การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี UV/Ozone ในการกำจัดเชื้อ E. Coli/Coliforms ในการผลิตผลิตภัณฑ์อาหารและสินค้าระหว่างผลิตเพื่อลดน้ำทิ้งจากกระบวนการผลิตอาหารและนำวัตถุดิบระหว่างผลิตกลับมาใช้ใหม่

อาลักษณ์ ทิพยรัตน์

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี UV/Ozone ในการกำจัดเชื้อ E. Coli/Coliforms ในการผลิตผลิตภัณฑ์อาหารและสินค้าระหว่างผลิตเพื่อลดน้ำทิ้งจากกระบวนการผลิตอาหารและนำวัตถุดิบระหว่างผลิตกลับมาใช้ใหม่

dc.contributor.author	อาลักษณ์ ทิพยรัตน์
dc.contributor.other	มหาวิทยาลัยบูรพา. คณะวิศวกรรมศาสตร์
dc.date.accessioned	2019-05-02T03:33:08Z
dc.date.available	2019-05-02T03:33:08Z
dc.date.issued	2560
dc.identifier.uri	http://dspace.lib.buu.ac.th/xmlui/handle/1234567890/3534
dc.description.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	th_TH
dc.description.sponsorship	โครงการวิจัยประเภทงบประมาณเงินรายได้จากเงินอุดหนุนรัฐบาล (งบประมาณแผ่นดิน) ประจำปีงบประมาณ พ.ศ. 2560 มหาวิทยาลัยบูรพา	th_TH
dc.language.iso	th	th_TH
dc.publisher	คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา	th_TH
dc.subject	การทำลายเชื้อ -- เครื่องมือและอุปกรณ์	th_TH
dc.subject	รังสีเหนือม่วง	th_TH
dc.subject	การทำไร้เชื้อด้วยรังสี	th_TH
dc.subject	ผลิตภัณฑ์อาหาร -- การทำไร้เชื้อ	th_TH
dc.subject	สาขาเกษตรศาสตร์และชีววิทยา	th_TH
dc.title	การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี UV/Ozone ในการกำจัดเชื้อ E. Coli/Coliforms ในการผลิตผลิตภัณฑ์อาหารและสินค้าระหว่างผลิตเพื่อลดน้ำทิ้งจากกระบวนการผลิตอาหารและนำวัตถุดิบระหว่างผลิตกลับมาใช้ใหม่	th_TH
dc.title.alternative	Application of UV/Ozone technology to reduce E. coli/Coliforms contamination in food processing and intermediate products in minimizing wastewater and promoting more raw material recycling in the process	en
dc.type	Research	en
dc.author.email	aluck@eng.buu.ac.th
dc.year	2560	th_TH
dc.description.abstractalternative	The effect of combined ozonation and UV-C treatment as well as their individual effects were investigated to compare their microbial inactivation efficacies on a model liquid food containing caramel color and salt. A batch-type prototype of the O3 -UV combination treatment was constructed with a circulation flow rate of 5 L/min and equipped with an O3 gas generator (with a constant flow rate of 2.0 L/min) and a 4 UV-C lamp pasteurizer at the wavelength of 254 nm capable of adjusting two UV-C fluencies (i.e., 1.44 and 2.88 kJ/m2 ). The selected model microorganism was Escherichia coli DMST 4609. Salt concentration was varied at 1, 10 and 20% (w/v) and caramel color was used to adjust the absorbance of the model solution (at 0.03, 0.06 and 0.13% caramel, which are equivalent to the absorbance for 0.25, 0.50, 1.00 OD405nm, respectively). DI water was used as a control sample. In the case of DI water treatment, UVC pasteurization was the most effective treatment as evidenced from the fast E. coli reduction, achieving more than 7 log reduction within 2.5 min. E. coli inactivation by ozonation was rather steady and slow comparing to the UV treatment; only 4.7 log reduction in 30 min. The combined treatment was able to improve the slow initial microbial reduction via UV but the O3 fine gas bubbles nevertheless hindered the UV-C light penetration ability, resulting in significantly sluggish microbial reduction than the UV-C treatment alone. Salt content in the model solution increased the level of soluble solids and affected the efficacy of the UV-C, O3 and the combined systems. While the effectiveness of the UV-C treatment depends on the transmittance of UV-C in the model solution, the ozonation was very sensitive to the salt concentration, which highly affected the ozone solubility and microbial inactivation. The effect of caramel color addition was two-fold. White it clearly altered the UV-C light transmission in the opaque solution, the caramel dissolution also changed the total soluble solids content of the solution; the effectiveness of UV-C treatment was significantly compromised and the high soluble solids also had a negative impact on the O3 solubility, rendering ozonation less effective. A response surface analysis was performed to evaluate the interaction of caramel color and salt. When both interferences were present, the benefits of combined ozonation and UV-C treatment became apparent. The combined treatment outperformed the individual treatment where the ozonation was the least effective and the UV-C treatment offered only mediocre microbial reduction. The combined treatment utilizing beneficial characteristics of the two technologies would improve the E. coli inactivation by increasing the contact time. The individual and combined effects of these AOPs set the generated OH• level and consequently the degree of microbial destruction. Both O3or UV-C alone were ineffective. The H2O2 mist resulted in some E. coli/coliform inactivation that was varied with concentration. A. niger was more susceptible to H2O2 mist than E. coli/coliform. Photocatalyzing with UV-C light did not significantly improve the E. coli/coliform inactivation with the H2O2 mist. Substantial inactivation of A. niger was achieved with 1% H2O2 concentration. Complete annihilation of A. niger was achieved with 10-min fumigation of H2O2 ; however, 2-min fumigation was adequate with the addition of UV-C photocatalysis. This result illustrated that UV-C activation of H2O2 mists (combined UV-C activation and H2O2 mists) generates powerful oxidation of OH•. O3 of H2O2 mists most improved its efficacy for E. coli/coliform inactivation compared to the other treatments. Adding O3 to the 5% H2O2 mists applied for 8 min was able to completely destroy E. coli/coliform. O3 also enhanced the destruction of A. niger. When H2O2 / UV-C/O3 activations were combined, the reduction of E. coli/coliform was accelerated at all concentrations of H2O2 . A 4-fold reduction in the fumigation time was still effective for bacterial disinfection. At 5% H2O2 treatment, the fumigation time was reduced from 8 to less than 2 min. The application of combined O3 and UV-C treatment totally disinfected both bacteria and mold with just 1% H2O2 mist. Hence, it is possible to use a minimal H2O2 concentration, making residual chemical from this combined scheme minimally toxic due to rapid disappearance of the highly unstable free radicals	en