Downstream processpชว 450

ไ โ อ.ดร. ไพโรจน วงศพทธสน

Upstream Upstream ppprocessprocess

FermentationFermentationprocessprocess

Downstream Downstream processprocess

Downstream Downstream processprocessprocessprocess

กระบวนการเกบเกยว

กระบวนการเกบเกยว

(Harvesting process)

การทาใหเขมขนขน

(Harvesting process)

การขนรป การทาใหบรสทธ

Final productFinal product

ผลตภณฑทางผลตภณฑทาง

โ โ โ โ เทคโนโลยชวภาพเทคโนโลยชวภาพ

Intracellular Fermented Intracellular and cell bound

products

Fermented products

productsExtra cellular

d tproducts

Downstream Downstream Downstream Downstream processprocess

Intracellular Extra cellular Fermented productsand cell bound products

Extra cellular products

p

Solid-liquid separation

การทาใหเซลลแตก

Cell disruption

concentration

purification formulation Final productFinal productp f m F na pro uctF na pro uct

Intracellular Intracellular and cell bound

dการทาใหเซลลแตกการทาใหเซลลแตก

products

กระบวนการเกบเกยวe.g. e.g. ใชสารเคมใชสารเคม, ,

กระบวนการเกบเกยว enzymes, enzymes, กายภาพกายภาพ

E ll l Extra cellular products กระบวนการอนๆ ตอไปกระบวนการอนๆ ตอไปp ๆๆ

กระบวนการทาใหเซลลแตก กระบวนการทาใหเซลลแตก (cell (cell lysislysis))

ใ (M h i l th d ) ใชวธการเชงกล (Mechanical methods) : เชน

homogenizers, ball mills, ultrasonic disruption, bl d t blenders, etc.

ไมใชวธเชงกล (Non mechanical methods): เชน การใชสารเคม( m m )ทาใหเกดรรวทเยอหมเซลล, การใชเอนไซมทาใหเกดรรวทเยอหมเซลล และอนๆ

Cell disruptionCell disruption1 M h l h d1. Mechanical methods

HomogenizerHomogenizer

ใชแรงดนสงมากถง ใชแรงดนสงมากถง 1500 1500 bar bar อดตวอยางผานอดตวอยางผาน

เครองออกมายงภายในเครอง ผานหวฉดเครองออกมายงภายในเครอง ผานหวฉดเครองออกมายงภายในเครอง ผานหวฉดเครองออกมายงภายในเครอง ผานหวฉด

(Use (Use high pressure up to high pressure up to 1500 1500 bar followed by an bar followed by an 1500 1500 bar followed by an bar followed by an instant expansion through instant expansion through a special exiting a special exiting nozzle)nozzle)p gp g ))

Milling Milling

Mortar ball mill

เซลลแตกอนเนองมาจากแรงเฉอน เซลลแตกอนเนองมาจากแรงเฉอน (shear forces) (shear forces) ทเกดมาจากการบด กระทบของเมด ทเกดมาจากการบด กระทบของเมด bead bead

SonicatorSonicator

ทาใหเซลลแตกหรอเกดรรว อนเนองมาจากคลนเสยงความถสง ทาใหเซลลแตกหรอเกดรรว อนเนองมาจากคลนเสยงความถสง

ทผลตขนมาจากแทง ทผลตขนมาจากแทง probe probe โลหะ แลวถายทอดไปยงเซลลโลหะ แลวถายทอดไปยงเซลล

ขอเสยของการทาใหเซลลแตกดวยวธการเชงกลขอเสยของการทาใหเซลลแตกดวยวธการเชงกล

อนภาคทกชนดภายในเซลลจะจะออกมา ทาใหยากตอการทาใหบรสทธอนภาคทกชนดภายในเซลลจะจะออกมา ทาใหยากตอการทาใหบรสทธ

(proteins nucleic acids cell debris) difficult to purify(proteins nucleic acids cell debris) difficult to purify(proteins, nucleic acids, cell debris) difficult to purify.(proteins, nucleic acids, cell debris) difficult to purify.

ยากตอการทาใหใสยากตอการทาใหใส

ความรอนทเกดขน จะทาลายผลตภณฑทไมทนความรอนความรอนทเกดขน จะทาลายผลตภณฑทไมทนความรอน

22. . การใชสารเคมทาใหเกดรรวบนเซลล การใชสารเคมทาใหเกดรรวบนเซลล ((Chemical Chemical permeablilizationpermeablilization))

เชน การใชเชน การใชเชน การใชเชน การใช

toluenetoluene

etherether

phenylethylphenylethyl alcohol alcohol some antibioticssome antibioticsphenylethylphenylethyl alcohol alcohol

DMSODMSO thioninsthionins

surfactants (eg triton)surfactants (eg triton)benzenebenzene

methanolmethanol

surfactants (eg. triton)surfactants (eg. triton)

chaotropic agents (eg. Urea, chaotropic agents (eg. Urea, quanidine)quanidine)

chloroformchloroformquanidine)quanidine)

chelating agents (eg. EDTA)chelating agents (eg. EDTA)

EDTA EDTA มกใชในแบคทเรยกลมแกรมลบ โดยสารนจะเกด มกใชในแบคทเรยกลมแกรมลบ โดยสารนจะเกด chelatechelate กบ กบ MgMg22+ + ซงเปนซงเปน ggสวนประกอบของโครงสราง สวนประกอบของโครงสราง lypopolysaccharideslypopolysaccharides ทเยอหมเซลลแบคทเรยทเยอหมเซลลแบคทเรย

33.. การทาใหเกดรรวโดยใชแรงทางกายภาพ การทาใหเกดรรวโดยใชแรงทางกายภาพ (Physical (Physical permeabilizationpermeabilization))

osmotic osmotic shock : shock : เปนการทาใหเซลลอยภายใตสภาวะทมการเปลยนแปลงของแรงดนเปนการทาใหเซลลอยภายใตสภาวะทมการเปลยนแปลงของแรงดน

ออสโมออสโมตกอยางรวดเรวตกอยางรวดเรว เชน การแชในสารละลายนาตาลซโครส เปนตนเชน การแชในสารละลายนาตาลซโครส เปนตน

l d i l d i enzymes enzymes located in located in

periplasmicperiplasmic space and space and p pp p pp

cell bound enzymes can cell bound enzymes can

be released by this be released by this be released by this be released by this

method.method.

44. . การทาใหเกดรรวโดยใชเอนไซม การทาใหเกดรรวโดยใชเอนไซม (Enzymatic (Enzymatic permeabilizationpermeabilization)) ( y( y pp ))

เชนการใชเอนไซมตอไปนเชนการใชเอนไซมตอไปน

beta (beta (11 66) and () and (11 33) ) glucanaseglucanasebeta (beta (11,,66) and () and (11,,33) ) glucanaseglucanase

mannanasemannanase

lysozymelysozyme

สวนใหญใชปลดปลอยเอนไซมทอยระหวางผนงเซลลและเยอหมเซลล สวนใหญใชปลดปลอยเอนไซมทอยระหวางผนงเซลลและเยอหมเซลล ((periplasmicperiplasmicenzymes)enzymes)enzymes)enzymes)

ในแบคทเรยแกรมลบ จะใชเอนไซมรวมกบ ในแบคทเรยแกรมลบ จะใชเอนไซมรวมกบ EDTA EDTA

แตวธนกมขอเสยคอ เอนไซมมราคาคอนขางแพง และเอนไซมทเตมเขาไปกจะปนเปอนในผลตภณฑดวย แตวธนกมขอเสยคอ เอนไซมมราคาคอนขางแพง และเอนไซมทเตมเขาไปกจะปนเปอนในผลตภณฑดวย

จงตองมขนตอนการแยกเอนไซมออกไปจงตองมขนตอนการแยกเอนไซมออกไป

55. . วธอนๆ ในการทาใหเกดรรววธอนๆ ในการทาใหเกดรรว

การเตมสารกลม การเตมสารกลม protamineprotamine cationic polysaccharide cationic polysaccharide chitosanchitosan ใชในเซลลของใชในเซลลของการเตมสารกลม การเตมสารกลม protamineprotamine, , cationic polysaccharide cationic polysaccharide chitosanchitosan ใชในเซลลของใชในเซลลของ

ยสตยสต

สาร สาร streptolysinstreptolysin และและไวรสไวรส สามารถใชกบเซลลสตวเลยงลกดวยนมไดสามารถใชกบเซลลสตวเลยงลกดวยนมได

การใชกระแสไฟฟาการใชกระแสไฟฟา

ใ ใ (( ))การใชเทคนคแชแขงแลวละลาย การใชเทคนคแชแขงแลวละลาย (freeze (freeze and and thaw)thaw)

etcetcetc.etc.

การแยกของแขงออกจากของเหลวการแยกของแขงออกจากของเหลว

SolidSolid--liquid liquid separationseparation

11. . การกรอง การกรอง (filtration) (filtration)

เกณฑในการพจารณาเลอกระบบการกรองเกณฑในการพจารณาเลอกระบบการกรอง::

ความหนดของของเหลว ความหนดของของเหลว (viscosity (viscosity of of slurry)slurry)

ความหนาแนนของของเหลว ความหนาแนนของของเหลว (density (density of of slurry)slurry)

ขนาดและคณลกษณะของอนภาคขนาดและคณลกษณะของอนภาค

สดสวนของของแขงตอของเหลวสดสวนของของแขงตอของเหลวratio ratio of solid to liquidof solid to liquid

ปรมาณของเหลวทจะกรองปรมาณของเหลวทจะกรอง

ป ป เปนการกรองแบบครงคราว เปนการกรองแบบครงคราว (batch) (batch) หรอตอเนองหรอตอเนอง

ตองการใหปลอดเชอหรอไมตองการใหปลอดเชอหรอไม

สารชวยกรอง ทใช เชน : quartz sand and stars expected activated carbon สารชวยกรอง ทใช เชน : quartz sand, and stars expected activated carbon,

anthracite, KDF, porous ceramic material

22. . การปนเหวยง การปนเหวยง (centrifugation)(centrifugation)

ใชในอตสาหกรรมผลตยา

โรงงานนาตาลอตสาหกรรมอาหาร

โรงงานนาตาล

3. sedimentation

อาศยแรงโนมถวงของโลก ทาใหอนภาคตกลงมากองรวมกน

การทาใหเขมขนขน การทาใหเขมขนขน (concentration)(concentration)

เกณฑในการพจารณาเลอกเทคนคในการทาใหเขมขนเกณฑในการพจารณาเลอกเทคนคในการทาใหเขมขน

สารผลตภณฑทตองการนน ทนตอความรอนหรอไมสารผลตภณฑทตองการนน ทนตอความรอนหรอไม

ความสามารถในการละลายในตวทาละลายความสามารถในการละลายในตวทาละลาย

ความมขวของสารความมขวของสาร

11. . การระเหย การระเหย (Evaporation)(Evaporation)

ใชสาหรบสารททนตอความรอนเทานนใชสาหรบสารททนตอความรอนเทานน

อปกรณทใชคอเครอง อปกรณทใชคอเครอง evaporator evaporator ทซงสามารถลดความดนทาใหจดเดอดของนาลดทซงสามารถลดความดนทาใหจดเดอดของนาลดอปกรณทใชคอเครอง อปกรณทใชคอเครอง evaporator evaporator ทซงสามารถลดความดนทาใหจดเดอดของนาลดทซงสามารถลดความดนทาใหจดเดอดของนาลด

ตาลงได ดงนนจงทาใหผลตภณฑไดรบความรอนทไมสงเกนไป ตาลงได ดงนนจงทาใหผลตภณฑไดรบความรอนทไมสงเกนไป

solventssolvents bpbp at at 1013 1013 mbarmbar vacuum in mbarvacuum in mbarsolventssolvents bpbp at at 1013 1013 mbarmbar vacuum in mbarvacuum in mbar

((ooCC)) for for bpbp at at 4040ooCC

WaterWater 100100 7272

AcetoneAcetone 5656 556556AcetoneAcetone 5656 556556

EthanolEthanol 7979 175175HexaneHexane 6969 335335

22. . การสกดดวยตวทาละลาย การสกดดวยตวทาละลาย (Solvent extraction)(Solvent extraction)

ใชในกรณทสารตวอยางละลายอยในของเหลวใชในกรณทสารตวอยางละลายอยในของเหลว

เชน การสกดยาเพนนซลน จากนาเลยงเชอรา โดยใชสาร butyl acetatey

Direct extraction decanter

3. การแยกโดยใชเยอกรอง (Membrane separation)

ทาโดย ใชเยอเลอกผาน เชน semi-permeable membrane, dialysis bag

M mb n filt ti nM mb n filt ti n: Membrane filtrationMembrane filtration: Micro-filtration (0.1-5 ไมครอน): เชนการกรองเพอกาจดแบคทเรย เปนตน

Ultrafiltration (10-100 nm) : เชนการกรองโปรตน เพอทาใหนานมเขมขน

ขน และการกรองเพอทาใหเอนไซมเขมขนขน

Nanofiltration (1-10 nm) : การกรองเพอกาจดแรธาต และสารอนทรย/อนนทรยขนาดเลกออก

Reverse osmosis (0.1-1 nm) : เยอกรองมรพรนขนาดเลกมาก ซงยอมให

เพยงโมเลกลของนาเทานนทผานได

4 (F in t hni )4. การแชแขง (Freezing technique)

- เมอนาเยอกแขงเปนผลก กจะสามารถทาการปนเหวยงเอาผลกนาแขงเมอนาเยอกแขงเปนผลก กจะสามารถทาการปนเหวยงเอาผลกนาแขง

นทงไปได เปนผลใหสารละลายมความเขมขนมากขน

5. การตกตะกอน (Precipitation)

เปนการกระตนใหสารทมขนาดโมเลกลใหญตกตะกอนลงมา โดยมสารชวยเปนการกระตนใหสารทมขนาดโมเลกลใหญตกตะกอนลงมา โดยมสารชวย

ตกตะกอน เชน แอมโมเนยมซลเฟต เอธานอล และโพลเอทลนไกลคอล เปนตน มการ

ประยกตใชกนในกระบวนการทาเอนไซมใหบรสทธ และการทาชส เปนตนประยกตใชกนในกระบวนการทาเอนไซมใหบรสทธ และการทาชส เปนตน

e.g. enzymes precipitation using ammonium l h h l l h l l l (PEG)sulphate, ethanol, polyethylene glycol (PEG)

Casein precipitation from milk using rennin /CaCl2

การทาใหบรสทธ การทาใหบรสทธ (Purification)(Purification)

1 (C t lli ti )1. การตกผลก (Crystallization)

มวตถประสงคเพอแยกตวถกละลาย (ผลตภณฑ) ออกจากตวทาละลายมวตถประสงคเพอแยกตวถกละลาย (ผลตภณฑ) ออกจากตวทาละลาย

เชน การตกผลกของนาตาลซโครส นาตาลแลกโตส และผงชรส

อตสาหกรรมนาตาลทราย อตสาหกรรมนาตาลทราย (sucrose)(sucrose)

นาออยเขมขน + ผลกลอนาตาล

centrifugation

ผลกนาตาล การนาตาล

(molasses)

การตกผลกนาตาลแลกการตกผลกนาตาลแลกโตสโตสจากหางนานม จากหางนานม (whey)(whey)

evaporation crystallization

Supersaturated hh l

p

whey

(60-73% solid)

whey Lactose crystal

2 เทคนคทางโครมาโตกราฟฟ (Chromatography)2. เทคนคทางโครมาโตกราฟฟ (Chromatography)

เปนการแยกสารผสมใหเปนสวนๆ (fraction) และทาใหสารบรสทธได โดยอาศย

คณสมบตทางกายภาพและเคมของสารแตละชนด

เชน เชน

โครมาโตกราฟฟผวบาง (thin layer chromatography)( y g p y)

gel filtration

โครมาโตกราฟฟแบบแลกเปลยนประจด (ion exchange chromatography)

โครมาโตกราฟฟจาเพาะ (affinity chromatography)

Thin layer chromatography (TLC)Thin layer chromatography (TLC)

วสดพยง (supporter): aluminum sheet หรอ glassวสดพยง (supporter): aluminum sheet หรอ glass

เฟสคงท (stationary phase): เชน silica gel, ( y p ) g ,

cellulose และ aluminium oxide

เฟสเคลอนท (mobile phase): ขนกบกรณ

สารเคลอนทแยกออกจากกน โดยอาศยความสามารถในการ

ละลายในเฟสเคลอนท * ละลายในเฟสเคลอนท * ไมเหมาะทจะใชในการผลตสารปรมาณมาก

Affinity chromatographyAffinity chromatography

ligand

Matrix /

stationary phase

Interested molecules ligands

Enzymes substrate analogue / inhibitor / cofactor

Antibody antigen / virus / cell

Nucleic acid complementary base / histone / binding protein

Hormone / Receptor / carrier protein p p

VitaminCell cell surface specific protein / lectinCell cell surface specific protein / lectin

Gel filtration chromatography Gel filtration chromatography หรอหรอ exclusion chromatographyexclusion chromatography

แยกสารผสมออกจากกนโดยอาศยความแตกตางของขนาดโมเลกล

วสดทใชแยกสารผสมออกจากกน เรยกวา gel matrix (bead) เปนโพลเมอรซง

ผลตมาจากการสงเคราะหจากปฏกรยา cross-link reaction ผลตมาจากการสงเคราะหจากปฏกรยา cross-link reaction

หลงจากปฏกรยาเชอมไขว (cross link) จะทาใหเกดรพรนขนฏ ( )

สารทมขนาดโมเลกลเลกเคลอนทเขาไปในรพรนของ gel matrix ทาใหใช

เวลานานกวาจะเคลอนทออกมาจากคอลมน

ใ โ ใ ไ ไปใ ไ ใ ในขณะทสารขนาดโมเลกลใหญไมสามารถเขาไปใน gel matrix ไดทาให

เคลอนทออกจากคอลมนโดยใชเวลานอยกวาสารทมขนาดโมเลกลเลก

ตวอยางของสารทใชเปน gel matrix

ชอทางการคา ชนดโพลเมอร ขนาดรพรน (pore size (kD))

Sephadex G-10 Dextran 0.05-0.7

h d G 25 D 1 5Sephadex G-25 Dextran 1-5

Sephadex G-50 Dectran 1-30

S h d G 200 D t 5 600Sephadex G-200 Dextran 5-600

Bio-Gel P-2 polyacrylamide 0.1-1.8

Bio gel P 6 polyacrylamide 1 6Bio-gel P-6 polyacrylamide 1-6

Bio-gel P-10 polyacrylamide 1.5-20

Bio-gel P-100 polyacrylamide 5-100Bio-gel P-100 polyacrylamide 5-100

Sepharose 6B Agarose 10-4000

Sepharose 4B agarose 60-20000Sepharose 4B agarose 60 20000Sepharose 2B Agarose 70-40000

การประยกตใช gel filtration

ใ ไ ใ 1. ใชทาเอนไซมใหบรสทธ

2 ใชแยกโปรตน โพลแซคคาไรด และโพลเพปไทด2. ใชแยกโปรตน โพลแซคคาไรด และโพลเพปไทด

3. แยกเซลล กากเซลล และอนภาคปนเปอน อนๆ ออกจากน ๆ

4. ใชหาขนาดโมเลกลของสาร

Ion exchange chromatographyIon exchange chromatography

เปนกระบวนการแลกเปลยนประจระหวาง mobile phase ทเปนของเหลว กบ stationary phase ทเปนของแขงเรยกวา matrixstationary phase ทเปนของแขงเรยกวา matrix

matrix เปนโพลเมอรทถกเหนยวนาใหเกดสวนทเปนประจ เรยกวา ตวแลกเปลยนประจ (ion exchanger) หรออาจเรยกรวมวา resin ( o e c a ge ) es

เพอรกษาสมดลยทางไฟฟา ดงนน ion exchanger จงจบอยกบ counter ion ซงมประจตรงกนขาม

แตเมอม counter ion ประจตรงกนขามทมความแรงของประจมากกวาเขามาในคอลมน counter ion ใหมนกจะเขาจบกบ ion exchanger แทนท counter ion เดมion เดม

ในทางปฏบต สามารถเปลยนความแรงของประจไดโดยการเปลยนแปลงคา pH และ ionic strength ของสารละลายทใชชะคอลมน (mobile phase)และ ionic strength ของสารละลายทใชชะคอลมน (mobile phase)

pI

โปรตนมคณสมบตเปน zwizterian ion คอ สามารถรบหรอใหโปรตอนกได ขนกบ pH ของโปรตนมคณสมบตเปน zwizterian ion คอ สามารถรบหรอใหโปรตอนกได ขนกบ pH ของ

สารละลาย ทาใหประจรวมของโปรตนเปนบวกหรอลบกได อธบายไดดงกราฟ เชน

ถาโปรตนอยในสารละลายทม pH สงกวาคา pI ของมน จะทาใหมประจรวมเปนลบ

ถาโปรตนอยในสารละลายทม H ตากวาคา I ของมน จะทาใหมประจรวมเปนบวกถาโปรตนอยในสารละลายทม pH ตากวาคา pI ของมน จะทาใหมประจรวมเปนบวก

ขนท 1: เรมตนตวแลกเปลยนประจถกลอมรอบดวย counter ion เชนประจจากสารละลายบฟเฟอร หรอสารละลายเกลอเรมตนบฟเฟอร หรอสารละลายเกลอเรมตน

ขนท 2: เรมใสสารผสมในคอลมน ซงสารผสมนมประจเหมอน counter ion เดม แตแรงกวา ดงนนจงเขาจบกบตวแลกเปลยนประจแทน สวน counter ion เดมจะถกชะออกจาก

ป ป ไ ป คอลมน รวมทงสารทมประจรวมเปนกลางซงไมจบบนตวแลกประจกจะถกชะออกมาดวย

ขนท 3 และ 4: เมอเพม pH หรอ ionic strength ของตวชะกจะทาใหประจรวมของสารตวอยาง (counter ion) เปลยนไป หากความแรงประจของตวชะใหมสงกวาสารตวอยางใดตวอยาง (counter ion) เปลยนไป หากความแรงประจของตวชะใหมสงกวาสารตวอยางใด สารตวอยางนนกจะถกแทนทดวยไอออนของตวชะใหมน และสารตวอยางนนกจะถกชะออกคอลมนไป

5 ป ไ ใ 4 ไป โ ใ ไ ขนท5: เปนการชะไลตวชะในขน 4 ออกไป โดยใชสารละลายตวชะเรมตนมาชะไล เพมเตรยมพรอมสาหรบการทาตวอยางใหบรสทธครงตอไป

Stationary phase anion exchanger cation exchanger

Cellulose DEAE CMCellulose DEAE CM

TEAE phospho

QAE

Sephacel DEAEp

Sephadex DEAE CM

QAE S lf lQAE Sulfopropyl

Agarose DEAE CM

PEITriacryl DEAE CMTriacryl DEAE CM

Note: DEAE=diethylaminoethyl; TEAE=trimethylaminoethyl; CM=carboxymethyl; Note DE E d ethylam noethyl; E E tr methylam noethyl; M carboxymethyl; PEI= polyethylene imino

3.การกาจดไอออน (Deionization)

ใชวสดทเรยกวาเรซน (resin) ในการจบไอออนทงสารอนทรยและอนนทรย

ทปนเปอนมา

ไ พนผวเมด Resin จะมบรเวณทสามารถเกดพนธะไดกบสารตางๆ

มการใชกระบวนการกาจดไอออนใน กระบวนการผลตนาเวยสาหรบใชเปน มการใชกระบวนการกาจดไอออนใน กระบวนการผลตนาเวยสาหรบใชเปน

อาหารคน และนอกจากน ในหมอนา (boiler) กตองมการกาจดไอออนเปน

ป ป ประจาดวย เพอปองกนการเกดตะกรน

4 การกาจดส (Decolourisation) 4.การกาจดส (Decolourisation)

To remove or improve the colour, purity, microbiological stability and shelf-life of products.y f f f p

Techniques:q

Addition of active powder (e.g. activated carbon) to the liquid products. liquid products.

passing liquid product through column of active materials

ApplicationsT d l i f f t l To decolourize of sugar, fructose, glucose syrup

การขนรปผลตภณฑการขนรปผลตภณฑ

f l tif l tiformulationformulation

ขนตอนนเปนการขนรปใหผลตภณฑอยในรปทางการคา เชน ของแขง ผง และสารละลาย

เขมขน เปนตน ทาใหเกดความสะดวกในการขนสง และอายการเกบรกษาทยาวนานขน

powder form

pellet form

extruded formextruded form

expanded formd li id fconcentrated liquid form

1 เทคนคการทาแหง (Drying)1. เทคนคการทาแหง (Drying)

การอบลมรอน การอบลมรอน (Hot (Hot air air drying)drying)

เปนเทคนคทใชกนมาก

แตความรอนทใช จะทาใหเกดปฏกรยาสนาตาล (browning reaction) ได ทาให

สญเสยคณคาทางโภชนาการ และลกษณะเปลยนไปสญเสยคณคาทางโภชนาการ และลกษณะเปลยนไป

ดงนน จงไดมการพฒนาตอบใหมประสทธภาพขน โดยลดการใชความรอน และ

เวลาในการอบแหง เชน vacuum dryer, microwave vacuum dryer, rotary tray

dryer เปนตนdryer เปนตน

ปจจยทมผลกระทบตอการอบแหง

1. ธรรมชาตของผลตภณฑ

2 ขนาดของผลตภณฑ2. ขนาดของผลตภณฑ

3. ตาแหนงของผลตภณฑในตอบ

4 4. ความหนาของผลตภณฑ

5. ความชนของอากาศ

6. อณหภม

7. อตราเรวของลมรอน

Bacillus Rhizopus

ปฏกรยาสนาตาล (Browning reaction)

แบงเปน 2 ประเภท

(A) Enzymatic browning reaction

ปจจยการเกดหลกคอ ออกซเจน และเอนไซม กลม

polyphenol oxidases (polyphenolase phenolase polyphenol oxidases (polyphenolase, phenolase,

tyrosinase, O-diphenol oxidase, catechol oxidase)

เชน การเกดในมนฝรง กลวย แอปเปล เปนตน

ดงนนการควบคมการเกดสนาตาล ตองควบคมโดยการ

กาจดเอนไซมกลมน ดวยการใหความรอน หรอเตมเกลอ

กรดแอสคอบก เปนตน รวมทงการกาจดออกซเจนดวย

(B) non-enzymatic browning(B) non enzymatic browning

- caramelization เปนการทาใหนาตาลไหมดวยความรอนสง สารทเกดขนจะมความหนดและเปนสนาตาล

- ปฏกรยาเมลลารด (Maillard reaction)ฏ

ปจจยทสงผลใหเกดปฏกรยานขนไดแก นาตาลรดวซ กรดอะมโน นา และ

ความรอนความรอน

ปฏกรยานทาใหผลตภณฑมสทดาลง นอกจากนกลนและรสชาต เปลยนไปดวย

yellow brown dark brown

อตราเรวการเกดปฏกรยาเมลลารดขนอยกบ :

ชนดของนาตาล:

Pentose> hexose Pentose> hexose,

mono- > disaccharides fructose > mannose > galactose > glucose

อตราเรวการเกดปฏกรยาเมลลารดขนอยกบ (ตอ) :

โชนดของกรดอะมโน

smaller AA. > larger AA.

basidic AA. > acidic and neutral AA.

pH : สภาวะดางเกดไดเรวกวากรดp

อณหภม : high temp. > low temp.

คานาอสระ (a ): ยงสงอตราเรวการเกดยงเพมคานาอสระ (aw): ยงสงอตราเรวการเกดยงเพม

To control M RTo control M.R.

1. Remove substrate of M.R.

2. Use low temp.

3 Lower pH available water3. Lower pH, available water4. Use some chemicals: SO2, KMS, ascorbic acid, etc.

Spray dryingSpray drying

หลกการ

การทาแหงแบบพนฝอยเปนเทคนคทใชเพอระเหยนาออกจากการทาแหงแบบพนฝอยเปนเทคนคทใชเพอระเหยนาออกจาก

ของเหลวอยางรวดเรวโดยอากาศรอน กระบวนการนประกอบไปดวยการพน

( ) ป ของเหลว ( feed ) ออกมาจนเปนละอองขนาดเลก เขาผสมกบอากาศรอนท

ไหลผานอยางรวดเรว ทาใหนาทอยในละอองของเหลวระเหยไปทงหมด และได

ผลตภณฑทอยในรปของผงแหง สาหรบกระบวนการทาแหงใหกบ feed นน จะ

เรมทาตงแตใส feed ลงในเครอง แลวรอจน feed มความชนในระดบทเหมาะสม

ตอการฉดใหออกมาเปนละออง จากนนจงแยกผลตภณฑทไดจากการทาแหง

ออกมา สาหรบตวอยางของเหลวทนามาทาแหงนนสามารถใชไดทงทเปน ตวทาออกมา สาหรบตวอยางของเหลวทนามาทาแหงนนสามารถใชไดทงทเปน ตวทา

ละลาย สารประเภท emulsion หรอสารแขวนลอยกได สวนเครองมอทใช

ฝ ฝ (S สาหรบกระบวนการทาแหงแบบพนฝอยคอเครองทาแหงแบบพนฝอย (Spray

Dryer)

กระบวนการทาแหงแบบพนฝอย โดยเครอง Spray Dryer นน ประกอบดวย 4 ขนตอน คอ

(1) การทาใหของเหลวกระจายตวเปนละออง ( At i ti f f d)(1). การทาใหของเหลวกระจายตวเปนละออง ( Atomization of feed)

กระบวนนเปนการทาให feed กระจายตวกลายเปนละออง โดยใช

atomizer ซงถอวาเปนสวนประกอบ

ทสาคญทสดของเครอง d ทสาคญทสดของเครอง spray dryer

(2). การสมผสของละอองฝอยกบอากาศ

ขนตอนน ละอองของ feed ทถกฉดออกมาจะสมผสหรอเขาผสมกบอากาศรอน

และเมอพจารณาจากตาแหนงของ Atomizer กบอากาศแหงขาเขาจะสามารถแบงรปแบบ

ของการสมผสกบอากาศรอนได ดงน (A) co-current flow , (B) counter current flow,

(C) Mixed flow

(3). การระเหยของละอองฝอย

เมอละอองฝอยสมผสกบอากาศรอน จะเกดการระเหยในชนไอนาอมตวบรเวณผวเมอละอองฝอยสมผสกบอากาศรอน จะเกดการระเหยในชนไอนาอมตวบรเวณผว

ของละอองอยางรวดเรว โดยจะมอณหภมทผวของละอองอยทอณหภมกระเปาะเปยกของ

อณหภมอากาศแหง และจะแพรเขาสชนผวดานในซงอยในสภาวะอมตว ชวงนจงเปนชวงทอณหภมอากาศแหง และจะแพรเขาสชนผวดานในซงอยในสภาวะอมตว ชวงนจงเปนชวงท

อตราระเหยคงท จนกระทงความชนอยในระดบตาและไมมการแพรเขาสผวดานในแลว ซง

จะทาใหเกดเปนชนแหงหนาขนตามเวลา และมอตราการระเหยลดลง จะทาใหเกดเปนชนแหงหนาขนตามเวลา และมอตราการระเหยลดลง

(4) ขนตอนการแยกผลตภณฑแหงจากอากาศ(4). ขนตอนการแยกผลตภณฑแหงจากอากาศ

การแยกผลตภณฑทไดจากอากาศนน โดยทวไปนยมใช Cyclone เปนตวเกบ

ผลตภณฑทตกลงสดานลาง สวนอากาศทออกจากดานบนของ cyclone จะผานไปยงตวเกบผลตภณฑทตกลงสดานลาง สวนอากาศทออกจากดานบนของ cyclone จะผานไปยงตวเกบ

ขนสดทายซงอาจเปน wet scrubber, bag filter หรอ electrostatic precipitator ขนอยกบ

ปรมาณผงทม และประสทธภาพการนากลบมา ปรมาณผงทม และประสทธภาพการนากลบมา

Chinese herbal medicine extract Spraying drier

Freeze dryingFreeze dryingFreeze dryingFreeze drying

การทาแหงแบบเยอกแขง (freeze dry) เปนหนงในกระบวนการทาแหง แตไมใช

ความรอน โดยการนาสารมาผานการแชแขง จากนนปรบความดนใหเปนสญญากาศความรอน โดยการนาสารมาผานการแชแขง จากนนปรบความดนใหเปนสญญากาศ

เพอใหความดนไอของนามคาตากวาจด triple point ของนา จงทาใหนาแขงเกดการ

ไ ระเหดได จนกระทงสารแหง

โดยทวไป การทาแหงแบบเยอกแขง มกใชสาหรบเกบผลตภณฑจาพวกอาหาร ยา โดยทวไป การทาแหงแบบเยอกแขง มกใชสาหรบเกบผลตภณฑจาพวกอาหาร ยา

และวสดทางชวภาพ (Biological Substance) เพราะสามารถเกบรกษาไดโดยท

ป ป ป ใ ใ คณสมบตของสารเปลยนแปลงนอย ประกอบกบการทาในสภาพสญญากาศจงทาให

ปราศจากความชน สาหรบเครองมอทใชในกระบวนการทาแหงแบบเยอกแขงนคอ

เครองทาแหงแบบเยอกแขง (freeze dryer) หรอ lyophilizer

โดยทวไปนาทอยในสารชวภาพตางๆ ม 2 ประเภท คอโดยทวไปนาทอยในสารชวภาพตางๆ ม 2 ประเภท คอ

1. นาอสระ (free water) 80%

2. นาทถกยดไวในโครงสราง (bounded water) 20 %

Bounded water เปนนาทถกกาจดออกไปไดยากกวา และตองใชพลงงานเขา

สลายพนธะมากกวา สลายพนธะมากกวา

โดยทวไปการทาแหงแบบเยอกแขงแบงเปน 3 ขนตอน คอ

1. การแชแขง (freezing) :

ป ใ กรณสารตวอยางเปนของเหลว อาจใชอางแช

แขง ซงมเมทานอลหรออะซโตนเยนประมาณ

-20 องศาเซลเซยสอย ในอางมสายพาน

เคลอนทตลอดเวลา เมอวางขวดตวอยางลงไปเคลอนทตลอดเวลา เมอวางขวดตวอยางลงไป

บนสายพานกจะทาใหขวดกลง ของเหลวจะ

เคลอบบนผวขวดและแขงตว จะทาใหไดพนทเคลอบบนผวขวดและแขงตว จะทาใหไดพนท

ผวในการทาแหงเพมขน แตหากตวอยางไมไดเปนของเหลวอาจใชวธแชแขงใน

ตแช หรอไนโตรเจนเหลว ทงนทงนนไมควรใหชนของตวอยางหนาเกนไป เพอ

จะไดเพมประสทธภาพการทาแหงจะไดเพมประสทธภาพการทาแหง

เมอนาซงเปนตวทาละลายเกดการเปลยนสถานะเปนนาแขงแลว จะทาใหความ

เขมขนของสารละลายเพมมากขน จนกระทงเกดการตกผลกของตวถกละลาย

ได เรยกจดนวา eutectic

2. การระเหด (sublimation หรอ primary drying step)

ขณะนความดนไอของนามคาลดลงจนกระทงตากวาจดสมดลยสถานะ

(triple point) ทาใหนาสามารถเปลยนสถานะจากของแขงเปนไอไดโดยตรง โดย

ไมตองละลายเปนของเหลวกอน

พลงงานทใชในการระเหดน (2800 KJ/kg นา) ไดมาจากการใชปม

สญญากาศเปนตวกาเนดพลงงาน พา (convection) เอาไอนาออกมา การระเหด

สามารถเกดขนไดทอณหภมตาประมาณ -20 ถง -50 องศาเซลเซยส

เมอสามารถไลนาอสระออกไปไดหมดแลว จะสงเกตไดวาไมพบผลก

นาแขงในและนอกขวดตวอยาง รวมทงอณหภมและความดนภายในขวดเพมขน

จนใกลเคยงกบสงแวดลอม

กราฟสมดลยสถานะของนา (phase diagram)

3. การไลนาสวน bounded form (desorption) หรอ secondary drying

อาจทาไดโดยเดนเครองใหทางานตอไปอกเพอใหดงนาสวนนออกไปให

มากทสด

สวนประกอบหลก

sample chamber

CondenserCondenser

High vacuum pump

(ตากวา 500 mTor)

2 การอดเมด (Pelletizing)2. การอดเมด (Pelletizing)

เปนกนขนรปผงตวอยางใหมรปรางเปนเมดตามตองการ ซงม 2 แบบ

คอ

เมด : ตองใชสารทชวยประสานอนภาคเขาไวดวยกน เชน ไขมน และแปง

ปการอดแคปซล

3. การเคลอบผว (Coating)Precision coating of small particles such as powders, granules, crystals, pellets and small tablets.

The coating liquid is sprayed up into to asprayed up into to a fluidized bed which uses advanced fluid dynamics to control the flow and achievecontrol the flow and achieve a high degree of coating uniformity.

4. Extrusion and expansionpมกใชในกระบวนการผลตอาหารสตวและอาหารคน เปน

ก า ร ท า ให ว ต ถ ด บ ส ก โ ด ย เ ฉพ า ะ แป ง น น ค อ ก า ร เ ก ด

gelatinization นนเอง วตถดบจะอยในสภาพเหนยวg

คลายแปงเปยก ถามการอดวตถดบสกเหลานผานตะแกรง

(die) ทมรปรางตางๆ แลวและมใบมดตด จะเรยก(die) ทมรปรางตางๆ แลวและมใบมดตด จะเรยก

กระบวนการนวา extrusion อาหารทออกมาจะมรปราง

die ไ die ตามแบบของ die แตถาไมมการอดผาน die กจะเรยกวา

กระบวนการ expansion

เมอวตถดบออกมาจากเครองทงสองแลว ความดน

ภายนอกจะนอยกวาภายในเครองมาก และยงกระทบความเยนภายนอกจะนอยกวาภายในเครองมาก และยงกระทบความเยน

ดวย ทาใหวตถดบพองตวออกมาก

Extruder and expander