การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี UV/Ozone ในการกำจัดเชื้อ E. Coli/Coliforms ในการผลิตผลิตภัณฑ์อาหารและสินค้าระหว่างผลิตเพื่อลดน้ำทิ้งจากกระบวนการผลิตอาหารและนำวัตถุดิบระหว่างผลิตกลับมาใช้ใหม่

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงคเ์พื่อศึกษาและเปรียบเทียบประสิทธิภาพการลดจำนวนเชื้อจุลินทรีย์ของ การใช้โอโซน ยูวี-ซีและโอโซนร่วมกับยูวี-ซี ในแบบจำลองของเหลวที่มีสีคาราเมลและเกลือเป็ น องค์ประกอบ โดยใช้เครื่องต้นแบบหมุนเวียนของเหลวที่อัตราการไหล 5 ลิตรต่อนาทีติดตั้งเครื่อง กำเนิดโอโซนและควบคุมอัตราการไหลของโอโซนที่ 2 ลิตรต่อนาทีและหลอดยูวีที่ความยาวคลื่น 254 นาโนเมตร เพื่อใช้ยับยั้งการเจริญของเชื้อจุลินทรีย์ จำนวน 4 หลอด ทั้งนี้สามารถปรับปริมาณแสงยูวีที่ผ่านเข้าไปในตัวอย่างของเหลวได้ที่ระดับ 1.44 และ 2.88 กิโลจูลต่อตารางเมตร ทำการจำลองการปนเปื้อนในสารละลายเกลือและสารละลายสีคาราเมลด้วย E. coli โดยปรับระดับความเข้มข้นของสารละลายเกลือเป็ น 1, 10 และ 20% (w/v) และความเข้มข้นของสารละลายสีคาราเมลที่ระดับ 0.03, 0.06 และ 0.13% (w/v) เพื่อเปลี่ยนค่าการดูดซับยูวี-ซีในช่วงความยาวคลื่น 405 นาโนเมตรให้เป็น 0.25, 0.50 และ 1.00 ตามลำดับ ทั้งนี้ใช้น้ำปราศจากไอออนเป็นตัวอย่างควบคุมเพื่อเปรียบเทียบกับผลที่ได้ในกรณีของสารละลายสีคาราเมลและสารละลายเกลือ จากผลการศึกษาพบว่ายูวี-ซีมีประสิทธิภาพในการลดจำนวน E. coli ได้ 7.0 log CFU/mL ในเวลา 2.5 นาที ในทางตรงกันข้าม พบว่า โอโซนสามารถลดจำนวน E. coli ได้ 4.7 log CFU/mL ในเวลา 30 นาทีและการใช้โอโซนร่วมกับ ยูวี-ซีช่วยเพิ่มอัตราการลดลงของปริมาณ E. coli ในระยะเริ่มต้นให้เร็วขึ้น เนื่องจากประสิทธิภาพของยูวี-ซี อย่างไรก็ตาม พบว่า ฟองของโอโซนเป็นอุปสรรคขดัขวางการส่งผ่านของยู วี-ซีทา ให้ประสิทธิภาพการกำจัด E. coli ของโอโซนร่วมกับ ยูวี-ซีน้อยกว่าการใช้ยูวี-ซีแต่เพียงอย่างเดียวการเพิ่มปริมาณเกลือในตัวอย่างของเหลวทำให้มีปริมาณของแข็งทั้งหมดที่ละลายได้เพิ่มขึ้น และส่งผลต่อการยับยั้งการเจริญของ E. coli ของยูวี-ซีโอโซน และโอโซนร่วมกับยูวี-ซีซึ่งประสิทธิภาพในการยับยั้งการเจริญของ E. coli ด้วยยูวี-ซีนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณแสงที่ผ่านเข้าไปในตัวอย่างของเหลว เนื่องจากการเพิ่มความเข้มข้นเกลือในตัวอย่างของเหลวมีผลต่อปริมาณของแข็ง ที่ละลายได้ทั้งหมดในตัวอย่าง จึงส่งผลต่อการยับยั้งการเจริญของ E. coli ในทางตรงกันข้าม การเพิ่มความเข้มข้นของเกลือส่งผลต่อการละลายของโอโซนและการยับยั้งการเจริญของจุลินทรีย์ในขณะที่การเพิ่มความเข้มข้นของสีคาราเมลส่งผลต่อปริมาณของแข็งที่ละลายได้ทั้งหมด และยังเปลี่ยนแปลงค่าการส่งผ่านแสงของยูวี-ซี จากการใช้พื้นผิวตอบสนองในการวิเคราะห์และประเมินอิทธิพลร่วมของสีคาราเมลและเกลือ พบวา่ การใช้โอโซนร่วมกับยูวี-ซีช่วยลดจำนวนของ E. coliได้มากที่สุด ในขณะที่การใช้โอโซนลดจำนวน E. coli ได้น้อยที่สุด การใช้ยูวี-ซีลดจำนวน E. coli ได้ในระดับปานกลาง นอกจากนั้นยังพบว่าการใช้เทคโนโลยีโอโซนร่วมกับ ยูวี-ซีมีประสิทธิภาพยับยั้ง การเจริญของ E. coli และยิ่งมีประสิทธิภาพเพิ่มมากขึ้น เมื่อเพิ่มระยะเวลาสัมผัสระหว่างยูวี-ซีและโอโซนกับตัวอย่างของเหลว ในการทดลองใช้สารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เพียงอย่างเดียว และการทำงาน ร่วมกันกับสารละลายโอโซนและแสงยูวีสามารถก่อให้เกิดอนุมูลอิสระไฮดรอกซิลที่ทำให้จำนวน ของเชื้อจุลินทรีย์ลดลงแต่การใช้สารละลายโอโซนหรือยูวีเพียงอย่างเดียวไม่มีประสิทธิภาพ การพ่น ละอองด้วยสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เพียงอย่างเดียว สามารถลดจำนวนของ E. coli/coliform ได้จากปริมาณเริ่มต้น และทำให้จำนวน เชื้อ A. niger ลดลงด้วย โดยได้ให้ผลดีกว่า กรณีของ E. coli/coliform ปฏิกิริยาโฟโตแคทาลิติกด้วยการใช้แสงยูวีไม่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำลายเชื้อ E. coli/coliform อย่างมีนัยสำคัญ เมื่อเทียบกับละอองไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์อย่างไรก็ตามสามารถยั้บยั้งเชื้อ A. niger ได้ด้วยการพ่นละอองของสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เพียง 1 เปอร์เซ็นต์ในเวลา 10 นาที แต่เวลา 2 นาทีไม่เพียงพอในการยับยั้งเชื้อ A. niger งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าการกระตุ้นด้วยแสงยูวีร่วมกับสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สามารถก่อให้เกิดอนุมูล อิสระไฮดรอกซิลที่มีศักย์ออกซิเดชันสูง โดยการทำงานของสารละลายโอโซนร่วมกับสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำลายเชื้อ E. coli/coliform ได้ดีกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีอื่น การใช้สารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 5 เปอร์เซ็นต์ ร่วมกับ สารละลาย โอโซนสามารถทำลายเชื้อ E. coli/coliform ได้ภายในเวลา 8 นาทีและสามารถทำลายเชื้อ A. niger ได้ดีเช่นกัน เมื่อใช้ทั้งสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สารละลายโอโซน และแสงยูวีร่วมกัน ยิ่งสามารถลดเวลาในการทำลายเชื้อ E. coli/coliform ที่ทุกความเข้มข้นของสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และแม้ว่าเวลาในการพ่น ละลองลอยจะลดลง 4 เท่า ประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อแบคทีเรีย ก็ยังคงอยู่โดยที่ความเข้มข้นของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 5 เปอร์เซ็นต์สามารถลดเวลาในการพ่นละอองลงได้จาก 8 เป็น 2 นาที การประยุกต์การทำงานร่วมกันของโอโซนและยูวีในการพ่นละอองที่ความเข้มข้นของสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เพียง 1 เปอร์เซ็นต์สามารถฆ่าเชื้อได้ทั้งแบคทีเรียและรา ดังนั้น จึงมีความเป็นไปได้ในการใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ระดับความเข้มข้นต่ำ เพื่อลดการตกค้างของสารเคมีและลดความเป็นพิษ เพราะอนุมูลอิสระที่ไม่เสถียรสามารถแตกตัวและสลายหายไปได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ก่อให้เกิดสารพิษตกค้างต่อผู้บริโภคและสิ่งแวดล้อม