การจับตัวเป็นก้อน (Caking) คือการที่ผงซึ่งเดิมร่วนและไหลได้ดีเกาะกันเป็นก้อนนิ่มหรือก้อนแข็งระหว่างการเก็บรักษา สาเหตุหลักคือการดูดความชื้นจากอากาศและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การวิเคราะห์แนวโน้มการจับตัวเป็นก้อน (Caking Tendency Analysis) วัดการเปลี่ยนแปลงนี้เป็นตัวเลข เพื่อให้ผู้ผลิตเลือกสูตร ตัวพา และบรรจุภัณฑ์ได้ก่อนที่ปัญหาจะไปถึงมือผู้บริโภค
ในตลาดผลิตภัณฑ์เสริมอาหารแบบผงและเครื่องดื่มชงของไทย การจับตัวเป็นก้อนเป็นปัญหาคุณภาพที่พบบ่อยและทำให้ประสบการณ์ของผู้บริโภคแย่ลงได้เร็ว ผงที่ร่วนดีตอนเปิดซองแต่กลายเป็นก้อนแข็งหรือก้อนเหนียวหลังเก็บไว้ระยะหนึ่ง เช่น 3–6 เดือน ทำให้ผู้บริโภคต้องบดเองก่อนใช้ บางรายเลิกซื้อซ้ำหรือส่งคืนผ่านช่องทางจัดจำหน่าย เครื่องดื่มผงที่จับตัวเป็นก้อนยังละลายยากและให้รสชาติไม่สม่ำเสมอ แบรนด์จึงเสียทั้งความเชื่อมั่นของผู้บริโภคและยอดขายซ้ำ
การจับตัวเป็นก้อนไม่ได้เกิดขึ้นแบบสุ่ม แต่เป็นกระบวนการทางฟิสิกส์ที่ทำนายและวัดได้ ปัจจัยหลักคือการดูดความชื้น (Hygroscopicity) ของผง และการเปลี่ยนอุณหภูมิระหว่างการขนส่งและการเก็บรักษา ผงที่ดูดความชื้นจะมีผิวเหนียวหรือเกิดสะพานของเหลวเชื่อมระหว่างอนุภาค เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนและความชื้นระเหยออกไป สะพานเหล่านี้อาจแข็งตัวเป็นสะพานของแข็งที่ยึดอนุภาคเข้าด้วยกัน ผงอสัณฐานที่มีน้ำตาลสูงยังเหนียวขึ้นมากเมื่ออุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (Glass Transition Temperature) ซึ่งจะลดต่ำลงเมื่อผงดูดน้ำ (Zafar et al., 2017) ผงสารสกัดสมุนไพรที่ใช้น้ำตาลหรือเกลือเป็นตัวพา (Carrier) จึงมีแนวโน้มจับตัวเป็นก้อนสูงกว่าผงที่ใช้ตัวพาซึ่งช่วยลดความเหนียว เช่น มอลโตเด็กซ์ทริน (Maltodextrin) ชนิดที่มีค่าสมมูลเดกซ์โทรส (Dextrose Equivalent: DE) ต่ำ แม้มอลโตเด็กซ์ทรินเองก็ดูดความชื้นได้ (Bhandari et al., 1997)
ห้องปฏิบัติการวิสไบโอให้บริการวิเคราะห์แนวโน้มการจับตัวเป็นก้อนร่วมกับห้องปฏิบัติการพันธมิตร โดยเก็บตัวอย่างในสภาวะความชื้นและอุณหภูมิที่ควบคุม แล้วประเมินด้วยการร่อนผ่านตะแกรง (Sieve Analysis) และการให้คะแนนการจับตัวเป็นก้อนด้วยสายตา ซึ่งเป็นแนวทางที่ใช้ในวงการอาหารและผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร ครอบคลุมตัวอย่างผงสารสกัดสมุนไพร ผลิตภัณฑ์เสริมอาหารแบบผง เครื่องดื่มชงแบบผง ผงโปรตีน และผลิตภัณฑ์ผงที่บรรจุในซอง กระป๋อง หรือถุงปิดผนึก
ทำไมการจับตัวเป็นก้อนจึงเป็นปัญหาสำคัญของผลิตภัณฑ์แบบผง
ในมุมของผู้บริโภค การจับตัวเป็นก้อนทำลายความรู้สึกว่าสินค้ายังใหม่ตั้งแต่การเปิดใช้ครั้งที่สองหรือสาม ปัญหาคุณภาพอื่น เช่น สีหรือกลิ่นที่เปลี่ยนเล็กน้อย ผู้บริโภคอาจไม่สังเกตหรือไม่ใส่ใจเท่า แต่ผงที่เป็นก้อนเห็นได้ชัด และมักถูกถ่ายภาพลงในรีวิวออนไลน์ ซึ่งกระทบภาพลักษณ์ของแบรนด์อย่างรวดเร็วและแก้ไขได้ยาก ในสินค้าระดับราคาสูง ปัญหานี้ยิ่งรุนแรง เพราะผู้บริโภคจ่ายแพงและคาดหวังคุณภาพที่สม่ำเสมอ
ในขั้นการพัฒนาสูตร การควบคุมการจับตัวเป็นก้อนต้องอาศัยหลายปัจจัยร่วมกัน ได้แก่ ความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบ การเลือกตัวพา การออกแบบขนาดอนุภาค การเลือกบรรจุภัณฑ์ที่ป้องกันความชื้น การเติมสารป้องกันการจับตัวเป็นก้อน (Anti-caking Agent) เช่น ซิลิคอนไดออกไซด์ (Silicon Dioxide) หรือไตรแคลเซียมฟอสเฟต (Tricalcium Phosphate) และการกำหนดสภาวะการเก็บรักษาที่เหมาะสม การทดสอบเชิงเร่งที่อุณหภูมิ 40 องศาเซลเซียส ความชื้นสัมพัทธ์ 75% ช่วยให้เห็นแนวโน้มการจับตัวเป็นก้อนก่อนผลการเก็บภายใต้สภาวะปกติ จึงใช้คัดกรองสูตรและบรรจุภัณฑ์ได้ตั้งแต่ช่วงต้นของการพัฒนา
ในมุมของห่วงโซ่อุปทาน การจับตัวเป็นก้อนเป็นสาเหตุหนึ่งที่พบบ่อยของการที่ผู้นำเข้าและตัวแทนการค้าในตลาดส่งออกปฏิเสธรับสินค้าทั้งล็อต โดยเฉพาะในตลาดที่อากาศชื้นจัด เช่น สิงคโปร์ มาเลเซีย ฟิลิปปินส์ และอินโดนีเซีย ผู้นำเข้าบางรายทดสอบการจับตัวเป็นก้อนของล็อตที่ได้รับภายใต้ความชื้นสูงก่อนยอมรับสินค้า ข้อมูลเชิงตัวเลขที่แสดงว่าผลิตภัณฑ์ผ่านการทดสอบการจับตัวเป็นก้อนภายใต้สภาวะที่เข้มงวดจึงช่วยลดความเสี่ยงที่สินค้าจะถูกตีกลับ
ในมุมของการกำกับดูแล พระราชบัญญัติอาหาร พ.ศ. 2522 และพระราชบัญญัติผลิตภัณฑ์สมุนไพร พ.ศ. 2562 ไม่ได้กำหนดค่าการจับตัวเป็นก้อนไว้โดยตรง แต่ผู้ผลิตผลิตภัณฑ์ที่แสดงปริมาณสารออกฤทธิ์ต่อหน่วยบริโภคบนฉลากควรกำหนดความสม่ำเสมอของการตวงผง (Scoop Uniformity) ไว้ในข้อกำหนดเฉพาะของผลิตภัณฑ์ เพราะเกี่ยวข้องกับการจับตัวเป็นก้อนโดยตรง ผงที่จับตัวเป็นก้อนทำให้การตวงไม่สม่ำเสมอ และปริมาณสารออกฤทธิ์ที่ผู้บริโภคได้รับในแต่ละครั้งไม่ตรงกับฉลาก
หลักการของการวิเคราะห์การจับตัวเป็นก้อน
หลักการพื้นฐานของการวิเคราะห์คือการประเมินเชิงปริมาณว่าผงเปลี่ยนจากเนื้อร่วนเป็นก้อนมากน้อยเพียงใด หลังเก็บภายใต้สภาวะที่จำลองการเก็บรักษาจริงหรือสภาวะเร่ง วิธีหลักคือการร่อนผ่านตะแกรง (Sieve Analysis) โดยนำตัวอย่างไปเขย่าบนตะแกรงที่มีขนาดช่องเปิดตามที่กำหนด เช่น 250 หรือ 500 ไมโครเมตร แล้วชั่งน้ำหนักผงที่ผ่านตะแกรงเทียบกับก่อนการเก็บ สัดส่วนผงที่ผ่านตะแกรงที่ลดลงบ่งบอกระดับการจับตัวเป็นก้อนเชิงปริมาณ
วิธีรองคือการให้คะแนนการจับตัวเป็นก้อนด้วยสายตา (Visual Caking Grade) ในระดับ 0–5 ดังนี้
- ระดับ 0: ผงร่วนสมบูรณ์ ไม่มีก้อน
- ระดับ 1: มีก้อนเล็กที่กดเบา ๆ ก็แตกร่วน
- ระดับ 2: มีก้อนขนาดกลางที่ต้องใช้แรงกดปานกลางจึงแตก
- ระดับ 3: มีก้อนแข็งที่ต้องออกแรงจึงแตก เป็นระดับที่ผู้บริโภคเริ่มสังเกตเห็น
- ระดับ 4: ผงส่วนใหญ่จับตัวเป็นก้อน
- ระดับ 5: ผงทั้งหมดเป็นก้อนแข็งจนใช้งานตามวัตถุประสงค์ไม่ได้
เกณฑ์ที่นิยมใช้เป็นแนวทางคือระดับ 0–1 และไม่เกินระดับ 2 ตลอดอายุการเก็บรักษา ส่วนเกณฑ์ยอมรับจริงควรกำหนดไว้ในข้อกำหนดเฉพาะของแต่ละผลิตภัณฑ์
นอกจากการร่อนผ่านตะแกรงและการให้คะแนนด้วยสายตา ยังมีการวัดเสริมที่ให้ข้อมูลเชิงลึกเพิ่มเติม ได้แก่ ความหนาแน่นรวม (Bulk Density) ซึ่งเมื่อวัดก่อนและหลังการเก็บที่ความชื้นสูงจะบ่งบอกการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของผง (United States Pharmacopeial Convention, 2023a) ดัชนีการอัดตัว (Compressibility Index) ซึ่งคำนวณจากความหนาแน่นรวมและความหนาแน่นหลังเคาะ (Tapped Density) และบ่งบอกแนวโน้มการไหลของผง และมุมกองผง (Angle of Repose) ซึ่งวัดจากกองผงที่เทผ่านกรวย และบ่งบอกความสามารถในการไหลในกระบวนการบรรจุและการตวง (United States Pharmacopeial Convention, 2023b)
ขอบเขตบริการวิเคราะห์การจับตัวเป็นก้อนของห้องปฏิบัติการวิสไบโอ
บริการของห้องปฏิบัติการวิสไบโอ ซึ่งดำเนินการร่วมกับห้องปฏิบัติการพันธมิตร ครอบคลุมตัวอย่างสี่กลุ่ม
- ผงสารสกัดและวัตถุดิบ: ผงสารสกัดสมุนไพรที่ผ่านการทำแห้งแบบพ่นฝอย (Spray Drying) ผงที่ผ่านการทำแห้งแบบเยือกแข็ง (Freeze Drying) วัตถุดิบสารออกฤทธิ์เชิงพาณิชย์ และผงโปรตีน
- ผลิตภัณฑ์เสริมอาหารแบบผง: ผงคอลลาเจน ผงโพรไบโอติก ผงวิตามินรวม ผงโปรตีนสำหรับชง และผงเสริมสารออกฤทธิ์เฉพาะ
- เครื่องดื่มชง: กาแฟผง โกโก้ผง เครื่องดื่มสมุนไพรชนิดชง เครื่องดื่มเสริมสารออกฤทธิ์แบบผง และเครื่องดื่มฟังก์ชันแบบชง
- พรีมิกซ์อุตสาหกรรม: พรีมิกซ์เบเกอรี พรีมิกซ์ขนม พรีมิกซ์เครื่องปรุงรส และพรีมิกซ์ส่วนผสมสำหรับผู้ผลิตอาหารและเครื่องดื่ม
ผลที่รายงานประกอบด้วยสัดส่วนผงที่ผ่านตะแกรงก่อนและหลังการเก็บ คะแนนการจับตัวเป็นก้อนระดับ 0–5 และการเปลี่ยนแปลงตามเวลาเทียบกับจุดตั้งต้น (T0) ลูกค้าเลือกได้ระหว่างการทดสอบครั้งเดียวสำหรับการตรวจปล่อยล็อต หรือการติดตามหลายจุดเวลาระหว่างการศึกษาความคงตัว นอกจากนี้ ห้องปฏิบัติการวิสไบโอยังวัดความหนาแน่นรวม ดัชนีการอัดตัว และมุมกองผงเพิ่มเติมได้ตามต้องการ
การนำผลการวิเคราะห์การจับตัวเป็นก้อนไปใช้ประโยชน์
ผลการวิเคราะห์ใช้ได้ในหลายช่วงของผลิตภัณฑ์
- ขั้นวิจัยและพัฒนา: ใช้เลือกตัวพา สารป้องกันการจับตัวเป็นก้อน และสภาวะการทำแห้งแบบพ่นฝอยที่ให้ผงคงตัวที่สุด และเปรียบเทียบผงจากผู้ส่งวัตถุดิบหลายรายเพื่อเลือกรายที่ส่งมอบคุณภาพสม่ำเสมอ
- ขั้นเลือกบรรจุภัณฑ์: ใช้เปรียบเทียบบรรจุภัณฑ์หลายแบบ เช่น ซองอะลูมิเนียม ขวดพลาสติก และถุงปิดผนึกด้วยความร้อน เพื่อเลือกแบบที่ป้องกันความชื้นได้ดีที่สุดภายในงบประมาณ
- ขั้นการผลิตเชิงพาณิชย์: ใช้เป็นเกณฑ์ตรวจปล่อยล็อต โดยเฉพาะล็อตที่ผลิตในฤดูฝนซึ่งความชื้นในโรงงานสูง
- การศึกษาความคงตัว: ใช้คู่กับการศึกษาความคงตัวด้านอื่น เช่น การวัดความชื้น (Moisture Content) เพื่อยืนยันว่าผลิตภัณฑ์ยังเป็นผงร่วนตลอดอายุการเก็บรักษา
- ขั้นส่งออก: ใช้เป็นเอกสารแนบใบรับรองผลการวิเคราะห์ (Certificate of Analysis: COA) โดยเฉพาะเมื่อส่งออกไปประเทศที่อากาศชื้นจัด หรือขนส่งด้วยตู้คอนเทนเนอร์เป็นเวลานาน
- การขยายกลุ่มผลิตภัณฑ์: ใช้ผลของสูตรเดิมเป็นข้อมูลอ้างอิงเมื่อขยายขนาดการผลิต (Scale-up) หรือพัฒนาสูตรใหม่ที่มีโครงสร้างผงคล้ายกัน
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการจับตัวเป็นก้อน
การจับตัวเป็นก้อน (Caking) คืออะไร
การจับตัวเป็นก้อนคือการที่ผงซึ่งเดิมร่วนและไหลได้ดีเกาะกันเป็นก้อนนิ่มหรือก้อนแข็งระหว่างการเก็บรักษา สาเหตุหลักคือการดูดความชื้นจากอากาศและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิระหว่างการขนส่งและการเก็บรักษา
ทำไมผงที่มีน้ำตาลหรือเกลือเป็นตัวพาจึงจับตัวเป็นก้อนง่าย
ผงที่ดูดความชื้นจะมีผิวเหนียวและเกิดสะพานเชื่อมระหว่างอนุภาค เมื่อความชื้นระเหยออก สะพานเหล่านี้อาจแข็งตัวยึดอนุภาคเข้าด้วยกัน ผงอสัณฐานที่มีน้ำตาลสูงยังเหนียวขึ้นมากเมื่ออุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว ซึ่งลดต่ำลงเมื่อผงดูดน้ำ
ป้องกันผงจับตัวเป็นก้อนได้อย่างไร
ต้องอาศัยหลายปัจจัยร่วมกัน ได้แก่ การเลือกตัวพา การออกแบบขนาดอนุภาค การเติมสารป้องกันการจับตัวเป็นก้อน เช่น ซิลิคอนไดออกไซด์หรือไตรแคลเซียมฟอสเฟต การเลือกบรรจุภัณฑ์ที่ป้องกันความชื้น และการกำหนดสภาวะการเก็บรักษาที่เหมาะสม
วัดการจับตัวเป็นก้อนอย่างไร
วิธีหลักคือการร่อนผ่านตะแกรง แล้วเทียบสัดส่วนผงที่ผ่านตะแกรงก่อนและหลังการเก็บ ร่วมกับการให้คะแนนด้วยสายตาในระดับ 0–5 โดยระดับ 0 คือผงร่วนสมบูรณ์ และระดับ 5 คือผงทั้งหมดเป็นก้อนแข็งจนใช้งานไม่ได้
ทำไมจึงทดสอบที่ 40 องศาเซลเซียส ความชื้นสัมพัทธ์ 75%
สภาวะเร่งนี้ช่วยให้เห็นแนวโน้มการจับตัวเป็นก้อนก่อนผลการเก็บภายใต้สภาวะปกติ จึงใช้คัดกรองสูตรและบรรจุภัณฑ์ได้ตั้งแต่ช่วงต้นของการพัฒนา
ห้องปฏิบัติการวิสไบโอรับวิเคราะห์ตัวอย่างประเภทใดบ้าง
รับผงสารสกัดและวัตถุดิบ ผลิตภัณฑ์เสริมอาหารแบบผง เช่น ผงคอลลาเจนและผงโพรไบโอติก เครื่องดื่มชง เช่น กาแฟผงและโกโก้ผง และพรีมิกซ์อุตสาหกรรมสำหรับผู้ผลิตอาหารและเครื่องดื่ม
เอกสารอ้างอิง:
- Bhandari, B. R., Datta, N., & Howes, T. (1997). Problems associated with spray drying of sugar-rich foods. Drying Technology, 15(2), 671–684. https://doi.org/10.1080/07373939708917253
- United States Pharmacopeial Convention. (2023a). Bulk density and tapped density of powders (USP <616>). USP.
- United States Pharmacopeial Convention. (2023b). Powder flow (USP <1174>). USP.
- Zafar, U., Vivacqua, V., Calvert, G., Ghadiri, M., & Cleaver, J. A. S. (2017). A review of bulk powder caking. Powder Technology, 313, 389–401. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2017.02.024
- ราชกิจจานุเบกษา. (2522, พฤษภาคม 13). พระราชบัญญัติอาหาร พ.ศ. 2522. ราชกิจจานุเบกษา, 96(79 ก), 1–24.
- ราชกิจจานุเบกษา. (2562, เมษายน 30). พระราชบัญญัติผลิตภัณฑ์สมุนไพร พ.ศ. 2562. ราชกิจจานุเบกษา, 136(56 ก), 116–161.