การทดสอบ Freeze Thaw หรือการทดสอบรอบแช่แข็ง-ละลาย คือการนำผลิตภัณฑ์ไปเก็บที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งสลับกับอุณหภูมิห้องหรืออุณหภูมิสูงเป็นรอบ ๆ ส่วนการทดสอบรอบอุณหภูมิ (Temperature Cycling) คือการสลับระหว่างอุณหภูมิเย็นกับร้อนโดยไม่จำเป็นต้องถึงจุดเยือกแข็ง ทั้งสองแบบเป็นการทดสอบความเครียด (Stress Test) ที่ใช้ดูว่าผลิตภัณฑ์ทนการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิระหว่างการขนส่งและการเก็บในคลังสินค้าได้หรือไม่ โดยเฉพาะครีม อิมัลชัน และผลิตภัณฑ์ของเหลวที่แยกชั้นหรือตกผลึกได้ง่าย
ในห่วงโซ่อุปทาน (Supply Chain) ของเครื่องสำอางและผลิตภัณฑ์เสริมอาหารที่ส่งออก ผลิตภัณฑ์ไม่ได้อยู่ในอุณหภูมิคงที่ การขนส่งทางเรืออาจผ่านทั้งเขตร้อนและเขตหนาว สินค้าอาจพักในคลังที่ไม่ควบคุมอุณหภูมิระหว่างการเปลี่ยนถ่าย การขนส่งทางอากาศอาจทำให้สินค้าสัมผัสอุณหภูมิที่ต่างกันมากระหว่างรอขึ้นหรือลงเครื่อง และการเก็บที่ปลายทางในประเทศที่มีฤดูกาลทำให้ผลิตภัณฑ์ผ่านการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหลายรอบก่อนถึงผู้บริโภค การทดสอบภายใต้รอบอุณหภูมิจำลองสภาพเหล่านี้ในห้องปฏิบัติการ เพื่อยืนยันว่าผลิตภัณฑ์ยังคงคุณภาพเมื่อผ่านสภาพจริง
ห้องปฏิบัติการวิสไบโอออกแบบรอบอุณหภูมิให้สอดคล้องกับเส้นทางการขนส่งจริงของแบรนด์ และวัดพารามิเตอร์หลังผ่านรอบที่กำหนดเพื่อบอกว่าผลิตภัณฑ์เปลี่ยนไปมากน้อยเพียงใด บทความนี้สรุปสิ่งที่เจ้าของแบรนด์ ทีมประกันคุณภาพ (Quality Assurance: QA) และทีมวิจัยและพัฒนา (Research & Development: R&D) ควรเข้าใจก่อนส่งผลิตภัณฑ์เข้าทดสอบ ได้แก่ หลักการของการทดสอบ ผลิตภัณฑ์ที่ควรทดสอบ พารามิเตอร์และการตีความผล และการเชื่อมผลกับการขนส่งจริง
หลักการของการทดสอบ Freeze-Thaw และ Temperature Cycling
หลักการของการทดสอบคือการจำลองความเครียดทางอุณหภูมิ (Temperature Stress) ที่ผลิตภัณฑ์อาจพบในห่วงโซ่อุปทาน การสลับระหว่างอุณหภูมิต่ำกับอุณหภูมิสูงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพในสูตร โดยเฉพาะผลิตภัณฑ์อิมัลชัน (Emulsion) ซึ่งอาจเกิดการแยกชั้น (Phase Separation) ผลึกน้ำแข็ง (Ice Crystal) ที่เกิดระหว่างการแช่แข็งอาจทำลายฟิล์มที่หุ้มหยดอิมัลชันจนหยดรวมตัวกัน ขี้ผึ้งและไขมันแข็งอย่างเซทิลแอลกอฮอล์ (Cetyl Alcohol) หรือกรดสเตียริก (Stearic Acid) อาจตกผลึก (Wax Crystallization) จนเนื้อผลิตภัณฑ์เป็นเม็ด และอิมัลชันที่มีหยดขนาดใหญ่ (Macroemulsion) อาจแยกเฟสน้ำกับเฟสน้ำมันออกจากกัน
รูปแบบที่ใช้กันทั่วไปคือ 3–6 รอบ แต่ละรอบประกอบด้วยการเก็บที่อุณหภูมิต่ำ เช่น −20 °C (แบบ Freeze-Thaw) หรือ 4 °C (แบบ Temperature Cycling) นาน 24 ชั่วโมง ตามด้วยการเก็บที่อุณหภูมิสูง เช่น 40 °C หรือ 50 °C นาน 24 ชั่วโมง รูปแบบนี้เป็นแนวปฏิบัติที่ใช้กันแพร่หลายในอุตสาหกรรม ไม่ได้เป็นสภาวะที่กำหนดไว้ในแนวทาง ICH Q1A(R2) จึงปรับจำนวนรอบ อุณหภูมิ และระยะเวลาให้สอดคล้องกับห่วงโซ่อุปทานจริงของแบรนด์ได้ สำหรับเครื่องสำอาง แนวทางการทดสอบความคงตัว ISO/TR 18811:2018 เป็นเอกสารอ้างอิงที่ใช้ประกอบการออกแบบร่วมกับข้อมูลการขนส่งของแบรนด์
แนวทาง ICH Q1A(R2) ระบุว่าข้อมูลจากสภาวะเร่งใช้ประเมินผลของการออกนอกสภาวะการเก็บในช่วงสั้น ๆ เช่น ระหว่างการขนส่งได้ แต่การทดสอบแบบเร่งเก็บตัวอย่างที่อุณหภูมิสูงคงที่ จึงไม่ได้จำลองการแช่แข็งหรือการสลับร้อนและเย็นซ้ำหลายรอบ แนวทางของอาเซียนสำหรับผลิตภัณฑ์เสริมอาหารก็ยกสารแขวนลอยและอิมัลชันเป็นตัวอย่างของผลิตภัณฑ์ที่อาจเปลี่ยนแปลงทางกายภาพหรือเคมีที่อุณหภูมิต่ำ การทดสอบภายใต้รอบอุณหภูมิจึงใช้เสริมการทดสอบความคงตัวระยะยาว (Real-time Stability) และการทดสอบแบบเร่ง (Accelerated Stability) ไม่ได้ใช้แทน
ผลิตภัณฑ์ที่ควรทดสอบ Freeze-Thaw
ผลิตภัณฑ์ที่ควรทดสอบ Freeze-Thaw มีความเสี่ยงต่างจากผลิตภัณฑ์ที่ทดสอบเฉพาะแบบระยะยาวและแบบเร่ง กลุ่มที่เสี่ยงสูงคือผลิตภัณฑ์อิมัลชันทุกประเภท ทั้งอิมัลชันชนิดน้ำมันในน้ำ (Oil-in-Water: O/W) เช่น ครีมและโลชั่นทั่วไป อิมัลชันชนิดน้ำในน้ำมัน (Water-in-Oil: W/O) เช่น ครีมกันแดดบางสูตร และอิมัลชันซ้อน (Multiple Emulsion) แบบ W/O/W หรือ O/W/O ที่ใช้ในระบบนำส่งสารสำคัญ
ผลิตภัณฑ์ที่เป็นสารแขวนลอย (Suspension) เช่น ผลิตภัณฑ์กันแดดที่มีอนุภาคซิงก์ออกไซด์ (Zinc Oxide) หรือไทเทเนียมไดออกไซด์ (Titanium Dioxide) กระจายอยู่ในสูตร และผลิตภัณฑ์ขัดผิว (Exfoliating) ที่มีซิลิกา (Silica) เสี่ยงต่อการตกตะกอนหลังผ่านรอบอุณหภูมิ ผลิตภัณฑ์แต่งสี (Color Cosmetics) เช่น ลิปสติกและบาล์มที่ใช้ระบบขี้ผึ้งกับน้ำมัน (Wax-Oil) ต้องยืนยันว่าไม่แตกร้าวเมื่อผ่านรอบอุณหภูมิ
โทนเนอร์และเอสเซนส์ที่มีน้ำเป็นองค์ประกอบหลักและใช้สารช่วยละลาย (Solubilizer) นำสารที่ละลายในไขมันเข้าสู่เฟสน้ำ ต้องยืนยันว่าสารช่วยละลายยังทำงานได้หลังผ่านรอบอุณหภูมิ ส่วนผลิตภัณฑ์เสริมอาหารชนิดน้ำ เครื่องดื่มเชิงฟังก์ชัน (Functional Drink) และสารสกัดพืชชนิดน้ำ (Liquid Botanical Extract) ที่ใช้สารช่วยกระจายตัว (Dispersing Agent) ก็ควรทดสอบเช่นกัน
พารามิเตอร์ที่วัดและการตีความผ่าน/ไม่ผ่าน (Pass/Fail)
การประเมินหลังผ่านรอบอุณหภูมิครอบคลุมหลายมิติ มิติทางกายภาพได้แก่ การตรวจลักษณะภายนอก (Visual Appearance) ที่บันทึกการแยกชั้น การเปลี่ยนสี การเกิดผลึก การเกิดเม็ด หรือการเสียสภาพเดิม การวัดสีเชิงปริมาณเทียบกับตัวอย่างอ้างอิง (Reference) ที่เก็บในสภาวะปกติ การวัดความหนืด (Viscosity) ซึ่งอาจเปลี่ยนหลังผ่านรอบความเย็น การวัดค่า pH ซึ่งอาจเปลี่ยนเมื่อระบบในสูตรปรับตัว และการวัดขนาดอนุภาคเฉลี่ยและการกระจายขนาด (Particle Size Distribution) ซึ่งบ่งชี้การเปลี่ยนแปลงของระบบกระจายตัว โดยห้องปฏิบัติการวิสไบโอวัดขนาดอนุภาคร่วมกับห้องปฏิบัติการพันธมิตร
มิติทางจุลชีววิทยาใช้การตรวจนับจุลินทรีย์ (Microbial Enumeration) ตามวิธีอ้างอิง เช่น USP <61> เพราะชั้นน้ำที่แยกออกมาหรือหยดน้ำที่ควบแน่นบนผิวผลิตภัณฑ์อาจมีสารกันเสียเจือจางลง ทำให้จุลินทรีย์เจริญได้ง่ายขึ้น มิติทางเคมีใช้การวัดปริมาณสารสำคัญ (Active Content) ด้วยโครมาโทกราฟีของเหลวสมรรถนะสูง (High-Performance Liquid Chromatography: HPLC) เพื่อยืนยันว่ารอบอุณหภูมิไม่ทำให้สารสำคัญเสื่อม ห้องปฏิบัติการวิสไบโอทำทั้งการตรวจนับจุลินทรีย์และการวิเคราะห์ด้วย HPLC ได้เองภายในห้องปฏิบัติการ
การตีความผ่าน/ไม่ผ่านอ้างอิงเกณฑ์การยอมรับ (Acceptance Criteria) ที่กำหนดไว้สำหรับแต่ละพารามิเตอร์ก่อนเริ่มทดสอบ ตัวอย่างเกณฑ์ที่ผู้ผลิตหลายรายใช้ ได้แก่ ไม่เกิดการแยกชั้นที่มองเห็นด้วยตาเปล่า ค่าความแตกต่างของสี ΔE2000 ไม่เกินเกณฑ์ที่กำหนด ความหนืดเปลี่ยนไม่เกิน 10% ค่า pH เปลี่ยนไม่เกิน 0.5 หน่วย และผลตรวจจุลินทรีย์ยังอยู่ในเกณฑ์ ตัวเลขเหล่านี้เป็นตัวอย่าง ไม่ใช่ค่ามาตรฐานกลาง เกณฑ์จริงควรกำหนดตามลักษณะผลิตภัณฑ์และข้อกำหนดของแบรนด์
การเชื่อมผลทดสอบกับการขนส่งจริงและตลาดส่งออก
ผลการทดสอบ Freeze-Thaw มีประโยชน์ทางธุรกิจมากที่สุดเมื่อตีความร่วมกับสภาพการขนส่งจริง ตัวอย่างเช่น การขนส่งทางเรือจากประเทศไทยไปยุโรปใช้เวลาประมาณ 4–6 สัปดาห์ ระหว่างทางอุณหภูมิในตู้คอนเทนเนอร์อาจสูงถึงราว 40 °C เมื่อผ่านเขตร้อน และลดลงถึงราว 4 °C ในเขตหนาว หรือต่ำกว่านั้นเมื่อถึงปลายทางในฤดูหนาว ในการขนส่งทางอากาศ ความเสี่ยงมักเกิดระหว่างรอขึ้นหรือลงเครื่องที่ลานจอดและคลังสินค้าของสนามบิน ซึ่งสินค้าอาจสัมผัสอากาศร้อนจัดหรือเย็นจัดตามฤดูกาลของต้นทางและปลายทาง ส่วนการพักสินค้าในคลังที่ไม่ควบคุมอุณหภูมิในประเทศปลายทางเป็นเหตุการณ์ปกติของห่วงโซ่อุปทาน
ผู้ซื้อ ตัวแทนการค้า (Trading House) และลูกค้ารายสำคัญ (Key Account) หลายรายขอดูผลการทดสอบภายใต้รอบอุณหภูมิ 3–6 รอบก่อนรับสินค้า หากสินค้าที่ถึงปลายทางมีลักษณะต่างไปจากข้อกำหนดเฉพาะ (Specification) เช่น แยกชั้นหรือตกตะกอน ผู้ซื้ออาจปฏิเสธการรับสินค้าทั้งล็อต (Batch Reject) การทดสอบล่วงหน้าจึงช่วยลดความเสี่ยงนี้ตั้งแต่ก่อนส่งสินค้า ผลที่ได้ยังใช้กำหนดคำแนะนำการเก็บรักษาบนฉลากหรือบนกล่องขนส่ง เช่น “ห้ามแช่แข็ง” ซึ่งแนวทาง ICH Q1A(R2) ให้ระบุไว้โดยเฉพาะสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ทนการแช่แข็งไม่ได้
ในประเทศไทย ยังไม่มีกฎหมายที่บังคับให้ทดสอบ Freeze-Thaw โดยเฉพาะ แต่พระราชบัญญัติเครื่องสำอาง พ.ศ. 2558 มุ่งคุ้มครองผู้บริโภคจากเครื่องสำอางที่ไม่ปลอดภัยในการใช้ ผู้ผลิตและผู้นำเข้าจึงควรมีข้อมูลยืนยันว่าผลิตภัณฑ์ยังคงคุณภาพเมื่อผ่านการขนส่งและการเก็บรักษาจริง
ขอบเขตบริการทดสอบ Freeze-Thaw ของห้องปฏิบัติการวิสไบโอ
ห้องปฏิบัติการวิสไบโอปรับการทดสอบให้สอดคล้องกับลักษณะของผลิตภัณฑ์และเส้นทางการขนส่งจริง โดยดูแลงานดังนี้
- ออกแบบรูปแบบการทดสอบ (Test Design) ที่จำลองห่วงโซ่อุปทานจริงของแบรนด์ ทั้งจำนวนรอบ อุณหภูมิต่ำ อุณหภูมิสูง และระยะเวลาในแต่ละช่วง
- รับและจัดการตัวอย่างโดยบันทึกการรับ ส่ง และจัดเก็บทุกขั้นตอน (Chain of Custody)
- วัดค่าตั้งต้นก่อนเริ่มรอบแรกครบทุกพารามิเตอร์ และเก็บตัวอย่างอ้างอิงไว้ในสภาวะปกติเพื่อเปรียบเทียบ
- ทดสอบในตู้ของห้องปฏิบัติการวิสไบโอที่ตั้งโปรแกรมสลับอุณหภูมิได้เองโดยไม่ต้องย้ายตัวอย่างระหว่างตู้ ในช่วง −20 °C ถึง 40 °C และตั้งรอบร้อนได้สูงถึง 50 °C พร้อมบันทึกอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง (Continuous Logging)
- วัดพารามิเตอร์ทุกมิติหลังผ่านรอบที่กำหนด เทียบกับค่าตั้งต้นและตัวอย่างอ้างอิง (ขนาดอนุภาควัดร่วมกับห้องปฏิบัติการพันธมิตร)
- รายงานผลเทียบกับเกณฑ์การยอมรับ พร้อมวิเคราะห์สาเหตุเมื่อพบการเปลี่ยนแปลง
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการทดสอบ Freeze-Thaw
การทดสอบ Freeze-Thaw คืออะไร
การทดสอบ Freeze-Thaw คือการเก็บผลิตภัณฑ์ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งสลับกับอุณหภูมิห้องหรืออุณหภูมิสูงเป็นรอบ ๆ เพื่อดูว่าผลิตภัณฑ์ทนการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิระหว่างการขนส่งและการเก็บในคลังสินค้าได้หรือไม่
Freeze-Thaw ต่างจาก Temperature Cycling อย่างไร
Freeze-Thaw ใช้อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง เช่น −20 °C สลับกับอุณหภูมิที่สูงกว่า ส่วน Temperature Cycling สลับระหว่างอุณหภูมิเย็น เช่น 4 °C กับอุณหภูมิร้อน เช่น 40 °C โดยไม่ถึงจุดเยือกแข็ง ทั้งสองแบบเป็นการทดสอบความเครียดที่เสริมการทดสอบความคงตัวระยะยาวและแบบเร่ง
ต้องทดสอบกี่รอบ
รูปแบบที่ใช้กันทั่วไปคือ 3–6 รอบ แต่ละรอบเก็บที่อุณหภูมิต่ำ 24 ชั่วโมงและอุณหภูมิสูง 24 ชั่วโมง รูปแบบนี้เป็นแนวปฏิบัติของอุตสาหกรรม ไม่ใช่สภาวะตายตัวในแนวทาง ICH Q1A(R2) จึงปรับให้ตรงกับห่วงโซ่อุปทานจริงของแบรนด์ได้
ผลิตภัณฑ์ประเภทใดควรทดสอบ Freeze-Thaw
ผลิตภัณฑ์อิมัลชันทุกประเภท สารแขวนลอย เช่น กันแดดที่มีซิงก์ออกไซด์หรือไทเทเนียมไดออกไซด์ ลิปสติกและบาล์มที่ใช้ขี้ผึ้งกับน้ำมัน โทนเนอร์และเอสเซนส์ที่ใช้สารช่วยละลาย และผลิตภัณฑ์เสริมอาหารชนิดน้ำที่ใช้สารช่วยกระจายตัว
เกณฑ์ผ่าน/ไม่ผ่านของการทดสอบ Freeze-Thaw คืออะไร
เกณฑ์ควรกำหนดตามลักษณะผลิตภัณฑ์ก่อนเริ่มทดสอบ ตัวอย่างที่ผู้ผลิตหลายรายใช้คือ ไม่แยกชั้นที่มองเห็นด้วยตาเปล่า ค่าความแตกต่างของสีไม่เกินเกณฑ์ ความหนืดเปลี่ยนไม่เกิน 10% และค่า pH เปลี่ยนไม่เกิน 0.5 หน่วย ตัวเลขเหล่านี้เป็นตัวอย่าง ไม่ใช่ค่ามาตรฐานกลาง
การทดสอบ Freeze-Thaw ใช้แทนการทดสอบความคงตัวระยะยาวได้หรือไม่
ไม่ได้ การทดสอบภายใต้รอบอุณหภูมิเป็นการทดสอบความเครียดที่ใช้เสริมการทดสอบความคงตัวระยะยาวและแบบเร่ง อายุการเก็บรักษายังต้องกำหนดจากข้อมูลความคงตัวระยะยาว
เอกสารอ้างอิง:
- ASEAN Consultative Committee for Standards and Quality – Traditional Medicines and Health Supplements Product Working Group. (2013). ASEAN guidelines on stability study and shelf-life of health supplements (Version 1.0). Association of Southeast Asian Nations.
- International Conference on Harmonisation. (2003). ICH harmonised tripartite guideline Q1A(R2): Stability testing of new drug substances and products. ICH.
- International Organization for Standardization. (2018). Cosmetics — Guidelines on the stability testing of cosmetic products (ISO/TR 18811:2018). ISO.
- United States Pharmacopeial Convention. (2023). General chapter <61> Microbiological examination of nonsterile products: Microbial enumeration tests. In United States Pharmacopeia 46–National Formulary 41. USP.
- ราชกิจจานุเบกษา. (2558, กันยายน 8). พระราชบัญญัติเครื่องสำอาง พ.ศ. 2558. ราชกิจจานุเบกษา, 132(86 ก), 1–22.