FOOD PACK

Author info กองบรรณาธิการ นิตยสารอินโนแล็บ INNOLAB team Innolab@media-matter.com

อุตสาหกรรมความงามทั่วโลกเป็นธุรกิจที่มีมูลค่าถึง 532 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ โดยสหรัฐอเมริกาเป็นตลาดที่ใหญ่ที่สุด มี สัดส่วนประมาณ 20% หรือประมาณ 106.4 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ ในขณะนี้ กัญชาถือเป็นหนึ่งในส่วนผสมในตลาดความงาม ที่ได้รับความนิยม เป็นเทรนด์ที่ยุโรปนำาเข้าจากสหรัฐอเมริกาซึ่งเป็นประเทศแรกที่รับว่าเป็นส่วนผสมที่ถูกกฎหมาย

แคนนาบิไดออล (Cannabidiol, CBD) เป็นสารเคมีที่พบในพืชกลุ่มกัญชา โดยกัญ ชง (hemp) ที่ใช้ในผลิตภัณฑ์ความงาม มี CBD สูง CBD เป็นสารเคมีธรรมชาติ ที่มีคุณสมบัติทางโภชนาการและยาที่ยอด เยี่ยม ซึ่งแน่นอนว่าไม่มีผลต่อจิตประสาท และพบว่ามีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ต่อ ผิว CBD จึงเป็นส่วนผสมจากธรรมชาติที่ เหมาะสำาหรับการดูแลผิว สารต้านอนุมูลอิสระอันทรงพลัง: CBD เป็นหนึ่งในตัวเก็บอนุมูลอิสระ (radical collector) ที่ใหญ่ที่สุด จึงมีประสิทธิภาพ ดีมากในการปกป้องผิวจากอันตรายที่เกิด จากอนุมูลอิสระ บรรเทาอาการปวด: ฤทธิ์ต้านการอักเสบ ช่วยลดการระคายเคืองและการติดเชื้อของ ผิวหนัง จึงเหมาะสมอย่างยิ่งสำาหรับผิวแพ้ ง่าย นอกจากนั้น ยังเป็นส่วนผสมแนะนำา สำาหรับผิวที่มีแนวโน้มเป็นสิว เนื่องจากมี คุณสมบัติในการควบคุมความมัน ให้ความชุ่มชื้น: CBD อุดมไปด้วย กรดไขมันจำาเป็น โดยเฉพาะอย่างยิ่งกรด ไขมันโอเมกา-3 CBD เป็นสารออกฤทธิ์ที่ มีคุณค่าทางโภชนาการมาก ช่วยควบคุม การผลิตไขมัน รักษาสมดุลของไฮโดรลิพิด (hydrolipids) ในผิวหนังชั้นนอก จึงรักษา ปริมาณน้ำาและปรับความชุ่มชื้น ช่วยผ่อนคลาย: คุณสมบัติช่วยผ่อน คลายและการบรรเทาลดผลจากความเครียด ต่อผิว ทำาให้ดูอ่อนวัยและมีลักษณะที่ผ่อนคลายมากขึ้น

ความแตกต่างระหว่างกัญชา CBD และ กัญชง

Cannabis indica (กัญชา) และ Cannabis sativa (กัญชง) มีลักษณะ ทางกายภาพที่แตกต่างหลายประการ ได้แก่ ความสูงและขนาด ความยาวปล้อง ขนาด และโครงสร้างของใบ ขนาดและความหนา แน่นของตา เวลาออกดอก กลิ่น ควันและ ผลจากควัน สายพันธุ์ indica มักมีต้นเตี้ย กว่าและเป็นพุ่มมากกว่าสายพันธุ์ sativa สายพันธุ์ indica มักจะมีใบกว้างและสั้น มีแฉกกว้าง ในขณะที่สายพันธุ์ sativa มี ใบยาว แฉกยาวและบาง ตาของสายพันธุ์ indica มีแนวโน้มที่จะกว้าง หนาแน่น และ ใหญ่ ในขณะที่สายพันธุ์ sativa มักมีดอก ยาวรูปร่างคล้ายไส้กรอก กัญชาและ CBD มีความแตกต่างกัน แม้ว่าทั้งคู่จะได้จากพืชชนิดเดียวกันก็ตาม CBD เป็นสารเคมีเดี่ยวที่แยกจากพืชกลุ่ม กัญชา ในขณะที่กัญชาประกอบด้วยสารเคมี ตามธรรมชาติมากมาย รวมถึงเดลตา-9- เตตราไฮโดรแคนนาบินอล (THC) ต้นกัญชาประกอบด้วยสารออกฤทธิ์ ทางชีวภาพ (สารกลุ่มแคนนาบินอยด์) มากกว่า 80 ชนิด อย่างไรก็ตาม สารที่ เป็นที่รู้จักมากที่สุดคือ THC และ CBD การจัดจำาแนกทางอนุกรมวิธานของพืช สกุลกัญชาจะจำาแนกตามปริมาณ THC และ CBD อีกด้วย

Cannabis indica ของกัญชามีปริมาณ THC สูง จึงสัมพันธ์กับการนำาไปใช้ผลิต กัญชาสำาหรับเสพ (marijuana) ในขณะ ที่ Cannabis sativa มีปริมาณ CBD สูง มักใช้ในอุตสาหกรรมสิ่งทอ และล่าสุด ใช้เป็นส่วนผสมเครื่องสำาอาง อาหารและ

ยา CBD ไม่มีผลทางจิตประสาท ซึ่งแตก ต่างจาก THC

กัญชงและสารสกัดอื่นๆ ใช้ในเครื่องสำาอาง ได้อย่างไร? สารสกัดจากกัญชงที่ใช้ในเครื่องสำาอาง มีหลายประเภท: น้ำามันเมล็ดกัญชง: สกัดแบบเย็นจาก เมล็ด น้ำามันกัญชงมีคุณสมบัติของสาร ให้ความชุ่มชื้นหรือมอยส์เจอไรเซอร์ที่มี ประสิทธิภาพมาก ทำาหน้าที่เป็น Emollient ทำาให้ผิวนุ่มและเรียบเนียนขึ้น น้ำามันเมล็ด กัญชงมีกรดไขมันจำาเป็นสูง (โอเมกา-3 และ -6) กรดไขมันไม่อิ่มตัวเชิงซ้อน (PUFAs) และสารอาหารอื่นๆ ที่ช่วยให้ผิวมีสภาพดี น้ำาเมล็ดกัญชง: เป็นน้ำาที่มีกลิ่น (aromatic) ได้จากการกลั่นด้วยไอน้ำาจาก เมล็ดกัญชง น้ำาที่ได้จากการกลั่น (Hemp hydrosols) ใช้เป็นส่วนผสมพื้นฐานสำาหรับ ครีมทาหน้าเนื่องจากมีคุณสมบัติเป็นสาร ให้ความชุ่มชื้น วัตถุดิบอื่นๆ จากกัญชง ได้แก่ ผลพลอยได้จากการผลิตน้ำามันเมล็ดกัญ ชง ผงเนื้อเมล็ดและเนื้อเมล็ด (seedcake and seedcake powder) ซึ่งอาจใช้เป็น สารขัดสี (abrasive) ได้ ส่วนสารอนุพันธ์ เช่น โพแทสเซียมเฮมป์ซีเดต ใช้เป็นส่วน ผสมในสบู่และน้ำายาล้างมือ และเอทิลแคน นาบิสซีเดต สามารถใช้เป็นสารทดแทนไซ โคลเพนทาซิลอกเซน (D5) จากธรรมชาติ

ผลิตภัณฑ์เครื่องสำาอาง ลูกค้าจำานวนมากเต็มใจที่จะเปลี่ยนไป ใช้ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่สะอาดและ มีความยั่งยืน การแทนที่ผลิตภัณฑ์เสริม

ความงามประจำาวันสองสามรายการด้วย เครื่องสำาอางที่ผสมกัญชา เป็นเพียงหนึ่งใน วิธีง่ายๆ ในการผสานผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ เข้ากับชีวิตประจำาวัน

CannaCon ผู้จัดการประชุมที่มุ่งเน้น อุตสาหกรรมกัญชาได้เขียนบทความนำา เสนอผลิตภัณฑ์บางประเภทในบล็อก พวก เขาระบุว่าผลิตภัณฑ์เมคอัพผสมกัญชาเป็น หนึ่งในสิ่งที่ร้อนแรงที่สุดในอุตสาหกรรม เครื่องสำาอางและอุตสาหกรรมกัญชา การ ผสานรวมสุขภาพที่ดีของกัญชาและ CBD เข้ากับความงามจากเครื่องสำาอางไม่ได้ เป็นเพียงแฟชั่นที่จะผ่านไปอย่างรวดเร็ว ชั่วข้ามคืน ผลิตภัณฑ์ที่น่าสนใจในตลาด เมื่อเร็วๆ นี้ ได้แก่ ครีมทาหน้าและเซรัมผสม CBD: มอบ ศักยภาพของ CBD ทั้งหมดเพื่อผิว แบรนด์ มากมายต่างผสม CBD ในครีมและเซรัม เพื่อให้มีความโดดเด่นเป็นพิเศษ ครีมทา หน้าผสม CBD เป็นที่นิยมมากขึ้นเนื่องจาก คุณสมบัติในการให้ความชุ่มชื้นอันทรงพลัง ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อทุกสภาพผิว เมื่อใช้ CBD เฉพาะจุด จะแทรกซึมเข้าสู่ผิว เป็น ประโยชน์ให้กับชั้นผิวหนังและชั้นใต้ผิวหนัง

มาสคาร่าผสมกัญชา: มาสคาร่าแบบ ดั้งเดิมทำาจากขี้ผึ้ง โดยสามารถใช้กัญชา ทดแทนขี้ผึ้งได้ สร้างตัวเลือกที่เป็นมิตรกับวี แกน (vegan) เนื่องจากส่วนผสมอยู่ในรูป เป็นน้ำามันจึงช่วยสภาพขน และมีศักยภาพ ในการส่งเสริมการเจริญของขนอีกด้วย

แชปสติก ลิปกลอส ลิปบาล์ม ลิปส

ครับและลิปสติกผสม CBD: CBD มี คุณสมบัติเป็นสารต้านแบคทีเรีย ช่วยใน การปกป้องผิว ในขณะที่คุณสมบัติต้าน อนุมูลอิสระช่วยซ่อมแซมริมฝีปากที่เจ็บและ แตก สามารถช่วยลดการอักเสบที่เกิดจาก แผลพุพอง (cold sores) และลดอาการ ระคายเคืองได้ CBD ช่วยล็อกความชุ่มชื้น ตามธรรมชาติ ทำาให้ริมฝีปากนุ่ม อายแชโดว์พาเลตต์ผสมกัญชง: กัญชง เต็มไปด้วยกรดไขมันจำาเป็น เช่น โอเมกา-3 ช่วยให้ผิวนุ่มและมีสุขภาพดี ในขณะที่ช่วย ป้องกันสัญญาณของริ้วรอยและความเสีย หายจากแสงแดด โดยเฉพาะรอบดวงตา ซึ่งเป็นผิวที่บอบบางที่สุด การรักษาสิว: กัญชามีคุณสมบัติต้าน การอักเสบ ที่เป็นความหวังในการใช้รักษา โรคผิวหนัง เช่น สิวและโรคสะเก็ดเงิน การ ใช้สารต้านการอักเสบกับผิวหนังเป็นการ บรรเทาและมีแนวโน้มที่จะลดผลข้างเคียง ที่มองเห็นได้จากแผลอักเสบ กัญชาช่วย บรรเทาอาการปวดและระคายเคืองที่เกิด จากสภาพผิวเช่นนี้ นอกจากนั้น ยังช่วย ยับยั้งการเกิดสิวด้วยการควบคุมน้ำามันที่ ผลิตจากต่อมไขมัน คุณชะลอวัย: มีความเชื่อว่าวิตามินซี และอีเป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่แรงที่สุด แต่จากการศึกษาหลายชิ้นพบว่าแคนนาบิ นอยด์มีความแรงถึง 50% มนุษย์ที่มีอายุ ประมาณ 20 ปี คอลลาเจนที่ผลิตได้จะ ลดลง ส่วนอนุมูลอิสระจะไปเร่งการสลาย ตัวของคอลลาเจนด้วย สารต้านอนุมูล อิสระจะต่อสู้และช่วยซ่อมแซมผิวของเรา จากอนุมูลอิสระที่สร้างความเสียหาย ซึ่ง อาจช่วยลดริ้วรอยและรอยเหี่ยวย่น ผลิตภัณฑ์อื่นๆ: น้ำามันเมล็ดกัญชงใช้ ในผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น สบู่ แชมพู ครีม ทามือ และน้ำามันนวดตัว นอกเหนือจาก การปรับสภาพผิวแล้ว ยังสามารถนำามาใช้ ในผลิตภัณฑ์เกี่ยวกับเส้นผมเพื่อปรับสภาพ ลักษณะและความรู้สึกเมื่อสัมผัสเส้นผมได้ อีกด้วย 

Article info Ana Ledesma. (2021, August 25). How are hemp and other Cannabis sativa L. extracts used in cosmetics?. The International Natural and Organic Cosmetics Association. https://www.natrue.org/how-are-hemp-and-other-cannabis-sativa-l-extracts-used-in-cosmetics/ CannaCon. (2021, January 28). Cannabis and the cosmetic industry. https://cannacon.org/cannabis-and-the-cosmetic-industry/ Virospack. (2020, May 27). Cannabis cosmetics, the latest in beauty. Cosmetics Business, HPCi Media. https://cosmeticsbusiness. com/news/article_page/Cannabis_cosmetics_the_latest_in_beauty/ 165704

The global beauty industry is a 532 billion USD business. The United States is the biggest market and holds about 20% of the share, or about 106.4 billion USD. Cannabis is one of the fashionable ingredients in beauty. It is a trend imported from the United States, the first country in which it was legalized, which reaches Europe.

Cannabidiol (CBD) are subspecies of cannabis plant phytochemicals. The hemp used for beauty is high in CBD, a natural compound with excellent nutritional and medicinal properties. It does not have of course any psychotropic effect and it has been discovered that it has beneficial properties for the skin. A natural ingredient, CBD, is ideal for skincare.

Powerful antioxidant: CBD is one of the largest free radical collectors and therefore very effective in protecting the skin from the harmful action that these produce on it.

Pain relieving: Thanks to its anti-inflammatory action, it helps to reduce skin irritations and infections, making it especially suitable for sensitive skin. Also recommended for skin prone to acne due to its sebum-regulating properties.

Moisturising: Rich in essential fatty acids, especially omega 3, CBD is a very nutritious active ingredient that regulates fat production, helping to maintain the hydrolipidic balance in the epidermis, thus maintaining water levels and correct hydration.

Relaxing: Its soothing and calming properties reduce stress effects to the skin which looks younger and with a more rested appearance.

Difference between Hemp, CBD and Marijuana

There are several key differences between Cannabis indica (hemp) and Cannabis sativa (marijuana). These include height and stature, internodal length, leaf size and structure, buds size and density, flowering time, odor, smoke and effects. Indica plants tend to grow shorter and bushier than the sativa plants. Indica strains tend to have wide, short leaves with short wide blades, whereas sativa strains have long leaves with thin long blades. The buds of indica strains tend to be wide, dense and bulky, while sativa strains are likely to be long, sausage shaped flowers.

Marijuana and CBD are not the same even if they both come from the same plant. CBD is a single, isolated compound in the cannabis plant, while marijuana contains many naturally occurring compounds, including delta-9-tetrahydrocannabinol (THC) and CBD.

The Cannabis plant contains over 80 biologically active chemical compounds (cannabinoids). However, the most known ones are THC and CBD. Different taxonomic classifications of the genus Cannabis vary in their THC and CBD content.

Cannabis indica contains a high THC content associated with marijuana hashish production, whereas Cannabis sativa has a high CBD content, traditionally associated with the textile industry, and more recently to applications within the cosmetic, food and pharmaceutical sectors. Unlike THC, CBD has no psychoactive effects.

How are Hemp and Other Extracts Used in Cosmetics?

There are several types of extract from hemp used in cosmetics:

Hemp seed oil: It is extracted by cold-pressing hemp seeds. Hemp oil is rich in properties that makes it a very effective moisturizer functioning as an emollient to soften and smoothen the skin. Hemp seed oil is high in essential fatty acids (omegas 3 and 6), polyunsaturated fatty acids (PUFAs) and other nutrients that keep the skin in a good condition.

Hemp seed water: It is the aromatic water resulting from the steam distillation from hemp seeds. Hemp hydrosols are used as a base ingredient for face creams due to their moisturizing effect.

Other raw materials from hemp include by-products from production of hemp seed oil such as seedcake powder and seedcake, which may be used as abrasives, as well as derivatives such as potassium hempseedate, which can be found in soaps and handwashes, and ethyl cannabis seedate, which may be used as a naturally derived cyclopentasiloxane (D5) substitute.

Cosmetic Products

Many customers would be willing to jump ship for natural, clean and sustainable products. Replacing a few of daily beauty products with cannabis-infused cosmetics is just one of the many easy ways to incorporate it into daily life.

CannaCon, a conference organizer focusing on cannabis industry has summarized some sorts of products in its blogs. They stated that cannabis makeup is one of the hottest things in both the cosmetics and cannabis industries and combining the wellness of cannabis and CBD with the aesthetic of cosmetics is not just some fly-by-night-fad. Here are interesting products recently in the market.

CBD-infused face creams and serums: Given all the potential CBD has to offer skin, brands are infusing creams and serums with CBD to provide that extra glow. What makes CBD-infused face creams even more popular is its powerful moisturizing properties, which are beneficial for all skin types. When CBD is applied

topically, it penetrates the skin-benefiting both the dermal and subdermal layers.

Cannabis-infused mascara: Mascara is traditionally made from beeswax. Cannabis can replace the beeswax, making it a vegan-friendly option. Since it is an oil, it helps condition and has also shown promising potential for promoting hair growth.

CBD-infused chapsticks, glosses, lip balms, lip scrubs and lipsticks: Antibacterial property helps protect while antioxidation property help repair sore and chapped lips. It can help reduce inflammation caused by cold-sores and minimize irritation. CBD helps lock in natural moisture, keeping lips soft.

Hemp-infused eyeshadow palettes: Hemp is packed with essential fatty acids like omega-3. Fatty acids help keep skin soft and healthy while also preventing signs of aging and sun damage. Around eyes is the most delicate skin.

Acne treatment: Cannabis has potent anti-inflammatory properties that show promising results in treating a plethora of skin ailments such as acne and psoriasis. Applying an anti-inflammatory to the skin is to soothe it and are likely to reduce the visible side effects of flare-ups. Cannabis helps relieve pain and irritation caused by these skin conditions. It also helps suppress breakouts by regulating oil produced by the sebaceous gland.

Anti-aging properties: Vitamins C and E were believed to be the strongest antioxidants, but multiple studies have shown cannabinoids to be stronger by up to 50%. Around the age of 20, collagen produced is decreased, and free radicals are also responsible for accelerating collagen breakdown. Antioxidants fight and help repair skin from these damaging free radicals, which may reduce fine lines and wrinkles.

Other products: Hemp seed oil can be found in products such as soaps, shampoos, hand creams and massage oils. Aside from skin conditioning, they can be used as well in hair products to condition the appearance and feel of the hair. 

Micr wave

Processing Technology for Food Safety and Quality

Author info ศ.ดร. สิริชัย ส่งเสริมพงษ์ Prof.Dr. Sirichai Songsermpong Food Science and Technology Department, Faculty of Agro-Industry Kasetsart University fagisrsp@ku.ac.th

เทคโนโลยีการแปรรูปด้วยไมโครเวฟเป็นกระบวนการแปรรูปแบบใช้ความร้อนแบบใหม่ ปัจจุบันมีการใช้อย่างแพร่หลายใน อุตสาหกรรมอาหารและในครัวเรือน การแปรรูปด้วยไมโครเวฟมีหลายประเภท ซึ่งรวมถึงการสเตอริไลซ์ การพาสเจอไรซ์ การละลายน้ำาแข็ง การทำาให้พองตัว การทำาให้แห้งในสภาพบรรยากาศ การทำาแห้งแบบสุญญากาศ การทำาแห้งแบบแช่ เยือกแข็ง การลวก การทอด การอบ และการสกัด ข้อได้เปรียบต่าง ๆ ทำาให้เทคโนโลยีไมโครเวฟจัดเป็นเทคโนโลยีหลักที่ใช้ ในปัจจุบันและในอนาคตอีก 5 ปีต่อไปในทวีปอเมริกาเหนือ ตามด้วยทวีปยุโรปในอีก 10 ปีข้างหน้า ตัวขับเคลื่อนหลัก คือ ผลิตภัณฑ์คุณภาพสูง ความปลอดภัย และการยืดอายุการเก็บรักษา

กลไกการให้ความร้อนด้วย ไมโครเวฟในอาหารส่วนใหญ่คือการ หมุนแบบขั้วคู่ (dipolar rotation) และการโพลาไรซ์ของไอออน (ionic polarization) ในสภาวะที่มีน้ำาและ ไอออน เมื่อสนามไฟฟ้าเคลื่อนที่กลับ ไปกลับมา (oscillate) รอบอาหาร โมเลกุลของน้ำาไดโพล (dipole water) ในอาหารหมุน และโมเลกุลไอออน เคลื่อนที่ในทิศทางเดียวกับสนาม ไฟฟ้าความเข้มสูง การจัดเรียงใหม่ จึงเกิดขึ้นเป็นจำานวนหลายล้านครั้ง ต่อวินาที และสร้างแรงเสียดทาน ภายในของอาหาร ทำาให้อาหารเกิด ความร้อนเชิงปริมาตร ข้อได้เปรียบของการทำาความร้อน ด้วยไมโครเวฟทำาให้เป็นกระบวนการ ทางเลือกแทนการให้ความร้อนแบบ ดั้งเดิม พลังงานไมโครเวฟส่งไปยัง อาหารโดยตรงผ่านอันตรกิริยาระหว่าง อาหารกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้น การใช้ ไมโครเวฟทำาให้อาหารได้รับความร้อนอย่าง รวดเร็วและสม่ำาเสมอ เนื่องจากความร้อน สามารถเกิดขึ้นได้ทั่วถึงทุกจุดของอาหาร และการถ่ายเทพลังงานไม่ได้ขึ้นกับการ กระจายความร้อนจากพื้นผิว

สมบัติไดอิเล็กทริกของอาหาร สมบัติไดอิเล็กทริกเป็นสมบัติหลักที่ แสดงความสามารถของอาหารในการเปลี่ยน พลังงานไมโครเวฟเป็นความร้อน สมบัติได อิเล็กทริกของอาหารส่วนใหญ่ขึ้นกับความถี่ อุณหภูมิ ความชื้น และองค์ประกอบของ อาหาร โดยทั่วไป อาหารมีสารอินทรีย์ น้ำา และเกลือ การเติมเกลือทำาให้เกิดการ สูญเสียไดอิเล็กทริกที่ความถี่เฉพาะมากขึ้น เนื่องจากไอออน น้ำา และเกลือทำาหน้าที่เป็น ตัวนำาในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ในอาหารที่ มีความชื้น สมบัติไดอิเล็กทริกเพิ่มขึ้นเมื่อ ความถี่เพิ่มขึ้น ในอาหารแช่แข็ง สมบัติ ไดอิเล็กทริกต่ำา และเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิ ของส่วนที่หลอมเหลวเพิ่มขึ้นเนื่องจากมี ปริมาณน้ำาสูง ส่วนไขมันและน้ำามันมีค่าคง ที่ไดอิเล็กทริกและการสูญเสียไดอิเล็กทริก ต่ำามาก ส่วนประกอบที่มีสมบัติไดอิเล็กทริก ใกล้เคียงกันมีอัตราการเกิดความร้อนเท่า กัน ทำาให้ความร้อนมีความสม่ำาเสมอขึ้น

การปรับสมบัติไดอิเล็กทริกของอาหาร เพื่อจัดการกับปัญหาการกระจาย อุณหภูมิไม่สม่ำาเสมอ การกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำาเสมอเป็น ปัญหาหลักในการทำาความร้อนด้วยไมโครเวฟ ทำาให้อาหารบางชนิดเกิดความร้อนอย่าง รวดเร็ว ในขณะที่อาหารชนิดอื่นๆ เกิด ความร้อนต่ำากว่า เนื่องจากอาหารแต่ละ ชนิดมีสมบัติไดอิเล็กทริกที่ไม่เท่ากัน จึง มีการเสนอวิธีการต่าง ๆ เพื่อลดปัญหานี้ ได้แก่ การปรับสมบัติไดอิเล็กทริกของอาหาร การให้ความร้อนแบบไฮบริดที่ประกอบ

ด้วยการทำาความร้อนแบบดั้งเดิมกับการทำาความร้อนด้วย ไมโครเวฟ การควบคุมรูปทรงของอาหารให้โค้งมน ใช้ระยะ ห่างที่เหมาะสมและการวางแถบโลหะเพื่อเป็นตัวป้องกัน การ ใช้เตาอบไมโครเวฟที่ออกแบบอย่างเหมาะสม การจัดการรอบ การให้ความร้อน และการลดพลังงานไมโครเวฟแล้วใช้ระยะ เวลานานขึ้น การพาสเจอไรซ์และการสเตอริไลซ์อาหารที่ไม่ เป็นเนื้อเดียวกันด้วยไมโครเวฟจะต้องทราบว่าส่วนประกอบ อาหารใดมีอัตราการให้ความร้อนที่ช้าที่สุด และพัฒนาอาหาร ต้นแบบที่มีสมบัติไดอิเล็กทริกใกล้เคียงกันเพื่อเป็นตัวแทนของ อาหารประเภทนั้น

บรรจุภัณฑ์ของอาหารที่ใช้ไมโครเวฟได้  การออกแบบบรรจุภัณฑ์ การออกแบบที่เรียบง่ายมักเลือกใช้รูปวงรีหรือกลมเพื่อหลีก เลี่ยงไม่ให้เกิดความร้อนสูงที่ขอบ (edge heating) ภาชนะ รูปทรงสี่เหลี่ยมที่เป็นรูปทรงทั่วไปของถาดที่ใช้ในไมโครเวฟ มักทำาให้เกิดจุดร้อนที่สุดที่มุม ส่วนจุดเย็นที่สุดอยู่ตรงกลาง และใกล้ขอบถาดเย็นกว่ามุมเล็กน้อย จึงไม่แนะนำาให้ใช้รูป ทรงเช่นนี้ บรรจุภัณฑ์สำาหรับฆ่าเชื้อด้วยไมโครเวฟควรทน ความร้อนและแรงดันได้สูง ความหนาของบรรจุภัณฑ์จำากัด ไม่สามารถหนามากได้เนื่องจากความลึกที่คลื่นไมโครเวฟทะลุ ทะลวงได้ในบรรจุภัณฑ์  วัสดุบรรจุภัณฑ์ ในสหรัฐอเมริกา นิยมใช้กระดาษแข็งและพลาสติกทน ร้อน (ถาด ถ้วย ถุง กล่อง) เป็นบรรจุภัณฑ์ของผลิตภัณฑ์ อาหารไมโครเวฟเป็นส่วนใหญ่ เนื่องจากมีโครงสร้างที่แข็ง แรง ประกบหลายชั้นได้ และพลาสติกมีความทนทานต่อน้ำา และสารเคมี และสามารถปิดผนึกได้ โดยทั่วไป ใช้เอทิลีน ไวนิลแอลกอฮอล์เป็นตัวกั้นออกซิเจน พลาสติกมักประกอบ ด้วยโพลิโพรพิลีน เอทิลีนไวนิลแอลกอฮอล์ และโพรพิลีน ที่ มีความหนาแตกต่างกัน  บรรจุภัณฑ์แบบแอ็กทิฟ โดยทั่วไป บรรจุภัณฑ์แบบแอ็กทิฟพื้นฐานแบ่งออกเป็น สามส่วน ประกอบด้วยตัวกั้น ตัวรับ และตัวดัดแปลงสนาม (shields, susceptors and field modifiers) ตัวกั้นป้องกัน อาหารจากการดูดซับความร้อนจากไมโครเวฟ ตัวรับเกิดความ ร้อนและถ่ายเทความร้อนไปยังพื้นผิวของอาหารที่ปรุงด้วย ไมโครเวฟโดยการนำาความร้อนเป็นหลัก ตัวดัดแปลงสนาม ทำาหน้าที่ปรับการกระจายพลังงานไมโครเวฟ

ประเภทและส่วนประกอบของเตาไมโครเวฟ  เตาอบไมโครเวฟแบบใช้ในครัวเรือน เตาอบไมโครเวฟแบบนี้ใช้กันในครัวเรือนทั่วโลก อย่างไร ก็ตาม การกระจายสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำาเสมอในระบบ ไมโครเวฟเหล่านี้ทำาให้เกิดความร้อนที่ไม่สม่ำาเสมอในอาหาร

การออกแบบถาดหมุนช่วยให้การกระจาย ความร้อนดียิ่งขึ้น  เตาอบไมโครเวฟแบบต่อเนื่อง เตาอบไมโครเวฟแบบต่อเนื่องระดับ อุตสาหกรรมมีสองประเภท ประเภทแรก มีทั้งแบบทำางานด้วยโหมดเดี่ยวและทำางาน แบบหลายโหมด โหมดเดี่ยวจะใช้แมกนี ตรอน (magnetron) กำาลังสูงเพียงตัว เดียว ส่งคลื่นไมโครเวฟผ่านท่อนำาคลื่น เข้าสู่เตาอบ (cavity) มีอุปกรณ์ป้องกัน ที่เรียกว่า Circulator เพื่อป้องกันไม่ให้ คลื่นไมโครเวฟสะท้อนกลับไปที่แมกนีตรอน นอกจากนั้น มีจูนเนอร์สำาหรับปรับคลื่นส่วน ใหญ่ผ่านเตาอบเพื่อให้มีประสิทธิภาพสูง อาหารลำาเลียงบนสายพานเทฟลอนและ ทำาให้เกิดความร้อนในเตาอบ เตาอบไมโครเวฟแบบต่อเนื่องหลาย โหมดมีแมกนีตรอนจำานวนมากที่มีกำาลัง ต่ำา (800–1,200 วัตต์) แมกนีตรอนสอง ตัวต่อโมดูล มีทั้งหมดสี่โมดูล แมกนีตรอน ส่งคลื่นไมโครเวฟผ่านท่อนำาคลื่นสั้นในแต่ละ โมดูล สายพานเทฟลอนลำาเลียงตัวอย่าง อาหารผ่านคาวิตีของเตาไมโครเวฟและ ควบคุมความเร็วสายพาน ทำาให้สามารถ ควบคุมเวลาให้ความร้อนได้ นอกจากนี้ ยังมีแบบโหมดเดี่ยวซึ่งใช้แมกนีตรอนตัว เดียวกำาลังวัตต์สูง  เตาอบไมโครเวฟร่วมกับรังสีอินฟราเรด เตาอบไมโครเวฟร่วมกับรังสีอินฟราเรด (IR) เป็นกระบวนการที่ต่อเนื่องเพื่อ ปรับปรุงผลิตภัณฑ์ที่อบโดยใช้ไมโครเวฟ และอินฟราเรด การทำางานร่วมกันของ พลังงานไมโครเวฟและการแผ่รังสีความ ร้อนด้วยรังสีอินฟราเรดสามารถลดเวลาใน การอบและพลังงาน ทำาให้ผลิตภัณฑ์เป็นสี น้ำาตาล เกรียม และมีคุณภาพที่ดี  เตาอบไมโครเวฟสุญญากาศ เตาอบไมโครเวฟสุญญากาศใช้แมกนี ตรอน 6 ตัว ทำางานแบบหลายโหมด ใช้ ถาดหมุนหรือออกแบบเป็นตะกร้าหมุน ก็ได้ เตาอบแบบนี้จะมีคอนเดนเซอร์และ ปั๊มสุญญากาศร่วมด้วย  การพาสเจอไรซ์และการฆ่าเชื้อ ด้วยอุณหภูมิสูงพิเศษด้วยไมโครเวฟแบบ ต่อเนื่องในท่อ ในระบบนี้ ท่อเทฟลอนหรือท่อเซรามิก อยู่กลางของช่องทรงกระบอก ของเหลวไหล ผ่านท่อเทฟลอน และคลื่นไมโครเวฟส่งไป ยังช่องว่างคาวิตี ของเหลวถูกทำาให้ร้อนใน ระยะเวลาสั้นๆ จึงเหมาะสำาหรับการพาส เจอไรซ์และการฆ่าเชื้อด้วยอุณหภูมิสูงพิเศษ (UHT) ผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลวหรือมีชิ้น อาหารในของเหลว

เทคโนโลยีการแปรรูปด้วยไมโครเวฟ เพื่อความปลอดภัยและคุณภาพของ อาหาร  ผลของการทำาร้อนด้วยไมโครเวฟใน การทำาลายจุลินทรีย์และเอนไซม์ การทำาลายจุลินทรีย์และเอนไซม์โดย ใช้ไมโครเวฟเกิดจากความร้อนที่มาจาก คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและอันตรกิริยากับอาหาร ทำาให้เกิดความร้อนทำาลายเอนไซม์ โปรตีน และกรดนิวคลีอิกเสียสภาพ นอกจากนั้น กรดนิวคลีอิกหรือดีเอ็นเอถูกทำาลายที่อุณหภูมิ สูงเช่นกัน ผลกระทบที่ไม่ใช่ความร้อนต่อ จุลินทรีย์และการทำาให้เอนไซม์ทำางานไม่ ได้ส่วนใหญ่เกิดจากสนามไฟฟ้า สำาหรับ จุลินทรีย์ ผลกระทบที่ไม่ใช่ความร้อนส่ง ผลต่อการรั่วของเยื่อหุ้มเซลล์และการปล่อย โปรตีนภายในเซลล์ และในที่สุดสูญเสียความ สมบูรณ์ของเซลล์ที่ไม่สามารถผันกลับได้  ผลของการให้ความร้อนด้วย ไมโครเวฟต่อโภชนาการและคุณภาพทาง ประสาทสัมผัส เมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์ปรุงสุกโดยใช้วิธี การดั้งเดิม คุณภาพของผลิตภัณฑ์อาหารที่ ใช้ไมโครเวฟจะดีกว่าเนื่องจากให้ความร้อน เร็วกว่าและประหยัดพลังงานได้มาก การ อบแห้งด้วยไมโครเวฟมีอัตราการให้ความ ร้อนที่รวดเร็วและช่วยกำาจัดออกซิเจน จึง เหมาะสำาหรับผลิตภัณฑ์ผักเพื่อป้องกันการ สูญเสียรสชาติ สารอาหารและคุณสมบัติ เชิงหน้าที่ และเพื่อรักษาปริมาณสารต้าน อนุมูลอิสระ ฤทธิ์ในการต้านอนุมูลอิสระ และการดูดซึมของสารต้านอนุมูลอิสระ ลักษณะคุณภาพของเนื้อวัวแช่แข็งที่ละลาย ด้วยไมโครเวฟเป็นที่ยอมรับของผู้ทดสอบ มากกว่าและมีการสูญเสียน้ำา (drip loss) ต่ำากว่า อาหารที่มีสารอาหารสูง เช่น เนื้อ สัตว์และปลา การอบและย่างด้วยไมโครเวฟ ลดการสูญเสียวิตามิน เนื่องจากวิตามินไว ต่อความร้อน และช่วยรักษาองค์ประกอบ สารอาหารที่จำาเป็นไว้ การพาสเจอไรซ์นม โดยใช้ไมโครเวฟเมื่อเทียบกับการให้ความ ร้อนที่มีน้ำาเป็นตัวกลางให้ผลที่ไม่แตกต่างกัน

การแปรรูปด้วยไมโครเวฟ  การใช้ไมโครเวฟช่วยในการพาส เจอไรซ์และการสเตอริไลซ์อาหารพร้อมรับ ประทานในภาชนะปิดสนิท เทคโนโลยีพาสเจอไรซ์และสเตอริไลซ์ อาหารในภาชนะปิดสนิทด้วยไมโครเวฟ ได้รับการพัฒนาเพื่อการถนอมอาหารที่มี คุณภาพสูงและช่วยยืดอายุการเก็บรักษา การใช้ไมโครเวฟช่วยในการพาสเจอไรซ์: ช่วยทำาลายจุลินทรีย์ก่อโรคและเอนไซม์บาง ชนิดโดยใช้ไมโครเวฟที่อุณหภูมิต่ำา (60-90 °C) โดยแปรอุณหภูมิและเวลา การเลือก ให้ความร้อนทำาให้อุณหภูมิในผลิตภัณฑ์ที่รับ คลื่นไมโครเวฟสูงกว่าอุณหภูมิของของเหลว โดยรอบ จุลินทรีย์จึงถูกทำาลายอย่างรวดเร็ว โดยคุณภาพอาหารไม่เปลี่ยนแปลง การใช้ไมโครเวฟช่วยในการสเตอริไลซ์: ขึ้นอยู่กับค่า pH ของผลิตภัณฑ์อาหาร เนื่องจากความเป็นกรดช่วยควบคุมการ เจริญเติบโตของสปอร์ เช่น อาหารที่มีความ เป็นกรดสูง pH ≤ 4.6 สามารถฆ่าเชื้อ ได้ที่อุณหภูมิ 80–90 องศาเซลเซียส เป็น ระยะเวลาหนึ่ง ส่วนผลิตภัณฑ์อาหารที่มี ความเป็นกรดต่ำา pH > 4.6 ผ่านอุณหภูมิ ประมาณ 121 องศาเซลเซียส เป็นระยะ เวลาหนึ่ง เพื่อให้ปลอดเชื้อในทางการ ค้า และสามารถเก็บรักษาที่อุณหภูมิห้อง ได้ การใช้ไมโครเวฟช่วยในการสเตอริไลซ์ (MATS) ในอาหารพร้อมรับประทานในบรรจุ ภัณฑ์ปิดสนิทได้รับการอนุมัติจากองค์การ อาหารและยาแห่งสหรัฐอเมริกา (USFDA) ผลิตภัณฑ์แรกที่ได้รับอนุมัติคือมันบด เป็น ตัวแทนอาหารที่มีลักษณะเป็นเนื้อเดียวกัน ผลิตภัณฑ์ที่สองคือปลาแซลมอนในซอสอัลเฟร โด เป็นตัวอย่างอาหารที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ผลิตภัณฑ์ที่สามคือไก่และเกี๊ยวบรรจุในถุง เพาซ์ คุณภาพอาหารจากการแปรรูปด้วย MATS ดีกว่ากระบวนการฆ่าเชื้อด้วยไอน้ำา แบบดั้งเดิมมาก เนื่องจากกระบวนการให้ ความร้อนที่จุดร้อนที่สุดและจุดเย็นที่สุด ใกล้เคียงกัน ในขณะที่การฆ่าเชื้อในรีทอร์ต ค่าความร้อนที่จุดร้อนที่สุดและจุดเย็นที่สุด ต่างกันมาก การหาจุดที่เย็นที่สุดจำาเป็นต่อ ความปลอดภัยอาหาร การหาจุดร้อนที่สุด บ่งบอกถึงคุณภาพอาหาร การใช้ไมโครเวฟช่วยในการพาสเจอไรซ์ และการฆ่าเชื้อด้วยอุณหภูมิสูงพิเศษ (UHT) ในระบบท่อ: ระบบพาสเจอไรซ์และระบบ

UHT ใช้กับของเหลวและของเหลวผสม อนุภาค การทดสอบในนมและของเหลว ที่มีโปรตีนสูง ไม่พบตะกรัน และใช้เวลา สั้นเมื่อเทียบกับการให้ความร้อนด้วยไอ น้ำาแบบดั้งเดิม ได้ผลผลิตที่มากขึ้นพร้อม กับคุณภาพที่ดีขึ้น โดยสี ประสาทสัมผัส และโภชนาการมีการเปลี่ยนแปลงน้อยที่สุด  การใช้ไมโครเวฟช่วยในการละลาย น้ำาแข็ง การใช้ไมโครเวฟช่วยในการละลายน้ำา แข็งเป็นวิธีที่เร็วที่สุดในการละลายน้ำาแข็ง จากผลิตภัณฑ์อาหารแช่แข็ง เช่น เนื้อสัตว์ ปลา ผัก ผลไม้ เนย หรือน้ำาผลไม้เข้มข้น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านท่อนำาคลื่นไปสัมผัส ผลิตภัณฑ์เกิดความร้อนในการละลายน้ำา แข็ง ใช้แมกนีตรอนขนาด 30 กิโลวัตต์ และ 896 เมกะเฮิรตซ์ คลื่นไมโครเวฟเข้า สู่ตู้อบทางท่อนำาคลื่นที่ด้านบนและด้านล่าง การใช้ไมโครเวฟช่วยในการละลายน้ำา แข็ง: โดยทั่วไป ระบบควบคุมการละลายน้ำาแข็งใช้กำาลังไฟฟ้าของเตาไมโครเวฟ 10% ของกำาลังที่มี การละลายแบบดั้งเดิม ใช้เวลานานมาก ทำาให้เกิดการสูญเสียน้ำา (drip loss) ความเสียหายของเนื้อสัมผัส และการเปลี่ยนสี จากการใช้ไมโครเวฟช่วย ในการละลายน้ำาแข็งใช้เวลาน้อยกว่าวิธีการ อื่น นอกจากนั้น การรักษาปริมาณกรด แอสคอร์บิกในสตรอเบอร์รีดีขึ้นเมื่อละลาย น้ำาแข็งในเตาอบไมโครเวฟ การใช้ไมโครเวฟช่วยในการละลาย น้ำาแข็งแบบต่อเนื่อง: สามารถใช้เตาอบ ไมโครเวฟแบบต่อเนื่องในโหมดเดี่ยวและ หลายโหมดได้ โดยใช้กำาลังไฟฟ้าต่ำาที่สุด เท่าที่จะทำาได้ และควรละลายน้ำาแข็งให้มี อุณหภูมิต่ำากว่าจุดเยือกแข็ง โดยปกติอยู่ที่ -1 ถึง -2 องศาเซลเซียส  การใช้ไมโครเวฟช่วยการอบแห้ง การใช้ไมโครเวฟช่วยการอบแห้ง ผลิตภัณฑ์อาหารมีข้อดี คือ อัตราการทำา แห้งสูงมาก และช่วยปรับปรุงคุณภาพของ อาหารกึ่งสำาเร็จรูปโดยช่วยให้คืนรูปเร็ว ระดับการดูดกลืนพลังงานไมโครเวฟขึ้นอยู่ กับความชื้นในผลิตภัณฑ์ เนื่องจากการให้ ความร้อนเชิงปริมาตรในการทำาให้แห้งด้วย ไมโครเวฟทำาให้เกิดไอน้ำาภายในผลิตภัณฑ์ ทำาให้แรงดันภายในสูงไล่ให้ไอน้ำาออกจาก ผลิตภัณฑ์ ทำาให้เกิดรูพรุนจำานวนมากส่ง ผลให้การคืนรูปง่ายและรวดเร็ว การทำา แห้งด้วยไมโครเวฟส่งผลดีอย่างมากต่อสี ดัชนีการเกิดสีน้ำาตาล ปริมาณแคโรทีนอยด์ และคะแนนการทดสอบทางประสาทสัมผัส ของผลิตภัณฑ์ การใช้ไมโครเวฟช่วยในการอบแห้งที่ บรรยากาศปกติ มีการใช้ไมโครเวฟช่วยในการอบแห้ง บะหมี่กึ่งสำาเร็จรูป พบว่าสามารถทำาให้ บะหมี่แห้งได้รวดเร็ว และคืนรูปเร็วภายใน 3 นาที โดยใช้น้ำาร้อนที่ 90 องศาเซลเซียส ตัวอย่างบะหมี่กึ่งสำาเร็จรูปโปรตีนสูงสามารถ คืนรูปได้เร็วเช่นเดียวกัน การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทำาแห้งแบบ สุญญากาศ เป็นการผสานการทำาแห้งแบบสุญญากาศ และการให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟเป็นจังหวะ (pulse) ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพเชิง ความร้อน การทำาแห้งแบบสุญญากาศเป็น เทคนิคหนึ่งในการทำาแห้งอาหารโดยใช้แรง ดันอากาศต่ำาลง ทำาให้น้ำากลายเป็นไอที่ จุดเดือดต่ำา การทำาความร้อนด้วยไมโครเวฟ ถ่ายเทพลังงานจากการให้ความร้อนเชิง ปริมาตรที่สามารถขจัดน้ำาออกได้อย่าง รวดเร็ว ผลิตภัณฑ์มีสีที่ดีมาก คุณภาพดี และมีคุณค่าทางโภชนาการสูง เนื่องจากมี ออกซิเจนอยู่ในระบบน้อยมากและอุณหภูมิ อยู่ในช่วง 40–60 องศาเซลเซียส การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทำาแห้งแบบ แช่เยือกแข็ง เป็นเทคนิคที่รวดเร็วกว่าการทำาแห้งแบบ แช่เยือกแข็งแบบดั้งเดิม สำาหรับอาหารที่ไว ต่อความร้อนและวัสดุทางเภสัชกรรมและ ชีวภาพ เนื่องจากอุณหภูมิที่ต่ำามากในสถานะ แช่เยือกแข็ง เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีการทำา แห้งแบบดั้งเดิมและเทคโนโลยีไมโครเวฟ สุญญากาศ ผลิตภัณฑ์ทำาแห้งแบบแช่เยือก แข็งมีคุณภาพดีที่สุด แม้ว่ามีราคาแพงที่สุด เมื่อเทียบกับทั้งสามกระบวนการก็ตาม

การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทำาแห้ง ด้วยลมร้อน เป็นการผสานการใช้อากาศร้อนเข้ากับ การให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟสามขั้นตอน ในขั้นแรก การให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟ ขั้นที่สอง ทำาให้แห้งอย่างรวดเร็ว โดยตั้ง ค่าอุณหภูมิที่เสถียรเพื่อให้ไอน้ำาออกจาก ผลิตภัณฑ์ ทำาให้เกิดโครงสร้างเป็นรูพรุน ที่เรียกว่าการพองตัว (puffing) ในขั้น สุดท้าย ปริมาณความชื้นที่จุดศูนย์กลาง ของผลิตภัณฑ์ลดลงโดยการขจัดน้ำาที่รวม อยู่กับอาหาร (bound water) การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทำาแห้งแบบ ฟลูอิไดซ์เบด อนุภาคที่เป็นของแข็งถูกผลักให้ลอยขึ้น ด้วยกระแสอากาศ การถ่ายเทความร้อนและ การถ่ายเทมวลที่สูงเกิดขึ้นระหว่างอากาศกับ เฟสของแข็ง ดังนั้น การใช้ไมโครเวฟช่วย ในการทำาแห้งแบบฟลูอิไดซ์เบดจึงใช้สำาหรับ การทำาให้แห้งวัสดุที่มีความชื้นและเป็นเม็ด การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทำาแห้งแบบ สเปาเต็ดเบด (spouted-bed) เป็นการดัดแปลงเทคนิคฟลูอิไดซ์แบบ ดั้งเดิม โดยที่มีการกวนอนุภาคที่หยาบกว่า และผลักให้อนุภาคลอยตัวสูงกว่าแล้วตกลง อีกด้านและดันผลิตภัณฑ์ให้ลอยตัวซ้ำาแล้ว ซ้ำาอีก และช่วยให้การถ่ายเทความร้อนและ มวลสูงยิ่งขึ้น การใช้ไมโครเวฟช่วยในการ ทำาแห้งแบบสเปาเต็ดเบดทำาให้ผลิตภัณฑ์มี เนื้อสัมผัสที่ดีขึ้น และลดเวลาในการผลิต  การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทำาให้พอง (puffing) การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทำาให้พอง เหมาะสำาหรับอบผลิตภัณฑ์เพื่อทดแทนการ ทอดในน้ำามันแบบน้ำามันท่วม การทำาให้ พองด้วยไมโครเวฟ อาหารที่มีความชื้นที่ เหมาะสมได้รับคลื่นไมโครเวฟทำาให้เกิด ความร้อนในปริมาณกำาลังวัตต์ที่เหมาะ สมในเวลาที่เหมาะสม น้ำากลายเป็นไอ น้ำา ดันผลิตภัณฑ์ให้พอง ผลิตภัณฑ์มีการ เปลี่ยนเฟสจากกลาสเป็นรับเบอร์ทำาให้พอง ได้มากขึ้น และเกิดการสูญเสียความชื้น จากการที่ไอน้ำาพุ่งออกจากผลิตภัณฑ์เกิด รูพรุนจำานวนมากในผลิตภัณฑ์ เมื่อหยุด การให้ความร้อน ผลิตภัณฑ์จะมีอุณหภูมิ ลดลง ความชื้นลดลง และหดตัวลงโดย เปลี่ยนสภาพจากรับเบอร์มาเป็นกลาส ทำาให้กรอบแบบไร้น้ำามัน  การใช้ไมโครเวฟช่วยในการลวก

การลวกเป็นการปรับสภาพเพื่อรักษา คุณภาพของอาหารด้วยการหยุดการทำางาน ของเอนไซม์และการลดปริมาตรด้วยการ ขจัดอากาศที่ขังอยู่ในช่องว่างภายในเซลล์ และลดปริมาณจุลินทรีย์ สี กลิ่น และรสที่ ไม่พึงประสงค์ การใช้ไมโครเวฟช่วยในการ ลวกใช้อุณหภูมิสูงในเวลาสั้น ๆ ทำาให้ได้ รสชาติที่ดีขึ้น ประหยัดพลังงานและเวลา และรักษาคุณค่าทางโภชนาการ  การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทอด การทอดเป็นกระบวนการทำาให้ผลิตภัณฑ์ มีคุณสมบัติทางประสาทสัมผัสแบบเฉพาะ รวมถึงรสชาติ เนื้อสัมผัส และสี การใช้ ไมโครเวฟช่วยในระบบทอดช่วยประหยัด พลังงาน ลดเวลาในการแปรรูป เปลี่ยน ความดันภายในของผลิตภัณฑ์อย่างรวดเร็ว และรักษาคุณภาพน้ำามัน  การใช้ไมโครเวฟช่วยในการสกัด (MAE) การใช้ไมโครเวฟช่วยในการสกัดช่วย เพิ่มปริมาณสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่สกัด ได้ ตัวอย่างและตัวทำาละลายซึ่งวางอยู่ภาย ใต้คลื่นไมโครเวฟ ผลการวิจัยการใช้ MAE สกัดโพลีฟีนอลและคาเฟอีนจากใบชาเขียว พบว่าปริมาณโพลีฟีนอลและคาเฟอีนที่สกัด ด้วยวิธี MAE สูงกว่าการสกัดด้วยคลื่นเสียง ความถี่สูงและการสกัดด้วยความร้อนภาย ใต้อุณหภูมิห้อง นอกจากนั้น MAE ช่วย ลดเวลาในการสกัดและใช้แรงงานน้อยลง  การใช้ไมโครเวฟช่วยในการอบ ผลิตภัณฑ์ขนมอบ การอบแบบดั้งเดิมใช้การพาความร้อน และการนำาความร้อน ส่วนการใช้ไมโครเวฟ ช่วยในการอบ ไมโครเวฟจะมีอันตรกิริยา กับอนุภาคที่มีประจุและโมเลกุลมีขั้ว ทำาให้ อาหารร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว การใช้ไมโครเวฟ ช่วยในการอบส่งผลดีต่อคุณภาพของแป้งข้าว เจ้า ทำาให้ดัชนีน้ำาตาลลดลงเหลือ 61.67 จากเดิม 80.24 ของผลิตภัณฑ์ที่อบด้วย ลมร้อน นอกจากนั้น เวลาอบลดลงจาก 30 นาที เหลือ 12 นาที การใช้ไมโครเวฟ ช่วยในการอบร่วมกับการให้ความร้อนด้วย รังสีอินฟราเรดช่วยลดเวลาและพลังงานใน การอบมากยิ่งขี้น ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพ ดีกว่าเมื่อเทียบกับการอบด้วยไมโครเวฟ เพียงอย่างเดียว ข้อสังเกตและแนวโน้มในอนาคต

มีการใช้ไมโครเวฟทั่วไปในอุปกรณ์ เครื่องใช้ในครัวเรือนอยู่ทุกวัน และมีการ ใช้ในกระบวนการระดับอุตสาหกรรมมา เป็นเวลาหลายปี จากการทบทวนเอกสารนี้ เทคโนโลยีการแปรรูปอาหารด้วยไมโครเวฟ ประสบความสำาเร็จอย่างชัดเจนในการ สร้างความปลอดภัยของอาหาร คุณภาพ และนวัตกรรมในผลิตภัณฑ์อาหารผ่าน กระบวนการต่างๆ เทคโนโลยีไมโครเวฟ ในทศวรรษหน้าจะได้รับความนิยมมากขึ้น โดยเฉพาะในประเทศกำาลังพัฒนา อย่างไร ก็ตาม ต้องมีการปรับปรุงการออกแบบ เครื่องจักร การขยายการผลิตและวิศวกรรม กระบวนการ และการถ่ายทอดเทคโนโลยี การใช้เทคโนโลยีไมโครเวฟควรมีการสอน เชิงลึกในระดับมหาวิทยาลัย รวมทั้งนำา ไปประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอาหารเพื่อ เพิ่มพูนความรู้ ประสบการณ์ นวัตกรรม และการพัฒนาเทคโนโลยี 

Article info Tien Phung Nguyen and Sirichai Songsermpong. (2022). Microwave processing technology for food safety and quality: A review. Agr. Nat. Resour. 56 (2022) 57–72. https://doi.org/10.34044/j.anres.2021.56.1.06

Microwave processing technology has been considered novel thermal processing and is now increasingly used in food industries and households. There are many microwave applications, including sterilization, pasteurization, thawing, puffing, atmospheric drying, vacuum drying, freeze drying, blanching, frying, baking and extraction with various advantages. Microwave technology is rated as the first main technology that is applied presently and in the next 5 years in North America, followed by in Europe in the next 10 years, with the main drivers being higher quality products, product safety and extension of shelf life.

The microwave heating mechanism in food materials is mainly dipolar rotation and ionic polarization with the presence of water and ions. When an electric field oscillates around food, the dipole water molecules in the food rotate and ion molecules move in the direction of the electric field. Because the electric field is high, rearrangement occurs in amounts of millions of times per second and creates internal friction of molecules, leading to volumetric heating of the food

The potential advantages of microwave heating have resulted in it is being considered as an alternative treatment to conventional heating. microwave energy is delivered to food directly via interaction between the food and the electromagnetic field. Therefore, using microwaves will achieve rapid and uniform heating because heat can be generated throughout the volume of the food and the energy transition is not dependent on the diffusion of heat from the surfaces.

Dielectric properties of foods

Dielectric properties are the main properties that show the ability of foods to transform microwave energy into heat. The dielectric properties of foods are affected mainly by the frequency, temperature, moisture content and food composition. Normally, in food materials containing organic material, water and salt, increasing salt addition produces a higher dielectric loss at a particular frequency because ion, water and salt acts as conductors in the presence of an electromagnetic field. In moist foods, the dielectric properties increase when the frequency increases. In frozen food materials, the dielectric properties are low and might increase with an increase in the melting zone temperature due to high water content. Fat and oil have very low values for the dielectric constant and dielectric loss. It is expected that components with similar dielectric properties will have the same heating rate; thus, heating uniformity will be improved.

Adjusting dielectric properties of foods to cope with non-uniform temperature distribution

Non-uniform temperature distribution causes rapid heating of some food materials while other food materials are heated to a lower degree. Thus, non-uniform temperature distribution is considered a major problem in microwave heating. To reduce this problem during microwave heating, methods have been proposed consisting of adjusting the dielectric properties of foods, incorporating hybrid conventional and microwave heating, controlling the food geometry, using suitable spacing and orientation of metallic bands to provide shielding, using a suitably designed microwave oven, handling the heating cycle and using reduced microwave power heating for longer durations. With microwave pasteurization and sterilization of nonhomogeneous foods, it is important to know which food component has the slowest heating rate and a model food is developed to represent that kind of food.

Packaging of microwavable foods  Packaging design

Design simplicity normally means the shape is oval or round to avoid edge heating. Rectangular container geometry, using a common non-microwave tray shape, is hottest at the corners, coolest in the center and near walls is slighter cooler than corners and consequently is not recommended. Packaging for sterilization using microwaves should be able to withstand high heat and pressure. The thickness of the package is also limited due to the penetration depth of microwaves inside the package.  Packaging materials

Paperboard containers (folded or press-molded) are used mostly for microwave food products in the USA because they provide a sturdy structure and the coating supplies chemical resistance and sealing ability. Normally ethylene vinyl alcohol is used as an oxygen barrier. Lamination usually consists of different thicknesses of polypropylene, ethylene vinyl alcohol and polypropylene.  Active containers

Generally, active containers are classified into three basic classes consisting of shields, susceptors and field modifiers. Shields prevent a food item from absorbing heat from the microwaves. Susceptors become hot

and transfer heat to the surface of the microwaved-cooked food mainly by conduction. A field modifier plays a role in improving the distribution of the microwave energy.

Microwave types and components  Domestic microwave oven

Domestic microwave ovens are used commonly in households all over the world; however, an uneven electric field distribution in these microwave systems causes nonuniform heating of food items.  Continuous microwave oven

There are two types of industrial continuous microwave ovens with one operating in single-mode and the other in multi-mode. In single mode, only one magnetron with high power is used. The magnetron sends the microwaves through the waveguide to the cavity. There is a protective device called a circulator to prevent the microwaves reflecting to the magnetron. There is also a tuner for adjusting the waves mostly to the cavity for high efficiency. The food materials are transferred on a Teflon belt and heated in the cavity.

A multi-mode continuous microwave oven has many magnetrons with low power (800–1,200 W). There are two magnetrons per module with four modules. The magnetron transfers the microwaves through the short waveguide down to the cavity in each module. The Teflon belt transfers the food samples through the cavity and the speed, and hence the cooking time, can be controlled.  Combined microwave and infrared oven

A microwave oven combined with an infrared (IR) is a continuous process to improve microwavebaked products. The combination of microwave energy and IR heating can reduce the baking time and energy, can brown the products and yield good quality.  Microwave vacuum oven

A microwave vacuum oven uses six magnetrons in multimode operation. The trays revolve or can be designed as a revolving basket. The unit has a condenser and vacuum pump.  In-tube continuous flow microwave pasteurizer and ultra-high temperature

In this system, the Teflon or ceramic tube is located at the center of the cylindrical cavity. The liquid is pumped through the Teflon tube and the microwaves are directed around the cavity during the process. The liquid is heated in a short time that is suitable for pasteurization and ultra-high temperature (UHT) treatment of liquid or particulate products.

Microwave processing technology for food safety and quality  Effect of microwave heating on inactivation of micro-organisms and enzymes

Inactivation of micro-organisms and enzymes using microwave processing is mainly due to thermal effects, involving the denaturation of enzymes, proteins and nucleic acids by heat from electromagnetic waves and food interaction. In addition, nucleic acids, typically DNA are also destroyed at high temperatures. A non-thermal effect on the microorganism and enzyme inactivation is mostly due to the electric field. For micro-organisms, non-thermal effects act on cell membranes integrity and intracellular protein release. The dielectric breakdown of cell membrane occurs, leading to pore formation, higher permeability and eventually, irreversible loss of cell integrity.  Effect of microwave heating on nutrition and sensory quality

Compared to cooked products using traditional methods, the qualities of microwavable food products are better due to faster heating and high energy efficiency. Microwavevacuum drying is recommended for vegetable products to prevent loss of flavor, nutrients and functional properties and to retain antioxidant content, antioxidant activity and the bioavailability of antioxidants, because of the rapid heating rate and removal of oxygen. The quality characteristics of frozen beef subjected to conventional and microwave thawing were more acceptable to panelists and had lower drip loss. With foods containing high nutrient levels, such as meat and fish, microwave cooking and roasting reduce vitamin loss as vitamins are heat-sensitive and the essential nutrient composition is maintained. The pasteurization of milk using a microwave pasteurizer, compared to heating in a hot water pasteurizer, produced similar results and in particular, no difference in quality.

Microwave processing applications  Microwave-assisted pasteurization and sterilization of ready-to-eat foods in hermetic containers

Post-packaging pasteurization and sterilization technology, involving both microwave pasteurization and sterilization have been developed for food preservation with high quality and extended shelf life.

Microwave-assisted pasteurization: It destroys pathogenic microbes and some enzymes using microwaves at a sublethal temperature. The mechanisms of this process can be

selective heating, electroporation, cell membrane rupture or magnetic field coupling. With selective heating, the temperature in the product subjected to the microwaves is higher than that of surrounding fluid, causing the microorganisms to be destroyed quickly. According to electroporation theory, the cellular materials leak due to the electrical field across the cell membranes of the pores. Cell membrane rupture occurs when the voltage applied cracks the cell membrane.

Microwave-assisted sterilization is based on the pH value of the food products because the pH is related to the thermal resistance of bacterial spore formers. For example, High acid foods with pH ≤ 4.6 can be treated at 80–90°C for some period. Low acid food products at pH > 4.6 are subjected to a temperature of about 121°C for some period to achieve commercial sterility. Microwaveassisted thermal sterilization (MATS) of in-packaged, ready-to-eat meals has been approved by the US Food and Drug Administration. The first product was mashed potato as a homogeneous food sample. The second product was salmon in alfredo sauce as a non-homogeneous sample. The third product was chicken and dumplings in pouches. The food quality from MATS processing was much better than from a conventional steam process, as the former process had similar cooking values at hot spots and cold spots, while in the steam retort, the cooking values at hot spots and cold spots were very different.

Microwave-assisted in-tube pasteurization and ultra-high temperature treatment: The continuous flow microwave pasteurization and UHT system is applied to liquids and particulates. For milk and high protein liquids, no fouling occurred, and the processing time was brief compared to traditional steam heating. The system generated greater production along with better quality, with minimal color, sensory and nutritional changes.  Microwave-assisted thawing and tempering

Microwave-assisted thawing is the fastest method for thawing frozen food products, such as frozen meat, fish, vegetables, fruit, butter or juice concentrate. The electromagnetic waves are directed toward the product through a waveguide with the absence of conductors or electrodes. Microwave-assisted tempering with power was provided using a 30 kW magnetron and 896 MHz, in which the microwaves moved into the chamber via waveguides sited at the top and bottom.

Domestic microwave thawing and tempering: Normally, a defrost control system uses 10% of the original microwave power. In a conventional thawing system, the thawing time might be predicted by limited different technologies with good accuracy based on the type of food. The drip loss, texture damage and discoloration of the microwave thawing treatment were less than from using other treatments. In addition, the retention of ascorbic acid was maximized using microwave-oven thawing to treat strawberries.

Continuous microwave thawing and tempering: Single-mode and multimode continuous microwave ovens can be used. The power should be as low as possible and the temperature should be below freezing, normally at -1 to -2°C.  Microwave-assisted drying

Microwave-assisted drying is applied in food products with the advantage of achieving rapid drying rates and improving the quality of food. The microwave energy absorption level is based on the moisture content in the products. Due to volumetric heating in microwave drying, vapor is produced inside, resulting in an internal pressure gradient that forces the water from the product. The microwave system strongly affected the color parameters, browning index and total carotenoid and sensory scores of the product. - Microwave-assisted atmospheric drying: Microwave drying of instant noodles was investigated, the results showed that microwaving could rehydrate the noodles in 3 min using hot water at 90°C and protein-enriched instant noodles could also rehydrate in the same time. - Microwave-assisted vacuum drying is the combination of vacuum drying and microwave heating in pulses that can improve its thermal efficiency. Vacuum drying is a technique for foodstuff drying at reduced pressures causing water to become vapor at a low boiling point. Microwave heating transmits energy due to volumetric heating that can remove water rapidly. The product will have very good color, good quality and nutrition, since very little oxygen is in the chamber and the temperature is in the range 40–50 °C. - Microwave-assisted freeze drying is considered the most advantageous technique for heatsensitive foods and pharmaceutical and biological materials due to the very low temperature in the frozen state. Compared to conventional drying technology and microwave vacuum technology, freeze-dried products have the best quality, though

it is the most expensive of the three processes.

Microwave-assisted hot-air drying combines hot air with microwave heating in three stages. In the first stage, microwave heating is applied at the beginning of the hydration process. The second stage involves a rapid drying period, with a stable temperature profile being set up to expel vapor from the product, forming porous structures called puffing. In the final stage, the moisture content at the center of the product is stabilized by removing bound water

Microwave-assisted fluidized-bed drying: The solid particles are forced to lift in the air stream, high rates of heat and mass transfer take place between the air and solid phases. Therefore, microwave-assisted fluidized-bed drying is used for drying moist, granular materials.

Microwave-assisted spouted-bed drying: Spouted-bed drying is a modified method of a conventional fluidization technique that facilitates agitation of relatively coarse particles on the drying bed and this facilitates heat and mass transfer caused by the constant renewal of the boundary layer at the particle surface. The combination of microwaves and spouted-bed drying produces better textural properties of products and decreases the processing time.  Microwave-assisted puffing

Microwave-assisted puffing has been recommended for low-fat products to replace deep-fried food products. During microwave puffing, the material undergoes substantial structural changes and moisture loss. This process involves the complex physical phenomena of electromagnetic heating, heat and moisture transport, puffing, evaporation and large levels of deformation.  Microwave-assisted blanching

Blanching is a pretreatment to maintain the qualities of food through the inactivation of enzymes and a reduction in the volumetric material by removing the trapped air in intracellular spaces and reducing the microbial load and undesirable color, odor and flavor. Microwave blanching applies high temperature for a short period using volumetric heating. Microwave blanching with high temperature led to better flavor and savings in energy and time.  Microwave-assisted frying

Frying is a process to provide specific sensory qualities of products, including taste, texture and color. Microwave application in a frying system will decrease the processing time, change the internal pressure of the product rapidly and maintain the oil quality.  Microwave-assisted extraction (MAE)

Microwave-assisted extraction is a method to increase the extracted bioactive compounds. A solvent is used for compound extraction from a sample placed in the microwave zone where the biomolecules and solvent align with the alternating microwave fields. Microwave-assisted extraction was used to extract polyphenol and caffeine from green tea leaves. The results indicated that the extracted contents of polyphenol and caffeine from MAE were higher than obtained at room temperature, using ultrasonic extraction and heat reflux extraction; in addition, using microwave-assisted extraction reduced the extraction time and was less labor intensive.  Microwave-assisted baking

Conventional baking involves heating using convection and conduction. In microwave-assisted baking, the microwaves interact with charged particles and polar molecules, resulting in rapid heating in the food material. Microwave-assisted baking had a positive impact on rice flour bread quality by reducing the glycemic index to 61.67 compared to 80.24 of hot-air baking; furthermore, the baking time was reduced from 30 min to 12 min using microwaves during baking. Baking using microwaves together with infrared heating reduced the baking time and energy and produced a better-quality product compared to microwave baking alone.

Concluding remark and future trends

Microwaves are not only commonly used in household devices everyday but have also been applied in industrial processing for several years. Based on this review, microwave food processing technology has clearly been successfully applied for food safety, quality and innovation in various food products using various processes. Over the next decade, microwave technology is expected to become even more popular, especially in developing countries. However, investigation is needed into improved machine design, scalingup and process engineering, and the transfer of technology. The benefit of using microwave technology should be taught in more depth at the university level, as well as applied in the food industry to enhance knowledge, experience, innovation and technology development. The increased knowledge of the benefits should boost the further development of this technology. 

Author info ผศ.ดร. จิตศิริ ราชตนะพันธุ์ Asst.Prof.Dr. Chitsiri Rachtanapun Department of Food Science and Technology Faculty of Agro-Industry, Kasetsart University fagicrt@ku.ac.th

Synergistic Effects of Chitosan and Food Preservatives

เส้นก๋วยเตี๋ยวสดเป็นหนึ่งในอาหารหลักของหลายประเทศในทวีปเอเชีย เส้นก๋วยเตี๋ยว สดมีค่าพีเอชสูง (∼6.5–7.0) วอเตอร์แอคทิวิตี้ (aw) สูง (∼0.91–0.99) และมี ความชื้นสูง (40–65%) จึงเน่าเสียได้ง่ายและมักพบการปนเปื้อนจากแบคทีเรีย ชนิดย่อยอะไมโลส (amylolytic) และรา โดยเฉพาะราบางชนิด เช่น Aspergillus และ Penicillium ที่เจริญบนเส้นก๋วยเตี๋ยวสดทำาให้ผลิตภัณฑ์มีลักษณะไม่เป็นที่ต้องการ และที่แย่กว่านั้นคือก่อให้เกิดปัญหาด้านสุขภาพที่สำาคัญจากสารพิษเชื้อรา

สารกันเสียและข้อวิตก สารเคมีที่ใช้เป็นสารกันเสีย เช่น โซเดียม เบนโซเอต (SB) และโพแทสเซียมซอร์เบต (PS) มักใช้ในก๋วยเตี๋ยวตามปริมาณที่กำาหนด คือ ไม่เกิน 1,000 และ 2,000 พีพีเอ็ม ตาม ลำาดับ (ตามมาตรฐานโคเด็กซ์ ปี 2017) เพื่อคงความปลอดภัยด้านจุลินทรีย์และ คุณภาพของเส้นก๋วยเตี๋ยว อย่างไรก็ตาม ผู้บริโภคมีความต้องการเพิ่มมากขึ้นให้ลด การใช้สารกันเสียสังเคราะห์ และต้องการ ใช้สารกันเสียธรรมชาติมากกว่า เทคโนโลยี ล่าสุดส่วนใหญ่ที่พัฒนาเพื่อยืดอายุการเก็บ ของผลิตภัณฑ์แป้งจึงอาศัยการใช้สารต้าน จุลินทรีย์ธรรมชาติเป็นหลัก

ไคโตซาน บรรดาสารกันเสียธรรมชาติที่ใช้กับ อาหารที่มีแป้งเป็นหลัก ไคโตซานเป็นสาร ที่ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ ไคโตซาน เป็นพอลิเมอร์คาร์โบไฮเดรตธรรมชาติที่ ผลิตจากปฏิกิริยาดีอะซิติเลชันของไคติน (chitin deacetylation) ซึ่งไคตินเป็น องค์ประกอบหลักของเปลือกสัตว์กลุ่มกุ้ง กั้งปู (crustaceans) และผนังเซลล์ของ รา มีฤทธิ์ต้านจุลินทรีย์ก่อโรคและจุลินทรีย์ ที่ทำาให้เกิดการเน่าเสียหลายชนิด โดยจะมี ประสิทธิภาพที่ดีกว่าต่อแบคทีเรียแกรมบวก และแกรมลบมากกว่าเชื้อรา ในปี 2001 องค์การอาหารและยาของสหรัฐอเมริกา ได้จัดให้ไคโตซานเป็นสารที่ยอมรับว่า

ปลอดภัย (generally recognized as safe, GRAS) หวางและคณะ (2007) ใช้ไคโตซาน (DD 83%) และไซโลสที่เตรียมโดยปฏิกิริยา เมลลาร์ด 0.05% (โดยน้ำาหนักต่อปริมาตร) ในเส้นก๋วยเตี๋ยวสด พบว่าสามารถยืดอายุ การเก็บรักษาเป็นเวลา 14 วัน ที่ 4°C โดยใช้การบรรจุแบบปลอดเชื้อ และพบว่า สีซีดลงเล็กน้อย

ผลเสริมฤทธิ์และการใช้ในเส้นก๋วยเตี๋ยว จุฑามาศและคณะ (2022) วัดความ เป็นไปได้ในการเพิ่มอายุการเก็บรักษาเส้น ก๋วยเตี๋ยวสดปราศจากราโดยการประเมิน ผลเสริมฤทธิ์กันของไคโตซานกับโซเดียม- เบนโซเอตหรือโพแทสเซียมซอร์เบต ทดสอบ กับราที่ทำาให้เกิดการเน่าเสีย Aspergillus flavus และ Penicillium citrinum ซึ่ง ทำาให้เส้นก๋วยเตี๋ยวสดเน่าเสีย โดยใช้สาร ต้านจุลินทรีย์ในเส้นก๋วยเตี๋ยวสดในสภาวะ การจัดเก็บต่างๆ ได้แก่ อุณหภูมิห้องสภาวะ แวดล้อม (30°C ในถุงโพลีโพรพิลีน) และสภาวะสุญญากาศในถุงไนลอนที่ 4°C และ 30°C เพื่อยืดอายุการเก็บรักษาของเส้น ก๋วยเตี๋ยวสด และลดการใช้สารเคมีกันเสีย กราฟไอโซโบโลแกรมของความเข้ม ข้นยับยั้งต่ำาสุด (MIC) และดัชนีสัดส่วน ความเข้มข้นยับยั้ง (FIC) แสดงให้เห็นการ ทำางานเสริมฤทธิ์กันของไคโตซาน-โซเดียม เบนโซเอต และไคโตซาน-โพแทสเซียม ซอร์เบต เพื่อยับยั้งการงอกของสปอร์ของ

Antimicrobial interaction evaluation on culture media กราฟไอโซโบโลแกรมของความเข้มข้นยับยั้งต่ำาสุด (MIC) ค่า MIC จากการวิเคราะห์แบบตาราง (checkerboard) จะคำานวณ และสร้างกราฟไอโซโบโลแกรมของ MIC แสดงอันตรกิริยาต้านจุลินทรีย์ของไคโตซานและสารกันเสียสังเคราะห์ ความเข้มข้นสูงสุดของ ไคโตซานและสารกันเสีย 0.05 และ 0.1% (w/v) ตามลำาดับ การทดลองทั้งหมดทำาสามซ้ำา ดัชนีสัดส่วนความเข้มข้นยับยั้ง (FIC) คำานวณได้ดังต่อไปนี้: FIC = FIC + FIC

index a b ตัวอย่างตามกราฟนี้ ใช้โซเดียมเบนโซเอต FIC คือ ค่า MIC รวม / MIC ค่าเดียว ค่า FIC index ที่ได้จะแปลผลได้ดังนี้: FIC index< 1, เสริมฤทธิ์ (synergism); FIC index= 1, เพิ่มฤทธิ์ (additively); FIC index> 1, ต้านฤทธิ์ (antagonism)

Minimum inhibitory concentration (MIC) isobolograms. The MIC values from the checkerboard assays were calculated and plotted as MIC isobolograms which presented the antimicrobial interactions between chitosan and the chemical preservatives. The maximum concentrations of chitosan and the preservatives were 0.05 and 0.1% (w/v), respectively. All experiments were repeated in triplicate.

Fractional inhibitory concentration (FIC) index. FICindex was calculated using the following: FICindex = FIC a + FICb

This plot is MIC of SB; where FIC is the MIC combination/MIC alone.

The FICindex results were interpreted as follows: FICindex< 1, synergism; FICindex = 1, additively;

FICindex> 1, antagonism.

Article info Juthamas Tantala, Suwimon Meethongchai, Wilawan Suethong, Savitree Ratanasumawong, and Chitsiri Rachtanapun. (2022). Moldfree shelf-life extension of fresh rice noodles by synergistic effects of chitosan and common food preservatives. Food Control, 133(B), March 2022, 108597. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2021.108597

A. flavus และ P. citrinum ในอาหาร เลี้ยงเชื้อในห้องปฏิบัติการ เมื่อประยุกต์ใช้ ในเส้นก๋วยเตี๋ยวสด ไคโตซาน 0.1% ร่วม กับโพแทสเซียมซอร์เบต 0.1% สามารถ ยับยั้งการเจริญของราและจุลินทรีย์ทั้งหมด ในเส้นก๋วยเตี๋ยวสดที่เก็บรักษา ณ อุณหภูมิ ห้องเป็นเวลานานกว่า 28 วัน ระยะเวลา ในการเก็บรักษาที่นานขึ้นเป็นการปรับปรุงที่ ชัดเจน เมื่อเปรียบเทียบกับเส้นก๋วยเตี๋ยวสด (สูตรควบคุม) ที่เติมโพแทสเซียมซอร์เบต หรือโซเดียมเบนโซเอต 0.1% จะมีอายุการ เก็บรักษาน้อยกว่า 1 วัน ผลการประเมิน ทางประสาทสัมผัสและลักษณะทางกายภาพ ไม่พบผลกระทบใดๆ ต่อความแน่นเนื้อ ความขาว และวอเตอร์แอคทิวิตี้ ดังนั้น จุฑามาศและคณะ (2022) จึงเสนอให้ใช้ ไคโตซานร่วมกับโพแทสเซียมซอร์เบตเพื่อ ยืดอายุการเก็บเส้นก๋วยเตี๋ยวสดปราศจาก เชื้อราที่อุณหภูมิ 30°C โดยไม่ส่งผลเสีย ต่อเส้นก๋วยเตี๋ยว 

Fresh rice noodles are one of the staple foods in many Asian countries. Fresh rice noodles have high pH (∼6.5–7.0), high aw (∼0.91–0.99) and moisture content (40–65%). They are more susceptible to contamination by amylolytic bacteria and molds. Fungal such as Aspergillus and Penicillium growth on fresh noodles makes the products undesirable, and worse, pose major health concerns due to their mycotoxins.

Chemical Preservatives and Concerns

Chemical preservatives such as sodium benzoate (SB) and potassium sorbate (PS) are commonly added to noodles at an approved amount of 1,000 and 2,000 ppm, respectively (Codex, 2017) to maintain the microbial safety and quality of noodles. However, consumers’ demand of less synthetic preservatives has increased and is directed towards natural preservatives. Recent technologies developed to extend the shelf-life of starch-based products have mainly relied on the application of natural antimicrobial agents.

Chitosan

Amongst natural preservatives applied to starch-based foods, chitosans have been an increasingly popular compound. Chitosan is a natural carbohydrate polymer produced from chitin deacetylation which is a major component of crustacean shells and the molds cell wall. It has strong antimicrobial activities against a wide variety of pathogenic and spoilage microorganisms, with stronger effectiveness on grampositive and gram-negative bacteria than fungi. In 2001, it was recognized as a generally recognized as safe (GRAS) substance by the USFDA.

Huang et al. (2007) has applied chitosan (DD 83%) and xylose with prepared by Maillard reaction 0.05% (w/v) in fresh noodles. Its shelf-life was extended for 14 days at 4 °C under packed aerobically with slight discoloration.

Synergistic Effects and Application on Rice Noodles

Tantala et al. (2022) determined the possibility of increasing the mold-free shelf-life of fresh rice noodles by evaluating the synergistic effect of CH with SB or PS against spoilage molds; Aspergillus flavus and Penicillium citrinum which are molds related to the spoilage of fresh rice noodles. The antimicrobial combinations in fresh noodles were applied in various storage conditions, including ambient condition (30 °C in polypropylene bag) and vacuum condition in nylon pouch storage at 4 °C and 30 °C to extend the shelflife of the noodles and to reduce the use of chemical preservatives.

The minimum inhibitory concentration (MIC) isobolograms and fractional inhibitory concentration (FIC) index illustrated the synergistic interaction of the combined use of CH-SB and CH-PS against spore germination of A. flavus and P. citrinum in laboratory media. In fresh rice noodles, 0.1% CH and 0.1% PS completely inhibited molds and microbial growth of fresh rice noodles for longer than 28 days at the ambient storage condition. This longer storage time is a marked improvement from traditional noodles with either 0.1% added of PS or SB with a shelf-life of less than 1 day. No effect was found compared to the control on the sensory evaluation and their physical properties including firmness, whiteness, and water activity. Thus Tantala et al. (2022) proposed the use of CH in combination with PS to extend the mold-free shelflife of fresh rice noodles at 30 °C with no negative effects on noodle quality. 

Author info รศ.ดร. นพดล เจียมสวัสดิ์ Prof. Noppadon cheamsawat, Ph.D.(Chemical Engineering) King Mongkut’s University of Technology Thonburi (Retired) tawansri@yahoo.com

Resistant Starch: the promising carbohydrates diets

เรารู้จักกันมาตั้งแต่ชั้นประถมศึกษาว่าอาหารแบ่งออกเป็น 5 หมู่ คือ โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ไขมัน วิตามิน และเกลือแร่ และใน บรรดาอาหาร 5 หมู่นี้ คาร์โบไฮเดรต ดูเหมือนจะเป็นหมู่ใหญ่ที่เรารับประทานมากเมื่อเปรียบเทียบกับหมู่อื่น อาหารหมู่นี้มีความ หลากหลายจากแหล่งหรือกระบวนการผลิตที่ต่างกันไปได้บ้าง เช่น นาตาล อาจอยู่ในรูปน้ำาเชื่อมหรือน้ำาตาลเม็ด ข้าว แป้ง จนถึง ผลิตภัณฑ์เช่นพาสต้า (pasta) ก๋วยเตี๋ยว ขนมปัง และของหวานและขนมอบต่างๆ

ตั้งแต่ปี 1970 เป็นต้นมา คาร์โบไฮเดรต เป็นเรื่องที่โภชนากรให้ความสนใจมาก เมื่อ นักวิจัยพบว่ามีส่วนหนึ่งของแป้งที่ทนทาน ต่อการย่อยด้วยเอนไซม์จากตับ ซึ่งส่วน ใหญ่ก็คือแอลฟาอะไมเลส และเรียกแป้ง ในกลุ่มนี้ว่าแป้งต้านทานการย่อยหรือ รีซิสแทนต์สตาร์ช (resistant starch) แป้ง ต้านทานการย่อยนี้จะถูกย่อยช้ากว่าหรือไม่ ถูกย่อยเลยด้วยกระบวนการทางเอนไซม์ ปกติ จึงไม่เปลี่ยนไปเป็นหน่วยย่อยๆ ของ กลูโคส และไม่ไปสะสมเป็นไตรกลีเซอไรด์ (triglyceride) สูงในเลือด แล้วเกิดการ พอกที่ตับ (fatty liver disease) หรือเกิด อาการตับอ่อนอักเสบเฉียบพลัน (acute pancreatitis) เหมือนที่เกิดจากการย่อย แป้งและน้ำาตาลทั่วไป เราปฏิเสธไม่ได้ว่าประมาณ 60-70% ของพลังงานที่ร่างกายคนเราใช้นั้นมาจาก อาหารประเภทแป้ง และก็ยังเป็นความจริง ที่ว่าแป้งนั้นเป็นอาหารที่เรารับประทานกัน ส่วนหนึ่งก็เพื่อความสุขความอร่อยลิ้นของ ผู้บริโภคอย่างเกินความจำาเป็น (มีผลงาน วิจัยที่ว่าอาหารในหมู่คาร์โบไฮเดรตจะช่วย สังเคราะห์เซโรโทนิน (serotonin) ในสมอง ทำาให้เกิดความรู้สึกมีความสุขในการกิน พฤติกรรมการบริโภคแป้ง (และน้ำาตาล) แบบนี้ทำาให้เกิดปัญหาสุขภาพตามมา เช่น โรคอ้วน เบาหวาน ความดันโลหิตสูง จนถึง มะเร็งลำาไส้ใหญ่ และอื่นๆ

การจัดประเภทแป้งต้านทานการย่อย แป้งต้านทานการย่อย (resistant starch) หรือ RS แบ่งได้ออกเป็น 5 ประเภทตาม แหล่งกำาเนิดตามธรรมชาติหรือกระบวนการ ที่ปรับปรุงแป้งธรรมขาติให้มีคุณสมบัติทาง RS แบ่งออกเป็น RS1, RS2, RS3, RS4 และ RS5 สรุปไว้ในตารางที่ 1

แป้งดัดแปร (modified starch) vs แป้ง ต้านทานการย่อย (resistant starch) แป้งสองประเภทนี้อาจทำาให้ผู้บริโภคสับสน ได้ ทั้งสองประเภทต่างกันที่วัตถุประสงค์ ของการนำาไปใช้งาน

“แป้งดัดแปร“ หรือ Modified starch หมายถึงแป้งที่มีการเปลี่ยนแปลงหรือดัดแปร

ทางเคมีหรือทางเอนไซม์ในโครงสร้างของแป้งเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ใหม่ ให้มีคุณสมบัติเฉพาะเพื่อการใช้งานโดยไม่ได้เน้นความสามารถในการ ต้านทานการย่อยในระบบทางเดินอาหารของผู้บริโภค แต่แป้งต้านทาน การย่อยหมายถึงแป้งที่สามารถทนต่อการย่อยด้วยเอนไซม์ (แอลฟา อะไมเลส)ได้โดยไม่เน้นกระบวนการของการสร้างความต้านทานการย่อย นั้น ซึ่งอาจเกิดตามธรรมชาติก็ได้ ดังนั้นจึงมีความหมายที่เหลื่อมกันอยู่ บ้าง คือ แป้งดัดแปรบางชนิดอาจเป็นแป้งต้านทานการย่อยได้ แต่แป้ง ต้านทานการย่อยทั้งหมดไม่ใช่แป้งดัดแปร

ประโยชน์ของแป้งต้านทานการย่อย ส่วนของแป้งที่ไม่ถูกย่อย คือ แป้งต้านทานการย่อย จะผ่านลำาไส้เล็ก ไปยังลำาไส้ใหญ่ ซึ่งในนั้นจะมีจุลินทรีย์หลากหลาย จุลินทรีย์จำานวนหนึ่ง ที่มีประโยชน์ต่อร่างกายจะกินแป้งต้านทานการย่อยนี้ได้ แล้วมีผลต่อ การควบคุมจุลินทรีย์ที่ทำาให้เกิดโรคได้ และสร้าง SCFA (short chain fatty acid) คือกรดไขมันสายสั้นในรูปเกลือ ประกอบด้วย Butyrate, propionate and acetate เป็นหลัก โดยตัวที่มีผลหลักต่อสุขภาพ คือบิวทิเรต (butyrate) ซึ่งช่วยสร้างภูมิต้านทาน (immunity) กำาจัด เซลล์ที่ตายแล้วของผนังลำาไส้ใหญ่ (apoptosis) มีผลป้องกันมะเร็ง ลำาไส้ใหญ่ นอกจากนั้นยังมีรายงานทางคลินิกว่า SCFA มีผลต่อการ ป้องกันการเกิดมะเร็งอื่นๆ อีกหลายชนิดด้วย เช่น มะเร็งของกระเพาะ ปัสสาวะ เต้านม กระเพาะอาหาร ตับ ปอด ตับอ่อน และต่อมลูก หมาก [Mirzaei, R. and S. Karampoor, Role Of microbiotaderived short-chain fatty acids in cancer development and prevention”, Biomedicine & pharmacotherapy, vol.139, July 2021, Science Direct).

อนาคตธุรกิจของแป้งต้านทาน การย่อย

คาดคะเนว่าตลาดของแป้งต้านทานการ ย่อยในปี 2018มีมูลค่าประมาณ 8.4 พันล้าน ดอลลาร์สหรัฐและคาดว่า จะเติบโตเป็นก ว่า 12 พันล้านดาลลาร์สหรัฐในสิ้นปี 2027 (Resistant starch market ref. www. marketdataforecast.com, Jan.2022) แรงขับเคลื่อนของแป้งต้านทานการย่อยใน ตลาดโลก เกิดจากความสนใจในปัญหา สุขภาพ และความเข้าใจต่อแป้งต้านทานการ ย่อยในมุมง่ายๆ ที่ชัดเจนตั้งแต่ผลในด้าน พรีไบโอติก ผลต่อระบบทางเดินอาหาร (GI tracts) และผลต่อการควบคุมน้ำาหนักของผู้ บริโภค บริษัทผู้ผลิตและผู้ขายแป้งต้านทาน การย่อยในระดับโลก อาทิ; Fruits Limited, Ingredion Incorporated, Stawi Foods, Aradia BioSciences, Tate& Lyle Plc, PenfordCorporation, CargillFoods, MGP Ingredients, National Starch and Chemical Co., Ltd. และ Opta Food Ingredients, Inc. ตารางที่ 2 ได้รวบรวมผลิตภัณฑ์แป้ง ต้านทานการย่อยที่สำาคัญๆ ที่มีอยู่ในตลาด การประยุกต์ใช้ มีตั้งแต่เบเกอรี(bakery) ซีเรียลและสแน็ก พาสต้าและเส้นก๋วยเตี๋ยว และที่น่าสนใจอีกมากในด้านของสารเสริม อาหาร (food supplements) และ ผลิตภัณฑ์ทางวิทยาศาสตร์การแพทย์และ เภสัชกรรม

แป้งต้านทานการย่อยในตลาดโลกและ ในตลาดประเทศไทย ในตลาดโลก วัตถุดิบที่เกี่ยวกับแป้ง อาหารครองโดยแป้งข้าวโพด มีปริมาณ ประมาณ 4 เท่าของแป้งมันฝรั่ง แป้งข้าว สาลี หรือแป้งมันสำาปะหลัง ขนาดของ แป้งดัดแปรในปี 2020 มีมูลค่าประมาณ 13.1 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ และจะมีค่าถึง 14.9 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ ในปี 2025 โดยมีการขยายตัวใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร และเครื่องดื่มเป็น Thickener เป็นตัวสร้าง เนื้อสัมผัส (texture) ใช้แทนไขมัน (fat replacer) และเป็น อีมัลซิไฟเออร์ โดย มีโอกาสใหม่ในตลาดเทคโนโลยีชีวภาพเพื่อ หมักกรดอินทรีย์ เพื่อผลิตแอนตีไบโอติก วิตามิน และฮอร์โมน เป็นต้น

ประเภท RS ลักษณะ

RS1 ต้านทานการย่อยด้วยการ ป้องกันทางกายภาพ แหล่ง

เมล็ดพืช เมล็ดธัญญพืชทั้งเมล็ดหรือ บดบางส่วน พฤติกรรม ความต้านทาน เอนไซม์ไม่สามารถแพร่ เข้าไปยังแป้งที่มีผนังห่อ หุ้ม การบด การสี จะช่วย ให้แป้งในเมล็ดถูกย่อยได้ มากขึ้น

RS2 แป้งความต้านทานที่ยังไม่ ถูก Gelatinize ส่วนใหญ่ เป็นเมล็ดแป้งแบบผลึก Type B จะถูกย่อยด้วยแอลฟา อะไมเลสแบบช้าๆ แป้งดิบจากมันฝรั่งและกล้วย ดิบ (เขียว) และแป้งดิบในฝักถั่ว (legume) สด และแป้งใน ข้าวโพด อะไมโลสสูง (high amylose corn) เมื่อ นำาไปใช้งานโดยยังไม่ถึงจุด Gelatinization กระบวนการทางความร้อน จะลดค่า RS ลง การย่อยในลำาไส้เล็ก

ต้านทานต่อการย่อยขึ้นกับ การเตรียมกระบวนการทาง กายภาพก่อน (physical preprocessing) อาจทำาให้ ย่อยได้ดีขึ้นหรือยย่อยได้หมด ขึ้นกับประสิทธิภาพของ กระบวนการบดสี เป็นแป้งที่ทนทานต่อการย่อย ของอะไมเลสได้ในสภาพดิบ แต่จะถูกย่อยได้หากปรุงสุก ด้วยความร้อน หรือเกินจุด Gelatinization หมายเหตุ

ลักษณะเม็ดแป้ง (granule) แบ่งเป็น - Type A: Helix ของอะไมโล เพกทินแพคซ้อนแน่นในแนว ยาวใน Granule ในแป้ง (monoclinic crystallites) - Type B: Helix เรียง กันเป็นแบบ Hexagonal crystallites มีโพรงใน ผลึกของ Granule

RS3 เป็นแป้งที่เกิดกระบวนการ จับตัวกลับ (retrograded starch) โดย Amylopectin debranching enzyme และ/หรือ ร่วมกับกระบวนการ ทำ า ให้ร้อนและเย็นซ้ำา (autoclaving-chilling cycle) RS4 เป็นแป้งที่มีการดัดแปรทาง เคมีโดยสารเชื่อมข้ามเฉพาะ Chemically modified starch by specific crosslinking agent) แป้งที่ผ่านกระบวนการ De branching ด้วย Enzyme และ Rretrograding และ/หรือ แป้งที่ผ่านกระบวนการทำาให้ ร้อนและเย็นซ้ำา (repeating cycle of heated and cooled in moist heat treatment) แป้งที่ดัดแปรด้วยกระบวนการ เชื่อมข้าม เช่น Citric acid crosslinked, Phostphate crosslinked ทนทานต่อกระบวนการที่ นำาไปใช้งานหรือปรุงอาหาร ที่อุณหภูมิสูงได้ดีขึ้น

มีความเสถียรสูงย่อย ด้วยเอนไซม์ได้น้อยในการ ทดลองในห้องปฏิบัติการณ์ ย่อยช้าลง ย่อยได้บางส่วน จนถึงย่อยไม่ได้เลย ขึ้นกับ กระบวนการจับตัวย้อนกลับ โดยวงจรของการทำาให้ร้อนเย็น (retrogradation) ใช้ในการผสมสูตรสารเสริม อาหารและมีศักยภาพสูงใน การใช้งานในทางเภสัชกรรม (pharmaceutical products)

มีโครงสร้างเชื่อมข้ามที่เสถียร มีความทนทานที่ดีมากต่อ เอนไซม์ อะไมเลส ใช้ในผลิตภัณฑ์อาหาร อบ (bakeries) และมี ศักยภาพสูงที่จะนำาไปใช้ ทางเภสัชกรรม

RS5 เป็นแป้งเชิงซ้อนระหว่างไข มัน-อะไมโลส Amylose-Lipid complexes แป้งที่มีอะไมโลสสูง นำามา สร้างสารเชิงซ้อนทาง กายภาพ (physically complexing)กับไขมันใน กระบวนการผลิตเช่น ผ่าน กระบวนการรีดอัด (screw extruding) ทนทานต่อเอนไซม์แอลฟา อะไมเลส ทนกระบวนการย่อยใน ลำาไส้เล็กได้ สร้างความเป็น RS ใน กระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์ ขึ้นกับอุปกรณ์ที่ใช้ด้วย

อ้างอิง: 1) ตารางเดิมจาก Raigond P., S. Dutt and B Singh, “Resistant Starch in Food”, Bioactive Molecules in Food (pp.815-846) Jan. 2019) 2) ปรับปรุงเพิ่มเติมสำาหรับบทความนี้ โดยนพดล เจียมสวัสดิ์ ปกหนา

ปกหลัง

<<< สแกนเพื่อสั่งซื้อหนังสือ “ทุกสิ่งสรรพ์จะพลันกล้วย” https://forms.gle/S4YKNpNM6PvEDUKbA

Brand or Commercial name

Hi maize CrystaLean Novelose 240 Novelose 260 Novelose 300 Manufacturer RS Type

Ingredion

RS2 Sunopta Grains and Foods Inc RS3 Ingredion Ingredion Ingredion RS2 RS2 RS3

RS/TDF% content (TDF =Total Dietary Fibre) 30–60% TDF 19.2–41% RS 47% RS 60% RS <30% TDF

C Actistar

FibersymTM HA FibersymTM 80ST *Nutriose FB

*Fibersol 2

Hylon VII Cargill RS3

National Starch and Chemical RS4

National Starch and Chemical RS4 Roquette Matsutani Chemical Ind., Co., Ltd. (Inventor) & ADM (Producer) Ingredion N.A.

N.A.

RS2

53% RS >70% TDF 80% TDF 85% TDF 90% TDF

23% TDF

Neo -amylose National Starch and Chemical RS3 87 or 95% RS

*PromitorTM (with many variation) Tate & Lyle N.A. N.A.

หมายเหตุ: โดย นพดล เจียมสวัสดิ์ สำาหรับบทความนี้ *Soluble dietary fibre หรือในชื่ออื่นเช่น “Resistant maltodextrin”. ผลิตภัณฑ์นี้ต้านทานการย่อยของเอนไซม์จากตับอ่อน (pancreatic enzyme) สามารถจัดอยู่ในกลุ่ม RS3 ได้โดยอนุโลม แต่อาจไม่จัดไว้ในการจำาแนกประเภท ของแป้งต้านทานการย่อยแบบมาตรฐาน N.A. = No information available Reference: Raigond, P, and et.al.,”Resistant Starch Production Technologies-A Review”, Potato J, 44(2);pp81-94(2015))

ตารางที่ 3 ภาพรวมประโยชน์ต่อสุขภาพของแป้งต้านทานการย่อยและศักยภาพของผลิตภัณฑ์

RS type แหล่ง/ความจำาเพาะ ศักยภาพในผลิตภัณฑ์และประโยชน์ต่อสุขภาพ

RS1 แป้งในเมล็ดถั่วชนิด Pulse (เมล็ดถั่วแห้งที่ เกิดจากฝัก เช่น ถั่วเขียว ถั่วเหลือง ถั่วแดง ถั่วดำา ไม่ใช่ที่รับประทานสดทั้งฝัก) RS2 แป้งตามธรรมชาติ เช่น ในกล้วยดิบเขียว ในมันฝรั่งดิบและในถั่ว Legume บางชนิด เมื่อรับประทานดิบ ใช้การบดภายใต้การควบคุมเพื่อรักษาสภาพ RS ที่ ต้องการ เพื่อใช้ในขนมปัง เบเกอรี น้ำาเกรวี่และซุป

1) แป้งกล้วยดิบเขียว ใช้เป็นแป้งปรุงอาหารทั่วไป 2) น่าสนใจสำาหรับผลิตภัณฑ์ “Gluten free”

RS3 แป้งที่ผ่านกระบวนการจับตัวย้อนกลับ (debranching enzyme assist) ผ่าน กระบวนการทำาให้ร้อนและเย็นซ้ำา

RS4 เป็นแป้งที่มีการดัดแปรทางเคมีโดยการเชื่อม ข้ามเฉพาะ (chemically modified starch by specific cross-linking agent) มีความ เสถียรที่สุดในกลุ่ม RS

RS5 มี Amylose-lipid เชื่อมต่อเชิงซ้อนทาง กายภาพ สร้างในกระบวนการประยุกต์ 1) เป็นส่วนประกอบของสารเสริมอาหารเฉพาะทาง ระบบทางเดินอาหาร 2) ป้องกัน มะเร็งลำาไส้ใหญ่ 3) ควบคุมน้ำาหนัก 4) ลดภาระของไต: โดยการเพิ่มการกำาจัดแอมโมเนีย ไนโตรเจนออกทางอุจจาระ 5) คาร์โบไฮเดรตแคลอรี่ต่ำา 6) ประยุกต์ใช้ในอาหารและเครื่องดื่ม 7) ประยุกต์ใช้พิเศษทางด้านการแพทย์และเภสัชกรรม 1) คาร์โบไฮเดรตแคลอรีต่ำา ใช้ประกอบอาหาร; ขนมปัง สแน็ก คุกกี้ พาสต้า เส้นก๋วยเตี๋ยว เป็นต้น 2) ประยุกต์ใช้ในอาหารและเครื่องดื่ม 3) ประยุกต์ใช้พิเศษทางด้านการแพทย์และเภสัชกรรม เช่น ยาที่ปลดปล่อยช้า (slow release medicine) ขนมปัง เบเกอรี พาสต้า และเส้นก๋วยเตี๋ยว หมายเหตุ

เป็นธรรมชาติ เพียงผ่านกระบวนการย่อย ขนาดทางกายภาพ เช่น บด สี

Legume กับ Pulse อาจมีความสับสนใน ด้านความหมาย Legume เป็นชื่อเรียกรวมๆ ของตระกูลถั่ว ฝักทั้งฝักเป็น Legume เฉพาะ เมล็ดแห้งในฝักเป็น Pulse “แคลอรีต่ำา” (low calories)ในที่นี้หมาย ถึงแคลอรี่ที่ร่างกายนำาไปใช้งานได้เท่านั้น (usable calories) ไม่ใช่แคลอรีทั้งหมด หรือ Total calories ที่ได้จากการวิเคราะห์ ด้วยเทคนิคบอมบ์แคลอริมิเตอร์ (Bomb calorimeter) ซึ่งจะเป็นผลรวมแคลอรี ทั้ง ส่วนที่ย่อยไม่ได้ จากแป้งต้านทานการย่อย และส่วนที่ย่อยได้จากแป้งปกติ

เป็นเรื่องใหม่ ขึ้นกับอุปกรณ์ในกระบวนการผลิต

ในขณะที่ตลาดแป้งต้านทานการย่อย จริงๆ มีมูลค่าประมาณ 8.4 พันล้านดอลลาร์ สหรัฐในปี 2018 และจะเพิ่มเป็น 12 พัน ล้าน ดอลลาร์สหรัฐในปี 2026 จากตัวเลขนี้จะเห็นได้ว่าตลาดของแป้ง ต้านทานการย่อยมีค่าประมาณ 0.8 เท่าของ แป้งดัดแปร โดยต้องคำานึงว่ามีส่วนซ้อนกัน อยู่ระหว่างแป้งดัดแปรและแป้งต้านทานการ ย่อย โดยเฉพาะใน ประเภท RS4 ซึ่งเป็น แป้งที่ผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเคมี หากตัวเลขนี้ถูกต้อง ตลาดของแป้ง ต้านทานการย่อยก็นับว่าน่าสนใจยิ่ง สำาหรับข้อมูลในประเทศไทยหาได้ไม่ มากนัก แต่เท่าที่หาได้พบว่ามีบริษัท SMS (Siam Modified Starch) เพิ่งเปิดตัว Phyboplus1&2 แป้งสำาหรับประยุกต์สำาหรับ ขนมปัง เบเกอรีและก๋วยเตี๋ยว และมีสูตร ไฟเบอร์สูงสำาหรับคุกกี้และก๋วยเตี๋ยวด้วย SMS ยังได้ผลิต RS3 สำาหรับทำาอาหาร สัตว์อีกด้วย นอกจากนั้น ยังมีผู้ผลิตระดับโลกที่มี ฐานผลิตในประเทศไทยด้วยเช่น Ingredion และ National Starch and Chemical และเราอาจจะมีผลิตภัณฑ์ RS ผลิตใน ประเทศไทยสำาหรับตลาดในประเทศและ ตลาดโลกมากขึ้นจากวัตถุดิบแป้งมัน สำาปะหลัง นอกจากนั้น แหล่งแป้งอื่นเช่น แป้งข้าวอะไมโลสสูงและกล้วยก็เป็นแหล่ง อื่นที่น่าสนใจด้วย โลกหมุนเร็ว ประเทศไทยก็จำาเป็นจะ ต้องปรับตัวให้ทัน โดยเฉพาะในการใช้ชีวิต แบบใหม่ แนวใหม่ของการกีฬา ฟิตเนสและ สุขภาพ ในด้านอาหารสุขภาพ โภชนาการ มุ่งไปสู่แนวทางน้ำาตาลต่ำา คาร์โบไฮเดรต ต่ำา ค่า GI ต่ำา ไม่มีกลูเตน ผลิตภัณฑ์ เทียมเนื้อจากพืช (plant based meat) ฯลฯ สิ่งเหล่านี้จะเปิดตลาดใหม่สำาหรับแป้ง ต้านทานการย่อยทั้งกลุ่มในอนาคตอันใกล้นี้

ผลต่อสุขภาพและศักยภาพสำาหรับ ผลิตภัณฑ์เพื่อผู้บริโภค แป้งต้านทานการย่อยเป็นประเด็นที่นัก โภชนาการและนักวิทยาศาสตร์การแพทย์ สนใจกันมากในปัจจุบัน เกี่ยวข้องกับ ความเชี่ยวชาญในสหวิทยาการทางด้าน วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เช่น เคมีแป้ง เกษตรศาสตร์ เคมีวิเคราะห์ วิทยาศาสตร์ และวิศวกรรมอาหาร โภชนาการ เวชศาสตร์ และจุลชีววิทยา และยังเปิดกว้างสำาหรับงาน วิจัยและพัฒนา การผลิต และการตลาดใน ผลิตภัณฑ์เหล่านี้

ภาพรวมประโยชน์ต่อสุขภาพของแป้ง ต้านทานการย่อยและศักยภาพของผลิตภัณฑ์ ในอนาคตอันใกล้นี้ แสดงไว้ในตารางที่ 3

แป้งต้านทานการย่อยเป็นเรื่องใหม่ที่ มีความหมายและท้าทาย ไม่จำาเพาะว่า จะเป็นประเภทใด (ใน 5 ประเภท) ใน ภาพรวม แป้งต้านทานการย่อยจะมีผล ต่อการออกแบบผลิตภัณฑ์อาหารใหม่ ทั้ง ส่วนผสม สูตร และกระบวนการ การปรุง อาหาร เพื่อประโยชน์ของสุขภาพโดยรวม และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการทำางานของ ระบบทางเดินอาหาร (GI tracts) ผ่าน กลไกของ SCFA โดยเฉพาะบิวทิเรต ซึ่ง เปนผลผลิตของจุลินทรีย์ที่ดีในลำาไส้ใหญ่ จากการที่จุลินทรีย์กินแป้งต้านทานการย่อย ในลำาไส้ใหญ่นั้น ผลที่ได้ต่อผู้บริโภคคือ ได้ รับแคลอรี่น้อยลง ช่วยการป้องกันมะเร็ง ลำาไส้ใหญ่ ช่วยการควบคุมปริมาณกลูโคส สำาหรับผู้ป่วยเบาหวานประเภท 2 ลดโรค อ้วน โดยการเพิ่มความรู้สึกอิ่ม รับประทาน น้อยลง และช่วยเพิ่มการเผาผลาญอาหาร ของร่างกาย โดยมั่นใจว่าจะมีการประยุกต์ ใช้งานทางด้านการแพทย์และเภสัชกรรมอีก มากมายในอนาคตอันใกล้นี้ 

We all learned and still remembered well from the early primary school years, that foods are classified into 5 groups, namely; proteins, carbohydrates, fats, vitamins and minerals. Among these 5 groups ,the carbohydrates or carbs for short, seem to be the foods that we eat in a major portion as compared to other groups, and it is made into our various form of foods; from sugar, plain rice to semi processed products , such as, flour, sugar syrup, crystal sugar, to end products such as, pasta , noodles, breads, and various kind of sweets and bakeries.

Carbohydrates are in the lime light of dietary discussion, arose from researches in 1970s, concerning the finding of so called “resistant starch” which is the starch fraction that is not subjected to digestion of the pancreatic enzyme, which contains mainly alpha-amylase, the starch inversion enzyme.

This, in-turn, slows or bars the digestion of the resistant starch , hence the starch will not be digested to glucose units, and will not further be accumulated as triglyceride causing fatty liver disease and reported to induced acute pancreatitis at high triglyceride level.

It is undeniable that approximately 60-70 % of total energy consumed by most people is provided by starchbased foods. But it is also the facts that the starches are over devoured just for the sake of eating satisfaction (it is reported to produce serotonin in the brain causing the happiness emotions).This over eating behavior of starch cause consecutive health problems, ranging from obesity, diabetes, high blood pressure, to colon cancer, to name just a few. Classification of Resistant Starch

Resistant starches or RS are classified into 5 types, depend on the sources of the starches or the processes applied to the natural starches, namely RS1, RS2, RS3, RS4 and RS5. The summary is provided in Table 1.

“Modified starch “refers to the starch that is chemically or enzymatically modified to starch structure, to form various chemical derivatives, for the specific end use without any concern on the digestion profiles,

RS type Description Sources Resistance behavior

RS1 Physically protected Whole or partly milled grains and seed, legumes

RS2 Un-gelatinized resistant starch granules with type B crystallinity, slowly hydrolyzed by alpha- amylase Raw potatoes, raw green banana, some legumes (raw and green), high amylose corn (un-gelatinized) Enzymes are physically inhibited from reaching the starch. Milling and grinding can release the starch, making it accessible and more digestible. Food processing and cooking will thermally degraded the RS. Digestion in the small intestine

Resistant but based on the pre physical processing, may ranges from slow rate to partially digest, to totally digested if properly milled.

Resistant if not processed, but will be degraded by thermal cooking, partly digest to totally digest after freshly processing

RS3 Retrograded starch Via amylopectin debranching e n z y m e intervention, and or autoclavingchilling cycle Starch processing by debranching enzyme intervention and retrograding. And food cooked by repeating cycle of heated and cooled in moist heat treatment Better thermal degrading resistant. Slow rate, partial degree of digestion, non-digestibility improving by heating and cooling cycles. (retrogradation)

RS4 Chemically modified starch by specific crosslinking agent

Starch modified by crosslinking reactions eg., citric acid crosslinked, phostphate crosslinked

Considerably stable Less susceptible to enzyme digestibility in vitro. Stable cross-linked molecular structure that is distinctively resistant to enzymatic hydrolysis.

RS5 Amylose-Lipid complexes Starch with high amylose content, after physically complexing with lipids in the food processing, such as screw extruding. Not susceptible to alpha amylase hydrolysis Can resist small intestine digestion

Reference: 1) Original idea generated by Raigond P., S. Dutt and B Singh, “Resistant Starch in Food”, Bioactive Molecules in Food (pp.815-846) Jan. 2019. 2) With contents modifications by Noppadon Cheamsawat for this article.

Remark

The starch granules are classified into type A (most cereals)and type B (tubers and high amylose cereals) - Type A: the amylopectin helixes arrange themselves denser, with staggered monoclinic packing. - Type B: the helixes arrange more loosely in hexagonal patterns. Used in food supplements formulation, with high potential use in pharmaceutical Products.

Used in bakery products and high potential in Pharmaceutical Products.

Insitu RS generation in product processing. Processing means and methods dependent.

while “Resistant starch” refers to the starch that can resists digestion regardless of the preparation means, including naturally occurs property. But, somehow there is the grey area, that is, some modified starches could be resistant starches, while all resistant starches are not modified starches.

Benefit of Resistant Starch

The undigested portion of the starch, the Resistant Starch shall be able to escape the attack of pancreatic enzyme, in the small intestine and proceed further down to the colon whereby the Gut Microbiota, the beneficial ones, will consume and suppress the pathogenic ones and produce SCFA (short chain fatty acids) This SCFA, particularly butyrate, propionate and acetate especially, the most important one butyric acid in form of butyrate is the most versatile and efficient SCFA, SCFA enhances the body immunity, maintain apoptosis (programmed cell death) of the colon cells, whereby

Table 2. Commercially available Resistant Starches (Ref. Raigond, P, and et.al., ”Resistant Starch Production Technologies-A Review”, Potato J, 44(2);pp81-94(2015))

Brand or Commercial name

Hi maize Manufacturer

Ingredion RS Type

RS2

RS/TDF% content (TDF =Total Dietary Fibre) 30–60% TDF

CrystaLean Novelose 240 Novelose 260 Novelose 300 Sunopta Grains and Foods Inc RS3 Ingredion Ingredion Ingredion RS2 RS2 RS3 19.2–41% RS 47% RS 60% RS <30% TDF

C Actistar

FibersymTM HA FibersymTM 80ST *Nutriose FB

*Fibersol 2

Hylon VII Cargill RS3

National Starch and Chemical RS4

National Starch and Chemical RS4 Roquette Matsutani Chemical Ind., Co., Ltd. (Inventor) & ADM (Producer) Ingredion N.A.

N.A.

RS2

53% RS >70% TDF 80% TDF 85% TDF 90% TDF

23% TDF

Neo -amylose National Starch and Chemical RS3 87 or 95% RS

*PromitorTM (with many variation) Tate & Lyle N.A. N.A.

Note: by Noppadon cheamsawat *Soluble dietary fibre or by other name, “resistant malto-dextrin”. They also resist to the digestion of the pancreatic enzyme, thus may be in the closed categories with the RS3 nature, but may not be directly fitted into the classification protocol of the RS. N.A. = informations not available.

Table 3: The health profiles of the resistant starch and the potential consumer products.

RS type

Sources/ Uniqueness Potential products & health benefits

RS1 Starch in grain pulses and cereal Controlled milling to maintain RS especially in pulse for breads, bakery, gravy & soup

RS2 Natural raw starch. Such as in green banana and raw potato and raw green legumes 1) Natural green banana flour as general purpose flour products. 2) Flavored in gluten free products.

RS3 Retrograded starch with enzyme assisted and incubation (heating)-cooling control cycle

RS4 Stable cross-linked resistant starch (RS4 is supposedly the most stable RS due to its strong chemical bonds crosslinking with the crosslinking agent.)

RS5 Amylose- lipid complexing, Insitu processing 1) Food supplement formulation for GI tract well-being 2) Colon cancer protection, 3) Weight control, 4) Kidney load lowering: by increasing nitrogen fecal excretion. 5) Low calories carb. diets. 6) Applications in foods and drinks. 7) Special medical and pharmaceutical application. 1) Low calories carb food; snack, bread, cookies, pasta, noodle etc. 2) Application in foods and drinks. 3) Special medical and pharmaceutical application (e.g., slow release medicine) Breads, bakeries, pasta, noodles Remark

Natural no processing except mechanical means

Pulse and legume have a little different meaning ; legumes include the whole pod but a pulse is the seed inside the pod. Noted that the words “low calories” in this context means digestible calories not the total calories as analyzed by bomb calorimeter method which shall include both digestible and non-digestible calories.

New area, Processing equipment dependent

protect the colon cell from potential cancer development. SCFA also have almost un-imaginary protective roles in several cancers, including bladder, breast, stomach, liver, lung, pancreas and prostate gland. [Mirzaei, R. and S. Karampoor, Role Of microbiotaderived short-chain fatty acids in cancer development and prevention”, Biomedicine & pharmacotherapy, vol.139, July2021, Science Direct).

Moving toward Resistant Starch

Resistant starch market size was estimated at USD 8.4 billion in 2018 and is expected to grow over USD 12 billion by the end of 2027 (Resistant starch market ref. www. marketdataforecast.com, Jan 2022). The driving forces of the global resistant starch market are the growing concerns of health solutions, the increasing knowledge and obvious manifestation of it benefits in the trials. The simple heath solution such as prebiotic benefits, GI tracts symptom remedy and the assist in weight control had boosted the resistant starch selling.

The global key players in the resistant starch Market include; fruits Limited, Ingredion Incorporated, Stawi Foods , Aradia BioSciences, Tate & Lyle Plc, Penford Corporation, Cargill Foods, MGP Ingredients, National Starch and Chemical Co., and Opta Food Ingredients, Inc.

The Summary on Prominent RS Products is Given in Table 1.

The type of products includes all RS1, RS2, RS3, and RS4 (note that RS5 is more a of the insitu application generation). With the application ranging from bakery products, cereals and snacks, pasta and noodles, more to look at in the area of food supplements formulation, pharmaceutical products application and others.

Resistant Starch in Global Market and in Local, Thailand

In global arena the raw materials for starch are dominated by corn of about 4 times of potato, wheat, or cassava. The sizes of modified starch estimated in 2020 at USD 13.1 billion and will reach USD14.9 billion by 2025 with growing demand in food .and beverage sector using as thickener, texture agent, fat replacer and emulsifier.

With new opportunities in biotech fermentation for organic acids, antibiotics, vitamins, hormones for example.

While strictly resistant starches are expected at USD 8.4 billion in 2018 increasing to USD 12 billion in 2026.

From these figures we can see that the market of resistant starches is about 0.8 time of the modified starches, keeping in mind that there is the overlapping between modified starches and resistant starch type classification, especially in the range of RS4 which is the starches undergone chemically modified.

Should the figures be accurate, the new market sector for resistant starches are quite promising.

In Thailand, not much information is received, however SMS (Siam Modified Starch) had recently launch Phyboplus1&2, formulated for special food application such as, breads, bakeries and noodles. With high fibre formulation for cookies and noodles. SMS also creatively introduce pet food with RS3. Also with the world class manufacturers sited in Thailand, namely Ingredion and National Starch and Chemical we should expected to see more of the RS products produced from Thailand for the global and local market, may base on cassava starch. Other minor sources such as high amylose rice and banana are also of interest.

However, the world is turning fast and Thailand will be certainly following the trend of sport, fitness and health, healthy diet will come with full stream of low sugar, low carb, low GI (glycemic index), gluten free, plant based meat, and so on. All of these will open the substantial size market for resistant starch of the whole spectrum in the very near future.

Health Benefits and Potential for Consumer Product

Resistant starch is a topic of most concern among the nutritionists and medical scientists these days. It involves multidisciplinary integration of expertise from various assorted of sciences and technologies, namely; starch chemistry, agronomy, analytical chemistry, food science and engineering, nutrition, pathology and micro-biology. It is still wildly opened for the new research and development, processing and marketing in this area.

Table 3 shows the health profiles of the resistant starch and the potential consumer products for the near future.

The resistant starch is promising and challenging, regardless of types, as a whole, it will impact the new food products, their recipes and formulations, for the health and function of the GI tracts through SCFA, especially Butyrate production, providing proper nutrients for gut microbiota which in turn provide benefit to the consumers , preventing colon cancer, help to manage blood glucose concentration for diabetes type2(insulin ameliorating) and reduce obesity by increasing satiety and body metabolism. It shall have many medical and pharmaceutical applications in the near future especially RS3 and RS4 