บรรจุภัณฑ์นาโนเทคโนโลยี ยืดอายุอาหาร

โดย...เจษฎา แม่นยำ ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (นาโนเทค) สวทช.

ในชีวิตประจำวันเราต่างมีความคุ้นเคยกับการบรรจุหีบห่ออาหารที่ถูกนำมาใช้ด้วยวัตถุประสงค์หลักอันเดียวกัน คือเป็นภาชนะบรรจุและห่อหุ้มอาหารไม่ให้ปนเปื้อนสิ่งสกปรกจากภายนอก และป้องกันไม่ให้อาหารบูดเสียก่อนที่ผู้บริโภคจะได้ซื้อหามารับประทานกัน

ปัจจุบันอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์อาหารได้เติบโตขึ้นมากตามการขยายตัวของตลาดอาหาร ผู้ผลิตบรรจุภัณฑ์อาหารจึงแข่งขันกันคิดค้นพัฒนาและนำนวัตกรรมมาใช้ในบรรจุภัณฑ์เพื่อสร้างมูลค่าให้ผลิตภัณฑ์นั้นอยู่เสมอ

บรรจุภัณฑ์อาหารในทุกวันนี้จึงไม่ได้ทำหน้าที่เป็นเพียงภาชนะบรรจุอย่างเดียว แต่ได้รวมเอาเทคโนโลยีใหม่ๆ มาเพิ่มสมบัติพิเศษ และลูกเล่นต่างๆ ทำให้กรอบของการออกแบบบรรจุภัณฑ์ยุคใหม่ถูกขยายออกไปให้กว้างกว่าเดิม

โลกวิทยาศาสตร์ในรอบสัปดาห์นี้ ขอยกตัวอย่างการนำเทคโนโลยีการควบคุมโครงสร้างระดับนาโนมาใช้กับวัสดุบรรจุภัณฑ์อาหารให้มีความสามารถควบคุมสภาวะแวดล้อมภายในห่อ เพื่อให้อาหารคงความสดและคุณค่าทางโภชนาการไว้ได้ตลอดเส้นทางการขนส่งและมีอายุอยู่บนชั้นวางได้นานที่สุด

 

บรรจุภัณฑ์ที่มีสมบัติป้องกันการซึมผ่าน (Gas barrier)

ปัจจัยหนึ่งซึ่งส่งผลต่ออายุของอาหารสำเร็จรูปและเครื่องดื่ม คือการสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมภายนอก ซึ่งประกอบไปด้วยความร้อน ก๊าซออกซิเจน และความชื้นที่สามารถทำปฏิกิริยากับอาหารจนทำให้เสื่อมคุณภาพลงไป

นอกจากนี้ ปัจจัยต่างๆ ข้างต้นยังเป็นตัวเร่งให้จุลินทรีย์ที่ทำให้อาหารบูดเสียเติบโตได้ดีอีกด้วย

ดังนั้น การพัฒนาบรรจุภัณฑ์ที่สามารถรักษาสภาพบรรยากาศภายในบรรจุภัณฑ์ให้มีการเปลี่ยนแปลงน้อยที่สุด เช่น ซองใส่สารดูดความชื้นที่บรรจุมาพร้อมกับขนมในกล่อง ก็นับเป็นอีกวิธีหนึ่งที่ผู้ผลิตใช้เพื่อคงสภาพภายในบรรจุภัณฑ์ให้ปราศจากความชื้น

อย่างไรก็ตาม วัสดุพลาสติกธรรมดาจะป้องกันการซึมผ่านของก๊าซได้เพียงระดับหนึ่งเท่านั้น

ข้อจำกัดดังกล่าวจึงนำไปสู่การพัฒนาบรรจุภัณฑ์จากวัสดุนาโนคอมโพสิตโดยผสมนาโนเคลย์ที่มีโครงสร้างเป็นแผ่นชิ้นเล็กๆ บางๆ ขนาดไม่กี่นาโนเมตรเข้ากับเนื้อพลาสติกในสัดส่วนที่เหมาะสม

ขณะเดียวกันก็ใช้เทคโนโลยีการผลิตบังคับให้อนุภาคนาโนเคลย์มีการจัดเรียงตัวเป็นชั้นกำแพงจะทำให้วัสดุบรรจุภัณฑ์นี้มีสมบัติกีดขวางการแพร่ผ่านของก๊าซ ความชื้นและความร้อนได้ในคราวเดียวกัน โดยที่หีบห่อนั้นยังคงสมบัติความแข็งแรงและความโปร่งแสงเอาไว้ได้อีกด้วย

จากการทดสอบเครื่องดื่มโซดาที่บรรจุในขวดที่ผลิตจากวัสดุนาโนคอมโพสิตนี้จะมีอายุการจัดเก็บได้นานกว่าการบรรจุขวดพลาสติกแบบเดิมถึง 3 เท่าเลยทีเดียว

 

บรรจุภัณฑ์ที่มีสมบัติให้เลือกผ่าน(Permeability)

การยืดอายุผลิตภัณฑ์ผักผลไม้สดจะมีวิธีการที่แตกต่างไปจากวิธีที่ใช้กับอาหารจำพวกปรุงสำเร็จและเนื้อสัตว์

เหตุผลเพราะบรรดาผักผลไม้เหล่านี้จะยังมีการแลกเปลี่ยนก๊าซออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ต่อไปหลังจากเก็บเกี่ยวคล้ายกับการหายใจของคนเรา

ทั้งนี้ ผักที่ถูกจัดเก็บในสภาวะที่มีอัตราการหายใจสูงก็จะสูญเสียความชุ่มชื้นและความสดไปอย่างรวดเร็ว ซึ่งการรักษาสภาพการจัดเก็บให้ผักสดมีอัตราการหายใจที่เหมาะสมก็จะช่วยยืดอายุของผักนั้นไว้ได้นานที่สุด

ดังนั้น บรรจุภัณฑ์สำหรับการรักษาความสดของผักผลไม้ จึงอาจได้รับการขนานนามว่า “ฟิล์มหายใจได้” เพราะยอมให้ก๊าซและความชื้นแพร่ผ่านเข้าและออกในอัตราที่เหมาะสม

สำหรับวิธีหนึ่งในการสร้างฟิล์มหายใจได้ คือ การเจาะฟิล์มพลาสติกเป็นรูพรุนเล็กๆ เพื่อให้อากาศสามารถไหลเวียนถ่ายเทได้นั่นเอง

กระนั้น ฟิล์มชนิดดังกล่าวก็ยังไม่สามารถที่จะรักษาปริมาณของก๊าซภายในบรรจุภัณฑ์ให้อยู่ในสัดส่วนที่เหมาะไว้ได้ ยกตัวอย่างเช่น บร็อกโคลี่ ซึ่งมีอัตราการหายใจต่ำและเก็บไว้ได้นานหากอยู่ในบรรยากาศที่ประกอบด้วยก๊าซออกซิเจน 3% และคาร์บอนไดออกไซด์ 8% ซึ่งเป็นสัดส่วนที่แตกต่างจากก๊าซในบรรยากาศทั่วไปที่เราหายใจกันอยู่

อุปสรรคข้างต้นจึงนำไปสู่การพัฒนาพลาสติกชนิดพิเศษที่สามารถปรับสมบัติการยอมให้ก๊าซออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์แพร่ผ่านได้ยากหรือง่ายขึ้น เมื่อรูปแบบการจัดเรียงโมเลกุลในวัสดุนั้นเปลี่ยน
แปลงไป เช่น ก๊าซจะแพร่ผ่านโมเลกุลที่มีการเรียงตัวเป็นระเบียบคล้ายโครงสร้างผลึกได้ยาก แต่จะแพร่ผ่านโมเลกุลที่เรียงตัวไม่เป็นระเบียบได้ง่ายกว่า ด้วยเทคโนโลยีบังคับการเรียงตัวในวัสดุนี้ ผู้ผลิตจึงสามารถออกแบบบรรจุภัณฑ์หายใจได้ที่มีความจำเพาะกับผักผลไม้สดชนิดต่างๆ ได้ดียิ่งขึ้น

ทั้งนี้ ตัวอย่างของบรรจุภัณฑ์นาโนเทคโนโลยีที่กล่าวมานี้ ปัจจุบันได้มีการนำมาใช้งานจริงแล้ว ซึ่งเป็นเพียงบางส่วนของนวัตกรรมบรรจุภัณฑ์ที่ผู้ผลิตนำมาใช้เพื่อรักษาคุณภาพและความปลอดภัยของอาหารที่จะส่งผลต่อความมั่นใจและพึงพอใจของผู้บริโภคมากขึ้น