การคัดเลือกแบคทีเรียแลคติกที่สามารถผลิตแบคเทอริโอซินที่แยกได้จากส้มเท้าวัวและประยุกต์ใช้เป็นกล้าเชื้อเริ่มต้นเพื่อยกระดับคุณภาพและความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์

บทคัดย่อ

ส้มเท้าวัว หรือผลิตภัณฑ์ที่เรียกกันว่าส้มตีนวัว หรือเปรี้ยวเท้า เป็นอาหารหมักดองชนิดหนึ่งของประเทศไทยในภาคตะวันออกเฉียงเหนือตอนบน และนิยมรับประทานโดยไม่ผ่านกระบวนการให้ความร้อนหรือทำให้สุกอีกครั้ง ทำให้มีความเสี่ยงที่จะเกิดอันตรายจากจุลินทรีย์ก่อโรคในอาหารได้ และการผลิตส้มเท้าวัวส่วนใหญ่ยังเป็นการผลิตระดับพื้นบ้าน หรือการผลิตแบบอุตสาหกรรมในครัวเรือนที่ถ่ายทอดภูมิปัญญาในการผลิตสืบกันมา การผลิตมักเกิดจากกระบวนการหมักตามธรรมชาติของจุลินทรีย์ที่ปนเปื้อนมาในวัตถุดิบที่ใช้ในการผลิต ไม่มีการควบคุมการผลิตและไม่มีการนำความรู้ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเข้ามาช่วยในกระบวนการผลิตเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพ ปลอดภัยจากสารพิษและจุลินทรีย์ก่อโรค ทำให้ไม่สามารถควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์ได้ และการอาศัยเพียงแบคทีเรียแลคติกที่มีอยู่ในธรรมชาตินั้นอาจทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพไม่สม่ำเสมอ เนื่องจากกระบวนการหมักขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ปริมาณและการเจริญเติบโตของแบคทีเรียแลคติกในวัตถุดิบ ในการผลิตส้มเท้าวัวมีจุลินทรีย์ที่สำคัญที่ทำให้เกิดกระบวนการหมัก คือ แบคทีเรียแลคติก (Lactic acid bacteria) ที่ปนเปื้อนอยู่ในวัตถุดิบ จึงทำให้ส้มเท้าวัวมีรสชาติเปรี้ยว (อรุณ วงศ์จิรัฐิติ และสุวภา ยศตะโคตร, 2557) ตั้งแต่ปี ค.ศ. 2000 เป็นต้นมา พบว่าเทคโนโลยีชีวภาพของไทยมีการพัฒนาการอย่างต่อเนื่อง ก่อให้เกิดการสร้างผลิตภัณฑ์ในเชิงพาณิชย์เป็นจำนวนมาก (สถาบันทรัพย์สินทางปัญญาแห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2560) แต่อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีชีวภาพที่มีการประยุกต์ใช้กล้าเชื้อเริ่มต้น (starter cultures) ในผลิตภัณฑ์อาหารหมักประเภทเนื้อสัตว์ของไทยยังมีอยู่น้อยมาก เช่น ผลิตภัณฑ์แหนม ที่มีการใช้กล้าเชื้อเริ่มต้นในการหมัก ซึ่งทำให้ผลิตภัณฑ์อาหารหมักประเภทเนื้อสัตว์อีกหลายชนิดของไทยที่ยังไม่มีการพัฒนากระบวนการหรือเทคโนโลยีการใช้กล้าเชื้อเริ่มต้นในการหมักขาดการยอมรับจากบริโภคทั้งในและต่างประเทศ ทั้งในด้านมาตรฐาน คุณภาพและความปลอดภัย เนื่องจากอาจมีการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ในเนื้อสัตว์และผลิตภัณฑ์ที่ทำให้เกิดความเสี่ยงที่เป็นอันตรายต่อความปลอดภัยของผู้บริโภค (da Costa et al., 2019) ซึ่งอันตรายจากจุลินทรีย์ในผลิตภัณฑ์เนื้อสัตว์เป็นปัญหาที่สำคัญอย่างหนึ่งของอุตสาหกรรมเนื้อสัตว์และผลิตภัณฑ์ ที่เป็นสาเหตุของการเน่าเสียของวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์ และอันตรายจากจุลินทรีย์ก่อโรคสายพันธุ์ต่าง ๆ ที่ปนเปื้อนในวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์ (Rouger et al., 2017) จึงส่งผลให้มีการพัฒนางานวิจัยในทางเทคโนโลยีชีวภาพเพื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์อาหารให้มีคุณภาพและความปลอดภัยจากทั้งจุลินทรีย์และสารเคมีที่ใช้เป็นวัตถุกันเสียกันมากขึ้น เช่น การใช้กล้าเชื้อเริ่มต้นที่มีความปลอดภัยในการหมักอาหาร และการใช้วัตถุกันทางชีวภาพ (biopreservative) หรือสารต้านจุลินทรีย์จากธรรมชาติ (natural-antimicrobial) เพื่อตอบสนองความต้องการแก่ผู้บริโภค แต่อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีกล้าเชื้อเริ่มต้นในอาหารหมักของประเทศไทยส่วนมากยังต้องอาศัยเทคโนโลยีหรือสายพันธุ์จุลินทรีย์จากต่างประเทศ ซึ่งทำให้ยังต้องพึ่งพาเทคโนโลยีและการนำเข้าจากต่างประเทศอยู่ ซึ่งหากมีการวิจัยและพัฒนาสายพันธุ์กล้าเชื้อเริ่มต้นในประเทศ จะช่วยให้สามารถสร้างความเข้มแข็งในด้านเทคโนโลยีชีวภาพของประเทศไทยและลดการพึ่งพาเทคโนโลยีด้านนี้จากต่างประเทศได้ โดยแบคทีเรียแลคติกที่พบในกระบวนการหมักของผลิตภัณฑ์เนื้อหมัก เป็นกลุ่มแบคทีเรียที่มีขนาดใหญ่ที่ประกอบไปด้วยสายพันธุ์ต่าง ๆ มากมาย แต่ในประเทศไทยมีเพียงไม่กี่สายพันธุ์เท่านั้นที่มีประสิทธิภาพในการผลิตสารยับยั้งจุลินทรีย์ประเภทแบคเทอริโอซินได้ดี โดยแบคทีเรียแลคติกที่มีประสิทธิภาพในการผลิตแบคเทอริโอซินที่แยกได้จากผลิตภัณฑ์เนื้อหมักของไทย เช่น Lactococcus lactis subsp. lactis N100&190 (Nisin Z) จากแหนม Pediococcus pentosaceus TISTR 536 (Pediocin PA-1) จากแหนม P. pentosaceus M13 (Pediocin PA-1) จากหม้ำ Lactobacillus plantarum KMITL-QU 54 (Pediocin) จากไส้กรอกอีสาน และ P. pentosaceus BCC 3772 (Pediocin PA-1/AcH) จากแหนม เป็นต้น (Swetwiwathana & Visessanguan, 2015) ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้ว่าแบคทีเรียแลคติกที่แยกได้จากผลิตภัณฑ์ส้มเท้าวัวในจังหวัดสกลนครจะมีสายพันธุ์ที่สามารถสร้างแบคเทอริโอซินได้ ซึ่งหากมีการคัดเลือก และจำแนกชนิดความหลากหลายของแบคทีเรียแลคติกแล้ว ก็มีความเป็นไปได้อย่างมากที่จะพบสายพันธุ์ที่สามารถสร้างแลคเทอริโอซินที่มีประสิทธิภาพยับยั้งแบคทีเรียก่อโรคได้ดี แนวความคิดในการทำวิจัย แบคทีเรียแลคติกสามารถจะผลิตสารต้านจุลินทรีย์ เช่น แบคเทอริโอซินที่สามารถยับยั้งแบคทีเรียก่อโรคในอาหารได้หลากหลายสายพันธุ์ แต่เนื่องจากแบคทีเรียแลคติกเป็นกลุ่มแบคทีเรียที่มีขนาดใหญ่ที่ประกอบไปด้วยสายพันธุ์ต่าง ๆ มากมาย ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้ว่าแบคทีเรียแลคติกที่แยกได้จากผลิตภัณฑ์ส้มเท้าวัวจากแหล่งผลิตต่าง ๆ ในจังหวัดสกลนคร จะมีแบคทีเรียแลคติกที่สามารถผลิตแบคเทอริโอซิน ซึ่งหากมีการคัดเลือกและจำแนกชนิดแล้ว ก็มีความเป็นไปได้อย่างมากที่จะพบสายพันธุ์ที่สามารถสร้างแบคเทอริโอซินที่มีประสิทธิภาพยับยั้งจุลินทรีย์ก่อโรคในอาหาร และสามารถนำมาประยุกต์ใช้เป็นกล้าเชื้อเริ่มต้นในการหมักส้มเท้าวัวหรือผลิตภัณฑ์เนื้อหมักประเภทอื่น ๆ ในเชิงพาณิชย์ได้ ซึ่งการใช้กล้าเชื้อเริ่มต้นในกระบวนการหมักจะเป็นวิธีการที่สำคัญวิธีการหนึ่งที่จะช่วยให้ผลิตภัณฑ์อาหารหมักของไทยมีความปลอดภัยและมีคุณภาพสม่ำเสมอ รวมถึงเป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการยอมรับจากผู้บริโภคทั้งในประเทศและต่างประเทศในด้านมาตรฐาน คุณภาพและความปลอดภัย จากแนวคิดในการทำวิจัย ทางคณะผู้วิจัยจะใช้กระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพช่วยในการผลิตส้มเท้าวัวเพื่อเพิ่มคุณภาพและความปลอดภัยให้กับอาหาร ซึ่งในปัจจุบันได้มีการนำแบคทีเรียแลคติกที่สามารถผลิตแบคเทอริโอซินและสารแบคเทอริโอซินที่ผลิตได้มาใช้ประโยชน์อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอาหารและเป็นส่วนสำคัญในเทคโนโลยีการถนอมอาหารแบบผสมผสาน (Hurdle Technology) ที่สามารถเพิ่มความปลอดภัยและยืดอายุการเก็บรักษาของอาหารได้ (Leistner, 2000) โดยวัตถุกันเสียหลายชนิดที่ผลิตจากแบคทีเรียแลคติกถูกนำมาใช้เป็นวัตถุกันเสียจากธรรมชาติ (biopreservative) เนื่องจากสามารถยับยั้งหรือทำลายจุลินทรีย์ที่ไม่เป็นที่ต้องการในอาหารได้ (Schillinger et al., 1996) จึงใช้สารแบคเทอริโอซินเพื่อลดหรือทดแทนวัตถุกันเสียที่เป็นสารเคมีในผลิตภัณฑ์อาหารได้ ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าวัตถุกันเสียที่เป็นสารเคมีหลายชนิดมีผลต่อสุขภาคของผู้บริโภค โดยเฉพาะการเป็นสารก่อมะเร็ง โดยเทคโนโลยีทางชีวภาพนี้สามารถนำมาใช้ในการผลิตส้มตีนวัวให้มีคุณภาพและปลอดภัยได้เช่นกัน ดังนั้นจึงมีแนวคิดที่จะปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ส้มเท้าวัวให้มีความปลอดภัยต่อผู้บริโภคเพิ่มมากขึ้น โดยใช้แบคทีเรียแลคติกที่ผลิตสารแบคเทอริโอซินที่มีประสิทธิภาพในการยับยั้งแบคทีเรียก่อโรคและทำให้อาหารเสื่อมเสียเป็นกล้าเชื้อเริ่มต้น โดยเป็นแบคทีเรียแลคติกที่แยกได้จากผลิตภัณฑ์ส้มเท้าวัวซึ่งถือเป็นเชื้อแบคทีเรียแลคติกที่มีอยู่เดิมในผลิตภัณฑ์ (normal flora) อีกทั้งยังสามารถนำแบคทีเรียแลคติกที่ผลิตแบคเทอริโอซินหรือแบคเทอริโอซินที่ผลิตจากแบคทีเรียแลคติกที่คัดเลือกได้นี้ ไปประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอาหารอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องหรือใกล้เคียงกัน หรือนำแบคเทอริโอซินที่ผลิตได้ไปประยุกต์ใช้เป็นวัตถุกันเสียจากธรรมชาติได้ และในปัจจุบัน กล้าเชื้อเริ่มต้นและสารแบคเทอริโอซินได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก เนื่องจากเป็นสารกันเสียจากธรรมชาติที่ช่วยยืดอายุการเก็บรักษาของอาหาร เพิ่มคุณภาพและความปลอดภัยสำหรับอาหารพร้อมรับประทาน การบริโภคสด อาหารที่มีการแปรรูปขั้นต้นโดยไม่ใช้สารเคมี (Hammami, Fliss, & Corsetti, 2019) ซึ่งส่งผลให้มีการพัฒนากระบวนการเทคโนโลยีทางชีวภาพในการผลิตโดยใช้กล้าเชื้อเริ่มต้นในการผลิตอาหารหมัก ซึ่งหัวเชื้อที่เลือกใช้จะต้องมีคุณสมบัติในการปรับปรุงอาหารหมักให้มีกลิ่นรส เนื้อสัมผัสและลักษณะปรากฏที่ต้องการ และยังต้องมีกลไกการยับยั้งจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรคและจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดการเน่าเสียที่ปนเปื้อนมากับวัตถุดิบทางการเกษตร ซึ่งในงานวิจัยนี้ทางคณะผู้วิจัยจะทำการคัดเลือกแบคทีเรียแลคติกที่สามาถสร้างสารแบคเทอริโอซินที่มีประสิทธิภาพในการยับยั้งแบคทีเรียก่อโรคที่ปนเปื้อนในผลิตภัณฑ์ส้มเท้าวัวโดยประยุกต์ใช้วิธี triple-agar-layer method (Todorov et al., 2013) ร่วมกับ Bacteriocin screening medium (BSM) (Tichaczek et al., 1992) agar-spot-test (Schillinger & L?cke, 1989) และจำแนกสายพันธุ์แบคทีเรียแลคติกที่มีสามารถผลิตแบคเทอริโอซินและประสิทธิภาพในการยับยั้งเชื้อแบคทีเรียก่อโรคในผลิตภัณฑ์ส้มเท้าวัว โดยวิธี 16S RNA sequencing analysis ศึกษาคุณสมบัติต่าง ๆ และความคงตัวของแบคเทอริโอซินที่ผลิตได้ จากนั้นนำมาประยุกต์ใช้เป็นกล้าเชื้อเริ่มต้นในการผลิตส้มเท้าวัวในเชิงพาณิชย์ ซึ่งนอกจากคุณภาพและความปลอดภัยแล้ว ผู้ผลิตเท้าตีนวัวจำเป็นต้องคำนึงถึงความต้องการของผู้บริโภคด้วย ซึ่งทางคณะผู้วิจัยจะทำการศึกษาการยอมรับของผู้บริโภคต่อผลิตภัณฑ์ส้มเท้าวัวที่ใช้กล้าเชื้อเริ่มต้นที่คัดเลือกได้ในการหมัก รวมถึงศึกษาคุณลักษณะของส้มเท้าวัวที่ผู้บริโภคชื่นชอบโดยการวิเคราะห์แผนภาพความชอบ (preference mapping analysis) จะช่วยให้สามารถพัฒนาผลิตภัณฑ์ให้ตรงตามความต้องการของผู้บริโภคได้ (ดังไดอะแกรมในรูปที่ 1) ซึ่งเป็นการศึกษาความเป็นไปได้ของการใช้กล้าเชื้อแลคติกเริ่มต้นในการผลิตส้มเท้าวัวในเชิงพาณิชย์ โดยการใช้ความรู้และความเชี่ยวชาญของคณะผู้วิจัย และมีองค์ความรู้และความเชี่ยวชาญในด้านความปลอดภัยของอาหารทางจุลชีววิทยา เทคโนโลยีการหมัก การพัฒนาผลิตภัณฑ์อาหาร และการทดสอบผู้บริโภค นอกจากนี้ยังมีที่ปรึกษาโครงการวิจัยที่มีความเชี่ยวชาญในด้านแบคเทอริโอซินและการประยุกต์ใช้แบคทีเรียแลคติกที่สามารถผลิตแบคเทอริโอซินเป็นกล้าเชื้อเพื่อความปลอดภัยในกระบวนการหมักอาหาร

คำสำคัญ