ค่า aw หรือ Water Activity คือค่าที่บอกว่าน้ำในผลิตภัณฑ์อยู่ในสภาพที่จุลินทรีย์นำไปใช้เจริญเติบโตได้มากน้อยเพียงใด คำนวณจากความดันไอของน้ำเหนือผิวตัวอย่างหารด้วยความดันไอของน้ำบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิเดียวกัน จึงมีค่าตั้งแต่ 0 ถึง 1.00 บางแหล่งในภาษาไทยเรียกค่านี้ว่า “ปริมาณน้ำอิสระ” แต่ค่า aw เป็นอัตราส่วนของความดันไอ ไม่ได้บอกปริมาณน้ำในผลิตภัณฑ์
สำหรับผลิตภัณฑ์เสริมอาหารแบบผง สมุนไพรอบแห้ง ขนมและของหวานที่มีน้ำตาลสูง เจลลี่ และผลิตภัณฑ์ที่มีอายุการเก็บรักษา (Shelf Life) ยาวนาน ค่า aw คือพารามิเตอร์ที่กำหนดความปลอดภัยทางจุลชีววิทยาของผลิตภัณฑ์โดยตรง ตัวเลข aw ที่ดูเหมือนต่างกันเล็กน้อยอย่าง 0.65 หรือ 0.70 อาจเป็นเส้นแบ่งระหว่างผลิตภัณฑ์ที่เก็บได้ตลอดอายุที่กำหนด กับผลิตภัณฑ์ที่เกิดราหรือยีสต์ก่อนหมดอายุ
ห้องปฏิบัติการวิสไบโอให้บริการวัดค่า aw ด้วยเครื่องวัด Water Activity (aw Meter) สำหรับผลิตภัณฑ์เสริมอาหารแบบผง สมุนไพรอบแห้ง ขนมที่มีน้ำตาลสูง เจลลี่ กัมมี่ ผลไม้อบแห้ง ผงเครื่องดื่มชง พรีมิกซ์ ตลอดจนผลิตภัณฑ์อาหารและเภสัชภัณฑ์อื่น ๆ ทั้งการวัดครั้งเดียวเพื่อตรวจปล่อยล็อต และการวัดต่อเนื่องระหว่างการศึกษาความคงตัว
ค่า aw ต่างจากความชื้น (Moisture Content) อย่างไร
ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยคือการใช้ความชื้น (Moisture Content) แทนค่า aw หรือใช้สลับกันโดยไม่แยกแยะ ความชื้นวัดน้ำหนักรวมของน้ำในตัวอย่าง แต่ค่า aw บอกว่าน้ำในตัวอย่างอยู่ในสภาพที่จุลินทรีย์นำไปใช้เจริญเติบโตได้มากน้อยเพียงใด ผลิตภัณฑ์สองชนิดที่มีความชื้นเท่ากัน เช่น 10% อาจมีค่า aw ต่างกันมาก ขึ้นกับองค์ประกอบของน้ำตาล เกลือ โปรตีน และคาร์โบไฮเดรตที่จับน้ำไว้
ขนมที่มีน้ำตาลสูงมีค่า aw ต่ำ เพราะน้ำตาลจับน้ำไว้จนจุลินทรีย์ใช้น้ำไม่ได้ แม้น้ำหนักรวมของน้ำในขนมจะมาก ในทางกลับกัน ผลิตภัณฑ์ที่มีโปรตีนแต่ไม่มีน้ำตาลอาจมีค่า aw สูงแม้ความชื้นต่ำ ความชื้นและค่า aw จึงให้ข้อมูลคนละด้าน และไม่ควรใช้ค่าหนึ่งแทนอีกค่าหนึ่ง
ทำไม aw จึงเป็นเส้นแบ่งระหว่างผลิตภัณฑ์ที่ปลอดภัยและไม่ปลอดภัย
ในเชิงจุลชีววิทยา จุลินทรีย์ทุกชนิดต้องใช้น้ำในการเจริญเติบโต และแต่ละกลุ่มต้องการค่า aw ขั้นต่ำต่างกัน ค่าต่อไปนี้เป็นค่าโดยประมาณ ซึ่งแต่ละตำราระบุต่างกันเล็กน้อย แบคทีเรียทั่วไปต้องการ aw สูงกว่าประมาณ 0.91 แบคทีเรียก่อโรคอันตรายอย่าง Clostridium botulinum ต้องการ aw สูงกว่าประมาณ 0.93 ขึ้นกับชนิด แต่แบคทีเรียก่อโรคบางชนิด เช่น Staphylococcus aureus ยังเจริญได้ที่ aw ประมาณ 0.86 ยีสต์ทั่วไปต้องการ aw สูงกว่าประมาณ 0.88 รา (Mold) ต้องการ aw สูงกว่าประมาณ 0.80 และราที่ทนแห้งที่สุด (Xerophilic Mold) ซึ่งอาจขึ้นในเครื่องเทศและขนมแห้งยังเจริญได้ที่ aw ประมาณ 0.62 การควบคุม aw ของผลิตภัณฑ์ให้ต่ำกว่าระดับที่จุลินทรีย์เป้าหมายต้องการจึงเป็นกลยุทธ์ป้องกันที่มีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องใช้สารกันเสียทางเคมี ทั้งนี้ค่า aw บอกว่าจุลินทรีย์มีโอกาสเจริญในผลิตภัณฑ์ได้หรือไม่ แต่ไม่ได้บอกว่าผลิตภัณฑ์มีการปนเปื้อนอยู่แล้วหรือไม่ หากต้องการตรวจเชื้อโดยตรง ใช้บริการทดสอบการปนเปื้อนจุลินทรีย์ควบคู่กันได้
ในขั้นการพัฒนาสูตร การออกแบบให้ผลิตภัณฑ์มีค่า aw ในระดับที่ปลอดภัยเป็นเครื่องมือยืดอายุการเก็บรักษาโดยไม่ต้องเพิ่มสารกันเสีย ผลิตภัณฑ์ที่เก็บได้โดยไม่ต้องแช่เย็น (Shelf-stable) หลายชนิด เช่น ขนมแห้ง ผลไม้กวน และเจลลี่ที่มีน้ำตาลเป็นส่วนผสมหลัก ใช้ค่า aw ต่ำเป็นกลไกหลักในการป้องกันจุลินทรีย์ สัดส่วนของน้ำตาล กลีเซอรอล หรือสารดูดความชื้น (Humectant) อื่น ๆ ในสูตรจึงเป็นตัวกำหนดค่า aw และอายุการเก็บรักษาโดยตรง
ในขั้นการผลิตเชิงพาณิชย์ ค่า aw ใช้เป็นเกณฑ์ตรวจปล่อยล็อตที่บอกความปลอดภัยได้ล่วงหน้าก่อนเริ่มจัดจำหน่าย ผงที่มีค่า aw สูงกว่าระดับที่ราทนแห้งเจริญได้ มีความเสี่ยงที่ราจะเจริญระหว่างการขนส่งและการเก็บรักษา การตรวจค่า aw ทุกล็อตก่อนปล่อยจึงเป็นเครื่องมือป้องกันที่ช่วยลดความเสี่ยงของการเรียกคืนสินค้า (Recall)
ในมุมของการกำกับดูแล ค่า aw ใช้ร่วมกับค่า pH ในการแบ่งกลุ่มอาหารบางประเภท ตัวอย่างที่อ้างถึงกันมากคือค่า aw 0.85 ซึ่งเป็นเกณฑ์หนึ่งที่ใช้แบ่งอาหารที่มีความเป็นกรดต่ำในภาชนะบรรจุที่ปิดสนิท (ค่า pH มากกว่า 4.6 และค่า aw มากกว่า 0.85) อาหารกลุ่มนี้ต้องผ่านการฆ่าเชื้อด้วยความร้อนตามที่กฎหมายกำหนด (Codex Alimentarius Commission, 1993) ค่า 0.85 จึงไม่ใช่เกณฑ์เดียวที่ใช้กับผลิตภัณฑ์ทุกชนิด ผู้ผลิตอาหารภายใต้พระราชบัญญัติอาหาร พ.ศ. 2522 ควรตรวจประกาศกระทรวงสาธารณสุขที่ใช้กับผลิตภัณฑ์ของตน
สำหรับผลิตภัณฑ์สมุนไพรภายใต้พระราชบัญญัติผลิตภัณฑ์สมุนไพร พ.ศ. 2562 ตำรามาตรฐานยาสมุนไพรไทย (Thai Herbal Pharmacopoeia: THP) ไม่ได้กำหนด aw เป็นเกณฑ์บังคับ แต่ข้อมูล aw ใช้เป็นหลักฐานสนับสนุนความปลอดภัยทางจุลชีววิทยาของผลิตภัณฑ์สมุนไพรได้
หลักการของการวัด Water Activity
หลักการของการวัด aw คือการวัดความดันไอของน้ำเหนือผิวตัวอย่าง (Vapor Pressure of Water above Sample) เทียบกับความดันไอของน้ำบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิเดียวกัน (AOAC International, 2005; International Organization for Standardization, 2017) ค่า aw เท่ากับ p/p₀ โดย p คือความดันไอของน้ำเหนือตัวอย่าง และ p₀ คือความดันไอของน้ำบริสุทธิ์ ค่า aw จึงมีช่วงตั้งแต่ 0 (แห้งสนิท) ถึง 1.00 (น้ำบริสุทธิ์) ผลิตภัณฑ์ในตลาดส่วนใหญ่มีค่า aw ระหว่าง 0.10 ถึง 0.99
เครื่องวัด aw แบ่งเป็นสองชนิดหลัก ชนิดแรกใช้เซนเซอร์แบบความจุไฟฟ้า (Capacitance Sensor) หรือแบบความต้านทาน (Resistive Sensor) วัดความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศในช่องเก็บตัวอย่างที่ปิดสนิทหลังจากตัวอย่างเข้าสู่สมดุล (Equilibrium) ค่าที่อ่านได้คือความชื้นสัมพัทธ์สมดุล (Equilibrium Relative Humidity: ERH) ซึ่งเมื่อหารด้วย 100 จะได้ค่า aw เครื่องชนิดนี้ใช้เวลาประมาณ 5–30 นาทีต่อการวัดหนึ่งครั้ง เหมาะกับการตรวจปล่อยล็อตในระดับโรงงาน ชนิดที่สองวัดจุดน้ำค้างด้วยกระจกเย็น (Chilled-mirror Dew Point) โดยวัดอุณหภูมิจุดน้ำค้างของอากาศในช่องเก็บตัวอย่าง ให้ผลที่แม่นยำกว่าและเร็วกว่า (ประมาณ 3–5 นาทีต่อการวัด) แต่ตัวเครื่องมีราคาสูงกว่า
ขอบเขตบริการวัดค่า aw ของห้องปฏิบัติการวิสไบโอ
บริการของห้องปฏิบัติการวิสไบโอครอบคลุมตัวอย่างหลายกลุ่ม
- ผลิตภัณฑ์อบแห้งและผง: ผงสารสกัดสมุนไพร ผลิตภัณฑ์เสริมอาหารแบบผง สมุนไพรอบแห้ง ผลไม้อบแห้ง ขนมแห้ง พริกแกง และผงเครื่องดื่มชง
- ขนมและของหวานที่มีน้ำตาลสูง: เจลลี่ กัมมี่ผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร ผลไม้กวน มาร์ชแมลโลว์ ทอฟฟี่ ลูกอม และน้ำผึ้ง
- อาหารกึ่งแห้ง: ซอสปรุงรส น้ำสลัดเข้มข้น และอาหารแห้งกึ่งสำเร็จรูป
- ผลิตภัณฑ์เนื้อแปรรูป: เนื้อสัตว์อบแห้งและของกินเล่นโปรตีนสูง
รายงานผลแสดงค่า aw ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส พร้อมค่าเฉลี่ยและค่าส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานจากการวัดซ้ำ สำหรับการศึกษาความคงตัว รายงานจะแสดงการเปลี่ยนแปลงเชิงปริมาณของค่า aw ตามเวลาเทียบกับจุดตั้งต้น (T0) ลูกค้าเลือกได้ระหว่างการวัดครั้งเดียวสำหรับการตรวจปล่อยล็อต หรือการศึกษาต่อเนื่องตลอดอายุการเก็บรักษา
การนำผลการวัด aw ไปใช้ประโยชน์
ผลการวัด aw ใช้ได้ในหลายช่วงของผลิตภัณฑ์ ในขั้นวิจัยและพัฒนา ใช้ออกแบบสูตรที่มีค่า aw ในระดับปลอดภัยโดยไม่ต้องเพิ่มสารกันเสีย ใช้ทดสอบผลของสารดูดความชื้นต่างชนิด เช่น น้ำตาลโมเลกุลเล็ก กลีเซอรอล ซอร์บิทอล (Sorbitol) และมอลทิทอล (Maltitol) ซึ่งส่งผลต่อค่า aw ต่างกัน และใช้เลือกสัดส่วนของส่วนผสมที่ให้ค่า aw ตามเป้าหมาย ในขั้นเลือกบรรจุภัณฑ์ ใช้ทดสอบว่าบรรจุภัณฑ์ป้องกันไม่ให้ค่า aw เปลี่ยนไปตามความชื้นของบรรยากาศภายนอกได้ดีเพียงใด ซึ่งสำคัญมากในประเทศไทยที่อากาศมีความชื้นสูง
ในขั้นก่อนเปิดตัว (Pre-launch) ค่า aw ใช้เป็นค่าตั้งต้น (Baseline) ของข้อกำหนดเฉพาะ และใช้ตั้งเกณฑ์ความเบี่ยงเบนที่ยอมรับได้ ในขั้นการผลิตเชิงพาณิชย์ ผลการวัดใช้เป็นเกณฑ์ปล่อยล็อตที่บอกความปลอดภัยทางจุลชีววิทยาได้ล่วงหน้า ในการศึกษาความคงตัว ใช้ติดตามการเปลี่ยนแปลงของค่า aw ตลอดอายุการเก็บรักษา ทั้งในสภาวะปกติ สภาวะ ASEAN Zone IVb และสภาวะที่จำลองการขนส่งทางเรือ ค่า aw ที่เพิ่มขึ้นเป็นสัญญาณเตือนล่วงหน้าว่าผลิตภัณฑ์กำลังเข้าใกล้ช่วงที่เสี่ยงต่อการเจริญของจุลินทรีย์
ในขั้นส่งออก ผลการวัดใช้เป็นเอกสารแนบใบรับรองผลการวิเคราะห์ (Certificate of Analysis: COA) เพื่อรองรับการตรวจของผู้ซื้อแบบองค์กรธุรกิจในตลาดที่กำหนดค่า aw ไว้ในข้อตกลงทางการค้า
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับค่า aw
ค่า aw คืออะไร
ค่า aw (Water Activity) คืออัตราส่วนระหว่างความดันไอของน้ำเหนือผิวตัวอย่างกับความดันไอของน้ำบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิเดียวกัน มีค่าตั้งแต่ 0 (แห้งสนิท) ถึง 1.00 (น้ำบริสุทธิ์) และบอกว่าน้ำในผลิตภัณฑ์พร้อมให้จุลินทรีย์ใช้เจริญเติบโตได้มากน้อยเพียงใด
ค่า aw ต่างจากความชื้นอย่างไร
ความชื้นวัดน้ำหนักรวมของน้ำในตัวอย่าง ส่วนค่า aw บอกว่าน้ำพร้อมให้จุลินทรีย์ใช้มากน้อยเพียงใด ผลิตภัณฑ์ที่มีความชื้นเท่ากันจึงอาจมีค่า aw ต่างกันมาก ขึ้นกับน้ำตาล เกลือ โปรตีน และคาร์โบไฮเดรตที่จับน้ำไว้
ทำไมค่า aw จึงสำคัญต่ออายุการเก็บรักษา
จุลินทรีย์แต่ละกลุ่มต้องการค่า aw ขั้นต่ำต่างกัน การควบคุมค่า aw ให้ต่ำกว่าระดับที่จุลินทรีย์เป้าหมายต้องการจึงช่วยป้องกันการเสียโดยไม่ต้องใช้สารกันเสียทางเคมี ผู้ผลิตจึงใช้ค่า aw ทั้งในการออกแบบสูตร การตรวจปล่อยล็อต และการติดตามระหว่างการศึกษาความคงตัว
เครื่องวัดค่า aw มีกี่แบบ
มีสองชนิดหลัก ชนิดแรกใช้เซนเซอร์แบบความจุไฟฟ้าหรือแบบความต้านทานวัดความชื้นสัมพัทธ์สมดุลในช่องเก็บตัวอย่างที่ปิดสนิท ชนิดที่สองวัดอุณหภูมิจุดน้ำค้างด้วยกระจกเย็น (Chilled-mirror Dew Point) ซึ่งแม่นยำกว่าและวัดได้เร็วกว่า
ห้องปฏิบัติการวิสไบโอรับวัดค่า aw ของตัวอย่างประเภทใดบ้าง
รับตัวอย่างสี่กลุ่ม ได้แก่ ผลิตภัณฑ์อบแห้งและผง เช่น ผงสารสกัดสมุนไพรและผลิตภัณฑ์เสริมอาหารแบบผง ขนมและของหวานที่มีน้ำตาลสูง เช่น เจลลี่ กัมมี่ และผลไม้กวน อาหารกึ่งแห้ง เช่น ซอสปรุงรสและน้ำสลัดเข้มข้น และผลิตภัณฑ์เนื้อแปรรูป เช่น เนื้อสัตว์อบแห้ง
รายงานผลการวัดค่า aw มีข้อมูลอะไรบ้าง
รายงานแสดงค่า aw ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส พร้อมค่าเฉลี่ยและค่าส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานจากการวัดซ้ำ สำหรับการศึกษาต่อเนื่อง รายงานจะแสดงการเปลี่ยนแปลงของค่า aw ตามเวลาเทียบกับจุดตั้งต้น (T0)
เอกสารอ้างอิง:
- AOAC International. (2005). AOAC Official Method 978.18: Water activity of canned vegetables. In Official methods of analysis of AOAC International (18th ed.). AOAC International.
- Codex Alimentarius Commission. (1993). Recommended international code of hygienic practice for low and acidified low acid canned foods (CAC/RCP 23-1979, Rev. 2-1993). FAO/WHO.
- International Organization for Standardization. (2017). Foodstuffs — Determination of water activity (ISO 18787:2017). ISO.
- 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.