ฟรีซดราย (Freeze Dry) คืออะไร เหมาะกับสินค้าแบบไหน และต้นทุนต่อชิ้นคิดอย่างไร

ฟรีซดราย (Freeze Dry) หรือการทำแห้งแบบแช่เยือกแข็ง (Freeze Drying) คือการแช่แข็งอาหาร แล้วดึงน้ำออกในห้องสุญญากาศ ให้น้ำแข็งระเหิดเป็นไอโดยไม่ละลายก่อน สินค้าจึงเบา เป็นรูพรุน คืนตัวเร็วเมื่อโดนน้ำ และคงสี กลิ่น และสารที่ไวต่อความร้อนได้มากกว่าการอบลมร้อน เหมาะกับสินค้าที่ลูกค้าจ่ายเงินให้สี กลิ่น และรสที่ใกล้ของสด แต่สูตรครัวมักต้องปรับก่อนเข้าเครื่อง และต้นทุนต่อชิ้นขึ้นกับน้ำที่ต้องดึงออกและเวลาเครื่อง มากกว่าราคาวัตถุดิบ

บทความนี้เขียนสำหรับเจ้าของแบรนด์และทีมพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่กำลังตัดสินใจทำสินค้าฟรีซดราย เนื้อหามาจากประสบการณ์ของทีมวิทยากรที่ทดลองกับเครื่องจริงในห้องปฏิบัติการของ K-API ประกอบกับงานวิจัยท้ายบทความ เน้นสูตร การเตรียมวัตถุดิบ และต้นทุน ไม่ได้ลงเรื่องเลือกซื้อเครื่อง

ฟรีซดรายทำงานอย่างไร

อาหารสดส่วนใหญ่มีน้ำราวร้อยละ 80–95 ฟรีซดรายดึงน้ำนี้ออกในสามขั้น ขั้นแรกคือการแช่เยือกแข็ง (Freezing) แช่เร็วได้ผลึกน้ำแข็งเล็กจำนวนมาก แช่ช้าได้ผลึกใหญ่ ผลึกจะกลายเป็นรูพรุนเมื่อระเหิดออก จึงมีผลต่อเวลาอบและเนื้อสัมผัส แต่ทิศทางขึ้นกับวัตถุดิบ แอปเปิลที่แช่แข็งช้าอบเสร็จเร็วขึ้นร้อยละ 8.3 เนื้อนุ่มกว่า และคืนตัวดีกว่า ขณะที่ส้มบดและแครอทแช่เร็วหรือช้าให้สีและเนื้อสัมผัสไม่ต่างกันชัด

ขั้นที่สองคือการทำแห้งขั้นต้น (Primary Drying) เครื่องลดความดันแล้วให้ความร้อนพอให้น้ำแข็งระเหิด (Sublimation) ขั้นนี้ใช้เวลานานและใช้พลังงานมากกว่าขั้นทำแห้งขั้นที่สอง ขั้นสุดท้ายคือการทำแห้งขั้นที่สอง (Secondary Drying) เพื่อดึงน้ำที่ยังจับอยู่กับเนื้ออาหาร สินค้าฟรีซดรายมักมีความชื้นสุดท้ายราวร้อยละ 1–4 และค่าวอเตอร์แอคทิวิตี (Water Activity, aw) ในงานที่รวบรวมไว้อยู่ราว 0.08–0.33 แต่งานทบทวนด้านอาหารเตือนว่าถ้าตั้งกระบวนการไม่เหมาะ สินค้าก็หดตัว สีเปลี่ยน และยุบได้

สินค้าแบบไหนเหมาะและไม่เหมาะกับฟรีซดราย

ฟรีซดรายคุ้มเมื่อคุณค่าของสินค้าอยู่ที่สี กลิ่น รสสด หรือสารสำคัญที่เสียง่ายเมื่อโดนความร้อน งานทบทวนปี 2020 ระบุการใช้งานหลัก เช่น เครื่องเทศ กาแฟ ขนมจากผักผลไม้ และผงอาหาร ตัวอย่างที่ทำกันมากคือผลไม้ชิ้นกินเล่น ผงผลไม้สำหรับเครื่องดื่ม สมุนไพรที่ต้องรักษาสารสำคัญ และอาหารสำเร็จรูปที่ต้องคืนตัวเร็ว

ข้อจำกัดคือต้นทุน งานเดียวกันระบุว่าฟรีซดรายแพงกว่าการอบลมร้อนได้ถึงราว 5 เท่า สินค้าที่ตลาดตัดสินด้วยราคา หรือผักที่จะนำไปปรุงร้อนต่อ การอบลมร้อนหรืออบสุญญากาศอาจพอ ส่วนศูนย์เกษตร มหาวิทยาลัยแห่งรัฐลุยเซียนา (LSU AgCenter) ระบุว่าอาหารไขมันสูง น้ำตาลสูง และขนมอบ ฟรีซดรายได้ไม่ดี ผลไม้หวานจึงทำได้แต่ต้องจัดการน้ำตาลในสูตร วิธีเทียบแต่ละเทคโนโลยีอยู่ในบทความเลือกวิธีอบแห้งให้ตรงกับผลิตภัณฑ์และงบ

ทำไมสูตรครัวใช้กับฟรีซดรายตรง ๆ ไม่ได้

ปัญหาที่พบบ่อยคือสินค้ายุบ เหนียว หรือคืนตัวช้า สาเหตุส่วนใหญ่อยู่ที่สูตรและวัตถุดิบ ไม่ใช่เครื่อง ให้แยกก่อนว่าสินค้าเป็นแบบไหน ถ้าเป็นชิ้นผลไม้ที่ยังมีโครงสร้างเซลล์ สิ่งที่ปรับได้คือขนาดชิ้น ความสุก และการเตรียมก่อนอบ ถ้าเป็นน้ำผลไม้ เนื้อบด หรือขนมขึ้นรูป คุณเลือกส่วนผสมและปริมาณของแข็งทั้งหมด (Total Solids) ได้เอง

ตัวแปรสำคัญคือชนิดและปริมาณน้ำตาล เมื่อน้ำกลายเป็นน้ำแข็ง น้ำตาลที่เหลือจะเข้มข้นอยู่ระหว่างผลึกและแข็งตัวเป็นแก้วที่อุณหภูมิเฉพาะ เรียกว่า Tg′ งานวิจัยระบุว่าการยุบตัว (Collapse) เกิดเมื่อเนื้อสินค้าระหว่างทำแห้งขั้นต้นอุ่นกว่าอุณหภูมิยุบตัว ซึ่งปกติสูงกว่า Tg′ ไม่กี่องศา และผลิตภัณฑ์ผลไม้มี Tg′ ต่ำมาก ราว −71 ถึง −38 องศาเซลเซียส ผลของการยุบตัวคือทำแห้งนานขึ้น คืนตัวแย่ลง ความชื้นสุดท้ายสูงขึ้น และเก็บได้สั้นลง

ตารางนี้มาจากงานวัดระบบจำลองน้ำผลไม้ ปี 2020

ตารางอธิบายสองเรื่อง ข้อแรก ผลไม้ที่น้ำตาลส่วนใหญ่เป็นฟรุกโทสและกลูโคสยุบง่ายกว่าผลไม้ที่มีซูโครสมาก ข้อสอง สารช่วยคงรูป (Bulking Agent) อย่างมอลโตเดกซ์ทริน (Maltodextrin) ยก Tg′ ได้จริง แต่ผู้วิจัยสรุปว่าต้องเกินร้อยละ 40 ของของแข็งจึงเห็นผลชัด ซึ่งมากพอจะเปลี่ยนรสและส่วนประกอบบนฉลาก ส่วนสินค้าชิ้น งานทบทวนด้านอาหารเตือนว่าแนวคิดนี้ใช้ไม่ได้ทุกกรณี เพราะโครงสร้างเซลล์ก็มีผล

วิธีที่เร็วกว่าอ่านทฤษฎีคือตั้งสูตร 3 แบบที่สัดส่วนของแข็งหรือชนิดน้ำตาลต่างกัน อบในรอบเดียวกัน แล้วเทียบเนื้อสัมผัส การคืนตัว น้ำหนักที่ได้ และรสชาติ

ผลไม้น้ำตาลสูงกับน้ำตาลต่ำ ต้องดูตัวเลขอะไร

ผลไม้น้ำตาลสูงในงานฟรีซดรายไม่ได้วัดจากความหวานที่ลิ้นอย่างเดียว ตัวเลขที่ควรดูคือน้ำในเนื้อ น้ำตาลคิดเป็นสัดส่วนเท่าไรของเนื้อแห้ง และเป็นน้ำตาลชนิดไหน ตารางคำนวณจากฐานข้อมูล USDA FoodData Central ต่อเนื้อดิบ 100 กรัม

มะม่วงมีน้ำตาลราวสี่ในห้าของเนื้อแห้ง แต่ครึ่งหนึ่งเป็นซูโครส ขนุนมีน้ำตาลเกือบทั้งหมดเป็นฟรุกโทสและกลูโคส จึงต้องระวังการยุบและการดูดความชื้นเป็นพิเศษ สตรอว์เบอร์รีหวานน้อยแต่มีน้ำเกินร้อยละ 90 จึงเหลือน้ำหนักน้อยและใช้เวลาเครื่องมาก ทุเรียนมีไขมันราวร้อยละ 15 ของเนื้อแห้ง ควรใช้ถุงกันออกซิเจนและติดตามกลิ่นระหว่างเก็บ

ตัวเลข USDA มาจากผลไม้ในสหรัฐฯ และงานทบทวนด้านอาหารระบุว่าความสุกและความชื้นของเนื้อพืชมีผลต่อฟรีซดรายมาก ให้วัดความชื้นและค่าความหวาน (°Brix) ของล็อตที่ใช้จริง แล้วบันทึกคู่กับผลอบ ผลไม้ที่น้ำตาลในเนื้อแห้งสูงและเป็นน้ำตาลโมเลกุลเล็ก มักต้องหั่นบางกว่า ให้ความร้อนช่วงแรกน้อยกว่า และใช้รอบยาวกว่า

เตรียมวัตถุดิบก่อนเข้าเครื่อง: หั่น ลวก และแช่อิ่ม

การเตรียมก่อนฟรีซดรายช่วยลดเวลาเครื่องและรักษาคุณภาพ แต่ทุกวิธีมีได้มีเสีย งานทบทวนปี 2020 รวบรวมผลไว้ดังนี้

งานปี 2026 ตอบว่าควรแช่น้ำตาลอะไร ผู้วิจัยแช่สาลี่หนา 5 มิลลิเมตรในกลูโคส ฟรุกโทส หรือซูโครส 1 ชั่วโมงก่อนฟรีซดราย ชิ้นที่แช่ซูโครสเข้มข้นกรอบกว่าและดูดความชื้นน้อยกว่า ชิ้นที่แช่ฟรุกโทสดูดความชื้นใกล้ชิ้นที่ไม่แช่ ซึ่งในอากาศความชื้นสัมพัทธ์ร้อยละ 75 ที่ 25 องศาเซลเซียส ดูดน้ำได้ร้อยละ 28 ของน้ำหนักใน 24 ชั่วโมง ผู้วิจัยระบุเองว่าทดลองสาลี่พันธุ์เดียวในระยะสั้น

การแช่อิ่มลดค่า aw ได้เพียงราว 0.9 ขณะที่อาหารแห้งควรต่ำกว่า 0.6 จึงเป็นขั้นเตรียม ไม่ใช่ขั้นที่ทำให้เก็บได้ และข้อมูลโภชนาการบนฉลากต้องมาจากสินค้าที่แช่แล้วจริง

ทำไมผลไม้ฟรีซดรายไม่กรอบ ยุบ เหนียว หรือสีเปลี่ยน

ความกรอบขึ้นกับน้ำที่เหลือในเนื้อ น้ำทำให้อุณหภูมิเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (Tg) ของเนื้อแห้งต่ำลง เมื่อ Tg ต่ำกว่าอุณหภูมิที่เก็บ เนื้อจะเปลี่ยนจากสภาพแก้วที่กรอบเป็นสภาพยืดหยุ่น (Rubbery State) ใช้ตารางนี้ไล่หาสาเหตุ

ความชื้นสุดท้าย บรรจุภัณฑ์ และความปลอดภัย

ความชื้นบอกว่ามีน้ำเหลือเท่าไร ค่า aw บอกว่าน้ำนั้นพร้อมให้เชื้อและปฏิกิริยาใช้แค่ไหน งานทบทวนด้านอาหารอธิบายว่าที่ aw ต่ำกว่า 0.2 น้ำจับแน่นกับเนื้ออาหารและไม่เข้าร่วมปฏิกิริยา ช่วง 0.2–0.5 น้ำเริ่มเป็นตัวกลางของปฏิกิริยาได้ จึงควรกำหนดเป้าหมายทั้งความชื้นและค่า aw แล้ววัดทุกล็อต

ฟรีซดรายไม่ใช่การฆ่าเชื้อ LSU AgCenter ระบุว่าอุณหภูมิต่ำในกระบวนการไม่พอทำลายเชื้อ เชื้อแค่พักตัวเพราะค่า aw ต่ำ สุขลักษณะก่อนแช่แข็งจึงสำคัญ เอกสารเดียวกันแนะนำให้เก็บในภาชนะปิดสนิทที่กันความชื้นและออกซิเจน ใส่สารดูดซับออกซิเจน ในที่เย็น มืด และแห้ง สินค้าขายควรทดสอบอายุการเก็บในบรรจุภัณฑ์จริงตั้งแต่ล็อตแรก ดูวิธีวางแผนในบทความอายุการเก็บของอาหาร

ต้นทุนต่อชิ้นคิดอย่างไร

งานทบทวนด้านอาหารสรุปว่าต้นทุนสินค้าฟรีซดรายขึ้นกับเวลาทำแห้งเป็นหลัก ในงานที่รวบรวมไว้ รอบหนึ่งใช้ตั้งแต่ 1–10 ชั่วโมงสำหรับน้ำมะนาวที่เทเป็นชั้นบาง จนถึง 50–60 ชั่วโมงสำหรับแก้วมังกรหนา 1 เซนติเมตร เครื่องหนึ่งจึงผลิตได้จำกัดต่อวัน ต้นทุนต่อชิ้นมีองค์ประกอบดังนี้

เรื่องแรกคือผลผลิต (Yield) คำนวณได้จาก น้ำหนักแห้ง = น้ำหนักเนื้อสด × (1 − สัดส่วนน้ำในเนื้อสด) ÷ (1 − สัดส่วนน้ำสุดท้าย) ตารางใช้ค่าน้ำจาก USDA และสมมติความชื้นสุดท้ายร้อยละ 3 ยังไม่รวมเปลือกและเมล็ด

น้ำแข็งทุกกิโลกรัมใช้ความร้อนในการระเหิดราว 2,885 กิโลจูล หรือราว 0.8 กิโลวัตต์ชั่วโมง ยังไม่รวมไฟที่ใช้ทำความเย็นและเดินปั๊ม สตรอว์เบอร์รีแห้งจึงต้องดึงน้ำมากกว่าทุเรียนแห้งราว 5.5 เท่าต่อกิโลกรัม และต้นทุนวัตถุดิบต่อชิ้นแห้งสูงกว่าที่คิดจากราคาสดมาก

เรื่องที่สองคือกำลังผลิตต่อรอบ วางหนาได้มากขึ้นแต่รอบยาวขึ้น การหั่นและเตรียมวัตถุดิบจึงลดต้นทุนได้โดยตรง เรื่องที่สามคือพลังงานและแรงงานต่อรอบ ซึ่งแทบไม่เปลี่ยนไม่ว่าอบเต็มถาดหรือครึ่งถาด การอบไม่เต็มกำลังจึงทำให้ต้นทุนต่อชิ้นพุ่งขึ้น เรื่องสุดท้ายคือถุงกันความชื้นและสารดูดซับ ซึ่งต้องนับรวมตั้งแต่แรก

วิธีที่ใช้ได้จริงคือทำตารางต้นทุนต่อรอบเครื่อง แล้วหารด้วยจำนวนชิ้นที่ผ่านคุณภาพจากรอบนั้น ไม่ใช่คิดจากราคาวัตถุดิบต่อกิโลกรัมแล้วบวกเปอร์เซ็นต์ แล้วเทียบกับราคาที่ตลาดรับได้ วิธีคิดกำไรต่อชิ้นอยู่ในบทความUnit Economics และจุดคุ้มทุนสำหรับแบรนด์

จ้างโรงงานรับจ้างผลิต ต้องเตรียมอะไร

โรงงานรับจ้างฟรีซดราย (OEM) ที่ดีจะถามสูตรและสัดส่วนของแข็ง ขนาดชิ้น และความชื้นสุดท้ายที่ยอมรับก่อนเสนอราคา ถ้าคุณตอบได้ ราคาจะใกล้ความจริง ถ้าตอบไม่ได้ โรงงานต้องทดลองให้ซึ่งมีค่าใช้จ่าย สิ่งที่ควรเตรียมไปมีดังนี้

• สูตรเป็นน้ำหนัก เป็นกรัมหรือร้อยละ ไม่ใช่ช้อนหรือถ้วย ดูวิธีแปลงในบทความจากสูตรครัวสู่ SKU ที่ขายได้จริง
• สเปกวัตถุดิบและขั้นเตรียม พันธุ์ ความสุก ความชื้น ค่าความหวาน ความหนาชิ้น และวิธีลวกหรือแช่
• เป้าหมายคุณภาพ ความชื้นสุดท้าย ค่า aw สี และเนื้อสัมผัส
• บันทึกการทดลอง น้ำหนักเข้า น้ำหนักออก และเวลาต่อรอบ
• บรรจุภัณฑ์ ชนิดถุง สารดูดซับ และน้ำหนักต่อถุง

สิ่งที่ควรขอจากโรงงานคือใบอนุญาตสถานที่ผลิตอาหาร ตัวอย่างจากรอบทดลองพร้อมค่าความชื้น และเงื่อนไขเมื่อของจริงต่างจากตัวอย่าง ค่าตั้งจากเครื่องเล็กเป็นเพียงจุดเริ่มต้น ควรทดลองกับเครื่องที่จะผลิตจริงก่อนสั่งล็อตแรก

จากคลาสหนึ่งวันสู่สินค้าจริง

หลักสูตร Freeze Dry Masterclass เรียนหนึ่งวันในครัวทดลองของ K-API รับไม่เกิน 10 คน สอนโดยอรุณ วีระสกุลชัย ผู้จัดการฝ่ายวิจัยและพัฒนาของ TIBD ครอบคลุมการเลือกซื้อเครื่องให้เหมาะกับงบ หลักการระเหิด เทคนิคเตรียมวัตถุดิบด้วยการแช่อิ่มหรือลวกเพื่อรักษาสีและลดเวลาเดินเครื่อง การตั้งค่าเครื่องสำหรับผลไม้ที่มีน้ำตาลสูงและต่ำ และวิธีเก็บรักษาตัวอย่าง สำหรับผู้ที่ต้องการพัฒนาสูตรต่อในระดับที่ละเอียดขึ้น TIBD มีบริการพัฒนาผลิตภัณฑ์ฟรีซดราย