พาสเจอร์ไรส์

การพาสเจอร์ไรส์เป็นกระบวนการให้ความร้อนที่ไม่รุนแรงนัก มักจะทำที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100C เพื่อยืดอายุของผลิตภัณฑ์อาหารให้นานหลายวัน เช่น นม หรือหลายเดือน เช่น ผลไม้บรรจุขวด วิธีนี้สามารถใช้ในการถนอมอาหารได้โดยการยับยั้งการทำงานของเอ็นไซม์และทำลายเชื้อจุลินทรีย์ที่มีความทนทานต่อความร้อนต่ำ เช่น เชื้อแบคที่เรียที่ไม่สร้างสปอร์ ยีสต์และรา และจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงด้านประสาทสัมผัสและคุณค่าของอาหารน้อยที่สุด ความรุนแรงของการให้ความร้อนกับผลการยืดอายุผลิตภัณฑ์กำหนดได้โดย pH ของอาหาร วัตถุประสงค์หลักสำหรับอาหารที่มีความเป็นกรดต่ำ (pH > 4.5) คือการทำลายจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดโรค ส่วนวัตถุประสงค์หลักสำหรับอาหารที่มีความเป็นกรดสูง (pH < 4.5) คือการทำลายจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดการเน่าเสียและยับยั้งการทำงานของเอ็นไซม์

การบรรจุอาหารเหล่านี้ไม่ว่าจะสำหรับอาหารที่มีความเป็นกรดตามธรรมชาติ เช่น น้ำผลไม้ หรืออาหารที่มีการเติมสารหรือทำให้ pH ลดต่ำลง เช่น ผลไม้หมักดอง มีขั้นตอนคล้ายกับการบรรจุกระป๋อง การพาสเจอร์ไรส์เป็นการบ่งบอกถึงการให้ความร้อนที่ไม่รุนแรงนัก

การพาสเจอร์ไรส์ (Pasteurization) เป็นการถนอมอาหารชั่วคราววิธีหนึ่ง โดยใช้ความร้อนในอุณหภูมิระหว่าง 60 – 80 องศาเซลเซียส ซึ่งวิธีการนี้จะทำให้จุลินทรีย์ไม่สามารถดำรงชีวิตต่อไปได้

พาสเจอร์ไรส์เป็นการตั้งชื่อเพื่อให้เกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสชื่อ หลุยส์ ปาสเตอร์ (Louis Pasteur) ซึ่งเป็นคนแรกที่คิดค้นการฆ่าจุลชีพที่แปลกปลอมอยู่ในเหล้าไวน์ระหว่างปี พ.ศ. 2407-2408 โดยการใช้ความร้อนประมาณ 50 – 60 องศาเซลเซียส ซึ่งการค้นพบนี้ก่อให้เกิดประโยชน์อย่างมากในการผลิตเครื่องดื่มที่ต้องฆ่าจุลชีพ แต่ใช้อุณหภูมิสูงมากไม่ได้ เพราะจะทำให้รสและกลิ่นเปลี่ยนแปลงและในปี พ.ศ.2434 นักวิทยาศาสตร์ชื่อ ซอกเลต (Soxhlet) จึงได้นำวิธีการนี้มาใช้กับนมสด

หลักการ
ความร้อนเป็นพลังงานรูปหนึ่งเมื่อมีอยู่ในสิ่งใดจะทำให้โมเลกุลของสิ่งนั้นเกิดการเคลื่อนไหว ความร้อนทำให้สารโปรตีนแข็งตัวจับกันเป็นก้อนและหมดฤทธิ์โดยการเร่งปฏิกิริยาทางเคมี ความร้อนจึงทำลายเอนไซม์และสามารถทำลายจุลชีพได้ ณ อุณหภูมิน้ำเดือด แต่มีจุลชีพที่พบบางชนิดสร้างเกราะเรียกว่า “สปอร์” หุ้มตัวเอง ทำให้สามารถต้านทานอุณหภูมิน้ำเดือดได้แต่จะตายเมื่อใช้ความร้อนสูงกว่าอุณหภูมิน้ำเดือดภายในระยะเวลาที่เหมาะสม

วิธีการพาสเจอร์ไรส์
วิธีการพาสเจอร์ไรส์มี 2 วิธีคือ

1. วิธีใช้ความร้อนต่ำ – เวลานาน (LTLT : Low Temperature – Long Time) วิธีนี้ใช้ความร้อนที่อุณหภูมิ 62.8 – 65.6 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 30 นาที เมื่อผ่านความร้อนโดยใช้เวลาตามที่กำหนดแล้ว ต้องเก็บอาหารไว้ในที่เย็นซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่า 7.2 องศาเซลเซียส กรรมวิธีการนี้นอกจากจะทำลายแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรคแล้วยังยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ย่อยไขมันชนิดไลเปส (Lipase) ซึ่งเป็นตัวการทำให้เกิดกลิ่นหืนในน้ำนมด้วย
2. วิธีใช้ความร้อนสูง – เวลาสั้น (HTST : High Temperature – Short Time) วิธีนี้ใช้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่าวิธีแรก แต่ใช้เวลาน้อยกว่าคืออุณหภูมิ 71.1 องศาเซลเซียสคงไว้เป็นเวลา 15 วินาที อาหารที่ผ่านความร้อนแล้วจะได้รับการบรรจุลง กล่องหรือขวดโดยวิธีปราศจากเชื้อแล้วนำไปแช่เย็นที่อุณหภูมิ 7.2 องศาเซลเซียส

ประโยชน์และข้อควรปฏิบัติ
การพาสเจอร์ไรส์เป็นการถนอมอาหารแบบชั่วคราว เพราะสามารถป้องกันมิให้จุลชีพเจริญในชั่วระยะเวลาหนึ่ง แต่สารอาหารยังอยู่ครบถ้วนหรือเกือบครบถ้วน ดังนั้นจึงมีประโยชน์ต่ออาหารที่ต้องรับประทานเป็นประจำแต่ไม่เก็บไว้นาน ๆ เช่น นม น้ำผลไม้ ไอศกรีม ก่อนนำไปปั่นแข็ง เป็นต้น

การบรรจุอาหารเหล่านี้ไม่ว่าจะสำหรับอาหารที่มีความเป็นกรดตามธรรมชาติ เช่น น้ำผลไม้ หรืออาหารที่มีการเติมสารหรือทำให้ pH ลดต่ำลง เช่น ผลไม้หมักดอง มีขั้นตอนคล้ายกับการบรรจุกระป๋อง การพาสเจอร์ไรส์เป็นการบ่งบอกถึงการให้ความร้อนที่ไม่รุนแรงนัก

1. การพาสเจอร์ไรส์ที่ผ่านการบรรจุแล้ว
   การพาสเจอร์ไรส์อาหารเหลวบางชนิด เช่น เบียร์และน้ำผลไม้ จะทำหลังจากการบรรจุลงภาชนะแล้ว สำหรับอาหารที่บรรจุขวดแก้วต้องบรรจุน้ำด้วยเพื่อป้องกันการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิกะทันหัน (thermal shock) ซึ่งจะทำให้เกิดรอยร้าวของบรรจุภัณฑ์ ความแตกต่างสูงสุดระหว่างอุณหภูมิของบรรจุภัณฑ์และน้ำที่ภาชนะแก้วจะทนได้คือ 20C สำหรับการให้ความร้อนและ 10C สำหรับการทำให้เย็น การพาสเจอร์ไรส์อาหารในบรรจุภัณฑ์ประเภทโลหะหรือพลาสติกจะใช้ส่วนผสมของไอน้ำและอากาศหรือน้ำร้อนเพราะมีความเสี่ยงต่อการแตกร้าวต่ำในทุกกรณี อาหารจะถูกทำให้เย็นลงไปยัง 40C เพื่อระเหยน้ำบนผิวบรรจุภัณฑ์และป้องกันการเกิดสนิมภายนอกหรือที่ฝาและเพื่อเร่งให้ฉลากติดได้เร็วขึ้น กระบวนการนี้มีทั้งแบบกะและแบบต่อเนื่อง เครื่องมือที่ง่ายที่สุกชดจะประกอบด้วยอ่างน้ำร้อนซึ่งจะให้ความร้อนแก่อาหารที่บรรจุแล้วและว่างในภาชนะที่อุณภูมิและเวลาที่กำหนด หลังจากนั้นจะมีการปล่อยน้ำเย็นเข้าไปเพื่อทำให้อาหารเย็นลง สำหรับในระบบแบบต่อเนื่องจะมีสายพานเพื่อลำเลียงอาหารที่บรรจุแล้วเข้าไปในหน่วยให้ความร้อนและหน่วยทำให้เย็น
   ระบบพาสเจอร์ไรส์อื่นอาจจะประกอบด้วยอุโมงค์ที่แบ่งหน่วยให้ความร้อนเป็นหลายๆหน่วยมีการพ่นละอองน้ำซึ่งละเอียดมากเพื่อให้ความร้อนแก่อาหารในบรรจุภัณฑ์บนสายพานที่ผ่านเข้ามาในแต่ละหน่วย อุณหภูมิของอาหารจะเพิ่มสูงขึ้นจนถึงอุณหภูมิทีีทำให้เกิดการพาสเจอร์ไรส์อย่างสมบูรณ์ในส่วนการทำให้เย็นจะมีละอองน้ำฉีดลงมาเช่นกัน การหมุนเวียนน้ำทำได้โดยน้ำในส่วนของการให้ความร้อนเบื้องต้นซึ่งจะเย็นลงโดยการแลกเปลี่ยนความร้อนกับอาหารทีี่่ผ่านเข้ามาและในส่วนการทำไห้เย็นซึ่งจะร้อนขึ้นโดยการแลกเปลี่ยนความร้อนกับอาหารที่มีอุณหภูมิสูงหลังจากได้รับความร้อน
   ข้อดีของการใช้อุโมงค์ไอน้ำในการพาสเจอร์ไรส์ คือ การให้ความร้อนที่เร็วกว่าและใช้เวลาในการให้ความร้อนอาหารสั้นกว่าเครื่องที่มีขนาดเล็กอุณหภูมิในหน่วยให้ความร้อนจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นโดยการลดปริมาณของอากาศในส่วนผสมของไอน้ำและอากาศ การทำให้เย็นทำได้โดยการฉีดละอองน้ำหรือโดยการแช่ผลิตภัณฑ์ลงในอ่างน้ำเย็น
2. การพาสเจอร์ไรส์อาหารเหลวก่อนการบรรจุ
   การพาสเจอร์ไรส์อาหารเหลวบางชนิดในปริมาณไม่มากนักอาจใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบมีใบมีดปาดผิวหรือใช้หม้อเปิดในการต้มก็ได้ อย่างไรก็ตามในการพาสเจอร์ไรส์ของเหลวที่มีความหนึดต่ำก่อนการบรรจุในปริมาณมาก เช่น นม ผลิตภัณฑ์นม น้ำผลไม้ ไข่เหลว เบียร์ และไวน์ นิยมใช้เครื่องที่ทำงานได้อย่างต่อเนื่อง เช่น การใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนแบบแผ่น สำหรับน้ำผลไม้ ไวน์ ผลิตภัณฑ์บางอย่างจำเป็นต้องมีขั้นตอนการกำจัดอากาศออกเพื่อป้องกันการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากปฏิกิริยาออกซิเดชันซึ่งอาจเกิดขึ้นได้ในระหว่างการเก็บรักษา อาหารเหลวเหล่านี้จะถูกฉีดพ่นเข้าไปในภาชนะสุญญากาศและอากาศจะถูกกำจัดออกไปด้วยปั๊มสุญญากาศก่อนการพาสเจอร์ไรส์
   เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นประกอบด้วยแผ่นเหล็กสเตนเลสบางๆ หลายแผ่นวางประกบและยึดกันโดยกรอบโลหะ การประกอบเรียงกันเช่นนี้จะทำให้เกิดช่องขนานกันระหว่างแผ่นอาหารเหลวและตัวกลางถ่ายเทความร้อน เช่น น้ำร้อนหรือไอน้ำ จะถูกปั๊มผ่านช่องเหล่านี้สลับกัน โดยส่วนใหญ่จะไหลในลักษณะสวนทางกัน (counter-current flow) แผ่นโลหะทั้งหมดจะถูกปิดแน่นด้วยยางสังเคราะห์เพื่อป้องกันการผสมกันระหว่างผลิตภัณฑ์และตัวกลางในการถ่ายเทความร้อนและการทำให้เย็น แผ่นโลหะมีลักษณะเป็นลูกฟูกเพื่อชักนำให้ของเหลวไหลแบบเทอร์บุเลนซ์ร่วมกับการปั๊มด้วยความเร็วสูง ทำให้สามารถช่วยลดความหนาของฉนวนฟิล์มและทำให้สัมประสิทธิ์ของการถ่ายเทความร้อน (3,000 – 11,500 วัตต์/เมตร2/เคลวิน) มีค่าสูงขึ้น
   ในกระบวนการพาสเจอร์ไรส์อาหารจะถูกปั๊มจากบาลานซ์แท็งค์ไปยังหน่วยรีเจนเนอเรชันซึ่งจะร้อนขึ้นด้วยการถ่ายเทความร้อนจากอาหารที่ผ่านการพาสเจอร์ไรส์มา อาหารจะมีอุณหภูมิสูงถึงอุณหภูมิที่กำหนดไว้ในหน่วยให้ความร้อน และอยู่ในท่อพาสเจอร์ไรส์ตามระยะเวลาที่กำหนดเพื่อให้เกิดการพาสเจอร์ไรส์ที่สมบูรณ์ ถ้าอุณหภูมิของอาหารยังเพิ่มขึ้นไม่ถึงอุณหภูมิของการพาสเจอร์ไรส์ วาล์วไหลกลับจะเปิดให้อาหารไหลกลับไปยังบาลานซ์แท็งค์เพื่อกลับเข้ามาผ่านการพาสเจอร์ไรส์ใหม่ิ ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการพาสเจอร์ไรส์แล้วจะถูกทำให้เย็นในส่วนของรีเจอเนอเรชันซึ่งในขณะเดียวกันก็จะเป็นส่วนของการให้ความร้อนเบื้องต้นแก่อาหารที่ส่งเข้ามาด้วย และถูกทำให้เย็นต่อไปด้วยน้ำเย็นหรืออาจใช้น้ำเย็นจัดต่อไปในส่วนของการทำให้เย็นการใช้ระบบนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่เช่นนี้ทำให้สามารถประหยัดพลังงานได้มาก โดยความร้อนกว่า 95% จะถูกนำมาใช้ใหม่

ผลกระทบต่ออาหาร
การพาสเจอร์ไรซ์เป็นกระบวนการที่ไม่ค่อยรุนแรงถึงแม้จำทำร่วมกับกระบวนการอื่นๆเช่นการฉายรังสีและการแช่เย็นจึงทำให้อาหารเกิดการเปลี่ยนแปลงคุณภาพด้านโภชนาการและประสาทสัมผัสของอาหารน้อยมาก อย่างไรก็ตามวิธีนี้จะสามารถยืดอายุของผลิตภัณฑ์ออกไปได้เป็นหลายวันหรือหลายอาทิตย์เท่านั้นเมื่อเปรียบเทียบกับระยะเวลาหลายเดือนเมื่ออาหารผ่านกระบวนการสเตอริไรซ์ซึ่งเป็นการให้ความร้อนที่ค่อนข้างจะรุนแรง
ในการแปรรูปไข่ ไข่ถูกตีให้แตก แยก และแปรรูปเพื่อเพิ่มมูลค่าเชิงการค้าหรือเพื่อเพิ่มอายุการเก็บรักษา โดยมีมาตรฐานทั้งสำหรับไข่ทั้งฟอง ไข่ขาว ไข่แดงในรูปของเหลวหรือแช่เยือกแข็งหรืออบแห้ง มีไข่ในรูปต่างๆ ตั้งแต่ไข่แดงใส่เกลือ ใส่น้ำตาล หรือไข่ทั้งฟองตีผสมกันตามวัตถุประสงค์ของการนำไปใช้ ไข่ขาวอาจมีวางขายในรูปของผลิตภัณฑ์ที่เติมสารช่วยในการตีให้ขึ้นฟูเป็นครีม (whippilng aid)
ในไข่เหลวอาจมีการปนเปื้อนของเชื้อโรคและจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดความเน่าเสีย ซึ่งจุลินทรีย์เหล่านี้จะเพิ่มจำนวนขึ้นภายใต้สภาวะการเก็บรักษาที่ไม่เหมาะสมหรืออาจเจริญเติบโตและเพิ่มจำนวนในอาหารที่ให้ความร้อนไม่เพียงพอหรืออาหารที่ให้ความร้อนน้อยที่สุด เช่น ผลิตภัณฑ์เครื่องดื่มที่ผสมไข่ ไข่ที่แต่งหน้าขนม ดังนั้นจึงมีการพาสเจอร์ไรซ์ผลิตภัณฑ์ไข่ภายใต้สภาวะที่สามารถทำลายซาลโมเนลลาที่มีในผลิตภัณฑ์ ทั้งนี้จะเป็นการทำลายจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดการเน่าเสียด้วย
มีการใช้กระบวนการพาสเจอร์ไรซ์ไข่เหลวทั้งหมดซึ่งรวมทั้งไข่ขาวและไข่แดงเป็นเวลานานหลายปีด้วยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 60-61 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 3.5 นาที เพื่อทำลายเชื้อจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดโรคการให้ความร้อนนี้จะไม่มีผลต่อลักษณะหรือสมบัติของไข่สำหรับทำคัสตาร์ด เค้ก หรือมายองเนส แม้ว่าการใช้พาสเจอร์ไรส์ควบคู่กับการแช่เยือกแข็งอาจมีผลต่อการเกิดฟองของไข่นอกจากว่าจะมีการโฮโมจจีไนเซชันไข่ด้วย ในกระบวนการดังกล่าว ( Sugihara และคณะ(1966))
สี กลิ่นและรส
ปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาลโดยเอนไซม์โพลีฟินอลออกซิเดสเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้สีของน้ำผลไม้เกิดการเปลี่ยนแปลง ออกซิเจนจะเป็นตัวเร่งการเกิดสีน้ำตาล เพราะฉะนั้นโดยทั่วไปจะต้องกำจัดอากาศในน้ำผลไม้ก่อนจะเข้าสู่กระบวนการพาสเจอร์ไรส์ ความขาวของนมดิบกับนมพาสเจอร์ไรส์ต่างกันเนื่องจากการฮีโมจิไนเวชัน ไม่ใช่สาเหตุจากการพาสเจอร์ไรส์ การพาสเจอร์ไรส์ไม่มีผลต่อสีในพืชและผลิตภัณฑ์จากสัตว์ชนิดอื่นๆด้วย การสูญเสียกลิ่นเพียงเล็กน้อยในระหว่างการพาสเจอร์ไรส์น้ำผลไม้ทำให้คุณภาพของผลิตภัณฑ์ลดลงและอาจกลบกลิ่นไหม้่ อื่นๆ ของอาหารได้อาจมีการเก็บเกี่ยวสารหอมระเหย เพื่อนำมาใช้ในการปรับปรุงคุณภาพของน้ำผลไม้ให้ดีขึ้น แต่ยังไม่เป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไป การสูญเสียสารหอมระเหยของนมดิบช่วยลดกลิ่นหญ้า และทำให้ผลิตภัณฑ์มีกลิ่นรสนั่มนวลขึ้น
การสูญเสียวิตามิน
ได้อธิบายเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงคุณค่าทางอาหารเนื่องจากกรรมวิธีการแปรรูปไปแล้ว อย่างใรก็ตามสามารถลดการสูญเสียวิตามินซี และคาโรทีนในน้ำผลไม้ได้โดยการกำจัดอากาศออกก่อน การเปลี่ยนแปลงในนมได้แก่ การสูญเสียโปรตีนเซรุ่ม 5% และวิตามินเกิดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย