เครื่องจักรเพื่อการแปรรูปอาหารจากผลิตผลทางการเกษตร
July 10, 2020
กสอ.มทร.ธัญบุรี “เปิดกิจกรรมเครือข่าย” ผู้ให้บริการเครื่องจักรกลทางการเกษตร
July 16, 2020

เทคนิคเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี

(Near Infrared Spectroscopy, NIRS)

ว่าที่ร้อยตรี อ.จุลพงศ์ พฤกษะศรี

Near Infrared เขียนย่อว่า NIR คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic spectrum) ในช่วงความยาวคลื่น 800 – 2,500 นาโนเมตร  และ NIR spectroscopy หมายถึง เทคนิคทางสเปกโตรสโกปีชนิดหนึ่ง ที่นำมาประยุกต์ใช้เพื่อการตรวจสอบโดยไม่ทำลายตัวอย่าง ( Non Destructive Testing )

การสแกนถั่วเหลืองฝักสดด้วย FQA NIR GUN (Fantec inc., Japan)

(ภาพจาก Food Network Solution ศูนย์เครือข่ายข้อมูลอาหารครบวงจร)

    หลักการของ NIR Spectroscopy คือการใช้คลื่นแสงในช่วง NIR ส่องเข้าไปในตัวอย่าง ทำให้โมเลกุลของตัวอย่างดูดกลืน (absorb) พลังงาน แล้วเกิดการสั่นสะเทือน (vibration) การตรวจวัดพลังงานทำได้หลายรูปแบบ เช่น แบบวัดการสะท้อน (reflectance) แบบวัดการส่องผ่าน (transmittance) เป็นต้น ซึ่งสเปกตรัมในช่วงคลื่น NIR ที่ได้ จะถูกนำมาประมวลผล และหาความสัมพันธ์ทางสถิติกับข้อมูลของตัวอย่างที่ตรวจวิเคราะห์ด้วยวิธีการทางเคมี หรือวิธีอื่นๆ ที่ได้ค่ามาตรฐาน จะได้สมการสอบเทียบมาตรฐาน (calibration equation) เพื่อใช้ทำนายค่าปัจจัยคุณภาพของของวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์อาหารหลายชนิดได้ทั้งเชิงปริมาณ (quantitative) และเชิงคุณภาพ (qualitative)

การใช้ NIR Spectroscopy สำหรับการทดสอบในเชิงปริมาณ สามารถทดสอบตัวอย่างได้ข้อมูลหลายค่าในเวลาเดียวกัน เช่น ความชื้น ส่วนประกอบทางเคมีโดยประมาณ (proximate analysis) เช่น โปรตีน ไขมัน ค่าไอโอดีน (iodine value) ค่ากรดไขมันอิสระ (free fatty acid) ค่าพีเอช (pH) ปริมาณอะไมโลส (amylose) เป็นต้น

การสแกนส้มโอด้วย FQA NIR GUN (Fantec inc., Japan)

(ภาพจาก Food Network Solution ศูนย์เครือข่ายข้อมูลอาหารครบวงจร)

    ปัจจุบันเทคนิคเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี (Near Infrared Spectroscopy, NIRS) เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลาย  เป็นเทคนิคที่ใช้คลื่นแสงซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic wave) ซึ่งอยู่ระหว่างคลื่นไมโครเวฟ (microwave) และคลื่นแสงที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า (visible light, VIS) นำมาใช้ในการตรวจสอบสารประกอบหรือคุณภาพของตัวอย่างโดยไม่ทำลายตัวอย่าง (non-destructive) ใช้หลักการดูดกลืนพลังงานของโมเลกุลสารประกอบที่มีพันธะ H-O, H-N, H-C และ C=O อยู่ในโมเลกุล เป็นต้น แล้วนำค่าการดูดกลืนแสงมาหาความสัมพันธ์ถดถอยเชิงเส้น (linear regression) กับผลการวิเคราะห์ทางเคมีโดยวิธีการ Chemometrics เพื่อให้ได้สมการในการทำนายปริมาณสารหรือสารประกอบชนิดนั้นๆ แล้วจึงสามารถนำมาใช้ในงานวิเคราะห์ประจำวันได้ (routine analysis) เทคนิค NIRS มีข้อดีคือใช้ระยะเวลาในการตรวจสอบสั้น ประหยัดแรงงาน ลดการใช้สารเคมีในการตรวจวิเคราะห์ และลดต้นทุนการผลิต

ข้าวเป็นพืชที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจเป็นอันดับหนึ่งในแถบทวีปเอเชีย ก่อนการจำหน่าย บริโภค หรือนำไปแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆ เมล็ดข้าวที่ผ่านการเก็บเกี่ยว ขัดสี และขัดขาวจะถูกเก็บไว้ในโรงเก็บ ซึ่งพบว่ามีแมลงหลายชนิดเข้ามาทำลายเมล็ดข้าวโดยเฉพาะอย่างยิ่งด้วงงวงข้าว (rice weevil : Sitophilus oryzae L.) ซึ่งจะทำลายทั้งข้าวเปลือกและข้าวสาร จึงมีการนำ NIRS มาประยุกต์ใช้ในงานวิจัย เพื่อการวิเคราะห์การเกิดด้วงงวงข้าว (มอด) ในข้าว ซึ่งด้วงงวงข้าว (มอด) เป็นแมลงศัตรูพืชที่สำคัญชนิดหนึ่งของธัญพืชที่ส่งผลกระทบในการเก็บรักษาธัญพืช เพื่อการบริโภคและรอจำหน่าย ซึ่งหากมีการระบาดของด้วงงวงข้าวอย่างรุนแรงก็จะก่อให้เกิดความเสียหายอย่างมาก

 

การวิเคราะห์การเกิดมอดจึงเป็นวิธีหนึ่งที่ช่วยในการวินิจฉัยปริมาณมอดที่จะเกิดขึ้น เพื่อลดโอกาสการเกิดการสูญเสียที่ตามมาดังกล่าว การวิเคราะห์นี้ประยุกต์การใช้เทคนิค Near Infrared Spectroscopy (NIRS) กับเทคนิค Numerical Analysis เพื่อประเมินสัดส่วนของด้วงงวงข้าวที่ปนอยู่ในข้าวตัวอย่าง การทดลองนี้ ใช้ตัวอย่างข้าวเปลือก, ข้าวกล้อง และข้าวขาว ของข้าวพันธุ์ขาวดอกมะลิ 105 จากการทดลองพบว่าการใช้เทคนิค NIRs ด้วยวิธี Full MSC เหมาะสำหรับการทำนายด้วงงวงข้าวที่ปนในข้าวเปลือก และวิธี 1st Derivative เหมาะสำหรับการทำนายด้วงงวงข้าวที่ปนในข้าวกล้อง และข้าวสาร โดยที่มีค่า R2 อยู่ที่ 0.818 0.947 และ 0.836 ตามลำดับ สำหรับ Numerical Analysis ไม่สามารถทำนายด้วงงวงข้าวที่ปนในข้าวเปลือกได้ แต่เมื่อใช้วิธี Full MSC ปรับแต่งสเปกตรัมแล้ว พบว่าสามารถทำนายปริมาณด้วงงวงข้าวที่ปนในข้าวกล้องและข้าวสารได้ โดยมีค่า R2 อยู่ที่ 0.7603 และ 0.9356


ข้อมูลอ้างอิง

  1. ศูนย์เครือข่ายข้อมูลอาหารครบวงจร (Food Network Solution), สืบค้นเมื่อ 2 กรกฎาคม 2563, จาก http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/0912/near-infrared-nir
  2. ดร. ปาริชาติ เทียนจุมพล. การประยุกต์เทคนิคเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปีสำหรับการตรวจหาสารตกค้างในผลิตผลเกษตร. ศูนย์วิจัยเทคโนโลยีหลังการเก็บเกี่ยว คณะเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, สืบค้นเมื่อ 2 กรกฎาคม 2563, จาก https://www.phtnet.org/2017/10/579/
  3. Osborne, B.G., T. Feam and P.T. Hindle. 1993. Practical NIR Spectroscopy with Applications in Food and Beverage Analysis. 2nd ed.  Longman Scientific & Technology, Harlow. 227 pp.
  4. Williams, P. and K. Norris. 2001. Near Infrared Technology in Agricultural and Food Industries. 2nd ed.  American Association of Cereal Chemists, Inc.  St.  Paul, Minnesota, USA.  296 pp.
  5. การพัฒนาสมการสำหรับทำนายปริมาณนํ้ามันทั้งหมดในเมล็ดข้าวโพดด้วยเทคนิคเนียร์อินฟราเรดสเปกโตรสโกปีสำหรับใช้ในโปรแกรมการปรับปรุงพันธุ์, จาก http://nirapplication.blogspot.com/2008/03/nir-spectrometer.html
  6. เทคโนโลยีเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปีสำหรับผลผลิตเกษตรและอาหาร (ตอนที่ 1 ), ศูนย์เครือข่ายข้อมูลอาหารครบวงจร (Food Network Solution), สืบค้นเมื่อ 2 กรกฎาคม 2563, จาก http://www.foodnetworksolution.com/news_and_articles/article/0298/%E0%B9%80%E0%B8%97%E0%B8%84%E0%B9%82%E0%B8%99%E0%B9%82%E0%B8%A5%E0%B8%A2%E0%B8%B5%E0%B9%80%E0%B8%99%E0%B8%B5%E0%B8%A2%E0%B8%A3%E0%B9%8C%E0%B8%AD%E0%B8%B4%E0%B8%99%E0%B8%9F%E0%B8%A3%E0%B8%B2%E0%B9%80%E0%B8%A3%E0%B8%94%E0%B8%AA%E0%B9%80%E0%B8%9B%E0%B8%81%E0%B9%82%E0%B8%97%E0%B8%A3%E0%B8%AA%E0%B9%82%E0%B8%81%E0%B8%9B%E0%B8%B5%E0%B8%AA%E0%B8%B3%E0%B8%AB%E0%B8%A3%E0%B8%B1%E0%B8%9A%E0%B8%9C%E0%B8%A5%E0%B8%9C%E0%B8%A5%E0%B8%B4%E0%B8%95%E0%B9%80%E0%B8%81%E0%B8%A9%E0%B8%95%E0%B8%A3%E0%B9%81%E0%B8%A5%E0%B8%B0%E0%B8%AD%E0%B8%B2%E0%B8%AB%E0%B8%B2%E0%B8%A3-%E0%B8%95%E0%B8%AD%E0%B8%99%E0%B8%97%E0%B8%B5%E0%B9%88-1-
  7. ศรนรินทร์ ทูนไธสงและประสันต์ ชุ่มใจหาญ (2556). การวิเคราะห์การเกิดด้วงงวงข้าว (มอด) ในข้าวด้วย NIRS, [ระบบออนไลน์], แหล่งที่มา

Comments are closed.