จมูกอิเล็กทรอนิกส์แบบกระเป๋าหิ้วสำหรับตรวจสอบคุณภาพอาหาร

นักวิจัย มก.พัฒนาระบบก๊าซเซ็นเซอร์อัจฉริยะหรือสมาร์ทเซ็นเซอร์แบบพกพาได้ สำหรับงานด้านอาหารและการเกษตร สามารถประยุกต์เป็นจมูกอิเล็กทรอนิกส์ใช้ในการตรวจสอบคุณภาพความสดของเนื้อสัตว์ และใช้พิสูจน์การปลอมปนข้าวหอมมะลิหากมีการนำข้าวขาวมาผสมในข้าวหอมมะลิ

เทคโนโลยีการตรวจสอบคุณภาพและความปลอดภัยของอาหาร  เป็นปัจจัยสำคัญประการหนึ่งที่จะช่วยเพิ่มความเชื่อมั่นในคุณภาพสินค้าให้กับผู้ค้าและผู้บริโภคมากยิ่งขึ้นและช่วยให้ประเทศไทยสามารถแข่งขันในอุตสาหกรรมอาหารได้ แต่การตรวจสอบคุณภาพผลิตภัณฑ์ที่ใช้กันอยู่ส่วนใหญ่เป็นเทคโนโลยีที่นำเข้ามาจากต่างประเทศและมีราคาแพง อีกทั้งผลการตรวจที่ได้ จะไม่ใช่ผลการตรวจสอบคุณภาพผลิตภัณฑ์อาหารที่จุดตรวจวัดจริงๆ ณ เวลานั้นๆ เนื่องจากเป็นการตรวจสอบโดยการสุ่มตัวอย่างแล้วนำไปตรวจวัดในห้องปฏิบัติการ ซึ่งการทดสอบต้องใช้เวลามาก และส่วนใหญ่ผลิตภัณฑ์ที่นำมาทดสอบยังถูกทำลายด้วย นอกจากนั้นบางครั้งวันหมดอายุที่ระบุไว้บนฉลากจากผู้ผลิต ก็ไม่ได้เป็นตัวชี้วัดคุณภาพและความปลอดภัยของอาหารได้เสมอไป เนื่องจากผลการตรวจสอบ ณ เวลาที่ทำการตรวจสอบ กับเวลาที่สินค้าถึงมือผู้บริโภคจริง มีปัจจัยเรื่องเวลาที่ใช้ในการขนส่งและการจัดเก็บรักษา ที่จะส่งผลกระทบต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งอาหารจำพวกเนื้อสัตว์แช่เย็นแช่แข็ง

ด้วยเหตุนี้ ผศ.ดร.ชัชวาล วงศ์ชูสุข อาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์  ร่วมกับ ผศ.ดร.ธีรเกียรติ์ เกิดเจริญ จากคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล และดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ จากศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ จึงได้ทำการวิจัยและพัฒนาจมูกอิเล็กทรอนิกส์ (electronic nose) แบบกระเป๋าหิ้ว ที่สามารถพกพานำไปใช้ตรวจสอบคุณภาพของอาหารหรือผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรในลักษณะ real time ที่จุดทดสอบ ได้ผลรวดเร็ว แม่นยำ ใช้ทำการตรวจวัดความสดของอาหาร ทำให้ได้ผลสถานะความสดของอาหาร ณ ช่วงเวลานั้นๆ โดยอาศัยหลักการทำงานของเทคโนโลยีระบบก๊าซเซ็นเซอร์ในการตรวจจับไอระเหยการเปลี่ยนแปลงกลิ่นไปจากเดิม เช่น การวัดกลิ่นเน่าเสียของอาหารจำพวกเนื้อสัตว์ในการทดลองตรวจสอบความสดของเนื้อไก่ การตรวจจำนวนแบคทีเรียบนเนื้อสัตว์ รวมถึงการพิสูจน์การปลอมปนของข้าวขาวในข้าวหอมมะลิ 

โครงสร้างการทำงานของเครื่องจมูกอิเล็กทรอนิกส์

ค่าการเปลี่ยนของก๊าซเซนเซอร์ที่แปรผันตามเวลาต่อกลิ่นเนื้อไก่ที่เก็บที่ (a) 30 °C และ (b) 4 °C

การพัฒนาจมูกอิเล็กทรอนิกส์ ในส่วนของการวัดการตอบสนอง อาศัยก๊าซเซ็นเซอร์แบบโครงสร้างโลหะออกไซค์ สำหรับการตรวจสอบความสดและจำนวนแบคทีเรียบนเนื้อไก่ โดยการทดลองเริ่มจากการนำเนื้อไก่มาชั่งน้ำหนัก หลังจากนั้นนำมาใส่ในขวด Sample เมื่อเริ่มการทดลองอากาศจากภายนอกจะไหลเข้าสู่ขวด Reference หลังจากนั้น อากาศจะเปลี่ยนไปไหลเข้ายังขวด sample เพื่อนำกลิ่นเนื้อไก่ เข้าสู่ยังห้องวัดกลิ่นที่บรรจุด้วยก๊าซเซ็นเซอร์แบบโลหะออกไซค์จำนวน 8 ตัว ผลที่ได้จากเซ็นเซอร์จะเป็นค่าความต้านทานของเซ็นเซอร์ที่ขึ้นกับเวลา ค่าการเปลี่ยนแปลงความต้านทานเหล่านี้จะถูกนำไปบันทึกผลยังคอมพิวเตอร์ เพื่อการวิเคราะห์  ผลการทดสอบจมูกอิเล็กทรอนิกส์ที่พัฒนาขึ้น  โดยทำการจำลองการเก็บเนื้อไก่ที่ 2 อุณหภูมิ คือเก็บในตู้เย็นที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส และเก็บที่อุณหภูมิห้องที่ 30 องศาเซลเซียส ทำการตรวจวัดกลิ่นโดยเครื่องจมูกอิเล็กทรอนิกส์ ทุกวัน เป็นเวลา 5 วัน โดยแต่ละวันจะทำการวัด 3 ครั้ง ในแต่ละครั้งจะวัดซ้ำ 5 รอบ เพื่อให้ได้ผลการทดลองที่แม่นยำ ซึ่งการวัดกลิ่นหรือไอระเหยการเน่าเสียด้วยจมูกอิเล็กทรอนิกส์นี้ จะทำควบคู่ไปกับการนับจำนวนแบคทีเรียที่เพาะบนจานเพาะเชื้อ การวิเคราะห์ไก่สดและไก่เสีย โดยใช้หลักการแยกแยะกลิ่นและจดจำกลิ่น และสร้างแบบจำลองหาจำนวนแบคทีเรียบนเนื้อไก่ นำข้อมูลค่าการตอบสนองของเซ็นเซอร์ต่างๆจากเครื่องจมูกอิเล็กทรอนิกส์มาวิเคราะห์ ค่าการเปลี่ยนแปลงความต้านทานจากการวัดกลิ่นเนื้อไก่ที่แปรผันตามเวลา ซึ่งผลจากการวิเคราะห์ พบว่า เมื่อเวลาผ่านไปค่าความเปลี่ยนแปลงความต้านทานของเซ็นเซอร์จะเพิ่มมากขึ้นตามเวลา ซึ่งชี้ให้เห็นถึงการปลดปล่อยกลิ่นที่เพิ่มขึ้นของเนื้อไก่ และสามารถนำไปวิเคราะห์ต่อในเชิงปริมาณด้วยแบบจำลองได้ ซึ่งเหนือกว่าวิธีปกติที่ใช้จมูกมนุษย์ ที่ไม่สามารถบ่งชี้ค่าต่างๆ ของกลิ่นในเชิงปริมาณได้ การใช้จมูกอิเล็กทรอนิกส์สามารถแยกแยะความสดของกลิ่นไก่สอดคล้องกับค่าความแตกต่างของอุณหภูมิและวันที่เก็บได้เป็นอย่างดี เครื่องจมูกอิเล็กทรอนิกส์สามารถแสดงค่าการทำนายจำนวนแบคทีเรียบนเนื้อไก่โดยมีค่าความสอดคล้องกับการวัดโดยใช้การนับจำนวนเชื้อจุลินทรีย์ที่เพาะบนจานเพาะเชื้ออีกด้วย  แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการตรวจวัดกลิ่นไก่ที่จะบ่งชี้ด้านความสดของไก่ได้ ด้วยจมูกอิเล็กทรอนิกส์

ค่าการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของก๊าซเซนเซอร์ต่อกลิ่นข้าวต่างๆ (a) ข้าวหอมมะลิ (b) ข้าวขาว และข้าวผสมระหว่างข้าวหอมมะลิ:ข้าวขาว ด้วยอัตราส่วน (c) 80:20, (d) 60:40, (e) 40:60, (f) 20:80 wt.%.

การจำแนกกลิ่นข้าวโดยวิธี principal component analysis

ในส่วนการใช้จมูกอิเล็กทรอนิกส์ พิสูจน์การปลอมปนของข้าว โดยทดลองนำข้าวขาวปลอมปนในข้าวหอมมะลิในอัตราส่วนต่างๆ เช่น 20, 40, 60 และ 80% โดยน้ำหนัก ใช้จมูกอิเล็กทรอนิกส์ตรวจวัดองค์ประกอบกลิ่นแบบระเหยได้ที่ปลดปล่อยจากข้าวชนิดต่างๆ เช่น ข้าวขาว ข้าวหอมมะลิ และข้าวผสม ผลการวัดองค์ประกอบหลักของกลิ่นข้าว พบว่า สามารถจดจำข้อมูลและแยกแยะเปอร์เซนต์การปลอมปนข้าวได้ โดยการแสดงความสัมพันธ์กราฟ กับปริมาณเปอร์เซ็นต์ของการปลอมปนได้

จากผลการทดสอบการใช้เครื่องจมูกอิเล็กทรอนิกส์ร่วมกับหลักการต่างๆที่พัฒนาขึ้น สามารถใช้จมูกอิเล็กทรอนิกส์เป็นเครื่องมือทางเลือกสำหรับการประยุกต์ใช้งานด้านอาหารและการเกษตรได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวมถึงมีข้อดีหลายประการ เช่น การไม่สัมผัสกับตัวอย่างที่นำมาทดสอบ วิธีใช้งานง่ายไม่ยุ่งยาก สามารถพกพาไปใช้ยังจุดที่ต้องการทดสอบ ได้ผลรวดเร็ว แม่นยำ ณ เวลาที่ทดสอบ และมีราคาไม่แพง

ขอขอบคุณที่ท่านเข้ามาอ่านบทความวิจัยนี้ และขอความกรุณาสละเวลาตอบแบบสอบถามการให้บริการข้อมูล เพื่อการปรับปรุงต่อไปด้วย จะขอบคุณยิ่ง  

คลิกที่นี่เพื่อตอบแบบสอบถาม—> https://goo.gl/forms/hcBXc1080pJmdUmF3

ผศ.ดร.ชัชวาล วงศ์ชูสุข

ที่มาข้อมูล :      โครงการวิจัยทุนอุดหนุนวิจัย มก. หัวหน้าโครงการ :         ผศ.ดร.ชัชวาล วงศ์ชูสุข ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ เรียบเรียง/สื่อเผยแพร่ :   วันเพ็ญ นภาทิวาอำนวย ฝ่ายเผยแพร่งานวิจัย สถาบันวิจัยและพัฒนาแห่ง มก. โทร. 02 561 1474 e-mail : rdiwan@ku.ac.th