เครื่องต้นแบบตรวจสอบปริมาณความหวานของผลส้ม และมะม่วงโดยวิธีไม่ทำลาย

ปัจจุบันการแข่งขันทางการค้าของตลาดส้ม และมะม่วงมีความรุนแรงขึ้น ทั้งการแข่งขันภายในประเทศ และเพื่อการส่งออก ดังนั้นเพื่อเพิ่มมูลค่าของผลผลิตทำให้เกษตรหรือผู้จัดจำหน่าย จำเป็นที่ต้องยกระดับคุณภาพของสิ้นค้าทั้งภายนอก และภายในของส้มหรือมะม่วงให้สูงขึ้น เพื่อให้ได้มาตรฐานตอบสนองกับความต้องการของตลาด และเป็นอีกแนวทางหนึ่งในการเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันในตลาดได้ โดยมากคุณภาพของผลไม้ที่ผู้บริโภคชื่นชอบจะขึ้นอยู่กับความหวาน แต่เกษตรรวมถึงผู้จัดจำหน่ายโดยมากจะทำการคัดแยกผลไม้โดยพิจารณาจากคุณสมบัติภายนอกเช่น รูปร่าง สี และขนาด ซึ่งคุณสมบัติเหล่านี้อาจไม่ได้สะท้อนต่อคุณภาพความหวานของผลไม้ตามที่ลูกค้าต้องการ หากคุณภาพเป็นไปตามที่ผู้บริโภคต้องการโดยทั่วไปผู้บริโภคยินดีจะจ่ายเงินมากขึ้น ดั้งนั้นถ้าสามารถทำนายความหวานของผลไม้ได้อย่างแม่นยำจะเป็นการเพิ่มมูลค่าของสินค้าอีกทางหนึ่ง ซึ่งการวัดค่าการดูดกลืนแสงเนียร์อินฟราเรดจากผลไม้ เป็นวิธีหนึ่งสามารถใช้ในการทำนายคุณภาพภายในของผลผลิตที่มีความแม่นยำสูง รวดเร็ว และตัวอย่างไม่ถูกทำลายจึงสามารถทำการตรวจสอบผลผลิตได้ 100 เปอร์เซนต์ ทำให้สามารถคัดแยกผลผลิตได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ลูกค้ายังสามารถเลือกสิ้นค้าได้ตามใจชอบ ซึ่งจุดนี้เองทางทีมพัฒนาจึงมีความสนใจพัฒนาเครื่องมือที่ใช้ในการตรวจสอบความหวานของส้ม และมะม่วงโดยใช้แสงเนียร์อินฟราเรด โดยมุ่งเน้นพัฒนาเครื่องราคา ถูก และมีขนาดเล็ก ลดการนำเข้าเครื่องมือจากต่างประเทศ เพื่อให้มีการนำไปใช้ประโยชน์แพร่หลายมากขึ้น ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นในการพัฒนาระบบการตรวจสอบคุณภาพผลิตทางการเกษตรแบบไม่ทำลาย ในประเทศต่อไป

แสงใกล้อินฟราเรด (near infrared; NIR) เป็นคลื่นแสงหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ในช่วงความยาวคลื่นประมาณ 780-2500 นาโนเมตร โดยมีหลักการดังนี้ คือ เมื่อแสงส่องผ่านเข้าไปยังสารละลายหรือวัตถุ แล้วสารเกิดการดูดกลืนคลื่นแสงในช่วง NIR ทำให้โมเลกุลของสารเกิดการสั่นที่ความถี่สูง ในการสั่นของพันธะต่างๆจะเกิดขึ้นที่ช่วงความยาวคลื่นแตกต่างกันซึ่งเป็นค่าเฉพาะของแต่ละพันธะรวมทั้งตำแหน่งของโมเลกุลและช่วงการดูดกลืนแสงก็เป็นลักษณะเฉพาะของแต่ละหมู่ฟังก์ชันด้วย ดังนั้นเมื่อโมเลกุลได้รับรังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นตรงกับพันธะในโมเลกุลก็จะเกิดการสั่นและดูดกลืนรังสีไว้ ทำให้มีพลังงานมากกว่าปกติ จากเดิมที่โมเลกุลอยู่ในสภาวะพื้น (ground vibration level) เมื่อได้รับพลังงานเพิ่มขึ้นจะอยู่ในสภาวะกระตุ้น (excited vibration level)  อย่างไรก็ตามเมื่อโมเลกุลกลับสู่สภาวะพื้นก็จะปล่อยพลังงานที่รับเพิ่มเข้าไปออกมาในภาพพลังงานความร้อน ปริมาณการดูดกลืนพลังงานแสง (absorbance, A) เป็นไปตามกฎของเบียร์ – แลมเบิร์ต (Beer – Lambert) พลังงานของคลื่นแสงเมื่อผ่านเข้าไปในตัวอย่าง พลังงานจะถูกดูดกลืนไว้โดยองค์ประกอบทางเคมีในตัวอย่าง ความเข้มของแสงที่ผ่านออกมาโดยทั่วไปจะเป็นสัดส่วนกับปริมาณขององค์ประกอบทางเคมีนั้น ดังนั้นจึงเอาหลักการนี้นำไปใช้พัฒนาเครื่องมือตรวจสอบความเข้มข้นของสารเคมี

ดั้งนั้นการพัฒนาอุปกรณ์ต้นแบบที่ใช้แสงในช่วงคลื่นเนียร์อินฟราเรดเพื่อตรวจสอบคุณภาพของส้มสายน้ำผึ้ง และมะม่วงน้ำดอกไม้ เพื่อใช้ในการทำนายความหวานโดยการวิเคราะห์ค่าของแข็งทั้งหมดที่ละลายน้ำได้ จากการศึกษาพบว่า การใช้หลอดไฟฮาโลเจนที่ให้ช่วงคลื่นเนียร์อินฟราเรดแบบต่อเนื่องและระบบการวัดปริมาณแสงเนียร์อินฟราเรดแบบส่องทะลุผ่านเหมาะสมกับผลส้ม ส่วนระบบการวัดแบบอินเตอร์แอคแตนซ์(interactance) เหมาะสมกับผลมะม่วง การออกแบบระบบทำนายค่าความหวานของตัวอย่างทั้งสองดังแสดงในรูปที่ 1

การทำงานของเครื่องต้นแบบ เริ่มจากเปิดเครื่อง และทำการวัดค่าตัวอ้างอิง (reference) จากนั้นสามารถนำตัวอย่างที่ต้องการตรวจสอบค่าความหวานใส่เข้าไปในเครื่องมือจากนั้นเลือกชนิดตัวอย่างให้ตรงกับตัวอย่างที่ใส่เข้าไปในเครื่อง และกดทำนายค่าความหวาน เครื่องต้นแบบจะทำการอ่านค่าการดูดกลืนแสงเนียร์อินฟราเรด เพื่อนำไปคำนวณค่าความหวานของตัวอย่าง ตามสมการที่ได้โปรแกรมไว้ในหน่วยประมวลผล และแสดงค่าที่คำนวณได้ที่หน้าจอแสดงผล

วิธีการนำไปใช้ประโยชน์ของผลงาน
เครื่องมือที่ได้ทำการพัฒนาขึ้นมานั้นสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในการตรวจวัดความหวานของส้มสายน้ำผึ้ง และมะม่วงน้ำดอกไม้สุกโดยตัวอย่างไม่ถูกทำลาย ทำให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการคัดแยกเกรดของผลไม้ดังกล่าวตามความหวานผลไม้ได้ นอกจากนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการ เลือกผลไม้ดังกล่าวตามความหวานของผลไม้ในศูนย์การค้า ซึ่งเป็นการประกันคุณภาพของสินค้าให้กับลูกค้าอีกทางหนึ่ง

สำหรับเครื่องนี้ได้ทำการพัฒนาให้การตรวจทำนายค่าความหวานของส้มสายน้ำผึ้ง และมะม่วงน้ำดอกไม้สุกโดยใช้หลักการของแสงเนียร์อินฟราเรดถือเป็นเรื่องใหม่ในประเทศไทย ที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้อีกมากมาย โดยระดับการพัฒนาของเครื่องมือนั้นยังอยู่ในระดับต้น สามารถทำการตรวจวัดความหวานของส้มและมะม่วงได้อย่างแม่นยำ

ติดต่อขอข้อมุลเพิ่มเติมได้ที่
ไกรฤกษ์  โง้วสุวรรณ (นักวิจัยชำนาญการ)
สถาบันค้นคว้าและพัฒนาผลิตผลทางการเกษตรและอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ โทร.0-2942-8600-3 ต่อ 502, 504

ขอขอบคุณข้อมูลและภาพประกอบจาก
ไกรฤกษ์  โง้วสุวรรณ

✍ ผลิตสื่อโดย ฝ่ายเผยแพร่งานวิจัย
🌟 แนะนำ/ติชม https://forms.gle/e3MzPqrb2V9QE9Tp6