Applications of Electrolyzed Water in Agriculture & Food Industries

Food Sci. Technol. Res., 11 (2),135-150,2005

Review

Muhammad Imran AL-HAQ1,2*, Junichi SUGIYAMA1** and Seiichiro ISOBE1
1 National Food Research Institute,2-1-12, Kannondai, Tsukuba, Ibaraki Prefecture 305-8642, Japan
2 Graduate School of Engineering, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8656, Japan

Received April 6,2005 ; Accepted June 4,2005

         การควบคุมเชื้อจุลชีพในโรคหลังการเก็บเกี่ยวพืชผล  ได้ถูกศึกษาวิจัยอย่างกว้างขวาง  และดูเหมือนจะมีเทคโนโลยีที่ใช้การได้      ความปลอดภัยทางอาหาร จะต้องกระทำอย่างมั่นใจในทุกขั้นตอนที่เกิดขึ้นหลังการเก็บเกี่ยวพืชผล  ตั้งแต่การจัดการด้านการขนส่ง, การล้างวัตถุดิบ, การทำความสะอาดเครื่องใช้และท่อน้ำ และการบรรจุหีบห่อ        การใช้น้ำอิเล็กโทรไลซ์ (electrolyzed water – EW) ซึ่งเป็นคอนเซ็ปท์ที่เริ่มพัฒนาขึ้นในประเทศญี่ปุ่น  ปัจจุบัน ได้รับความสนใจ และเป็นที่นิยมในประเทศอื่นๆด้วย       มีการศึกษาวิจัย ทำในประเทศญี่ปุ่น, จีน และอเมริกา ในเรื่องการใช้ EW ทั้งก่อนและหลังการเก็บเกี่ยวพืชผล ในสายงานการแปรรูปอาหาร (food processing)       EW ผลิตโดยมีการใช้แค่เกลือ และเครื่องมือที่ใช้ไฟฟ้า  และเนื่องจากเครื่องมือมีขนาดเล็ก จึงสามารถผลิต EW ใช้ที่หน้างานได้       การวิจัยได้ศึกษาเรื่องการใช้ EW เป็นสารทำให้ปราศจากเชื้อในผักผลไม้, อุปกรณ์เครื่องใช้ และเขียง      นอกจากนี้ ยังสามารถใช้เป็นสารฆ่าเชื้อราในผักผลไม้หลังเก็บเกี่ยว และใช้เป็นสารทำให้ปราศจากเชื้อในการล้างซากเนื้อสัตว์ในโรงเชือด      การใช้ EW นั้นเป็นการใช้ทรัพยากรได้อย่างเฉลียวฉลาดและคุ้มค่า และปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม

Keywords : Electrolyzed water, acidic, alkaline, basic, oxidized, reduced, food safety, postharvest, environment friendly

  1. Introduction

      มันเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งที่ต้องรักษาคุณภาพของอาหารสดหลังการเก็บเกี่ยว    การควบคุมเชื้อจุลชีพในโรคหลังการเก็บเกี่ยวพืชผล เป็นหัวข้อที่ถูกวิจัยอย่างกว้างขวาง     ทั่วโลก  มีเคสผู้ป่วยจากโรคที่เกิดจากการบริโภคอาหาร 1.5 พันล้านเคสในแต่ละปี  ซึ่งเป็นหนึ่งในโรคที่พบได้บ่อยที่สุดในบรรดาโรคทุกชนิดบนโลกใบนี้     มีรายงานผู้ที่เสียชีวิตจากโรคที่เกิดจากการบริโภคอาหาร (food-borne illness) มากกว่า 3 ล้านคน/ปี     ในรอบ 25 ปีที่ผ่านมา  พบสารก่อเชื้อชนิดใหม่อย่างน้อย 30 ชนิด ที่เกี่ยวข้องกับโรคที่เกิดจากการบริโภคอาหาร และน้ำ

      ความปลอดภัยทางอาหาร จะต้องกระทำอย่างมั่นใจในทุกขั้นตอนที่เกิดขึ้นหลังการเก็บเกี่ยวพืชผล  ตั้งแต่การจัดการด้านการขนส่ง, การล้างวัตถุดิบ, การทำความสะอาดเครื่องใช้และท่อน้ำ และการบรรจุหีบห่อ      มีรายงานจำนวนมากที่พบการปนเปื้อนของเชื้อแบคทีเรียบนพื้นผิวที่ประกอบกระบวนการแปรรูปอาหาร เช่น  สแตนเลส, แก้ว, เหล็กหล่อ, พอลิโพรไพลีน  ส่งผลให้เกิดอาหารเน่าเสีย และโรคติดต่อ (Abrishami et al., 1994; Blackman and Frank, 1996; Helke et al., 1995; Zhao et al.,1998)      การปนเปื้อนของเชื้อแบคทีเรีย สามารถเกิดบนพื้นผิวที่ไม่ได้สัมผัสกับอาหารได้ เช่น กระเบื้องเซรามิค, เซรามิคประเภทวิเทรียสไชน่า, สแตนเลส และเครื่องแก้ว (พบในห้องน้ำ และร้านซักรีด, ห้องแลปที่ใช้ตรวจสอบเชื้อจุลชีพ, สระว่ายน้ำ และสถานการแพทย์) หากพื้นผิวเหล่านี้ไม่ถูกทำให้ปราศจากเชื้อโดยสิ้นเชิง      พื้นผิวที่ปนเปื้อนเชื้อเหล่านี้ จะกลายเป็นแหล่งสะสมเชื้อโรค และติดต่อโดยการที่มือของเราไปสัมผัสพื้นผิวเหล่านั้น (Emori and Gaynes, 1993)

      สารฆ่าเชื้อที่มีขายกันอยู่ในท้องตลาด เช่น  potassium persulphate, ไอโซโพรพานอล, ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์, โซเดียมไดคลอโรไอโซไซยานูเรท, แอลกอฮอล์ และอนุพันธ์ฟีนอล (Aarnisalo et al., 2000), quaternary ammonium com-pounds (QUAT) และคลอรีน (Tuncan, 1993) พบว่ามีประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อ food-borne pathogens ใน suspension tests     อย่างไรก็ตามเชื้อจุลชีพที่ติดอยู่บนพื้นผิวจะตอบสนองต่อน้ำยาฆ่าเชื้อชนิดเคมี น้อยกว่าเชื้อที่ไม่ติดอยู่กับพื้นผิว  เนื่องจากสารฆ่าเชื้อพวกนี้มีความสามารถจำกัดในการแทรกซึมผ่านชั้นโพลิเมอร์ที่คอยปกป้องเชื้อจุลชีพอยู่ (Frank and Koffi, 1990; Lee and Frank, 1991)

      การล้างด้วยคลอรีน มักเป็นวิธีที่ใช้กันในระหว่างกระบวนการแปลรูปอาหาร (ผลไม้, ผัก, เนื้อ, เป็ดไก่ ฯลฯ) เพื่อลดปริมาณเชื้อก่อโรค     มีกรรมวิธีอื่นๆอีกที่ถูกนำมาใช้เป็นทางเลือกในการกำจัด หรือลดปริมาณเชื้อแบคทีเรีย     ตัวอย่างเช่น การใช้ ไตรโซเดียมฟอสเฟต (Vareltzis et al., 1997; Xiong et al., 1998), เซทิลไพริดิเนียมคลอไรด์  (Xiong et al., 1998), ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (Lillard and Thomson, 1983), การฉายรังสีแกมม่า (Katta et al., 1991), การฉายรังสีไมโครเวฟ (Goksoy et al., 2000) และการใช้ความเย็น (Vivien et al., 2000)      อย่างไรก็ตาม กรรมวิธีเหล่านี้ ส่วนใหญ่ไม่เป็นที่ยอมรับ เนื่องจากมีสารเคมีตกค้าง, ทำให้เนื้อไก่เปลี่ยนสี, ค่าใช้จ่ายสูง หรือประสิทธิภาพในการใช้งานมีจำกัด     ดังนั้น การพัฒนาสารฆ่าเชื้อที่มีประสิทธิภาพลดหรือกำจัดเชื้อแบคทีเรียบนอาหาร, พื้นผิวที่ใช้ในกระบวนการแปรรูปอาหาร, พื้นผิวในบริเวณที่ไม่ได้สัมผัสอาหาร (เช่น บนพื้น) ฯลฯ  จึงเป็นหัวข้อที่ได้รับความสนใจอย่างยิ่ง

      พบว่า electrolyzed water ใช้ได้ผลดีกว่าน้ำ และสารละลายคลอรีนในการทำให้ปราศจากเชื้อในอาหารจำพวกเนื้อสัตว์, ผักผลไม้ตัดแต่ง, เขียง และอุปกรณ์เครื่องมือเครื่องใช้      โดยพบว่าใช้ได้ผลดีกับพื้นผิวที่ไม่สม่ำเสมอ อย่างในผักผลไม้      หัวข้อนี้ได้รับความสนใจเป็นอย่างมากในอเมริกา, แคนาดา, ญี่ปุ่น และประเทศพัฒนาแล้วอื่นๆ      Electrolyzed water ได้ถูกนำมาใช้เป็นสารฆ่าเชื้อตัวใหม่และไม่เคยมีมาก่อนในอุตสาหกรรมอาหาร

      พบรายงานการใช้ electrolyzed water เป็นครั้งแรก ในการผลิตเต้าหู้ (Isobe, 2003)  โดยเป็นการใช้ basic electrolyzed water (BEW – น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดด่าง)       Acidic electrolyzed water (AEW/AcEW – น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด) นิยมใช้เป็นสารฆ่าเชื้อ ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงในการฆ่าเชื้อก่อโรคแทบทุกชนิด 

ตารางที่ 1 ผลการวิจัยประสิทธิภาพของ AEW ต่อเชื้อจุลชีพชนิดต่างๆ

         ตารางที่ 1  สรุปผลการวิจัยเรื่องประสิทธิภาพของ AEW ต่อเชื้อจุลชีพชนิดต่างๆ      สามารถฆ่าเชื้อได้อย่างรวดเร็ว  ยกเว้นเชื้อบาซิลลัส, Mycobacterium และเชื้อรา (Iwasawa and Nakamura, 1999a)      และยังมีรายงานว่าสามารถยับยั้งการเน่าเสียของผลไม้ อันเกิดจากเชื้อรา (ตารางที่ 1)       จากการศึกษาวิจัย พบว่า AEW มีประสิทธิภาพสูงมากในการลดและกำจัดเชื้อก่อโรคที่มากับอาหาร บนเขียง และบนผลิตภัณฑ์อาหารชนิดต่างๆ เช่น ปลา, เนื้อสัตว์ปีก, ผักและผลไม้  ซึ่งสามารถลดจำนวนเชื้อก่อโรคลงจนอยู่ในระดับที่ไม่สามารถตรวจพบได้      สรุปตัวอย่างการใช้ AEW ในขั้นตอนก่อนและหลังการเก็บเกี่ยวผลิตผลทางการเกษตร และในอุตสาหกรรมอาหาร  ได้แสดงไว้ในตารางที่ 2

ตารางที่ 2 การใช้ AEW ในขั้นตอนก่อนและหลังการเก็บเกี่ยวผลิตผลทางการเกษตร และในอุตสาหกรรมอาหาร

2. Electrolyzed Water (น้ำอิเล็คโทรไลซ์)

    2.1 ประวัติความเป็นมา

      เทคโนโลยีอิเล็กโทรไลซิส ซึ่งเป็นกระบวนการแยกอะตอมของน้ำนั้น  ถูกใช้เป็นครั้งแรกประมาณปี 1990 ในอุตสาหกรรมการผลิตโซดา  รวมทั้งการผลิต sodium hypochlorite (โซเดียมไฮโปคลอไรท์) (Japan Soda Industry Association,1982)     ในปี 1980  เทคโนโลยีนี้ได้ถูกนำมาใช้ในการดูแลสุขอนามัยของน้ำที่บรรจุอยู่ในเครื่องจ่ายน้ำอัตโนมัติ (Iseki et al., 2002)     ปัจจุบัน  เครื่องมือมีการพัฒนาขึ้นอย่างมาก  เทคโนโลยีอิเล็กโทรไลซิส จึงถูกนำมาใช้ในหลากหลายสายงาน และเป็นวิธีที่นำมาใช้ในการควบคุมสุขอนามัย โดยไม่ต้องใช้ความร้อน (Yoshida, 2003)

    2.2 คำศัพท์

      มีคำศัพท์หลายคำที่ใช้เรียกน้ำอิเล็กโทรไลซ์ชนิดกรด ซึ่งจัดเป็น functional water  เช่น Acidic Electrolyzed Water (AEW), Electrolyzed Oxidizing Water (EO water)     ในทำนองเดียวกัน  มีชื่อเรียกน้ำอิเล็กโทรไลซ์ชนิดด่างว่า Alkaline Electrolyzed Water (AlEW) หรือ Electrolyzed Reducing (ER) water หรือ Basic Electrolyzed Water (BEW)      นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งชื่อให้กับน้ำที่ได้จากขั้วบวกหลายชื่อ   ตัวอย่างดังแสดงในตารางที่ 3     ในบทความนี้  จะใช้คำศัพท์ AEW และ BEW แทนน้ำอิเล็กโทรไลซ์ทั้งสองชนิด

    2.3 กระบวนการผลิตน้ำอิเล็กโทรไลซ์

      Electrolyzed water ผลิตโดยเครื่องมือที่มีแผ่นขั้วไฟฟ้าขั้วบวก และขั้วลบ ซึ่งมีเมมเบรนกั้น (membrane หรือ diaphragm) (รูป 1)      วัตถุดิบที่ใช้คือ น้ำประปา และเกลือ (NaCl หรือ KCl/MgCl2)      น้ำอิเล็กโทรไลซ์ที่ผลิตได้มี 2 ชนิด ซึ่งมีคุณสมบัติต่างกัน   และออกที่ท่อน้ำคนละท่อกัน คือ

      (a) น้ำอิเล็กโทรไลซ์ชนิดด่าง (Electrolyzed basic solution – BEW หรือ ER water หรือ AlEW)  จากด้านขั้วลบ (พีเอชประมาณ 11.5, ORP ประมาณ -795 mV) ซึ่งมีศักยภาพในการรีดักชันสูง

      (b) น้ำอิเล็กโทรไลซ์ชนิดกรด (Electrolyzed Acid solution – AEW หรือ EO water หรือ AcEW) จากด้านขั้วบวก (พีเอชประมาณ 2.5 ,ORP >+1,100 mV, Available Chlorine Content 10-90 ppm) ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงในการฆ่าเชื้อแบคทีเรีย (Anonymous, 1997)

      พีเอช และ ORP สามารถวัดโดยการใช้เครื่องมือ pH/ORP meter      AEW และ BEW ที่ได้ จะออกคนละท่อกัน  สามารถนำภาชนะมาใส่แยกกัน      Electrolyzed water มักจะผลิตแล้วนำไปใช้ทันที  แต่ก็มีการศึกษาวิจัยว่า สามารถเก็บได้นานในภาชนะทึบแสง (Len et al., 2002) และสามารถทำเป็นน้ำแข็ง เพื่อนำกลับมาใช้ในภายหลัง (Koseki et al., 2002)     นักวิทยาศาสตร์บางคนมีการใช้ Electrolyzed neutral water (Hirano and Ueda, 1997) ซึ่งมีพีเอชเกือบ 7 ในการฆ่าเชื้อในผลิตภัณฑ์อาหาร

      สมการในการเกิดปฏิกิริยาที่ขั้วบวก และขั้วลบ  แสดงในรูปที่ 2 และ 3

2.4 ชนิดของเครื่องมือที่ผลิต Electrolyzed Water

      ปัจจุบัน มีเครื่องมือหลายชนิดที่สามารถผลิตน้ำอิเล็คโทรไลซ์ได้      โดยประเทศญี่ปุ่น เป็นประเทศที่เริ่มมีการผลิตเครื่องประเภทนี้ และเป็นผู้นำด้านการผลิตมากกว่าประเทศอื่นๆ

      โดยทั่วไป  แบ่งเครื่องผลิตออกเป็น 2 ประเภท คือ :  เครื่องที่มี diaphragm กั้น ซึ่งจะผลิต AEW ที่มีพีเอชประมาณ 2-3     ในขณะที่เครื่องมืออีกประเภทหนึ่งจะไม่มี diaphragm กั้น ซึ่งจะผลิตน้ำอิเล็คโทรไลซ์ที่มีพีเอชค่อนข้างเป็นกลาง คือพีเอชประมาณ 6.8   เนื่องจาก HCl ที่เกิดขึ้นที่ขั้วบวก จะทำปฏิกิริยากับ NaOH ที่เกิดขึ้นที่ขั้วลบ (Hirano and Ueda, 1997)

      ในประเทศญี่ปุ่น  มีบริษัทที่ผลิตเครื่องผลิตน้ำอิเล็คโทรไลซ์มากกว่า 20 บริษัท

ตารางที่ 3   ชื่อเรียกต่างๆที่นักวิทยาศาสตร์ใช้เรียก AEW

รูป 1   แผนภาพแสดงการทำงานของเครื่องผลิต electrolyzed water และสารประกอบที่ได้

รูป 2   ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในด้านขั้วไฟฟ้าบวก (anodic side)

รูป 3   ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในด้านขั้วไฟฟ้าลบ (cathodic side)

   2.5 การใช้ AEW ในด้านการเกษตร และอุตสาหกรรมอาหาร

      น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด ถูกใช้ในสายงานการแพทย์, ทันตกรรม, การแปรรูปอาหาร, เกษตรกรรม และอุตสาหกรรมผลิตนมเนย      มีการใช้อย่างแพร่หลายในโรงพยาบาล และสถานทันตกรรมในประเทศญี่ปุ่น เพื่อฆ่าเชื้อ     ส่วนการใช้ในด้านการเกษตร และอุตสาหกรรมอาหาร ได้สรุปไว้ในตารางที่ 2 และ 4     AEW ส่วนใหญ่ใช้เพื่อควบคุมปริมาณเชื้อจุลชีพ  แต่ในบางการวิจัย ก็มีการใช้ทั้ง AEW และ  (ตารางที่ 5)

   2.6 ข้อดีของการใช้ AEW

      การฆ่าเชื้อด้วยน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด   มีความสะดวกสบายกว่าการฆ่าเชื้อด้วยคลอรีนตามรูปแบบเดิมหลายประการ คือ :

1) สามารถผลิตใช้ที่หน้างาน
2) ผลิตจากกระบวนการอิเล็คโทรไลซิส  โดยใช้เพียงน้ำ และน้ำเกลือ (NaCl หรือr KCl หรือ MgCl2)  โดยไม่มีการใช้สารเคมีใดๆเพิ่มเติม     ดังนั้น  จึงปราศจากผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม (Kim et al., 2000b; Koseki et al., 2002)

3) ลดค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องกับการจัดการ, เคลื่อนย้าย และการเก็บคลอรีนน้ำชนิดเข้มข้น
4) ปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม

5) ลดผลกระทบต่อสุขภาพที่เกิดจากการใช้คลอรีนน้ำ    การใช้น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด  ทำให้ลดระดับ available chlorine concentration ลง  โดยที่ยังคงประสิทธิภาพในการต้านเชื้อจุลชีพอยู่ (Kim et al., 2000b)

6) หลังจากออกฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อแล้ว  จะกลับสภาพกลายเป็นน้ำ  โดยไม่มีการปล่อยสารพิษอันตรายออกมา (Bonde et al., 1999)

7) มีผู้วิจัยบางคนกล่าวว่า น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด ฆ่าเชื้อจุลชีพ  โดยเชื้อไม่ก่อการดื้อยา

8) นอกจากค่าใช้จ่ายในการซื้อเครื่องมือแล้ว     ค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมอื่นๆถือว่าต่ำมาก(Bonde et al., 1999)     จึงเป็นการลงทุนที่คุ้มค่า

9) เนื่องจากเป็นวิธีที่ไม่ใช้ความร้อน    การใช้น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด จึงไม่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของวัตถุดิบ, เนื้อ texture, กลิ่น, รส ฯลฯ  ซึ่งมักจะเกิดในกรณีที่ใช้ความร้อน (Yoshida, 2003)

   2.7 กลไกในการต้านเชื้อจุลชีพของ AEW

      น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด  ประกอบไปด้วยก๊าซคลอรีน (Cl2), HOCl, และ OCl- ไออน  ซึ่งทั้งหมดจัดเป็น FAC ซึ่งก็คือ คลอรีนอิสระ (FAC บางครั้งใช้ในความหมาย available chlorine concentration, ACC)     นักวิจัยบางกลุ่มเชื่อว่าฤทธิ์ในการต้านจุลชีพของน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด  เกิดจากสารประกอบคลอรีน     บางกลุ่มก็เชื่อว่า เกิดจากพีเอช     ในขณะที่บางกลุ่มก็แนะว่า เกิดจากค่า ORP ที่สูง     นักวิทยาศาสตร์บางกลุ่มกล่าวว่า เกิดจากปัจจัยทุกอย่างรวมกัน     แต่อย่างไรก็ตาม  ความจริงก็คือ AEW มีประสิทธิภาพสูงมากในการฆ่าเชื้อแบคทีเรีย และไวรัส  รวมทั้งเชื้อรา

      คลอรีน ถูกผลิตขึ้นที่ขั้วบวก (Oxidizing หรือ Acidic water) และไฮโดรเจน (H2) เกิดขึ้นที่ขั้วลบ (Reducing หรือ Aalkaline water) (รูปที่ 1)      Cl2 ทำปฏิกิริยากับน้ำ เกิดเป็น HOCl และ HCl     ในสภาวะพีเอชต่ำๆ  HOCl ซึ่งเป็นกรดอ่อนๆ และเป็นสารฆ่าเชื้อที่มีประสิทธิภาพสูง ที่เกิดขึ้นใน น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด   จะไม่เกิดกระบวนการ hydrolysis ต่อไปเป็น hypochlorite ion (OCl-) ซึ่งมีประสิทธิภาพต่ำกว่า (Kohno, 1996a,b; White, 1992)      Hotta (1995) และ Kohno (1996b) กล่าวว่า ฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อของน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด เกิดจาก HOCl ในพีเอชต่ำ     จากการวิจัยพบว่า  hypochlorous acid สามารถทะลุผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ของเชื้อจุลชีพ  และออกฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อด้วยกระบวนการออกซิเดชั่น (Albrich et al., 1986; Bar-rette et al., 1989; Hurst et al., 1991)          

      Folkes et al. (1995) กล่าวว่า HOCl ปล่อยอนุภาคของ radical species เช่น hydroxyl radicals ออกมา      White (1999) กล่าวว่า Cl2, HOCl และ FAC เป็นปัจจัยหลักที่มีผลต่อประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อของน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด           

      พีเอชของน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด ก็มีบทบาทต่อประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อเช่นเดียวกัน      Iwasawa et al. (2002) ทำการวิจัยเกี่ยวกับผลของพีเอชต่อประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อของน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด     Len et al. (2002) ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับผลของสภาพการเก็บรักษา และพีเอช ต่อปริมาณคลอรีนที่สูญเสียไปจากน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด

      นักวิทยาศาสตร์บางกลุ่ม  รายงานว่า ค่า ORP ที่สูงเป็นเหตุผลที่น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด มีฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อจุลชีพ (Venkitanarayan et al., 1999;Kim et al., 2000b, 2001; Al-Haq et al., 2002a)      ค่า ORP ของสารละลาย เป็นตัวบ่งชี้ถึงความสามารถในการออกซิไดส์ หรือรีดิ๊วส์   ซึ่งค่า +ORP สูงๆ แสดงถึงความสามารถในการออกซิไดส์ที่ยอดเยี่ยม (Jay, 1996; McPherson, 1993; Robbs et al., 1995)      ค่า ORP +200 ถึง +800 mV เหมาะสมกับการเจริญเติบโตของเชื้อจุลชีพชนิดใช้ออกซิเจน   ในขณะที่ค่า +200 ถึง +400 mV จะเหมาะสมกับการเจริญเติบโตของเชื้อจุลชีพชนิดไม่ใช้ออกซิเจน (Jay, 1996)     Kim et al. (2000b) อธิบายว่า ORP ของสารละลายนั้น เป็นปัจจัยอันดับต้นๆที่มีผลต่อฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อ      โดยพวกเขาเห็นด้วยกับรายงานของ McPherson (1993) และ Carlson (1991) ที่ว่า ค่า ORP ของสารละลาย เป็นข้อบ่งชี้ถึงประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อ ได้ดีกว่าปริมาณความเข้มข้นของคลอรีนอิสระ      McPherson (1993) ยังรายงานอีกด้วยว่า ค่า ORP ได้กลายเป็นมาตรฐานสากลในปี 1968 เมื่อห้องแลปจากสำนักงานสุขภาพแห่งชาติประเทศเยอรมัน ได้พบข้อพิสูจน์เป็นครั้งแรกว่า  อัตราเร็วในการฆ่าเชื้อ E. coli ขึ้นกับค่า ORP และไม่ขึ้นกับปริมาณคลอรีน      Carlson (1991) และ Robbs et al. (1995) ยังสังเกตุพบอีกว่า  การฆ่าเชื้อแบคทีเรีย ไม่ได้ขึ้นกับปฏิกิริยาของคลอรีน และพบว่าค่า ORP สูงๆนั้น เป็นตัวที่ฆ่าเชื้อ E. coli ในตัวอย่างทดลอง     ดังนั้น  การวัดปริมาณคลอรีนอย่างเดียว  จึงไม่ได้รับประกันถึงประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อ     อย่างไรก็ตาม  ค่า ORP เป็นการวัดความสามารถในการเกิดออกซิเดชั่น  โดยไม่ขึ้นกับพีเอช และความเข้มข้นของคลอรีน (Kim et al., 2000b)      Al-Haq et al. (2002a) แนะว่า ORP อาจเป็นปัจจัยที่มีอิทธิพล  ร่วมกับค่าพีเอชที่ต่ำ และ FAC ในการฆ่าเชื้อ B. berengeriana บนลูกแพรยุโรป

      ปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการอิเล็คโทรไลซิสนั้น   ทำให้เกิดสารประกอบที่มีฤทธิ์ไวมากมาย เช่น ozone และอนุมูลอิสระที่มีอายุสั้นหลายตัว เช่น  O-,Cl- และ OH- เกิดขึ้นในน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด     สารประกอบเหล่านี้ เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อของน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด (Shiba and Shiba,1995)

      นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ เชื่อว่า ปัจจัยทั้งสามอย่าง (ปริมาณคลอรีน, พีเอช และค่า ORP) มีผลต่อประสิทธิภาพในกรฆ่าเชื้อของน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด (Al-Haq et al., 2002a)      อย่างไรก็ตาม ปริมาณคลอรีน และ ORP ดูเหมือนจะเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อ     

ตารางที่ 4    การศึกษาวิจัยในการใช้กับสินค้าอาหารชนิดต่างๆ

ตารางที่ 5  การวิจัยที่ใช้ทั้ง AEW และ BEW ในการควบคุมเชื้อจุลชีพ

    2.8 ประสิทธิภาพของ BEW

      น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดด่าง – BEW (หรือเรียกว่า AlEW หรือ ER water) มีพีเอชมากกว่า 11.0 และ ORP ประมาณ -800 mV     มีประสิทธิภาพในการรีดิ๊วส์สูง  จึงสามารถกำจัดอนุมูลอิสระได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง     นอกจากนี้ น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดด่าง ยังมีสรรพคุณเป็นสารลดแรงตึงผิว  เนื่องจากมี NaOH เจือจาง, มี dissolved hydrogen, และ active hydrogen (Kikuchi, 2000; Shirahata, 2001; Yamanaka, 1995)

    2.9 ปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของ AEW

      การเก็บรักษา : หนึ่งในข้อจำกัดของน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด คือ ประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อจะค่อยๆลดลงไปตามกาลเวลา  ซึ่งเกิดจากก๊าซคลอรีน (Cl2) ที่ละลายอยู่ในน้ำค่อยๆระเหยไป (Koseki and Itoh, 2000) และ HOCl ที่ค่อยๆสลายตัวลง

     พบว่าปริมาณคลอรีนอิสระในน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด จะลดลงอย่างมาก (ประมาณ 80%) หากมีการคนเป็นเวลา 120 นาที  ในขณะที่ ORP มีค่าคงที่  ซึ่งบ่งบอกถึงการมีสารออกซิแดนส์ประสิทธิภาพสูงตัวอื่นๆอีก (Bonde et al., 1999)

      Len et al. (2002) รายงานว่า  หากบรรจุในภาชนะเปิด   คลอรีนในน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด จะหมดไป หลังจากทำการเขย่าหรือคนเป็นเวลามากกว่า 30 ชั่วโมง    และหมดไปหลังจาก 100 ชั่วโมง  หากไม่มีการเขย่า      

      แสง : El Din et al. (2000) พบว่า อัตราการสลายตัวของคลอรีนในน้ำที่โดนแสงแดด อุณหภูมิ 42-45ํ ํ C จะสลายตัวเร็วกว่าการเก็บในที่มืดถึง 5-8 เท่า

     

การเขย่า : Len et al.(2002) ได้รายงานว่าอัตราเร็วในการสูญเสียคลอรีน เพิ่มขึ้นประมาณ 5 เท่า เมื่อทำการเขย่าหรือคนในภาชนะเปิด      

      

ORP : ในระหว่างการเขย่าน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรดเป็นเวลา 120 นาทีพบว่า ORP มีค่าคงที่  ซึ่งบ่งบอกถึงการมีสารออกซิแดนส์ประสิทธิภาพสูงตัวอื่นๆอีก (Bonde et al., 1999)     ค่า ORP จะค่อยๆลงไปตามเวลาเอง

3. ผลของ AEW ต่อเชื้อจุลชีพ, อาหารชนิดต่างๆ และพื้นผิว

  3.1 ผลต่อเชื้อรา

      การจัดการผลผลิตหลังการเก็บเกี่ยว และโรคที่เกิดกับการปลูกแบบ greenhouse และการใช้สารฆ่าเชื้อราเพื่อป้องกันโรค เป็นสิ่งสำคัญมาก     ความห่วงใยที่เพิ่มมากขึ้นในเรื่องผลของยาฆ่าแมลงต่อสิ่งแวดล้อม, ความปลอดภัยต่อผู้ใช้ และเชื้อราที่ดื้อยา (LaMondia and Douglas, 1997; Yourman and Jeffers, 1999) ทำให้จำเป็นต้องหาทางเลือกใหม่เพื่อใช้เป็นมารตรการในการควบคุมโรค      น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด เป็นทางเลือกใหม่แทนยาฆ่าเชื้อรา ในการควบคุมโรคที่เกิดกับพืชใบ และโรคที่เกิดกับผลผลิตหลังเก็บเกี่ยว      Bonde et al. (1999) พบว่าการแช่เมล็ดข้าวสาลีในน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด เป็นเวลา 20 นาที  สามารถกำจัดการปนเปื้อนเชื้อรา เช่น Aspergillus, Cladosporium, และ Penicillium spp ได้

      น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด  มีประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อรา  จึงสามารถนำมาใช้พ่นฆ่าเชื้อบนพื้นผิวของพืชได้ และใช้ทำความสะอาดทั่วไปในระบบ greenhouses      สามารถใช้ในรูปแบบสเปรย์พ่น หรือใช้เป็นน้ำในระบบชลประทานของพืชสวนได้ (Grech and Rijkenberg, 1992; Schoerner and Yamaki, 1997, 1999; Yamaki and Schoerner, 1995)      Yamaki (1998) พบว่า การเน่าเสียของลูกพีชที่เกิดจากเชื้อรา เกิดช้าลง 2 วัน เมื่อล้างด้วยน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด  และช้าลง 1 วัน เมื่อล้างด้วยน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดด่าง     ในขณะที่ลูกพีชปกติจะเริ่มมีการเน่าเสียในวันแรกหลังการเก็บเกี่ยว     เขายังรายงานเพิ่มเติมอีกว่า อัตราการเกิดโรค ปกติอยู่ที่ 70%   แต่เมื่อล้างด้วยน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดด่าง  จะลดเหลือ 22%  และหากล้างด้วยน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด จะเหลือเพียง 20%

      จากข้อมูลของ Bonde et al. (1992)  น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด สามารถฆ่าเชื้อรา เช่น Aspergillus, Cladosporium และ Penicillium ได้ภายในเวลาอันรวดเร็ว      เขาแนะว่าน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรดเหมาะที่จะนำมาใช้แทน NaOCl (สารโซเดียมไฮโปคลอไรท์) ในการรักษา Karnal bunt disease ซึ่งเป็นโรคที่เกิดกับข้าวสาลี

      Buck et al. (2002) ได้ทำการทดลองประสิทธิภาพของน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด กับเชื้อราจำนวน 22 species  พบว่า สามารถป้องกันและลดการเพิ่มจำนวนของเชื้อราทั้ง 22 species ได้      สำหรับเชื้อราที่มีผนังเซลล์ค่อนข้างบาง (เช่น Botrytis, Monilinia) จะตายภายในเวลาน้อยกว่า 30 วินาที      สำหรับเชื้อราที่มีสี และมีผนังเซลล์หนาขึ้น (เช่น Curvularia, Helminthosporium) จะต้องใช้เวลานานขึ้นเป็น 2 นาทีหรือนานกว่านั้น      

     

  3.2 ผลของ AEW ต่อผักตัดแต่ง

      Izumi (1999) พบว่าน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด ที่มี ACC 15-50 ppm  มีประสิทธิภาพในการลดปริมาณเชื้อแบคทีเรียในผักตัดแต่งหลายชนิด      Koseki et al. (2002) พบว่าการใช้น้ำแข็งที่ทำจากน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด (อุณหภูมิ 2-3 ํ C) สามารถคงสภาพผักกาดหลังการเก็บในภาชนะโฟม ให้ยังสดใหม่อยู่นานถึง 24 ชั่วโมง

 

  3.3 ผลของ AEW ต่อเนื้อสัตว์

      Park et al. (2002a) รายงานว่า น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรดที่มี ACC 50 ppm สามารถกำจัดเชื้อ Campylobacter jejuni ได้หมดภายใน 10 วินาที      และมีรายงานเพิ่มเติมว่าน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรดนั้น  ไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพในการลดปริมาณเชื้อ C. jejuni ในเนื้อไก่เท่านั้น   แต่ยังสามารถป้องกันการปนเปื้อนเชื้อโรคในสถานที่ที่ใช้แปรรูปเนื้อสัตว์อีกด้วย

ตารางที่ 6   Electrolyzed water ในกระบวนการผลิตอาหาร

4. การใช้ EW ในการแปรรูปอาหาร

      ในตารางที่ 6  แสดงถึงการวิจัยที่มีการใช้ทั้งน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด และ/หรือ น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดด่าง ในการผลิตอาหาร      พบว่าการใช้ น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดด่าง สามารถเพิ่มปริมาณโปรตีนในเต้าหู้ (Hara et al., 2003b)      พบว่า texture ของเต้าหู้ที่เตรียมโดยการใช้ น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด และชนิดด่าง นุ่มกว่าเต้าหู้ที่เตรียมโดยใช้น้ำประปา       ไม่พบความแตกต่างในปริมาณน้ำตาล ระหว่างเต้าหู้ที่ใช้น้ำอิเล็คโทรไลซ์ และไม่ใช้      แต่บรรดานักชิมกล่าวว่า เต้าหู้ที่เตรียมโดยน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดด่าง หวานกว่าเต้าหู้ที่เตรียมโดยน้ำประปา      ในทำนองเดียวกัน  ปริมาณ carbonyl ที่สัมพันธ์กับรสชาติของเต้าหู้ ในเต้าหู้ที่มีการเตรียมด้วยน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรดและด่าง  มีปริมาณสูงกว่าในเต้าหู้ที่เตรียมด้วยน้ำประปา      

      According to Hara et al. (2003a) ได้ทำการทดสอบในเส้นหมี่ของชาวญี่ปุ่น (Udon – อูด้ง) พบว่า อูด้งที่มีการนวดแป้งสาลีด้วยน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด เส้นจะแข็งและเด้งกว่า อูด้งที่นวดแป้งโดยใช้น้ำประปา       

      บริษัท Hoshizaki Electric Inc. ประเทศญี่ปุ่น ได้จดสิทธิบัตรในประเทศสหรัฐอเมริกา ในกรรมวิธีการเตรียมแป้งทำขนมปัง       โดยน้ำอิเล็คโทรไลซ์จะถูกใช้ในการนวดแป้ง  โดยไม่มีการใส่สารปรุงแต่งอาหารชนิดอื่น (Kato et al., 2001)     

      

สรุปผลการวิจัย

      การใช้น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการลดการปนเปื้อนของเชื้อแบคทีเรีย  ไม่เพียงแต่ได้ผลบนพื้นผิวที่สัมผัสอาหารเท่านั้น  แต่ยังได้ผลกับพื้นผิวที่ไม่ได้สัมผัสกับอาหารด้วย เช่น กระเบื้องเซรามิค, พื้น, สแตนเลส และเครื่องแก้ว รวมทั้งในสถานการแพทย์ และทันตกรรม      น้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรดมีประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อได้อย่างกว้างขวาง  รวมทั้งเชื้อรา  จึงสามารถนำมาใช้ฉีดพ่นป้องกันโรคของพืช และใช้ทำความสะอาดเรือนเพาะปลูกแบบ greenhouses

      เนื่องจากน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด สามารถผลิตใช้ที่หน้างานตามความต้องการ   จึงช่วยลดการใช้สารเคมีที่อาจเกิดอันตรายต่อคนงาน และไม่ต้องมีกฏระเบียบในการดูแลขนส่งสารเคมีเข้มข้น      นอกจากนี้ยังเป็นสารที่ใช้กับอาหารได้อย่างปลอดภัย   ทั้งน้ำอิเล็คโทรไลซ์ชนิดกรด และชนิดด่าง สามารถใช้ประโยชน์ได้ในกระบวนการผลิตอาหาร  โดยขึ้นอยู่กับชนิดของอาหาร