เทคโนโลยีป้องกันเชื้อชนิดทนความร้อน

นักวิจัยพยายามระบุและจำแนกชนิดของแบคทีเรียเพื่อกำจัดออกจากผลิตภัณฑ์นม ในกระบวนการผลิตนมนั้น ไม่ใช่ว่าแบคทีเรียทุกชนิดจะถูกทำลายได้ด้วยความร้อน และกระบวนการฆ่าเชื้อแบบพาสเจอร์ไรซ์ โดยเฉพาะชนิดที่ทนร้อนหรือชอบความร้อนโดยธรรมชาติ การกำจัดแบคทีเรียเหล่านี้นับว่าเป็นความท้าทายสำหรับอุตสาหกรรมนมเลยทีเดียว

เพื่อช่วยผู้ประกอบการด้านนี้ ซานจีฟ อานันต์ (Sanjeev Anand) จากมหาวิทยาลัยเซาธ์ ดาโกต้า สเตทในประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ทำการศึกษาจุลินทรีย์เหล่านี้ เพื่อค้นหาวิธีกำจัดที่ดีที่สุดจากนม โดยความร่วมมือจากทีมวิจัยของเขาภายใต้การสนับสนุนจากสถาบันวิจัยนมและศูนย์วิจัยอาหารและนมมิดเวสต์ (Dairy Research Institute and the Midwest Dairy Food Research Centre) ซึ่งเขาสามารถประสบความสำเร็จในด้านวิธีการจุลินทรีย์บางชนิดที่พบในน้ำนม จะป้องกันตัวเองจากความร้อน โดยการสร้างสปอร์ ซึ่งจะทำให้ตัวมันหนาขึ้นและหมดสภาพ นายอานันต์กล่าวว่า จากการสร้างสปอร์ ทำให้จุลินทรีย์บางชนิดสามารถเจริญเติบโตได้ดีในที่ที่มีความร้อนสูง (เป็นพวกที่ชอบความร้อน) ซึ่งนอกเหนือจากทำให้มีผลเสียกับผลิตภัณฑ์นมแล้ว จุลินทรีย์เหล่านี้ยังก่อให้เกิดปัญหากับพื้นผิวของอุปกรณ์ที่ใช้ในกระบวนการผลิตนมจากการสร้างกลุ่มของแบคทีเรีย (colonies) และขยายจำนวนมากขึ้น จนสร้างเป็นชั้นของคราบจุลินทรีย์ (Biofilm) ซึ่งจะเป็นการสร้างอาหารให้แบคทีเรีย และยังสามารถปกป้องตัวแบคทีเรียได้อีกด้วย

คิม บูห์เนอร์ (Kim Buehner) นักศึกษาด้านศาสตร์ แห่งนม (Dairy Science) และรองศาสตราจารย์ซานจีฟ อานันต์ แห่งมหาวิทยาลัยเซาธ์ ดาโกต้า สเตท ทำการพัฒนาประยุกต์การใช้ความร้อนและไม่ใช้ความร้อนร่วมกันเพื่อให้จุลินทรีย์ที่ทนความร้อนสามารถไวต่อกระบวนการฆ่าเชื้อแบบพาสเจอร์ไรซ์

นายอานันต์และทีมวิจัย ซึ่งประกอบไปด้วยนักวิจัยที่เป็นบัณฑิต 8 คนและนักศึกษาปริญญาตรีอีก 10 คน ได้ร่วมกันทำโครงการศึกษาเกี่ยวกับแบคทีเรียทนความร้อนและคราบจุลินทรีย์มาประมาณ 5 ปี ดำเนินการศึกษา การแยกชนิดของเชื้อแบคทีเรียที่ทนต่อความร้อน หาวิธีฆ่าเชื้อเหล่านี้ หรือทำให้มันไวต่อการฆ่าเชื้อด้วยความร้อน โดยได้สุ่มตัวอย่าง น้ำนม ชีส นมผงและสิ่งแวดล้อม ซึ่งรวบรวมจากผลิตภัณฑ์นมในพื้นที่ภาคตะวันออกของรัฐเซ้าธ์ดาโกต้าและอีก 3 โรงงานแปรรูปที่อยู่นอกพื้นที่ของรัฐนี้ ทำการระบุสายพันธุ์ที่คัดแยกออกมาโดยใช้เทคนิคต่างๆ เช่น การจำแนกโดยวิธีอณู (molecular typing) และ เทคนิคทำให้สารเกิดไอออไนเซชัน หรือ แตกตัวเป็นอะตอมที่มีประจุ (ion) ก่อนที่จะเข้าสู่เครื่องวัดมวลโมเลกุล (matrix-assisted laser desorption) ซึ่งเป็นแบบ Time of Flight (TOF) เขากล่าวว่า “เรากำลังก้าวเข้าสู่วิธีที่เป็นระบบมากขึ้น โดยใช้เทคโนโลยีใหม่ล่าสุด”

ในขั้นแรกของการค้นคว้า คณะทำงาน ได้พัฒนาวิธี ซึ่งเมื่อร่วมกับการฆ่าเชื้อแบบพาสเจอร์ไรซ์แล้ว พบว่าค่อนข้างประสบผลสำเร็จ สำหรับการจัดการกับเซลล์พืชชนิดที่สร้างสปอร์และมีขอบเขตการทนต่อความร้อนทั้งน้อยและมาก นายอานันต์กล่าวว่า กระบวนการที่ใช้ฆ่าเชื้อในแต่ละครั้งค่อนข้างคงที่ และจะนำไปปรับใช้ได้ในกระบวนการผลิตอย่างต่อเนื่อง และหากประสบความสำเร็จ “เราจะมีกระบวนการบูรณาการในระดับนำร่องที่จะใช้ร่วมกับอุตสาหกรรมได้”เขากล่าวเสริม

การกำจัดคราบจุลินทรีย์ (Biofilm)

นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังได้มีการกำหนดเป้าหมายศึกษาเรื่องคราบจุลินทรีย์ ซึ่งจะพบบริเวณข้อต่อ แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน และแผ่นเยื่อกรองในอุปกรณ์ที่ใช้ในกระบวนการผลิตนม

เชื้อแต่ละชนิดที่รวบรวมมาจากส่วนต่างๆ ของกระบวนการผลิตนม จะถูกแยกและเพาะเลี้ยงเพื่อให้พัฒนาเป็นคราบจุลินทรีย์ที่มีสายพันธุ์เดียว และคราบที่มีหลายสายพันธุ์ปนกัน “ภายใต้สภาวะของห้องปฏิบัติการ คราบจุลินทรีย์สามารถเกิดขึ้นได้ทุกที่ ตั้งแต่ 12- 48 ชั่วโมง” ซึ่งกระบวนการเหล่านี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถประเมินสภาวะการเกิดคราบจุลินทรีย์ และ ในที่สุดก็จะทราบว่า “เราจะสามารถทราบวิธีที่จะเปลี่ยนระบบการทำความสะอาดเพื่อขจัดคราบจุลินทรีย์อย่างได้ผลและมีประสิทธิภาพมากขึ้น”นายอานันต์กล่าว

การศึกษาถึงการฝังตัวของจุลินทรีย์ในคราบจุลินทรีย์ ไม่ได้ศึกษาเพียงแต่ในระบบที่คงที่เท่านั้น แต่ยังทำการศึกษาในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ โดยจำลองการไหลของน้ำนมหรือหางนมอย่างต่อเนื่อง ซึ่งใกล้เคียงกับระบบที่เป็นจริง เขากล่าวว่าแม้ว่าเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพจะไม่มีแรงดันสูงเช่นในระบบอัตโนมัติก็ตาม นักวิจัยได้ระบุถึงชนิดของสารเคมีที่มีผลต่อเชื้อแต่ละชนิด และยังวิเคราะห์ถึงผลที่เกิดขึ้น เพื่อพัฒนาให้ได้ต้นแบบของวิธีการขจัดจุลินทรีย์ที่ดีขึ้น

การป้องกันอุปกรณ์

เมื่อมีการสร้างสปอร์ในสิ่งแวดล้อม มันสามารถสร้างความเสียหายต่ออุปกรณ์โดยเฉพาะบริเวณพื้นผิวของสแตนเลสของอุปกรณ์ที่ใช้ในกระบวนการผลิตนม ซึ่งจะนำไปสู่การกัดกร่อนของเครื่องทำความร้อนเบื้องต้นและเครื่องทำแห้งแบบพ่นฝอย (spray dryer)

ด้วยการสนับสนุนอย่างต่อเนื่องจากสถาบันวิจัยนม ช่วยให้ทีมนักวิจัยได้พิจารณาถึงการปรับ เปลี่ยนผิวสัมผัสของภายในอุปกรณ์ที่จะช่วยลดความสามารถในการเพิ่มจำนวนของเชื้อต่างๆ เพื่อสร้างคราบจุลินทรีย์ขึ้น ซึ่งการเข้าถึงวิธีการต่างๆ ในการลดระดับของจุลินทรีย์ทนความร้อนให้น้อยลงนี้ นักวิจัยจาก SDSU หวังที่จะปรับปรุงทั้งทางด้านคุณภาพความปลอดภัย และยืดอายุการเก็บของผลิตภัณฑ์นม

อุตสาหกรรมนมใน เซาธ์ดาโกต้า ผลิตนมมูลค่า 1.8 พันล้านปอนด์ และ ชีส 232 ล้านปอนด์ ซึ่งสร้างผลกระทบทางเศรษฐกิจโดยรวมเป็นมูลค่าถึง 1.28 ล้านดอลล่าร์/ปี มีโรงงานผลิตนม 7 แห่งทั่วรัฐและในปีนี้ มีที่กำลังจะเริ่มดำเนินการอีก 1 แห่งในเมืองบรูคิ้ง

นายอานันต์กล่าวว่าข้อมูลที่รวบรวมมานี้ได้แบ่งปันให้กับผู้ผลิต และอุตสาหกรรมนม เพื่อช่วยสร้างความเชื่อมโยงการจัดการวิธีการปฏิบัติ เพื่อนำมาใช้ในระดับผู้ผลิต และควบคุมพวกเขาในระหว่างกระบวนการผลิตต่อไป