แปลและเรียบเรียงโดย  อรวรรณ สัมฤทธิ์เดชขจร ,  ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

องค์การอาหารและการเกษตรแห่งสหประชาชาติ (Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO) ได้ประเมินว่าพืชผลการเกษตรของโลกราว 50 % เกิดการเน่าเสียก่อนกำหนดเวลาโดยเฉพาะช่วงภายหลังเก็บเกี่ยว เนื่องมาจากกระบวนการเผาผลาญของพืชเอง หรือการปนเปื้อนจุลชีพ ปัจจุบันมีหลายวิธีที่ช่วยยืดอายุพืชผลการเกษตรหลังเก็บเกี่ยว ได้แก่ การแช่แข็ง การใช้สารเคมีป้องกันจุลชีพ การปรับเปลี่ยนบรรยากาศในบรรจุภัณฑ์ และกรรมวิธีทางความร้อน เป็นต้น

เมื่อวันที่ 6 พฤษภาคม 2559 ทีมวิจัยในสหรัฐอเมริกาได้เสนอทางเลือกใหม่โดยใช้โปรตีนไฟโบรอินจากไหมมาทำสารเคลือบชนิดกินได้ และยังสามารถยืดเวลาเก็บพืชผลให้สดใหม่และยาวนานขึ้นราว 1 สัปดาห์แม้ไม่ได้แช่เย็น ทีมวิจัยเลือกสตรอเบอร์รี่ซึ่งเป็นผลไม้ที่จัดว่าเก็บรักษายากที่สุดในการทดสอบประสิทธิภาพของสารเคลือบ

โครงสร้างผลึกของโปรตีนไฟโบรอินจากไหมมีลักษณะเฉพาะตัวทำให้ไหมเป็นหนึ่งในวัสดุธรรมชาติที่มีความทนทานต่อการแตกหัก โปรตีนไฟโบรอินเป็นโปรตีนที่ไม่ละลายน้ำ มีสมบัติช่วยสร้างเสถียรภาพและปกป้องวัสดุอื่นๆ ได้อย่างน่าทึ่ง อีกทั้งยังมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพและย่อยสลายได้ทางชีวภาพอีกด้วย

ในการศึกษาทีมวิจัยนำผลสตรอเบอร์รี่ที่เพิ่งเด็ดสดๆ มาจุ่มในสารละลายโปรตีนไฟโบรอินจากไหม โดยจะทำกระบวนการเคลือบผิวซ้ำราว 4 ครั้ง จากนั้นนำผิวเคลือบนี้มาผ่านกระบวนการอบแอนนีล ด้วยไอน้ำภายใต้สุญญากาศที่เวลาต่างๆ กันเพื่อศึกษาความทนทาน พวกเขาพบว่า ผิวเคลือบที่ได้มีความหนาประมาณ 27-35 ไมโครเมตร และหากใช้เวลาอบแอนนีลด้วยไอน้ำนาน ผิวเคลือบจะทนทานมากขึ้นเพราะเกิด beta-sheets มากขึ้น

ผลเปรียบเทียบความสดของ 1) สตรอเบอร์รี่ที่ไม่ได้เคลือบผิว 2) สตรอเบอร์รี่ที่เคลือบผิวและไม่ผ่านการอบแอนนีลด้วยไอน้ำ (มี beta-sheets 23%) และ 3) สตรอเบอร์รี่ที่เคลือบผิวและผ่านการอบแอนนีลด้วยไอน้ำนาน 12 ชั่วโมง (มี beta-sheets 58%)เมื่อเวลาผ่านไป 7 วัน

ทีมวิจัยได้ศึกษาเปรียบเทียบความสดใหม่ระหว่างสตรอเบอร์รี่ที่ไม่ผ่านการเคลือบผิวกับสตรอเบอร์รี่ที่เคลือบผิวและอบแอนนีลที่เวลาต่างๆ โดยวางทิ้งไว้ที่อุณหภูมิห้อง (22 °C) มีความชื้นสัมพัทธ์ 38% เป็นเวลานาน 7 วัน เมื่อครบกำหนดพบว่า สตรอเบอร์รี่ที่ผ่านการเคลือบผิวและอบแอนนีลที่เวลานานยังคงความชุ่มฉ่ำและแข็ง ในขณะที่สตรอเบอร์รี่ที่ไม่ผ่านการเคลือบผิวจะสูญเสียน้ำและมีสีเปลี่ยนไป ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า ผิวเคลือบจากไหมสามารถยืดระยะเวลาการเก็บรักษาผลไม้ให้คงความสดใหม่ ทั้งนี้เพราะ beta-sheets ที่เป็นองค์ประกอบในสารเคลือบจากโปรตีนไหมทำให้สตรอเบอร์รี่มีการซึมผ่านของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และออกซิเจนลดลง

a) แสดงสารเคลือบโปรตีนไหมสามารถช่วยลดอัตราการสุก
b) แสดงสารเคลือบโปรตีนไหมช่วยเพิ่มความแข็ง
c) แสดงลักษณะของเนื้อกล้วย หากไม่ผ่านการเคลือบผิว เนื้อกล้วยจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาล ขณะที่การเคลือบผิวเนื้อกล้วยมีสีขาว

ทีมวิจัย ยังได้ทดลองในลักษณะเดียวกันนี้กับกล้วยซึ่งเป็นผลไม้ที่แตกต่างจากสตรอเบอร์รี่ เพราะกล้วยยังต้องสุกได้ภายหลังการเก็บเกี่ยว สารเคลือบโปรตีนไหมสามารถช่วยลดอัตราการสุกเมื่อเปรียบเทียบกับกล้วยที่ไม่ได้เคลือบผิว อีกทั้งเพิ่มความแข็งให้แก่ผลไม้โดยป้องกันไม่ให้เปลือกนิ่ม สารเคลือบนี้มีลักษณะบาง ไม่มีกลิ่น และไม่ส่งผลกระทบต่อเนื้อสัมผัสของผลไม้ อย่างไรก็ดี ทีมวิจัยยังไม่ได้ศึกษาเรื่องรสชาติ

ข้อมูลเพิ่มเติม
การอบแอนนีล (annealing) คือ การอบโพลิเมอร์ที่มีโครงสร้างเป็นผลึกที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลวเล็กน้อยทำให้ชั้นผลึกมีความหนามากขึ้น หรือเพื่อลดความเค้นตกค้าง (ที่มา:พจนานุกรมศัพท์วัสดุศาสตร์และเทคโนโลยี)

Beta-sheets เป็นโครงสร้างระดับทุติยภูมิของโปรตีน โดยสายโพลิเปปไทด์ที่อยู่ใกล้กันเกิดพันธะไฮโดรเจน (ระหว่างหมู่คาร์บอกซิลของสายโพลิเปปไทด์หนึ่งกับหมู่อะมิโนของโพลิเปปไทด์อีกสายหนึ่ง)ทำให้โครงสร้างโปรตีนแบบนี้มีลักษณะเป็นแผ่นพับไปมา

ข้อมูลและภาพประกอบ
1. https://now.tufts.edu/news-releases/silk-keeps-fruit-fresh-without-refrigeration
2. Marelli, B. et al. Silk Fibroin as Edible Coating for Perishable Food Preservation. Sci. Rep. 6, 25263, DOI: 10.1038/srep25263 (2016)

Scroll Up