การทำแห้งผลิตผลทางการเกษตรในระดับอุตสาหกรรม

การทำแห้ง (Dehydration) เป็นวิธีการถนอมอาหารที่ใช้กันมาแต่โบราณ จากคำกล่าวที่ว่า “ทรัพย์ในดิน สินในน้ำ” ชาวบ้านสามารถนำพืชผัก สัตว์น้ำที่มีอยู่ตามธรรมชาติมาเป็นอาหารได้ เช่น การจับปลาตามแม่น้ำลำคลอง เมื่อถึงฤดูจับปลาได้มาก ชาวบ้านก็ได้เรียนรู้การเก็บรักษาส่วนที่เหลือด้วยวิธีการง่ายๆ เป็นการถนอมอาหารโดยอาศัยธรรมชาติด้วยวิธีที่ไม่ยุ่งยากซับซ้อน ค่าใช้จ่ายไม่สูงมากนัก เช่น การตากแดด รมควันหรือหมักดอง เป็นต้น วิธีการหนึ่งที่เป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายคือ การทำแห้ง เมื่อคนโบราณสังเกตเห็นว่าเมล็ดธัญพืชหรือถั่วต่างๆ เมื่อแก่และทิ้งไว้ให้แห้งตามธรรมชาติ จะสามารถเก็บไว้ได้นาน จึงมีการเลียนแบบธรรมชาติโดยการผึ่งลมหรือตากแดดให้แห้งกับผลิตผลอื่นๆ เช่น กล้วยตาก ปลาแห้ง ผักตากแห้ง เป็นต้น

การทำแห้ง (Dehydration) คือ การเอาน้ำออกจากวัสดุที่ต้องการ ทำให้วัสดุนั้นมีความชื้นลดลง สามารถทำได้หลายวิธี เช่น การอบแห้ง (Drying) การทอด (Frying) และการระเหิด (Sublimation) การทำแห้งเป็นวิธีการถนอมอาหารที่นิยมใช้กับผลิตผลทางการเกษตรมาอย่างยาวนาน การลดปริมาณความชื้นในผลิตผลเป็นการยับยั้งการเติบโตของจุลินทรีย์หลายชนิด เช่น แบคทีเรีย ยีสต์ รา ทั้งยังเป็นการชะลอปฏิกิริยาทางชีวเคมีต่าง ๆ และการทำงานของเอนไซม์อันเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดการเสื่อมเสีย การทำแห้งจึงมีส่วนอย่างมากในการยืดอายุการเก็บรักษาผลิตผลทางการเกษตร ยกตัวอย่างเช่น เมื่อเปรียบเทียบอายุการเก็บรักษาองุ่นสดกับลูกเกด ทุกคนคงตอบได้อย่างไม่ลังเลว่าเราสามารถเก็บลูกเกดไว้ได้นานกว่า ปัจจัยสำคัญที่ทำให้ลูกเกดมีอายุการเก็บรักษาที่นานกว่าองุ่นสดคือ ปริมาณน้ำหรือความชื้น (Moisture) ภายในองุ่นนั่นเอง นอกจากนี้ การทำแห้งยังเป็นการลดปริมาณน้ำอิสระ หรือ Water activity (a_w) ทำให้ผลิตผลหรืออาหารนั้นปลอดภัยจากจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดโรค นอกจากประโยชน์ในด้านการยืดอายุการเก็บรักษาแล้ว ยังสามารถใช้ความชื้นเป็นเกณฑ์กำหนดราคาสินค้าในผลิตผลกลุ่มข้าวและเมล็ดธัญพืชและใช้บ่งชี้คุณภาพของข้าวจากการสีได้อีกด้วย โดยข้าวเปลือกที่ขายได้ราคาสูงจะต้องมีความชื้นไม่เกิน 15% ในขณะที่ความชื้นในเมล็ดข้าวเปลือกขณะทำการสีควรอยู่ระหว่าง 12-13% จึงจะสีให้ได้ผลดี ลดการหักป่นของเมล็ดข้าว

อย่างไรก็ดี วิธีการทำแห้งแบบดั้งเดิมมีข้อด้อยคือ ไม่สามารถควบคุมปัจจัยภายนอก เช่น สภาพดินฟ้าอากาศหรือการปนเปื้อนจากสภาพแวดล้อมซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของผลิตผลโดยตรงได้ จึงทำให้วิธีการเหล่านี้ไม่เป็นที่นิยมในการทำแห้งระดับอุตสาหกรรม จึงต้องมีการนำเทคโนโลยีการทำแห้งเข้ามาใช้ทดแทน ซึ่งเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ที่ใช้เพื่อการทำแห้งผลิตผลทางการเกษตรเหล่านี้ มีการควบคุมสภาวะในระหว่างการทำแห้ง เช่น การควบคุมอุณหภูมิ ความดัน สุขลักษณะ เพื่อรักษาคุณภาพของผลิตภัณฑ์ แต่ละกระบวนการจะมีหลักการทำงานที่แตกต่างกันออกไป ในที่นี้จะขอยกตัวอย่างเครื่องอบแห้งที่นิยมใช้กับผลิตผลทางการเกษตร ดังนี้

1.เครื่องทำแห้งแบบถาด (Tray Dryer) เป็นเครื่องอบแห้งที่นิยมใช้อย่างแพร่หลาย อาศัยลมร้อนจากแหล่งความร้อนไหลผ่านชิ้นอาหารที่วางเป็นชั้นบาง ๆ แต่ละชั้นอาจมีรูพรุนหรือไม่มีก็ได้ ชิ้นอาหารมีขนาดใกล้เคียงกันและชิ้นไม่หนาจนเกินไป มีระบบบังคับทิศทางการไหลของลมร้อนภายในเครื่องเพื่อให้ลมร้อนไหลอย่างสม่ำเสมอและทั่วถึงทุกส่วนนิยมใช้ในโรงงานขนาดเล็กถึงกลาง เช่น การแปรรูปในระดับครัวเรือนหรือวิสาหกิจชุมชน

2. เครื่องทำแห้งแบบสายพาน (Belt dryer) เป็นเครื่องทำแห้งที่มีการทำงานแบบต่อเนื่อง การอบแห้งด้วยเครื่องประเภทนี้ ชิ้นอาหารจะถูกวางเรียงให้กระจายสม่ำเสมอบนสายพานที่มีลักษณะเป็นตะแกรงโปร่งที่อากาศสามารถผ่านได้ โดยสายพานจะเคลื่อนที่ผ่านอุโมงค์ที่มีลมร้อนเป็นตัวกลางช่วยในการระเหยความชื้นออกจากชิ้นอาหาร เป็นเครื่องจักรที่ช่วยลดการใช้แรงงานคนในการขนย้ายผลิตภัณฑ์ เครื่องอบแห้งแบบสายพานนิยมใช้กับการทำแห้งอาหารที่มีปริมาณมากและมีขนาดชิ้นสม่ำเสมอ เช่น ผักหรือผลไม้ที่ตัดแต่งเป็นชิ้น

3. เครื่องทำแห้งแบบพ่นฝอย (Spray Dryer) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการทำแห้งอาหารที่มีลักษณะเป็นของเหลว โดยอาหารเหลวจะถูกฉีดพ่นให้ให้มีอนุภาคขนาดเล็กผ่านหัวฉีด (Nozzle หรือ Atomizer) เข้าไปใน chamber ที่มีกระแสลมร้อน ความชื้นในละอองอาหารเหลวจะระเหยไปอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับอากาศร้อน จะได้อาหารแห้งที่มีลักษณะเป็นผงตกลงสู่ก้น chamber ตามแรงโน้มถ่วงโลก นิยมใช้ในการผลิตอาหารผง เช่น นมผง กาแฟผง เป็นต้น

4. เครื่องทำแห้งแบบลูกกลิ้ง (Drum dryer) ประกอบด้วยลูกกลิ้งทรงกระบอกหนึ่งลูก (Single drum dryer) หรือสองลูก (Double drum dryer) ภายในลูกกลิ้งได้รับความร้อนจากไอน้ำหรือไฟฟ้า ผลิตภัณฑ์อาหารที่ต้องการทำแห้งจะมีลักษณะเป็นสารละลายเหนียวข้น ระบบจะป้อนสารละลายให้เคลือบผิวลูกกลิ้งเป็นฟิล์มบาง ความร้อนจากลูกกลิ้งจะระเหยน้ำในสารละลายจนแห้งพอดีเมื่อลูกกลิ้งเคลื่อนที่ไปครบรอบ อาหารแห้งจะถูกขูดออกด้วยใบมีด มีลักษณะเป็นแผ่นบาง สามารถนำไปบดเป็นผงละเอียดได้ เครื่องอบแห้งแบบลูกกลิ้งนิยมใช้ทำแห้งสารละลายที่เป็นของเหลวข้นหนืด เช่น ผลไม้บด โจ๊กกึ่งสำเร็จรูป เป็นต้น

5. เครื่องทำแห้งแบบฟลูอิดไดซ์เบด (Fluidized bed dryer) มีหลักการทำแห้งโดยการใช้ลมร้อนเป่าผ่านชั้นอาหารจากทางด้านล่างด้วยความเร็วที่เหมาะสม ลมร้อนจะทำให้ชิ้นอาหารลอยตัวขึ้นและสัมผัสกับลมร้อนอย่างทั่วถึง ชิ้นอาหารที่เหมาะสมกับเครื่องอบแห้งแบบฟลูอิดไดซ์เบดควรมีขนาดเป็นเม็ดขนาดเล็กและมีขนาดสม่ำเสมอ เช่น ถั่ว เมล็ดธัญพืช วิธีการนี้สามารถลดความชื้นของชิ้นอาหารได้อย่างรวดเร็ว

6. เครื่องทำแห้งแบบระเหิด (Freeze dryer) มีหลักการการทำแห้ง คือ การแช่เยือกแข็งผลิตภัณฑ์ที่จะทำให้โมเลกุลของน้ำในผลิตภัณฑ์เปลี่ยนสถานะกลายเป็นน้ำแข็ง และลดความดันภายใต้อุณหภูมิต่ำเพื่อให้น้ำแข็งระเหิดกลายเป็นไอ การทำแห้งด้วยวิธีนี้จะช่วยรักษาคุณภาพและคุณค่าทางโภชนาการของผลิตภัณฑ์ไว้ได้เป็นอย่างดีเนื่องจากผลิตภัณฑ์ไม่สัมผัสกับความร้อน การทำแห้งด้วยวิธีนี้เหมาะสำหรับอาหารที่มีมูลค่าสูง เช่น กาแฟ สมุนไพร

ปัจจัยที่ส่งผลต่ออัตราเร็วของการทำแห้ง

– ความเป็นรูพรุนของอาหาร (Porosity) อาหารที่มีรูพรุนมากจะมีอัตราการทำแห้งเร็ว เนื่องจากน้ำในอาหารสามารถเคลื่อนที่ออกมาภายนอกได้ง่าย
– สมบัติทางกายภาพของอาหาร เช่น ขนาด ความหนา รูปร่าง มีผลต่อการทำแห้ง อาหารที่มีพื้นที่ผิวมากจะมีอัตราการทำแห้งเร็วขึ้น อาหารที่มีความหนามาก อัตราการทำแห้งจะช้ากว่าอาหารที่มีความหนาน้อยกว่า
– การทำแห้งอาหารในปริมาณมาก ๆ จะมีอัตราการทำแห้งที่ช้า เนื่องจากอากาศร้อนไม่สามารถสัมผัสกับอาหารได้อย่างทั่วถึง จึงไม่สามารถถ่ายเทความร้อนให้กับอาหารได้
– การระเหยน้ำออกจะทำได้ดีหรือไม่ขึ้นอยู่กับความชื้นสัมพัทธ์ ความชื้นจำเพาะของอากาศ และความเร็วลม
– ที่ความดันต่ำ อุณหภูมิในการกลายเป็นไอของน้ำจะลดต่ำลง ดังนั้น การทำแห้งภายใต้ความดันจะทำให้อัตราการทำแห้งเร็วขึ้น

สิ่งที่ต้องคำนึงถึงในการเลือกเครื่องทำแห้ง คือ ความเหมาะสมกับการใช้งาน โดยพิจารณาทั้งด้านราคา ขนาด กำลังการผลิตและการบำรุงรักษา การเลือกใช้เครื่องทำแห้งที่ไม่เหมาะสมอาจก่อให้เกิดความเสียหายหลายประการ เช่น ทำแห้งอาหารได้ไม่สม่ำเสมอ มีความชื้นหลงเหลืออยู่ในชิ้นผลิตภัณฑ์ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์อาหารมีคุณภาพด้อยลงและเสื่อมเสียได้ง่าย หรืออาจก่อให้เกิดค่าใช้จ่ายที่ไม่จำเป็น เช่น ค่าแรงในการ re-process ค่าเสียโอกาส ค่าผลิตภัณฑ์ที่เสียหาย การเลือกเครื่องจักรที่มีขนาดใหญ่เกินไปอาจก่อให้เกิดค่าใช้จ่ายที่ไม่จำเป็น เช่น ค่าแรง ค่าไฟ ค่าบำรุงรักษา ในขณะที่การเลือกใช้เครื่องจักรขนาดเล็กเกินไปจะทำให้เครื่องจักรทำงานหนักเกินขีดความสามารถซึ่งจะส่งผลเสียต่อเครื่องจักรและอุปกรณ์ ทำให้เครื่องทำแห้งมีอายุการใช้งานสั้น การเลือกเครื่องทำแห้งที่เหมาะสมจะช่วยสนับสนุนการทำแห้งอย่างมีประสิทธิภาพ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีความชื้นลดลงอย่างสม่ำเสมอทำให้ได้ผลิตภัณฑ์อบแห้งที่มีคุณภาพดี มีขนาดและน้ำหนักลดลง มีน้ำหนักเบา ทำให้สะดวกและลดต้นทุนในการขนส่งและเก็บรักษาได้นาน

บทความโดย

– ดร.พิมพ์สิรี สุวรรณ. อาจารย์ประจำสาขาวิชาวิศวกรรมอาหาร ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี

ข้อมูลอ้างอิง

– [1] Potter, N. N., & Hotchkiss, J. H. (1997). Food Science. (5th edition). Chapman & Hall.
– [2] กรมส่งเสริมการเกษตร กระทรวงเกษตรและสหกรณ์, จาก http://www.royalagro.doae.go.th/wp-content/uploads/2017/08/Management-of-paddy-to-reduce-losses.pdf