“Active PAKTM ถุงหายใจได้”
เทคโนโลยี จาก มันสมอง คนไทย

จากการสำรวจพบว่าอัตราการบริโภคผักของคนไทยต่อคนสูงขึ้นเรื่อยๆ ส่วนหนึ่งน่าจะมาจากวิถีชีวิตของคนสมัยใหม่ที่มีพฤติกรรมการใช้ชีวิตที่ดูแลสุขภาพมากยิ่งขึ้น และประเทศไทยเริ่มเข้าสู่สังคมแห่งคนชรา  นอกจากนี้ยังพบว่าผู้บริโภคมีแนวโน้มการซื้อผักจากซูเปอร์มาร์เก็ตเพิ่มมากขึ้น อันเนื่องมาจากการลดจำนวนลงของตลาดสดทั่วไป และการกระจายตัวของร้านค้าประเภทโมเดิร์นเทรด (Modern Trade) ที่เพิ่มมากขึ้น และจากการพยากรณ์ปริมาณการบริโภคผักสำหรับตลาดกลุ่มโมเดิร์นเทรด พบว่าอยู่ที่ประมาณ 500,000 ตันในปี พ.ศ. 2555 และประมาณว่าอาจจะสูงขึ้นไปถึงเกือบ 1,000,000 ตันในปี พ.ศ. 2563 (Rattiya et al., 2553)  ซึ่งจะเห็นได้ว่าตลาดการขายผักสดในโมเดิร์นเทรด เป็นตลาดที่กำลังมีการเติบโต ประกอบกับการขยายตัวของชุมชนเมือง จึงส่งผลให้เกิดรูปแบบการบริโภค “ผักในบรรจุภัณฑ์” เนื่องจากต้องการความทันสมัย สะดวกสบาย และปลอดภัยนั่นเอง ซึ่งปัจจัยทั้งหมดดังกล่าวส่งผลโดยตรงต่อการใช้บรรจุภัณฑ์สำหรับผลิตผลสด

กลุ่มวิจัยเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์เพื่อยืดอายุการเก็บรักษาคุณภาพผักและผลไม้สดไทย โดยความร่วมมือของศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติและมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ได้เริ่มดำเนินการมาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2544 โดยมุ่งเน้นการพัฒนาเทคโนโลยีและการผลิตวัสดุบรรจุภัณฑ์ ที่มีสมบัติสอดคล้องกับความต้องการแบบจำเพาะของผลิตผลที่ปลูกในประเทศไทย เพื่อการยืดอายุการเก็บรักษาอย่างมีประสิทธิภาพ และเพื่อเพิ่มความสามารถทางการแข่งขันของอุตสาหกรรมผลิตผลการเกษตรไทย โดยได้มีการพัฒนาฟิล์มบรรจุภัณฑ์สำหรับการบรรจุผลิตผลสดการเกษตรซึ่งมุ่งเน้นสมบัติทางเทคนิคด้านการผ่านของก๊าซออกซิเจนสูงกว่าฟิล์มพลาสติกทั่วไป โดยมีการยื่นจดสิทธิบัตรในหัวข้อ “ฟิล์มบรรจุภัณฑ์ดัดแปลงสภาวะบรรยากาศเพื่อยืดอายุและรักษาคุณภาพของผลิตผลสด” ในปี พ.ศ. 2548 (เลขคำขอที่ 0501004539) และได้มีการถ่ายทอดเทคโนโลยีเพื่อให้สิทธิ์แก่เอกชนเพื่อใช้ประโยชน์เพื่อเชิงพาณิชย์ตั้งแต่ปี 2549

“Active PAKTM” ถุงหายใจได้ มีสมบัติเด่น คือ เป็นฟิล์มที่ยอมให้ก๊าซที่ใช้ในกระบวนการหายใจผ่านเข้าออกได้ดี และสอดคล้องกับอัตราการใช้และสร้างก๊าซในกระบวนการหายใจของผักและผลไม้สดที่บรรจุ ทำให้เกิดบรรยากาศดัดแปลงแบบสมดุล (Equilibrium Modified Atmosphere หรือ EMA) ขึ้นในถุง ส่งผลให้เกิดการชะลอการเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพ ถุงหายใจได้ Active PAKTM จึงสามารถยืดอายุการเก็บรักษาผักและผลไม้สดได้นานขึ้น 2-5 เท่า และผลิตผลยังคงมีคุณภาพและรสชาติที่ดี นอกจากนี้ถุงถูกออกแบบให้มีลักษณะใสด้วยพลาสติกชนิดพิเศษ จึงไม่ทำให้เกิดฝ้าขณะเก็บรักษา ทำให้ผู้บริโภคสามารถมองเห็นสินค้าได้ พร้อมสร้างความเชื่อมั่นด้านคุณภาพให้กับผู้บริโภค

สรีรวิทยาของผักและผลไม้สด และปัจจัยการยืดอายุ

alt



หลังการเก็บเกี่ยวผักและผลไม้ยังคงมีชีวิต และเกิดกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีต่างๆ ได้แก่ การหายใจ   การคายน้ำ การผลิตก๊าซเอทิลีน และการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบเคมี เป็นต้น การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอายุการเก็บรักษาและคุณภาพของผลิตผล ผลิตผลสดคายน้ำอยู่ตลอดเวลา เพื่อระบายความร้อนจากการหายใจ ผักผลไม้หายใจโดยรับก๊าซออกซิเจน (O2) เข้าไปทำปฏิกิริยากับคาร์โบไฮเดรต (ในรูปของกลูโคส) เพื่อผลิตพลังงานที่ใช้ในการดำรงชีวิต และขณะเดียวกันคายก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) น้ำ (H2O) และความร้อนออกมา  อย่างไรก็ดี ในกรณีที่ขาด O2 หรือมีปริมาณ CO2 สูงมากในบรรยากาศรอบๆ ผลิตผล  กระบวนการหายใจของผลิตผลจะเปลี่ยนเป็นการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน หรือ Anaerobic respiration ซึ่งกระบวนการนี้จะทำให้เกิดรสชาติหรือกลิ่นที่ผิดไปจากผลิตผลปกติ

ในช่วงประมาณ  20  ปี ที่ผ่านมาบรรจุภัณฑ์พลาสติกที่พัฒนาขึ้น สำหรับเก็บรักษาผักผลไม้อย่างมีประสิทธิภาพ อาศัยหลักการของบรรจุภัณฑ์ที่สามารถปรับสภาวะบรรยากาศในภาชนะบรรจุ หรือสภาวะรอบผลิตผลให้เป็นสภาวะสมดุล (EMA) เพื่อชะลอการหายใจและควบคุมองค์ประกอบของบรรยากาศ (O2, CO2 และความชื้น) ให้เหมาะต่อความต้องการของผลิตผลนั้นๆ ปัจจัยสำคัญ 2 ประการ ที่กำหนดประสิทธิภาพของบรรจุภัณฑ์แบบ  EMA ในการยืดอายุผลิตผลนี้คือการเก็บรักษาผลิตผลในสภาวะอุณหภูมิต่ำ (เย็น) และสมบัติของบรรจุภัณฑ์ที่ยอมให้ก๊าซแพร่ผ่านได้  โดยเฉพาะก๊าซและไอน้ำที่มีผลต่อการหายใจ และการเสื่อมสภาพของผลิตผล (O2, CO2, ethylene, water vapor permeability)  และอัตราการแพร่ผ่านของ O2 และ CO2 (Permeability ratio (PCO2/PO2 หรือค่าß) ที่ส่งผลต่อการดัดแปลง และรักษาสภาวะสมดุลในบรรจุภัณฑ์ตามความต้องการของผลิตผล
    
สภาวะปกติคือ สภาวะบรรยากาศที่มี O2 21%, CO2 0.03% และ N2 78% ความชื้นสัมพัทธ์ประมาณ 40-60% และอุณหภูมิประมาณ 25-35 °C ส่วนสภาวะรักษาความสด (Fresh-care condition) ของผลิตผลสดคือ  สภาวะที่มีอุณหภูมิเหมาะสม (เช่น 4-13 °C) ทั้งยังมีก๊าซต่างๆ และความชื้น อยู่ในปริมาณที่เหมาะสม ที่ช่วยชะลอการหายใจ และลดการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาภายในผลิตผลให้เกิดขึ้นน้อยที่สุด ซึ่งส่งผลต่อการรักษาความสดของผลิตผลนั้นๆ สภาวะนี้จะมี O2 < 21% และ CO2 > 0.03% แต่ O2 ต้องไม่ต่ำจนเกินไป และ CO2 ต้องไม่สูงจนเกินไป เช่น สภาวะสมดุลสำหรับผลิตผลสดโดยทั่วไปจะประกอบด้วย O2 อยู่ในช่วง 2-10% และ CO2 อยู่ในช่วง 5-15% ความชื้นสัมพัทธ์ภายในถุงอยู่ในช่วง 90-99%

ตารางที่ 1 แสดงตัวอย่างการเปลี่ยนแปลงของก๊าซภายในภาชนะบรรจุประเภทต่างๆ และผลการบรรจุผลิตผลสด

ตัวอย่างกราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงของระดับ O2 และ CO2

ในบรรจุภัณฑ์

ผลการบรรจุผลิตผลสดในบรรจุภัณฑ์ที่มีสมบัติแตกต่างกัน
alt

ฟิล์มที่ยอมให้ก๊าซผ่านสูงมากเกินไป (เช่น Macro perforated films)
- สภาพบรรยากาศภายในบรรจุภัณฑ์แบบไม่ดัดแปลงจึงไม่เหมาะสมต่อการยืดอายุการเก็บรักษาผลิตผล

 

 

 

 

 

alt

ฟิล์มที่ยอมให้ก๊าซผ่านน้อยเกินไป (เช่น Barrier films)
- สภาพบรรยากาศดัดแปลง แต่ O2 ต่ำเกินไป CO2 สูงเกินไป
- อาจเกิด Anaerobic respiration
- กลิ่นและรสชาติผิดปกติ (Off-odour และ off-flavour)

 

 

 

 

 

alt

ฟิล์มดัดแปลงสภาวะบรรยากาศแบบสมดุล (EMA-correct permeable films)
- ชะลออัตราการหายใจและการเสื่อมสภาพ
- สามารถรักษาคุณภาพผลิตผล
- ยืดอายุการเก็บรักษา
(สัดส่วนของ O2 และ CO2 ที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับชนิดของผลิตผลอุณหภูมิการเก็บรักษาและลักษณะการบรรจุ)

 

 

 


สมบัติทางกายภาพ และ การพัฒนาสูตรฟิล์ม Active PAKTM

สมบัติของบรรจุภัณฑ์ด้านการยอมให้ก๊าซแพร่ผ่าน โดยเฉพาะก๊าซออกซิเจน ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และไอน้ำ มีผลโดยตรงต่อการสร้างบรรยากาศดัดแปลงแบบสมดุล (EMA) ขึ้นในถุงตามความต้องการของผลิตผลสด ทีมวิจัยประสบความสำเร็จในการพัฒนาสูตรฟิล์ม Active PAKTM ที่มีค่าการผ่านของก๊าซสูง และเหมาะสมในการใช้งานเป็นถุงบรรจุภัณฑ์ ที่มีความสามารถในการยืดอายุผลิตผลสด มุ่งเน้นการใช้งานเป็นบรรจุภัณฑ์ผักสดสำหรับซูเปอร์มาร์เก็ต โดยประกอบด้วยการพัฒนาในส่วนของสูตรเม็ดพลาสติกผสม และเม็ดพลาสติกเข้มข้น และกระบวนการเผาขึ้นรูปฟิล์มด้วยเครื่องจักรในระดับอุตสาหกรรม โดยคุณลักษณะของถุงหายใจได้ ActivePAKTM แสดงดังตารางที่ 2

ตารางที่ 1 คุณลักษณะทางเทคนิคของถุงหายใจได้ ActivePAKTM ตามหลักการ Value Innovation

Properties ASTM test method ActivePAKTM
Thickness (µm) Micrometer 32-34
Oxygen Transmission Rate (OTR) (cm3/m2/day.atm) ASTM D-3985 10,000 – 12,000
Carbon Dioxide Transmission Rate (CO2TR) (cm3/m2/day.atm) ASTM F-2476 29,000 - 32,000
Permeability ratio,
PCO2/PO2 (ß)
  ~ 2.8
Water Vapor Transmission Rate (WVTR) (g/m2.day) ASTM F-1249 10
ค่าความขุ่นมัว (Haze value) (%)
ASTM D-1003
10
Antifog Performance
(Rating 0-10)
ICI 90-6E Rating 6-8
Modulus of Elasticity
(MPa)
ASTM D-882 MD: 262-304
TD: 346-384
Tensile Strength
(MPa)
ASTM D-882 MD: 33-35
TD: 12-14
Elongation at Break
(%)
ASTM D-882 MD: 358-414
TD: 724-820
Easy to operate (Easy to open)


Materials shelf life (Time)
L*, a*, b*
6 month

กลิ่น

ไม่เหม็นหืน

MTEC
BIOTEC
NECTEC
NANOTEC

tsp

AIMI

nctc

ผลงานวิจัยพร้อมถ่ายทอด

ฐานข้อมูลหน่วยงานภาครัฐ

 
สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.)
เป็นหน่วยงานของรัฐที่จัดตั้งขึ้นเพื่อศึกษาวิจัยและพัฒนาทางด้านวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีเพื่อการพัฒนาประเทศไทย ไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อแสวงหากำไร
หากท่านพบว่ามีข้อมูลใดๆ ที่ละเมิดทรัพย์สินทางปัญญาปรากฏอยู่ในเว็บไซต์ของสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ
โปรดแจ้งให้ทราบเพื่อดำเนินการแก้ปัญหาดังกล่าวโดยเร็วที่สุดต่อไป