เรื่องโดย รวิศ ทัศคร
ย้อนกลับไปยังยุคปฏิวัติอุตสาหกรรมในช่วงศตวรรษที่ 18-19 วิชาเคมีก้าวหน้าขึ้น และเป็นยุคที่มีนักวิทยาศาสตร์ระดับโลกอย่างอ็องตวน โลร็อง เดอ ลาวัวซีเย (Antoine Laurent de Lavoisier) จอห์น ดาลตัน (John Dalton) และดมีตรี เมนเดเลเยฟ (Dmitri Mendeleev) ที่นักเรียนมัธยมสายวิทย์บ้านเราต้องรู้จัก โดยเฉพาะในด้านการศึกษาวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์สาขาเคมี
ขณะเดียวกันในฝั่งวิทยาศาสตร์ประยุกต์ก็มีต้นกำเนิดของวิศวกรรมเคมีทางวิชาการ โดยเฉพาะในเยอรมนี มีนักเคมีคนสำคัญอย่าง ยุสตุส ฟอน ลีบิค (Justus von Liebig) ซึ่งมีบทบาทสำคัญในวิชาเคมีเกษตร จนได้รับการขนานนามเป็น “บิดาแห่งอุตสาหกรรมปุ๋ย” เขายังเป็นหัวหอกในการพัฒนาสาขาวิชาเคมีอาหาร โดยพัฒนาแนวคิดเรื่องอาหารสำเร็จรูปและอาหารเสริมสำหรับเด็ก และเป็นผู้พัฒนากระบวนการผลิตซุปเนื้อวัวสกัด (beef extract) ที่ใช้ผลิตซุปก้อนปรุงรสแบบเดียวกับซุปไก่คนอร์ นอกจากด้านอุตสาหกรรมเคมีแล้ว งานของลีบิคก็ยังเป็นรากฐานสำคัญในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการอาหารยุคใหม่อีกด้วย
ช่วงกลางศตวรรษที่ 19 หลังการปฏิวัติทางการเมืองและความเคลื่อนไหวด้านการปรับปรุงสภาพการทำงานของคนงาน จึงมีการจัดกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่เน้นความปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้น รวมทั้งการศึกษาด้านกระบวนการทางเคมีอุตสาหกรรมที่ดีขึ้น
จอร์จ อี. เดวิส (George E. Davis) บิดาผู้ให้กำเนิดสาขาวิชาวิศวกรรมเคมี ได้แนะนำการศึกษาวิศวกรรมเคมีอย่างเป็นทางการในปี ค.ศ. 1887 ด้วยชุดการบรรยาย 12 บท ณ มหาวิทยาลัยสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแมนเชสเตอร์ (University of Manchester Institute of Science and Technology: UMIST) โดยมุ่งเน้นถ่ายทอดประสบการณ์การตรวจสอบโรงงานผลิตสารเคมีของเขาให้เข้าสู่การศึกษาแบบวิชาการ การบรรยายเหล่านี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Chemical Trade Journal และเป็นรากฐานของกระบวนการดำเนินงานด้านวิศวกรรมเคมีจนกลายเป็นนิยามสาขาวิชาใหม่ขึ้นมา เขายังได้ตีพิมพ์ตำราด้านวิศวกรรมเคมีเล่มแรกที่ใช้อ้างอิงกันอย่างแพร่หลาย ชื่อ A Handbook of Chemical Engineering
แนวทางของเดวิสเป็นแบบฉบับที่ยึดข้อมูลเชิงประจักษ์ มุ่งเน้นไปที่ความจริงของกระบวนการทางเคมี พัฒนาล้ำหน้าไปกว่าแนวทางการศึกษาที่มีอยู่ในยุคนั้นที่เพียงแค่ให้ความรู้ผิวเผินเกี่ยวกับกระบวนการอุตสาหกรรม เขาจึงได้รับการยกย่องในฐานะผู้ริเริ่มคำว่า “วิศวกรรมเคมี” ซึ่งเป็นการแบ่งแยกที่ชัดเจนระหว่าง “การปฏิบัติทางเคมี” กับ “การปฏิบัติทางวิศวกรรมในอุตสาหกรรมเคมี”
ผลงานของเดวิสส่งผลให้เกิดการพัฒนาหลักสูตรแรกด้านวิศวกรรมเคมี โดย ลิวอิส เอ็ม นอร์ตัน (Lewis M. Norton) ที่สถาบัน MIT (Massachusetts Institute of Technology) ในปี ค.ศ. 1888 เป็นการเปลี่ยนแปลงจากเคมีอุตสาหกรรมแบบดั้งเดิมไปสู่การเป็นสาขาวิชาการที่มีโครงสร้างอย่างชัดเจน ยิ่งไปกว่านั้นเดวิสได้นำแนวคิดของหน่วยปฏิบัติการมาใช้ในการสอนของเขา โดยเฉพาะในตำราฉบับตีพิมพ์ครั้งที่สอง ยี่สิบกว่าปีต่อมาในปี ค.ศ. 1915 อาเทอร์ ดี. ลิตเติล (Arthur D. Little) ได้ตั้งชื่อแนวคิดนี้ว่า “unit operation” ซึ่งกลายเป็นหัวข้อสำคัญในวิศวกรรมเคมีศึกษามาจนถึงทุกวันนี้
unit operation เป็นแนวคิดเกี่ยวกับการวิเคราะห์กระบวนการทางเคมี (และต่อมาใช้กับกระบวนการแปรรูปอาหารด้วย) แยกออกเป็นหน่วยปฏิบัติการย่อย ๆ ที่ชัดเจน ซึ่งแต่ละหน่วยปฏิบัติการถูกควบคุมโดยหลักการเฉพาะ อาจเป็นทางกายภาพ เช่น การถ่ายเทมวล (การกลั่น การดูดซับ การสกัด) การถ่ายเทความร้อน (การแลกเปลี่ยนความร้อน การระเหย) การถ่ายเทโมเมนตัม (การไหลของของไหล การสูบจ่ายผ่านปั๊ม การบดลดขนาด) ทางเคมี (ถังปฏิกรณ์เคมี) หรือทางชีวภาพ (ถังปฏิกรณ์ชีวภาพ) แนวทางนี้มีความสำคัญต่อการพัฒนาวิศวกรรมเคมีให้เป็นสาขาที่ได้รับการยอมรับและเป็นเครื่องมือสำคัญในการจัดตั้งหลักสูตรวิศวกรรมเคมีที่มหาวิทยาลัย โดยเฉพาะที่ MIT
เมื่อมีการศึกษาวิศวกรรมเคมีในอุตสาหกรรมเคมี ก็มีการศึกษาด้านปฏิกิริยาเคมีในอาหารด้วย แต่สาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการอาหาร รวมถึงวิศวกรรมอาหาร จะแยกตัวออกมาจากความรู้ด้านอุตสาหกรรมเคมีในช่วงเวลาต่อมา คือ ราวยุคทศวรรษ 1930–1950 ของศตวรรษที่ 20 ซึ่งเป็นช่วงที่เกิดการเปลี่ยนแปลงด้านสังคมและเศรษฐกิจ อย่างไรก็ตามในช่วงศตวรรษที่ 19–20 นักวิทยาศาสตร์ได้เริ่มเข้าใจโครงสร้างและคุณสมบัติของคาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมัน ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของอาหาร มีการค้นพบวิตามินซึ่งมีผลกระทบอย่างมากต่อวิทยาศาสตร์การอาหารและโภชนาการ การค้นพบเหล่านี้ทำให้เกิดการเสริมวิตามินในอาหารสำเร็จรูปและการพัฒนาผลิตภัณฑ์เสริมอาหารที่ตอบสนองต่อความต้องการของมนุษย์ในเรื่องสุขภาพ
ในช่วงนี้การพัฒนาเทคนิควิเคราะห์เชิงเคมี เช่น โครมาโทกราฟี สเปกโทรสโกปี ก็เป็นเครื่องมือสำคัญในการแยกและวิเคราะห์ส่วนประกอบของอาหาร การใช้เทคนิคเหล่านี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจโครงสร้างและปฏิกิริยาของสารประกอบในอาหารได้อย่างละเอียด มีนักวิทยาศาสตร์ที่เป็นบุคคลสำคัญในการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโลโลยีการอาหารหลายคน เช่น ลูย-กามีย์ มายาร์ (Louis-Camille Maillard) ผู้ค้นพบปฏิกิริยาเมลลาร์ด ซึ่งเป็นกลุ่มปฏิกิริยาและเส้นทางการทำปฏิกิริยาที่ซับซ้อนระหว่างกรดอะมิโนกับน้ำตาลเมื่อได้รับความร้อน เกิดเป็นสารให้สี สารให้กลิ่นรส คาร์บอนไดออกไซด์ แอมโมเนีย สารหอมระเหยต่าง ๆ มากมาย หรือที่เรียกว่า สารผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปฏิกิริยาเมลลาร์ด (maillard reaction products: MRPs) ทำให้อาหารทอด อบ ย่าง มีสีเหลืองน่ารับประทาน หรือมีสีน้ำตาลเข้ม มีกลิ่นหอม รวมทั้งกลิ่นแหลมที่ไม่พึงประสงค์
นอกจากเมลลาร์ดแล้ว หนึ่งในนักเคมีอาหารที่สำคัญที่สุดในปัจจุบัน คือ โอเวน อาร์. เฟนนีมา (Owen R. Fennema) ผู้เขียนและบรรณาธิการหนังสือตำรา “Fennema’s Food Chemistry” ตีพิมพ์ครั้งแรกในปี ค.ศ. 1976 และถือเป็นตำราหลักในด้านเคมีอาหารที่ใช้กันในมหาวิทยาลัยทั่วโลก มีเนื้อหาครอบคลุมหัวข้อสำคัญต่าง ๆ เช่น องค์ประกอบของอาหาร ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในระหว่างการแปรรูปและการเก็บรักษาอาหาร สารเจือปนอาหาร ระบบอาหารชนิดต่าง ๆ ในแง่มุมด้านเคมี นอกจากนี้เขายังเป็นผู้บุกเบิกการศึกษาค่าแอ็กทิวิตีของน้ำและผลกระทบต่อคุณภาพอาหาร วิเคราะห์การเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของไขมัน เขาทำงานสอนงานวิจัยมานานหลายทศวรรษ และยังได้รางวัล William V. Cruess Award จาก Institute of Food Technologists (IFT) อีกด้วย
นอกจากมายาร์และเฟนนีมาที่มีบทบาทด้านเคมี วงการอาหารก็ยังมี :
- นีกอลา อาแปร์ (Nicolas Appert) บิดาแห่งกระบวนการแปรรูปอาหารกระป๋อง
- ฮาร์วีย์ วอชิงตัน ไวลีย์ (Harvey Washington Wiley) ผู้ผลักดันร่างกฎหมาย Pure Food and Drug Act (1906) ซึ่งเป็นรากฐานของกฎหมายความปลอดภัยอาหาร
- วิลเบอร์ โอลิน แอตวอเทอร์ (Wilbur Olin Atwater) นักโภชนาการผู้แนะนำแนวคิดด้านโภชนาการ ผู้ศึกษาค่าพลังงานของอาหารและการเผาผลาญอาหารเป็นพลังงานในร่างกายมนุษย์ ผู้คิดค้นระบบแอตวอเทอร์ (Atwater system) และ แอตวอเทอร์แฟกเตอร์ (Atwater factor)
- คลาเรนซ์ เบิร์ดส์อาย (Clarence Birdseye) ผู้ก่อตั้งอุตสาหกรรมอาหารแช่แข็ง
- คาร์ล อาร์. เฟลเลอร์ส (Carl R. Fellers) ผู้ผลักดันให้มีการจัดตั้ง Institute of Food Technologists (IFT)
- โรเบิร์ต ซี. เบเคอร์ (Robert C. Baker) ผู้คิดค้นนักเก็ตไก่และผู้พัฒนากระบวนการแปรรูปไก่ปรุงสุก
- วอลเทอร์ แอล. แมกลีน (Walter L. McLean) ผู้บุกเบิกเทคโนโลยีการทำแห้งแบบพ่นฝอย (spray drying)
- อาร์. พอล ซิงก์ (R. Paul Singh) วิศวกรด้านอาหารที่ศึกษาเกี่ยวกับแบบจำลองคณิตศาสตร์ในกระบวนการแปรรูปอาหาร
- แฮโรลด์ แม็กกี (Harold McGee) นักสื่อสารทางวิทยาศาสตร์ด้านวิทยาศาสตร์การอาหารก็มีส่วนสำคัญในการผลักดันวงการนี้ แม้เขาจะไม่ได้เป็นนักเคมีอาหาร แต่งานเขียนด้านเคมีและประวัติของวิทยาศาสตร์การอาหารของเขาในหนังสือ On Food and Cooking ซึ่งได้รับความนิยมอย่างสูง มีส่วนทำให้วิทยาศาสตร์การอาหารและเคมีอาหารได้รับการเผยแพร่สู่สาธารณชน
วิชาเคมีอาหารมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อแก้ไขปัญหาหลายด้านในอุตสาหกรรมอาหาร การทำความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างและปฏิกิริยาเคมีในอาหารช่วยให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรด้านอาหารพัฒนากระบวนการแปรรูปอาหารที่มีประสิทธิภาพ ทั้งการแช่แข็ง การทำแห้ง และการบรรจุ ซึ่งจะยืดอายุการเก็บรักษาและคงคุณค่าทางโภชนาการ ช่วยออกแบบและผลิตอาหารที่มีความหลากหลาย ทั้งในแง่ของรสชาติ สีสัน และประโยชน์ทางสุขภาพ ช่วยควบคุมปัจจัยที่อาจก่อให้เกิดอันตรายต่อสุขภาพมนุษย์ เช่น การควบคุมสารพิษในกระบวนการผลิตและเก็บรักษา การศึกษาเกี่ยวกับสารปรุงแต่งอาหาร รวมทั้งช่วยในการศึกษาวิจัยด้านสารพฤกษเคมีและสารจากธรรมชาติที่มีประโยชน์เพื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์อาหารสุขภาพและอาหารฟังก์ชันที่กำลังมาแรงในปัจจุบัน ด้วยเหตุนี้วิชาเคมีอาหารจึงไม่เพียงแต่มีบทบาทในการพัฒนาอุตสาหกรรมอาหาร หากยังเป็นเครื่องมือสำคัญในการแก้ไขปัญหาความอดอยากและเสริมสร้างความมั่นคงทางอาหารทั่วโลกอีกด้วย
มนุษย์เราก้าวมาไกลมากในความรู้ด้านเคมี นับตั้งแต่มนุษย์คนแรก ๆ ที่จุดไฟและขุดแร่ขึ้นมาจากพื้นโลก อนาคตวิทยาการด้านนี้จะก้าวไปถึงจุดใด เรามาคอยดูกัน
แหล่งข้อมูลอ้างอิง
https://en.wikipedia.org/wiki/John_Mayow
https://www.newscientist.com/article/2161094-a-single-atom-is-visible-to-the-naked-eye-in-this-stunning-photo/
https://en.wikipedia.org/wiki/Justus_von_Liebig
https://en.wikipedia.org/wiki/George_E._Davis
Peppas, N. A. (Ed.). (2012). One Hundred Years of Chemical Engineering: From Lewis M. Norton (MIT 1888) to Present (Vol. 9). Springer Science & Business Media.
Damodaran, S., Parkin, K. L., & Fennema, O. R. (Eds.). (2007). Fennema’s food chemistry. CRC press.
Hudson, J. (1992). The history of chemistry. London: Macmillan.
Brock, W. H. (1992). The Fontana history of chemistry. London: Fontana Press.
Greenberg, A. (2007). From alchemy to chemistry in picture and story. John Wiley & Sons.
About Author
