บรรจุภัณฑ์น้ำผลไม้ (ตอนที่ 1)

1.บทนำ

น้ำผลไม้คล้ายคลึงกับอาหารประเภทอื่นๆ ที่สามารถเสื่อมคุณภาพได้ มูลเหตุสำคัญของการเสื่อมคุณภาพได้แก่ จุลินทรีย์และการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ทำให้รสชาติและสีเปลี่ยนแปลงได้

นอกจากนี้วัสดุสำหรับบรรจุภัณฑ์ที่ไม่เหมาะสมในการบรรจุใส่น้ำผลไม้ยังอาจก่อให้เกิดปฏิกิริยาอื่นๆ ทำการบั่นทอนคุณภาพของน้ำผลไม้ กล่าวโดยทั่วไปแล้ว บรรจุภัณฑ์สำหรับน้ำผลไม้จึงควรมีสมบัติหลักดังต่อไปนี้เพื่อยืดอายุขัย (Shelf Life) ของน้ำผลไม้

มีคุณสมบัติที่เข้ากันได้ (Compatibility) กับน้ำผลไม้ที่บรรจุใส่ โดยมีการทำปฏิกิริยาน้อยที่สุด
ช่วยป้องกันการซึมผ่านของออกซิเจน กลิ่น แสง และรสชาติ
ช่วยรักษาอุณหภูมิของน้ำผลไม้
สะดวกใช้และจัดส่ง

2. อายุการเก็บของน้ำผลไม้

ผู้ประกอบการที่มีความมุ่งมั่นผลิตอาหารที่ปลอดภัย คุณภาพสูงอย่างคงที่ มีคุณค่าทางโภชนาการ ต้องหาวิธีที่จะประเมินอายุของผลิตภัณฑ์อาหารให้ถูกต้อง และสามารถผลิตอาหารให้เก็บได้ตามเวลาที่ต้องการ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการผลิตที่ดี (Good Manufacturing Practice) หรือ GMP
คำนิยาม อายุของผลิตภัณฑ์อาหาร คือ ช่วงระยะเวลาที่สินค้าบรรจุอยู่ในบรรจุภัณฑ์ และสามารถรักษาคุณภาพให้อยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ภายใต้สภาวะการเก็บหนึ่งๆ
จากคำนิยามจะพบว่าองค์ประกอบของอายุผลิตภัณฑ์อาหารแปรผันกับ 3 ปัจจัยหลัก คือ ตัวสินค้า บรรจุภัณฑ์ และสิ่งแวดล้อม หลังจากที่ได้รับการแปรรูปและผ่านกระบวนการผลิตแล้ว

2.1 สินค้า

สินค้าจะเสื่อมคุณภาพด้วยปฏิกิริยาต่างๆกัน น้ำผลไม้โดยส่วนใหญ่จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่น ความเป็นกรดมากน้อย ของน้ำผลไม้ยังเป็นตัวจำกัดโอกาสเลือกใช้บรรจุภัณฑ์ในขณะที่สาเหตุการเสื่อมคุณภาพของน้ำผลไม้จำต้องกำหนดขึ้นว่า มาตรฐานหรือระดับคุณภาพขนาดไหนจะไม่เป็นที่ยอมรับ การกำหนดระดับคุณภาพที่ยอมรับไม่ได้นี้ จำเป็นต้องทำการชิม และสัมภาษณ์จากกลุ่มเป้าหมายที่เรียกว่า Sensory Panal กลุ่มเป้าหมายที่จะทดสอบความยอมรับของคุณภาพสินค้าจำต้องใกล้เคียงกลุ่มบริโภคที่จะซื้อจริงเมื่อวางจำหน่ายสินค้า

2.2 บรรจุภัณฑ์

บรรจุภัณฑ์ที่นิยมใช้บรรจุน้ำผลไม้มีตั้งแต่ กระป๋อง ซองหรือถุง ถังโลหะหรือถังพลาสติก ขวดแก้วและขวดพลาสติก นอกจากนี้ในกรณีส่งออกยังมีการใช้ถุงบรรจุในกล่องลูกฟูกที่รู้จักกันในนามของ Bag in Box ในภาคผนวกที่ 1-2 ได้แสดงรายละเอียดของบรรจุภัณฑ์ที่ใช้และปริมาณการบรรจุน้ำผลไม้ในประเทศสาธารณรัฐจีน (ใต้หวัน)
ตัวบรรจุภัณฑ์ต้องทำหน้าที่ป้องกันให้สินค้าไม่เสื่อมคุณภาพเร็วจนเกินไป โดยปกติน้ำผลไม้จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศแล้วเกิดการเปลี่ยนแปลงรสชาติ จึงจำต้องเลือกวัสดุที่สามารถป้องกันการซึมผ่านของก๊าซออกซิเจนที่วัดด้วยค่า อัตราการซึมผ่านของออกซิเจน (OTR -Oxygen Transmission Rate) ระดับการป้องกันของน้ำผลไม้ชนิดเดียวกันจะแปรตามการเลือกใช้วัสดุบรรจุภัณฑ์ที่มี OTR ต่างกัน นอกจากออกซิเจนซึ่งเป็นศัตรูตัวสำคัญของน้ำผลไม้แล้ว อัตราการซึมผ่าน ของกลิ่นหรือก๊าซอื่นๆ ก็จะมีผลต่อคุณภาพของน้ำผลไม้เช่นเดียวกัน
วัสดุบรรจุภัณฑ์ที่จะใช้ทดสอบประเมินหาอายุของน้ำผลไม้ จำต้องกำหนดรายละเอียดให้ชัดเจน ตั้งแต่โครงสร้างของบรรจุภัณฑ์รวมกระทั่งถึงแหล่งผลิต รายละเอียดที่จำเป็นต้องทราบคือ อัตราการซึมผ่านของออกซิเจนที่มีโอกาสทำปฏิกิริยาแล้วส่งผลให้น้ำผลไม้เสื่อมคุณภาพ ชนิดของวัสดุบริเวณผิวบรรจุภัณฑ์ที่อยู่ชิดติดน้ำผลไม้ น้ำหนักสินค้าและวิธีการปิดผนึกของบรรจุภัณฑ์

2.3 สิ่งแวดล้อม

การขนย้ายสินค้าอาหารจากแหล่งผลิตไปยังจุดขายย่อยมีโอกาสทำให้อาหารบอบช้ำและอาจเสียหายจนขายไม่ได้ ในทางปฏิบัติสินค้าจำพวกอาหารจะยินยอมให้เกิดความเสียหายได้ไม่เกิน 5% เนื่องจากสินค้าอาหารมีมูลค่าไม่มากนัก อายุของอาหารแปรผันกับประสิทธิภาพในการขนส่ง น้ำผลไม้ที่มีอายุสั้นยิ่งจำเป็นต้องใช้การขนส่งที่มีประสิทธิผลและใช้พาหนะที่มีความเร็วสูง ในทางตรงกันข้ามน้ำผลไม้ที่ได้รับการแปรรูปจนมีอายุยาวจะเหมาะกับการขนส่งที่ใช้เวลา เช่น รถไฟและรถยนต์ เป็นต้น
ภายใต้กระแสความต้องการของสังคมที่จะลดพลังงาน การขนส่งที่ต้องใช้พลังงานมาก เช่น การแช่เย็น จะมีโอกาสใช้น้อยลง และหันมาพัฒนาบรรจุภัณฑ์น้ำผลไม้ที่ไม่ต้องแช่เย็นมากขึ้น หรือที่เรียกว่า Shelf Stable ซึ่งน้ำผลไม้จำพวกนี้ มีอายุการเก็บยาวนานขึ้น ความจำเป็นในการพัฒนาระบบบรรจุภัณฑ์และวัสดุบรรจุภัณฑ์ที่ใช้เทคโนโลยีสูงจึงจะมีความจำเป็นมากขึ้น

3.ระบบการบรรจุ

องค์ประกอบหนึ่งที่ส่งผลให้น้ำผลไม้ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางไปทั่วทั้งโลกได้แก่วิวัฒนาการของระบบบรรจุภัณฑ์ซึ่งได้พัฒนาบทบาทของบรรจุภัณฑ์ให้เอื้ออำนวยความสะดวกได้มากขึ้นกว่าเดิมไม่ว่าจะเป็นการยืดอายุอาหารหรือรูปทรงที่แปลกใหม่ เป็นต้น
ปัจจัยสำคัญที่จะต้องพิจารณาในการเลือกระบบบรรจุภัณฑ์ ประกอบด้วย
1. กระบวนการผลิต
2. ระบบการจัดจำหน่ายและอายุขัยที่ต้องการของน้ำผลไม้ รวมทั้งกฎข้อบังคับ
3. ส่วนผสมของน้ำผลไม้และระดับคุณภาพที่ต้องการ
4. สถานะการป้องกันและรักษาคุณภาพของน้ำผลไม้ในระหว่างการขนส่ง การเก็บคงคลังและสภาวะ ณ จุดขาย
5. การวางตำแหน่งสินค้าในตลาดขายปลีก
6. ปริมาณบรรจุ ขนาดการบรรจุที่แตกต่างกัน พร้อมทั้งรายละเอียดการพิมพ์
7. ระบบบรรจุที่ต้องการ เช่น เป็นแบบอัตโนมัติหมด หรือความจำเป็นในการขยายกำลังการผลิตในอนาคตหรือ การใช้งานร่วมกับเครื่องจักรที่มีอยู่
8. ภาพพจน์ของสินค้า และความรู้สึกของผู้บริโภคที่มีต่อสินค้าและบรรจุภัณฑ์

ปัจจัยที่ใช้พิจารณาตามที่กล่าวนี้สามารถเห็นได้อย่างชัดเจนจากการตัดสินใจเลือกวิธีการบรรจุแบบเย็น (Cold Filling) หรือแบบร้อน (Hot Filling) การบรรจุทั้งสองแบบนี้ไม่เพียงแต่จะมีความแตกต่างเฉพาะอุณหภูมิที่บรรจุ แต่ความแตกต่างนี้ครอบคลุมไปถึงกระบวนการผลิต ตัวสินค้าที่ใช้บรรจุ วัสดุบรรจุภัณฑ์ที่ใช้ วิธีการปิดสนิทแน่น พร้อมทั้งความสะดวกในการนำออกมาบริโภคและย่อมมีผลโดยต่ออายุขัยสินค้าที่ได้จากการบรรจุแต่ละแบบ

3.1 ระบบการบรรจุเย็น (cold filling)

บรรจุภัณฑ์น้ำผลไม้ที่ใช้วิธีบรรจุเย็นนี้มักจำต้องมีการกระจายสินค้าแบบแช่เย็นที่อุณหภูมิประมาณ 0-5 C โดยมีอายุขัยของสินค้าประมาณ 4-6 สัปดาห์ ระบบการบรรจุเย็นด้วยการแช่เย็นตลอดวงจรการกระจายสินค้าจะสามารถเก็บรักษารสชาติของน้ำผลไม้ไว้ได้ดีไม่ว่าน้ำผลไม้จะเตรียมจากการคั้นผลไม้สดๆ หรือเป็นการผสมจากน้ำผลไม้เข้มข้น พร้อมทั้งมีการเติมเยื่อ (Pulp) และการแต่งกลิ่น การกระจายสินค้าด้วยวิธีแช่เย็นจะช่วยเก็บกลิ่นและวิตามินต่างๆไว้เป็นอย่างดี เนื่องจากค่าใช้จ่ายในการกระจายสินค้าด้วยวิธีแช่เย็นนี้มีงบประมาณค่อนข้างสูง ทำให้ระบบบรรจุนี้ เหมาะสำหรับน้ำผลไม้ที่มีคุณค่าทางอาหารและคุณภาพที่สูงเพื่อที่จะขายได้ราคา ปริมาณการบรรจุที่นิยมใช้มีอยู่ 3 ขนาด คือ 250 มิลลิลิตร 1 ลิตร และ 2 ลิตร หรืออาจบรรจุเป็นขนาดเล็กประมาณ 180 มิลลิลิตร

ข้อดีของน้ำผลไม้ที่บรรจุเย็น ดังนี้คือ

มีระบบการผลิตและการบรรจุที่ได้รับการพัฒนา ทำให้ต้นทุนในการลงทุนเครื่องจักรต่ำ
มีโอกาสคืนทุนในระยะสั้น
มีคุณภาพสินค้าที่ดีทำให้ได้ราคาที่สูงตาม
สร้างภาพพจน์ที่ดีต่อตัวสินค้าและตราสินค้า

ส่วนข้อเสีย มีดังนี้คือ

ต้องใช้ระบบการแช่เย็นตลอดวงจรการกระจายสินค้า ทำให้มีค่าใช้จ่ายสูง
ต้องมีระบบการจัดส่งที่รวดเร็ว มีความถี่ในการจัดส่งสูงและจำต้องมีประสิทธิภาพในการจัดส่งดี

3.2 ระบบการบรรจุร้อน (Hot filing)

การบรรจุร้อนเป็นอีกกรรมวิธีหนึ่งที่ได้รับความนิยมมานานแล้ว เนื่องจากสามารถยืดอายุขัยของน้ำผลไม้ได้ การบรรจุร้อนเป็นการบรรจุที่ได้ผ่านกระบวนการฆ่าเชื้อมาแล้ว และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับน้ำผลไม้ที่มีความเป็นกรด

โดยปกติกระบวนการฆ่าเชื้อจะฆ่าเชื้อด้วยวิธีพาสเจอร์ไรซ์ (Pasteurization) ที่อุณหภูมิประมาณ 92-95 ̊C และบรรจุที่อุณหภูมิ 82̊C บรรจุภัณฑ์ที่ใช้จำต้องทนความร้อนขนาดนี้ได้โดยไม่เปลี่ยนรูปทรงของบรรจุภัณฑ์ (Distort) เนื่องจากน้ำผลไม้ที่บรรจุ ณ อุณหภูมินี้จะปล่อยให้เย็นตัวลงภายในบรรจุภัณฑ์พร้อมๆกัน ด้วยการเคลื่อนผ่านอุโมงค์ที่หล่อด้วยละอองของน้ำเย็น จากนั้นบรรจุภัณฑ์จะได้รับการเป่าด้วยลมเพื่อให้แห้งแล้วจึงทำการติดฉลากและบรรจุใส่เพื่อการขนส่งต่อไป

ข้อดีของน้ำผลไม้บรรจุร้อน มีดังนี้คือ

ต้องผ่านกระบวนการฆ่าเชื้อในการยืดอายุขัยของน้ำผลไม้สามารถเก็บได้นานในอุณหภูมิห้อง
ไม่จำเป็นต้องใช้สารเคมีหรือวัสดุกันบูดเพื่อรักษาความเป็นธรรมชาติของน้ำผลไม้
ตัวบรรจุภัณฑ์ไม่ต้องผ่านการฆ่าเชื้อด้วยสารเคมีใดๆ
ระหว่างการผลิตและการบรรจุสามารถใช้งานได้กับน้ำผลไม้หลากหลายประเภท

ข้อเสียของระบบนี้ได้แก่

ใช้พื้นที่มากในกระบวนการผลิตและบรรจุ
เหมาะกับน้ำผลไม้ที่ทนความร้อนได้โดยไม่แปลงสภาพ

สิ่งที่ควรพิจารณา

ระบบการบรรจุร้อนทั้งระบบจะใช้พลังงานมากพอสมควร แต่ในระบบการผลิตสมัยใหม่จะสามารถนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่ได้มากถึง 70-80 %
สามารถยืดอายุขัยได้พอสมควรพร้อมทั้งเก็บกลิ่นรสชาติได้ โดยไม่มีความแตกต่างของรสชาติอย่างเห็นได้ชัดระหว่างการบรรจุร้อนและการบรรจุแบบปลอดเชื้อ (Aseptic) ดังที่กล่าวถึงในหัวข้อต่อไป

3.3 ระบบการบรรจุแบบปลอดเชื้อ (Aseptic)

คำว่าปลอดเชื้อหรือ Aseptic มีรากศัพท์จากภาษากรีกที่ว่า Septicos ซึ่งมีความหมายว่าปราศจากเชื้อที่ทำให้เน่าเสีย (Putrefactive Microorganism) ความแตกต่างของการบรรจุแบบปลอดเชื้อ คือ มีการฆ่าเชื้อในตัวสินค้าหรือน้ำผลไม้แยกออกจากตัวบรรจุภัณฑ์ที่ทำการฆ่าเชื้อในระหว่างการบรรจุและปิดผนึกตัวบรรจุภัณฑ์ ดังแสดงในรูปที่ 1 ทำการเปรียบเทียบความแตกต่างของการฆ่าเชื้อแบบทั่วๆไปกับระบบปลอดเชื้อ โดยสินค้าสำเร็จรูปที่ได้จากการบรรจุแบบปลอดเชื้อจะสามารถวางขายได้โดยไม่ต้องแช่เย็นหรือที่เรียกว่า Shelf-stabl

รูปที่1 เปรียบเทียบขั้นตอนการทำงานของระบบฆ่าเชื้อทั่วไปและระบบปลอดเชื้อ

วิธีการฆ่าเชื้อตัวน้ำผลไม้ของระบบปลอดเชื้อในรูปที่ 1 ใช้อักษรย่อว่า HTST นั้นเป็น วิธีการฆ่าเชื้อที่นิยมมาก โดยมีชื่อเต็ม ว่า ฆ่าเชื้อที่อุณหภูมิสูงแต่ใช้เวลาสั้น (High Temperature Short Time) วิธีการฆ่าเชื้อแบบนี้เป็นการฆ่าเชื้อ อย่างต่อเนื่องในขณะที่สินค้าเคลื่อนที่อยู่ (Continuous -Flow Heating) องค์ประกอบในการฆ่าเชื้อที่อุณหภูมิสูงเวลาสั้นนี้ทำให้ลดความสูญเสียของคุณภาพสินค้าและช่วยรักษาคุณค่าทางโภชนาการของน้ำผลไม้ การฆ่าเชื้อของบรรจุภัณฑ์ในระบบปลอดเชื้อนี้ ตัวบรรจุภัณฑ์สามารถฆ่าเชื้อในระดับที่แตกต่างกันแปรตามประเภทของวัสดุบรรจุภัณฑ์ ทำให้เปิดโอกาสใช้วัสดุบรรจุภัณฑ์ได้หลากหลายมากขึ้น ในอดีตการฆ่าเชื้อบรรจุภัณฑ์มักใช้ไอน้ำร้อน เริ่มตั้งแต่ปี ค.ศ. 1981 ที่ทางองค์การอาหารและยาของสหรัฐอเมริกาได้อนุมัติให้ใช้สารไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นสารเคมีที่ใช้ฆ่าเชื้อของวัสดุ Low density polyethylene (LDPE) ที่เคลือบบนบรรจุภัณฑ์ด้านที่อยู่ติดกับตัวสินค้า หลังจากนั้นก็ได้อนุมัติใช้กับพลาสติกประเภทอื่นๆ ทำให้ระบบปลอดเชื้อนี้ได้รับการผลักดันให้นิยมมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากสามารถใช้กับวัสดุบรรจุภัณฑ์หลากหลายประเภทมากขึ้น พร้อมทั้งมีคุณค่าทางอาหารสูงและไม่จำเป็นต้องแช่เย็น ในปัจจุบัน น้ำผลไม้หรืออาหารเหลวต่างๆ แม้กระทั่งกะทิมักใช้ระบบปลอดเชื้อ การใช้กระบวนการปลอดเชื้อสำหรับอาหารที่มีความเป็นกรดสูง (acid food, pH ≤ 4.6) จะทำการฆ่าเชื้อที่ 93 -96°C และใช้เวลาเพียง 15 - 30 วินาที ส่วนอาหารที่มีความเป็นกรดต่ำ (low acid food,pH ≥ 4.6) จะฆ่าเชื้อที่อุณหภูมิ 138 - 150°C เป็นเวลา 1 - 30 วินาที (Ultra High Temperature,UHT) ข้อดีและข้อเสียของกระบวนการปลอดเชื้อนี้ สรุปไว้ในตารางต่อไปนี้

ตารางที่ 1 เปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของกระบวนการปลอดเชื้อ

ข้อดีของกระบวนการปลอดเชื้อ	ข้อเสียของกระบวนการปลอดเชื้อ
1. ได้คุณภาพของอาหารสูง	1. การลงทุนสูง
2. ประสิทธิผลการส่งผ่านความร้อนสูง	2. การปฏิบัติงานฆ่าเชื้อยุ่งยากสลับซับซ้อน
3. แปรเปลี่ยนองค์ประกอบการฆ่าเชื้อได้ง่าย	3. ถ้ามีส่วนผสมหลายประเภทของผลิตภัณฑ์อาหารในบรรจุภัณฑ์เดียวกันต้องแยกกันฆ่าเชื้อ
4. ใช้กับวัสดุบรรจุภัณฑ์ได้หลายประเภท	4. ส่วนผสมอาหารที่เป็นชิ้นนั้นฆ่าเชื้อลำบาก ปัจจุบันนี้จำกัดอยู่ที่ขนาด 25มม.
5. วัสดุบรรจุภัณฑ์ไม่ต้องทนความร้อนสูง(ในกรณีใช้กับ H2O2)	-

คุณสมบัติบรรจุภัณฑ์ที่ใช้กับระบบปลอดเชื้อ

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของระบบฆ่าเชื้อทำให้วัสดุบรรจุภัณฑ์หลากหลายชนิดสามารถใช้กับระบบนี้ได้ โดยเริ่มต้นจาก LDPE ดังกล่าวแล้ว วัสดุบรรจุภัณฑ์ที่เหมาะแก่การบรรจุแบบปลอดเชื้อ ควรมีคุณสมบัติดังนี้
1. วัสดุที่ใช้จะต้องไม่ทำปฏิกิริยากับสินค้าภายใต้สภาวะปลอดเชื้อ พร้อมทั้งไม่มีการแยกตัวออกมาของตัวบรรจุภัณฑ์ (Migration)
2. การคงสภาพทางกายภาพ (Physical Integrity) เป็นคุณสมบัติจำเป็นมากในการรักษาสภาวะปลอดเชื้อภายในบรรจุภัณฑ์
3. วัสดุบรรจุภัณฑ์จะต้องป้องกันการซึมผ่าน (Barrier) ของออกซิเจน ความชื้น แสง และกลิ่น เพื่อช่วยรักษาคุณภาพของสินค้า

โดยปกติวัสดุที่ใช้แปรรูปเป็นบรรจุภัณฑ์จะประกอบด้วยวัสดุไม่น้อยกว่า 2 ประเภท ดังแสดงไว้ในตารางที่ 2 วัสดุแต่ละอย่างจะมีคุณสมบัติเด่นที่แตกต่างกัน เช่น บรรจุภัณฑ์ถุงในกล่อง (Bag in Box) ตัวบรรจุภัณฑ์มักจะเป็นการเคลือบชั้น (Laminate) ของ EVA (Ethylene Vinyl Acetate) ฟิล์มเม็ททาไลซ์ (Metalized Film) และ LDPE เพื่อประสานคุณสมบัติแต่ละชั้นให้ได้คุณสมบัติรวมตามต้องการของตัวบรรจุภัณฑ์และสินค้า ตัวถุงที่ใช้นั้นจำต้องเหนียว ทนการทิ่มทะลุได้ (Puncture - Resistant) และต้านการซึมผ่าน (Barrier) ท้ายที่สุดโครงสร้างขอบรรจุภัณฑ์ยังต้องสามารถปิดผนึกได้อย่างสมบูรณ์ (Hermetic Seal)

ตารางที่ 2 คุณสมบัติเด่นของวัสดุบรรจุภัณฑ์ที่ใช้ในระบบปลอดเชื้อ

วัสดุ	การซึมผ่าน			คุณสมบัติ		ความทนทาน
วัสดุ	ออกซิเจน	ความชื้น	แสง	การปิดผนึก	เหนียว	ฉีก	ทิ่มทะลุ
กระดาษแข็ง			√		√
เปลวอะลูมิเนียม	√	√	√
เม็ททาไลซ์ฟิล์ม	√		√
LDPE		√		√