โภชนาการในช่วงทารกคือรากฐานสำคัญของการเจริญเติบโตทั้งร่างกายและสมอง เมื่อนมแม่ไม่ใช่ตัวเลือกเดียว นมดัดแปลงจึงต้องถูกออกแบบและควบคุมอย่างเข้มงวดในระดับโมเลกุล ตั้งแต่สัดส่วนเวย์–เคซีน ไปจนถึงการวิเคราะห์โปรตีนด้วยเทคนิคขั้นสูง บทความนี้จะพาคุณเจาะลึกวิทยาศาสตร์เบื้องหลังคุณภาพนมสำหรับเด็กปฐมวัย
นมแม่เป็นแหล่งสารอาหารที่สมบูรณ์ที่สุดสำหรับทารก อย่างไรก็ตามในกรณีที่มีข้อจำกัดในการให้นมบุตร นมดัดแปลงสำหรับทารก (Infant Formula) จึงเป็นทางเลือกสำคัญ ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ส่วนใหญ่พัฒนามาจากน้ำนมโคหรือน้ำนมแพะ โดยนำมาปรับปรุงสัดส่วนสารอาหาร ได้แก่ โปรตีน ไขมัน วิตามิน และแร่ธาตุ เพื่อให้มีคุณลักษณะใกล้เคียงกับน้ำนมแม่มากที่สุด
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างน้ำนมโคและน้ำนมแม่คือ ปริมาณโปรตีนรวมในน้ำนมโคที่มีสูงกว่าน้ำนมแม่ประมาณ 3 ถึง 4 เท่า รวมถึงอัตราส่วนของโปรตีนสองชนิดหลัก คือ เวย์ (Whey) และ เคซีน (Casein) โดยน้ำนมโคมีอัตราส่วนเวย์ต่อเคซีนเท่ากับ 60 ต่อ 40 ในขณะที่น้ำนมแม่มีอัตราส่วนเท่ากับ 80 ต่อ 20 นอกจากนี้ ชนิดของโปรตีนเวย์ในน้ำนมโคส่วนใหญ่เป็น เบตา-แลกโตอัลบูมิน (beta-lactalbumin) ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นสารก่อภูมิแพ้ได้สูงกว่า แอลฟา-แลกโตอัลบูมิน (alpha-lactalbumin) ที่พบมากในน้ำนมแม่
โปรตีนในน้ำนมประกอบด้วยสองส่วนหลักที่มีสมบัติทางกายภาพต่างกัน:
- เคซีน (Casein): เป็นโปรตีนส่วนที่ตกตะกอนได้เมื่อน้ำนมมีความเป็นกรดเพิ่มขึ้น ในอุตสาหกรรมการผลิตนมผงดัดแปลง มักมีการเติมเคซีนในรูปแบบของเคซีนบริสุทธิ์ หรือในรูปเกลือโพแทสเซียมเคซิเนตเพื่อปรับสมดุลทางโภชนาการ
- เวย์ (Whey): เป็นโปรตีนส่วนที่ละลายน้ำได้และคงสถานะเป็นของเหลวหลังจากกระบวนการแยกเคซีนออก (เช่น ในการทำเนยแข็ง) โปรตีนเวย์มีคุณภาพทางชีวภาพสูง ประกอบด้วยน้ำตาลแล็กโทสและแร่ธาตุที่จำเป็น
กระบวนการควบคุมคุณภาพในการผลิตนมผงดัดแปลง จำเป็นต้องมีการตรวจสอบปริมาณโปรตีนที่แม่นยำ เทคนิคที่ได้รับความนิยมในปัจจุบันคือ เทคนิคการเผาไหม้ (Combustion Method) หรือที่รู้จักในชื่อ Dumas Method ซึ่งทำงานผ่านเครื่องวิเคราะห์ธาตุ (Elemental Analyzer) โดยมีขั้นตอนทางเคมีวิเคราะห์ดังนี้:
- กระบวนการเผาไหม้ (Combustion): ตัวอย่างปริมาณระดับมิลลิกรัมจะถูกบรรจุในแคปซูลดีบุก (Tin foil) และส่งเข้าสู่เตาเผาที่บรรยากาศแก๊สพา (Carrier gas) ภายใต้อุณหภูมิสูง เมื่อมีการจ่ายแก๊สออกซิเจน ดีบุกจะทำปฏิกิริยาเกิดเป็น ดีบุกออกไซด์ (SnO2) พร้อมคายความร้อนมหาศาล ทำให้อุณหภูมิเฉพาะจุดสูงถึง 1800 องศาเซลเซียส ส่งผลให้เกิดการเผาไหม้อย่างสมบูรณ์
- การเปลี่ยนรูปทางเคมี: ธาตุไนโตรเจนในตัวอย่างจะถูกเปลี่ยนเป็นแก๊สไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) จากนั้นจะถูกรีดิวซ์ (Reduced) ให้กลายเป็นแก๊สไนโตรเจน (N2) ในขณะที่คาร์บอนจะเปลี่ยนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ และไฮโดรเจนจะเปลี่ยนเป็นไอน้ำ
- การแยกและการตรวจวัด: ระบบจะทำการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำส่วนเกิน ก่อนส่งแก๊สไนโตรเจนผ่านคอลัมน์แยกแก๊ส (GC Column) และตรวจวัดปริมาณด้วยตัวตรวจวัดชนิดการนำความร้อน (Thermal Conductivity Detector หรือ TCD)
- การคำนวณผล: ปริมาณไนโตรเจนที่ตรวจวัดได้จะถูกนำมาคำนวณเป็นค่าโปรตีนรวม (Total Protein) โดยใช้ค่าปัจจัยการเปลี่ยนค่า (Protein Factor) ที่เหมาะสมตามมาตรฐานสากล
เครื่องวิเคราะห์ธาตุรุ่น FlashSmart จาก Thermo Scientific ถูกออกแบบมาให้รองรับการวิเคราะห์ทั้งตัวอย่างของแข็งและของเหลว จุดเด่นทางวิศวกรรมที่สำคัญคือความยืดหยุ่นในการเลือกใช้แก๊สพา โดยสามารถใช้ แก๊สอาร์กอน (Argon) ทดแทน แก๊สฮีเลียม (Helium) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานของห้องปฏิบัติการ โดยยังคงไว้ซึ่งความแม่นยำและความสอดคล้องของผลการวิเคราะห์ตามเกณฑ์มาตรฐานสากล การใช้เทคนิคการเผาไหม้ในการวิเคราะห์ปริมาณไนโตรเจนเพื่อหาค่าโปรตีนในนมดัดแปลงสำหรับทารก เป็นวิธีการที่มีความรวดเร็ว แม่นยำ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าวิธีดั้งเดิม (เช่น วิธี Kjeldahl) ซึ่งมีความสำคัญยิ่งในการประกันคุณภาพผลิตภัณฑ์ทางโภชนาการสำหรับเด็กปฐมวัย