดับอนุภาคสร้างขึ้นได้อย่างไร?

            การสร้างฟองแก๊สระดับอนุภาคมีหลายวิธี ขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ และชนิดของแก๊สที่ต้องการบรรจุในฟองขนาดเล็ก เช่น การใช้อากาศ การใช้ฟองไนโตรเจนเพื่อลดออกซิเจนสำหรับจุดประสงค์ในการระงับจุลินทรีย์ที่ต้องใช้ออกซิเจนหรือเติมธาตุอาหารให้กับพืช การใช้ฟองแก๊สโอโซนเพื่อยืดอายุแก๊สโอโซนที่ทำปฏิกิริยากับอากาศได้เร็วเกินไป ทำให้สามารถนำแก๊สโอโซนมาทำประโยชน์ในการฆ่าเชื้อ บำบัดน้ำเสีย หรือทำความสะอาดต่าง ๆ ได้มีประสิทธิภาพมากขึ้นและสามารถแทรกซึมไปได้ในซอกมุมเล็กๆ อีกด้วย

            Zhou และคณะ (2021) (9) อธิบายถึงการสร้างฟองว่าจะประกอบด้วย 2 กลไก กลไกแรกคือการสร้างนิวเคลียสของฟองขึ้นในน้ำและหยุดการขยายตัวของฟอง ทำให้ฟองมีความเสถียรที่ระดับอนุภาคนาโนหรือไมโคร กับอีกกลไกหนึ่งคือ การทำให้ฟองที่มีขนาดใหญ่และไม่เสถียร มีขนาดเล็กลงและสามารถคงสภาพได้อยู่ในระดับอนุภาค ตัวอย่างกระบวนการสร้างฟองระดับอนุภาค เช่น กระบวนการ Electrolysis, Decompression, acoustic cavitation, ultrasonic cavitation, Pressurization, Hydrodynamic caviation และการใช้สนามแม่เหล็ก เป็นต้น

นวัตกรรมใหม่ในการสร้างฟองแก๊สระดับอนุภาค

            บริษัทอิโตะ (ไทยแลนด์ ) ขอนำเสนอเทคโนโลยีฟองแก๊สระดับอนุภาคจาก จากการออกแบบเฉพาะที่ได้รับการจดสิทธิบัตรจากญี่ปุ่น ที่ทำให้เกิดการไหลแบบปั่นป่วนภายในท่อ ย่อยขนาดของฟองอากาศภายในน้ำให้มีขนาดเล็กลง ทำให้สามารถสร้างฟองอากาศขนาดอนุภาคในน้ำได้ โดยใช้เพียงท่อน้ำที่มีความดันเพียงพอ (อย่างน้อย 0.2 MPa) ไม่จำเป็นต้องต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าเพื่อสร้างฟอง และไม่มีวัสดุสิ้นเปลืองที่ต้องเปลี่ยน ติดตั้งได้ง่าย เหมาะสมกับการใช้งานทั้งในครัวเรือนและอุตสาหกรรมอาหาร ในทุก ๆ ส่วนของห่วงโซ่อุปทาน ตั้งแต่การเกษตร การจัดการวัตถุดิบ การทำความสะอาดและฆ่าเชื้อบนพื้นผิว ไปจนถึงในระบบบำบัดน้ำเสีย โดยไม่ต้องใช้สารเคมี ทำให้ เทคโนโลยีฟองแก๊สระดับอนุภาคเป็นอีกหนึ่งนวัตกรรมใหม่ที่ช่วยนำอุตสาหกรรมอาหารเข้าสู่ความยั่งยืน ตั้งแต่การประหยัดทรัพยากรในต้นน้ำของห่วงโซ่อุตสาหกรรมอาหาร (เช่น ลดการใช้น้ำและปุ๋ยในการเกษตร) ไปจนถึงการช่วยบำบัดน้ำเสียที่ปลายสุดของห่วงโซ่อุปทาน เพื่อลดภาระให้กับโลก ไปพร้อม ๆ กับเพิ่มประสิทธิภาพในห่วงโซ่อุตสาหกรรมอาหารไปอย่างยั่งยืน

เอกสารอ้างอิง

1.Phan, K. K. T., Truong, T., Wang, Y., & Bhandari, B. (2020). Nanobubbles: Fundamental characteristics and applications in food processing. Trends in Food Science & Technology, 95, 118-130.

2.Babu, K. S., Siliveru, K., & Amamcharla, J. K. (2022). Influence of micro-and nano-bubble treatment on morphological characteristics and flow properties of spray-dried milk protein concentrate powders. JDS communications, 3(6), 398-402.

3.Javed, M., Belwal, T., Ruyuan, Z., Xu, Y., Li, L., & Luo, Z. (2022). Optimization and mechanism of phytochemicals extraction from Camellia oleifera shells using novel biosurfactant nanobubbles solution coupled with ultrasonication. Food and Bioprocess Technology, 15(5), 1101-1114.

4.Pongprasert, N., Jitareerat, P., & Srilaong, V. (2014, August). A novel technique using ozone micro bubbles to control microbial contamination and browning of fresh-cut lettuce. In XXIX International Horticultural Congress on Horticulture: Sustaining Lives, Livelihoods and Landscapes (IHC2014): 1120(pp. 177-182).

5.Barua, T. P. (2020). Nitrogen-Nanobubble technology to improve the shelf-life of fish: A dissertation submitted in partial fulfilment of the requirements for the Degree of Master of Science in Food Innovation at Lincoln University(Doctoral dissertation, Lincoln University).

6.Jin, N., Zhang, F., Cui, Y., Sun, L., Gao, H., Pu, Z., & Yang, W. (2022). Environment-friendly surface cleaning using micro-nano bubbles. Particuology, 66, 1-9.

7.Xiao, Z., Aftab, T. B., & Li, D. (2019). Applications of micro–nano bubble technology in environmental pollution control. Micro & Nano Letters, 14(7), 782-787.

8.Han, Z., Nhung, N. T. H., Wu, Y., Huang, M., He, C., Lu, S., … & Fujita, T. (2022). Arsenic (III) oxidation and removal from artificial mine wastewater by blowing O2 nanobubbles. Journal of Water Process Engineering, 47, 102780.

9.Zhou, L., Wang, S., Zhang, L., & Hu, J. (2021). Generation and stability of bulk nanobubbles: A review and perspective. Current Opinion in Colloid & Interface Science, 53, 101439.