ปั๊มในอุตสาหกรรมการผลิตอาหารและเครื่องดื่ม
ความต้องการปั๊มในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่มนั้นมีมาก มีความท้าทายเฉพาะด้านและข้อกำหนดตามกฎระเบียบที่ต้องปฏิบัติตามในการออกแบบและผลิตปั๊มสำหรับอุตสาหกรรมนี้ เพื่อการรักษามาตรฐานด้านสุขอนามัย (Food safety) ที่ผู้ผลิตอาหารและเครื่องดื่มต้องรับมือกับความต้องการของผู้บริโภค และความต้องการการรักษาสภาพแวดล้อม ที่นับวันจะซับซ้อนขึ้น
ความเติบโตของอุตสาหกรรมการผลิตอาหารและเครื่องดื่ม
โรงงานผลิตอาหารและเครื่องดื่มทำหน้าที่แปรรูปวัตถุดิบทางอาหารให้เป็นผลิตภัณฑ์เพื่อการบริโภคทั้งในขั้นกลางหรือขั้นสุดท้าย โดยใช้แรงงาน เครื่องจักร พลังงาน และความเชี่ยวชาญ ผลิตภัณฑ์บางชนิด เช่น น้ำเชื่อมที่ใช้ผลิตโซดา ยังเป็นวัตถุดิบสำหรับกระบวนการผลิตอื่นๆเพิ่มเติมด้วย
ตามข้อมูลจากรูปแบบธุรกิจของกระทรวงพาณิชย์สหรัฐฯ สำนักงานสำมะโนประชากร ระบุว่ามีโรงงานแปรรูปอาหารและเครื่องดื่มเกือบ 43,000 แห่ง ทั่วสหรัฐฯ นอกจากนี้ ผลสำรวจผู้ผลิตประจำปีของสำนักงานสำมะโนประชากรยังรายงานอีกว่า ผู้ผลิตอาหารและเครื่องดื่มคิดเป็น 17% ของยอดขายรวม และ 15% ของจำนวนพนักงานทั้งหมด ในอุตสาหกรรมการผลิตของสหรัฐฯ ทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ภาคส่วนนี้สร้างผลิตภัณฑ์มวลรวมภายในประเทศ (GDP) มากกว่า 534.3 พันล้านดอลลาร์ และมีการจ้างงานเกือบ 3.5 ล้านตำแหน่งในปี 2023 พร้อมการคาดการณ์ว่าอัตราการเติบโตของรายได้รวมจะอยู่ระหว่าง 2.5% ถึง 3.5% ในปี 2025
การแปรรูปเนื้อสัตว์เป็นผู้นำในอุตสาหกรรมผลิตอาหารและเครื่องดื่ม ตามมาด้วยผลิตภัณฑ์นม เครื่องดื่ม และเมล็ดพืช/น้ำมันจากเมล็ดพืช ในกลุ่มเหล่านี้ การผลิตเครื่องดื่มเติบโตมากที่สุด โดยมีอัตราการเติบโตถึง 23% ในปี 2023 เพียงปีเดียว การเติบโตนี้ขับเคลื่อนโดยโรงเบียร์ ซึ่งคิดเป็นมากกว่า 50% ของการเติบโตทั้งหมด ในการผลิตเครื่องดื่มในช่วงห้าปีที่ผ่านมา
เมื่อภาคการผลิตอาหารและเครื่องดื่มยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง ความต้องการผู้ผลิตที่เชื่อถือได้ซึ่งสามารถรับมือและปฏิบัติตามข้อกำหนดและมาตรฐานการกำกับดูแลอันเข้มงวดขององค์การอาหารและยา (FDA) ก็เพิ่มสูงขึ้นตามไปด้วยอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่มต้องพึ่งพาปั๊มหลายประเภทในการลำเลียงของเหลว ซึ่งรวมถึงปั๊มไดอะแฟรมแบบขับเคลื่อนด้วยลม (AODD), ปั๊มแรงเหวี่ยง และปั๊มดูดจากถัง (Drum pump)
ปั๊ม AODD ถูกออกแบบมาเพื่อรองรับของเหลวตั้งแต่ชนิดเหลวบางไปจนถึงของเหลวที่มีความหนืดสูง ทำให้เหมาะกับงานแปรรูปอาหารหลากหลายประเภท อีกทั้งยังมีต้นทุนต่ำกว่าเมื่อเทียบกับปั๊มโรตารีลอบ ปั๊มเกียร์ และปั๊มแบบ Progressive cavity จึงเป็นทางเลือกที่ประหยัดกว่าเทคโนโลยีปั๊มชนิด Positive displacement อื่น ๆ
ปั๊มแรงเหวี่ยงถูกออกแบบมาเพื่อให้ได้อัตราการไหลที่สม่ำเสมอ และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับงานลำเลียงในปริมาณมากในกระบวนการผลิตอาหารและเครื่องดื่ม โครงสร้างที่แข็งแรงทำให้ทนต่อสารเคมีได้ดี และสามารถรองรับภาระจากระบบท่อที่สูงกว่าได้
ปั๊มดูดจากถัง (Drum pumps) มีประโยชน์อย่างยิ่งในการจัดการกับของเหลวที่มีความข้นหรือความหนืดสูง เช่น น้ำมัน น้ำเชื่อม และซอส โดยช่วยให้การลำเลียงเป็นไปอย่างราบรื่น ถูกสุขลักษณะ และควบคุมได้ พร้อมทั้งเป็นไปตามมาตรฐานด้านความปลอดภัยและสุขอนามัยของอุตสาหกรรม
ข้อบังคับของ FDA ในการผลิตอาหาร
ในปี ค.ศ. 1938 FDA ได้รับอำนาจในการบังคับใช้ความปลอดภัยด้านอาหาร และเรียกคืนอาหาร วัตถุเจือปนอาหาร ยา และเครื่องสำอางที่เป็นอันตราย เกือบ 30 ปีต่อมา FDA ได้จัดตั้งหลักปฏิบัติการผลิตที่ดี (Good Manufacturing Practices: GMPs) ซึ่งเป็นข้อบังคับของรัฐบาลกลาง (21 CFR Part 110) ที่เป็นพื้นฐานของการปฏิบัติตามมาตรฐานของ FDA โดยให้แนวทางที่จำเป็นในการรักษาความสม่ำเสมอ คุณภาพ และความปลอดภัยในกระบวนการผลิต
จากข้อบังคับเหล่านี้ พระราชบัญญัติการปรับปรุงความปลอดภัยอาหาร (Food Safety Modernization Act: FSMA) ถูกประกาศใช้ในปี 2011 กำหนดให้ FDA ควบคุมการเก็บเกี่ยว แปรรูป และขนส่งผลิตภัณฑ์อาหารสำหรับการบริโภคของมนุษย์หรือสัตว์ โดยเฉพาะ FSMA มุ่งเน้นไปที่การป้องกันการปนเปื้อนโดยการนำการวิเคราะห์อันตรายและมาตรการป้องกันล่วงหน้าเข้ามาใช้
สี่ปีต่อมา ในเดือนกันยายน 2015 FDA ได้ปรับปรุง GMPs และจัดทำข้อกำหนดการปฏิบัติการผลิตที่ดีในปัจจุบัน (Current Good Manufacturing Practices: cGMPs) ขึ้น ข้อกำหนด cGMP สำหรับอาหารและเครื่องดื่มระบุไว้ใน 21 CFR Part 117 ซึ่งครอบคลุมหัวข้อต่าง ๆ เช่น การออกแบบและก่อสร้างโรงงานผลิต การดูแลรักษาพื้นที่ภายในโรงงาน อุปกรณ์ของโรงงาน การดำเนินงานด้านสุขอนามัย ความสะอาดของสถานที่ และการควบคุมกระบวนการผลิตระหว่างการผลิตอาหาร
เมื่อผู้ผลิตอาหารหรือเครื่องดื่มปฏิบัติตาม cGMP ที่กำหนดโดย FDA ในด้านความปลอดภัย คุณภาพ และมาตรฐานการผลิต ผู้ผลิตนั้นถือว่าเป็นไปตามข้อกำหนดของ FDA นอกจากนี้ อุปกรณ์ยังสามารถได้รับการจัดประเภทว่า “ได้รับการรับรองสำหรับอาหาร (Food-approved)” ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์นั้นถูกพิจารณาว่าปลอดภัยสำหรับการใช้ในการผลิตอาหารโดย FDA หรือหน่วยงานกำกับดูแลอื่น ๆ เช่น สถาบันมาตรฐานแห่งชาติสหรัฐฯ (ANSI), มูลนิธิสุขอนามัยแห่งชาติ (NSF) หรือสหภาพยุโรป (EU)
ความแตกต่างสำคัญระหว่างมาตรฐานที่ “เป็นไปตามข้อกำหนดของ FDA” กับ “ได้รับการรับรองสำหรับอาหาร” คือ อุปกรณ์ที่ได้รับการรับรองสำหรับอาหารจะมุ่งเน้นที่ความปลอดภัยของวัสดุที่สัมผัสอาหารโดยตรง เช่น อาจจำเป็นต้องใช้วัสดุที่มีมาตรฐานความปลอดภัยเฉพาะ เช่น สแตนเลส หรือพลาสติกเกรดอาหาร อุปกรณ์ที่ได้รับการรับรองสำหรับอาหารต้องมั่นใจได้ว่าจะไม่มีสารเคมีที่เป็นอันตรายปนเปื้อนลงสู่อาหาร อีกทั้งต้องมีความทนทานและทำความสะอาดง่ายเพื่อป้องกันการปนเปื้อน
ผู้ผลิตปั๊มสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่มต้องคำนึงถึงทั้งวัสดุที่ใช้ทำตัวปั๊ม และวัสดุที่สัมผัสโดยตรงกับผลิตภัณฑ์ที่ผ่านกระบวนการผลิต
ข้อกำหนดสำหรับวัสดุที่สัมผัสอาหารส่วนใหญ่กำกับโดย 21 CFR Part 177 ซึ่งระบุสารที่ถือว่าปลอดภัยสำหรับใช้บนพื้นผิวที่สัมผัสอาหาร โดยวัสดุที่ใช้ทั่วไป ได้แก่
- สเตนเลสสตีล (Stainless steel):
สเตนเลสมีความทนทานสูง ทนการกัดกร่อนได้ดี และทำความสะอาดง่าย จึงเป็นวัสดุที่ใช้แพร่หลายในอุตสาหกรรมที่ต้องปฏิบัติตามกฎระเบียบของ FDA โดยเฉพาะเกรด 304 และ 316 ซึ่งใช้สำหรับตัวเรือนปั๊ม เพลา และส่วนประกอบสำคัญอื่น ๆ - อีลาสโตเมอร์และซีลที่ได้รับการรับรองจาก FDA:
อีลาสโตเมอร์ เช่น ฟลูออราอีลาสโตเมอร์ (Fluoro elastomers), ยางซิลิโคน, EPDM และ PTFE มีคุณสมบัติต้านทานสารเคมี ไม่เป็นพิษ และทำความสะอาดง่าย จึงเหมาะสำหรับใช้ทำซีล ปะเก็น และโอริง - PP หรือ โพรพิลีน และ PVC หรือ พีวีซี:
เทอร์โมพลาสติกเหล่านี้ทนทานต่อสารเคมีและขึ้นรูปได้หลากหลายรูปทรง เหมาะสำหรับทำส่วนประกอบปั๊ม เช่น ตัวเรือนและวาล์ว - พีทีเอฟอี (PTFE) หรือ เทฟลอน:
PTFE เป็นวัสดุเฉื่อย ไม่ติดพื้นผิว และทนความร้อนได้สูง จึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับส่วนประกอบปั๊มที่ต้องรับมือกับสารเคมีรุนแรงหรืออุณหภูมิสูง - เซรามิกหรือสารเคลือบพิเศษ:
เซรามิกและสารเคลือบเฉพาะทางอื่น ๆ อาจถูกใช้กับส่วนประกอบของปั๊มเพื่อป้องกันการกัดกร่อนและช่วยให้ทำความสะอาดง่าย วัสดุเหล่านี้มักมีความทนทานสูง ไม่เกิดปฏิกิริยากับสารอื่น และต้องได้รับการรับรองจาก FDA สำหรับการสัมผัสอาหาร รวมทั้งเป็นไปตามข้อกำหนดของ 21 CFR ที่เกี่ยวข้อง - ไทเทเนียม:
ไทเทเนียมมีความต้านทานการกัดกร่อนสูงมาก โดยเฉพาะในสภาวะแวดล้อมที่มีความบริสุทธิ์สูง และนิยมใช้ในอุตสาหกรรมยาและอาหาร
เมื่อเลือกวัสดุสำหรับปั๊มที่เป็นไปตามข้อกำหนดของ FDA สิ่งสำคัญคือการทราบว่าวัสดุประเภทใดควรหลีกเลี่ยงเพื่อความปลอดภัย ความสอดคล้องตามกฎระเบียบ และความคงสภาพของผลิตภัณฑ์ วัสดุที่ควรหลีกเลี่ยง ได้แก่
- วัสดุที่มีสารเติมแต่งเป็นพิษ:
บางวัสดุ เช่น พลาสติกหรือยางบางประเภท อาจมีสารเติมแต่ง เช่น พลาสติไซเซอร์หรือสารคงรูป ซึ่งอาจละลายออกมาและปนเปื้อนอาหารหรือผลิตภัณฑ์ทางยา ตัวอย่างทั่วไปได้แก่ โพลีคาร์บอเนต และ PVC ที่มีสารเติมแต่งที่ไม่ได้รับการรับรองจาก FDA - ทองแดงและโลหะผสมทองแดง:
ทองแดงและโลหะผสมของทองแดง (เช่น ทองเหลือง) โดยทั่วไปไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของ FDA เนื่องจากมีแนวโน้มเกิดการกัดกร่อนและโลหะอาจละลายปนเปื้อนในผลิตภัณฑ์อาหารได้ โดยปกติสเตนเลสสตีลจึงถูกเลือกใช้แทนวัสดุที่มีส่วนประกอบของทองแดง - ยางบางประเภท:
ยางบางชนิดไม่ได้รับการรับรองจาก FDA สำหรับการสัมผัสอาหารโดยตรง เนื่องจากอาจมีสารเคมีที่เป็นอันตรายและสามารถละลายปนลงในผลิตภัณฑ์ได้ - ไม้หรือวัสดุคอมโพสิตที่ไม่ได้รับอนุมัติ:
ไม้ วัสดุคอมโพสิตที่ไม่ได้รับการรับรอง และวัสดุพรุนบางชนิดควรถูกหลีกเลี่ยง เนื่องจากไม่สามารถทำความสะอาดให้ปลอดเชื้อได้อย่างสมบูรณ์ และอาจเป็นแหล่งสะสมของเชื้อแบคทีเรียหรือการปนเปื้อนอื่น ๆ