พลาสมาเย็นในอุตสาหกรรมอาหาร / บทความที่ 04

ลดสารพิษจากเชื้อราในวัตถุดิบเกษตรด้วยพลาสมาเย็น: สถานะงานวิจัยที่ควรรู้ก่อนตัดสินใจ

Plasma Mycotoxin Reduction — อะฟลาทอกซิน ดีออกซีนิวาลีนอล และซีราลีโนน · งานวิจัยรายงานอะไรไว้ ทำไม TIBD ยังวางเรื่องนี้ไว้ในระยะวิจัย และคู่ค้าแบบไหนที่เหมาะกับโครงการลักษณะนี้

วัตถุดิบเกษตรที่ต้องควบคุมสารพิษจากเชื้อราในกระบวนการผลิต

สารพิษจากเชื้อรา หรือไมโคทอกซิน คือสารที่เชื้อรา (fungi) บางชนิดสร้างขึ้นในวัตถุดิบเกษตร และเป็นความเสี่ยงเชิงคุณภาพที่จัดการยากที่สุดชนิดหนึ่งในห่วงโซ่อาหารและอาหารสัตว์ เพราะมันไม่หายไปเมื่อกำจัดเชื้อราแล้ว และมองด้วยตาเปล่าไม่เห็น

พลาสมาเย็นถูกศึกษาในวรรณกรรมนานาชาติในฐานะแนวทางที่มีศักยภาพในการสลายโครงสร้างของไมโคทอกซิน (mycotoxin) บางกลุ่ม บทความนี้สรุปว่างานวิจัยไปถึงไหนแล้ว และบอกตรง ๆ ว่าอะไรยังไม่พร้อมสำหรับสายการผลิต (production line) จริง

TIBD วางบริการกลุ่มนี้ไว้ในระยะการวิจัยและพัฒนาร่วมกับพันธมิตร ไม่ใช่บริการเชิงพาณิชย์ที่รับประกันร้อยละการลดในระดับโรงงาน และเหตุผลของการวางตำแหน่งแบบนั้นอยู่ในบทความนี้ทั้งหมด

01ไมโคทอกซินเป็นปัญหาอย่างไรกับอุตสาหกรรมไทย

ประเทศไทยเป็นทั้งผู้ผลิต ผู้บริโภค และผู้ส่งออกผลิตภัณฑ์ธัญพืชและอาหารสัตว์รายใหญ่ของภูมิภาค อุตสาหกรรมอาหารสัตว์ใช้วัตถุดิบทั้งข้าวโพด ข้าวสาลีนำเข้า ปลายข้าว และถั่วเหลืองในระดับล้านตันต่อปี การปนเปื้อนในวัตถุดิบเหล่านี้ส่งผลกระทบพร้อมกันสามทาง

ผลกระทบสามทางของการปนเปื้อนไมโคทอกซิน
  • สุขภาพของสัตว์ที่บริโภค ซึ่งย้อนกลับมากระทบประสิทธิภาพการผลิตในฟาร์มของลูกค้า
  • ความเสี่ยงการตกค้างในผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์และน้ำนมที่เข้าสู่ห่วงโซ่อาหารมนุษย์
  • ความเสี่ยงถูกตีกลับสินค้าในตลาดส่งออกที่กำหนดค่าจำกัดสูงสุดไว้เข้มงวด

ตัวหลักที่ต้องจับตามีสามกลุ่ม อะฟลาทอกซิน บี 1 ที่สร้างโดยเชื้อ Aspergillus ในข้าวโพด ถั่วลิสง และพืชน้ำมัน ดีออกซีนิวาลีนอลและซีราลีโนนที่สร้างโดยเชื้อ Fusarium ในข้าวสาลี ข้าวบาร์เลย์ ข้าวโพด และอาหารสัตว์ และออคราทอกซิน เอ ที่พบในกาแฟ ธัญพืช และผลิตภัณฑ์จากเนื้อสัตว์

ในเชิงกฎระเบียบ มาตรฐาน Codex Alimentarius CXS 193-1995 กำหนดค่าจำกัดสูงสุดของอะฟลาทอกซินรวมในธัญพืชสำหรับการบริโภคของมนุษย์โดยตรงไว้ที่ 15 ส่วนในพันล้านส่วน และเฉพาะอะฟลาทอกซิน (aflatoxin) บี 1 ในข้าวโพดสำหรับบริโภคโดยตรงที่ 2 ส่วนในพันล้านส่วน ส่วนสหภาพยุโรปใช้ Regulation (EU) 2023/915 ซึ่งยกเลิกและแทนที่ Regulation 1881/2006 เป็นกรอบปัจจุบัน

การสำรวจระดับนานาชาติที่จัดทำเป็นประจำทุกปี รายงานต่อเนื่องว่าระดับการปนเปื้อนอะฟลาทอกซินในวัตถุดิบอาหารสัตว์ของภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้อยู่ในระดับที่ต้องบริหารจัดการอย่างใกล้ชิด โดยเฉพาะข้าวโพดที่ปลูกในสภาพอากาศร้อนชื้นและเก็บในคลังที่ความชื้นสูง

02วิธีที่ใช้อยู่ทุกวันนี้ทำอะไรได้และทำอะไรไม่ได้

วิธีทำได้ข้อจำกัด
คัดแยกเชิงกายภาพ ทั้งด้วยภาพและด้วยความหนาแน่นแยกเมล็ดที่มีลักษณะปนเปื้อนออกจากล็อตไม่ช่วยกับเมล็ดที่ปนเปื้อนแต่ดูปกติด้วยตาเปล่า
สารดูดซับที่เติมในสูตรอาหารสัตว์จับสารพิษในระบบทางเดินอาหารของสัตว์มีต้นทุนต่อเนื่องทุกล็อต และประสิทธิภาพต่างกันตามชนิดของสารพิษ
เอนไซม์ย่อยสลายทำลายโครงสร้างของสารพิษบางกลุ่มจำเพาะกับสารบางชนิด ไม่ครอบคลุมทั้งหมด
ควบคุมความชื้นและอุณหภูมิระหว่างเก็บลดการเจริญของเชื้อราที่จะสร้างสารพิษเพิ่มเป็นการป้องกันก่อนเกิด ไม่ใช่การแก้เมื่อปนเปื้อนแล้ว

ช่องว่างที่เห็นชัดคือ เมื่อวัตถุดิบปนเปื้อนไปแล้วและผ่านการคัดแยกมาแล้ว ทางเลือกที่จะลดระดับสารพิษในตัววัตถุดิบเองยังมีน้อย และนี่คือจุดที่พลาสมาเย็น (Cold Plasma) ถูกศึกษา

03งานวิจัยเรื่องพลาสมากับไมโคทอกซินไปถึงไหนแล้ว

วรรณกรรมในช่วงหลายปีล่าสุดพัฒนาไปทั้งด้านเทคนิคและด้านการอธิบายกลไก

งานวิจัยวารสารสิ่งที่รายงาน
Wang และคณะ (2017)Journal of Agricultural and Food Chemistryศึกษาโครงสร้างของผลิตภัณฑ์การสลายตัวและเส้นทางการสลายอะฟลาทอกซิน บี 1 ภายใต้พลาสมาเย็นแรงดันสูงที่ความดันบรรยากาศ (atmospheric pressure)
Feizollahi และคณะ (2021)Food Engineering Reviewsบทปริทัศน์ปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพของพลาสมาแบบ DBD และการสลายดีออกซีนิวาลีนอลด้วยพลาสมาร่วมกับการบำบัดต่อเนื่อง
Zhang และคณะ (2023)Journal of the Science of Food and Agricultureการสลายดีออกซีนิวาลีนอลในข้าวสาลีด้วยพลาสมาเย็นแบบสองชั้นฉนวน พร้อมระบุเส้นทางและผลิตภัณฑ์ของการสลาย
Suwannarat และคณะ (2021)ACS Applied Materials & Interfacesผลของพลาสมาแบบคายประจุในของเหลวต่อการลดเชื้อรา Alternaria brassicicola ซึ่งอยู่ในกลุ่มเชื้อราเส้นใยเช่นเดียวกับเชื้อที่สร้างสารพิษหลายชนิด

ในเชิงกลไก อะฟลาทอกซิน บี 1 มีวงแหวนแลกโทนและวงแหวนอีพอกไซด์ที่ไวต่อปฏิกิริยาออกซิเดชัน ส่วนโมเลกุลดีออกซีนิวาลีนอลมีวงแหวนอีพอกไซด์ พันธะคู่ และหมู่ไฮดรอกซิลที่ถูกโจมตีได้ นี่คือเหตุผลเชิงเคมีที่ทำให้กลุ่มนี้ตอบสนองต่อพลาสมาในระดับห้องปฏิบัติการ

การยืนยันว่าโมเลกุลเปลี่ยนไปจริงต้องใช้เทคนิคโครมาโทกราฟีของเหลวร่วมกับแมสสเปกโทรเมทรีแบบต่อเนื่อง หรือ LC-MS/MS ซึ่งเป็นเทคนิคที่หน่วยงานกำกับดูแล (regulator) ทั่วโลกยอมรับว่ามีความไวและความจำเพาะสูงกว่าวิธีคัดกรองแบบเร็ว

เมล็ดข้าวโพดที่มีเชื้อราด้านหนึ่งขณะถูกพลาสมาสัมผัส
เมล็ดข้าวโพดที่มีเชื้อราด้านหนึ่งขณะถูกพลาสมาสัมผัส

04ทำไมเรื่องนี้จึงยังเป็นงานวิจัย ไม่ใช่บริการเชิงพาณิชย์

คำตอบมีสี่ข้อ และทุกข้อตรวจสอบได้

สี่เหตุผลที่ยังไม่ประกาศเป็นบริการเชิงพาณิชย์
  • ระดับการลดในห้องปฏิบัติการแสดงช่วงค่าที่กว้างมาก ขึ้นกับความต่างศักย์ ความถี่ ระยะเวลาบำบัด ชนิดแก๊ส ความชื้นของวัตถุดิบ และโครงสร้างของวัตถุดิบที่สารพิษปนเปื้อนอยู่
  • ผลต่อคุณค่าทางโภชนาการของวัตถุดิบ ทั้งโปรตีน ไขมัน กรดอะมิโนจำเป็น และวิตามินที่ไวต่อออกซิเดชัน ต้องทดสอบแยกในแต่ละวัตถุดิบก่อนขยายขนาด
  • ระบบบำบัดระดับตันต่อชั่วโมงยังต้องออกแบบเฉพาะ และเป็นงานวิศวกรรมที่ยังพัฒนาต่อเนื่อง
  • การขึ้นทะเบียนกระบวนการภายใต้กรอบ HACCP และหลักเกณฑ์ของอุตสาหกรรมอาหารสัตว์ ต้องอาศัยชุดข้อมูลที่ผลิตจากเฟสวิจัยก่อน

การประกาศตัวเลขร้อยละการลดโดยไม่ผ่านการทดสอบกับวัตถุดิบจริงของผู้ประกอบการแต่ละราย จะเป็นการให้คำมั่นที่หลักฐานยังตามไม่ทัน ซึ่งเป็นความเสี่ยงที่ทั้งสองฝ่ายไม่ควรรับ

05คู่ค้าแบบไหนที่เหมาะกับโครงการลักษณะนี้

โครงการแบบนี้เหมาะกับองค์กรที่มีปริมาณวัตถุดิบเสี่ยงต่อเนื่อง และมองชุดข้อมูลวิจัยเป็นทรัพย์สินขององค์กร ไม่ใช่ค่าใช้จ่ายครั้งเดียว

กลุ่มที่เหมาะเป็นคู่ค้าวิจัย
  • ผู้ประกอบการอาหารสัตว์ขนาดใหญ่ที่มีฝ่ายวิจัยและพัฒนาภายใน
  • โรงสีข้าวและโรงงานแปรรูปข้าวโพดที่มีปัญหาเฉพาะล็อตและต้องการสำรวจทางเลือก
  • ผู้ผลิตอาหารทารกและอาหารเฉพาะทางที่ต้องการระดับต่ำกว่าค่าจำกัดสากล
  • ผู้ส่งออกธัญพืชและผลิตภัณฑ์ธัญพืชไปยังตลาดที่ตรวจเข้ม
  • หน่วยงานวิจัยภาครัฐและสถาบันการศึกษาด้านความปลอดภัยอาหารสัตว์
วงแหวนพลาสมาใต้จานตัวอย่างในเครื่องคายประจุผ่านแผ่นฉนวน
วงแหวนพลาสมาใต้จานตัวอย่างในเครื่องคายประจุผ่านแผ่นฉนวน

06โครงการวิจัยเดินอย่างไร

เริ่มจากการทบทวนวรรณกรรมและการตรวจวัดวัตถุดิบตั้งต้น ทั้งความชื้น ปริมาณจุลินทรีย์ (microorganisms) เริ่มต้น และระดับสารพิษที่เกี่ยวข้อง โดยวัดด้วย LC-MS/MS ผ่าน VISBIO เพื่อสร้างข้อมูลฐานก่อนบำบัด

จากนั้นเข้าสู่การศึกษาประสิทธิภาพเบื้องต้นในแบตช์เล็กในห้องปฏิบัติการ เปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม พร้อมประเมินคุณค่าทางโภชนาการก่อนและหลังบำบัดควบคู่กันไป เพราะการลดสารพิษได้แต่ทำลายคุณค่าทางโภชนาการไปด้วยไม่ใช่ผลลัพธ์ที่ใช้ได้

เมื่อผลสนับสนุน จึงออกแบบกระบวนการและเครื่องในระดับนำร่องตามอัตราการไหลและสภาวะที่พันธมิตรต้องการ พร้อมคู่มือปฏิบัติงานและการฝึกอบรมทีม

การตรวจสอบทั้งหมดดำเนินการโดย VISBIO ในฐานะผู้ตรวจสอบอิสระ ครอบคลุมระดับสารพิษด้วย LC-MS/MS การประเมินคุณค่าทางโภชนาการ และการประเมินด้านประสาทสัมผัสสำหรับวัตถุดิบที่จะเข้าสู่อาหารมนุษย์ การแยกบทบาทระหว่างผู้พัฒนาเทคโนโลยีกับผู้ตรวจสอบผล ทำให้ทีมความปลอดภัยอาหารของคู่ค้ามีเอกสารที่ใช้ชี้แจงต่อหน่วยงานกำกับดูแลและผู้ซื้อปลายทางได้

การปรับสภาพวัตถุดิบเกษตรปริมาณมากด้วยอาร์เรย์พลาสมา
การปรับสภาพวัตถุดิบเกษตรปริมาณมากด้วยอาร์เรย์พลาสมา

07สรุป สี่ข้อก่อนตัดสินใจ

สี่ข้อที่ควรจำก่อนตัดสินใจ
  • ไทยใช้วัตถุดิบอาหารสัตว์ระดับล้านตันต่อปี วิธีจัดการไมโคทอกซินที่ใช้อยู่มีต้นทุนต่อเนื่องทุกล็อต และได้ผลต่างกันตามชนิดสารพิษ
  • งานวิจัยพลาสมากับไมโคทอกซินก้าวหน้าทั้งด้านเทคนิคและด้านการอธิบายกลไก
  • แต่ระดับการลดในห้องปฏิบัติการยังแสดงช่วงค่าที่กว้างมาก ขึ้นกับความต่างศักย์ ความถี่ เวลาบำบัด ชนิดแก๊ส ความชื้น และโครงสร้างของวัตถุดิบ เรื่องนี้จึงยังเป็นงานวิจัย ไม่ใช่บริการเชิงพาณิชย์
  • ต้องวัดด้วย LC-MS/MS เพื่อสร้างข้อมูลฐานก่อนบำบัด เหมาะกับองค์กรที่มองชุดข้อมูลวิจัยเป็นทรัพย์สิน ไม่ใช่ค่าใช้จ่ายครั้งเดียว

08คำถามที่พบบ่อย

พลาสมาลดอะฟลาทอกซินได้กี่เปอร์เซ็นต์

ไม่มีตัวเลขเดียวที่ตอบได้ งานวิจัยรายงานช่วงค่าที่กว้างมากเพราะผลขึ้นกับพารามิเตอร์การบำบัด ชนิดของสารพิษ และโครงสร้างของวัตถุดิบ การให้ตัวเลขโดยไม่ระบุเงื่อนไขจึงไม่มีความหมายในทางปฏิบัติ

สารที่สลายแล้วปลอดภัยหรือไม่

งานวิจัยที่ศึกษาเส้นทางการสลายรายงานผลิตภัณฑ์ที่มีพิษต่ำกว่าสารตั้งต้น แต่การยืนยันความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์การสลายในแต่ละวัตถุดิบต้องทำเป็นรายกรณี และเป็นส่วนหนึ่งของงานที่ต้องทำในเฟสวิจัย ไม่ใช่สิ่งที่สรุปข้ามจากงานวิจัยของวัตถุดิบอื่น

ทำไมต้องใช้ LC-MS/MS ทำไมไม่ใช้ชุดตรวจแบบเร็ว

ชุดตรวจแบบเร็วเหมาะกับการคัดกรองล็อตในงานประจำวัน แต่การวัดการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลก่อนและหลังการบำบัดต้องการความไวและความจำเพาะที่สูงกว่า และต้องแยกแยะได้ว่าสารตั้งต้นหายไปกลายเป็นอะไร ซึ่งเป็นสิ่งที่ LC-MS/MS ทำได้

ใช้เวลานานแค่ไหนกว่าจะรู้ว่าทำได้จริง

ขึ้นอยู่กับจำนวนเงื่อนไขที่ต้องทดสอบและชนิดวัตถุดิบ แต่โครงสร้างของโครงการออกแบบให้มีจุดตัดสินใจหลังการศึกษาเบื้องต้น เพื่อให้หยุดได้เร็วถ้าผลไม่สนับสนุน แทนที่จะผูกงบไว้ยาวตั้งแต่ต้น

09คุยโจทย์ของคุณกับทีม TIBD

ถ้าองค์กรของคุณรับวัตถุดิบที่เสี่ยงไมโคทอกซินต่อเนื่อง และสนใจสร้างชุดข้อมูลของตัวเอง เรื่องนี้เดินเป็นโครงการวิจัยร่วม ไม่ใช่การซื้อบริการ

TIBD ทำงานร่วมกับนักวิจัยและเจ้าของเทคโนโลยี เพื่อให้งานวิจัยเดินต่อจากห้องปฏิบัติการไปถึงสายการผลิตจริง สิ่งแรกที่เราทำคือประเมินร่วมกันว่าโจทย์ของคุณเหมาะกับเทคโนโลยีนี้จริงหรือไม่ ถ้าประเมินแล้วไม่เหมาะ เราจะบอกตั้งแต่ต้น

ทักไลน์ @tibdglobal หรือกรอกแบบฟอร์มที่ tibdglobal.com/contact แล้วเล่าโจทย์ในกระบวนการของคุณมาได้เลย

อ่านต่อ

← กลับหน้าหลัก Cold Plasma · บริการพลาสมาเย็น · ติดต่อทีมงาน

แหล่งข้อมูล Wang และคณะ (2017) Journal of Agricultural and Food Chemistry DOI: 10.1021/acs.jafc.7b01604 · Feizollahi, Misra และ Roopesh (2021) Food Engineering Reviews DOI: 10.1007/s12393-020-09241-0 · Zhang และคณะ (2023) Journal of the Science of Food and Agriculture DOI: 10.1002/jsfa.12393 · Suwannarat และคณะ (2021) ACS Applied Materials & Interfaces · Misra, Schlüter และ Cullen (บรรณาธิการ, 2016) Cold Plasma in Food and Agriculture, Academic Press · กรอบกฎระเบียบ: Codex Alimentarius CXS 193-1995, Regulation (EU) 2023/915, ประกาศกระทรวงสาธารณสุขว่าด้วยมาตรฐานสารพิษจากเชื้อราในอาหาร, US FDA Compliance Policy Guide Sec. 683.100 · งานวิจัยพลาสมาเย็นในประเทศไทยโดย รศ.ดร.ศิวพล ศรีสนพันธุ์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
เกี่ยวกับ TIBD บริษัท ทีไอบีดี จำกัด ทำงานร่วมกับนักวิจัยและเจ้าของเทคโนโลยี เพื่อให้งานวิจัยเดินต่อจากห้องปฏิบัติการไปสู่การใช้งานจริงในภาคอุตสาหกรรม ตั้งแต่การประเมินความเป็นไปได้ การออกแบบการทดสอบ การสร้างต้นแบบ ไปจนถึงการขยายขนาด (scale-up) การผลิต โดยมี VISBIO บริษัทในเครือทำหน้าที่ตรวจสอบประสิทธิภาพอย่างเป็นอิสระ สำนักงานตั้งอยู่ที่สถาบันผลิตผลเกษตรฯ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ บางเขน
บริษัท ทีไอบีดี จำกัด · สถาบันค้นคว้าและพัฒนาผลิตผลทางการเกษตรและอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ บางเขน