หลักการฆ่าเชื้อของสายการผลิตนม
นมเป็นผลิตภัณฑ์ที่เสียง่าย จากมุมมองของผู้ผลิต ผลิตภัณฑ์นมควรสามารถเก็บรักษาได้นานขึ้นก่อนส่งถึงผู้บริโภคที่ต้องการ นมต้องผ่านการฆ่าเชื้อในกระบวนการผลิต เพื่อให้ผลิตภัณฑ์นมมีคุณค่าการบริโภคที่ยาวนานขึ้น และสามารถตอบสนองความต้องการของตลาดในพื้นที่ห่างไกลได้อย่างครบถ้วน
จากมุมมองของผู้บริโภคทั่วไป ผลิตภัณฑ์นมที่เก็บรักษาได้นานก็มักได้รับความนิยมเช่นกัน ทำให้ผู้บริโภคมีเวลามากขึ้นในการบริโภคผลิตภัณฑ์นม
นมที่ผ่านการให้ความร้อนสูงต้องมีคุณภาพดี โดยเฉพาะโปรตีนในน้ำนมดิบต้องไม่เกิดความไม่เสถียรต่อความร้อน สามารถตรวจสอบความเสถียรต่อความร้อนได้อย่างรวดเร็วด้วยการทดสอบแอลกอฮอล์ เมื่อผสมน้ำนมตัวอย่างกับสารละลายเอทานอลในปริมาณเท่ากัน โปรตีนอาจไม่เสถียรและนมจะตกตะกอน ยิ่งสามารถเติมสารละลายเอทานอลที่มีความเข้มข้นสูงขึ้นโดยไม่เกิดการตกตะกอนมากเท่าไร ความเสถียรต่อความร้อนของนมก็ยิ่งดีขึ้น หากนมยังคงเสถียร (ไม่ตกตะกอน) แม้หลังเติมสารละลายแอลกอฮอล์ที่มีความเข้มข้น 75% ก็จะช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาในการผลิตและอายุการเก็บรักษาได้มาก
โดยทั่วไปการทดสอบแอลกอฮอล์ใช้คัดแยกนมที่ไม่เหมาะสำหรับการฆ่าเชื้อแบบ UHT เนื่องจากว่า
มีความเป็นกรด เพราะมีจุลินทรีย์ที่สร้างกรดจำนวนมาก
มีสมดุลของเกลือผิดปกติ
มีโปรตีนเวย์ในระดับสูง ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของน้ำนมเหลือง
น้ำนมดิบที่มีคุณภาพต่ำส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพการแปรรูปและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย การลดลงของความเสถียรต่อความร้อนของนมที่มีค่า pH ต่ำกว่า 6.65 ที่อุณหภูมิ 20 °C ไม่เพียงทำให้เกิดปัญหาในการแปรรูป เช่น เวลาเดินเครื่องสั้นลงจากการไหม้ที่ผิวให้ความร้อน แต่ยังทำให้ทำความสะอาดยากและเกิดการตกตะกอนของโปรตีนที่ก้นบรรจุภัณฑ์ระหว่างการเก็บรักษาอีกด้วย
นมที่เก็บรักษาในอุณหภูมิต่ำเป็นเวลานานอาจมีแบคทีเรียที่ชอบความเย็นจำนวนมาก ซึ่งสามารถสร้างเอนไซม์ที่ทนความร้อนได้ และยากที่จะทำลายให้หมดสิ้นด้วยความร้อน ระหว่างการเก็บรักษา เอนไซม์เหล่านี้อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางประสาทสัมผัส เช่น กลิ่นหืน รสขม หรือแม้แต่การเกิดเจล (การแก่ตัว การข้นตัว หรือรสหวานผิดปกติ)
คุณภาพทางจุลชีววิทยาของนมต้องอยู่ในระดับสูง ซึ่งไม่เพียงหมายถึงจำนวนแบคทีเรียรวมเท่านั้น แต่ที่สำคัญกว่าคือจำนวนแบคทีเรียที่สร้างสปอร์ซึ่งมีผลต่อความปลอดเชื้อ
คำว่า “commercial sterility” มักใช้กับผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการฆ่าเชื้อแบบ UHT ผลิตภัณฑ์ปลอดเชื้อเชิงการค้าหมายถึงผลิตภัณฑ์ที่ไม่มีจุลินทรีย์ที่สามารถเจริญเติบโตได้ภายใต้สภาวะหลัก ในผลิตภัณฑ์ที่มีความเป็นกรดต่ำ (ผลิตภัณฑ์ที่มี pH สูงกว่า 4.5) สปอร์เป็นจุลินทรีย์ที่ทนความร้อนได้มากที่สุดและสามารถเจริญเติบโตได้ เนื่องจากความทนความร้อนสูงกว่าจุลินทรีย์ที่ต้องการสารอาหารมากอย่างชัดเจน กระบวนการฆ่าเชื้อจึงมุ่งเน้นไปที่การทำลายสปอร์เป็นหลัก ผลิตภัณฑ์ที่มีความเป็นกรดต่ำกลุ่มนี้ไม่เพียงรวมถึงนมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงผลิตภัณฑ์นมส่วนใหญ่ด้วย
เมื่อจุลินทรีย์และ/หรือสปอร์ของแบคทีเรียได้รับความร้อนหรือผ่านกระบวนการฆ่าเชื้อ/ทำลายเชื้อชนิดอื่น ไม่ใช่จุลินทรีย์ทั้งหมดที่จะตายทันที แต่ในช่วงเวลาหนึ่ง ส่วนหนึ่งจะถูกทำลาย ขณะที่ส่วนที่เหลือยังรอดอยู่ หากจุลินทรีย์ที่รอดได้รับการปฏิบัติแบบเดิมอีกเป็นระยะเวลาเท่ากัน จุลินทรีย์ที่เหลือก็จะถูกทำลายในสัดส่วนเดียวกัน และเป็นเช่นนี้ต่อไป กล่าวอีกนัยหนึ่ง การสัมผัสกับสารกำจัดเชื้อหรือสารฆ่าเชื้อจะทำให้จุลินทรีย์ตายเป็นสัดส่วนเท่าเดิมเสมอ
ประสิทธิภาพการฆ่าเชื้อของสายการผลิตนม
ประสิทธิภาพการฆ่าเชื้อของสายการผลิตนมขึ้นอยู่กับสองปัจจัย ได้แก่ อุณหภูมิและระยะเวลา รวมถึงความทนความร้อนของจุลินทรีย์
ปัจจัยอื่นๆ เช่น องค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ ความหนืด ความสม่ำเสมอ และ pH ก็สามารถส่งผลต่อประสิทธิภาพการฆ่าเชื้อได้เช่นกัน อุปกรณ์ฆ่าเชื้อแบบไหลต่อเนื่อง - การให้ความร้อนอุณหภูมิสูงพิเศษ (UHT) - โดยทั่วไปจะฆ่าสปอร์ของแบคทีเรียที่เจริญเติบโตได้ที่อุณหภูมิแวดล้อมราว 9-10
มักใช้สปอร์ของ Bacillus subtilis หรือ Bacillus stearothermophilus เป็นจุลินทรีย์ทดสอบเพื่อประเมินประสิทธิภาพการฆ่าเชื้อของอุปกรณ์ UHT เนื่องจากสายพันธุ์เหล่านี้ (โดยเฉพาะ Bacillus stearothermophilus) สร้างสปอร์ที่ทนความร้อนได้ค่อนข้างสูง โดยทั่วไปโบทูลิซึมใช้ในการคำนวณประสิทธิภาพของการฆ่าเชื้อในภาชนะ (ดูการคำนวณค่า F0)
กระบวนการฆ่าเชื้อต้องออกแบบให้มีความเสี่ยงเพียงเล็กน้อยมากที่ผลิตภัณฑ์จะเสื่อมเสียหรือมีจุลินทรีย์ก่อโรคที่ยังมีชีวิตและสามารถเจริญเติบโตได้ก่อนที่ผู้บริโภคจะนำไปใช้ Clostridium botulinum ได้รับการยอมรับมานานว่าเป็นจุลินทรีย์ที่สำคัญที่สุดต่อสาธารณสุข กระบวนการฆ่าเชื้อจึงถูกออกแบบมาเพื่อทำลายสปอร์ของจุลินทรีย์ชนิดนี้ อย่างไรก็ตาม โอกาสที่สปอร์ของโบทูลินัมจะรอดชีวิตและเจริญเติบโตในนมและผลิตภัณฑ์นมที่ผ่านความร้อนนั้นมีน้อยมาก
ฤทธิ์ทำลายของสปอร์แบคทีเรียเริ่มต้นที่อุณหภูมิประมาณ 115 °C และเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น
แบคทีเรียสามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท:
ชนิดที่ดำรงอยู่เฉพาะในรูปเซลล์เจริญ (ฆ่าได้ง่ายด้วยความร้อนหรือวิธีอื่นๆ)
แบคทีเรียที่ดำรงอยู่ทั้งในสภาวะเซลล์เจริญและสปอร์ กล่าวคือ แบคทีเรียที่สร้างสปอร์ แม้แบคทีเรียเหล่านี้จะฆ่าได้ง่ายเมื่ออยู่ในสภาวะเซลล์เจริญ แต่สปอร์ของพวกมันกำจัดได้ยาก
ผลิตภัณฑ์ที่ต้องฆ่าเชื้อมักมีประชากรผสมระหว่างเซลล์เจริญและสปอร์ของแบคทีเรีย ดังแสดงในรูปที่ 9.1 น่าเสียดายที่ความสัมพันธ์ระหว่างทั้งสองไม่ค่อยดีนัก อาจพบจำนวนสปอร์สูงในผลิตภัณฑ์ที่มีจำนวนรวมต่ำ และในทางกลับกัน ดังนั้นการตรวจนับจำนวนรวมจึงไม่สามารถใช้เป็นพื้นฐานที่เชื่อถือได้สำหรับการประเมินจำนวนสปอร์ในผลิตภัณฑ์อาหาร
ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ประสิทธิผลการฆ่าเชื้อของกระบวนการฆ่าเชื้อด้วยความร้อนจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แน่นอนว่าสิ่งนี้ยังใช้กับปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นหลังการให้ความร้อนด้วย อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นกี่เท่าเมื่ออุณหภูมิของระบบเพิ่มขึ้น 10°C
หากอุณหภูมิของกระบวนการเพิ่มขึ้น 10°C อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีอาจเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าหรือสามเท่า ความแปรผันมีมากเช่นนี้เพราะสปอร์ของแบคทีเรียแต่ละชนิดตอบสนองต่ออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นต่างกัน ในช่วงอุณหภูมิ UHT ฤทธิ์การฆ่าแบคทีเรียจะเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนตามอุณหภูมิ ขณะที่การเปลี่ยนแปลงทางเคมีมีเพียงเล็กน้อย ซึ่งแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงข้อดีของการฆ่าเชื้อแบบ UHT เมื่อเทียบกับการฆ่าเชื้อในถังที่ใช้อุณหภูมิต่ำเป็นเวลานาน
สายการผลิตนมได้ผสานเครื่องฆ่าเชื้อไว้ ทำให้สามารถฆ่าเชื้อได้อย่างรวดเร็วในแต่ละรอบ และสามารถฆ่าเชื้อผลิตภัณฑ์นมจำนวนมากในระหว่างกระบวนการผลิตของสายการแปรรูป ด้วยวิธีนี้ ผู้ผลิตจะได้ผลิตภัณฑ์นมที่ผ่านการฆ่าเชื้อซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานอาหารของตลาด เทคโนโลยีการฆ่าเชื้อและอุปกรณ์การฆ่าเชื้อของนมกำลังได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง เทคโนโลยีการฆ่าเชื้อที่ก้าวหน้ามากขึ้นจะถูกนำมาใช้กับสายการผลิตนม และผลิตภัณฑ์นมที่ผ่านการฆ่าเชื้อแบบใหม่ๆ ก็จะเข้าสู่ตลาดมากขึ้น ผลิตภัณฑ์เหล่านี้จะตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของตลาดได้อย่างมาก
