สัมภาษณ์และเรียบเรียงโดย งานพัฒนาคุณภาพการเผยแพร่เทคโนโลยีวัสดุ
ฝ่ายเผยแพร่เทคโนโลยี
ดร.กมลวรรณ อิศราคาร และคณะ ทีมวิจัยวัสดุศาสตร์อาหาร ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) พัฒนาผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อไก่จากโปรตีนพืชเพื่อเป็นทางเลือกสำหรับผู้บริโภคที่ไม่รับประทานเนื้อสัตว์ ผลิตภัณฑ์นี้มีโปรตีน เส้นใยอาหาร ไขมันจากพืชจึงไม่มีคอเลสเตอรอล สามารถปรุงสุกในลักษณะเดียวกับเนื้อไก่โดยให้กลิ่น รสชาติ และเนื้อสัมผัสที่ใกล้เคียงกันอีกด้วย
ปัจจุบันกระแสการบริโภคอาหารรักษ์สุขภาพได้รับความนิยมมากขึ้น โดยผู้บริโภคหันมาสนใจผลิตภัณฑ์อาหารจากโปรตีนพืช (plant-based food) และลดการบริโภคเนื้อสัตว์ลง ทำให้ตลาดผลิตภัณฑ์อาหารจากโปรตีนพืชมีแนวโน้มเติบโตมากขึ้น อย่างไรก็ดี การบริโภคโปรตีนพืชอาจมีเนื้อสัมผัส รสชาติ และกลิ่นที่ไม่ถูกปากในผู้บริโภคบางกลุ่ม ดังนั้น จึงเป็นความท้าทายที่ทีมวิจัยด้านวัสดุศาสตร์จะใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์การอาหาร และวัสดุศาสตร์ ในการพัฒนาอาหารจากโปรตีนพืชเพื่อตอบโจทย์กลุ่มผู้บริโภคให้กว้างขึ้น
ดร.กมลวรรณ กล่าวถึงที่มาของงานวิจัย Ve-Chick หรือเนื้อไก่จากโปรตีนพืชว่า “เมื่อประมาณปลายปี 2562 ทีมวิจัยต้องการเพิ่มการใช้ประโยชน์จากไฟเบอร์ที่เป็นผลพลอยได้จากการสกัดเพคตินจากเปลือกส้มโอ โดยนำไปใช้ปรับเนื้อสัมผัสในผลิตภัณฑ์อาหารต่างๆ รวมถึงอาหารจากพืช ซึ่งเราก็สามารถพัฒนาจนได้ต้นแบบนักเก็ต (nugget) และเมื่อเห็นกระแสการเติบโต[1]ของอาหารจากพืช เราก็คิดว่าน่าจะพัฒนาไปสู่เชิงพาณิชย์ได้ จึงเริ่มมองหาวัตถุดิบอื่นๆ ในท้องตลาดที่สามารถนำมาใช้ปรับเนื้อสัมผัสและโครงสร้างให้คล้ายกับเนื้อไก่”
[1] ศูนย์วิจัยกสิกรไทย ได้คำนวณมูลค่าการบริโภคอาหารในกลุ่มโปรตีนจากพืชและนมพืช พบว่า ในปี 2561 มีมูลค่าถึง 6,321 ล้านบาท และคาดว่าในปี 2562 จะมีมูลค่าประมาณ 6,725 ล้านบาท ขยายตัว 6.4% (ที่มา: https://www.kasikornresearch.com/th/analysis/k-social-media/Pages/20190604_00.aspx) และข้อมูลจาก STATISTA แสดงให้เห็นว่ามูลค่าตลาด Plant-based foods ทั่วโลกในปี 2563 มีมูลค่า 1.3 หมื่นล้านดอลลาร์สหรัฐ หรือประมาณ 3.9 แสนล้านบาท ซึ่งคาดการณ์ว่าตลาดจะเติบโตจนมีมูลค่า 3.5 หมื่นล้านดอลลาร์สหรัฐ หรือราว 1 ล้านล้านบาท ในปี 2570 (ที่มา: https://www.bangkokbiznews.com/health/1014936)
ความลับของเนื้อไก่จากพืช
โปรตีนพืชที่นำมาผลิตเป็นเนื้อสัตว์เทียมมักเป็นโปรตีนเก็บสะสม (storage protein) ซึ่งอยู่ในเอนโดสเปิร์มของเมล็ดพืช เช่น โปรตีนจากพืชตระกูลถั่ว ข้าว และ ข้าวสาลี เป็นต้น โปรตีนชนิดนี้มีลักษณะโครงสร้างเป็นก้อนกลมที่มีสายเพปไทด์พันกันไปมา ซึ่งจะแตกต่างจากโปรตีนกล้ามเนื้อ (myofibrillar proteins) ที่มีการจัดเรียงตัวเป็นเส้นเรียงขนานกัน ดังนั้น การพัฒนาเนื้อสัตว์จากโปรตีนพืชให้มีลักษณะเนื้อสัมผัสคล้ายเนื้อสัตว์จึงต้องปรับโครงสร้างให้เป็นเส้นใยที่ใกล้เคียงกับเนื้อสัตว์
ดร.กมลวรรณ เผยว่า “เราเลือกใช้โปรตีนเข้มข้นจากพืชอย่างพืชตระกูลถั่ว เช่น ถั่วเหลือง ถั่วลันเตา และถั่วเขียว เป็นส่วนประกอบหลัก ซึ่งถั่วแต่ละชนิดจะให้เนื้อสัมผัสที่แตกต่างกันขึ้นกับชนิดของกรดอะมิโน โดยถั่วเหลืองมีศักยภาพในการแข่งขันมากที่สุดเพราะมีราคาต้นทุนต่ำ อีกทั้งโครงสร้างโปรตีนมีความแข็งแรงและเมื่อผสมกลูเตนจะทำให้เนื้อเทียมที่ได้ทนต่อการแช่แข็งและการละลายน้ำแข็ง นอกจากถั่วแล้วยังมีส่วนประกอบอื่นๆ เช่น ตัวประสาน (binder) ไฟเบอร์ และอื่นๆ ซึ่งเราได้จดความลับทางการค้าไว้เรียบร้อยแล้ว ได้แก่ ผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อไก่จากโปรตีนพืช และผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อไก่จากโปรตีนพืชที่ปราศจากกลูเตนในรูปแบบพรีมิกซ์ (premix)”
วิธีการที่ใช้สร้างโครงสร้างเส้นใยให้แก่เนื้อสัตว์จากโปรตีนพืชแบ่งเป็น 2 เทคนิค คือ 1) การสร้างเส้นใยทีละเส้นจากระดับโมเลกุลสู่โครงสร้างกล้ามเนื้อ (bottom up strategy) เช่น อิเล็กโทรสปินนิง (electrospinning), การพิมพ์สามมิติ (3D printing), การเพาะเลี้ยงมัยคอโปรตีน (mycoprotein) หรือการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ 2) การสร้างโครงสร้างเส้นใยจากการจัดเรียงโครงสร้างใหม่ โดยการใช้กระบวนการผลิต หรือการใช้ส่วนประกอบทำให้มีโครงสร้างปลายทางเหมือนเนื้อสัตว์ (top down strategy) เช่น กระบวนการเอ็กซ์ทรูชัน (extrusion) และการสร้างโครงสร้างเส้นใยที่เป็นชั้นๆ จากการละลายของน้ำแข็ง (freeze structuring) หรือ การผสมไบโอพอลิเมอร์ (mixing of biopolymers) เพื่อทำให้เกิดการแยกเฟส (phase separation)
ดร.กมลวรรณ กล่าวว่า “วิธีแรกจะมีต้นทุนที่สูงและใช้เวลานาน อีกทั้งยังมีข้อจำกัดในการขยายสเกล ทีมวิจัยจึงเลือกใช้วิธีที่ 2 คือสร้างโครงสร้างเส้นใยจากการจัดเรียงโครงสร้างใหม่ เนื่องจากมีความเป็นไปได้ในเชิงพาณิชย์มากกว่าวิธีแรก และการผลิตในระดับอุตสาหกรรมสามารถทำได้ง่าย”
“สำหรับผลิตภัณฑ์ Ve-Chick เราเลือกใช้วิธีการปั่นผสมเพราะมีต้นทุนการผลิตที่ไม่สูง ไม่ได้อาศัยเครื่องมือ หรือ เครื่องจักรที่จำเพาะ ซึ่งการปั่นผสมเป็นวิธีระดับมหภาค (macro) จะไม่ได้ทำลายโครงสร้างโปรตีนหรือลงลึกในระดับโมเลกุล แต่จะเป็นการออกแบบโครงสร้างจากการผสมส่วนประกอบต่างๆ เข้าด้วยกัน แล้วทำให้เกิดการแยกเฟส เพื่อให้เกิดการจัดเรียงโครงสร้างเป็นชั้น ทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ได้สุดท้ายมีเนื้อสัมผัสเหมือนเนื้อไก่”
จุดเด่นของ Ve-Chick
เนื่องจากตลาดผลิตภัณฑ์อาหารจากโปรตีนพืชกำลังเติบโตจึงมีผลิตภัณฑ์จากแบรนด์ต่างๆ วางจำหน่าย ส่วนใหญ่มุ่งไปที่อาหารพร้อมรับประทาน (ready meal) ที่สามารถอุ่นแล้วรับประทานได้ทันที แต่ผลิตภัณฑ์ Ve-Chick ที่ทีมวิจัยเอ็มเทคพัฒนาจะมี 2 รูปแบบ ได้แก่ เนื้อไก่แบบผงสำเร็จรูป (premix) จากโปรตีนพืชปราศจากกลูเตน และเนื้อไก่กึ่งสำเร็จรูป (pre-cooked) จากโปรตีนถั่วเหลือง
เนื้อไก่แบบผงสำเร็จรูปจากโปรตีนพืชปราศจากกลูเตน (ซ้าย) และการเตรียมโดยนำมาปั่นผสมกับน้ำและน้ำมันให้เนื้อเนียนเพื่อนำมาขึ้นรูปในแม่พิมพ์ (ขวา)
เนื้อไก่กึ่งสำเร็จรูปจากโปรตีนถั่วเหลืองในรูปแบบชิ้นเนื้ออกไก่แช่แข็งและเนื้ออกไก่ทอดแช่แข็ง
ดร.กมลวรรณ อธิบายว่า “ผลิตภัณฑ์เนื้อไก่แบบผงสำเร็จรูปจากโปรตีนพืชปราศจากกลูเตนมีลักษณะเหมือนแป้งเค้กสำเร็จรูป เตรียมโดยนำมาปั่นผสมกับน้ำและน้ำมันให้เนื้อเนียนแล้วจึงนำมาขึ้นรูปเป็นเนื้อไก่ด้วยการปั้นหรือใส่ในแม่พิมพ์ หลังจากนั้นก็สามารถนำเนื้อไก่มาหั่นเป็นชิ้นๆ แล้วปรุงสุกด้วยการต้ม ผัด ทอด หรือจี่บนกระทะ (sear) ที่มีน้ำมันได้เลยโดยไม่ต้องต้มก่อน แต่หากจะนึ่งก่อนก็สามารถทำได้ โดยเนื้อสัมผัสจะมีความเด้งขึ้นมาเล็กน้อย ผลิตภัณฑ์ประเภทนี้เหมาะสำหรับผู้บริโภคทั่วไป และผู้ที่แพ้กลูเตน โดยปรุงรับประทานได้ทั้งที่บ้านหรือร้านอาหาร สามารถรับประทานได้ทันที ทั้งยังเก็บรักษาง่ายที่อุณหภูมิห้อง สามารถเก็บได้เป็นปีเพราะบรรจุอยู่ในบรรจุภัณฑ์ที่กันความชื้นและกันกลิ่น ขนส่งง่าย และสามารถส่งออกไปจำหน่ายยังต่างประเทศได้ ในขณะที่เนื้อไก่กึ่งสำเร็จรูปจากโปรตีนถั่วเหลืองผลิตเพื่อจำหน่ายเป็นชิ้นเนื้อไก่ โดยมีทั้งชิ้นเนื้ออกไก่แช่แข็งที่ผู้บริโภคสามารถนำมาปรุงเป็นเมนูต่างๆ ได้ หรือเนื้ออกไก่ทอดแช่แข็งที่นำมาอุ่นด้วยหม้อลมร้อนได้ หรือเป็นเมนูพร้อมทานแช่แข็งต่างๆ ที่อุ่นได้โดยเนื้อสัมผัสไม่เปลี่ยนไปคือไม่แห้งหรือแข็งกระด้าง”
“คุณค่าทางโภชนาการของเนื้อไก่จากโปรตีนพืชจะขึ้นกับเนื้อสัมผัสที่ผู้ประกอบการต้องการ ทีมวิจัยสามารถปรับส่วนผสมในสูตรให้ได้ความนิ่มและความแข็งตามที่ผู้ประกอบการต้องการได้ โดยเนื้อไก่จากโปรตีนพืชต้นแบบมีโปรตีนประมาณ 10-16% เส้นใยประมาณ 6-10% และไขมันจากพืชประมาณ 6-9% และเนื่องจากเนื้อไก่จากโปรตีนพืชไม่มีส่วนผสมที่เป็นไขมันสัตว์จึงไม่มีคอเลสเตอรอล อีกทั้งในการเลือกวัตถุดิบจะต้องเป็นพืชที่ไม่มีการดัดแปรพันธุกรรม (GMO free) จึงมั่นใจได้ว่าปลอดภัย ส่วนราคาของผลิตภัณฑ์เนื้อไก่แบบผงสำเร็จรูปจากโปรตีนพืชปราศจากกลูเตนมีราคาต้นทุนวัตถุดิบเมื่อซื้อ 20 กิโลกรัมขึ้นไปประมาณ 103 บาทต่อเนื้อไก่จากโปรตีนพืช 1 กิโลกรัม ในขณะที่เนื้อไก่กึ่งสำเร็จรูปจากโปรตีนถั่วเหลืองมีราคาต้นทุนวัตถุดิบเมื่อซื้อ 20 กิโลกรัมขึ้นไปประมาณ 90 บาทต่อเนื้อไก่จากโปรตีนพืช 1 กิโลกรัม”
จากห้องแล็บสู่ตลาด
ผลงาน Ve-Chick หรือเนื้อไก่จากโปรตีนพืชได้รับการพัฒนาจนมีรสชาติ เนื้อสัมผัส และกลิ่นที่อร่อยเหมือนเนื้อไก่จริงจึงได้รับความสนใจจากผู้ประกอบการไทยถึง 3 ราย
ดร.กมลวรรณ เล่าว่า “รายแรกเป็นโรงงานรับจ้างผลิตผลิตภัณฑ์อาหารตามความต้องการของลูกค้า (OEM, Original Equipment Manufacturer) รายที่ 2 บริษัท กรีน สพูนส์ จำกัด เป็นบริษัทสตาร์ทอัพด้านอาหารเพื่อสุขภาพที่มีกลุ่มเป้าหมายเป็นคนรุ่นใหม่ที่บริโภคอาหารเพื่อสุขภาพ ภายหลังจากรับถ่ายทอดเทคโนโลยีแล้ว บริษัทได้พัฒนาต่อยอดเป็นผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายและมีแผนจะเปิดตัวผลิตภัณฑ์ในช่วงต้นปี 2566 ส่วนรายล่าสุด บริษัท บี ไอ จี เนเชอรัล กรีน จำกัด บริษัทต้องการเสริมความแข็งแกร่งให้กับตลาดอาหารเจที่บริษัทเชี่ยวชาญด้วยเทคโนโลยีการผลิตผลิตภัณฑ์ทดแทนเนื้อสัตว์จากโปรตีนพืชที่ไม่ซับซ้อน หาวัตถุดิบได้ง่าย มีเนื้อสัมผัสคล้ายเนื้อไก่ ปรุงเมนูได้หลากหลาย และมีต้นทุนที่แข่งขันได้”
“บริษัททั้ง 3 รายมองเห็นโอกาสเติบโตของธุรกิจเนื้อสัตว์จากโปรตีนพืช ทั้งตลาดในประเทศและต่างประเทศจึงได้ขอรับถ่ายทอดเทคโนโลยีทั้งเนื้อไก่แบบผงสำเร็จรูปจากโปรตีนพืชปราศจากกลูเตน และเนื้อไก่กึ่งสำเร็จรูปจากโปรตีนถั่วเหลือง ซึ่งทีมวิจัยได้ถ่ายทอดเทคโนโลยีทั้งในเชิงทฤษฎี สูตร และกระบวนการผลิต ตามความต้องการของผู้รับถ่ายทอดว่าต้องการให้เน้นในด้านใด”
ผลงานที่น่าจับตาและก้าวต่อไป
ดร.กมลวรรณ กล่าวว่า “ผลิตภัณฑ์ Ve-Chick ในปัจจุบันมีรูปแบบผงและแบบแช่แข็ง ทีมวิจัยต้องการจะพัฒนาให้สามารถทำรีทอร์ท (retort) หรือการฆ่าเชื้อภายใต้แรงดัน เพื่อให้เก็บรักษาที่อุณหภูมิห้องได้เหมือนกับรีทอร์ทเพาซ์ (retort pouch) ซึ่งเป็นบรรจุภัณฑ์ชนิดอ่อนตัว หรืออาหารกระป๋องทั่วไป”
“ส่วนในเรื่องของโปรตีนพืช ทีมวิจัยกำลังศึกษากระบวนการเอ็กซ์ทรูชันคือใช้ความร้อนและแรงเฉือน (thermomechanical processing) ในการเปลี่ยนโปรตีนจากก้อนกลมเป็นเส้นตรงและจัดเรียงโครงสร้างโปรตีนใหม่ให้เป็นตามแนวแรง ซึ่งจะทำให้ได้เนื้อเทียมที่มีลักษณะคล้ายเส้นใยของเนื้อสัตว์มากขึ้น อย่างไรก็ดี แม้วิธีนี้จะมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าวิธีการปั่นผสม เพราะมีต้นทุนที่เพิ่มขึ้นจากเครื่องเอ็กซ์ทรูเดอร์ แต่เนื้อเทียมที่ได้ก็จะมีเส้นใยที่ยาวกว่า เหมือนเนื้อสัตว์มากกว่า วิธีนี้มีความท้าทายที่โปรตีนในวัตถุดิบแต่ละชนิดมีสมบัติและลักษณะเฉพาะตัวที่แตกต่างกัน ดังนั้น เราจึงต้องหาสภาวะที่เหมาะสมในการผลิต ทั้งพารามิเตอร์สำหรับปรับเครื่อง ส่วนผสมที่ต้องใช้ รวมถึงการให้ความร้อนและความเย็นด้วย”
ดร.กมลวรรณ ขยายความว่า “กระบวนการเอ็กซ์ทรูชันมี 2 เทคนิคคือ แบบความชื้นสูง (high moisture extrusion) และความชื้นต่ำ (low moisture extrusion) โดยเครื่องเอ็กซ์ทรูเดอร์แบบความชื้นสูงจะมีหัวดาย (die) ที่ยาวทำให้โปรตีนที่ออกจากหัวดายเย็นตัวอย่างช้าๆ และเกิดการจัดเรียงตัวเป็นเส้นไปในทิศทางเดียวกัน ทำให้เนื้อเทียมที่ผลิตด้วยวิธีนี้มีความชื้นสูงประมาณ 65-70% (HMMA, High Moisture Meat Analogues) และมีโปรตีนที่ใกล้เคียงหรือมากกว่าเนื้อไก่จริง ในขณะที่เครื่องเอกซ์ทรูเดอร์แบบความชื้นต่ำจะมีหัวดายที่สั้น เมื่อโปรตีนออกจากหัวดาย ไอน้ำในโปรตีนกระทบความเย็นก็จะป๊อบอับ (pop up) เกิดเป็นฟองอากาศในโครงสร้างของโปรตีน ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตด้วยวิธีนี้ ได้แก่ โปรตีนเกษตร (TVP, Textured Vegetable Protein)”
“ปัจจุบันเราสามารถวิจัยและพัฒนาโปรตีนพืชจากกระบวนการเอ็กซ์ทรูชันความชื้นสูงจนได้เนื้อสัมผัสที่ใกล้เคียงเนื้อสัตว์แล้ว แต่เรายังต้องการเอกชนมาร่วมวิจัยเพิ่มเติมในส่วนของกลิ่นรสที่ให้ใกล้เคียงเนื้อสัตว์ที่สุด”
เครื่องดื่มเยลลี่โปรตีนสูงเสริมแคลเซียม (M-Pro jelly drink)
“นอกจากเนื้อเทียมแล้ว เรายังพัฒนาเครื่องดื่มที่ผลิตจากโปรตีนถั่วเขียวอย่างผลิตภัณฑ์เครื่องดื่มเยลลี่โปรตีนสูงเสริมแคลเซียม (M-Pro jelly drink) ซึ่งในอนาคตอาจจะนำมาเป็นอาหารสำหรับผู้สูงอายุที่มีภาวะเคี้ยวและกลืนลำบาก”
เมื่อถามถึงงานวิจัยในอนาคต ดร.กมลวรรณ กล่าวว่า “ทีมวิจัยสนใจระบบการย่อยในร่างกาย เราจะใช้แบบจำลองการย่อยอาหาร (gut model) ในการทดสอบ โดยจำลองสภาวะการย่อยอาหารในกระเพาะอาหารและลำไส้เล็ก (ระบบ tiny-TIMagc) และสภาวะการทำงานของลำไส้ใหญ่ (ระบบ TIM-2) เพื่อศึกษาว่าอาหารเนื้อสัตว์จากโปรตีนพืชที่เราออกแบบโครงสร้างมีลักษณะการย่อย การปลดปล่อยสารสำคัญ หรือการดูดซึมเป็นอย่างไร”
เบื้องหลังความสำเร็จ
Ve-Chick เป็นผลงานที่เกิดจากความร่วมมือของคนในทีมวิจัยวัสดุศาสตร์อาหาร โดย ดร.กมลวรรณ และคุณรัตนา อยู่เบิก เป็นผู้คิดค้นสูตรและดูภาพรวม ดร.ชัยวุฒิ กมลพิลาส ดูแลเรื่องการวิเคราะห์เนื้อสัมผัสและการปรับโครงสร้างอาหาร, ดร.อศิรา เฟื่องฟูชาติ, ดร.ภาวดี เมธะคานนท์ และ ดร.นิสภา ศีตะปันย์ ช่วยให้คำปรึกษา คำแนะนำ คำติชม และข้อคิดในแง่มุมต่างๆ
“เรารู้สึกภูมิใจที่ผลงานได้ถูกถ่ายทอดและกำลังจะออกสู่ตลาดจริงๆ มันเป็นความฝันของนักวิจัยทุกคนที่ต้องการให้คนรู้จักผลงาน แม้จะไม่รู้จักเรา แต่ถ้ามีคนซื้อ หรือคนใช้ผลงานของเรา เราก็มีความภูมิใจอยู่ข้างหลัง” ดร.กมลวรรณ กล่าวทิ้งท้าย
สนใจรายละเอียดเพิ่มเติมติดต่อ
ชนิต วานิกานุกูล
งานประสานธุรกิจและอุตสาหกรรม ฝ่ายพัฒนาธุรกิจ
โทรศัพท์ 0 2564 6500 ต่อ 4788
อีเมล: chanitw@mtec.or.th
ขอบคุณข้อมูลจาก
ดร.กมลวรรณ อิศราคาร นักวิจัย ทีมวิจัยวัสดุศาสตร์อาหาร กลุ่มวิจัยเทคโนโลยีโพลิเมอร์ขั้นสูง ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค)
