วูฟเฟีย: พืชน้ำขนาดจิ๋วที่กำลังปฏิวัติโปรตีนทางเลือก Wolffia: The Tiniest Aquatic Plant Revolutionizing Alternative Protein Production

By:  กมลพร สิทธิไตรย์
 Kamonporn Sitthitrai
Food Innovation and Packaging Center (FIN)
Chiang Mai University
fininfo.fin@gmail.com

รศ.ดร. ยุทธนา พิมลศิริผล
Assoc. Prof. Yuthana Phimolsiripol, Ph.D.
Dean
Faculty of Agro-Industry
Chiang Mai University
yuthana.p@cmu.ac.th

          ‘วูฟเฟีย’ ถือเป็นโปรตีนทางเลือกจากพืชที่เริ่มได้รับการพูดถึงอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากอุดมไปด้วยคุณค่าทางโภชนาการ อีกทั้งยังสามารถนำไปแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์อาหารได้อย่างหลากหลาย

ลดวิกฤตทางสิ่งแวดล้อมเพื่อเพิ่มโอกาสในตลาดอาหารอนาคต
          ในมิติด้านความยั่งยืนทางเศรษฐกิจ วูฟเฟียถือเป็นหนึ่งในอาหารแห่งอนาคต (Future Food) และเป็นเมกะเทรนด์ที่น่าสนใจในอุตสาหกรรมอาหาร อีกทั้งยังได้รับการส่งเสริมจากภาครัฐและผลักดันให้เกิดการผลิตวูฟเฟียทั้งในภาคเกษตรกรรมและอุตสาหกรรมอาหารมากขึ้น เนื่องจากการผลิตวูฟเฟียใช้พื้นที่ในการผลิตน้อย เพาะเลี้ยงง่าย สามารถขยายพันธุ์ได้ตลอดทั้งปี และใช้ระยะเวลาในการผลิตสั้น ในมิติด้านสิ่งแวดล้อม เมื่อเปรียบเทียบในเรื่องของการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกระหว่างการผลิตวูฟเฟียกับการผลิตพืชชนิดอื่นและสัตว์ พบว่าการผลิตวูฟเฟียมีการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกน้อยกว่าการผลิตสาหร่ายถึง 2 เท่า และน้อยกว่าการผลิตปลานิลถึง 22 เท่า นอกจากนี้ วูฟเฟียยังมีคุณสมบัติที่ช่วยในการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และของเสียในน้ำที่เกิดจากกระบวนการผลิต โดยน้ำทิ้งหลังจากการเพาะเลี้ยงสามารถนำไปใช้ประโยชน์ต่อตามแนวทางขยะเป็นศูนย์ (Zero Waste)

ความท้าทายในการผลิตโปรตีนจากวูฟเฟีย

1) การสกัดแบบดั้งเดิมโดยใช้สารเคมีหรือเอนไซม์ เพื่อทำลายโครงสร้างของผนังเซลล์ ที่แม้ว่าจะใช้ระยะเวลาในการผลิตนานและได้ผลผลิตที่เป็นโปรตีนทางเลือกน้อย แต่ก็เป็นวิธีที่มีต้นทุนในการผลิตค่อนข้างต่ำ และนิยมใช้ในอุตสาหกรรมปัจจุบัน โดยผลิตภัณฑ์โปรตีนที่ได้จะเรียกว่า “โปรตีนไฮโดรไลเสต” ซึ่งได้จากการย่อยโปรตีนด้วยการตัดสายพอลิเปปไทด์ให้เป็นกรดอะมิโนอิสระหรือเปปไทด์สายสั้นด้วยสารละลายกรดหรือด่าง หรือเอนไซม์

2) การสกัดด้วยเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น 1) การสกัดด้วยการใช้คลื่นไมโครเวฟร่วมกับตัวทำละลายอินทรีย์ (Microwave-assisted Extraction; MAE) โดยคลื่นไมโครเวฟจะทำให้โมเลกุลสั่นสะเทือน ส่งผลให้เซลล์พืชแตกและปลดปล่อยสารสำคัญออกมา หรือ 2) การสกัดด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์ (Ultrasound-assisted Extraction; UAE) โดยเมื่อคลื่นอัลตราซาวนด์แพร่ผ่านตัวกลางที่เป็นของเหลวจะเกิดฟองอากาศจากปรากฏการณ์คาวิเทชัน (Cavitation) และเมื่อฟองอากาศได้รับแรงอัดและแรงขยายเนื่องจากความดันที่เกิดจากการได้รับแรงสั่นสะเทือนของคลื่น ส่งผลให้ผนังเซลล์พืชถูกทำลาย โปรตีนภายในเซลล์จึงเคลื่อนที่ออกมา อย่างไรก็ตามการใช้คลื่นเสียงความถี่สูงอาจทำให้โครงสร้างทุติยภูมิของโปรตีนเกิดการเปลี่ยนแปลงและส่งผลต่อคุณสมบัติเชิงหน้าที่ของโปรตีน โดยการสกัดด้วยวิธีนี้อาจมีต้นทุนการผลิตค่อนข้างสูง แต่ก็ใช้ระยะเวลาในการสกัดสั้น

          "Wolffia," a plant-derived alternative protein, has been gaining more attention in recent years due to its nutrient richness and versatility in converting into a wide range of food products.

Mitigating Environmental Crisis to Create New Opportunities in the Future Food Market

          In terms of economic sustainability, Wolffia is both a promising future food and a current megatrend in the food industry. The government is encouraging Wolffia production in both agricultural and industrial sectors. This support is due to Wolffia's minimal space requirements, year-round growth capability, and short production time. Environmentally, Wolffia-based protein production emits significantly less greenhouse gas than other plant- or animal-derived proteins. For instance, Wolffia protein production releases half the greenhouse gases of seaweed protein production and 22 times less than Nile tilapia fish protein production. Additionally, Wolffia can absorb carbon dioxide and contaminants in post-production wastewater. This wastewater can be repurposed according to Zero Waste principles.

Challenges in Wolffia-derived Protein Production

1) Chemical or enzymatic extraction is a traditional technique that breaks down the structure of the cell wall. Although this method requires longer production time and yields a lower amount of alternative proteins, it is cost-effective and widely used in the industrial sector. In this process, "protein hydrolysate" is produced by polypeptide chain cleavages into free amino acids or short-chain peptides using alkaline solutions, acidic solutions, or enzymes.

2) Extraction via advanced technologies, such as microwave-assisted extraction (MAE) or ultrasound-assisted extraction (UAE), offers efficient alternatives to traditional methods. 1) MAE employs a microwave in combination with organic solvents to extract proteins. The microwave-generated heat causes the solvent molecules to vibrate, leading to cell breakage and the release of active compounds from within the cells. 2) UAE, the ultrasonic waves will create bubbles through acoustic cavitation. Then these bubbles collapse during compression and expansion forces from these waves, causing the rupture of the plant cell walls, and the consequent release of the intracellular proteins. However, high-frequency sound waves may alter the secondary structure and functional properties of the protein. Despite potentially higher costs, these advanced extraction techniques require shorter extraction times.