การตรวจหาปริมาณเนื้อยางแห้งแบบรวดเร็ว ในน้ำยางสดและในก้อนถ้วยยาง ด้วยเครื่อง FT-NIR

ประเทศไทยผลิตและส่งออกยางพาราเป็นอันดับต้นๆ ของโลก การแปรรูปยางจะรับวัตถุดิบยางเกษตรกรในยางรูปแบบต่างๆ ได้แก่ น้ำยางดิบ ยางแผ่นดิบ ยางแผ่นรมควัน และยางก้อนถ้วย เป็นต้นและโดยประมาณ 50-53% คือยางก้อนถ้วย เนื่องจากผลิตได้ง่ายกรรมวิธีไม่ยุ่งยาก ต้นทุนต่ำกว่ายางแผ่นดิบ แต่ในการซื้อขายยางก้อนถ้วยจะขึ้นกับคุณภาพ และ ปริมาณเนื้อยางแห้ง (DRC) ผู้ประกอบการผลิตยางแท่งที่รับซื้อยางก้อนถ้วยมักจะประสบปัญหาคุณภาพยางก้อนถ้วยที่ไม่ สม่ำเสมอได้แก่ การใช้สารจับตัวยางที่ไม่ใช่กรดฟอร์มิก และการปลอมปนเศษไม้ เปลือกยาง และการปนเศษหิน ดิน และทรายเพื่อเพิ่มน้ำหนัก อีกทั้งในการจำหน่ายยางก้อนถ้วยเกษตรกรจะถูกกดราคา 10-15% เสมอเนื่องจากไม่มีเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ในการวิเคราะห์หาปริมาณเนื้อยางแห้งอย่างรวดเร็ว จึงต้องใช้หลักการประเมินด้วยสายตาหรือหาปริมาณเนื้อยางแห้งด้วยการทำเป็นยางเครพก่อน ชึ่งต้องใช้เวลานานทำให้เกษตรกรเสียโอกาสในการต่อรองราคา อย่างไรก็ตาม มีการศึกษาวิจัยนำเทคโนโลยีหรือเทคนิคตรวจสอบคุณภาพผลผลิตเกษตร น้ำยางดิบ แผ่นยางดิบ ยางก้อนถ้วยโดยไม่ทำลายตัวอย่างมาใช้มากขึ้น ได้แก่ การใช้คลื่นแสง เป็นต้น

ในปัจจุบันผู้รับซื้อน้ำยางสด ใช้วิธีการในมาตรฐาน ISO 126:2005 ในการตรวจสอบวิเคราะห์หาค่าDRC เพื่อการรับซื้อซึ่งต้องใช้วิธีทางเคมีในห้องปฏิบัติการ ต้องใช้เจ้าหน้าที่วิเคราะห์ที่มีความชำนาญและใช้เวลาในการวิเคราะห์ผลข้ามวัน เนื่องจากต้องเข้าตู้อบประมาณ 16 ชั่วโมง โดยค่า DRC คือ ปริมาณเนื้อยางแห้งในน้ำยางสด เกษตรกรต้องรอผลจากห้องปฏิบัติการจึงจะสามารถคำนวณราคาและซื้อขายน้ำยางสดได้ และโรงงานก็อาจมีความเสี่ยงจากราคายางที่มีความผันผวนทุกวัน ดังนั้น จึงมีการหาวิธีต่างๆ ในการวัดค่า DRC ที่ รวดเร็วและแม่นยำ เช่น การวัดด้วยค่าความถ่วงจำเพาะ โดยใช้ไฮโดรมิเตอร์หรือที่นิยมเรียกว่า เมโทรแลค (Metrolac) มีความแม่นยำที่พอยอมรับได้ของการวัดค่าปริมาณเนื้อยางแห้งอยู่ในช่วง 32 ถึง 38% เท่านั้น ใช้เพียงในการประมาณการ แต่ไม่สามารถใช้ในการตกลงซื้อขายได้

การศึกษาวิจัยการใช้เทคนิค FT-NIRs (Fourier Transform Near Infrared Spectroscopy) เป็นเทคนิค ที่ตัวอย่างจะถูกสแกนโดยคลื่นแสงช่วงอินฟาเรดย่านใกล้ ในทุกช่วงความยาวคลื่นที่สนใจในช่วงเวลาทั้งหมด ซึ่งต่างจากเทคนิคเดิมที่เป็นแบบ Dispersive ซึ่งจะสแกนเฉพาะช่วงคลื่นแสงในขณะเวลาหนึ่งเท่านั้น และเทคนิค FT-NIRs จะมีข้อดีกล่าวคือ สามารถสแกนตัวอย่างได้รวดเร็ว มีค่าอัตราส่วนสัณญาณคลื่นต่อสัณญาณคลื่นแทรก (S/N) สูง มีความแม่นยำและความเสถียรของคลื่นแสงสูงมาก และ ง่ายในการส่งถ่ายข้อมูลคำนวณคาลิเบรชัน แต่อย่างไรก็ตามเครื่องจะมีขนาดใหญ่และราคาแพงมาก อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีดิจิตอลในระบบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าช่วงอินฟาเรดย่านใกล้ (NIR) มีการพัฒนามากในปัจจุบัน ระบบ Digital Light Processing (DLP) เป็นอุปกรณ์แสดงผลโดยใช้เทคโนโลยี optical micro-electromechanical คือการใช้กระจกดิจิตอล (Digital Micromirror) ทำให้อุปกรณ์กำเนิดแสง และตรวจวัดแสงมีขนาดเล็กลง ต้นทุนต่ำลงมาก แม้ว่าจะมีการศึกษา วิจัย การใช้เทคนิค NIRs ในการตรวจสอบคุณภาพน้ำยางพาราและผลิตภัณฑ์ยางมากขึ้น แต่การตรวจสอบหาปริมาณเนื้อยางแห้ง (DRC) ในประเทศไทยแทบยังไม่มีการศึกษาวิจัยเลย โดยเฉพาะการใช้เทคนิค DLP-NIRs ร่วมกับ เทคนิค FT-NIRs ซึ่งมีความแม่นยำ สูง และสามารถตรวจวัดได้อย่างรวดเร็ว ดังนั้นการหาปริมาณเนื้อยางแห้งในยางก้อนถ้วยแบบรวดเร็วโดยใช้เทคนิค FT-NIRs และ DLP-NIRs ซึ่งจะก่อให้เกิดประโยชน์ในการค้าขายยางก้อนถ้วย และการแปรรูปยางพาราและการตลาดยางพาราในภาพรวมต่อไปในอนาคต

การพัฒนาระบบการตรวจสอบมีความแม่นยำถูกต้องสูงโดยไม่ทำลายตัวอย่างด้วยคลื่นแสงอินฟราเรดย่านใกล้แบบเทคนิค FT-NIRs และ DLP-NIRs สำหรับการหาปริมาณเนื้อยางแห้งในยางก้อนถ้วยกำหนดจำนวนคลื่นแสงอินฟราเรดย่านใกล้ต่อเซนติเมตร 10,000 – 4,000 cm^-1 และที่ช่วงความยาวคลื่นแสง 900 – 1,700 nm โดยใช้สเปคตร้าเริ่มต้น โดยการคำนวณวิธี PLSR calibration สามารถใช้ในการทำนายที่มีความเหมาะสมแม่นยำ และสามารถพัฒนาผลงานวิจัยนี้ในหาปริมาณเนื้อยางแห้งในยางก้อนถ้วยได้โดยไม่ต้องทำลายตัวอย่างรวดเร็ว ป้องกันความเสียหายในกระบวนการแปรรูปยางพารา ก่อให้เกิดประโยชน์ด้านการค้า การพัฒนาผลิตภัณฑ์ต่อไป

จากผลการศึกษาข้างต้น จะเห็นได้ว่าเทคนิค NIRS สามารถใช้ในการทำนายค่า DRC ในน้ำยางสดได้อย่างแม่นยำและรวดเร็ว เพียงแค่เตรียมตัวอย่างในภาชนะและทำการวัดสเปกตรัม ซึ่งใช้เวลาไม่เกิน 2 นาที (ในการทดลองนี้) สามารถประหยัดเวลาและแรงงานได้เป็นอย่างมาก หากเปรียบเทียบกับวิธีมาตรฐานที่ต้องใช้กระบวนการทางเคมีและเตาอบลมร้อน ซึ่งต้องใช้เวลาอย่างน้อย 16 ชั่วโมง

บทความโดย

ว่าที่ ร.ต. จุลพงศ์ พฤกษะศรี สาขาวิชาวิศวกรรมเกษตรอุตสาหกรรม ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี

ข้อมูลอ้างอิง

1. ณพรัตน์ วิชิตชลชัย. 2560. หลักปฏิบัติเกษตรดีที่เหมาะสมสำหรับการผลิตยางก้อนถ้วย. ฝ่ายวิจัยและพัฒนาอุตสาหกรรมยาง การยางแห่งประเทศไทย
2. สถาบันวิจัยยาง กรมวิชาการเกษตร, 2556. การแปรรูปยางดิบและการจัดการน ้าเสียระดับเกษตรกร. การจัดการสวนยางอย่างยั่งยืน.2556: 116-117
3. Supprung, P., Ratree, S., Petchsing, C., Trisuvanawat, W. 2012. Prediction of insect damaged rough rice contamination using FT NIRs and NIR hyperspectral imaging. The 3rd Asian NIR symposium, 14-18 May 2012, Bangkok, Thailand.
4. Tarkosova, J., Copikova, .J. (2000). J. Near Infrared Spectrosc. 8, 251-257
5. Manley, M.L., Van Zyl, Osborne, B.G. 2002. J. Near Infrared Spectrosc. 10, 71-76
6. ผดุงสิทธิ์ อาศัยพานิชย์ และวสุ อุดมเพทายกุล, 2557, การหาปริมาณเนื้อยางแห้งในน้ำยางสดด้วยเทคนิคเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโคปีโดยไม่มีอิทธิพลจากอุณหภูมิของตัวอย่าง, การประชุมทางวิชาการมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร‑ ครั้งที่ 52, กรุงเทพฯ, 392 น.
7. ภานุวัฒน์ ทรัพย์ปรุง, จุฬวฎี ตุ่นป่า, ศักดิ์นรินทร์ ตรีศูนย์, ประสิทธิ์ โสภา, 2561, การหาปริมาณเนื้อยางแห้งในยางก้อนถ้วยแบบรวดเร็วโดยใช้เทคนิค FT-NIRs และ DLP-NIRs, การประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ระดับชาติ ครั้งที่ 19, กรุงเทพฯ, 459-464 น.