วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย / TSAE Journal

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย Thai Society of Agricultural Engineering Journal ปที่ 24 ฉบับที่ 1 มกราคม – มิถุนายน 2561 (Volume 24 No. 1 January - June 2018) เจาของ: สมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย

ISSN 1685-408X

สํานักงาน: อาคาร 5 ชั้น 5 กองสงเสริมวิศวกรรมเกษตร กรมสงเสริมการเกษตร แขวงลาดยาว จตุจักร กรุงเทพฯ 10900 โทร 0 2940 6183 โทรสาร 0 2940 6185 www.tsae.asia

บรรณาธิการ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร รศ. ดร. ปานมนัส ศิริสมบูรณ กองบรรณาธิการ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร รศ. ดร. อนุพันธ เทิดวงศวรกุล รศ. ดร. ประเทือง อุษาบริสุทธิ์ ผศ. ดร. ศิวลักษณ ปฐวีรัตน ดร. วันรัฐ อับดุลลากาซิม ดร. ศิริศักดิ์ เชิดเกียรติพล ดร. อาทิตย พวงสมบัติ ดร. สิรินาฏ นอยพิทักษ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี ผศ. ดร. สุนัน ปานสาคร

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี ผศ. ดร. เทวรัตน ตรีอํานรรค ดร. กระวี ตรีอํานรรค สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาเจาคุณทหารลาดกระบัง ผศ. ดร. ประสันต ชุมใจหาญ มหาวิทยาลัยขอนแกน ดร. ชัยยันต จันทรศิริ มหาวิทยาลัยแมโจ ผศ. ดร. ฤทธิชัย อัศวราชันย กองสงเสริมวิศวกรรมเกษตร กรมสงเสริมการเกษตร นางดาเรศร กิตติโยภาส นางสาวนฤมล ลดาวัลย ณ อยุธยา

ที่ปรึกษากองบรรณาธิการ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร รศ. พินัย ทองสวัสดิ์วงศ กองบรรณาธิการวิช าการ จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย ศ. ดร. สุรินทร พงศศุภสมิทธ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร ศ. ดร. ผดุงศักดิ์ รัตนเดโช ศ. ดร. สมชาติ ฉันทศิริวรรณ สถาบันเทคโนโลยีแหงเอเชีย ศ. ดร. อรรถพล นุมหอม มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร รศ. ดร. ธัญญา นิยมาภา รศ. วิชา หมั่นทําการ ผศ. ภรต กุญชร ณ อยุธยา ดร. ประภากรณ แสงวิจิตร มหาวิทยาลัยเชียงใหม รศ. ดร. สัมพันธ ไชยเทพ ผศ. ดร. ศิวะ อัจฉริยวิริยะ ดร. วิบูลย ชางเรือ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี ผศ. ดร. วีรชัย อาจหาญ ผศ. ชาญชัย โรจนสโรช ผศ. ดร. พยุงศักดิ์ จุลยุเสน

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกลาธนบุรี ศ. ดร. สมชาติ โสภณรณฤทธิ์ มหาวิทยาลัยแมโจ รศ. เสมอขวัญ ตันติกุล ผศ. ดร. สุเนตร สืบคา มหาวิทยาลัยขอนแกน รศ. ดร. ธวัชชัย ทิวาวรรณวงศ รศ. ดร. วินิต ชินสุวรรณ ผศ. ดร. เสรี วงสพิเชษฐ ผศ. ดร. สมโภชน สุดาจันทร ผศ. ดร. สมชาย ชวนอุดม ผศ. ดร. วิเชียร ปลื้มกมล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี รศ. ดร. รุงเรือง กาลศิริศิลป รศ. ดร. จตุรงค ลังกาพินธุ มหาวิทยาลัยราชภัฏวไลยอลงกรณ รศ. จิราภรณ เบญจประกายรัตน สถาบั นเทคโนโลยี พระจอมเกล าเจ าคุ ณทหาร ลาดกระบัง รศ. ดร. ปานมนัส ศิริสมบูรณ รศ. สาทิป รัตนภาสกร

สถาบันวิจัยเกษตรวิศวกรรม กรมวิชาการเกษตร ดร. ชูศักดิ์ ชวประดิษฐ ดร. อนุชิต ฉ่ําสิงห กองสงเสริมวิศวกรรมเกษตร กรมสงเสริมการเกษตร นางดาเรศร กิตติโยภาส นายณรงค ปญญา นายชีรวรรธก มั่นกิจ นางสาวฐิติกานต กลัมพสุต University of California, Davis Pictiaw Chen, Ph.D., Professor Emeritus David C. Slaughter, Ph.D., Professor University of Tsukuba Masayuki Koike, D.Agr., Professor Emeritus Tomohiro Takigawa, Ph.D., Professor Mie University Nobutaka Ito, D.Agr., Professor Emeritus Iowa State University Dirk E. Maier, Ph.D., Professor Purdue University Klein E. Ililiji, Ph.D., Associate Professor

คณะกรรมการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ประจําป พ.ศ. 2558 – 2559 ที่ปรึกษา ฯพณฯ นายอําพล เสนาณรงค ฯพณฯ พลเอกสุรยุทธ จุลานนท ศ. ดร. สมชาติ โสภณรณฤทธิ์ ศ. ดร. อรรถพล นุมหอม ศ. ดร. สุรินทร พงศศุภสมิทธิ์ รศ. ดร. ธวัชชัย ทิวาวรรณวงศ รศ. ดร. วินิต ชินสุวรรณ

Prof. Dr. Vilas M Salokhe Prof. Dr. Gajendra Singh Prof. Dr. Chin Chen Hsieh ดร. สุภาพ เอื้อวงศกูล นายทรงศักดิ์ วงศภูมิวัฒน นายสุรเวทย กฤษณะเศรณี

นางพรรณพิมล ชัญญานุวัตร นายวิกรม วัชรคุปต นายสมชัย ไกรครุฑรี นายปราโมทย คลายเนตร นายสุวิทย เทิดเทพพิทักษ นายชนะธัช หยกอุบล

กรรมการบริหาร นายกสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย อุปนายก ประธานฝายวิชาการ ผูชวยประธานฝายวิชาการ ผูชวยประธานฝายวิชาการ ผูชวยประธานฝายวิชาการ เลขาธิการ เหรัญญิก ผูชวยเหรัญญิก นายทะเบียน สาราณียากร ผูชวยสาราณียกร ปฏิคม ประชาสัมพันธ ผูประสานงานกลาง รศ. ดร. สมยศ เชิญอักษร รศ. ดร. ธัญญา นิยมาภา รศ. ดร. ธัญญะ เกียรติวัฒน รศ. ดร. ปานมนัส ศิริสมบูรณ รศ. สาทิป รัตนภาสกร ผศ. ดร. สมโภชน สุดาจันทร ผศ. ดร. เสรี วงสพิเชษฐ ดร. ชัยพล แกวประกายแสงกูล รศ. ดร. สัมพันธ ไชยเทพ รศ. ดร. วิชัย ศรีบุญลือ ผศ. เธียรชัย สันดุษฎี นายไพศาล พันพึ่ง ผศ. ฉัตรชาย ศุภจารีรักษ รศ. กิตติพงษ วุฒิจํานง

นางดาเรศร กิตติโยภาส ผศ. ดร. วีรชัย อาจหาญ ศ. ดร. สักกมน เทพหัสดิน ณ อยุธยา รศ. ดร. ปานมนัส ศิริสมบูรณ ผศ. ดร. สุเนตร สืบคา ผศ. ดร. ชัยยันต จันทรศิริ นายณรงค ปญญา นายบุญสง หนองนา นางสาวชัญญานุช ปานเอี่ยม นายชีรวรรธก มั่นกิจ ผศ. ดร. วัชรพล ชยประเสริฐ รศ. ดร. สมชาย ชวนอุดม นายนเรสน รังสิมันตศิริ นางสาวนฤมล ลดาวัลย ณ อยุธยา นายอนุรักษ เรือนหลา

กรรมการกลางและวิช าการ

ดร. สมเกียรติ เฮงนิรันดร รศ. ผดุงศักดิ์ วานิชชัง รศ. จิราภรณ เบญจประกายรัตน รศ. ดร. รุงเรือง กาลศิริศิลป ผศ. ดร. ศิวลักษณ ปฐวีรัตน ดร. วันรัฐ อับดุลลากาซิม รศ. ดร. รังสินี โสธรวิทย รศ. ดร. ประเทือง อุษาบริสุทธิ์ รศ. มานพ ตันตระบัณฑิตย ผศ. ดร. สุเนตร สืบคา ผศ. ภรต กุญชร ณ อยุธยา ดร. วสันต จอมภักดี ดร. ชูศักดิ์ ชวประดิษฐ รศ. ดร. อนุพันธ เทิดวงศวรกุล

นางดาเรศร กิตติโยภาส รศ. ใจทิพย วานิชชัง นายชนะธัช หยกอุบล นายจารุวัฒน มงคลธนทรรศ ดร. ไมตรี แนวพนิช นายอัคคพล เสนาณรงค นายวิบูลย เทเพนทร นายสุภาษิต เสงี่ยมพงศ ดร. อนุชิต ฉ่ําสิงห นายวีระชัย เชาวชาญกิจ นายนรเชษฐ ฉัตรมนตรี นายไมตรี ปรีชา รศ. ดร. สมชาย ชวนอุดม นายสมศักดิ์ อังกูรวัฒนานุกูล

นางสาวพนิดา บุษปฤกษ นายมลฑล แสงประไพทิพย นางสาวระพี พรหมภู นายพัฒนศักดิ์ ฮุนตระกูล นายมรกต กลับดี นายนเรศวร ชิ้นอินทรมนู นายสุรสิทธิ์ บุญรักชาติ นายบุญสง หนองนา นางสาวศิระษา เจ็งสุขสวัสดิ์ นางสาววิไลวรรณ สอนพูล นางสาวนฤมล ลดาวัลย ณ อยุธยา หั ว หน า ภาควิ ช าและสาขาวิ ศ วกรรม เกษตรของสถาบันการศึกษาทุกแหงของ ประเทศ

คําแนะนําสําหรับผูเขียน 1. หลักเกณฑทั่วไป 1.1 คํานํา วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย เปนวารสารวิชาการที่จัดพิมพโดยสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย มีวัตถุประสงคเพื่อเผยแพรผลงานวิจัยทั้งที่เปนองคความรูใหม นวัตกรรม และเทคโนโลยีทางดานวิศวกรรมเกษตรและระบบชีวภาพ ใน รูปของบทความวิจัย บทวิจัยยอ และบทความปริทัศน เนื้อหาของบทความที่เผยแพรในวารสารสะทอนถึงขอบเขตที่กวางขวางของ ศาสตรวิศวกรรมเกษตร ซึ่งบูรณาการวิศวกรรมศาสตรหลากหลายสาขามาประยุกตเพื่อเพิ่มผลิตภาพทางการเกษตรและระบบชีวภาพ อาทิ เครื่องจักรกลเกษตร วิศวกรรมดินและน้ํา เทคโนโลยีหลังเก็บเกี่ยว วิศวกรรมอาหาร โครงสรางอาคารเกษตร การจัดการระบบ เกษตร พลังงานและสิ่งแวดลอมทางการเกษตร เปนตน เนื้อหาของบทความอาจเปนการรายงานผลการทดลองของเรื่องที่ศึกษาที่ให องคความรูใหม การวิเคราะหทางทฤษฎี การออกแบบและประดิษฐนวัตกรรม หรือการนําเสนอเทคนิควิธีการทดลองใหม 1.2 ขอบขายวารสาร 1) ตนกําลังและเครื่องจักรกลเกษตร  เครื่องยนตและกําลัง  การออกแบบและทดสอบเครื่องจักรกลเกษตร  กระบวนการผลิตเครื่องจักรกลเกษตร  เทคนิคปฏิบัติและการใชเครื่องจักรกลเกษตร 2) วิศวกรรมดินและน้ํา  การอัดแนน การชะลาง และการปรับปรุงดิน  พื้นที่แหงแลง และการเก็บกักน้ํา  อุทกวิทยาและการจัดการน้ํา  ชลศาสตรและระบบชลประทาน  การใหน้ําพืชระดับไรนา 3) กระบวนการหลังเก็บเกี่ยวและวิศวกรรมอาหาร  กระบวนการหลังเก็บเกี่ยวและการเก็บรักษา  การบรรจุ  เทคนิคแบบไมทําลาย  กระบวนการและเครื่องจักรกลอาหาร  วิศวกรรมชีวภาพ 4) โครงสรางอาคารเกษตร  การออกแบบอาคารเกษตร  ไซโล โรงเรือน และโรงงานผลิตพืช

การวางผังฟารมการออกแบบโรงงานอุตสาหกรรมเกษตร 5) ระบบเกษตร  โลจิสติกสและโซอุปทานผลิตผลและสินคาเกษตร  ระบบตรวจสอบยอนกลับและความปลอดภัยอาหาร  การจัดการระบบเกษตร และการจําลองสถานการณ  อุตสาหกรรมเกษตร 6) คอมพิวเตอร อิเล็กทรอนิกส และเทคโนโลยีสารสนเทศ  การเกษตรแมนยํา การตรวจวัดระยะไกล ระบบภูมิสารสนเทศ ระบบผูเชี่ยวชาญ  เซ็นเซอร หุนยนต และระบบอัตโนมัติ  ชีวสารสนเทศ  การประยุกตคอมพิวเตอร การพัฒนาซอฟแวร และเทคโนโลยี สารสนเทศ 7) พลังงานและสิ่งแวดลอม  พลังงานทดแทน ชีวมวลและพลังงานชีวมวล  การจัดการพลังงาน  การจัดการของเสียการเกษตรรีไซเคิลและเทคโนโลยี ไรของเสีย  วิศวกรรมระบบนิเวศนเกษตร 

1.3 ประเภทบทความ บทความที่เผยแพรในวารสารมี 3 ประเภทคือ  บทความวิจัย (research paper) คือ รายงานผลการศึกษาทดลองที่ทําใหไดมาซึ่งองคความรูใหม หรือนวัตกรรมใหม ที่ได ดําเนินการจนสําเร็จและมีการเรียบเรียงอยางครบถวนสมบูรณตามระเบียบวิธีวิจัย  บทวิจัยยอ (research note) คือ รายงานผลการศึกษาทดลองเฉพาะในบางประเด็นที่ผูวิจัยคนพบ แตยังไมเสร็จสมบูรณ  บทความปริทัศน (review paper) คือ รายงานที่ไดจากการรวบรวม ทบทวน และสังเคราะหงานวิจัยที่ผานมาในเรื่องใดเรื่องหนึ่ง โดยสอดแทรกทัศนคติ ประสบการณ หรือความคิดเห็นของผูเขียนที่มีตอเรื่องนั้นๆ

1.4 ความยาวบทความ  บทความวิจัย  บทวิจัยยอ  บทความปริทัศน

ความยาวไมควรเกิน 10 หนาเรียงพิมพ ความยาวไมควรเกิน 5 หนาเรียงพิมพ ความยาวไมควรเกิน 10 หนาเรียงพิมพ

1.5 คาธรรมเนียมการตีพิมพ ผูเขียนบทความที่ผานการพิจารณาใหตีพิมพในวารสารฯ จะตองชําระคาธรรมเนียมการตี พิมพในอัตราหน าละ 300 บาท โดยกองบรรณาธิการจะแจงรายละเอียดวิธีการชําระคาธรรมเนียมใหทราบเมื่อบทความไดรับการยอมรับตนฉบับใหตีพิมพในวารสารฯ 1.6 กระบวนการประเมินบทความ ตนฉบับบทความทุกประเภทจะถูกประเมินโดยผูทรงคุณวุฒิไมต่ํากวา 2 ทาน กองบรรณาธิการจะแจงผลการประเมินของ ผูทรงคุณวุฒิไปยังผูรับผิดชอบบทความ (corresponding author) ตามขอมูลการติดตอในตนฉบับ ผูเขียนบทความตองปรับปรุงแกไข ตน ฉบั บ ตามคํ า แนะนํ า ของผู ท รงคุณ วุ ฒิ พร อ มทั้ ง ตอบข อ ซัก ถามของผู ท รงคุ ณ วุ ฒิใ ห ชั ด เจน แล ว ส ง เอกสารทั้ ง หมดกลั บ มายั ง กองบรรณาธิการภายในระยะเวลาที่กําหนด กองบรรณาธิการจะพิจารณาตัดสินยอมรับตนฉบับใหตีพิมพในวารสารฯ โดยใชผลการ ประเมินของผูทรงคุณวุฒิเปนเกณฑ ทั้งนี้คําตัดสินของกองบรรณาธิการถือเปนอันสิ้นสุด 2. รายละเอียดการเตรียมตนฉบับ* *กองบรรณาธิการขอสงวนสิทธิ์ไมรับพิจารณาตนฉบับบทความจนกวาตนฉบับนั้นๆ จะมีการจัดเรียงหนาตามรายละเอียดที่แจงไว ในเอกสารนี้ 2.1 แบบฟอรมตนฉบับ (template) ผูเขียนควรทําความเขาใจแบบฟอรมตนฉบับ (template) และตัวอยางตนฉบับ (manuscript example) ที่กองบรรณาธิการ จัดทําไวอยางละเอียด ลักษณะ (styles) ของเนื้อหาทุกสวนของแบบฟอรมตนฉบับไดถูกปรับตั้งใหเปนไปตามขอกําหนดการจัดเรียง หนาในเอกสารฉบับนี้แลว ผูเขียนควรจัดเตรียมตนฉบับโดยใชแบบฟอรมตนฉบับและกําหนดลักษณะ ใหกับทุกสวนในตนฉบับให สอดคลองกับแบบฟอรมตนฉบับ แบบฟอรมตนฉบับและตัวอยางตนฉบับสามารถดาวนโหลดไดจากเว็บไซตสมาคมฯ (www.tsae.asia) 2.2 การจัดหนาและแบบอักษร ตนฉบับใชกระดาษขนาด A4 ตั้งขอบกระดาษแบบ Mirror margins (ระยะขอบเพื่อการเย็บเลมหนังสือ) ตั้งระยะขอบบนและ ขอบลางอยางละ 2.0 cm, ขอบนอก 1.5 cm และขอบใน 2.5 cm การพิมพใชอักษรแบบ TH SarabunPSK ตลอดทั้งตนฉบับ 2.3 การระบุประเภทบทความ ผูเขียนจะตองระบุประเภทของบทความที่มุมบนขวาในหนาแรกของบทความวาเปนบทความวิจัย บทวิจัยยอ หรือบทความ ปริทัศน (ดูแบบฟอรมตนฉบับ) 2.4 หัวเรื่อง สวนหัวเรื่องจะมีทั้งภาษาไทยและภาษาอังกฤษ ประกอบดวย  ชื่ อบทความ ใช อั กษรขนาด 16 pt ตั วหนา จั ดกระจายแบบไทย (Thai distributed) ชื่ อบทความควรสั้ นกระชั บ ได ใจความ และมีความจําเพาะเจาะจงกับเนื้อหาของงาน  ชื่ อ นามสกุ ล ผู เขี ยน ใช อั กษรขนาด 14 pt ตั วหนา จั ดกระจายแบบไทย ไม ใช คํ านํ าหน าชื่ อ ระหว างชื่ อผู เขี ยนแต ละคนให ใช เครื่องหมายจุลภาคคั่น หลังชื่อผูเขียนใหแสดงกํากับตนสังกัดดวยตัวเลขแบบอักษรยก (superscript) และใหกํากับผูรับผิดชอบ บทความดวยเครื่องหมายดอกจัน กองบรรณาธิการจะถือวาผูเขียนทุกคนที่มีชื่อปรากฏในตนฉบับไดรับทราบและเห็นพองกับเนื้อหา ในตนฉบับนั้น  ต นสั งกั ดและที่ อยู ใช อั กษรขนาด 12 pt ตั วธรรมดา จั ดกระจายแบบไทย กํ ากั บแสดงต นสั งกั ดด วยตั วเลขแบบอั กษรยก แลวตามดวยชื่อตนสังกัดและที่อยู (จังหวัดและรหัสไปรษณีย)  ใหระบุหมายเลขโทรศัพท โทรสาร และอีเมล ของผูรับผิดชอบบทความ

2.5 บทคัดยอ บทความภาษาไทยจะตองมีบทคัดยอทั้งภาษาไทยและภาษาอังกฤษ โดยใหลําดับบทคัดยอภาษาไทยมากอนภาษาอังกฤษ การ พิมพบทคัดยอจะจัดเปน 1 คอลัมน จัดกระจายแบบไทย ใชอักษรขนาด 14 pt บรรทัดแรกใหยอหนา (indentation) 1.0 cm บทคัดยอควรสั้นกระชับ (ไมควรเกิน 250 คํา) เนื้อความครอบคลุมถึงวัตถุประสงค วิธีการ ผล การคนพบที่สําคัญ และสรุป 2.6 คําสําคัญ ทายบทคัดยอใหระบุคําสําคัญ 3-5 คํา ใชอักษรขนาด 14 pt คําสําคัญทั้งภาษาไทยและภาษาอังกฤษใหใชเครื่องหมายจุลภาคคั่น ระหวางคํา สําหรับภาษาอังกฤษใชอักษรตัวพิมพใหญกับอักษรตัวแรกของทุกคํา 2.7 เนื้อความ สวนเนื้อความใชการจัดหนาเปน 2 คอลัมน ความกวางของแตละคอลัมน 8.25 cm ระยะระหวางคอลัมน 0.5 cm จัดกระจาย แบบไทย หัวเรื่องยอยใหใชหมายเลขกํากับ และพิมพตัวหนา เชน “1 บทนํา” (ตามดวย 1.1 พิมพตัวเอียง, 1.1.1 พิมพตัวหนาและ เอียง, ...) และจัดกระจายแบบไทย บรรทัดแรกของทุกยอหนาใหยอหนา 0.5 cm และใหใชอักษรขนาด 14 pt ตลอดทั้งเนื้อความ ยกเวนรายการเอกสารอางอิง ในรายการเอกสารอางอิง ใหยอหนา 0.5 cm แบบ Hanging เนื้อความควรประกอบดวยสวนตางๆ ดังนี้  บทนํา (introduction) ควรมีการทบทวนวรรณกรรมที่เกี่ยวของตรงประเด็น กลาวถึงที่มาของปญหาและความสําคัญของผลงานที่ ผูเขียนตองการนําเสนอ ตอนทายบทนําควรระบุวัตถุประสงคและขอบเขตของงานอยางชัดเจน  อุปกรณและวิธีการ (materials and methods) การเขียนสวนอุปกรณและวิธีการใหบรรยายรอยเรียงกันไป ไมเขียนในลักษณะ นํารายการอุปกรณมาเรียงลําดับ (list) ควรอธิบายอยางเปนขั้นตอนและมีรายละเอียดเพียงพอใหผูอานที่สนใจสามารถทําการทดลอง ซ้ําได วิธีการที่เปนที่ทราบดีในสาขาวิชานั้น หรือเปนมาตรฐาน หรือถูกเผยแพรโดยผูอื่นมากอน ควรใชการอางอิงโดยไมตองอธิบาย รายละเอียดซ้ํา การกลาวถึงชื่อทางการคาของอุปกรณเพื่อความสมบูรณของขอมูลเชิงวิทยาศาสตรสามารถทําได แตทั้งนี้ตองไมมีนัย ที่แสดงถึงการรับรองหรือสนับสนุนผูผลิตรายใดรายหนึ่ง  ผลและวิจารณ (results and discussion) ผลที่นําเสนอควรเปนขอมูลที่ผานการวิเคราะหสังเคราะห ไมใชขอมูลดิบ โดยนําเสนอเปน ลําดับสอดคลองกับที่อธิบายไวในสวนอุปกรณและวิธีการ ควรมีการแปลและวิจารณผลอยางมีหลักการและมีขอมูลสนับสนุนชัดเจน อาจมี ก ารเปรี ยบเที ยบผลกั บงานวิ จั ยในทํ า นองเดี ย วกั น ที่ เ ผยแพร มาก อ น รวมทั้ ง อาจให ข อเสนอแนะสํ าหรั บการวิ จั ย ที่เกี่ยวของกันในอนาคต  สรุป (conclusions) เปนการลงความเห็นหรือสรุปการคนพบที่สําคัญที่ไดจากงานวิจัย ควรสั้นกระชับ และไมอธิบายซ้ําซอนกับ เนื้อความในสวนกอนหนา  กิตติ กรรมประกาศ (acknowledgement) เป นสวนที่ผู เขียนแสดงคํ าขอบคุณแกบุ คคล หรื อหน วยงานที่ มีบทบาทสําคั ญในการ สนั บสนุ นการดํ าเนิ นงานวิ จั ย ทั้งนี้ ไมจํ าเป นต องแสดงคํ าขอบคุ ณแกผู ร วมเขียนบทความซึ่ งมี ชื่ อปรากฏในสวนหั วเรื่ องแล ว สวนกิตติกรรมประกาศอาจมีหรือไมมีก็ได  เอกสารอางอิง (references) การอางอิงใชระบบชื่อผูแตง-ปที่ตีพิมพ (name-year system) ควรอางอิงเฉพาะแหลงขอมูลที่มีเนื้อหา เกี่ยวของกับงานวิจัยของผูเขียน เอกสารอางอิงที่ใชตองไดรับการยอมรับทางวิชาการ ไมควรอางอิงแหลงขอมูลที่เขาถึงไดยาก เชน รายงานผลการวิจัยที่เผยแพรในกลุมแคบๆ ขอมูลที่ไมถูกตีพิมพ หรือการติดตอสื่อสารระหวางบุคคล เอกสารอางอิงทุกชิ้นที่ถูกอาง ถึ งในเนื้ อความต องปรากฏอยู ในรายการเอกสารอ างอิ ง และในทํ านองเดี ยวกั นเอกสารอ างอิ งทุ กชิ้ นที่ ปรากฏอยู ในรายการ เอกสารอางอิงตองถูกอางถึงในเนื้อความ การอางถึงเอกสารอางอิงภาษาไทยในเนื้อความใหใชรูปแบบ “ชื่อผูแตง (ปที่ตีพิมพ)” เชน “มงคล (2545) แสดงใหเห็นวา ...” หรือ “ความเร็วการหมุนลูกมะพราวและความเร็วของมีดปอกมีผลตอความเรียบของผิวลูก มะพราว (บัณฑิต, 2550)” หรือ “อนุพันธ และศิวลักษณ (2555) พบวา ...” แตหากเอกสารอางอิงเปนภาษาอังกฤษใหใชรูปแบบ “นามสกุลผูแตง (ปที่ตีพิมพ)” เชน “Mettam (1994) แสดงใหเห็นวา ...” การอางถึงเอกสารอางอิงภาษาไทยซึ่งมีผูแตงตั้งแต 3 คน ขึ้นไปใชคําวา “และคณะ” หลังชื่อผูแตงคนแรก เชน “สมชาติ และคณะ (2551)” สําหรับเอกสารอางอิงภาษาอังกฤษใหใชคําวา “et al.” เชน “Perez-Mendoza et al. (1999)” การจัดเรียงรายการเอกสารอางอิง ใหจัดเรียงเอกสารอางอิงภาษาไทยกอน แลว

ตามดวยเอกสารอางอิงภาษาอังกฤษ สําหรับเอกสารอางอิงภาษาไทย ใหจัดเรียงเอกสารอางอิงตามลําดับอักษรของชื่อผูแตง ซึ่งถาผู แตงคนแรกเปนคนเดียวกัน ใหเรียงลําดับตามอักษรของชื่อผูแตงคนถัดไป ถาชื่อผูแตงเหมือนกันทั้งหมดใหเรียงลําดับตามปที่พิมพ ถาปที่พิมพเปนปเดียวกันใหระบุความแตกตางดวยอักษร “ก”, “ข”, “ค” ตอทายปที่ตีพิมพ สําหรับเอกสารอางอิงภาษาอังกฤษ ให จัดเรียงเอกสารอางอิงตามลําดับอักษรของนามสกุลผูแตง ซึ่งถาผูแตงคนแรกเปนคนเดียวกัน ใหเรียงลําดับตามอักษรของนามสกุล ผูแตงคนถัดไป หากผูแตงเปนคนเดียวกันทั้งหมด ใหเรียงลําดับตามปที่ตีพิมพ ในกรณีที่ผูแตงเปนคนเดียวกันทั้งหมดและตีพิมพในป เดียวกัน ใหระบุความแตกตางดวยตัวอักษร “a”, “b”, “c” ตอทายปที่ตีพิมพ ชื่อวารสารวิชาการที่นํามาอางอิงใหใชชื่อเต็ม 2.8 ตัวอยางการพิมพรายการเอกสารอางอิง บทความวารสารวิชาการ จักรมาส เลาหวณิช, พรมมี แพงสีชา, สุเมธี คําวันสา. 2552. การหาคาความขาวขาวสารโดยวิธีการวัดคาสี. วารสารสมาคม วิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย 15(1), 26-30.

Perez-Mendoza, J., Hagstrum, D.W., Dover, B.A., Hopkins, T.L., Baker, J.E. 1999. Flight response, body weight, and lipid content of Rhyzopertha dominica (F.) (Coleoptera: Bostrichidae) as influenced by strain, season and phenotype. Journal of Stored Products Research 38, 183-195. หนังสือที่มีผูแตงแตละบท (Edited book) Mettam, G.R., Adams, L.B. 1994. How to prepare an electronic version of your article. In: Jones, B.S., Smith, R.Z. (Eds.), Introduction to the Electronic Age (pp. 281–304). New York: E-Publishing Inc. ตํารา ประดิษฐ หมูเมืองสอง, สุชญาน หรรษสุข. 2550. การวิเคราะหการสั่นสะเทือน. กรุงเทพมหานคร: ซีเอ็ดยูเคชั่น.

Strunk, W., Jr., White, E.B. 1979. The Elements of Style. (3rd ed.). Brooklyn, New York: Macmillan. รายงานการประชุมวิชาการ วัฒนชัย ภัทรเธียรสกุล, วารุณี เตีย, สมชาติ โสภณรณฤทธิ์. 2553. ศักยภาพการผลิตเอทานอลจากลิกโนเซลลูโลสในประเทศ ไทย. รายงานการประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ครั้งที่ 11 ประจําป 2553, 299-304. นครปฐม: ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร วิทยาเขตกําแพงแสน. 6-7 พฤษภาคม 2553, กําแพงแสน, นครปฐม.

Winks, R.G., Hyne, E.A. 1994. Measurement of resistance to grain fumigants with particular reference to phosphine. In: Highley, E., Wright, E.J., Banks, H.J., Champ, B.R. (Eds). Proceedings of the Sixth International Working Conference on Stored-product Protection, 244–249. Oxford, UK: CAB International. 17-23 April 1994, Canberra, Australia. วิทยานิพนธ สยาม ตุมแสงทอง. 2546. การปรับปรุงเครื่องคัดขนาดผลมังคุดแบบจานหมุน. วิทยานิพนธวิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต. กรุงเทพมหานคร: บัณฑิตวิทยาลัย, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร.

Chayaprasert, W. 2007. Development of CFD models and an automatic monitoring and decision support system for precision structural fumigation. PhD dissertation. West Lafayette, Indiana: Department of Agricultural and Biological Engineering, Purdue University. แหลงขอมูลอิเล็กทรอนิกส ศูนยขอมูลกรุงเทพมหานคร. 2550. สถิติรายป กรุงเทพมหานคร. แหลงขอมูล: http://203.155.220.230/stat_search/frame.asp. เขาถึงเมื่อ 14 มิถุนายน 2550.

United Nations Environment Programme. 2000. The Montreal protocol on substances that deplete the ozone layer. Available at: http://ozone.unep.org/pdfs/Montreal-Protocol2000.pdf. Accessed on 7 August 2008.

2.9 หนวย ใชระบบหนวย International Systems (SI) ใหถือวาหนวยเปนสัญลักษณ ดังนั้นแมในบทความจะมีเนื้อความเปนภาษาไทย หนวยที่ใชจะเปนหนวยภาษาอังกฤษเสมอ เชน “มวล 15 kg” ไมใช “มวล 15 กิโลกรัม” หรือ “มวล 15 กก.” เปนตน ใหเขียนหนวยที่ มีลักษณะเปนเศษสวนในรูปตัวเลขยกกําลัง เชน “m s-1” ไมใช “m/s” เปนตน 2.10 สมการ สมการที่ไมซับซอนอาจพิมพแทรกระหวางขอความภายในบรรทัดได สมการที่มีความซับซอนใหพิมพแยกบรรทัดดวย Equation editor ควรกําหนดหมายเลขใหกับทุกสมการตามลําดับการปรากฏในตนฉบับของสมการ และควรอางถึงสมการในเนื้อความตาม หมายเลขที่กําหนดไว ควรนิยามตัวแปรทุกตัวในสมการเมื่อถูกอางอิงถึงครั้งแรก ตัวแปรควรพิมพดวยตัวอักษรเอียง และใชอักษรหรือ สัญลักษณที่เปนที่นิยมในสาขานั้นๆ หากจําเปนตองมีการกําหนดสัญลักษณหรือตัวแปรขึ้นใหมเปนจํานวนมาก ควรทําตารางสัญลักษณ เฉพาะ (nomenclature) 2.11 ภาพและตาราง ใหแทรกภาพและตารางลงในเนื้อความ โดยรายละเอียดของภาพจะตองสามารถมองเห็นไดชัดเจนเมื่อเรียงพิมพ ภาพถายควรมี ความละเอียดอยางนอย 300 dpi ภาพที่เปนกราฟจะตองมีคําอธิบายแกน คําอธิบายสัญลักษณในกราฟ พรอมระบุหนวยใหชัดเจน เนื่องจากวารสารฯ จะถูกจัดพิมพแบบขาว-ดํา ดังนั้น ผูเขียนควรคํานึงถึงการสูญเสียความชัดเจนของภาพสีเมื่อตองจัดพิมพเปนภาพ ขาว-ดํา ตารางควรจัดรูปแบบใหเรียบรอย เสนตารางใชเฉพาะเสนแนวนอน ไมใชเสนแนวตั้ง ชื่อภาพและตาราง ตลอดจนขอความทั้งหมดในภาพและตารางใหใชภาษาอังกฤษ ใหเขียนชื่อภาพไวดานใตภาพ โดยใชรูปแบบ ดังตัวอยางเชน “Figure 1 Relationship between …” สวนชื่อตารางใหเขียนไวดานบนตาราง โดยใชรูปแบบดังตัวอยางเชน “Table 1 Results of …” ใหจัดขอบซายขวาของชื่อภาพและตารางเปนแบบจัดกระจายแบบไทย ใชอักษร TH SarabunPSK ขนาด 14 pt ชื่อภาพและตารางควรสื่อใหผูอานสามารถทําความเขาใจสาระสําคัญของภาพหรือตารางนั้นๆ ได แมไมอานเนื้อความ การ กําหนดหมายเลขภาพและตารางใหเปนไปตามลําดับการปรากฏในตนฉบับ ใหใชรูปแบบการอางอิงถึงภาพและตารางในเนื้อความ ดังตัวอยางเชน “... ดังผลการทดลองใน Figure 1” หรือ “Table 1 เปนคาเฉลี่ยของ ...” ควรแทรกภาพหรือตารางเมื่อจบยอหนาที่มี การอางถึงภาพหรือตารางนั้นๆ ทันที 2.12 หมายเลขบรรทัด (line number) เพื่อความสะดวกในการประเมินบทความของผูทรงคุณวุฒิ ใหกําหนดหมายเลขบรรทัดดวยอักษร TH SarabunPSK ขนาด 8 pt เยื้องจากขอความ 1 mm นับทีละ 1 บรรทัด โดยกําหนดใหบรรทัดแรกของคอลัมนซายเปนบรรทัดหมายเลข 1 และเริ่มนับลําดับเลข ใหมในแตละหนาตลอดทั้งตนฉบับ 3. การสงตนฉบับ ผูเขียนสามารถสงไฟลตนฉบับทางระบบ online submission ไดที่ http://tsae.asia/journals/index.php/tsaej2014/

สารบัญ 1 เครื่องปลูกมันสําปะหลังแบบใช้กับรถแทรกเตอร์ขนาดเล็ก ณรงค์เดช ซื่อสกุลรัตน์*, สามารถ บุญอาจ 6 Study on psychrometric properties of air in a hot air drying system combined with a desiccant wheel Palida Suvanvisan, Ekkapong Cheevitsopon, Jiraporn Sripinyowanich Jongyingcharoen* 13 ศึกษาสมบัติกายภาพ-เคมีและไทรโบโลยีของน้ํามันไฮดรอลิกพื้นฐานจากน้ํามันพืชเก่าใช้แล้ว อภิชาต เสริมพณิชกิจ*, จําลอง ปราบแก้ว 23 The Development of the Expanding Rollers, Sapodilla Sizing Machine Model 2.

Tannachart Wantang* 31 ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการลอกเนื้อโดยเครื่องลอกเนื้อมะขาม จันทรรัตน์ พิชญภณ* 38 การศึกษากระบวนการผลิตพริกแห้งโดยใช้เตาอบไมโครเวฟร่วมกับลมร้อนระดับต้นแบบ ธราวุธ บุญน้อม,สาวิตรี ประภาการ* ณัฐพงษ์ ประภาการ, พรรษา ลิบลับ, วีรชัย อาจหาญ 47 ศึกษาแบบจําลองและผลของอุณหภูมิต่อการเปลี่ยนแปลงสมบัติทางเคมีกายภาพของขิงดองแช่อิ่มอบแห้ง รัชฎา แย้มศรวล, ขนิษฐา รุตรัตนมงคล และฤทธิชัย อัศวราชันย์* 59 การจําแนกและทํานายความแก่ ปริมาณความชื้น และปริมาณเส้นใยของขิงสดด้วยสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดย่านใกล้ สิรินาฏ น้อยพิทักษ์*, อนุพันธ์ เทอดวงศ์วรกุล

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 1-5

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561) 1-5 Available online at www.tci-thaijo.org /index.php/TSAEJ

บทความวิจัย ISSN 1685-408X

เครื่องปลูกมันสําปะหลังแบบใช้กับรถแทรกเตอร์ขนาดเล็ก A Cassava Planter for Small Farm Tractor ณรงค์เดช ซื่อสกุลรัตน์1*, สามารถ บุญอาจ1 Narongdet Suesakunrat1*, Samart Bun-art1 1

สาขาวิชาวิศวกรรมเกษตร สํานักวิชาวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี จ.นครราชสีมา 30000 School of Agricultural Engineering, Institute of Engineering, Suranaree University of Technology, Nakhon Rachasima, 30000 *Corresponding author: Tel: +66-9-4620-2717, Fax: +66-44-244-610, E-mail: big4629@outlook.com

1

บทคัดย่อ งานวิจัยนี้ได้ดําเนินการออกแบบ พัฒนา ทดสอบ และประเมินผลเครื่องปลูกมันสําปะหลังแบบใช้กับรถแทรกเตอร์ขนาดเล็ก เพื่อลดปัญหาการขาดแคลนแรงงานในกระบวนการปลูกมันสําปะหลัง เครื่องปลูกมันสําปะหลังมีส่วนประกอบหลัก คือ ชุดกลไกการตัด และผลักท่อนพันธุ์ ชุดยกร่องปลูก ชุดเปิดหน้าดิน ชุดโครงสร้างตัวเครื่องและระบบส่งกําลัง เมื่อดําเนินการออกแบบสร้าง และพัฒนา แล้ว นําไปทดสอบการทํางานในภาคสนามเพื่อหาสมรรถนะและประเมินผลทางด้านเศรษฐศาสตร์ ผลการทดสอบพบว่า เครื่องต้นแบบ ทํางานได้ดีที่สุดที่ช่วงความเร็ว 1.73–1.89 km h-1 ความสามารถในการทํางาน 0.85 rai h-1 ประสิทธิภาพการทํางาน 79% การ สิ้นเปลืองน้ํามันเชื้อเพลิง 2.40 L rai-1 แรงลาก 2,452 N ท่อนพันธุ์ที่ปลูกตั้ง 88% ท่อนพันธุ์ที่ล้ม 9% ท่อนพันธุ์ที่สูญหาย 3% ท่อ นพัน ธุ์ที่ง อก 94% วิเ คราะห์ท างด้า นเศรษฐศาสตร์ใ นการใช้เ ครื่อ งปลูก มัน สํา ปะหลัง เมื่อ เปรีย บเทีย บกับ การปลูก โดยใช้ แรงงานคนพบว่ามีระยะเวลาคืนทุนภายใน 3 year ที่พื้นที่การทํางาน 150 rai year-1 คําสําคัญ: มันสําปะหลัง, เครื่องปลูก, เครื่องปลูกมันสําปะหลัง Abstract In this research, a cassava planter used with small farm tractor was designed, created, developed, tested and evaluated for reducing the labor shortage problem in cassava planting process. The planter consisted mainly of stack cutting and pushing set, soil furrowing and ridging set, soil opener, planter structure and power transmission system. The developed planter was tested in field for the performance determination and economic analysis. The results showed that the best speed range of prototype was 1.73 – 1.89 km h-1 with the field capacity and field efficiency were 0.85 rai h-1 and 79% respectively. The fuel consumption and draft force requirement were 2.40 L rai-1 and 2,452 N, respectively. The planting percentage was 88%, cassava stake missed planting was 9%, cassava stake lost 3% and the germination was 94% when tested in sandy loam field. Economic analysis shown that the payback period within 3 year when working 150 rai year-1.

Keyword: Cassava, Planter, Cassava planter 1 บทนํา มันสําปะหลังเป็นพืชอาหารที่สําคัญเป็นอันดับ 5 ของโลกรอง จากข้าวสาลี ข้าวโพด ข้าว และมันฝรั่ง ประเทศไทยมีพื้นที่ปลูก มันสําปะหลังใหญ่เป็นอันดับ 3 ของโลกและเป็นพืชเศรษฐกิจที่ สํ า คัญ เป็น อัน ดับ 4 รองจากยางพารา อ้อ ยและข้า ว พื ้น ที่ เพาะปลูก มันสําปะหลัง ในประเทศไทยมีพื้นที่ก ว่า 9.3 ล้านไร่ กระจายอยู่เกือบทั่วพื้นที่ของประเทศไทยพื้นที่ที่ปลูกมากที่สุดอยู่ ที่ภาคตะวันออกเฉียงเหนือ 4.9 ล้านไร่รองลงมา คือ ภาคกลาง v2.3 ล้า นไร่แ ละภาคเหนือ 2.0 ล้า นไร่ (สํา นัก งานเศรษฐกิจ

เกษตร, 2559) หัวมันสดที่ผลิตได้ในแต่ละปีนั้น จะถูกนํามาแปร รูปเป็นแป้งมันมันเส้น มันอัดเม็ด และใช้ประโยชน์ในด้านอื่นๆ เช่น เป็นวัตถุดิบในการผลิตเอทานอลซึ่งเป็นส่วนผสมของน้ํามัน เชื้อเพลิงประเภทแก๊สโซฮอล์ พร้อมทั้งรัฐบาลให้การสนับสนุน อย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้พื้นที่การปลูกมันสําปะหลังมีแนวโน้ม เพิ่ม ขึ้น ทุก ปี กระบวนการปลูก มัน สํา ปะหลัง เริ่ม ตั้ง แต่ก ารไถ เตรียมดิน ยกร่องปลูก ตัดท่อนพันธุ์ และการปลูก กระบวนการ ดังกล่าวล้วนใช้แรงงานคนอีกทั้งปัจจุบันมีปัญหาการขาดแคลน แรงงานคนในภาคเกษตรกรรมจึงทําให้การปลูกล่าช้า ไม่ทันต่อ 1

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 1-5 ฤดูกาล ส่งผลกระทบต่อผลผลิตของเกษตรกร ปัจจุบันการใช้รถ แทรกเตอร์ในไร่มันสําปะหลังนิยมใช้รถแทรกเตอร์ขนาดเล็กเพิ่ม มากขึ้น หลังจากพบว่า กําลัง และประสิทธิภาพเพียงพอในการ เตรียมดินและยกร่องปลูก

จากการศึก ษางานวิ จัยที่เกี่ยวข้องกับ เครื่องปลูก มัน สําปะหลัง แบบปลูกตั้งที่เป็นงานวิจัยที่เผยแพร่มาก่อนหน้า มีรายละเอียด สามารถสรุปได้ดัง Table 1

Table 1 Results of previous cassava planter researches. รุ่งเรืองและคณะ เชิดศักดิ์และคณะ ประสาทและคณะ สามารถ Ability (2553) (2555) (2556) (2558) 1 row 1 row 1 row 2 row 1 row -1 Capacity (rai h ) 0.55 - 0.74 0.226 1 2 0.8 Efficiency (%) 70 - 86 80 75 80 Planting (%) 17.3 - 38.2 90 93 - 95 93 - 95 90 -1 Fuel consumption (L rai ) 6 - 11.6 2.05 2.55 3.5 จาก Table 1 ความสามารถในการทํางานเชิงพื้นที่ Capacity (rai h-1) เครื่องปลูกมันสําปะหลังของรุ่งเรืองและคณะ (2553) 2 อุปกรณ์และวิธีการ กับเชิดศักดิ์และคณะ (2555) ค่อนข้างต่ํา โดยของประสาทและ 2.1 เครื่องปลูกมันสําปะหลังที่พัฒนาขึ้น คณะ (2556) กั บ สามารถ (2558) ทํ า งานได้ ดี ใ กล้ เ คี ย งกั น เครื่อ งปลูก มัน สํา ปะหลัง ที่อ อกแบบมีส่ว นประกอบต่า งๆ ส่วนด้านการปลูกตั้ง Planting ของรุ่งเรืองและคณะ (2553) แสดงดัง Figure 1 และเครื่องปลูกมันสําปะหลังที่พัฒนาขึ้นแสดง ค่อนข้างต่ํา โดยเชิดศัก ดิ์และคณะ (2555) ประสาทและคณะ ดัง Figure 2 (2556) และสามารถ (2558) ทําได้สูงใกล้เคียงกัน หลักการทํางานของเครื่องปลูกมันสําปะหลังของ รุ่งเรืองและ คณะ (2553) เชิดศักดิ์และคณะ (2555) และประสาทและคณะ (2556) มีหลักการทํางานที่คล้ายคลึงกันในส่วนของกลไกการปลูก โดยใช้ล้อลูกกลิ้งยางยิงท่อนพันธุ์ที่ตัดเตรียมไว้แล้วให้ปักลงดิน ซึ่งมีการพัฒนาจนกระทั่งมีสมรรถนะการทํางานและคุณภาพการ ปลูกที่ดีขึ้นตามลําดับแต่มีข้อจํากัดในส่วนของลูกกลิ้งยาง ในด้าน การเสื่อมสภาพและอายุการใช้งาน ส่วนเครื่องปลูกมันสําปะหลัง ของสามารถ (2558) ใช้กลไก Scotch Yoke มาประยุกต์ใช้ใน กลไกการตัดและผลักท่อนพันธุ์เข้าร่องดิน และลดการเตรียมท่อน พัน ธุ์ใ ห้ส ามารถป้อ นต้น พัน ธุ์ไ ด้ทั้ง ต้น โดยออกแบบระบบการ ทํางานให้สามารถตัดและปลูกได้พร้อมกันในขั้นตอนเดียว ชิ้นส่วน Figure 1 Cassava planter components. กลไกไม่ซับ ซ้อ น บํา รุง รัก ษาง่า ย แต่ยัง ต้อ งใช้ร ถแทรกเตอร์ ขนาดใหญ่ ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักได้แก่ ชุดกลไกการตัดและ ดังนั้นงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบและพัฒนาเครื่อง ผลั ก ท่ อ นพั น ธุ์ ชุ ด ยกร่ อ งปลู ก ชุ ด เปิ ด หน้ า ดิ น ชุ ด โครงสร้ า ง ปลูกมันสําปะหลังแบบใช้กับรถแทรกเตอร์ขนาดเล็กไม่เกิน 49 Hp ตัวเครื่องและชุดระบบส่งกําลัง ให้สามารถป้อนต้นพันธุ์ได้ทั้งต้นโดยประยุกต์ใช้กลไก Scotch Yoke เป็นส่วนประกอบหลัก พร้อมทั้งออกแบบและพัฒนาให้ ใช้ง านได้ต ามความต้อ งการของเกษตรกรบํา รุง รัก ษาง่า ย ซึ่ง จะช่วยลดปัญหาการขาดแคลนแรงงานในภาคเกษตรกรรมซึ่ง ปัจจุบันพบว่าแรงงานลดน้อยลง และจะสามารถเพิ่มประสิทธิภาพ และผลผลิตในการปลูกมันสําปะหลังได้ด้วยต้นทุนที่ลดลง

Figure 2 Cassava planter.

2

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 1-5 2.2 การทดสอบหาสภาวะการทํางานที่เหมาะสม ทดสอบการปลูกของเครื่องปลูกมันสําปะหลังในแปลงทดสอบ ความยาวแถวละ 40 m จํานวน 4 แถว ที่ตําแหน่งเกียร์ต่างๆ โดยตําแหน่งแรกคือเกียร์หลัก ตําแหน่งที่ 2 คือเกียร์รอง ได้แก่ 22, 2-3, 2-4 และ 3-1 ของรถแทรกเตอร์ขนาด 47 Hp ขับเคลื่อน 4 ล้อ แล้ว บัน ทึก ผลคุ ณ ภาพการปลูก แล้ว นํ า ผลที ่ไ ด้ม า เปรียบเทียบเพื่อหาสภาวะการทํางานที่เหมาะสม โดยใช้ระยะ ปลูก 1 x 1 m

PBP) เป็นการคาดคะเนว่าระยะเวลาจากการเริ่มต้นลงทุนถึงเวลา ที่ผลประโยชน์สุทธิ (Net Benefits) ของการใช้เครื่องปลูกมัน สําปะหลัง มีค่าเท่ากับการลงทุน แล้วคํานวณหาระยะเวลาในการ คืนทุนต่อพื้นการทํางานต่อปีของการใช้เครื่องปลูกมันสําปะหลังที่ พัฒนาขึ้น (Donnell Hunt, 2001) 3 ผลและวิจารณ์ 3.1 ผลการทดสอบหาสภาวะการทํางานที่เหมาะสม ผลการทดสอบแสดงดัง Table 2 พบว่าสภาวะการทํางานที่ เหมาะสมอยู่ที่ตําแหน่งเกียร์ 2-3 ช่วงความเร็ว 1.73-1.89 km h-1 มีก ารปลูก ตั้ง สูง ที่สุด โดยผลการปลูก ตั้ง แตกต่า งกัน อย่า งมี นัย สํา คัญ ทางสถิติที่ร ะดับ 0.05 พร้อ มทั้ง เห็น แนวโน้ม เมื่อ ความเร็วลดลงพบว่าการปลูกตั้งลดลง ในขณะที่ความเร็วสูงขึ้น พบว่า ท่อ นพัน ธุ์ที่ป ลูก ตั้ง ยัง ลดลงอีก ด้ว ย ทั้ง นี้เ นื่อ งจากการ ทํางานของเครื่องปลูกมันสําปะหลังนี้ความเร็วในการเคลื่อนที่ และสภาพดินมีความสัมพันธ์โดยตรงกับการปลูกที่ระยะการปลูก นั้นๆ เมื่อมีการปรับระยะปลูก ควรทดสอบหาตําแหน่งเกียร์หรือ ช่วงความเร็วที่เพื่อการทํางานที่เหมาะสมก่อน

2.3 การทดสอบเครื่องปลูกมันสําปะหลังในภาคสนาม นํา สภาวะการทํ า งานที่ เ หมาะสมที่ ไ ด้ ม าทํ า การทดสอบใน ภาคสนามเพื่อหาค่าชี้วัดผลทางด้านสมรรถนะและคุณภาพ การ ปลูกของเครื่องปลูก มัน สํา ปะหลัง ได้แก่ ความสามารถในการ ทํางานเชิงพื้นที่ (Effective Field Capacity) ประสิทธิภาพใน การทํางานเชิงเวลา (Field Efficiency) อัตราการสิ้นเปลืองน้ํามัน เชื้อเพลิง (Fuel Consumption) แรงลากที่ใช้ในการทํางานของ เครื่องปลูกมันสําปะหลัง (Draft Force) เปอร์เซ็นต์การลื่นไถล ของรถแทรกเตอร์ (Slip) ร้อยละท่อนพันธุ์ที่ปลูกตั้ง (มุมท่อนพันธุ์ อยู่ระหว่าง 45°–90°) ร้อยละท่อนพันธุ์ที่ปลูกล้ม (มุมท่อนพันธุ์ น้อ ยกว่า 45°) ร้อ ยละท่อ นพัน ธุ ์ที ่เ สีย หาย (ท่อ นพัน ธุ ์ที ่ต า 3.2 ผลการทดสอบเครื่องปลูกมันสําปะหลังในภาคสนาม เสียหาย) ร้อยละท่อนพันธุ์ที่สูญหาย ร้อยละท่อนพันธุ์ที่งอก และ การทดสอบเครื่องปลูกมันสําปะหลังในภาคสนาม แสดงดัง มุม เอีย งของท่อ นพัน ธุ ์ ทดสอบในแปลงทดสอบของฟาร์ม Figure 3 การวัด ผลการทํา งานของเครื่อ งปลูก มัน สํา ปะหลัง มหาวิทยาลัย มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี จังหวัดนครราชสีมา แสดงดัง Figure 4 โดยผลการทดสอบเครื่องปลูกมันสําปะหลัง แสดงดัง Table 3 พบว่า สมรรถนะการทํางานและคุณภาพการ 2.4 การประเมินผลทางด้านเศรษฐศาสตร์ การประเมินผลทางด้านเศรษฐศาสตร์การใช้เครื่องปลูกมัน ปลูกใกล้เคียงกับงานวิจัยที่มีมาก่อนหน้า และตัวอย่างท่อนพันธุ์ที่ สําปะหลังคือ การวิเคราะห์ระยะเวลาคืนทุน (Pay Back Period, ปลูกลงดินในแปลง แสดงดัง Figure 5 Table 2 Results of appropriate cassava planter testing.

Test Gear 2-2 Gear 2-3 -1 Speed range (km h ) 1.45 - 1.43 1.73 - 1.89 a Planting (%) 83.76 92.17 Missed planting (%) 13.68 5.22 Lost planting (%) 2.56 2.61 a p < 0.05

Figure 3 Field testing.

Gear 2-4 2.18 - 2.40 88.03 4.27 7.69

Gear 3-1 2.69 – 2.91 81.03 6.90 12.07

Figure 4 Field testing and measurement.

3

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 1-5 Table 3 Results of cassava planter field testing.

Test Result 1. Planting area (rai) 0.19 2. Soil properties 2.1 Soil type Sandy loam 2.2 Moisture content (%db) 14.36 3. Cassava tree properties 3.1 Vegetation Rayong-72 3.2 Age (month) 9 3.3 Average curvature (cm) 8.8 3.4 Average height (cm) 153.7 3.5 Average diameter (cm) 1.74 3.6 Maximum diameter (cm) 2.46 3.7 Minimum diameter (cm) 1.34 4. Average speed (km h-1) 1.82 5. % Slip 5.5 6. Field capacity (rai h-1) 0.85 7. Theoretical field capacity (rai h-1) 1.08

Test 8. Field efficiency (%) 9. Fuel consumption (L rai-1) 10. Draft force (N) 11. Planting 11.1 Average distance between row (m) 11.2 Average distance between stack (m) 11.3 Average planting depth (cm) 11.4 Average stack long (cm) 11.5 Average ridge height (cm) 12. Cassava stake Inclination (degree) 13. Planting quality 13.1 Planting (%) 13.2 Missed planting (%) 13.3 Lost planting (%) 13.4 Damage planting (%) 13.5 Germination (%)

ค่าดอกเบี้ย

3.3 ผลการประเมินผลทางด้านเศรษฐศาสตร์ เครื่องปลูกมันสําปะหลังที่พัฒนาขึ้นมีค่าใช้จ่ายในการสร้าง จํ า นวน 45,000 บาท โดยประมาณ การคํ า นวณแสดงดัง รายละเอียดต่อไปนี้ จํานวนเงินล งทุน ระยะเวลาคืนทุน = ผลประโยชน์ สุทธิเฉลี่ ยต่อปี

– ต้นทุนการใช้เครื่อง (THB year-1) (ไม่รวม ค่าเสื่อมราคา) (2) ผลประโยชน์ = พื้นที่เพาะปลูก (rai year-1) X ค่าจ้างปลูก (300 THB rai-1) ต้นทุนการใช้เครื่อง = ดอกเบี้ย + ค่าซ่อมบํารุง 4

(3)

88 9 3 0 94

1.2% ของราคาแรก ซื้อ ความสามารถ ในการทํางาน

5.40 THB h -1 -1 = - 1 = 6.35 THB rai 0.85 rai h

ค่าน้ํามันเชื้อเพลิง = อัตราการสิ้นเปลืองน้ํามันเชื้อเพลิง x ราคาน้ํามันเชื้อเพลิง =2.40 L rai-1 x 25 THB L-1

(1)

ผลประโยชน์สุทธิ = ผลประโยชน์ (THB year-1)

1.01 1.08 15 26.4 25 69.5

+ ค่าน้ํามันเชื้อเพลิง + ค่าน้ํามันหล่อลื่น + ค่าแรงงาน (4) = ราคาเครื่อง x อัตราดอกเบี้ย 12% ธกส. = 45,000 THB x (12/100) = 5,400 THB year-1

ค่าซ่อมบํารุง = Figure 5 Cassava stake were planted.

Result 78.82 2.40 2,452

= 60 THB rai-1 ค่าแรงงาน (คนขับและปล่อยท่อนพันธุ์) = 75 THB h-1 / 0.85 rai h-1 = 88.24 THB rai-1 แทนค่าต่างๆ ใน (4) แทนค่า ใน (3) แทนค่า ใน (2) แทนค่า ใน (1)

จะได้ จะได้ จะได้ จะได้

ต้นทุนการใช้เครื่อง ผลประโยชน์ ผลประโยชน์สุทธิ ระยะเวลาคืนทุน

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 1-5 จากการวิ เ คราะห์ ร ะยะเวลาคื น ทุ น ของเครื่ อ งปลู ก มั น 6 เอกสารอ้างอิง สํ า ปะหลั ง โดยแสดงความสั ม พั น ธ์ ร ะหว่ า งพื้ น ที่ ก ารปลู ก กั บ เชิดศักดิ์ ศิริหล้า ปิยณัฐ สิทธิ ยุทธศักดิ์ พิมสาร. 2555. เครื่อง ระยะเวลาคื น ทุ น ที่ อั ต ราค่ า บริ ก าร 300 บาทต่ อ ไร่ แสดงดั ง ปลู ก มั น สํ า ปะหลั ง . รายงานการประชุ ม วิ ช าการสมาคม Figure 6. วิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ครั้งที่ 13 ประจําปี 2555, 215–221. เชี ย งใหม่ : ภาควิ ช าวิ ศ วกรรมเครื ่ อ งกล มหาวิทยาลัยเชียงใหม่. 4–5 เมษายน 2555, โรงแรมอิมพี เรียลแม่ปิง, เชียงใหม่. ประสาท แสงพันธุ์ตา อนุชิต ฉ่ําสิงห์ คุรุวรรณ์ ภามาตย์ วุฒิพล จันทร์สระคู ศักดิ์ชัย อาษาวัง สิทธิชัย ดาศรี ดนัย ศาลทูล พิทักษ์ สุชาติ สุขนิยม. 2556. การออกแบบและพัฒนาเครื่อง ปลูกมันสําปะหลังแบบพ่วงท้ายรถแทรกเตอร์. รายงานการ ประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ครั้ง ที่ 15 ประจํ า ปี 2556, 399–406. พระนครศรีอ ยุธ ยา: ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคล Figure 6 Payback period of cassava planter. ธัญ บุร ี. 2–4 เมษายน 2556, โรงแรมกรุง ศรีร ิเ วอร์, เห็นได้ว่าเมื่อพื้นที่ปลูกเพิ่มขึ้นทําให้ระยะเวลาคืนทุนสั้นลง พระนครศรีอยุธยา. เช่น มีพื้นที่ปลูก 150 ไร่ จะสามารถคืนทุนที่ 3 ปี สําหรับการ รุ่งเรือง กาลศิริศิลป์ จตุรงค์ ลังกาพินธุ์ มานพ ตันตระบัณตย์. ปลูกมันสําปะหลังใน 1 ปีนั้น เกษตรกรจะแบ่งการปลูกออกเป็น 2553. การพัฒนาเครื่องปลูกมันสําปะหลัง. รายงานการวิจัย 2 ช่วง คือ ช่วงต้นฤดูฝน (เมษายน-มิถุนายน) และช่วงปลายฤดู ฉบับสมบูรณ์, ปทุมธานี: ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร, คณะ ฝน (กันยายน-พฤศจิกายน) เกษตรกรมีพื้นที่ปลูกเพียง 150 ไร่ วิศวกรรมศาสตร์, มหาวิทยาลัยเทคโลโลยีราชมงคลธัญบุรี.

(150 x 2 ครั้งต่อปี) ก็สามารถคืนทุนภายใน 1 ปี เช่นเดียวกัน สามารถ บุญอาจ. 2558. การออกแบบและพัฒนาเครื่องปลูกมัน ดั ง นั้ น การใช้ เ ครื่ อ งปลู ก มั น สํ า ปะหลั ง สามารถลดการจ้ า ง สําปะหลัง แบบต่อพ่ว งกับรถแทรกเตอร์. รายงานการวิจัย แรงงานคนปลูกและยกร่องปลูกได้ ส่งผลให้มีรายได้เพิ่มขึ้นและ ฉบับสมบูรณ์, นครราชสีมา: สาขาวิชาวิศวกรรมเกษตร, ลดความเหนื่อยยากของเกษตรกรได้ ตามสถานการณ์การขาด สํานักวิชาวิศวกรรมศาสตร์, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี. แคลนแรงงานภาคการเกษตรที่ เ กิ ด ขึ้ น อยู่ ใ นปั จ จุ บั น และมี สํ า นั ก งานเศรษฐกิ จ การเกษตร. 2559. สถิ ติ ก ารส่ ง ออกมั น แนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นในอนาคต สํา ปะหลัง กรุง เทพมหานคร. แหล่ง ข้อ มูล :http://www.oae.go.th/oae_report/export_import/export.php.

4 สรุป เข้าถึงเมื่อ 25 ตุลาคม 2559. ผลการทดสอบเครื่องปลูกมันสําปะหลัง พบว่าความสามารถ Hunt, D. 2001. Farm Power and Machinery การทํางาน 0.85 rai h-1 ประสิทธิภาพการทํางาน 79% การ Management. (10th Ed.). Ames, Iowa: Iowa State สิ้นเปลืองน้ํามันเชื้อเพลิง 2.40 L rai-1 แรงลาก 2,452 N ท่อน University Press. พันธุ์ที่ปลูกตั้ง 88% ท่อนพันธุ์ที่ล้ม 9% ท่อนพันธุ์ที่สูญหาย 3% ท่อนพันธุ์ที่งอก 94% ซึ่งสมรรถนะการทํางานและคุณภาพการ ปลูก ใกล้เ คีย งกับ งานวิจ ัย ที ่ม ีม าก่อ นหน้า และสามารถใช้ร ถ แทรกเตอร์ขนาดเล็กเป็นต้นกําลังในการทํางานได้ เมื่อวิเคราะห์ ทางด้ า นเศรษฐศาสตร์ ใ นการใช้ เ ครื่ อ งปลู ก มั น สํ า ปะหลั ง เมื่ อ เปรียบเทียบกับการปลูกโดยใช้แรงงานคนพบว่า ระยะเวลาคืน ทุนภายใน 3 year ที่พื้นที่การทํางาน 150 rai year.-1 5 กิตติกรรมประกาศ ขอขอบคุ ณ สํ า นั ก งานพั ฒ นาวิ ท ยาศาสตร์ แ ละเทคโนโลยี แห่งชาติ (สวทช.) และมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี ที่สนับสนุน ทุนวิจัยและพัฒนา

5

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 6-12

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561) 6-12 Available online at www.tci-thaijo.org /index.php/TSAEJ

บทความวิจัย ISSN 1685-408X

Study on psychrometric properties of air in a hot air drying system combined with a desiccant wheel Palida Suvanvisan1, Ekkapong Cheevitsopon2, Jiraporn Sripinyowanich Jongyingcharoen1* 1

Curriculum of Agricultural Engineering, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang, Bangkok, Thailand 2 Department of Food Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang, Bangkok, Thailand *Corresponding author: Tel: +66-2329-8337, Fax: +66-2329-8336, E-mail: jiraporn.jo@kmitl.ac.th

Abstract A hot air drying system combined with a desiccant wheel (HA-DW) was developed in this study to provide dehumidified air in the system. The rotary desiccant wheel (DW) with silica gel could reduce humidity of fresh air as shown by its lower relatively humidity (RH) and humidity ratio of 33.9% and 16 g water/kg dry air, respectively.

The RH and humidity ratio of regenerative air at the temperature of 60°C exiting the DW were increased from 15.5% to 42.6% and from 19 g water/kg dry air to 26 g water/kg dry air, respectively. In the HA-DW system with a given drying temperature of 90°C, the RH of 42.6% (17.5 g water/kg dry air) at the inlet decreased to 9% (7.5 g water/kg dry air) at the outlet of the DW during dehumidification. In the section of DW regeneration, the RH increased by 13.8% (7.5 g water/kg dry air added) after passing through the DW. The HA-DW system was proved to provide this drying system with lower humidity following the theoretical dehumidification and regeneration process in a psychrometric chart.

Keywords: Desiccant wheel, Hot air drying, Desiccant, Silica gel, Psychrometric properties Therefore, this study was focused on development of 1 Introduction a HA-DW system and determination of psychrometric Using a dehumidification process in hot air drying is properties of air in the system. advantageous for improvement of drying characteristics and dried product quality. Low RH which promotes the efficient 2 Materials and Methods water removal could be observed in this drying system. 2.1 A hot air drying system with a DW Naidu et al. (2016) has shown that lightness, greenness, and Figure 1 shows the experimental set-up of the HAyellowness of dill greens dried by low humidity hot air were DW system. This system is composed of three main higher than those of the samples dried by hot air. The low components including a rotary DW, a dryer, and an airhumidity air drying of dill greens (50°C, 28-30%RH) also to-air heat exchanger. contributed to its higher anti-oxidant activity as compared to The rotary DW with silica gel (desiccant material) was conventional hot air drying at the same temperature (50°C, equipped with a hot air drying system. The stainless steel 58-63%RH).

DW was 700 mm diameter × 50 mm thickness. It was divided A rotary DW is one of the most promising into two equal sections, i.e. adsorption and regeneration dehumidifycation of air conditioning system. It could sections. These sections were run simultaneously by means be incorporated into a hot air drying system as an of continuous rotaion between the ambient humid air alternative way of drying. Regarding to process through the adsorption section and the heated regenerative development, desiccant dehumidification system air through the regeneration section. It was driven by a may offer several advantages such as low initial motor (RS Motor Industry, Taiwan) at 0.5 rpm. costs, environmental friendliness, and energy saving (Madhiyanon et al, 2007).

6

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 6-12 The heat exchanger was made of aluminium with a heat exchanging area of 50 m2. It was designed to transfer receive the inlet heated air from the drying unit and exchange the heat to the inlet ambient air for regenerating the DW.

The cylindrical drying chamber was 200 mm inner diameter x 300 mm length. The blowers (1 HP, MA40B, EuroVent, Thailand) were used to supply air for drying and regeneration, respectively. The air was heated to required temperatures by 3.74-kW electrical heaters (Technology Instruments, Thailand).

Rotary DW

Heat exchanger

Cross sectional view of the DW

Drying chamber

Outlet air after heat exchanging Heater2 Blower2

Inlet air for regeneration

Outlet air after regeneration Heat exchanger Inlet air for drying

Drying chamber

Heater1

Blower1

Figure 1 A schematic diagram of a HA-DW system.

7

Desiccant wheel

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 6-12 2.2 Performance of a DW dehumidification system 2.2.1 Dehumidification process Figure 2 shows the schematic diagram of the dehumidification process unit. The DW contained 3-kg fresh silica gel with the thickness of 1 cm. The ambient humid air (daytime, 35.9˚C, 50.2%RH and 19 g water/kg dry air) passed through the DW at the flow rate of 0.04 m3/s (0.044 kg dry air/s). During the process, a temperature/ hygrometer (KT320, Kimo, France) was used to measure RH and temperature of the processed air. The experiment was conducted for 30 min with the measuring intervals of every 1 min for the first 10 min and every 5 min for the last 20 min.

Drying chamber

Heater1 Blower1

Desiccant wheel

Figure 2 A schematic diagram of the dehumidification process unit.

2.2.2 Regeneration process Figure 3 shows the schematic diagram of the regeneration process unit. The silica gel inside the DW was allowed to absorb moisture at the ambient condition for 5 hrs until it became pink prior to experiment. The heated air with the temperatures of 60ºC and the flow rate of 0.04 m3/s (0.041 kg dry air/s) was used to regenerate the silica gel. The air supplied in this process was heated up by a supplement heater 2. The RH and temperature of this process were measured at the same intervals as stated in 2.2.1

Blower2

Heater2

Heat exchanger Desiccant wheel

2.3 Psychrometric properties of air in a hot air drying system with a DW Figure 4 shows the schematic diagram of a HA-DW system. There are two simultaneous process including the dehumidification process (line A) and the regeneration process (line B). In the dehumidification process, the ambient air was introduced to the process at A1, reduced its moisture by the DW, heated by the heater, used for drying, and then passed through the heat exchanger for exhanging its heat with the ambient air from line B. In the regeneration process, the ambient air was inletted at B1, incresed it temperature using the heat exchanger and passed through the DW for regenerating the silica gel. The heater 2 was closed during this experiment. The experiment was conducted at the temperature in a drying chamber of 90ºC and the flow rate of 0.04 m3/s for both lines (0.044 kg dry air/s for line A and 0.040 kg dry air/s for line B). During the process, the RH and temperature of this process were measured at every 5 min for 30 min.

A3

A4 B2

B1 Blower2

B3

Heater2 Heat exchanger

A2

A1

Drying chamber Heater1 Blower1 Desiccant wheel

Figure 4 A schematic diagram of a HA-DW system with points of air condition assessment.

2.4 Desiccant wheel effectiveness Effectiveness of the DW was determined using four equations, which were introduced by Mandegari and Pahlavanzadeh (2009). The DW effectiveness could be defined in terms of heat and mass transfer processes.

The first equation is considered as thermal effectiveness as follows:

Figure 3 A schematic diagram of the regeneration process unit.

8

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 6-12 (1)

Where TA1, TA2 and TB2 are inlet and outlet dehumidification process air and inlet regenerative air temperature, respectively.

Assuming DW as a heat exchanger, the DW effectiveness could be derived from the heat exchanger effectiveness as given by Eq. (2):

ᵋ=

(wA1-wA2) hfg

(2)

hB2-hB1

where w and h are the specific humidity and the vaporization latent heat of water, respectively.

Based on the ideal dehumidification of DW in which the air is completely dehumidified and the humidity ratio of the outlet air of DW (wA2,ideal) is zero, the expression of DW effectiveness could be: ᵋ =

wA1-wA2

(3)

wA1-wA2,ideal

where wA1 and wA2 was the specific humidity of the inlet and outlet air of DW. As the theoretical operation of DW would be adiabatic, the following equation expresses the DW effectiveness with respect to the enthalpy deviation from the adiabatic condition, in which the effectiveness value reaches to 100% (Figure 5). ( hA2 - hA1 )

(4)

hA1 Wheel inlet

hA1

hA2 hA1 0

Dry bulb temperature (°C)

Absolute humidity (g water/kg dry air)

ᵋ = 1-

0

Figure 5 Adiabatic and real DW processes on psychrometric chart. (Modified from Mandegari and Pahlavanzadeh, 2009).

9

3.1 Performance of a DW dehumidification system 3.1.1 Dehumidification process During the dehumidification process, DW could reduce RH and humidity ratio from 50.2% and 19 g water/kg dry air to 33.9% and 16 g water/kg dry air after running the process for 1 min, respectively. The temperature dramatically rised about 5% from 35.9ºC to 41.1ºC for the first 1-min process as well. As can be seen in Figure 6, the experimental dehumidification process aligned well with the theoretical adiabatic dehumidification process.

Figure 7 shows the relationship of RH and temperature of DW outlet air with dehumidification time. It was found that the RH tended to reduce throughout the process. The RH was decreased by 16% approximately after running the process for only first min, which was correspondent to the reduction of humidity ratio by 3 g water/kg dry air. The RH was slightly increased and its value was 37.9% at 30 min, which was reduced by about 12% from the ambient RH of 50.2%. It is obvious that the DW successfully dehumidified air condition in the system. These results were agreed with Dina et al. (2015). They reported that solar drying with desiccant thermal energy storage, which provided lower humidity inside the drying chamber and hence contributed to decrease in drying time. However, the temperature tended to be stable for the whole process operation. After 30 min, the temperature was 40.3°C, which was increased by about 4.4% from the ambient temperature.

Humidity ratio (g/kg)

ᵋ

3 Results and discussion

TA2-TA1 = TB2-TA1

A1 35.9°C, 50.2%RH

W =19 g water/kg dry air A1

W =16 g water/kg dry air A2 41.1°C, 33.9%RH

A2

Dry bulb temperature (°C)

Figure 6 A psychrometric process of DW dehumidification.

0

5

10

15

20

Time (min)

Outlet RH

25

30

65 60 55 50 45 40 35

50 40 30 20 10 0 0

5

10

Outlet RH

Outlet T

15

20

Time (min)

25

Temperature (°C)

45 43 41 39 37 35

RH (%)

55 50 45 40 35 30

Temperature (°C)

RH (%)

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 6-12

30

Outlet T

Humidity ratio (g/kg)

Figure 7 Relationship of RH and temperature at the outlet of Figure 9 Relationship of RH and temperature at the outlet of the DW with desorption time at the the DW with adsorption time.w regeneration temperature of 60°C. 3.1.2 Regeneration process 3.2 Psychrometric properties of air in a hot air drying The psychrometric process of DW regeneration is system with a DW shown in Figure 8. The changes of RH and temperature Figure 10 shows the relationship of RH and temperature of DW outlet air during the regeneration process at of outlet air of the DW at the fixed drying temperature of 60°C are presented in Figure 9. An increase in RH of 90°C. Similarly, dramatic decrease in RH was obtained at the about 27% was observed when regenerating the silica five minute dehumidification. It is interesting that the gel for first 1 min from hot air of 60ºC (15.5% and 19 g desirable low RH was constantly observed for the whole water/kg dry air). At this time, the corresponding period of dehumidification. The corresponding humidity humidity ratio was 7 g water/kg dry air for exiting DW ratios were in the range of 9 and 10 g water/kg dry air, which of 42.6% (26 g water/kg dry air). After 30-min was reduced by about 7.5 g water/kg dry air from the operation, the RH was 19%, which was increased by ambient humid air. The RH changes during the regeneration about 3.5% from the ambient RH (51.7%). It is obvious process was obvious at the first five minutes as well. that the DW could be regenerated under this Dramatic increase and decrease in temperature of the outlet regeneration condition. air were also observed at the first five minutes for the As expected, the temperature decreased by about dehumidification and regeneration process.

The air condition at each point in the HA-DW 15% from 60ºC to 44.8ºC after regeneration the DW for first 1 min. After 30 min, the temperature of the outlet system is shown in Figure 11. Humidity of air was air was almost equal to that of the heated air supplied reduced after passing through the DW from A1 to A2.

The air was then heated to the temperature of 90ºC to the DW. and introduced to the heat exchanger at A3. After W =26 g water/kg dry air B3 B3 exchanging its heat, the air condition was determined 44.8°C, 42.6%RH at A4 to be 53.7ºC and 27%RH. For the regeneration process, the inlet ambient air was supplied to B1, passed through the heat exchanger at B2 to increase B1 B2 35.8°C, 51.7%RH 60°C, 15.5%RH W =19 g water/kg dry air its temperature, and then used to remove moisture B2 from silica gel in the DW. It was observed that the outlet air condition of this process (B3) was 56.5ºC and Dry bulb temperature (°C) Figure 8 A psychrometric process of DW regeneration.

22.9%RH.

10

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 6-12

RH (%)

45 40 35 30 25 20 15 10 5

65 60 55 50 45 40 35

Temperature (°C)

The air properties observed in Figure 11 could be plotted in the psychrometric chart. The psychrometric process of air passing through the DW for both dehumidification and regeneration sides followed typical adiabatic process. The heater is used to regenerate the DW and to control the process of air conditioning. The adiabatic efficiency will have an optimum value that depends on dehumidification and regeneration efficiency (Misha et al. 2012).

would be gained by an optimum value operation which provided completely lower humidity inside the drying chamber.The specific absorption of silica gel for dehumidification process was 2.64 g water/kg dry air·kg silica gel·min Table 1 Effectiveness of DW. Effectiveness Thermal effectiveness Regeneration effectiveness Dehumidification effectiveness Adiabatic DW's effectiveness

Percentage (%) 69.28 61.42 44.39 98.49

4 Conclusions The RH and humidity ratio decreased from 50.2 to 33.9% and from 19 to 16 g water/kg dry air during 0 5 10 15 20 25 30 moisture adsorption by the DW, respectively. The Time(min) temperature increased from 35.9 to 40.3°C RH (A2) RH (B3) T (A2) T (B3) In the regeneration process at 60°C, the RH and Figure 10 Relationship of RH and temperature at the outlet of DW during dehumification (A2) and humidity ratio increased from 15.5 to 42.6% and from regeneration (B3) with processing time at the drying 19 to 26 g water/kg dry air, respectively. The temperature decreased in the first period to 50°C and temperature of 90°C. kept constant at 60°C in the last period.

In the HA-DW system, the RH and humidity ratio of A4 A3 the dehumidification process decreased from 42.6 to 88.9°C, 2.25%RH 53.7°C, 27%RH 9% and from 17.5 to 10 g water/kg dry air, B3 B2 56.5°C, 22.9%RH respectively. The RH and humidity ratio of the 69.4 °C, 9.1%RH B1 regeneration process increased from 11 to 22.9% and 38°C, 42.6%RH from 17.5 to 25 g water/kg dry air, respectively.

The performance of the HA-DW system that thermal, regeneration, dehumidification and adiabatic Blower2 Heat exchanger desiccant wheel's effectiveness were 69.28, 61.42, A2 A1 57.4°C, 9%RH 38°C, 42.6%RH 44.39 and 98.49%, respectively.

Drying chamber Heater1 Blower1

Desiccant wheel

Figure 11 Schematic diagram of a HA-DW system with the air condition at each point after running the process for 30 min.

3.3 Desiccant wheel effectiveness DW's effectiveness are shown in Table3. The properties of air in a hot air drying used in this study at 90ºC. The effectiveness results showed that thermal, regeneration, dehumidification and adiabatic DW's 11

5 Acknowledgements This research project was supported by the National Research Council of Thailand, fiscal year of 2016.

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 6-12 6 References Dina, S.F., Ambarita, H., H. Napitupulu, F.H., Kawai, H. 2015. Study on effectiveness of continuous solar dryer integrated with desiccant thermal storage for drying cocoa beans. Case Studies in Thermal Engineering 5, 32–40.

Madhiyanon, T., Adirekrut, S., Sathitruangsak, P., Soponronnarit, S. 2007. Integration of a rotary desiccant wheel into a hot-air drying system: Drying performance and product quality studies. Journal of Chemical Engineering and Processing 46, 282– 290.

Mandegari, M.A., Pahlavanzadeh, H. 2009. Introduction of a new definition for effectiveness of desiccant wheels. Journal of Chemical Engineering 34, 797– 803.

Misha, S., Mat, S., Ruslan, M.H., Sopian, K. 2012. Review of solid/liquid desiccant in the drying application and its regeneration methods. Journal of renewable and Sustainable Energy Reviews 16, 4686–4707.

Naidu, M.M., Vedashree, M., Satapathy, P., Khanum, H., Ramsamy, R., Hebbar, H.U. 2016. Effect of drying methods on the quality characteristics of dill (Anethumgraveolens) greens. Journal of Food Chemistry 192, 849–856.

12

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 13-22

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561) 13-22 Available online at www.tci-thaijo.org/index.php/TSAEJ

บทความวิจัย ISSN 1685-408X

ศึกษาสมบัติกายภาพ-เคมีและไทรโบโลยีข องน้ํามันไฮดรอลิกพื้นฐานจากน้ํามันพืช เกาใชแลว Physico-Chemical and Tribological Studies of Hydraulic Fluid Based Wasted Vegetable Oil อภิช าต เสริมพณิช กิจ1*, จําลอง ปราบแกว 1 Apichart Sermpanichakit1*, Chamlong Prabkaew1 1

ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาเจาคุณทหารลาดกระบัง กรุงเทพฯ 10520 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang, Bangkok 10520 *Corresponding author: Tel: +66-8-49007979, E-mail: apipc@yahoo.com

1

บทคัดยอ งานวิจัยมากมายใหเหตุผลสําคัญในการเลือกน้ํามันจากพืชเปนสวนประกอบสําคัญในน้ํามันหลอลื่นและน้ํามันไฮดรอลิกเพราะมี คุณสมบัติการหลอลื่นที่ดี ไมเปนพิษอันตรายและยอยสลายเองตามกระบวนการทางชีวภาพโดยมาทดแทนน้ํามันปโตรเลียมที่มีอยาง จํากัดแตยังไมพบวามีการนําน้ํามันพืชเกาใชแลวมาศึกษา ฉะนั้นจุดประสงคของงานวิจัยนี้เพื่อศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพ-เคมีและ ไทรโบโลยีดวยเครื่อง CSM แบบ Ball-on-disk ในน้ํามันไฮดรอลิกพื้นฐานจากน้ํามันพืชเกาใชแลวซึ่งไดมาจากการน้ํามันพืชทอด ประกอบอาหารซ้ําๆ หลายครั้งในตลาดสดจากนั้นมาผานกระบวนการทรานสเอสเทอรริฟเคชั่นเปนไบโอดีเซลแตมันมีขอกําจัดในความ หนืดรวมไปถึงการนําไปใชเปนสารหลอลื่นชีวภาพในระบบไฮดรอลิก การเติม 5% wt ของสารเติมแตงเอททีลีน-ไวนิล อะซิเตท โคโพลี เมอร (EVA) ในไบโอดีเซลพบวาความหนืดเพิ่มจาก 5.81 cSt เปน 48.6 cSt ที่ 40oC เมื่อพิจารณาจากความหนืด สามารถคัดกรอง น้ํามันไฮดรอลิกในงานวิจัยที่มีความหนืดใกลเคียงน้ํามันไฮดรอลิกเชิงพาณิชยเบอร 46 (PTT46) และ 68 (PTT68) ได 3 ตัวอยางแลว นํามาศึกษา ผลของจุดวาบไฟสูงกวาเกณฑมาตรฐานของ มอก.แตจุดไหลเทอาจเปนปญหา คาสัมประสิทธิ์ความเสียดทานเฉลี่ยและ ปริมาตรสึกหรอทั้ง 3 ตัวอยางนี้อยูในชวง 0.10 - 0.14 และ 0.006 – 0.023 mm3 ตามลําดับ และใหผลการหลอลื่นและตานการสึก หรอที่ดีกวา PTT68 ไดคา 0.155 และ 0.037 mm3 ตามลําดับที่เงื่อนไขการทดสอบเดียวกัน ชี้ใหเห็นวาน้ํามันไฮดรอลิกพื้นฐานน้ํามัน เกาใชแลวทั้ง 3 ตัวอยางมีศักยภาพทดแทนน้ํามันไฮดรอลิกพื้นฐานปโตรเลียม คําสําคัญ: น้ํามันพืชเกาใชแลว, น้ํามันไฮดรอลิก, ไทรโบโลยี Abstract The main reason of several researches shows the plant oil as main ingredient into lubrication and hydraulic fluid because of good lubricating properties, non-toxic and biodegradability to substitute for the petroleum-based oil that has limited resources; but, there was no any researches to study in using of the wasted vegetable oil. The aim of this paper was to investigate the physio-chemical and tribological properties by CSM tribometer (Ball-on-disk) of hydraulic fluid based wasted vegetable oil. The wasted vegetable oil used for cooking many repeated time at the fresh market was studied and then it was made to be biodiesel by trans esterification process, but the limited range of biodiesel viscosity and this is constrains their use as suitable biolubricants in hydraulic system. Adding of 5% wt ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) into this biodiesel was studied. It has been found that the viscosity of the biodiesel could increase from 5.81 to 48.6 cSt at 40oC. When consider in the viscosity, there are 3 samples from all hydraulic oil in this research which are near to the local commercial hydraulics oil no.46 and 68, were studied. The flush point was also higher than Thai Indusrial Standard; but, pour point might be a problem. The coefficient of friction and wear volume of all three samples stay in the ranges 0.10 - 0.14 and 0.006 – 0.023 mm3 respectively; and better lubricity more wear resistance than PTT68 as 0.155 and 0.037 mm3 respectively at the same testing conditions. This is indicated in the hydraulic fluid based wasted vegetable oil was a good potential to substitute for local commercial petroleum-based oil.

Keywords: Wasted vegetable oil, Hydraulic oil, Tribology 13

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2561), 13-22 1 บทนํา สิ่งรอบตัวเราทุกวันนี้ไมวาจะหันไปทางไหนมักพบผลิตภัณฑ ทํามาจากปโตรเลียมกันอยางแพรหลาย เชน พลาสติก น้ํามัน แกสหุงตม เปนตน หากยิ่งใชผลิตภัณฑเหลานี้ในปริมาณมากก็ ยอมจะนําไปสูภาวะขาดแคลนในที่สุ ดและยังสง ผลกระทบต อ สิ่ ง แวดล อ มอย า งต อ เนื่ อ งตามมา ดั ง นั้ น ในป จ จุ บั น มนุ ษ ย จึ ง พยายามค น หาและค น คว า เกี่ ย วกั บ แหล ง พลั ง งานและวั ต ถุ ทดแทนอื่น ๆ มาแทนที่หรือเพื่อลดการใชปโตรเลียมใหนอยลง ในทํานองเดียวกันปโตรเลียมก็ถูกใชเปนวัตถุดิบหลักสําหรับสาร หลอลื่นในอุตสาหกรรมและเปนที่นิยมเสียดวยเพราะมันมีชวง ความหนืดที่ หลากหลาย, สามารถเข ากั นได กับ ชิ้นส วนและ เครื่องจักรในอุตสาหกรรมไดเปนอยางดี แตมันกอใหเกิดสารพิษ เสี่ยงอันตรายและยอยสลายเองตามกระบวนการชีวภาพไดยาก มี การประเมินกันวาน้ํามันหลอลื่นราว 12 ลานตันถูกทิ้งและปลอย สูสิ่งแวดลอมทุกป (Quinchia et al., 2010) ในชวงทศวรรษที่ ผานมาเริ่มมีความนิยมในสารหลอลื่นที่เปนมิตรตอสิ่งแวดลอม มากขึ้น มีงานวิจัยและพัฒนาสินคาใหมๆ ที่ยั่งยืนจากเคมีสีเขียว (Green Chemistry) เชนน้ํามันสกัดจากพืชเปนสารหลอลื่นตาม ธรรมชาติไดดี (Alejandrina et al., 2010) ซึ่งไมเปนพิษตอ สิ่งมีชีวิต, ยอยสลายเองตามกระบวนการทางชีวภาพ (Sevim and Svajus, 2010) และเปนสารระเหยเปนไอต่ํา (Quinchia et al., 2014) นอกจากนี้พวกมันสามารถนํามารีไซเคิลและกลับมา ใชใหมไดโดยอาศัยการดัดแปลงโครงสรางทางเคมี (Tirth et al., 2017; Josiah and Quan, 2016) ยังพบอีกวาสารหลอลื่น ธรรมชาติจากน้ํามันพืชจะสรางผิวหรือฟลมปกปองตอการขัดถู (Mendoza et al., 2011) แตในชวงอุณหภูมิต่ํา จุดไหลเทของ น้ํามันพืชมักเปนปญหา (Sevim and Svajus et al., 2010) ตอง แกไขโดยการเติมสารเติมแตง หรือดัดแปลงโครงสรางทางเคมี (Piyush and Bo., 2007), พืชสวนใหญที่เปนวัตถุดิบหลักใน น้ํ า มั น พื ช และถู ก นํ า มาใช เ ป น น้ํ า มั น หล อ ลื่ น ได แ ก ปาล ม (Golshokouh et al., 2013; Yaogang et al.,2017) ทานตะวัน (Mendoza et al.,2011), ถั่วเหลือง (Lou and Honary, 1996), ละหุง (Quinchia et al., 2010), สบูดํา (Ruggiero et al., 2016), เมล็ดยางพารา (Kamalakar et al.,2016) เปนตน. เปนที่รูกันดีวาน้ํามันไฮดรอลิกมีหนาที่หลักคือ เปนตัวสงผาน กํา ลั ง หรื อแรงดั น จากจุ ด หนึ่ ง ไปอี ก จุ ด หนึ่ง ในระบบไฮดรอลิ ก นอกจากนี้ยังทําหนาที่หลอลื่นอุปกรณตางๆ ในระบบไฮดรอลิก ลดแรงเสียดทาน ปองกันการสึกหรอ รักษาความสะอาด และยัง ช ว ยระบายความร อ นอี ก ด ว ย จั ด ว า เป น กลุ ม สารหล อ ลื่ น ที่ มี ความสํ า คั ญ และมี ก ารใช ง านกั น อย า งกว า งขวางในโรงงาน อุ ต สาหกรรมเกื อ บทุ ก ประเภทรวมทั้ ง ในงานก อ สร า ง โดยมี ปริมาณการใชมากที่สุดเปนอันดับที่สองรองจากน้ํามันเครื่องยนต (ยู ค อน, 2016) แต อ ย า งไรก็ ต ามผู วิ จั ย ยั ง ไม พ บงานวิ จั ย และ ค น คว า การนํ า น้ํ า มั น พื ช เก า ใช แ ล ว มาศึ ก ษาเป น น้ํ า มั น ไฮดรอ ลิ ก หรื อ สารหล อ ลื่ น ทั่ ว ไป เหตุ ที่ ส นใจในน้ํ า มั น พื ช เก า ใช แ ล ว 14

เพราะวา รศ.ดร.วิทยา กุลสมบูรณ (ไทยโพสต, 2012) ผูจัดการ แผนงานคุ ม ครองผู บ ริ โ ภคด า นสุ ข ภาพ สํ า นั ก งานกองทุ น สนั บ สนุ น การสร า งเสริ ม สุ ข ภาพ (สสส.) กล า วว า ในป 2012 ประเทศไทยมีปริมาณการบริโภคน้ํามันพืชประมาณ 8 แสนตัน ตอป โดยรอยละ 50% เปนการบริโภคในครัวเรือน อีกรอยละ 50 ใชในอุตสาหกรรมอาหาร แตน้ํามันเกาใชแลวกลับพบวาถูกนํา กลับมาเปนพลังงานไบโอดีเซลเพียงรอยละ 5 ซึ่งนาเปนหวงวา น้ํามันทอดซ้ําที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิตอาหารนี้หายไปไหน มี การกําจัดอยางไร ทิ้งในสิ่งแวดลอมหรือมีกระบวนการฟอกเพื่อ กลับมาขายใหผูบริโภคใหม การใชน้ํามันพืชเกากลับมาประกอบ อาหารซ้ํามีความเสี่ยงตอการกอใหเกิดโรคมะเร็งได จากที่กลาว มาขางตนเปนแรงผลักดันใหผูวิจัยตองการเพิ่มชองทางเลือกการ ประยุกตใชประโยชนน้ํามันพืช เกาใชแลวโดยศึกษาสมบัติทาง กายภาพ-เคมีและสมบัติไทรโบโลยีเพื่อพัฒนาน้ํามันพืชเกาใชแลว ให เ ที ย บเคี ย งกั บ คุ ณ สมบั ติ น้ํ า มั น ไฮดรอลิ ก ที่ จํ า หน า ยตาม ทองตลาด.

2 อุปกรณและวิธีการ 2.1 วัตถุดิบ น้ํามันพืชเกาใชแลว (WVO) จากการทอดปาทั่งโกซ้ําหลายๆ ครั้งในตลาดสดกอนที่มันจะถูกนําไปทิ้ง ผูวิจัยจึงขอซื้อเพื่อมา วิจัย จากนั้น กํา จัดเศษอาหารและสิ่ง สกปรกโดยกรองดว ยไส กรองน้ํ า มัน เชื ้อ เพลิง ของรถบรรทุก แลว ตม ดว ยความรอ น 110oC เปน เวลา 15 min. เพื ่อ กํ า จัด ความชื ้น , สํ า หรับ โซเดียมไฮดรอกไซด, เมทานอลถูกใชในกระบวนการทรานสเอ สเทอริฟเคชัน (ธาดาและคณะ, 2558), เพื่อผลิตไบโอดีเซลจาก น้ํามันพืชเกาใชแลว เอททีลีน -ไวนิล อะซิเตท โคโพลีเมอร (EVA) ประกอบดวย 30.4% wt ของไวนิลอะซิเตทถูกใชเปน สารเติมแตงเพื่อปรับความหนืด (Quinchia et al., 2010) EVA ไมเปนสารพิษและเสี่ยงอันตรายแตคงคาดหวังการยอยสลายได เองทางชีว ภาพไมไ ด (Syahrullail et al., 2013) และ Omega904 (Sovereign Lubricants (UK) Ltd, 2016) ซึ่ง ประกอบดวยสารตานทานการสึกหรอ (AW), สารตานทานความดัน ที่ดีเยี่ยม (Extreme Pressure) และปองกันการเกิดการออกซิ เดชั ่น หรือ ตอ ตา นการแปรสภาพของน้ํ า มัน หลอ ลื ่น ดว ย ใน ทองตลาดมีวางจําหนายหลากหลายยี่หอของน้ํามันไฮดรอลิกใน งานวิจ ัย นี ้เ ลือ ก PTT Hydraulic 46 (PTT46) และ PTT Hydraulic 68 (PTT68) ผลิตโดยบริษัท ปตท. จํากัด (มหาชน) เพื ่อ เปรีย บเทีย บคุณ สมบัต ิต า งๆ กับ น้ํ า มัน ไฮดรอลิก ของ งานวิจัยนี้ สําหรับผลการทดสอบคุณสมบัติกายภาพ-เคมีของทั้ง PTT46 และ PTT68 จะอางอิงจากผลทดสอบของผูผลิตโดยตรง

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 13-22 2.2 กระบวนการทรานสเอสเทอริฟเคชั่น กระบวนการทรานสเอสเทอริฟเคชั่นเปนการทําปฏิกิริยาเคมี ระหว า งไขมั น หรื อ น้ํา มั น (Triglyceride) กั บ แอลกอฮอล ไ ด ผลิตภัณฑเปนเอสเทอรและกลีเซอรอล โดยมีตัวเรงในปฏิกิริยา ทํ า หน า ที่ ใ นการเร ง ปฏิ กิ ริ ย าเกิ ด เป น ผลิ ต ภั ณ ฑ ไ ด เ ร็ ว ขึ้ น ใน งานวิจัยนี้ใชตัวเรงชนิดเบสคือโซเดียมไฮดรอกไซด (ธาดาและ คณะ, 2558) มีขั้นตอนดังนี้ 1) ผสมเมทานอล 125 ml. กับ 5 g ของโซเดียมไฮดรอก ไซดใหเขากันจนละลายหมด ในการผสมนี้จะเกิดความรอนและ ไอสารเคมี ดังนั้นควรใชภาชนะทนความรอนเชน อุปกรณเครื่อง แกว และที่ระบายอากาศไดดี 2) คอยเทสารละลาย 2.2.1 ลงใน 500 ml. ของ WVO และ โดยรักษาอุณหภูมิไวประมาณ 60-70oC พรอมคนใหทั่วประมาณ 15-20 min. แลวตั้งทิ้งไวใหเย็นตัวประมาณ 5 hr.

3) พบการแยกชั้ น ของน้ํ า มั น กั บ กลี เ ซอรอลอย า งเห็ น ได ชัดเจน (Figure 1) ใหเทแยกสวนเฉพาะน้ํามันดานบนใสขวด พลาสติกเปลา (ขวดน้ําดื่ม 1.5 L)

Figure 1 Isolation of oil (upper) and Glycerol (Lower).

5) ลางน้ําซ้ําตามขอ 2.2.4 นี้ซ้ําอีก 2 ครั้ง พบวาน้ํามันที่ได เริ่มใสขึ้น (Figure 2) แลวแยกสวนเฉพาะน้ํามันออกมา

ลางครั้งที่ 1 ลางครั้งที่ 2 ลางครั้งที่ 3 Figure 2 Oil cleaning by water.

6) ตมน้ํามันที่อุณหภูมิ 105-110oC ประมาณ 10-15 min. เพื่อกําจัดความชื้นจะไดเปนไบโอดีเซล (BIOD) 2.3 การเติมสารเติมแตง เติม 5% wt ของ EVA ใน BIOD ที่อุณหภูมิ 120oC คนผสม ให เ ข า กั น นานเป น เวลา 60–90 นาที จน EVA ละลายหมด สําหรับการสารตานทานการสึกหรอ (AW), ใหผสม 0.5% โดย ปริมาตรของ Omega904 ในน้ํามันไฮดรอลิกแลวคนผสมใหเขา กันที่อุณหภูมิหอง สําหรับงานวิจัยนี้นอกจากเติม 5% wt ของ EVA ยังศึกษาที่ 8% wt ของ EVA ดวย ในงานวิ จั ยได มี อ อกแบบการทดลองโดยเตรี ยมน้ํ า มั น โดย เตรี ย มน้ํ า มั น ไฮดรอลิ ก ที่ พั ฒ นาขึ้ น เองหลายตั ว อย า ง เพื่ อ วิเคราะหจุดที่เหมาะสมที่สุดตอไปและความสะดวกในการอางอิง ไดกําหนดรหัสน้ํามันไฮดรอลิกไวใน (Table 1) และจะใชในการ อางอิงตอจากนี้ไป 2.4 การวิเคราะหคุณสมบัติกายภาพ-เคมี ความหนืดของน้ํามันตัวอยางที่อุณหภูมิ 40oC และ 100oC ตามมาตรฐาน ASTM D-445 ถูกศึกษา โดยคาความหนืดทั้ง 2 อุณหภูมิ ถูกนํามาคํานวณดัชนีความหนืด (VI) ซึ่งเปนตัวชี้บอก ความสามารถในการเปลี่ยนแปลงความหนืดตามสภาพอากาศ และอุณหภูมิของไหลในชวงการปฏิบัติงานแสดงในสมการที่ (1) ตามมาตรฐาน ASTM D2270-04

4) ขั้นตอนการลางน้ํามัน เติมน้ําสะอาดลงในขวดบรรจุ ปริมาณใหมากกวา 50% ของปริมาณน้ํามันเดิม จากนั้นเขยา 15 min. แลวตั้งทิ้งไวประมาณ 30 min. เมื่อแยกชั้น ใหเทแยกสวน น้ํามันดานบนลงในขวดพลาสติกอีกใบ Table 1. Codes of hydraulic oil and their composition. รหัส องคประกอบพื้นฐาน PTT46 ปโตรเลี่ยม PTT68 ปโตรเลี่ยม WVO น้ํามันพืชใชแลว WVO+EVA5 น้ํามันพืชใชแลว WVO+EVA8 น้ํามันพืชใชแลว WVO+EVA5+AW น้ํามันพืชใชแลว WVO+EVA8+AW น้ํามันพืชใชแลว

สารเติมแตง น้ํามันไฮดรอลิกในทองตลาด น้ํามันไฮดรอลิกในทองตลาด ไมมี EVA 5% EVA 8% EVA 5%+AW EVA 8%+AW

15

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2561), 13-22 รหัส BIOD BIOD+EVA5 BIOD+EVA8 BIOD+EVA5+AW BIOD+EVA8+AW VI = 100 ×

องคประกอบพื้นฐาน น้ํามันไบโอดีเซลจากน้ํามันพืชใชแลว น้ํามันไบโอดีเซลจากน้ํามันพืชใชแลว น้ํามันไบโอดีเซลจากน้ํามันพืชใชแลว น้ํามันไบโอดีเซลจากน้ํามันพืชใชแลว น้ํามันไบโอดีเซลจากน้ํามันพืชใชแลว (1)

=

สารเติมแตง ไมมี EVA 5% EVA 8% EVA 5%+AW EVA 8%+AW (2)

โดยที่ L, H คือคาจากตารางความหนืดที่ 100oC ใน ASTM √ D2270-04 และ U คือคาความหนืดที่ 40oC ℎ= (3) จุดวาบไฟตามมาตรฐาน ASTM D-93 ถูกศึกษาเพื่อประเมิน ความเหมาะดานความปลอดภัยสําหรับการใชงานที่อุณหภูมิสูง = ℎ − (4) จุดไหลเทตามมาตรฐาน ASTM D5950-14 เพื่อประเมินการไหล ของน้ํามันไฮดรอลิกเมื่ออยูในสภาพอากาศหนาวเย็น โดยที่ คือปริมาตรการสึกหรอ (mm3), คือเสนผา น 2.5 การวิเคราะหคุณสมบัติไทรโบโลยี ศูนยกลางที่จุดสึกหรอ (mm), ℎ คือความสูงของสวนที่สึกหรอ ความบกพรองที่เกิดจากการออกแบบทางวิศวกรรมเครื่องกลทํา (mm) และ คือรัศมี Ball (mm) ใหสูญเสียงบประมาณ มากกวาที่ควร อันเนื่องมาจากผลกระทบ ของแรงเสียดทานและความสึ กหรอ ในรายงานงบประมาณของ รัฐบาลสหรั ฐอเมริกาป 1997 พบว าการประยุ ก ตใ ช ศาสตร ไ ทร โบโลยีสามารถประหยัดงบประมาณไดถึง 16.25 พันลานเหรียญ สหรัฐฯ (Theo et al., 2011) ดวยเหตุนี้ คาสัมประสิทธิ์ความ เสียดทานและการสึกหรอจึงถูกศึกษาดวยเครื่องไทรโบมิเตอร CSM แบบ Ball on Disk (Figure 3A) เปนเครื่องมือวัดที่ใชกัน อยางแพรหลายมีหลักการทํางาน (Figure 3C) (วารุณี, 2547) A) กําหนดแรงกด ( ) คงที่บน Ball สวนที่แผนจานหมุนติดตั้ง อุปกรณวัดแรงบิด แรงเสียดทาน ( ) คํานวณไดจากแรงบิดคูณ รัศมีการหมุนของบอลบนแผนจาน คาสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน ( ) จึงสามารถวัดไดโดยตรงจากสมการที่ (2) (วารุณี, 2547) Ball ทําจากวัสดุเหล็กหลอเหนียว (FCD450) ซึ่งเปนวัสดุหลัก ของปมไฮดรอลิก Ball มีลักษณะสวนหัวเปนครึ่งทรงกลมขนาด เสนผานศูนยกลาง 6 mm. สวนดานปลายเปนแทงทรงกระบอก B) พรอมปาดเรียบ (Figure 3B) เพื่อจับยึดใหมั่นคงกับเครื่อง CSM โดยขัดถูกับ Disk ทําจากวัสดุ FCD450 เชนเดียวกันโดยมีรูปราง แผ น วงกลมเส น ผ า นศู น ยก ลาง 30 mm. และหนา 5 mm.

(Figure 3B) เงื่อนไขการทดสอบเครื่องไทรโบมิเตอร CSM ตาม (Table 2.) เพื่อจําลองสถานการณการสึกหลอ หลังจากนั้นนํา Ball ตรวจวิเคราะหดวยกลองจุลทรรศน OLYMPUS BX60 ดวย เลนสกําลังขยาย 5X0.15BD เพื่อวัดขนาดเสนผานศูนยกลาง บริเวณที่สึกหรอ (s) ของ Ball (Figure 4) สําหรับการคํานวณ ปริมาตรการสึกหรอบน Ball ตามสมการที่ (3) และ (4) (ปกรณ C) และคณะ, 2559) ตามลําดับ Figure 3 A) CSM Tribometer B) Ball and Disk Specimen C) Principle of Ball-on-Disk 16

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 13-22 Table 2 Testing condition of CSM Tribometer เงื่อนไขทดสอบ Ball on Disk น้ําหนักกดทับ 15 N ความเร็วเชิงเสน 10 cm s-1 รัศมีการหมุนของ Ball 7.53 mm จํานวนรอบ 1,022 cycles อุณหภูมิทดสอบ อุณหภูมหิ อง (25 oC)

Figure 4 Wear characteristic on Ball 3 ผลและวิจารณ 3.1 ผลของคุณสมบัติกายภาพ-เคมี (Table 3) แสดงผลทดสอบคุณสมบัติทางกายภาพและเคมี ของน้ํามันไฮดรอลิกที่พัฒนาขึ้น ความหนืดของ BIOD มีคา 5.81 cSt ที่ 40oC ความหนืดนี้ต่ําเกินไปสําหรับที่จะนําไปใชงานไฮดรอ ลิก จึงตองปรับปรุงความหนืดของ BIOD ดวยการเติม EVA 5% wt ผลที่ไดทําให BIOD+EVA5 มีความหนืดเพิ่มขึ้นเปน 48.6 cSt ที่ 40oC ความหนืดที่ไดนี้เปนที่พอใจเพราะมีคาใกลเคียงกับคา

ความหนืดของ PTT46 ที่ 40oC ดังนั้น EVA จึงเปนสารเติมแตง ในการปรับปรุงความหนืดในน้ํามันพืช (Quinchia et al., 2010) ในทํ า นองเดี ย วกั น หากเติ ม EVA 8% wt ใน BIOD ทํ า ให BIOD+EVA8 มีความหนืดเพิ่มสูงขึ้นเปน 418 cSt ที่ 40oC แต ความหนืดนี้สูงกวา PTT68 มากและสูงมากเกินไปไมเหมาะกับ ระบบไฮดรอลิก เพราะทํา ใหมี ปญหาตอการไหลอย างไรก็ตาม ความหนื ด ระดั บ นี้ เ ป น ความหนื ด ของสารหล อ ลื่ น ในชุ ด เกี ย ร อุตสาหกรรมและเรือเดินสมุทร ดังนั้นความสําคัญของตัวปรับ ความหนื ด จึ ง เป น ที่ ต อ งการเพื่ อ นํ า ไปใช ใ นงานที่ ห ลากหลาย สําหรับน้ํามันหลอลื่นจากน้ํามันพืช ในทํานองเดียวกันความหนืด ของ BIOD+EVA5 ที่ 100oC มีคาเพิ่มขึ้นเชนเดียวกันดวยและสูง กวา PTT68 เล็กนอยเทานั้น มีขอสังเกตในผลการทดลองของผล ความหนืด WVO (ไมมี EVA) ที่ 40oC และ และ 100oC มีคา ใกลเคียงกับความหนืด PTT46 และ PTT68 ดวยดังนั้นหาก พิจารณาจากคาความหนืดสามารถคัดกรองน้ํามันไฮดรอลิกพื้น ฐานน้ํามันพืชเกาใชแลวไดดังนี้ BIOD+EVA5, BIOD+EVA5+AW และ WVO เพราะคาความหนืดใกลเคียง PTT46 และ PTT68 ดัชนีความหนืด (VI) คือตัวเลขที่ใชแสดงความสัมพันธระหวาง ความหนืดของน้ํามันหลอลื่นกับอุณหภูมิโดยการเปรียบเทียบกับ น้ํามันมาตรฐาน น้ํามันที่มีคา VI สูงจะมีคาความหนืดเปลี่ยนแปลง ตามอุณหภูมิที่เปลี่ยนไปนอยกวาน้ํามันที่มีคา VI ต่ําดังนั้น VI ที่สูง จึงเปนคุณสมบัติที่ดีของน้ํามันไฮดรอลิกคา VI ของ BIOD+EVA5 , BIOD+EVA5+AW และ WVO ทั้งหมดนี้มีคามากกวาทั้ง PTT46 และ PTT68 โดยทั่วไปแลวคา VI ที่สูงเปนคุณสมบัติโดยธรรมชาติ ของน้ํามันพืชอยูแลว (Mendoza et al., 2011).

Table 3 Results of physical and chemical properties รหัส ความหนืด ความหนืด o @40 C , cSt @100oC,cSt PTT46 47.11 6.921

ดัช นีความ หนืด 1021

จุดวาบไฟ o C 2411,2

จุดไหลเท o C -9

PTT68

68.981

8.91

1021

2561,2

-9

WVO

51.5

9.1

159

NA4

6

WVO+EVA5

573

39.6

110

NA4

6

WVO+EVA8

NA4

70.2

NA

NA4

NA

WVO+EVA5+AW

562

37.7

105

NA4

6

WVO+EVA8+AW

NA4

72

NA

NA4

NA

17

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2561), 13-22 รหัส BIOD

ความหนืด @40oC , cSt 5.81

ความหนืด @100oC,cSt 2.01

ดัช นีความ หนืด 157

จุดวาบไฟ o C 1763

จุดไหลเท o C NA

BIOD+EVA5

48.6

11.25

233

1743

NA

BIOD+EVA8

418

23.6

66

1943

NA

BIOD+EVA5+AW

57.1

11

188

1743

NA

BIOD+EVA8+AW

324

23.6

92

1883

NA

Note:

1

ผลการทดสอบจากผูผลิตโดยตรง ทดสอบแบบ Cleveland Open Cup Tester 3 ทดสอบแบบ Pensky-Martens Closed Cup Tester 4 ไมสามารถแสดงผลไดเพราะเกินความสามารถของเครื่องทดสอบ 2

หากอุณหภูมิของสารหลอลื่นสูงขึ้นเกินกวาจุดวาบไฟทําให สารใหไอระเหยออกมาไดอีก ก็จะเกิดการลุกติดไฟตอเนื่องไป เรื่อยๆที่อุณหภูมินี้จะเรียกวา จุดไหมไฟ (Fire point) มักจะสูง กวาจุดวาบไฟประมาณ 10-20oC และเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นเลยจุด ไห ม ไ ฟไ ป อี ก ก็ จ ะ ถึ งจุ ด ลุ ก ติ ดไ ฟ ไ ด เอ ง ( Auto-ignition temperature) ซึ่งที่อุณหภูมินี้ สารนั้นจะสามารถลุกติดไฟไดเอง โดยไมตองมีแหลงกําเนิดไฟ ดังนั้นอุณหภูมิในการปฏิบัติใชงาน ควรต่ํากวาจุดวาบไฟของน้ํามันไฮดรอลิกที่ถูกเลือกใช ผลการ ทดลองพบวาจุดวาบไฟ BIOD+EVA5 และ BIOD+EVA5+AW มี คาเทากันคือ 174oC ต่ํากวาจุดวาบไฟของ PTT46 และ PTT68 ซึ่งมีคา 241 และ 251oC ตามลําดับ ขณะที่จุดวาบไฟของ WVO ไมสามารถวัดคาไดเพราะเกินความสามารถของเครื่องทดสอบ แม ว าผลทดสอบจุ ดวาบไฟของBIOD+EVA5 และ BIOD+ EVA5+AW จะต่ํากวา PTT46 และ PTT68 แตจุดวาบไฟของพวก มั น ก็ มี ค า สู ง กว า เกณฑ ม าตรฐานผลิ ต ภั ณ ฑ อุ ต สาหกรรม มอก.977-2551 น้ํา มัน ไฮดรอลิก -พื้น ฐานน้ํ า มัน แร (สํ านั กงาน มาตรฐานผลิตภัณฑอุตสาหกรรม กระทรวงอุตสาหกรรม, 2551) กําหนดเกณฑจุดวาบไฟต่ําสุดที่ 168oC สําหรับน้ํามันไฮดรอลิก VG68 อางถึงการทดสอบแบบ Pennsky-Martens Closed cup เชนเดียวกับการทดสอบของงานวิจัยนี้ เมื่ออุณหภูมิของน้ํามันลดต่ําลงความหนืดหรือความตานทาน การไหลของน้ํามันจะเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ จนในที่สุดน้ํามันจะหยุด ไหล อุณหภูมิต่ําสุดที่น้ํามันเริ่มหยุดไหลเรียกวา “จุดไหลเท” โดย ปกติคุณสมบัติการไหลและตานทานตอสภาพอากาศที่อุณหภูมิตา่ํ ของน้ํามันหลอลื่นจากน้ํามันพืชเปนปญหาหลัก (Sevim and Svajus, 2010) จาก (Table 1) พบว าจุ ดไหลเทของ BIOD+EVA5, BIOD+EVA5+AW และ WVO มีคาสูงกวาจุดไหลเทของ PTT46 และ PTT68 และสู งเกินเกณฑ มาตรฐานผลิ ตภัณฑ อุตสาหกรรม มอก. 977-2551 อีกดวย การปรับโครงสรางทางเคมี (Josiah and Quan, 2016) สามารถช ว ยแก ป ญ หาและปรั บ ปรุ ง คุ ณ สมบั ติ ของน้ํามันพืชที่อุณหภูมิต่ําได 18

3.2 ผลของคุณสมบัติไทรโบโลยี น้ํามันไฮดรอลิกทั้ง 3 ที่ถูกคัดกรองจากผลของคุณสมบัติ กายภาพและเคมีวาคุณสมบัติเบื้องตนใกลเคียงกับ PTT46 และ PTT68 จึงนํามาศึกษาคุณสมบัติไทรโบโลยีดวยเครื่อง CSM แบบ Ball on Disk ที่เงื่อนไขการทดสอบเดียวกันตาม (Table 2) สําหรับ (Figure 5) เปนกราฟแสดงคา COF ที่เวลาใดๆ ระหวาง ผิวสัมผัส Disk และ Ball โดยมีน้ํามันไฮดรอลิกที่ศึกษาเปนสาร หลอลื่น ลักษณะกราฟ COF จะเขาสูสภาวะคงที่ ณ. เวลาหนึ่ง คาสัมประสิทธิ์ความเสียดทานเฉลี่ยแสดงใน (Figure 6) พบวา น้ํามันไฮดรอลิกที่ถูกเลือกทั้ง 3 ตัวอยางมีคาเฉลี่ย COF ต่ํากวา PTT68 และ BIOD+EVA5+AW มีคาเฉลี่ย COF ต่ําที่สุดเพราะมี สารต อ ต า นการสึ ก หรอ เห็ น ได ว า น้ํ า มั น ไฮดรอลิ ก ที่ ถู ก เลื อ ก เหล า นี้ ใ ห คุ ณ สมบั ติ ก ารหล อ ลื่ น ที่ ดี ก ว า น้ํ า มั น ไฮดรอลิ ก เชิ ง พาณิชยอยาง PTT68. L.A. Quinchia et al. (2014) อธิบายไว วา EVA ในน้ํามันพืชชวยลดความเสียดทานของพื้นผิวสัมผัสและ การสึกหรอดวย และใน WVO มีน้ํามันพืชเปนองคประกอบหลัก ซึ่งเปนสารหลอลื่นที่ดีอยูแลวโดยมีสายโซโมเลกุลของกรดไขมัน ในน้ํามันพืชเปนตัวชวยสรางชั้นฟลมระหวางผิวสัมผัสทั้ง 2 ทําให มันไมสัมผัสกันโดยตรง (Alessandro et al., 2017). ผลจากกลองจุลทรรศน (Figure 7) แสดงพื้นผิวหนาตัดบริเวณ ทีส่ ึกหรอและเสนผานศูนยกลางบริเวณสึกหรอของ Ball เพื่อนํามา คํานวณหาปริมาตรการสึกหรอแสดงใน (Figure 6) พบวาปริมาตร สึกหรอของน้ํามันไฮดรอลิกทั้ง 3 ตัวอยางมีต่ํากวา PTT68 อยาง เห็นไดชัดและเปนแนวโนมเดียวกันกับคาสัมประสิทธิ์ความเสียด ทานเฉลี่ยดวย เนื่องจากผลของ EVA ตามคําอธิบายขางตน และ เปนที่นาสังเกตวาผลของ WVO (ปราศจาก EVA) ก็นาสนใจ เพราะวา WVO มีน้ํามันพืชเปนองคประกอบหลักโดยมีกรดไขมัน เป นส วนประกอบซึ่ งเป นสารหล อลื่ นที่ ดี อยู แล ว และงานวิ จั ย Syahrullail et al., (2013) พบวาน้ํามันปาลมมีคุณสมบัติตอตาน การสึกหรอดีกวาน้ํามันไฮดรอลิกพื้นฐานน้ํามันแร

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 13-22 0.17

Coefficient of friction

0.16

PTT68

0.15 0.14

BIOD+EVA5

0.13 0.12

WVO

0.11

BIOD+EVA%+AW 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500

0.1 Time (second) Figure 5 Coefficient of friction at distance of ball by CSM tribometer.

0.4

0.374

0.3 0.2265 0.2

0.1

0

0.109

0.119

0.1019

0.155

0.135

0.0677

BIOD+EVA5+AW

WVO

Wear Volume, x 0.1 mm3

BIOD+EVA5

PTT68

Average of COF

Figure 6 Comparision of average of COF and wear volume for hydraulic oils.

19

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2561), 13-22

Figure 7 Wear charteristic on Ball by microscope A) BIOD+EVA5+AW, B) WVO, C) BIOD+EVA5 and D) PTT68.

4 สรุปผลงานวิจัย การศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพ-เคมี และสมบัติไทรโบโล ยีของน้ํามันไฮดรอลิกพื้นฐานน้ํามันพืชเกาใชแลวที่พัฒนาขึ้น ทํ า ให เ ชื่ อ ได ว า มี ศั ก ยภาพทดแทนน้ํ า มั น ไฮดรอลิ ก พื้ น ฐาน ปโตรเลียมได จากบทสรุปตอไปนี้ EVA เปนตัวปรับความหนืดที่ดีโดยปรับความหนืด BIOD จาก 5.81 cSt เปน 48.6 cSt (BIOD+EVA5) ที่ 40oC ทําใหความหนืดมี คาใกลเคียงกับความหนืดของ PTT46 ที่ 40oC VI น้ํามันไฮดรอลิกพื้นฐานน้ํามันพืชเกาใชแลวทั้ง 3 ตัวอยาง ไดแก BIOD+EVA5+AW, BIOD+EVA5, และ WVO มีคาสูงกวา PTT46 และ PTT68 ซึ่งคุณสมบัติที่ดีของน้ํามันไฮดรอลิก จุดวาบไฟของน้ํามันไฮดรอลิกพื้นฐานน้ํามันพืชเกาใชแลว ทั้ง 3 ตัวอยาง สูงกวาเกณฑมาตรฐานอุตสาหกรรม มอก.9772551 ขณะที่จุดไหลเทสูงกวาเกณฑม าตรฐานและอาจเป น ปญหาเมื่อใชงานที่อุณหภูมิต่ํา

20

น้ํามันไฮดรอลิกพื้นฐานน้ํามันพืชเกาใชแลวทั้ง 3 ตัวอยาง แสดงคุณ สมบั ติการหล อลื่น และตอต านการสึ กหรอที่ดี กว า PTT68 5 กิตติกรรมประกาศ ผู วิ จั ย ขอแสดงความขอบคุ ณ เป น อย า งสู ง แด ก รม วิ ท ยาศาสตร ท หารเรื อ ที่ อ นุ เ คราะห ก ารทดสอบ, ผศ.ดร. รัตนพล มงคลรัตนาสิทธิ์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคล พระนคร เอื้อเฟออุปกรณในหองปฏิบัติการเคมี, อาจารยจีรา ภรณ ศรี ป ระเสริ ฐ ภาควิ ช าวิ ศ วกรรมเครื่ อ งมื อ และวั ส ดุ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกลาธนบุรี แนะนําและให ความรูการทดสอบไทรโบโลยีดวยเครื่อง CSM.

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 13-22 6 เอกสารอางอิง J.E. Martín-Alfonso and C.Valencia. 2015. Tribological, ไทยโพสต. 2012. เสนอออกกฏหมายควบคุมน้ํามันทอดซ้ํา, rheological, and microstructural characterization of แหลงข อมูล: http://suchons.wordpress.com/2012/05/07/ oleogels based on EVA copolymer and vegetables เขาถึงเมื่อ 11 พฤษภาคม 2557. oils for lubricant applications, Tribology International ธาดา ทรัพยพิพัฒนา, ชนินทร ตรีมิ่งมิตร และ ธนวรรณ พิณ 90, 426–434. รัตน. 2558. ปจจัยสําคัญของปฏิกิริยาทรานสเอสเทอริฟเค Josiah McNutt and Quan (Sophia) He. 2016. ชันเพื่อการผลิตไบโอดีเซล, วิศวสารลาดกระบัง 32(2), 1-5 Development of biolubrations from vegetable oils ปกรณ ชุมรุม, วารุณี เปรมานนท และ คมกริช ละวรรณวงษ. via chemical modification, Journal of Industrial and 2559. การประยุ ก ต ใ ช ก ารปรั บ สภาพผิ ว เพื่ อ เพิ่ ม ความ Engineering Chemistry 36, 1-12. ต า นทานการสึ ก หรอในแม พิ ม พ ตั ด , วารสารวิ ช าการ K.Kamalakar, Amit Kumar Rajak, R.B.N Prasad, and M.S.L เทคโนโลยีอุตสาหกรรม 12(1), 13-27.

Karuna. 2013. Rubber seed oil-based biolubricant ยูคอน. 2016. น้ํามันไฮดรอลิก (Hydraulic oil) เกิดฟองต่ํา US base stocks: A potential source for hydraulic oils, systhetic เหนื อ ระดั บ – Yukon, แหล ง ข อ มู ล http://Industrial Crops and Products 51, 249–257. www.yukonlubricants.com/productcatgory/lubricant L.A.Quinchia, M.A.Delgado, C.Valencia, J.MFranco and s-for-industrial/hydraulic-oil/ เขาถึงเมื่อ 18 กุมภาพันธ C.Gallegos. 2010. Viscosity modification of different 2560. vegetable oils with EVA copolymer for lubricant วารุณี เปรมานนท. 2547. พฤติกรรมดานไตรบอโลยีของ applications, Industrial Crops and Products 32, 607– ผิวสัมผัสระหวางเหล็กทําพิมพและเหล็กกลาไรสนิมโดยการ 612. จําลองการทํางานบนเครื่องแบบ Ball-on-disk. การประชุม L.A.Quinchia, M.A. Delgado, T.Reddyhoff, C.Gallegos วิชาการเครือขายวิศวกรรมเครื่องกลแหงประเทศไทยครั้งที่ and H.A. Spikes. 2014. Tibological studies of 18 ประจําป 2547. ขอนแกน, มหาวิทยาลัยขอนแกน potential vegetable oil-based lubricants containing จังหวัดขอนแกน. environmentally friendly viscosity modifiers, สํ า นั ก งานมาตรฐานผลิ ต ภั ณ ฑ อุ ต สาหกรรม กระทรวง Tribology International 69, 110-117. อุตสาหกรรม (2551). มอก.977-2551 น้ํามันไฮดรอลิก – Lou A, and T.Honary. 1996. An investigation of the use พื้ น ฐานน้ํ า มั น แร , ประกาศในราชกิ จ จานุ เ บกษา ฉบั บ of soybean oil in hydraulic systems, Biosource ประกาศและงานทั่วไป, เลมที่ 125 ตอนพิเศษ 98ง.

Technology 56, 41-47.

Alejandrina Campanella, Eduardo Rustoy, Alicia Piyush S. Lathi and Bo Mattiasson. 2007. Green Baldessari and Miguel A. Baltanás. 2010. Lubricants approach for the preparation of biodegradable from chemically modified vegetable oils. Bioresource lubricant base stock from epoxidized vegetable oil, Technology 101, 245–254.

Applied Catalysis B: Environmental 69, 207–212.

Alessandro Ruggiero, Roberto D’ Amato, Massimiliano Ruggiero A, D’Amato R., Merola M., Valášek P. and Merola, Petr Valašek, Miroslav Müller. 2017.

Müller M. 2016. On the tribological performance of Tribological characterization of vegetal lubricats: vegetal lubricants: experimental investigation on Comparative experimental investigation on JatroJatropha Curcas L. oil, Procedia Engineering 149, pha cuscas L. oil, Rapeseed Methyl Ester oil, 431 – 437.

Hydrotreated Rapeseed oil, Tribology International Sevim Z. Erhan and Svajus Asadauskas. 2000. Lubricant 109, 529-540. basestocks from vegetable oils, Industrial Crops G.Mendoza, A.Igartua, B.Fernandez, F.Urquiola,S.Vivanco and and Products 11, 277–282.

R.Arguizoniz. 2011. Vegetable oils as hydraulic fluids for Sovereign Lubricants (UK) Ltd. 2016. Omega 904 – Industrial Oil agricultural applications, GRASAS Y ACEITES 61(1), 29-38.

Concentrate, Available at: http://sovereignomega.co.ukI.Golshokouh, J.Y.Wira, N.A.Farid and S.Syahrullail. 2013. /omega-904-industrial-oil-concentrate/ Accessed on 28 Palm fatty acid distillate as an alternative source March 2016. for hydraulic oil, Applied Mechanics and Materials 315, 941-945.

21

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2561), 13-22 S. Syahrullail, N. Nuraliza, M.I. Izhan, M.K. Abdul Hamid, D. Md Razak. 2013. Wear Characteristic of Palm Olein as Lubricant in Different Rotating Speed, Procedia Engineering 68, 158 â&#x20AC;&#x201C; 165.

Theo Mang, Kirsten Bobzin, and Thorsten Bartels. 2011.

Industrial Tribology: Tribosystems, Friction, Wear and Surface Engineering, Lubrication, Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Tirth M. Panchal, Ankit Patel, D.D. Chauhan, Merlin Thomas and Jigar V. Patel. 2017. A methodological review on bio-lubricants from vegetable oil based resources, Renewable and Sustainable Energy Reviews 70, 65â&#x20AC;&#x201C;70.

Yaogang Wang, Changhe Li, Yanbin Zhang, Benkai Li, Min Yang, Xianpeng Zhang, Shuming Huo, Guotao Liu and Mingge Zhai. 2017. Comparative evaluation of the lubricating properties of vegetable-oil-based nanofluids between frictional test and grinding experiment, Journal of Manufacturing Processes 26, 94-104.

22

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 23-30

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561) 23-30 Available online at www.tci-thaijo.org/index.php/TSAEJ

บทความวิจัย ISSN 1685-408X

The Development of the Expanding Rollers, Sapodilla Sizing Machine Model 2.

Tannachart Wantang1* 1

Department of Production Engineering and Management, Faculty of Agricultural Technology and Industrial Technology, Phetchabun Rajabhat University, Phetchabun, 67000 *Corresponding author: Tel: +66-56-717-164, Fax: +66-56-717-164, Email: tannachart.w@pcru.ac.th

Abstract This research is to study the development of the expanding rollers, sapodilla sizing machine model 2. This has been done by studying the optimal factors of developing the expanding rollers, sapodilla sizing machine, examining the machine’s competency and evaluating the satisfaction with sapodilla orchards after trying out. The 32 factors factorial designed and the analysis of experimental variance was applied to studying the optimal factors of developing this machine in order to study influential variables which affect the accuracy of sapodilla sizing which could be grouped into 4 sizes; 1, 2, 3, and 4 (small, medium, large, and extra-large). This research also studied the speed factor of spindle at 100, 200, and 300 rpm and the angle of inclination factor of spindle at 5 degree, 10 degree, and 15 degree. The study found that all factors statistically significant affected the accuracy of sapodilla sizing. The spindle speeds at 200 rpm and the spindle’s angle of inclination at 5 degrees was the most proper for sizing. We took these factors to develop the machine. After examine the quality of the machine it is found that the mean of productivity was 473 kg h-1 which was more than the manual sorting about 2.60 times and less than 2.49 times for old version because minimizing the machine size. The error rate was 5.17% which the accuracy was gained from the previous model was 1.48%. The electricity consumption rate was 5.88 bath h-1. The economic analysis indicated that the payback period was 1.13 years. The satisfaction evaluation, 43 sapodilla orchards of evaluate this machine at 4.27 which was in good level.

Keywords: Sapodilla, Sizing machine, Optimal factor 1 Introduction

The sapodilla cultivated area in Thailand is around 16,878 hectares. The major planted areas are Rachaburi (6,092 hectares), Sukhothai (5,535 hectares), Nakhon Ratchasima (2,728 hectares), Phetchaburi (828 hectares) and scattered around the country. The productivity from all provinces is around 13,409 tons y1 (Department of Agriculture Extension, 2016). The total value of the entire country are approximately 230 million Bahts. Especially in Sukhothai could earn 51 million baths (Prapet et al, 2015) The species of sapodilla which are cultivated in Thailand are divided into 2 main species, Thai sapodilla and Foreign sapodilla. Thai sapodilla or Seda sapodilla is local species, it is sweet but small fruit. The another species is imported from aboard such as Makok, Khaihan, Kasuay sapodilla, etc. In the recent, the Makok and

Kaihan sapodilla is the most popular with distribution because they are easy to grow and provide a lot of productivity. The sapodilla is an attractive upright, slow-growing, long-lived evergreen tree. The fruit is round to egg-shape, 2 - 4 inches in diameter. The flavor is sweet and pleasant, ranging from a pear flavor to crunchy brown sugar. The end of October to the beginning of February is the best period for harvesting the sapodilla because of the large productivity. The mean of productivity in this period is around 50-100 kg/tree. The fruit could be harvested in the morning and afternoon period. It takes time 3-5 hours d-1.

Sapodilla sizing should be done gently because of thin skin and it could be affected on 5% of distribution process (Suthumchai, 2003). Therefore, gentle sizing is should be considered. But lacking of labor is the barriers of this process. Sapodilla without sizing is cost around 6 - 8 baths kg-1 comparing with sapodilla with 23

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 23-30 sizing the cost is going to be higher. The code size 3 are cost around 10 - 12 baths kg-1 and code size 1 is cost around 30 - 50 baths kg-1 Therefore, the innovation for sapodilla sizing is needed.

The researcher studies the way to develop the expanding rollers, sapodilla sizing machine which uses the principle of using double spindle in a way that tilt.

Sapodilla flows along the pipes and falls over in the larger space and flow into the baskets belong its size.

(Wantang, 2017), Cylindrical wheel spindles sapodilla sizing machine spins the fruit and makes it fall depending on its size but the experiment found that this machine is not gentle for sapodilla sizing.

(Thepsatri Rajabhat University, 2012), Betel nut spiral spindle sizing with different sizes of holes that can group three sizes of betel nuts (Meein, 2014), Sugar apple sizing which uses principle of counterbalance, the sugar apple with higher weight than pendulum is going to roll out of the tray. This machine could group 5 sizes (Pramart et al, 2014), Cylinder with strainer jobâ&#x20AC;&#x2122;tears sizing with the various sizes of hole can grouped many sizes (Phaichin et al, 2013), Weight sizing machine select the fruit by using weight for grouping the fruit (Inyasri et al, 2011), Strainer garlic sizing can size the garlic with the different sizes of holes of the strainer (Langapin et al, 2013), Running water system through the track is used for sizing two sizes of the jujube fruit (Vichaiya, 2011), Lemon will be captured by a webcam and Lemon images will be processed with MATLAB. lemons can be selected, counted and separated depending on their sizes and conditions (Phooyapaet et al, 2007), Double cylinder orange sizing with different sizes of holes can group the size of the orange while the machine is spinning (Likhitchewan, 2005), Guava and mangosteen sizing machine with the sizing plate spins to pick the small size of the fruit first and then selects the medium and big size later. (Jarimopas and Rachanukroh, 2002) (Jarimopas et al, 2001) and the mentioned sizing machines uses the principle of physical appearances of the fruits such as appearance, weight, mean, space, and gravity (Peleg, 1985) From concern literature, each machine has both advantages and disadvantages. The objective of this study is developing the expanding rollers, sapodilla sizing machine model 2 which this machine exactly 24

size of the sapodilla properly but this machine still has the point that need to be developed such as the large size of the machine and its weight. Those can cause the difficulty for the removal of the machine and it should be developed the supporter for decreasing the damage of sapodilla. The production rate of 1,176 kg h-1 and error rate of the machine is 6.65% (Wantang, 2017) The guideline on developing the machine is by studying the suitable factors of developing the double spindle, sapodilla sizing machine; minimizing the machine size, finding out the productivity rate and accurate percentage in sizing, comparing with human labor, decreasing electricity consumption, more convenience, higher quality, decreasing payback period. Then try out the machine with sapodilla orchards.

2 Materials and methods 2.1 Components

The machine designed by NX 8.5 programs which improves on the previous model. The new model concerns about the size, high competency, and accurate sizing of the machine. Then find out the suitable factors: speed of spindle, tilt of spindle, productivity rate, electricity consumption rate, human labor and previous model productivity rate, accuracy percent.

The main components (Figure 1) are the following.

1) Sapodilla truck is made of 19 mm iron. (41 cm x 51 cm x 8.5 cm.) The side wall is painted with acrylic thick 1 cm. and it has flowing space for sapodilla (8.5 cm) inside the truck.

Figure 1 Assembly drawing and details of a sapodilla sizing machine using expanding rollers, Model 2.

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 23-30 2) Chassis supports the weight and connects the other components. (180 cm x 520 cm x 70 cm) which are equipped with wheels for mobility.

3) Double spindle sizing sapodilla is made from stainless steel SUS 304. (Ø 6.4 cm length 180 cm) The principle of using double spindle in a way that tilts which can make sapodilla flows along the pipes and falls over in the larger space and flow into the baskets belongs to its size. This machine could code size 4 sizes are 1, 2, 3 and 4. (National Agricultural Commodity and Food Standards, 2011) (Table 1) which the spindle on the left side rotates counter-clockwise and another side rotates clockwise. Spindle speed can be adjusted using the control box to adjust the speed and spindle angles that can be adjusted by using scale in front of the machine.

Table 1 Sizes of the indicated class.

Code Unit weight Number of units -1 size (Unit g ) (approximately kg-1) 1 >105 ≤9 2 >90 - 105 9 - 11 3 >75 - 90 11 - 13 4 >60 - 75 13 - 16 4) Spindle tilt angle adapters adjusts to the suitable angle for the spindle and spindle space adapters for accurate sizing.

5) Panel sizing machine makes the sapodillas flow into 25 kg basket belong to its size. (51 cm x 180 cm) The panel is divided into 4 channels. The channel could be adjusted to accurate size. In areas where the sapodilla skin is exposed are covered with rubber to prevent damaging.

6) Motor power acts as rotational power for double spindle in sapodilla sizing. In the beginning stage, we examine proper factors of spindle speed by using inverter motor speed controller size 4 kW – 6.7 kVA – 5 hp, frequency 50/60 Hz with 3-phase motor power 220 V. From the experiment, proper factors will be taken to set the constant speed for sizing with AC 220 V (1 hp) motor power. (Figure 2) 7) Controller boxes controls the electrical system.

The controller box consists of circuit breaker, switch, 220 V motor power switch, and indicator LED.

Figure 2 Reverse gear assembly drawing and details of a sapodilla sorting machine.

Figure 3 The sapodilla sizing machine using expanding rollers, Model 2.

2.2 The examination for finding out the proper

factors for double spindle sapodilla sizing.

After finishing the machine assembling (Figure 3), we study the proper factors of double spindle sapodilla sizing machine by using the three factors factorial design in order to study about the main and other minor effects on variable responses that are the accuracy sapodilla sizing for 4 sizes, small, medium, large, and extra-large (Figure 5) There are 2 control factors which are the speed of spindle: 100, 200 and 300 rpm and the tilt of spindle 5°, 10° and 15° (Table 2) As speed and tilt are the important factors that affect the sizing competency, so the experiment has been repeated for 3 times together with the analysis from Minitab program found that the power of test in more than 0.95 (Power of test ; 1-). The variance analysis is analyzed by using Minitab R17 program and it has found that the control variables are the selected sizes of sapodillas: number 1, 2, 3 and 4 (Figure 4) or small medium large and extra-large, 50 fruits for each size that makes 200 fruits altogether. The sapodillas that we can get are unripe and damage fruits. The variable is the percentage of accuracy of 4 sizes of the sizing with recording the accuracy size of the sapodillas from the sizing machine.

25

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 23-30 2.4 The satisfaction evaluation of sapodilla orchards.

The satisfaction evaluation consists of 4 items: machine design, safety, convenience, and productivity.

Score data uses rating scale, analyze data uses Likert scale, and select sample group uses purposive selection. The sample group is 43 sapodilla orchards in Nongkwai sub-district, Lomsak district, Phetchabun province.

Figure 4 Size of sapodilla.

Table 2 Typical data for the experiment.

Level Factor Low Intermediate The speed of 100 200 spindle (rpm) The tilt of spindle 5 10 (°)

3 Results and discussion 3.1 The result of the examination for finding out the

High 300 15

2.3 The test of the production rates and the

competency of the machine comparing with the original model.

2.3.1 The test for the production rate of the

machine After study about the suitable factors for building the double spindle sapodilla sizing machine, speed and tilt, they are determined for the production rates of the machine with only one person for one machine.

The test of the production rates has been repeated for 3 times, the variables are the production rates per hour, the electricity consumption measured with Amp Meter (15 Amp) and they are calculated as the household electricity consumption 3.94 baht per unit for the other basic household electronic appliances.

2.3.2 The test compares the competency between

original machine model and human labor.

The test of comparing the competency between original sizing machine models and 1 human labor to size the fruits continuously for 1 hour. The test has been repeated for 3 times, and it found that the percentage of accuracy sizing is the variable measure that can be calculated by using the following equation. (Chayaprasert, 2012)

Success = 26

S Ă&#x2014;100 100

(1)

proper factors for double spindle sapodilla sizing.

From experiment (Table 3) found that every factor has P- Value = 0 which is less than significant level at 0.05 (reliability 95%). So the spindle speed (A) statistically significant affects accurate sapodilla sizing and spindle tilt angle (B) statistically significant affects accurate sapodilla sizing. For the overall effects factors found P-Value = 0 which is less than 0.05, both factors respond to each other. These can affect the sizing accuracy. From the data onto valued coefficients R2 adj equal to 89.74% that means the regression can explain the changing of variable response more than 80% (Table 4) The data is examined the accuracy according to 3 principles hypothesis of Montgomery (Montgomery, 2001) which are the test of normal distribution (Figure 5), straight line distribution. Later Fitted Value found (Figure 5), unformed distribution that shows constant variance and the error during the test (Figure 5) The distribution of the remained factors is independent, having random distribution which proves the 3 principle of the hypothesis. In the area of the suitable factors analysis from Interaction Plot (Figure 6) shows using speed at 200 rpm. and tilt angles at 5° can provide the best accuracy sapodilla sizing.

Then the most suitable factors will be brought to determine the suitable speed and tilt angles for developing the machine and the further production rate.

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 23-30 Residual Plots for Respond Versus Fits

99

5.0

90

2.5

Residual

Percent

Avera ge

Normal Probability Plot

50 10 1

0.0 -2.5 -5.0

-5.0

-2.5

0.0

2.5

5.0

70

80

Residual

88.67

Histogram

Versus Order 5.0

4.5

Residual

Frequency

84.17

90

Fitted Value

6.0

3.0 1.5

2.5 0.0 -2.5 -5.0

0.0

-4

-2

0

2

4

2

4

6

Residual

8

10 12 14 16 18 20 22 24 26

Observation Order

Figure 5 Residual Plots for Respond.

84.50 Interaction Plot for Respond Data Means 95

94.83

Speed level 100 200 300

90

85

88.17

Mean

Table 3 The result of experiment.

The speed The tilt of Accuracy of of spindle spindle the size (rpm) (°) sorting (%) 87.5 5 88.5 90.0 88.0 10 82.5 100 82.0 77.5 15 85.0 84.5 93.5 5 94.5 96.5 87.5 200 10 89.0 88.0 76.0 15 79.5 71.5 88.5 5 90.0 90.0 88.5 300 10 86.0 85.0 69.0 15 66.0 70.5

80

75

70

75.67

5

10

15

Roller spindle tilt

Figure 6 Main effects plot and interaction plot.

89.50 86.50 68.50

Table 4 Analysis of variance for the experiment.

Sourc D PAdj SS Adj MS F-Value e F Value A 2 103.20 51.593 8.18 0.003 B 2 1116.10 558.037 88.50 0.000 A*B 4 264.40 66.093 10.48 0.000 1 Error 113.50 6.306 8 2 Total 1597.10 6 S = 2.51109 R-sq = 92.89% R-sq (adj) = 89.74%

3.2 The result of the experiment for comparing the

productivity between machine and human labor.

The study found that the mean of machine productivity is 473 kg h-1 which is higher than the mean of human labor productivity 183 kg h-1 and less than the previous model which is around 100 kg h-1. From this data, we found that machine productivity rate is higher than human labor productivity rate of 2.60 times and less than previous model about 2.49 times because minimizing the machine size is more convenient for using. The productivity rate per day is 1,892 kg h-1 which is only 4 hours of the afternoon.

The machine has accuracy rate of 94.83% (Table 5) when compare with human labor has the accuracy rate of 100%. Compare with the previous model, this machine has better accuracy rate than the old one 1.48%. The study found that while the machine working, it consumes 6.78 A. or 1.49 kW which costs the electrical consumption rate is 5.88 bath h-1. It costs as the same price as the Air conditioner with 12000 BTU, Rice cooker capacity 4 liters etc.

27

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 23-30 Table 5 Result summary of comparison between the machine and manual.

Production rate Accuracy of the Test (kg hour-1) size sorting (%) 459 93.50 Sapodilla 480 94.50 sorting machine 480 96.50 Average 473 94.83 185 100 Manual 186 100 178 100 Average 183 100 In eco nomics analysis for the payback period, it found that the cost of sapodilla sizing the machine is 16,000 baht with 1,892 kg 4 h-1 working for the production rate. For one human labor 4 hours working per day provides 732 kg 4 h-1. From the data, if you would like to get the same production rate of the machine by using human labor, you have to hire 2.58 persons. So the net profit of using the machine is 16,718.97 baht comparing the cost of the machine 16,000 baht, maintenance 1,500 baht y-1, Lifetime is 10 years, residual value 2,000 baht with 1.13 payback period.

(Table 6) Table 6 The pay back period.

Title Sapodilla sizing machine Production rate 473 kg h-1 1892 kg d-1 Wage (Baht d-1) 300

Manual 183 kg h-1 732 kg d-1 1,892/732=2.58 2.58x300=775.41 0

Electricity charge 5.88 Bahtx4 hr = (Baht d-1) 23.52 -1 Expenditure (Baht d ) 323.52 775.41 Difference cost 775.41 – 323.52 = 451.89 Baht d-1 Total product 70,000 kg y-1 Cost reduction (70,000/1,892) x 451.89 = 16,718.97 Baht d-1 Straight – Line (16,000 Baht – 2,000 Baht)/10 year = method 1,400 Baht y-1 Total cost 16,000 Baht + 1,400 Baht/year + 1,500 Baht y-1= 18,900 Baht Payback period 18,900 / 16,718.97 = 1.13 year

28

3.3 The result of satisfaction evaluation of sapodilla

orchards.

The result of satisfaction evaluation of 43 sapodilla orchards in Nongkwai sub-district, Lomsak district, Phetchabun province consists of 4 items (Figure 6); design, safety, convenience, and production are 4.33, 4.22, 4.24 and 4.31 as ordering. It is in a good level for all items and the average satisfaction are 4.27 which are good level with 0.67 standard deviations. (Table 7)

Figure 8 Sapodilla orchards Nongkwai sub-district, Lomsak district, Phetchabun province.

Table 7 A satisfaction survey of the orchards to a sapodilla sizing machine, Model 2 in Phetchabun province of Thailand.

Satisfaction Overall scale Question satisfacti on ( x ) (S.D) Machine frame 4.56 0.56 Materials 4.26 0.69 Design Sorting mechanism 4.37 0.66 Motor transmission 4.12 0.59 Satisfaction level 4.33 0.63 Electricity 4.16 0.69 Power mechanic 4.19 0.63 Safety Transmissions 4.30 0.67 Satisfaction level 4.22 0.66 Easy to control switch 4.44 0.63 Easy to fill sapodilla 4.30 0.74 Easy to Easy to maintenance 4.12 0.73 use Easy to moving 4.12 0.70 Easy to use the basket 4.23 0.65 Satisfaction level 4.23 0.69 Enjoyable with accuracy 4.37 0.62 Enjoyable with Producti 4.30 0.60 production rate on rate Non damage, bruise and 4.20 0.80 cracks Satisfaction level 4.31 0.69 Overall satisfaction level 4.27 0.67

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 23-30 4 Conclusion

From the development, test, and competency evaluation of the double spindle sapodilla sizing machine model 2 with factorial design found that the speed and tilt angle affect the accuracy of the sapodilla sizing competency with different statistical significant level at 0.5 The suitable factors are speed at 200 rpm and tilt angles at 5° that can cause the best accuracy to the sizing machine. For analysis of variance found that proves the hypothesis; The competency of the machine the production rates is 473 kg h-1 or 1,892 kg h-1 for 4 working hours in the afternoon which provides 2.60 times higher productivity than one human labor and about 2.49 times less than the previous first model because of minimizing the machine size.

The accuracy is 1.48% better than the previous model or the error rate is 5.17%.

The electricity consumption is 5.88 baht h-1 and the payback period is within 1.13 years.

The result of evaluation for 4 items; design, safety, convenience, and production is in a good level for all items. The development of this machine can be used for agriculture and it is the useful technology for the community 5 Acknowledgement

The authors also wish to thank the Research and Development Institute of Phetchabun Rajabhat University for research funds.

6 References

Chayaprasert, W., Poniyom, K., Kheawkham, A., Deetong. P. 2012. Development of a singleseat tobacco transplanter. Thai Society of Agricultural Engineering Journal 18(1), 1-7.

Department of agricultural extension. 2016. Reports production plant for the year 2015 (sapodilla).

Available at: http://production.doae.go.th/report/re port_main_land_02_A_new2.php?report_type=. Access ed on 4 October 2016.

Inyasri, C., Yammen, S., Chaiprasart, P. 2011. Weight estimation of mangoes on dynamic weighing system by using modified median filter. Agricultural Science Journal 42(3), 446-449.

Jarimopas, B., Rachanukroh, D. 2002. Guava sizing machine. Agricultural Science Journal 33(6), 49-53.

Jarimopas, B., Niamhom, S., Suwanprateep, T. 2001.

Improvement of mangosteen fruit sizing machine.

Agricultural Science Journal 19(2), 121-131.

Langapin, J., Parnsakhorn, S., Hongto, R., Chanchana, A., Phulltawee, A. 2013. Design and development of a garlic sizing machine. KHON KAEN Agricultural Journal 41(2), 191-198.

Likhitchewan, S. 2005. Sizing machine automation was cylinders stacked several layers. Thai Patent Act No. 18014.

Montgomery, D.C. 2001. Design and analysis of experiments. (5thed). New York: John Wiley& Sons.

Meein, N. 2014. The development of betel nut size screening and cutting machine by value engineering techniques.

Master dissertation. Bangkok, Thailand: Department of Industrial Education, Srinakharinwirot University.

National bureau of Agricultural commodity and food standards. 2011. Thai agricultural standard 19-2011 sapodilla.bangkok: Ministry of agriculture and cooperatives.

Phaichin, B., Yangyuen, S., Laohavanich, J. 2013.

Factors Affecting the Separating of Job’s Tears after Hulling and Cleaning by Rotary Screen. Agricultural Science Journal 42(3), 497-500.

Peleg, K. 1985. Produce handling packaging and distribution. Westport, Connecticut: AVI Publishing Company. Inc. Phooyapaet, S., Kopraseadsud, A., Loy, A.F. 2007.

Image Processing-Based Lemon Grading Machine.

Bachelor dissertation. Bangkok, Thailand: Department of Electronic and Telecommunication Engineering, King Mongkut’s University of Technology Thonburi.

Pramart, K., Jaruwat, P., Jitjumnong, B., Veriyanan, S., Pratcharoenwanich, R., Youyen, N. 2014. Research and development of the sugar apple mechanical sizer. Agricultural Science Journal 45(3), 433-436.

29

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 23-30 Prapet, A., Chaovalit, S., Duanmesuk, W., Suwannachome, O., Janseanto, C. 2015. Research and development of technology to produce commercial sapodilla in the North Thailand.

Sukhothai: Sukhothai agricultural research and development center, Department of agricultural extension.

Suthumchai, W. 2003. Effect of harvesting stage and postharvest handling on quality of sapodilla.

Master dissertation. Bangkok, Thailand. Department of Horticulture, Kasetsart University.

Treeamnuk, K., Pathaveerat, S., Terdwongworakul, A., Janthong, M. 2010. Test of zero damage java fruit sizer. Agricultural Science Journal 41(1), 585-588.

Thepsatri Rajabhat University. 2012. Sapodilla sizing machine.

Available at: http://youtube.com/watch?v=cyxUize4QnY. Accessed on 27 February 2017.

Vichaiya, P. 2011. Design and fabricate of the sizing machine prototype for jujube. Agricultural Science Journal 42(3), 497-500.

Wantang, T. 2017. Design and fabrication of sapodilla sizing machine using expanding roller. Proceedings of the 55th Kasetsart University Annual Conference, 211-222. Kasetsart University. 31 Jan â&#x20AC;&#x201C; 3 Feb 2017, Bangkok, Thailand.

30

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 31-37

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561) 31-37 Available online at www.tci-thaijo.org/index.php/TSAEJ

บทความวิจัย ISSN 1685-408X

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการลอกเนื้อโดยเครื่องลอกเนื้อมะขาม Influence Factors of Pulp Extraction by Tamarind Pulp Extractor จันทรรัตน์ พิชญภณ1* Chantharat Phitchayaphon1* 1

คณะเกษตรและชีวภาพ, มหาวิทยาลัยราชภัฏจันทรเกษม, กรุงเทพฯ, 10900 Department of Agricultural and Life Science, Chandrakasem Rajabhat University, Bangkok, Thailand, 10900 *Corresponding author: Tel: +66-2-512-5192, Fax: +66-2-512-5192, E-mail: chantharat.p@cru.ac.th 1

บทคัดย่อ เครื่องลอกเนื้อมะขามเปียกที่ออกแบบและสร้างขึ้นเพื่อศึกษาปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการลอกเนื้อมะขาม มีส่วนประกอบที่สําคัญ ได้แก่ 1) ถาดป้อน 2) ห้องนวด 3) ลูกนวด 4) ตะแกรง 5) ถาดรองเนื้อมะขาม 6) ถาดรองเมล็ด และ 7) มอเตอร์ต้นกําลัง โดยถาด ป้อนมีมุมเอียง 10o ลูกนวดเส้นผ่านศูนย์กลาง 16 cm ยาว 59 cm ติดตั้งอยู่กับเพลา ขนาด 2.54 cm ซึ่งเชื่อมต่อกับพูลเล่ย์ขนาด 30.48 cm หุ้มด้วยห้องนวดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 17 cm ความยาว 62 cm ต้นกําลังจากมอเตอร์ขนาด 746 W 220 V มิติโดยรวม ของเครื่อง (กว้างxยาวxสูง) 50x100x100 cm น้ําหนัก 65 kg โดยอาศัยแรงเหวี่ยงเพื่อให้เกิดการนวดหรือขัดสีกับรูตะแกรงให้ได้เนื้อ มะขามออกจากเมล็ด ปัจจัยที่ศึกษา คือ ด้านความเร็วรอบของลูกนวดที่ 300, 360, 420 และ 480 rpm และขนาดรูตะแกรงเส้นผ่าน ศูนย์กลางที่ 3, 6 และ 9 mm ผลการทดสอบพบว่า ความเร็วรอบที่ 420 rpm และขนาดรูตะแกรงที่เส้นผ่านศูนย์กลาง 9 mm สามารถลอกเนื้อมะขามได้มากที่สุด ซึ่งให้ผลผลิตของเนื้อมะขามที่ 43.75% ซึ่งใกล้เคียงกับการลอกเนื้อมะขามด้วยแรงงานคนที่ 56.40% โดยมีกําลังการผลิต 5.22 kg h-1 และมีความสามารถในการทํางานมากกว่าการใช้แรงงานคน 14 เท่า เมื่อเปรียบเทียบ คุณภาพของเนื้อมะขามที่ได้จากการลอกด้วยเครื่องลอกเนื้อมะขามกับแรงงานคน พบว่าคุณภาพด้านสี (L*, a* และ b*) ความชื้น และ คุณภาพทางด้านประสาทสัมผัสไม่แตกต่างกัน (p>0.05). คําสําคัญ: มะขามเปรี้ยว, การลอก, แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง Abstract Tamarind pulp extractor is designed and developed to study the influence factors on tamarind pulp extraction. Extractor consist of 1) a feed tray (angle 10o), 2) a shelling unit, 3) a threshing unit, 4) a sieve, 5) tray of extracted pulp, 6) tray of extracted seed and 7) power supply (1 Hp; 220 V). The dimension and weight of extractor was (widthxlengthxheight) 50x100x100 cm and 65 kg, respectively. The extractor works on the principle of centrifuge force and scraping with sieve hole to extract pulp out of seed. The studied factors were extracting speed; 300, 360, 420 and 480 rpm respectively and sieve hole diameter; 3, 6 and 9 mm respectively. The results shown that tamarind pulp extract using extractor with 420 rpm of speed and 9 mm of sieve hole diameter gives the maximum yield. The percentage of yield using extractor and worker were 43.75 and 56.40%, respectively.

In addition, the capacity of extractor was 5.22 kg h-1 and was 14 times higher than using worker. The quality comparisons of extracted pulp between using extractor and worker indicated that color value (L*, a* and b*), moisture content and sensory qualities were not significantly difference.

Keywords: Sour tamarind, Extraction, Centrifuge force 1 บทนํา

มะขามเปรี้ ย วเป็ น พั น ธุ์ ม ะขามที่ นิ ย มนํ า มาทํ า เป็ น มะขามเปี ย กเพื่ อ ใช้ เ ป็ น ส่ ว นผสมของอาหารไทยและเป็ น เอกลั ก ษณ์ด้ า นรสเปรี้ ย วของอาหารไทย นอกจากนี้ยั ง ใช้ เ ป็ น ส่ ว นประกอบของอาหาร ยา และเครื่ อ งใช้ ใ นครั ว เรื อ นในรู ป

อุ ต สาหกรรมต่ า ง ๆ เช่ น โรงงานน้ํ า พริ ก เครื่ อ งปรุ ง น้ํ า พริ ก มะขามเปียกสําเร็จรูป สมุนไพรบํารุงผิวพรรณ เครื่องสําอาง ไวน์ ลู ก อม เครื่ อ งดื่ ม ชามะขาม ยาระบาย ยาลู ก กลอน ฯลฯ มะขามเปี ย กถู ก ส่ ง ออกไปยั ง ตลาดที่ สํ า คั ญ ได้ แ ก่ มาเลเซี ย อินโดนีเซีย สิงคโปร์ สหรัฐอเมริกา แคนาดา และประเทศแถบ ตะวันออกกลาง โดยปริมาณการส่งออกมะขามเปียกในปี 255031

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 31-37 2554 เพิ่มขึ้นจาก 409,000 kg เป็น 3,150,000 kg มีมูลค่าเพิ่ม ขึ้นจาก 9 ล้านบาทเป็น 76 ล้านบาท (สํานักงานเศรษฐกิจ การเกษตร, 2555) ราคาของมะขามเปียกในรูปแบบที่ยังมีเมล็ดมี ราคาอยู่ในช่วง 49-80 บาท kg-1 ในขณะที่ถ้ามีการแปรรูป เบื้องต้นโดยการนําเมล็ดออก หรือเรียกว่ามะขามแกะเมล็ดจะมี ราคาสูงขึ้นถึง 105-140 บาท kg-1 (ตลาดไท, 2559) แต่อย่างไรก็ ตามมะขามแกะเมล็ ด ในปั จ จุ บั น ผลิ ต ขึ้ น โดยใช้ แ รงงาน (Manohar et al., 1991) กล่าวถึงองค์ประกอบของกรดทาร์ทา ริก และกรดซิตริกสูงในมะขามทําให้เกิดปัญหาการระคายเคือง ผิ ว หนั ง หากมี ก ารสั ม ผั ส เป็ น เวลานาน นอกจากนี้ ปั ญ หาด้ า น ค่า จ้ า งแรงงานของไทยเริ่ มมี ปั ญ หามากขึ้ น จากการขึ้ น ค่า จ้ า ง แรงงานตามนโยบายของรัฐ ซึ่งเป็นผลให้ต้นทุนการผลิตสูงขึ้น ส่งผลต่อราคาสินค้า และการคืนสู่ถิ่นกําเนิดของแรงงานต่างด้าว ของการก้าวสู่ประชาคมเศรษฐกิจอาเซียน (ASEAN Economic Community: AEC) ในปีพ.ศ. 2558 ก็เป็นปัญหาหนึ่งของการ ขาดแคลนแรงงาน จากปัญหาดังกล่าวผู้วิจัยจึงมีแนวคิดในการ ออกแบบและสร้า งเครื่ องลอกเนื้ อ มะขามเพื่อ ศึก ษาปั จ จัย ที่ มี อิทธิพลต่อการลอกเนื้อมะขาม และเปรียบเทียบคุณภาพของเนื้อ มะขามที่ได้จากการใช้เครื่องลอกกับการใช้แรงงานคน

ศูนย์กลางจากใบพัดลูกนวดพามะขามเปียกหมุนเหวี่ยงรอบแกน ลูกนวด ไปขัดสีกับผนังที่มีรูเปิด หรือรูตะแกรงเพื่อแยกเนื้อและ เมล็ดมะขามออกจากกัน

A

B F

2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 มะขามเปรี้ยว

มะขามเปรี้ยวหรือมะขามเปียกมีเมล็ดที่ใช้ในการทดสอบใน วิจั ย ครั้ง นี้ ซื้อ จากตลาดไท กรุ งเทพฯ โดยคุณ ภาพของมะขาม เปรี้ยวที่ใช้ในการทดสอบมีความชื้นของเนื้อมะขามอยู่ในช่วง 24 - 27% 2.2 การออกแบบ และสร้างต้นแบบเครื่องลอกเนื้อมะขาม

เครื่องลอกเนื้อมะขามมีหลักเกณฑ์ในการออกแบบโดยอาศัย หลักการหมุนเหวี่ยง เพื่อให้มะขามเปียกที่มีเมล็ดอยู่ภายในถูก เหวี่ยง และขูดกับ ผนัง ตะแกรงซึ่ง ทํา จากวัส ดุส แตนเลสขึ้น รูป และทําให้เนื้อมะขามหลุดออกจากเมล็ด และมีช่องเปิดให้เนื้อ และเมล็ดมะขามหลุดออกจากเครื่องลอกเนื้อ โดยชิ้นส่วนหลัก สามารถถอดออกง่าย สําหรับใช้ทดสอบปัจจัยต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง กับการลอกเนื้อ ส่วนต้นกําลังใช้มอเตอร์ไฟฟ้า 220 V 746 W ใน การหมุนสร้างแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง (centrifuge force) สําหรั บ แยกสารหรื อ อนุภ าคโดยอาศัยหลั ก ความแตกต่า งของ ความหนาแน่นหรือขนาดของอนุภาค ซึ่งแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง สามารถกํ า หนดได้ โ ดยการปรั บ ความเร็ ว รอบการหมุ น โดยอนุภาคที่หนักกว่าจะมีแรงเหวี่ยงที่มากระทํามากกว่า (รุ่งนภา , 2541) Figure 1 a แสดงมะขามเปียกที่ใช้เป็นวัตถุดิบ ประกอบด้วยเนื้อและเมล็ด ซึ่งเป็นวัตถุที่ด้านนอกอ่อนนุ่มด้านใน เป็นของแข็ง เมื่อให้แรงกระทําโดยการขัดสีกับแผ่นโลหะเจาะรู จะทําให้เนื้อมะขามที่มีความอ่อนนุ่มแยกตัวออกจากเมล็ดมะขาม ผ่านรูไปที่ผนังอีกด้านหนึ่ง (Figure 1 b) ซึ่งหลักการนี้จะนํามาใช้ ในการพั ฒ นาเป็ นเครื่องลอกเนื้อ มะขาม โดยใช้ แรงเหวี่ ย งหนี 32

Figure 1 Sour tamarind (A) and tamarind seed (B) การสร้างต้นแบบเครื่องลอกเนื้อได้กําหนดปัจจัยที่สําคัญใน การศึกษาไว้ คือ (1) ความเร็วรอบลูกนวด และ (2) ขนาดรู ตะแกรง หลังจากนั้นได้ร่างแนวคิดการออกแบบเครื่องลอกเนื้อ มะขาม ดังแสดงใน Figure 2 มีส่วนประกอบที่สําคัญได้แก่ (1) ถาดป้อน (2) ห้องนวด (3) ลูกนวด (4) ถาดรองเนื้อมะขาม (5) มอเตอร์ต้นกําลัง และ (6) ถาดรองเมล็ด โดยใช้ผู้ควบคุมการ ทํางาน 1 คน มีหลักการทํางานดังนี้ นําฝักมะขามปอกเปลือก และรกออกแล้ ว ที่ ป ระกอบด้ ว ยเนื้ อ และเมล็ ด ใส่ ใ นถาดป้ อ น มะขามจะตกลงสู่ห้องนวด และถูกลูกนวดพัดพาหมุนเหวี่ยงไป สัมผัสกับผนังห้องนวดที่มีรูเปิด ซึ่งจะทําให้เนื้อมะขามแยกตัว ออกจากเมล็ด โดยเนื้ อจะร่ว งเข้า ถาดรองเนื้อและรวบรวมใน ภาชนะบรรจุเพื่อนําไปใช้ประโยชน์ต่อไป ส่วนเมล็ดจะถูกใบพัด พาออกไปที่ด้านปลายลูกนวดและตกในถาดรองเมล็ด จากการ พิจารณาการหาขนาดรูตะแกรงที่เหมาะสม ซึ่งพิจารณาจากหลัก ทางกายภาพของเมล็ดมะขามต้องไม่หลุดออกจากรูตะแกรงจึง ดําเนินการวัดเพื่อหาขนาดเมล็ดมะขามทั้ง 3 มิติ พบว่ามีความ กว้าง ความยาว และความหนาอยู่ในช่วง 10.1-12.2, 14.2-16.7 และ 5.3-6.4 mm ตามลําดับ

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 31-37 ถาดป้อน ห้องนวด

ถาดรองเมล็ด

ลูกนวด

สูญเสียเนื้อมะขามติดไปกับเมล็ดมากเกิดจากใบพัดลูกนวดหมุน เหวี่ย งและพาผ่า นรูตะแกรงเร็ วเกิน ไป การทดสอบเบื้อ งต้น นี้ ชี้ให้เห็นว่าเครื่องโมเดล 1 ที่สร้างขึ้นมีแนวโน้มที่จะสามารถลอก เนื้อมะขามได้ จึงดําเนินการปรับปรุงเครื่องจักรเป็นดัง Figure 4

ถาดรอง มอเตอร์ต้น

Figure 2 Conceptual design of tamarind pulp extractor ภายหลังออกแบบแล้วได้ดําเนินการสร้างเครื่องจักรเบื้องต้น โดยใช้วัสดุเหล็กเหนียว และเมื่อได้พิจารณาการออกแบบตาม หลักออเกอร์นอมิค (Sanders and McCormick, 1993) ให้ เหมาะสมกับร่างกายของคนไทย ใช้งานง่าย และมีความปลอดภัย ในการทํางาน รวมทั้งผู้ปฏิบัติงานอยู่ในท่านั่ง มีห้องนวดเส้นผ่าน ศูนย์กลาง 30 cm ยาว 60 cm ติดตั้งอยู่บนโครงเหล็กฉากขนาด (กว้างxยาวxสูง) 40x40x4 mm ภายในมีลูกนวดต่อกับพูลเล่ย์ ขนาด 30.48 cm ซึ่งใช้ต้นกําลังจากมอเตอร์ขนาด 746 W 220 V ดัง Figure 3

Figure 3 Tamarind pulp extractor (Model I)

Figure 4 Tamarind pulp extractor (Model II) การสร้างเครื่องโมเดล 2 ได้เปลี่ยนวัสดุในส่วนที่สัมผัสกับ มะขามเป็นสแตนเลสซึ่งมีความเหมาะสมกับวัสดุที่ใช้สัมผัสกับ อาหารโดย Figure 5 แสดงลักษณะภายในของเครื่องที่ปรับปรุง ใบพัดลูกนวด โดยเพิ่มใบพัดหมายเลข 1 ในแนวขนานกับแกนลูก นวดจํานวน 10 ใบ เพื่อทําหน้าที่พามะขามเปียกให้ชิดกับผนังทํา ให้ เ นื้ อ หลุ ด ออกลงในถาดรองเนื้ อ มะขาม และติ ด ตั้ ง ใบพั ด หมายเลข 2 ทําหน้าที่ลําเลียงมะขามเปียกจากส่วนหัวเครื่อง ออกไปด้านท้ายเครื่อง ขณะลูกนวดหมุนจะทําให้ใบพัดหมายเลข 1 และ 2 ทํางานพร้อมกันส่งผลให้มะขามเปียกถูกเหวี่ยงพาไป สัมผัสผนังและค่อยๆ ถูกลําเลียงออกไปทางด้านท้ายเครื่อง ทําให้ เนื้อมะขามหลุดออกจากเมล็ด นอกจากนี้ได้เพิ่มใบพัดหมายเลข 3 เพื่อทําหน้าที่ส่งเมล็ดมะขามลงถาดรองเมล็ด และใบพัด หมายเลข 4 ทําหน้าที่ป้อนมะขามเปียกเข้าห้องนวดอย่าง สม่ําเสมอ หลังจากปรับปรุงห้องนวดสมบูรณ์แล้วได้นําไปติดตั้ง บนโครงที่ทําจากวัสดุสแตนเลส เพื่อดําเนินการทดสอบต่อไป

เมื่อนํามาทดสอบเบื้องต้น โดยกําหนดให้ 1) ความเร็วรอบ ลูกนวด 225 และ 315 rpm โดยใช้พูลเล่ย์ซึ่งมีอัตราทดระหว่าง ตัวขับ และตัวตามที่ 1:6.4 และ 2:1 และ 2) ขนาดรูตะแกรง 6 mm จากนั้นป้อนฝักมะขามเปียกลงในถาดป้อน ครั้งละ 3 kg โดยใช้ จํานวน 3 การทดลอง จากการทดสอบดังกล่าว พบว่าที่ ความเร็ว 225 rpm สามารถลอกเนื้อมะขามออกจากเมล็ดได้ ผลผลิตประมาณ 25% ดังสมการ (1) Yield %

น้ําหนักเนื้อมะขามที่ลอกได้ น้ําหนักมะขามทั้งหมด

100

(1)

Figure 5 Internal structure of extractor

ส่วนเนื้อที่เหลือติดกับเมล็ดมะขามถูกใบพัดลูกนวดพาออกไป ทิ้งมีการสูญเสียเนื้อมาก และเมื่อเพิ่มความเร็วลูกนวดเป็น 315 rmp สามารถลอกเนื้อมะขามได้เพิ่มขึ้นเป็น 30% สาเหตุที่มีการ 33

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 31-37 2.3 การศึกษาปัจจัยของเครื่องลอกเนื้อมะขามต่อคุณภาพเนื้อ

มะขาม นําฝักมะขามที่ปอกเปลือกและรกออกมาทดสอบกับเครื่อง ลอกเนื้ อ มะขามที่ ส ร้ า งขึ้ น โดยวางแผนการทดลองแบบ Randomized complete block design ศึกษาปัจจัยด้าน ความเร็วรอบของการหมุนเหวี่ยง ได้แก่ 300, 360, 420 และ 480 rpm และขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของรูตะแกรง ได้แก่ 3, 6 และ 9 mm จากนั้นนํามาตรวจสอบคุณภาพด้านอัตราการลอก ดังสมการ (2) และผลผลิตของเนื้อมะขาม เพื่อคัดเลือกสภาวะที่ เหมาะสม Capacity kg/h

น้ําหนักเนือ้ ที่ลอกได้ ชั่วโมงการทํางาน

ความยาว 62 cm ต้นกําลังจากมอเตอร์ขนาด 746 W 220 V มิติ โดยรวมของเครื่อง (กว้างxยาวxสูง) 50x100x100 cm น้ําหนัก 65 kg (Figure 6)

(2)

2.4 การเปรียบเทียบคุณภาพของเนื้อมะขามที่ได้ระหว่างเครื่อง

ลอกเนื้อมะขามกับแรงงานคน นําเนื้อมะขามที่ได้จากการลอกเนื้อด้วยเครื่องลอกเนื้อมะขาม ในสภาวะที่ เ หมาะสมตามข้ อ ที่ 2.3 มาทํ า การเปรี ย บเที ย บ คุณภาพระหว่างการลอกเนื้อด้วยเครื่องลอกเนื้อมะขามกับการใช้ แรงงานคน ดังต่อไปนี้ 2.4.1 การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ในการใช้งาน

การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ ได้แก่ ต้นทุนเครื่องลอกเนื้อ มะขาม และความสามารถในการทํางาน 2.4.2 การเปรียบเทียบคุณภาพของเนื้อมะขามที่ได้ระหว่าง

เครื่องลอกเนื้อกับแรงงานคน นําฝักมะขามมาผ่านการลอกด้วยเครื่องลอกเนื้อมะขาม และ การแกะด้วยแรงงานคน จากนั้นนําเนื้อมะขามที่ได้มาตรวจสอบ คุณภาพ ได้แก่ ค่าสีโดยการวัดสีด้วยเครื่อง Hunter Lab ยี่ห้อ Color Flex รุ่น W20 ค่าความชื้นตามวิธีของ AOAC (2000) และการยอมรับทางด้านประสาทสัมผัส โดยการนําเนื้อมะขามมา ทดสอบกับผู้บริโภคที่เคยใช้มะขามเปียกเพื่อการบริโภค จํานวน 30 คน เปรียบเทียบกับเนื้อมะขามที่ได้จากแรงงานคนพร้อม แบบสอบถามด้านการยอมรับทางด้านลักษณะปรากฏ สี รูปร่าง ความสามารถในการละลายของเนื้อมะขาม และความชอบ โดยรวม จากนั้นนําข้อมูลที่ได้มาวิเคราะห์ข้อมูลทางสถิติ T-test 3 ผลและวิจารณ์ 3.1 การออกแบบ และสร้างต้นแบบเครื่องลอกเนื้อมะขาม

จากการออกแบบ และสร้างต้นแบบเครื่องลอกเนื้อมะขามใน โมเดลที่ 1 (Figure 3) และโมเดลที่ 2 (Figure 4) ทําให้ได้เครื่อง ลอกเนื้อมะขามที่พัฒนาขึ้นส่วนประกอบที่สําคัญของคือ (1) ถาดป้อน (2) ห้องนวด (3) ลูกนวด (4) ตะแกรง (5) ถาดรองเนื้อ มะขาม (6) ถาดรองเม็ด และ (7) มอเตอร์ต้นกําลัง โดยถาดป้อน มีมุมเอียง 10o ลูกนวดเส้นผ่านศูนย์กลาง 16 cm ยาว 59 cm ติดตั้งอยู่กับเพลา ขนาด 2.54 cm ซึ่งเชื่อมต่อกับพูลเล่ย์ขนาด 30.48 cm หุ้มด้วยห้องนวดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 17 cm 34

Figure 6 Tamarind pulp extractor prototype 3.2 การศึกษาปัจจัยของเครื่องลอกเนื้อมะขามต่อคุณภาพเนื้อ

มะขาม การศึกษาปัจจัยด้านความเร็วรอบของการหมุนเหวี่ยง และ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของรูตะแกรง พบว่าการเพิ่มความเร็ว รอบและขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของรูตะแกรงทําให้อัตราการ ลอก และผลผลิตของเนื้อมะขามเพิ่มมาก (Table 1) สอดคล้อง กับ (Shittu and Ndrika 2012) และ (Ismail et al., 2015) ซึ่ง พบว่าความเร็วของเครื่องกะเทาะทําให้เกิดการหมุนเหวี่ยงและ เกิดแรงส่งวัสดุไปกระทบกับผนัง โดยการเพิ่มความเร็วของการ กะเทาะทํา ให้ประสิทธิภาพในการกะเทาะเพิ่มขึ้นเช่นเดียวกัน นอกจากนี้ตะแกรงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 mm ที่ความเร็ว รอบ 300 และ 360 rpm ไม่สามารถพิจารณาข้อมูลได้ เนื่องจาก มี ก ระแสไฟฟ้ า เกิ น 5.2 Amp ซึ่ ง เป็ น กระแสไฟฟ้ า เกิ น กว่ า ค่ า กําหนดการใช้งานของมอเตอร์ เนื่องจากเนื้อมะขามเปียกเป็น วัสดุที่มีความเหนียวการใช้ความเร็วรอบที่ต่ําเกิดแรงเหวี่ยงหนี ศูนย์น้อยและทําให้วัสดุติดกับแกนนวดเพิ่มขึ้นและทําให้มีแรง ต้านในการหมุนของลูกนวดเพิ่มขึ้น นอกจากนี้เมื่อเปรียบเทียบ วิธีการลอกเนื้อมะขามระหว่างเครื่องลอกเนื้อมะขามกับการแกะ ด้วยแรงงานคน พบว่าการลอกเนื้อมะขามด้วยเครื่องลอกเนื้อ มะขามมี อั ต ราการลอกอยู่ ใ นช่ ว ง 2.57 ถึ ง 6.32 kg h-1 ซึ่ ง มากกว่าการลอกเนื้อมะขามด้วยแรงงานคนซึ่งมีอัตราการลอก เพียง 0.36 kg h-1 และเมื่อเปรียบเทียบผลผลิตของเนื้อมะขาม พบว่าการลอกเนื้อมะขามด้วยเครื่องลอกเนื้อมะขามให้ผลผลิต ของเนื้อมะขามอยู่ในช่วง 22.87 - 43.75% ขณะที่การแกะเนื้อ มะขามด้ ว ยแรงงานคนมี ผ ลผลิ ต ของเนื้ อ มะขาม56.40% นอกจากนี้ ก ารลอกเนื้ อ มะขามด้ ว ยเครื่ อ งลอกเนื้ อ มะขามที่ ตะแกรงขนาด 9 mm ที่อัตราทด ต่างๆ ระหว่างพูลเล่ย์ตัวขับ และตัวตามซึ่งมี ผลทําให้ความเร็วรอบแตกต่ างกัน โดยส่ว น ใหญ่ตะแกรงขนาด 9 mm ให้ผลผลิตของเนื้อมะขามมากกว่า ที่ตะแกรงขนาดอื่นๆ และใกล้เคียงกับผลผลิตของเนื้อมะขาม

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 31-37 ที่ได้จากการแกะด้วยแรงงานคน เนื่องจากการเพิ่มขนาดตะแกรง ทําให้เนื้อมะขามสามารถลอกและหลุดออกมาจากตะแกรงได้ง่าย กว่าตะแกรงที่มีขนาดเล็กและทําให้เนื้อมะขามไม่สูญเสียไปกับ เมล็ดมะขามที่ผ่านออกมาจากเครื่องลอกเนื้อมะขาม นอกจากนี้ วัสดุที่ผ่านรูตะแกรงที่มีขนาดเล็กทําให้เกิดความร้อนขึ้นกับวัสดุ และเกิดลักษณะก้อนแข็งเกิดขึ้นในห้องนวดทําให้เกิดการอุดตัน และทํา ให้ วัส ดุหลุดออกจากตะแกรงยากขึ้น (Islam and Matzen, 1988; Gotsis et al., 1985; Toneva et al., 2011) ซึ่งจะสังเกตได้จากกระแสไฟฟ้าเกินกว่าค่ากําหนดการใช้งานของ มอเตอร์ของตะแกรงขนาด 3 mm โดยลักษณะของเนื้อมะขาม และเมล็ดมะขามที่ผ่านออกมาจากเครื่องลอกเนื้อมะขามและจาก แรงงานแสดงดัง Figure 7 ซึ่งความเร็วที่ 420 rpm ขนาดรู ตะแกรง 9 mm สามารถลอกเนื้อมะขามได้มากที่สุดคือ 43.75% โดยมีอัตราการลอกหรืออัตราการทํางานที่ 5.22 kg h-1 Table 1 Capacity and yield of pulp tamarid extractor Speed Capacity Yield Method Sieve (rpm) (kg h-1) size (%) (mm) Extractor 3 300 N/A N/A 360 N/A N/A 420 3.03 29.25 480 2.73 22.87 6 300 2.57 28.00 360 3.38 32.40 420 6.32 24.79 480 5.21 41.65 9 300 5.72 41.25 360 5.10 40.90 420 5.22 43.75 480 5.46 42.50 Worker 0.36 56.40 Note: N/A = Not Available

A

B

C

D

Figure 7 Extracted pulp using worker (A) and extractor ( sieve hole diameter = 3 (B), 6 (C) and 9 mm (D))

3.3 การเปรียบเทียบคุณภาพของเนื้อมะขามที่ได้ระหว่างเครื่อง

ลอกเนื้อมะขามกับแรงงานคน การเปรียบเทียบคุณภาพของเนื้อมะขามที่ได้ระหว่างเครื่อง ลอกเนื้อมะขามกับแรงงานคน โดยแบ่งเป็นการวิเคราะห์ทางด้าน เศรษฐศาสตร์ และการเปรียบเทียบคุณภาพของเนื้อมะขามที่ลอก ได้ ซึ่งมีผลการทดลอง ดังนี้ 3.3.1 การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์

1) การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์สําหรับการใช้งานของ เครื่องลอกเนื้อมะขาม แบ่งออกเป็นต้นทุนเครื่องลอกเนื้อมะขาม (ต้นทุนคงที่) และต้นทุนการลอกเนื้อมะขาม (ต้นทุนแปรผัน) มี การวิเคราะห์ดังนี้ ต้น ทุน คงที ่ ประกอบด้ว ยค่า เครื ่อ งลอกเนื ้อ มะขามซึ ่ง ผู ้ว ิจ ัย ได้ป ระเมิน ไว้ที ่ 40,000 บาท อายุก ารใช้ง าน 10 ปี ดังนั้นจะมีค่าใช้จ่ายคงที่ 40000/10 เท่ากับปีละ 4,000 บาท และคิด การทํ า งาน 284 Day นํ า มาคิด เฉลี ่ย ต้น ทุน คงที่ เท่ากับ 14 บาท Day-1 ต้นทุนแปรผัน ประกอบด้วย 1) ค่าไฟฟ้า 2.23 บาท h-1 หรือ 17.84 บาท Day-1 คํานวณค่าไฟฟ้าจากค่ากระแสที่มอเตอร์ต้นกําลังขนาด 746 W พิกัดกระแสสูงสุด 5.2 A ที่แรงดัน 220 V ความเร็ว 1,440 rpm ระหว่ า งการทดสอบกระแสที่ ใ ช้ ใ นการขั บ เคลื่ อ นลู ก นวดมี ค่ า 3.95-4.90 A จึงใช้ค่ากระแสสูงสุด 4.90 A มาคํานวณจากสูตร (ณรงค์, 2540) มอเตอร์กระแสสลับ 1 เฟส P = V.I cos θ. (3) โดย P = กําลังไฟฟ้า (W) V = ความต่างศักย์ (V) I = กระแสไฟฟ้า (A) cosθ = เพาเวอร์เฟกเตอร์  = ประสิทธิภาพมอเตอร์ ดังนั้น P = 220 x 4.90 x 0.8 x 0.8 = 689.92 W หมายเหตุ: เนื่องจากเป็นมอเตอร์ใหม่จึงคิดค่าประสิทธิภาพ มอเตอร์ 80% การคิดค่าไฟฟ้าจะคิดจากปริมาณที่ใ ช้ไป 1,000 W h หรือ Unit คิดที่ 3.2315 บาท Unit-1 ตามอัตรา ค่าไฟฟ้าของการไฟฟ้านครหลวง (2559) ประเภท 1 บ้านอยู่ อาศัยไม่เกิน 150 หน่วย/เดือน ดังนั้น เครื่องลอกเนื้อมะขามจะเสียค่าไฟฟ้าชั่วโมงละ (689.92/1,000) x 3.2315 เท่ากับ 2.23 บาท h-1 หรือวันละ (2.23 บาท h-1 x 8 h) เท่ากับ 17.84 บาท Day-1 2. ค่าแรงผู้ปฏิบัติงาน 300 บาท Day-1 ดัง นั้นเครื่องลอกเนื้อมะขามมีค่าใช้จ่ายทั้ง หมด 331.84 บาท Day-1 และมีความสามารถในการทํางาน 5.22 kg h-1 หรือ 41 kg Day-1 35

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 31-37 2) สํ า หรั บ การวิ เ คราะห์ ท างเศรษฐศาสตร์ ใ นการใช้ แรงงานคน พบว่า การใช้แรงงานคนแกะเมล็ดที่ 1 คน คิดเป็น อัตราค่าจ้าง 300 บาท Day-1 มีความสามารถในการทํางาน 0.36 kg h-1 หรือคิดเป็น 2.88 kg Day-1 จากการพิจารณาค่าใช้จ่ายระหว่างการลอกเนื้อมะขามด้วย เครื่องลอกเนื้อมะขามกับแรงงานคน พบว่าค่าใช้จ่ายของ 2 วิธี มี ความแตกต่างกัน 31.84 บาท Day-1 โดยเครื่องลอกเนื้อมะขามมี ความสามารถในการทํ า งานหรื อ ลอกเนื้ อ มะขามได้ ม ากกว่ า แรงงานคน 14 เท่า และมีการสูญเสียเนื้อมะขามมากกว่าด้วย แรงงานคน 12.65% 3.3.2 การเปรียบเทียบคุณภาพของเนื้อมะขามที่ได้ระหว่าง เครื่องลอกเนื้อกับแรงงานคน จากการลอกเนื้อมะขามด้วยเครื่องลอกเนื้อที่ความเร็วรอบ 420 rpm และขนาดรูตะแกรง 9 mm ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่ เหมาะสมกับการใช้ แรงงานคน พบว่าคุณภาพของเนื้อมะขาม ทางด้านสี (color) และความชื้น (moisture content, MC) จาก ทั้ง 2 วิธี ไม่มีความแตกต่างกัน (p>0.05) ดัง Table 2 โดยเนื้อ มะขามที่ลอกได้มีค่าความสว่าง (L*) อยู่ในช่วง 24.80 - 27.99 ค่าความเป็นสีแดง (+a*) อยู่ในช่วง 6.11 - 6.51 และค่าความ เป็นสีเหลือง (+b*) อยู่ในช่วง 7.29 - 9.05 ซึ่งลักษณะของเนื้อ มะขามเปียกที่ได้มีสีออกคล้ําถึง ดําซึ่งสามารถสังเกตได้จากค่า ความสว่างที่มีค่าน้อย Table 2 Values of color and moisture content (MC) of tamarind pulp extraction Method Colorns MCns (%) L* a* b* Extractor 27.99 6.51 9.05 24.51 Worker 24.80 6.11 7.29 23.16 ns Note: Mean values are no statistically different (p>0.05) สําหรับการทดสอบคุณภาพทางด้านประสาทสัมผัสของเนื้อ มะขามที่ ล อกด้ ว ยเครื่ อ งลอกเนื้ อ และการใช้ แ รงงานคน โดยผู้ บ ริโภคที่เคยซื้อมะขามเปียก พบว่า คุณลักษณะทางด้า น ลักษณะปรากฏ สี รูปร่าง การละลาย และความชอบโดยรวมของ เนื้ อ มะขามมี ค ะแนนความชอบไม่ ค วามแตกต่า งกัน (p>0.05) ดัง Table 3 ซึ่งคุณลักษณะด้านลักษณะปรากฏ สี รูปร่าง การ ละลายและความชอบโดยรวมของเนื้อมะขามที่ลอกด้วยเครื่อง ลอกเนื้อและแรงงานคนอยู่ในช่วง 4.05 - 7.10 หรือ มีคะแนน ความชอบอยู่ระดับชอบเล็กน้อยถึงชอบปานกลาง

36

Table 3 Sensory evaluations of pulp tamarind extraction Attributesns Extract method Extractor Worker Apperance 5.63 ±2.47 6.03 ±1.82 Color 6.30 ±2.19 7.10 ±1.22 Form 5.05 ±2.85 4.05 ±2.32 Soluability 6.28 ±2.62 7.00 ±1.48 Overall liking 6.50 ±1.78 6.53 ±1.40 Note: Each value is the mean ± stardard deviation (n=30) ns Mean values are no statistically different (p>0.05) 4 สรุป

การศึ ก ษาปั จ จั ย ที่ มี อิ ท ธิ พ ลต่ อ ประสิ ท ธิ ภ าพการลอกเนื้ อ มะขามของเครื่องลอกเนื้อมะขามเปียกที่ผลิตขึ้น แสดงให้เห็นว่า เครื่องลอกเนื้อมะขามควรทํางานด้วยความเร็วรอบ 420 rpm และใช้ช่องเปิด หรือ ตะแกรงที่ ห่อ หุ้มลูก นวดที่รูขนาดเส้ น ผ่า น ศู น ย์ ก ลาง 9 mm เพื่ อ ให้ เ กิ ด การลอกเนื้ อ มะขามที่ มี ประสิ ท ธิ ภ าพ โดยให้ ผ ลผลิ ต ของเนื้ อ มะขามที่ 43.75% ซึ่ ง ใกล้ เ คี ย งกั บ การลอกเนื้ อ มะขามด้ ว ยแรงงานคนมากที่ สุ ด แต่มีความสามารถในการทํางานมากกว่า 14 เท่า โดยมีกําลัง การ ผลิต5.22 kg h-1 และให้คุณภาพด้านสี ความชื้น และคุณภาพ ทางด้ า นประสาทสั ม ผั ส ของเนื้ อ มะขามที่ ไ ด้ จ ากการลอกด้ ว ย เครื่องลอกเนื้อมะขามไม่แตกต่างกับการใช้แรงงานคน (p>0.05) 5 กิตติกรรมประกาศ ผู้วิจัยขอขอบคุณคณะเกษตรและชีวภาพ มหาวิทยาลัยราชภัฏจันทรเกษม ที่ได้อนุเคราะห์สถานที่ เครื่องมือ และอุปกรณ์ และขอขอบคุณ สถาบัน วิ จั ยและพัฒ นา มหาวิท ยาลัย ราชภัฏ จันทรเกษม ที่ได้สนับสนุนงบประมาณในการวิจัยครั้งนี้ 6 เอกสารอ้างอิง

การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค. 2558. อัตราค่าไฟฟ้า. แหล่งข้อมูล: https://ienergyguru.com/wp-content/uploads/ 2015 /06/PEA-Rate2012.เข้าถึงเมื่อ 25 ตุลาคม 2558. ณรงค์ ชอนตะวั น . 2540. มอเตอร์ ไ ฟฟ้ า กระแสสลั บ . กรุงเทพฯ: มปพ. ตลาดไท. 2559. ราคาสินค้า. แหล่งข้อมูล: http://www.talaad thai.com/price. เข้าถึงเมื่อ 20 ธันวาคม 2016. รุ่งนภา พงศ์สวัสดิ์มานิต. 2541. วิศวกรรมอาหาร: หน่วย ปฏิ บั ติ ก ารในอุ ต สาหกรรม. กรุ ง เทพฯ: สํ า นั ก พิ ม พ์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. สํานักงานเศรษฐกิจการเกษตร. 2555. นําเข้า-ส่งออกสินค้าที่ สําคัญ. แหล่งข้อมูล: http://www.oae .go.th/oae_ report/export_import/export.php. เข้าถึงเมื่อ 15 มกราคม 2560.

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 31-37 AOAC. 2000. Official Method of Analytical of Analysis. th (17 ed). Maryland: The Association of Official Analytical Chemists.

Gotsis, C., Austin, L.G., Luckie, P.T., Shoji, K. 1985.

Modelling of a grinding circuit with a swing hammer mill and a twin-cone classifier. Powder Technol 42, 209–216.

Islam M. N. and Matzen R. 1988. Size distribution analysis of ground wheat by hammer mill. Powder Technol 54, 235–241.

Ismail, S.O., Ojolo, S.J., Oresaleye, J.I., Adediran, A.A., Fajuyitan, O.O. 2015. Design and development of an improved palm kernel shelling and sorting machine EIJST 4, 225-240.

Manohar, B., Ramakrishna, P., Udayasankar, K. 1991.

Some physical properties of tamarind (Tamarindus indica L.) juice concentrates. J. Food Eng. 13, 241258.

Sanders, M.S. and McCormick, E.J. 1993. Human Factors in Enginerring and Design. (7thed.). New York: McGraw-Hill.

Shittu, S.K. and Ndrika, V.I.O. 2012. Development and performance tests of a melon (egusi) seed shelling machine. CIGR Journal 14, 157-164.

Toneva, P., Epple, P., Breuer, M. 2011. Grinding in an air classifier mill - Part I: Characterisation of the onephase flow. Powder Technology, 211:19–27.

37

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 38-46

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561) 38-46 Available online at www.tci-thaijo.org /index.php/TSAEJ

บทความวิจัย ISSN 1685-408X

การศึกษากระบวนการผลิตพริกแหงโดยใชเตาอบไมโครเวฟรว มกับลมรอนระดับตนแบบ A study on chili drying processes using a pilot scale hot air and microwave dryer ธราวุธ บุญ นอม1,สาวิตรี ประภาการ1* ณัฐ พงษ ประภาการ1, พรรษา ลิบลับ1, วีรชัย อาจหาญ 1 Tarawut Bunnom 1, Sawitree Prapakarn1* , Natthapong Prapakarn1, Pansa Liplap1, Weerachai Arjharn1 1

สาขาวิชาวิศวกรรมเกษตร, คณะวิศวกรรมศาสตร, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี, นครราชสีมา, 30000 School of Agricultural Engineering, Institute of Engineering, Suranaree University of Technology, Nakhon Ratchasima, 30000 *Corresponding author: Tel: +66-9-3454-7462, Fax: +66-44-224-610, E-mail: the_oceanone@hotmail.com

บทคัดยอ ในงานวิจัยนีม้ ีวัตถุประสงคเพื่อทดลองอบแหงพริกดวยตนแบบเตาอบไมโครเวฟรวมกับลมรอนโดยพิจารณาจลนพลศาสตรของ การอบแหง คุณภาพของพริกดานสี ความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะ และตนทุนพลังงาน โดยตนแบบที่ใชประกอบดวย ชุดผลิตคลื่น ไมโครเวฟ จากแมกนีตรอน 6 ตัว แตละตัว แผคลื่นยานความถี่ไมโครเวฟ 2,450 MHz กําลัง 1,200 W ขนาดหองอบ 210 L และชุด ผลิตลมรอนแบบหมุนวน ขนาด 5,000 W อุณหภูมิสูงสุด 180ºC ผลการศึกษาที่สภาวะการเปดแมกนีตรอน 90 s อุณหภูมิลมรอน 60ºC คาความชื้นของพริกลดลงจาก 284.6±0.1 ถึง 29.6±1.3 % d.b. ในเวลา 240 min คาความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะ เทากับ 18.79±0.01 kJ kg-1water มีอัตราการผลิตพริกแหง 7.2±0.06 kgdry chilies day-1 ตนทุนพลังงาน 38±0.96 baht kg-1dry chilies และพริก แหงที่อบดวยไมโครเวฟรวมกับลมรอน มีลักษณะผิวเปนสีแดงใสขั้วเขียว และไมแตก โดยแบบจําลอง Logistic มีความเหมาะสมที่สุด ในการทํานายจลนพลศาสตรการอบแหงพริกดวยเตาอบไมโครเวฟรวมกับลมรอน โดยใหคา R2 (0.9990) มากที่สุด และ RMSE (0.0174) นอยที่สุด ซึ่งจากผลการศึกษาแสดงใหเห็นถึงความเปนไดในนําไปพัฒนาใชตอไปในระดับเชิงพาณิชย เพราะเปนเทคโนโลยีที่ สะอาด ใชเวลาอบแหงสั้น และผลผลิตมีคุณภาพสูง คําสําคัญ: ลมรอน, เตาอบไมโครเวฟ, พริก Abstract The objective of this project was to study the drying kinetics, color, SEC and production energy costs of chili drying using the pilots-scale hot air and microwave dryer. The design of the pilot-scale hot air and microwave dryer features microwave heat generation from six 2,450 MHz frequency magnetrons in a 210 L of capacity enclosure with a 5000 W air heater running at a 180ºC maximum temperature in a closed loop-heating system. The study showed that the chili drying process using the hot air and microwaves dryer yielded shiny red skin, green calyx without skin cracking .Moisture content reduced from 284.6±0.1 do to 29.6±1.3% d.b. in 240 min, SEC 8.79±0.01 kJ kg-1water, Yeild 7.2±0.06 kgdry chilies day-1 and that the energy cost was 38±0.96 baht kg-1dry chilies .Furthermore,it was found that the suitable model equation to predict the drying kinetic of chili drying providing the highest coefficient of determination (R2, 0.9990) and the lowest root mean square error (RMSE, 0.0174). As a result, the chili drying process using the hot air and microwave drying is the most suitable for further development on a commercial scale because of its clean technology, short drying times, and high quality of product.

Keywords: Hot air, Microwave, Chilie 1 บทนํา พริกเปนพืชเศรษฐกิจชนิดหนึ่งที่สรางรายไดใหกับเกษตรกร เปนจํานวนมากโดยเฉพาะเกษตรกรที่ปลูกพริกในภาคเหนือและ ภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทย (วีระ และคณะ,

2557) เกษตรกรจะจําหนายทั้ง พริกสด และพริกแหง ในสวน ของการผลิตพริกแหง ปจจุบันแบงออกเปน 2 ระดับ ไดแก ระดับ ครัวเรือน นิยมใชวิธีการตากแดดกลางแจง ใชระยะเวลาในการทํา แหง 5 วัน (คํานึง, 2553) ซึ่งใชเวลานาน และตองใชแรงงานใน 38

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 38-46 ครัวเรือน สวนระดับการคา นิยมใชการอบแหงพริกในโรงเรือน ใชระยะเวลาในการอบแหง 3 วัน (คํานึง, 2553) สามารถปองกัน ฝนและน้ํ า ค า งได แต ก ารอบแห ง ในโรงเรื อ นนี้ จํ า เป น ต อ งใช แรงงานจํา นวนมากในการกลับชั้ น ซึ่งขณะทําการกลับ ชั้น ไอ ระเหยของพริกจะทําใหแซบตา และจมูกเปนอันตรายตอแรงงาน ทําใหการผลิตพริกแหงทําไดดวยความยากลําบาก ดังนั้นการนํา เทคโนโลยีมาประยุกตในกระบวนการผลิตพริกแหงจะสามารถ ชวยลดปญหาดังกลาวได จากการศึกษางานวิจัยที่เกี่ยวของกับ การนําเทคโนโลยีมาใชในกระบวนการผลิตแหงพริก พบวา มีการ ผลิตพริกแหง โดยเครื่องไมโครเวฟสุญญากาศแบบถังหมุน คลื่น ไมโครเวฟความถี่ 2,450 MHz กําลังไฟฟา 1,180 W ความดัน สุญ ญากาศ 60 mmHg และเวลาในการทํา แห ง 44 min เป น สภาวะที่ เ หมาะสม ทํ า ให ไ ด พ ริ ก แห ง ที่ มี ลั ก ษณะเฉพาะที่ ไ ม เหมือนกับพริกแหงในทองตลาด คือ มีสีแดงสดใส เม็ดปอง ผิว เรียบแข็งเลื่อมมัน คาความชื้นต่ํากวาพริกแหงทองตลาด มีกลิ่น หอม มีค วามกรอบ และรสเผ็ ดมากกว าพริ กแห งในทองตลาด (จิรวัฒน และคณะ, 2549) เทคโนโลยี ก ารใช ไ มโครเวฟในการผลิ ต ความร อ นจั ด เป น เทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพสูงรวดเร็ว (เหมการ, 2545) และไมมี ของเสียออกจากกระบวนการ หลักการของเทคโนโลยีนี้สามารถ อธิบายเพื่อความเขาใจอยางงาย คือ เครื่องกําเนิดคลื่นไมโครเวฟ จะใหค วามร อนกับ วัส ดุโ ดยการแผ คลื่ นย านความถี่ไ มโครเวฟ ผ า นเข า ไปในเนื้ อ วั ส ดุ โมเลกุ ล ของน้ํ า ที่ อ ยู ใ นวั ส ดุ จ ะดู ด ซั บ พลังงานของคลื่นที่ผานเขาไป โมเลกุลของน้ําเปนโมเลกุลที่มี ขั้วไฟฟา คือ มีประจุบวก และประจุลบที่ตรงกันขาม เมื่อคลื่น ไมโครเวฟ ซึ่งเปนสนามแมเหล็กไฟฟาผานเขาไปโมเลกุลเหลานี้ ก็จะถูกเหนี่ยวนําและหมุนขั้ว เพื่อปรับเรียงตัวตามสนามแมเหล็ก ไฟฟ าของคลื่ น เป น สนามที่เ ปลี่ย นแปลงสลั บ ไปมาจึง ส งผลให โมเลกุลเหลานี้หมุนกลับไปกลับมาทําใหเกิดเปนความรอนขึ้น (นาริสา, 2553) น้ําจึงกลายเปนไอน้ําออกจากวัสดุซึ่งเวลาการ เพิ่มขึ้นของอุณหภูมินั้นแตกตางกันขึ้นอยูกับวัสดุแตละชนิดที่มี ปจจั ยแตกต างกั น เช น ความชื้นในชิ้ นวัส ดุ ความหนาแน น และองคประกอบอื่นๆ (สารานุกรมไทยสําหรับเยาวชน ) ไอน้ําที่ เกิดขึ้นจะลอยตัวสูดานบนหากตองการใหวัสดุแหงจะตองดูดไอ น้ํานี้ออก แตหากไมดูดออก วัสดุจะถูกนึ่งหรือตมดวยน้ําภายใน ชิ้นวัสดุเอง (สาวิตรี, 2552) จึงทําใหเตาอบไมโครเวฟสามารถ นํา ไปใชง านในครัว เรือ นได อย างแพร หลาย นอกจากงานวิ จั ย ดังกลาวขางตนแลว ยังมีการนําไมโครเวฟมาใชอบแหงผลผลิต เกษตรอื่นๆ อีก อาทิเชน การใชเตาอบไมโครเวฟรวมกับระบบลม รอนในการลดความชื้นของแอปเปล และเห็ดหอม ผลิตภัณฑที่ได มีคุณภาพในดานสีที่ดีใกลเคียงกับผลิตภัณฑสด และสามารถลด ระยะเวลาในการอบแหงได 50 และ 75 % สําหรับการอบแหง แอปเปลและการอบแหงเห็ดหอม ตามลําดับ เมื่อเทียบกับการ อบแห ง ด ว ยอากาศร อ นเพี ย งอย า งเดี ย ว (Funebo and Ohlsson, 1998) และการอบแหงยางแทงดวยเตาอบไมโครเวฟ 39

รวมกับลมรอนระดับขยาย (คํานึง, 2553) รวมถึงการใชตนแบบ เตาอบไมโครเวฟแบบสายพานที่มีแมกนีตรอนจํานวน 20 ตัว เปนแหลงกําเนิดคลื่นความถี่ 2,450 MHz เพื่อนึ่งปาลมน้ํามันซึ่ง สามารถยับยั้งเอนไซมไลเปสและลดปริมาณกรดไขมันอิสระในผล ปาลมน้ํามันได ในระยะเวลาการนึ่งที่สั้นกวาการนึ่งปาลมน้ํามัน โดยใชหมอนึ่งไอน้ํา (สาวิตรี, 2552) นอกจากนี้ที่ผานมาคณะผูวิจัยไดทําการประยุกตใชเตาอบ ไมโครเวฟแบบครัวเรือน (ความถี่ 2,450 MHz 1,200 W) รวมกับ ลมรอนเพื่อทดสอบการอบพริกแหงพบวาความชื้นลดลงอยาง ตอเนื่องและรวดเร็วคาความชื้นของพริกลดลงจาก 71.80 ถึ ง 8.61 % w.b. ในเวลา 150 min ซึ่งใชระยะเวลาในการอบแหง นอยกวา การอบแหงดวยลมรอนหรือ ไมโครเวฟเพียงอยางเดียว พริกแหงที่ผลิตไดมีลักษณะผิวเปนสีแดงใสขั้วเขียวไมแตก และไม เหี่ยว ใกลเคียงกับพริกแหงตามทองตลาดทั่วไป (สาวิตรี และ คณะ, 2555) ซึ่งการทดลองนี้แสดงใหเห็นถึงความเปนไปไดใน การนําเตาอบไมโครเวฟรวมกับลมรอนมาใชการผลิตพริกแหงใน ระดับตนแบบและระดับเชิงพาณิชย การนําเทคโนโลยีมาประยุกตใชในงานทางดานวิศวกรรมหลัง การเก็ บ เกี่ ย ว จํ า เป น ต อ งมี ก ารศึ ก ษาผลลั พ ธ ที่ เ กิ ด ขึ้ น อย า ง ละเอียด ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงคเพื่อทดลองอบแหง พริกดวยตนแบบเตาอบไมโครเวฟรวมกับลมรอนโดยพิจารณา จลนพลศาสตรข องการอบแห ง คุณ ภาพของพริก ด านสี และ ความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะที่ใชในการอบแหง รวมถึงตนทุน พลั ง งานที่ ใ ช ใ นการอบแห ง โดยข อ มู ล ดั ง กล า วสามารถใช เ ป น แนวทางในการพัฒนาวิธีการอบแหงพริกดวยเตาอบไมโครเวฟ ร ว มกั บ ลมร อ นในระดั บ เชิ ง พาณิ ช ย ต อ ไป อั น เป น การช ว ยให ผลผลิตมีมูลคาเพิ่มขึ้นโดยเฉพาะในชวงที่มีปญหาผลผลิตที่ลน ตลาด มีราคาตกต่ํา และชวงฤดูฝน 2 อุปกรณและวิธีการ 2.1 อุปกรณ ตน แบบเตาอบไมโครเวฟร ว มกั บลมร อ นที่ ใ ช ใ นงานวิ จั ย นี้ ประกอบไปดวยสวนที่สําคัญตางๆ ดังแสดงใน Figure 1-2 มี รายละเอียดดังนี้ หองอบ มีขนาดความจุ 210 L หรือขนาดกวาง 70 cm ยาว 100 cm และ สู ง 30 cm ผนั ง ของห อ งอบ ประกอบด ว ย ท อ นํ า คลื่ น ไมโครเวฟ (ด า นบน) ทางเข า -ออก วัตถุดิบ (ดานหนาและหลัง) ระบบระบายความชื้น (ดานขาง 2 ดาน) และทางเขา-ออกลมรอน (ดานลาง) ระยะการติดตั้งแมกนีต รอน และทอนําคลื่นบนผนังหองอบ ใชระยะการกระจายตัวของ คลื่นกวาง 15 cm ยาว 20 cm ดังนั้นจึงใชแมกนีตรอน 6 ตัว แต ละตัวแผคลื่นยานความถี่ไมโครเวฟ 2,450 MHz กําลัง 1,200 W ด า นบนของผนั ง ห อ งอบมี อุ ป กรณ สํ า หรั บ ลดอุ ณ หภู มิ ใ ห กั บ แมกนีตรอน คือ พัดลมระบายความรอน โดยติดตั้งพัดลมระบาย ความรอน 2 ตําแหนง ดังนี้ ตําแหนงที่ 1 บริเวณดานบนของผนัง หองอบภายนอกหนึ่งตัว ความเร็วลม 3.7 m s-1 กําลังไฟฟา 60

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 38-46 W เปนพัดดูดอากาศเย็นจากภายนอกแลวปลอยเขาไปในหอง แมกนีตรอน และ ตําแหนงที่ 2 บริเวณติดกับหัวแมกนีตรอน ทั้ง 6 ตัว พัดลมแตละตัว มีความเร็วลม 3.6 m s-1กําลังไฟฟา 1.7 W เปนพัดลมดูดลมอากาศเย็นแลวปลอยผานครีบระบายความรอน ของแมกนีตรอนแตละตัว พัดลมระบายความรอนทั้ง 2 ตําแหนง เปด-ปด ตามการทํางานของแมกนีตรอน ทางเขา-ออก วัตถุดิบ มี ขนาด กวาง 70 cm สูง 7 cm มีลักษณะเปนอุโมงคลึก 10 cm มีประตูเปด-ปด ระหวางหองอบกับอุโมงค ประตูเปดได 2 ดาน ทั้งจากดานในและดานนอก ดวยถาดบรรจุวัตถุดิบ ภายในหองอบ มีระบบระบายความชื้น ดว ยพัด ลมดู ดความชื้น จํานวน 12 ตั ว ติดตั้งไวดานขาง สูงจากพื้นหองอบ 16 cm แตละตัวมีความเร็ว ลม 3.1 m s-1 กํ าลั งไฟฟา 0.08 W ทํ าหนา ที่ ดูด ความชื้ นจาก หองอบปลอยสูภายนอก โดยกําหนดใหพัดลมดูดความชื้นเปด ระบบทํางานที่ความชื้นสัมพัทธในหองอบมีคามากกวาภายนอก หองอบ ภายในหองอบดานลาง มีทางเขาลมรอนอยูดานขางมี ลักษณะเปนทรงสี่เหลี่ยมขนาดกวาง 4 cm ยาว 100 cm และ ทางออกเปน วงกลมเส นผ านศูนย กลาง 20 cm ระบบลมรอ น หมุนวน ผนังของหองอบภายใน ทําจากวัสดุ สแตนเลสสตีล เกรด 304 สวนผนังหองอบดานนอกใชวัสดุตะแกรงเหล็ก ขนาดเสน ผานศูนยกลางรู 2 mm มีความหนา 3 mm และฐานใชเหล็กเปน โครงสราง สายพานสําเร็จรูป มีลักษณะเปนตะแกรงลวด พื้นที่ ใชงานทั้งหมดกวาง 60 cm ยาว 180 cm พื้นที่ใ ชงานภายใน ห อ งอบ กว า ง 60 cm ยาว 100 m ขนาดมอเตอร 0.21 kW ควบคุ มความเร็ ว ดว ยเกีย ร ท ด ถ า ยทอดกํ าลั ง จากมอเตอร ขั บ สายพานดวยโซ ชุดผลิตลมรอน ที่ใชในงานนี้มีขนาด 5,000 W อุ ณ หภู มิ สู ง สุ ด 180ºC เป น ระบบผลิ ต ลมร อ นแบบหมุ น วน ควบคุมการเปด-ปดดวยอุณหภูมิภายในหองอบ ความเร็วลมรอน เทากับ 1.21 m s-1 และ ระบบควบคุม แบงการทํางานออกเปน 3 สวน คือ สวนที่ 1 การควบคุมการทํางานของแมกนีตรอน โดย โหมดอัตโนมัติจะเปดแมกนีตรอนที่อุณหภูมิภายในหองอบต่ํากวา 60ºC ความชื้นภายในหองอบ 15% สวนที่ 2 การควบคุมระบบ การทํางานอุปกรณอื่น ๆ แบบปรับมือ และสวนที่ 3 การควบคุม ระบบการทํางานอุปกรณอื่นๆ แบบอัตโนมัต

Figure 1 A 3D of the pilots-scale hot air and microwave dryer.

Figure 2 Photographs of the pilots-scale hot air and microwave dryer.

2.2 วิธีการทดลอง 2.2.1 การเตรียมตัว อยาง

ในงานวิ จั ย นี้ ใ ช พ ริ ก สด (ไม ส นใจสายพั น ธุ ) ซื้ อ จากตลาด สุรนคร อําเภอเมือง จังหวัดนครราชสีมา นํามาคัดเลือกเฉพาะ พริกสีแดงสด ขนาดใกลเคียงกัน แลวนําไปวิเคราะหหาความชื้น เริ่มตนตามมาตรฐาน (AOAC, 2000) และเตรียมตัวอยางเพื่อใช ในการทดสอบโดยเตรียมพริกสด น้ําหนัก 0.9 kg ใสถาดพลาสติก พื้นมีลักษณะเหมือนตะแกรง ขนาดกวาง 31 cm ยาว 41 cm สูง 5 cm ดังแสดงใน Figure 3 จํานวน 4 ถาด หรือ 3.6 kg สําหรับ ใชในการทดสอบ 1 ครั้ง งานวิจัยนี้ใชพริกสดทั้งหมด 72 kg

40

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 38-46 เมื่อ MR คือ อัตราสวนของความชื้น, M คือ ความชื้นเริ่มตน ; % d.b., M คือ ความชื้นที่เวลาใดๆ ; % d.b., M คือ ความชื้น สมดุล ; % d.b.

Figure 3 Photographs of chilies in a tray.

2.2.2 วิธีการทดสอบ

นําตัวอยางพริกจากหัวขอ 2.2.1 มาทําการทดสอบอบแหง ดังนี้ 1) เปดไมโครเวฟรวมกับลมรอน ที่สภาวะลมรอน 60 ºC (สาวิตรี และคณะ,2555 ) ความเร็ว 1.21 ms-1 และแมกนีตรอน ที่เวลา 60 s [สัญลักษณ; M60 H60] , 90 s [สัญลักษณ; M90 H60] และ 120 s [สัญลักษณ; M120 H60] 2) เปดไมโครเวฟ อยางเดียว 90 s [สัญลักษณ; M90] และ 3) เปดลมรอนอยาง เดียว 60ºC ความเร็ว 1.21 ms-1 [สัญลักษณ; H60] โดยทําการ ทดลอง 4 ซ้ํา แลววิเคราะหหาความชื้น จลนพลศาสตรการ อบแห ง สมการการอบแห ง ความสิ้ น เปลื อ งพลั ง งานจํ า เพาะ ตนทุนพลังงานที่ใชในการอบแหง และสี ตามรายละเอียดการ วิเคราะหดังนี้ 2.2.2.1 ความชื้น คาความชื้น (Moisture content) คือ คาที่บงบอกถึงปริมาณ น้ําที่มีอยูในวัสดุเทียบกับมวลของวัสดุ ในงานวิจัยนี้วิเคราะหตาม มาตรฐาน (AOAC, 2000) สามารถคํานวณไดตามสมการ ดังนี้ MC =

× 100

(1)

เมื่อ MC คือ ความชื้นมาตรฐานแหง ;% d.b., W คือ น้ําหนัก พริกที่เวลาใดๆ ; g, W คือ น้ําหนักแหงของพริก ; g 2.2.2.2 จลนพลศาสตรการอบแหง การศึก ษาจลนพลศาสตร ก ารอบแห ง พริ ก ศึก ษาในรูป ของ อัตราสวนความชื้น (Moisture ratio) สามารถคํานวณไดตาม สมการ ดังนี้ MR =

41

(2)

ในการศึกษาการอบแหงดวยคลื่นไมโครเวฟและลมรอน คา ความชื้นสมดุลจะสามารถพิจารณาใหมีคาเทากับศูนย (พิชิต และ คณะ, 2556 ;อีลีหยะ และคณะ, 2555 ) ทํ า การวิ เคราะห สมการอบแห ง ของพริ ก โดยนํ าอั ตราส ว น ความชื้นที่เวลาใดๆ จากการทดลองมาเปรียบเทียบกับสมการที่ใช สําหรั บทํ านายค าความชื้ น 9 สมการ คื อ Newton, Page, Henderson and Pabis, Logarithmic, Two term, Wang and Singh, Modified Henderson and Pabis, Midilli et al., และ Logistic (สุเนตร และคณะ, 2554 ;สุภวรรณ และคณะ, 2013 ;ศัก ชัย และคณะ, 2553) ดังแสดงใน Table 1 ผลการทดลองคา ความชื้นที่เวลาใดๆ จะนํามาวิเคราะหดวยเทคนิคสมการทดถอย แบบไมเชิงเสน (Nonlinear regression analysis) และหา คาพารามิ เตอร ตางๆ ของสมการ โดยใช โปรแกรม IBM SPSS Statistics 19 มีดัชนีบงชี้ความสามารถในการทํานายของสมการ คือ คาสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ (Coefficient of determination, R2) และคารากที่สองของความคลาดเคลื่อนกําลังสองเฉลี่ย (Root mean square,RMSE) Table 1 Mathematical drying models Name of model Model equation Newton MR = exp(-kt) Page MR = exp(-ktn) Henderson and MR = a exp(-kt) Pabis Logarithmic MR = a exp(-kt) + c Two term MR = a exp(-k0t) + b exp(-k1t) Wang and Singh MR = 1+at+bt2 Modified Henderson MR = a exp(-kt) + (1and Pabis a)exp(-kbt) Midilli et al.

MR = a exp(-ktn) + bt Logistic MR =a/(1+exp(kt)) 2.2.2.3 ความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะ ความสิ้ น เปลื อ งพลั ง งานจํ า เพาะ (Specific energy consumption) คื อ อั ต ราส ว นระหว า งพลั ง งานที่ ใ ช ใ นการ อบแห ง ต อ ปริ ม าณน้ํ า ที่ ร ะเหยออกจากวั ส ดุ อ บแห ง สามารถ คํานวณไดตามสมการ ดังนี้

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 38-46 .

)

(3)

เมื่อ SEC คือ ความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะ ; MJ kg-1 water evaporated, E คือ ปริมาณพลังงานที่ใช ; kW h, W คือ น้ําหนักพริกที่เวลาใดๆ ; g, W คือ น้ําหนักแหงของพริก ; g และ 3.6 คือ ตัวเลขแปลงหนวยของพลังงานไฟฟา 2.2.2.4 สี ทําการวัดคาสีพริกสด และพริกแหงที่ผานการทดสอบ โดยใช เครื่องวัดสี (Hunter Lab Color Quest XE) และนําไป เปรียบเทียบกับพริกสดและพริกแหงตามทองตลาด 3 ผลและวิจารณ 3.1 จลนพลศาสตรการอบแหง จากการทดสอบอบพริกแหงดวยตนแบบเตาอบไมโครเวฟ รว มกั บ ลมรอ น ผลการศึ กษาพบวา พริ กสดกอ นอบแห ง มี ความชื้นเริ่มตนอยูในชวง 276-288% d.b. และความชื้นสุดทาย หลังอบแหงอยูในชวง 27-29% d.b. ใชระยะเวลาการอบแหง 300, 240, 210, 270 และ 600 min ที่สภาวะ M60 H60, M90 H60, M120 H60, M90 และ H60 ตามลําดับ ในสภาวะการ ทดลองอบแห ง โดยเป ด ไมโครเวฟร ว มกั บ ลมร อ น อั ต ราส ว น ความชื้ น จะลดลงเมื่ อ ระยะเวลาการทํ า งานของแมกนี ต รอน เพิ่มขึ้น สงผลใหระยะเวลาการอบแหงลดลง และการอบแหงโดย เป ด ไมโครเวฟร ว มกั บ ลมร อ นมี ร ะยะเวลาการอบแห ง ต่ํ า กว า การอบแหงดวยไมโครเวฟอยางเดียว 1.1 เทา และลมรอนเพียง อยางเดียว 2.5 เทา ดังแสดงใน Figure 4 เนื่องจากอบแหงดวย ลมรอนเปนการระเหยน้ําจากภายนอกผิวเขาสูภายในเซลลที่ลึก เขาไป เมื่อเวลาผานไปผิวภายนอกจะเกิดการหดตัวเปนสาเหตุให น้ําระเหยออกยากจึงตองใชเวลามากในการอบแหง (Ozkan et al, 2005 ) สวนการทําแหงดวยไมโครเวฟนั้นเกิดขึ้นในเซลลพริก ที่มคี วามชื้น ดูดซับพลังงานจากคลื่นยานความถี่ไมโครเวฟ จนทํา ใหเปนไอน้ําลอยตัวออกมานอกผิวของพริก (สารานุกรมไทย สําหรับเยาวชน) ในการอบแหงที่ผนวกทั้ง 2 ระบบเขาดวยกัน และเพิ่มระบบระบายความชื้นใหระบบฯ จะชวยลดระยะเวลา การอบแหงได

Moisture ratio

SEC = (

1.20

M60H60

1.00

M60H90

0.80

M120H9 0

0.60 0.40 0.20 0.00 0

100

200

300

400

500

600

Drying time (min)

Figure 4 Effect of microwave and hot air on drying of chilies using the pilots-scale hot air and microwave. dryer at M60 H60, M90 H60, M120 H60, M90 and H60 condition. นอกจากนี้ในงานวิจัยนี้ยังพบวา สภาวะการทดลอง M120 H60 ที่ชวงระยะเวลาการอบแหงประมาณ 30 min แรก มีการ ถายเทไอน้ําจากภายในเซลลออกสูภายนอกอยางรวดเร็วเมื่อพริก ไดรับพลังงานไมโครเวฟ พริกจึงมีลักษณะแตกที่บริเวณผิว คลาย กับงานวิจัยของ Tulasidas et al.(1995) สูญเสียลักษณะทาง กายภาพ เนื่องจากพริกรับพลังงานคลื่นไมโครเวฟแลวน้ําภายใน เซลลมีอุณหภูมิสูงขึ้นอยางรวดเร็ว เกิดเปนไอน้ําระเบิดออกสู ภายนอกผิวพริก (จันทรา, 2549) ดังแสดงใน Figure 5 แสดงให เห็นวาการเปดแมกนีตรอนในระยะเวลาดังกลาวเปนการปลอย คลื่นไมโครเวฟสูงเกินกวาน้ําภายในเซลลจะระบายออกไดทัน สงผลใหคุณภาพของผลผลิตลดลง ในทางตรงกันขามการเป ด ไมโครเวฟ ที่ เ วลาน อ ยเกิ น ไปนั้ น จะส ง ผลให ก ารเพิ่ ม ขึ้ น ของ อุ ณ หภู มิ ภ ายในเซลล พ ริ ก เกิ ด ขึ้ น อย า งช า ๆ ส ง ผลให ต อ งใช ระยะเวลาการอบแหงนาน

Figure 5 Effect of microwave 120 s on chilies. ผลการวิ เ คราะห ห าสมการการอบแห ง ที่ ส ามารถทํ า นาย จลนพลศาสตรการเปลี่ยนแปลงความชื้นของพริกที่สภาวะการ ทดลองตางๆ และคาคงที่ตางๆ จาก 9 สมการ โดยใชโปรแกรม ทางสถิติ พบวา แบบจําลอง Logarithmic, Wang and Singh และ Two term สามารถทํานายสภาวะ M60 H60, M90 และ 42

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 38-46 H60 ได เ หมาะสมที่ สุ ด ตามลํ า ดั บ ส ว นแบบจํ า ลอง Logistic สามารถทํานายสภาวะ M90 H60 และ M120 H60 ไดเหมาะสม ที่สุด ในการวิเคราะหความเหมาะสมและความแมนยําใชการ

ประเมินคาสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ (R2) สูงสุด และ คารากที่ สองของความคลาดเคลื่อนกําลังสองเฉลี่ย (RMSE) ต่ําสุด ดัง รายละเอียดแสดงใน Table 2

Table 2 Drying model contants and statical parameter of chili drying using the pilots-scale hot air and microwave dryer at M60 H60, M90 H60, M120 H60, M90 and H60 condition.

Model name Parameter M60H60 M90H60 M120H60 M90 H60 k 0.0050 0.0080 0.0110 0.0060 0.0030 2 Newton R 0.9886 0.9984 0.9955 0.9927 0.9958 RMSE 0.0811 0.0228 0.0425 0.0577 0.0475 k 0.0000 0.0040 0.0040 0.0010 0.0030 Page n 1.6380 1.1250 1.2280 1.4120 1.0060 2 R 0.7885 0.9979 0.9988 0.9819 0.9970 RMSE 0.5271 0.0309 0.5515 0.0921 0.0387 k 0.0050 0.0080 0.0110 0.0060 0.0030 Henderson and a 1.0880 1.0250 1.0380 1.0640 0.9790 Pabis 2 R 0.9886 0.9984 0.9955 0.9927 0.9958 RMSE 0.0674 0.0229 0.0379 0.0518 0.0400 -5 k 4.1100 x 10 0.0070 0.0090 0.0020 0.0030 Logarithmic a 74.8200 1.1240 1.1050 2.4250 1.1010 c -73.8020 -0.1150 -0.0820 -1.4170 -0.1490 2 R 0.9998 0.9988 0.9969 0.9898 0.9890 RMSE 0.0080 0.0210 0.0323 0.0673 0.0635 a 6.7160 3.6870 20.8120 5.3450 0.9790 Two term k1 0.0000 0.0040 0.0060 0.0010 -0.0020 -5 k0 9.5860 x 10 0.0050 0.0060 0.0010 0.0030 b -5.7040 -2.6790 -19.7910 -4.3370 -0.0240 2 R 0.8394 0.9982 0.9397 0.8310 0.9987 RMSE 0.4243 0.0254 0.1892 0.4220 0.0205 a -0.0030 -0.0070 -0.0080 -0.0040 -0.0030 -7 -5 -5 -6 b 8.5000 x 10 1.2060 x 10 1.8550 x 10 2.6660 x 10 2.234 x 10-6 Wang and Singh R2 0.9967 0.9862 0.9953 0.9996 0.9770 RMSE 0.0363 0.6668 0.0408 0.0091 0.0758 a 1.1240 1.7290 1.4380 1.1560 0.0880 b 1.0300 -1.6010 1.0160 1.0580 36.2310 k 0.0010 0.0050 0.0070 0.0020 0.4600 Modified g 0.0010 0.0040 0.0070 0.0020 0.0010 Henderson and Pabis c -1.1420 0.8800 -1.4320 -1.2050 -35.3190 h -0.0010 0.0050 0.0050 0.0000 0.0010 2 R 0.9980 0.9946 0.9983 0.9996 0.8807 RMSE 0.0342 0.0492 0.0231 0.0126 0.2925

43

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 38-46 Model name Midilli et al.

Logistic

Parameter a b k n R2 RMSE a k R2 RMSE

M60H60 1.0300 -0.0030 1779.1110 -3.5670 0.9992 0.0203 2.1180 0.0080 0.9937 0.0524

M90H60 1.0030 0.0000 0.0050 1.0790 0.9974 0.0327 1.9800 0.0120 0.9990 0.0174

M120H60 0.9940 0.0000 0.0030 1.3150 0.9941 0.0504 2.0140 0.0160 0.9993 0.0154

M90 1.0020 -0.0010 0.0020 1.1260 0.9987 0.0246 2.0660 0.0090 0.9976 0.0296

H60 0.9870 0.0000 0.0080 0.7810 0.9593 0.1331 1.8650 0.0050 0.9975 0.2860

Table 3 SEC, Yeild and costs of dry chilies using the pilots-scale hot air and microwave dryer.

Condition M60 H60 M90 H60 M120 H60 M90 H60

Drying time (min) 300 240 210 270 600

Weight of dry chilies (kg) 1.13±0.02 1.20±0.08 1.26±0.02 1.29±0.01 1.28±0.02

3.2 ความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะ และตนทุนพลังงาน ผลการศึกษาความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะของการอบแหง พริ ก ด ว ยไมโครเวฟร ว มกั บ ลมร อ น พบว า เมื่ อ เวลาการเป ด แมกนีตรอนเพิ่มขึ้น ระยะเวลาการอบแหงจะมีคาลดลง แต จะใช พลังงานเพิ่มขึ้น สงผลใหความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะมีค า เพิ่มขึ้น เนื่องจากระบบใชพลังงานในการกําเนิดคลื่นไมโครเวฟ เพิ่มขึ้น และเมื่อเปรียบเทียบความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะ ของการอบแหงพริกดวยไมโครเวฟรวมกับลมรอนกับการอบแหง ด ว ยไมโครเวฟอย า งเดี ย ว พบว า การอบแห ง ด ว ยไมโครเวฟ รวมกับลมรอนใชระยะเวลาการอบแหงนอยกวาการอบแหงดวย ไมโครเวฟอยางเดียว สงผลใหความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะมี คาต่ํากวา และเมื่อเทียบการอบแหงพริกดวยไมโครเวฟรวมกับลม รอนกับการอบแหงดวยลมรอนอยางเดียว พบวา การอบแหงดวย ไมโครเวฟรวมกับลมรอนใชระยะเวลาการอบแหงนอยกวาการ อบแหงดวยลมรอนอยางเดียว สงผลใหความสิ้นเปลืองพลังงาน จําเพาะมีคาต่ํากวาเชนกัน ดังแสดงใน Table 3 เนื่องจากในขณะ ทําการอบแหงดวยไมโครเวฟรวมกับลมรอนเกิดการถายเทความ รอ นทั้ ง การพาความร อนและการแผ ค ลื่น ไมโครเวฟไปยั งวั ส ดุ พรอมๆ กัน สงผลใหน้ําภายในวัสดุไดรับพลังงานจากลมรอนที่ ผิวสัมผัสและคลื่นไมโครเวฟภายในเนื้อวัสดุโดยตรง ทําใหน้ําใน วัส ดุ ถู ก ถ า ยเทไปยั ง อากาศแวดล อ มเร็ ว การอบแห ง พริ ก ด ว ย ไมโครเวฟรวมกับลมรอนจึงมีคาความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะ ต่ํา แตอยางไรก็ดีการอบพริกแหงถาใหพลังงานจากไมโครเวฟสูง

SEC

(MJkg-1water evaporated)

Yeild (kgdry chilies day-1)

Costs (baht kg-1 dry chilies)

15.90±0.08 5.42±0.04 37.00±1.50 18.79±0.01 7.20±0.06 38.00±0.96 19.93±0.05 8.64±0.04 42.00±1.89 23.77±0.05 6.88±0.05 45.00±1.71 20.15±0.15 3.07±0.04 40.00±1.73 เกินไปกวา ไอน้ํา จะระบายออกจากผิวพริกได พริก จะเกิ ดการ ระเบิดของไอน้ําทําใหพริกเกิดความเสียหาย ดังเชนทีส่ ภาวะ M120 H60 ขณะเดียวกันหากใหอุณหภูมิลมรอนสูงเกินไป พริ ก ก็ จ ะมีสี แ ดงปนดํา หรื อ สี ดํ า ทํ า ความเสี ย หายให พ ริ ก แห ง เชนเดียวกัน แตในกรณีที่ใหพลังงานคลื่นไมโครเวฟและอุณหภูมิ ลมรอนนอย การอบแหงก็ใชระยะเวลานาน (Soysal, 2004 ) ดังนั้นการอบแหงวัสดุแตละชนิดดวยไมโครเวฟรวมกับลมรอน จะตองทําการทดลองหาสภาวะที่เหมาะสม สําหรับในงานวิจัยนี้ จึงเลือกสภาวะ M90 H60 เปนสภาวะที่เหมาะสมในการผลิตพริก แหงดวยตนแบบเตาอบไมโครเวฟรวมกับลมรอนนี้ โดยที่สภาวะนี้ สามารถลดระยะเวลาการอบแหงลงไดรอบการผลิตละ 60 s กําลังการผลิต (Yeild) จึงสูงขึ้น 1.78 kg เมื่อเทียบกับ M60 H60 แต ต อ งใช พ ลั ง งานสํ า หรั บ แมกนี ต รอนสู ง ขึ้ น ส ง ผลให ค วาม สิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะ (SEC) สูงขึ้น 2.89 MJkg-1water evaporated แต อ ยางไรก็ดี เมื่อพิ จารณาต น ทุน (Costs) จะพบว า สภาวะ M90 H60 มีตนทุนการผลิตพริกแหงสูงกวา สภาวะ M60 H60 เพียงกิโลกรัมละ 1 baht เทานั้น ดังแสดงใน Table 3 การอบแหงพริกดวยไมโครเวฟรวมกับลมรอนจะใชระยะเวลา การอบแหงสั้น และความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะนอยแลวยัง สงผลใหตนทุนพลังงานมีคานอยอีกดวยเมื่อเทียบกับการอบแหง ดวยลมรอนอยางเดียวหรือไมโครเวฟอยางเดียว 44

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 38-46 3.3 สี พริกแหงที่อบแหงดวยไมโครเวฟรวมกับลมรอน มีลักษณะผิว เปนสีแดงใส ขั้วเขียว และไมแตก มีคาความสวาง (L*) เทากับ 24.81±1.30 คาสีแดง (a*) เทากับ 21.64±1.86 และคาสีเหลือง (b*) เทากับ 12.49±1.17 ดังแสดงใน Table 4 เมื่อเปรียบเทียบ คุณภาพกับพริกแหงในทองตลาดพบวา พริกแหงที่อบดวย ไมโครเวฟรวมกับลมรอน มีคาความสวางนอยกวา ทั้งนี้หาก จําเปนสามารถปรับปรุงไดโดยนําการนึ่งหรือลวกพริกกอนเขา กระบวนการอบแหง (นาริสา และคณะ, 2553) หรืออาจจะ ประยุ ก ต ใ ช ค ลื่ น ไมโครเวฟเพื่ อ ทํ า การนึ่ ง พริ ก ก อ นแล ว จึ ง เข า กระบวนการอบแหงดวยไมโครเวฟรวมกับลมรอนตอไป อยางไรก็ ดี แม ว า พริ ก แห ง ตามท อ งตลาดจะมี ค า ความสว า งสู ง แต เ มื่ อ พิจารณาลักษณะผิวของพริกแหงพบวา ผิวจะเหี่ยวและขั้วดํา ตางจากพริกแหงที่ผานการอบแหงดวยไมโครเวฟรวมกับลมรอน โดยลักษณะทางกายภาพของพริกแหง ดังแสดงใน Figure 6-7 4 สรุป การอบแหงพริกดวยไมโครเวฟรวมกับลมรอน ใหระยะเวลา การอบแหง ความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะ และตนทุนพลังงาน ต่ํากวา การอบแหงดวยไมโครเวฟอยางเดียว และลมรอนอยาง เดียว โดยสภาวะที่เหมาะสมของการอบแหงพริกโดยใชตนแบบ เตาอบไมโครเวฟรวมกับลมรอนในงานวิจัยนี้ คือ ระบบแมกนีต รอนเปดทํางานเมื่ออุณหภูมิภายในหองอบนอยกวา 60 ºC และ ปดเมื่อแมกนีตรอนทํางานครบเวลา 90 s ระบบลมรอนเปด ทํางาน เมื่ออุณหภูมิภายในหองอบนอยกวา 60 ºC และปดเมื่อ อุณหภูมิภายในหองอบมากกวาหรือเทากับ 60 ºC โดยระยะเวลา การทํ างานของแมกนี ตรอน รอบละ 90 s ความชื้ นลดลงอย าง ตอเนื่องและรวดเร็ว โดยคาความชื้นของพริกลดลงจาก 284.6±0.1 ถึง 29.6±1.3 % d.b. ในเวลา 240 min หรือ 4 h โดยสมการ Logistic มีความเหมาะสมที่สุดในการทํานายจลนพลศาสตรการ อบแหงพริ กด วยเตาอบไมโครเวฟร วมกั บลมร อน โดยใหค า R2 (0.9990) มากที่สุด และ RMSE (0.0174) นอยที่สุด คาความ สิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะ เทากับ 18.79±0.01 MJ kg-1water evaporated พริกแหงที่อบดวยไมโครเวฟรวมกับลมรอน มีลักษณะผิว เปนสีแดงใสขั้วเขียว และไมแตก มีคาความสวาง (L*) เทากั บ 24.81±1.30 คาสีแดง (a*) เทากับ 21.64±1.86 และคาสีเหลือง (b*) เทากับ 12.49±1.17 มีอัตราการผลิตพริกแหง 7.2±0.06 kgdry -1 -1 chilies day ตนทุนพลังงาน 38±0.96 baht kg dry chilies ไมรวม คาแรงงาน

45

Table 4 Color of chilies, dry chilies from market and dry chilies from the pilots-scale hot air and microwave dryer. color Sample L* a* b* Chilies 29.70±1.42 36.92±1.37 19.76±1.42 Dry chilies from 30.65±3.16 21.58±2.51 12.75±2.42 market Dry chilies from 24.81±1.30 21.64±1.86 12.49±1.17 the pilots-scale hot air and microwave dryer

Figure 6 Dry chilies from market.

Figure 7 Dry chilies from the pilots-scale hot air and microwave dryer.

5 กิตติกรรมประกาศ คณะผูวิจัยขอขอบคุณ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี ที่ให ทุนสนับสนุนการวิจัยและพัฒนา และสํานักงานคณะกรรมการ วิจัย แห งชาติ ที่ใ หทุ นอุด หนุ นโครงการวิจัย เพื่ อทํ าวิ ทยานิ พนธ ระดับบัณฑิตศึกษา 6 เอกสารอางอิง คํานึง วาทโยธา. 2553. การศึกษาการอบแหงยางแทงดวยเตา ไมโครเวฟระดับขยายสวน. รายงานการวิจัยฉบับสมบูรณ โครงการการศึกษาการอบแหง ยางแท งด วยเตาไมโครเวฟ ระดั บ ขยายส ว น. สํ า นั ก งานกองทุ น สนั บ สนุ น การวิ จั ย

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 38-46 สนับสนุนงบประมาณวิจัย. ศูนยนวัตกรรมเทคโนโลยีหลังการ เก็บเกี่ยวมหาวิทยาลัย ขอนแกน. จันทรา ดิษฐนา. 2549. การทําแหงดอกกุหลาบดวยระบบปม ความร อ นและสู ญ ญากาศ. วิ ท ยานิ พ นธ วิ ท ยาศาสตร มหาบั ณ ฑิ ต สาขาวิ ช าวิ ท ยาการหลั ง การเก็ บ เกี่ ย ว มหาวิทยาลัยเชียงใหม. จิรวัฒน กันตเกรียงวงศ วรพจน สุนทรสุข และประเวทย ตุยเต็ม วงศ. 2549. การผลิตพริกแหงแบบใหมโดยเครื่องไมโครเวฟ สุญญากาศแบบถังหมุน วารสารวิทยาศาสตรเกษตร ปที่ 37 ฉบับที่ 2 (พิเศษ). 178-181. เทวรั ต น ทิ พ ยวิ ม ล.2551. การพั ฒ นาเครื่ อ งอบแห ง ระบบป ม ความรอนรวมกับไมโครเวฟเพื่ออบแหงสมุนไพร.วิทยานิพนธ ปริญญาเอก วิศวกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร. นาริสา บินหะยีดิง ปยาภรณ ภาษิตกุล และวิภา พลันสังเกต.

2553. อิทธิพลของสารกับการเปลี่ยนแปลงสีของพริกชี้ฟา แหง. The 36th Congress on Science and Technology of Thailand 26-28 ตุลาคม 2553 กรุงเทพมหานคร. ผดุ ง ศั ก ดิ์ รั ต นเดโช. 2551. พื้ น ฐานการทํ า ความร อ นด ว ย ไมโครเวฟ. สํ า นั ก พิ ม พ ม หาวิ ท ยาลั ย ธรรมศาสตร กรุงเทพมหานคร. พิชิต สอนทุย วิโรจน ไขมุขเลิศฤทธิ์ ฤทธิชัย อัศวราชันย.2556. จลนพลศาสตรการอบแหงขมิ้นชันดวยคลื่นไมโครเวฟ.การ ประชุ ม วิช าการอุ ต สาหกรรมเกษตร สจล. ครั้ง ที่ 2 30 สิงหาคม 2556 กรุงเทพมหานคร. วีระ ภาคอุทัย และ เยาวรัตน ศรีวรานันท. 2557. พริกปลูก อยางไรในสภาวะโลกกําลังรอน.สํานักงานกองทุนสนับสนุน การวิจัย. เลมที่ 4. ศัก ชั ย จงจํ า และ อํ า ไพศั ก ดิ์ ที บุ ญมา.2553.การอบแห ง หญ า ป ก กิ่ ง ด ว ยเทคนิ ค สุ ญ ญกาศร ว มกั บ อิ น ฟราเรด.วารสาร วิทยาศาสตรและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยอุบลราชธานี.ปที่ 12 ฉบับที่ 3 กันยายน-ธันวาคม 2553. สารานุกรมไทยสําหรับเยาวชน. การถนอมผลิตผลการเกษตร . เลมที่ 19, เรื่องที่ 3. สาวิตรี คําหอม. 2552. การศึกษาการประยุกตเตาอบไมโครเวฟ ในกระบวนการนึ่ ง ปาล ม น้ํ า มั น .วิ ท ยานิ พ นธ ป ริ ญ ญาโท วิศวกรรมเครื่องกลมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี. สาวิตรี คําหอม, ธราวุธ บุญนอม, ณัฐพงษ ประภาการ, พรรษา ลิบลับ และ วีรชัย อาจหาญ. 2555. การศึกษาเปรียบเทียบ กระบวนการผลิตพริกแหงดวยเตาอบไมโครเวฟ ลมรอน และ เตาอบไมโครเวฟรวมกับลมรอน.การประชุมวิชาการเครือขาย วิศวกรรมเครื่องกลแหงประเทศไทย ครั้งที่ 26 ตุลาคม 2555 จังหวัดเชียงราย. สุเนตร สืบคา และ ฤทธิชัย อัศวราชันย. 2554. แบบจําลอง คณิ ต ศาสตร ก ารอบแห ง สํ า หรั บ วั ส ดุ พ รุ น .วารสารสมาคม

วิ ศ วกรรมเกษตรแห ง ประเทศไทย. ป ที่ 17 ฉบั บ ที่ 1 มกราคม-ธันวาคม 2554. สุภ วรรณ ฎิ ระวณิ ชย กุล สลิล ลา ชาญเชี่ย ว และยุ ทธนา ฎิ ร ะ วณิชยกุล. 2013. การอบแหงใบบัวบกเพื่อผลิตใบบัวบกแหง ชงดื่ ม ด ว ยการแผ รั ง สี อิ น ฟาเรด : จลนพลศาสตร ความ สิ้นเปลืองพลังงานและคุณภาพ. KKU Res . J . 18(2), 311324. เหมการ จินดาวัฒนภูมิ. 2545. การศึกษาแบบจําลองการทําแหง ระบบสุ ญ ญากาศร ว มกั บ ไมโครเวฟกั บ พริ ก ไทย.ปริ ญ ญา วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิชาวิศวกรรมอาหารคณะ วิ ศ วกรรมศาสตร มหาวิ ท ยาลั ย เทคโนโลยี พ ระจอมเกล า ธนบุรี. อีลีหยะ สนิโซ ฟามีรา สะอุดี รัชดาภรณ ฮานาฟ.2555.สภาวะที่ เหมาะสมและแบบจําลองจลนพลศาสตรการอบแหงผลหมาก ดวยพลังงานความรอนรวม. วารสารมหาวิทยาลัยราชฎัท ยะลา. ปที่ 7 ฉบับที่ 2 กรกฎาคม-ธันวาคม 2555.

AOAC. 2000. Official Methods of Analysis of AOAC International. 17th ed. TheAssociation of Offi cial Analytical Chemists.Gaithersburg, MD, USA. Funebo,T., Ohlsson,T. 1998. Microwave-assisted air dehydration of apple and mushroom. Journal of Food Engineering. 38, 353-367.

Ozkan, I.A., Akbudak, B., Akbudak N. 2005. Microwave drying characteristics of spinach. Journal of Food Engineering. 78, 577-583.

Soysal, Y. 2004. Microwave drying characteristics of parsiey. Biosystems engineering. 89, 2, 167-1.

Tulasidas, T.N., Raghavan, G.S.V., Mujumdar, A.S . 1995.

Microwave drying of Grapes in a Single mode cavity at 2540 MHz I: Drying Kinetics. Drying Technology, 13, 1949-1971.

46

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 47-58

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561) 47-57 Available online at www.tci-thaijo.org /index.php/TSAEJ

บทความวิจัย ISSN 1685-408X

ศึกษาแบบจําลองและผลของอุณหภูมิต่อการเปลี่ยนแปลงสมบัติทางเคมีกายภาพของขิงดองแช่อิ่มอบแห้ง Drying Modelling and Influence of Temperature on Physicochemical Properties of Soft Dried Pickled Ginger รัชฎา แย้มศรวล1,ขนิษฐา รุตรัตนมงคล1 และฤทธิชัย อัศวราชันย์2* Ratchada Yamsuan1, Khanitta Ruttarattanamongkol1 and Rittichai Assavarachan2* 1ภาควิชาอุตสาหกรรมเกษตร,

คณะเกษตรศาสตร์ ทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม, มหาวิทยาลัยนเรศวร พิษณุโลก, 65000

2หน่วยวิจัยเทคโนโลยีการอบแห้งและการลดความชื้น

คณะวิศวกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแม่โจ้ เชียงใหม่, 50290

*Corresponding author: Tel: +66-8-5704-9146, Fax: +66-34-351-896, E-mail: rittichai.assawarachan@gmail.com

บทคัดย่อ งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์เพื่อศึกษาแบบจําลองทางคณิตศาสตร์และผลกระทบของอุณหภูมิในการอบแห้งของขิงดองแช่อิ่มด้วย เครื่องอบแห้งลมร้อนแบบถาดขนาดห้องปฏิบัติการ โดยอบแห้งขิงดองแช่อิ่มจากความชื้นเริ่มต้นเท่ากับ 70.56±0.58 gwater/gdry matter จนเหลือความชื้น 0.17±0.03gwater /gdry matter ที่อุณ หภู มิ 50, 60, 70 และ 80oC ความเร็วลมคงที่ ที่ 0.4 m s-1 ซึ่ งใช้เวลาในการ อบแห้ง 13.00, 10.58, 9.08 และ 6.83 h ตามลําดับ การวิเคราะห์แบบถดถอยเป็นวิธีที่ใช้หาความเหมาะสมของแบบจําลองทาง คณิตศาสตร์ทั้ง 5 แบบจําลอง ได้แก่ Newton, Henderson and Pabis, Page, Modified Page และ Midilli et al. ผลการศึกษา พบว่า แบบจําลองของ Midilli et al สามารถทํานายการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนความชื้นของขิงดองแช่อิ่มอบแห้งได้เหมาะสมที่สุด เนื่องจากให้ค่าสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ (R2=0.9967-0.9996) สูงที่สุด ในขณะที่ให้ค่าไคกําลังสอง (2=0.0000-0.0001) และค่ารากที่ สองของความคลาดเคลื่อนกําลังสองเฉลี่ย (RMSE=0.0033-0.0099) มีค่าต่ําสุด และจากการศึกษาผลอุณหภูมิในการอบแห้งต่อการ เปลี่ยนแปลงสีของขิงดองแช่อิ่มอบแห้ง ด้วยค่าพารามิเตอร์ในระบบ CIE-L*,a*,b* และในระบบ Munsel (chroma, hue angle) ค่า ความแตกต่างสีรวม (E*) ค่าดัชนีการเป็นสีน้ําตาล (BI) และปริมาณน้ําตาลทั้งหมด พบว่าที่ขิงดองแช่อิ่มที่อบแห้งที่ 80oC จะทําให้ ผลิตภัณฑ์มีสีคล้ํากว่าเมื่ออบแห้งที่อุณหภูมิต่ํากว่า เมื่อเพิ่มอุณหภูมิในการอบแห้งส่งผลให้ค่าดัชนีการเป็นสีน้ําตาล (BI) และปริมาณ น้ําตาลทั้งหมดเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสําคัญทางสถิติ (P<0.05) คําสําคัญ: ขิงดองแช่อิ่มอบแห้ง การอบแห้งด้วยลมร้อน แบบจําลองการอบแห้งทางคณิตศาสตร์ Abstract This study aimed to determine the Mathematical modeling and study the influence of drying temperatures of soft dried pickled ginger underwent the laboratory-scaled-tray drying system. The initial moisture content of 7 0 . 5 6 ±0 . 5 8 gwater/gdry matter to the final moisture content of 0.17±0.03gwater/gdry matter on drying temperatures of 50, 60, 70 and 80oC with a constant air velocity of 0.4 m/s was 13.00, 10.58, 9.08 and 6.83 h, respectively. Nonlinear least square method is statistical analysis of drying model and the obtained experimental data was applied to five mathematical models (Newton, Henderson and Pabis, Page, Modified Page and Midilli et al.) and the model with the best fit was determined. The results showed that the Midilli et al. model could describe the drying characteristics with the most satisfactory level because it statistical results showed the highest coefficient of determination (0.9967-0.9996), the least chi-square (0.0000-0.0001), and the lowest root mean square error (0.0033-0.0099). The results of the effect of temperature on color changes of soft dried pickled ginger in term of CIE- L* a* b* and Munsell systems (Chroma, Hue angle) Total color difference (E*), Browning index (BI) and Total Sugar were found that the most physical change in color of dried pickled ginger 47

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 47-58 was the drying process temperature at 80๐ C. These was because an increase of the brown color. The color change was significantly (P <0.05) increased when increasing the drying temperature drying, browning index (BI) and total sugar.

Keywords: Soft dried pickled ginger; Hot-air drying; Mathematical modeling ผลกระทบของปัจจัยต่างๆ ในกระบวนการตลอดจนการทดลอง 1 บทนํา ขิ ง (Zingiber officinale Roscoe) เป็ น พื ช ล้ ม ลุ ก ส่ วนที่ ใช้ และเปรี ย บเที ย บเงื่ อ นไขการอบแห้ ง แบบต่ า งๆ เพื่ อ กํ า หนด รับประทาน คือเหง้าใต้ดิน มีเปลือกนอกสีน้ําตาลแกมเหลือง เนื้อ สภาวะที่เหมาะสมแทนการทดลองจริง (สักกมน, 2555) การทํ า นายจลนพลศาสตร์ ก ารเปลี่ ย นแปลงอั ต ราส่ ว น ในสีขาวนวล เหง้าแก่สด มีกลิ่น หอม รสเผ็ดร้อน ปัจจุบันขิงถูก นํามาแปรรูปเพื่อจุดประสงค์ทางการค้าโดยผ่านการแปรรูปด้วย ความชื้น (Moisture ratio, MR) ของขิงดองแช่อิ่มในระหว่างการ กระบวนการที่เหมาะสมเพื่อให้ง่ายต่อการเก็บรักษา เช่น ดอง แช่ อบแห้ ง ด้ ว ยแบบจํ า ลองทางคณิ ตศาสตร์ (mathematical อิ่ม และอบแห้ง เป็นต้น เพื่อช่วยยืดอายุการเก็บรักษาและยับยั้ง modeling) เป็นวิธีการที่ประหยัดได้ทั้งเวลาและค่าใช้จ่ายในการ การเจริญ ของจุ ลิน ทรีย์ โดยคํานึงถึงลักษณะทางกายภาพของ ทดลอง สามารถวิเคราะห์หาข้อมูลจํานวนมากอย่างละเอียดซึ่ง ผลิตภัณ ฑ์ และคุณ ภาพของผลิตภัณ ฑ์ (อําไพศัก ดิ์ และศักชัย, อาจจะเป็นข้อมูลที่วัดได้ยากหรือวัดไม่ได้เลยในห้องปฏิบัติการ 2553) การอบแห้ ง เป็ น กระบวนการที่ สํ า คั ญ ในการถนอม (สั ก กมน, 2555) ปั จ จุ บั น การจํ า ลองจลนพ ลศาสตร์ ก าร ผลิ ต ภั ณ ฑ์ ใ ห้ มี อ ายุ ก ารเก็ บ รั ก ษาที่ ย าวนานขึ้ น โดยการลด เปลี่ยนแปลงอัตราส่วนความชื้นของผลิตภัณฑ์สามารถทําได้ด้วย ความชื้นหรือปริมาณน้ําอิสระในผลิตภัณฑ์ซึ่งมีผลต่อจุลินทรีย์ที่ วิ ธี ก ารปรั บ เส้ น โค้ ง (curve fitting) ให้ ผ ลการจํ า ลองข้ อ มู ล เป็ น สาเหตุทํ าให้ ผ ลิ ตภั ณ ฑ์ เน่ าเสี ยไม่ส ามารถเจริญ ได้ รวมทั้ ง สอดคล้ อ งกั บ ผลการทดลอง (วิ ก านดาและคณะ, 2556) โดย ยับยั้งการทํางานของเอ็นไซม์ หรือชะลอปฏิกิริยาต่างๆ ทั้งทาง สามารถจํ า แนกได้ เป็ น แบบจํ า ลองเชิ ง เส้ น (linear model) เคมี และทางชีวเคมี โดยทั่วไปการอบแห้งแบบดั้งเดิมมักใช้การ แ บ บ จํ า ล อ ง ไม่ เป็ น เชิ ง เส้ น (non-linear model) แ ล ะ แบบจํ าลองพหุ น าม (polynomial model) เพื่ อ ใช้ ก ารจํ า ลอง อบแห้งด้วยลมร้อนเนื่องจากเป็นวิธีสะดวกและไม่ซับซ้อน ในปัจจุบันมีการเพาะปลูกขิงเป็นจํานวนมากทําให้เกิดปัญหา การถ่ ายเทความร้อนและมวลสารในระหว่างการอบแห้ ง และ ผลผลิตล้นตลาด และมักประสบกับปัญหาราคาตกต่ํา ดังนั้นจึง อธิ บ ายกระบวนการอบแห้ ง การวิ เคราะห์ แ บบจํ า ลองทาง ยืดอายุการเก็บรักษาโดยการดองด้วยเกลือเพื่อให้ง่ายต่อการเก็บ คณิตศาสตร์ที่เหมาะสม ด้วยค่าสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ (R2) สูง รักษาและการใช้ประโยชน์ ในขั้นตอนกระบวนการตัดแต่งมีขิง ที่ สุ ด และค่ า ไคกํ า ลั ง สอง (2) และค่ า รากที่ ส องของความ บางส่วนที่ไม่ได้มาตรฐานเหลือเป็นจํานวนมากจึงได้นําขิงดองที่ คลาดเคลื่อนกําลังสองเฉลี่ย (RMSE) ที่น้อยสุด (ฤทธิชัย, 2558) เหลือจากกระบวนการดังกล่าวมาเพิ่มมูลค่าด้วยการผลิตเป็นขิง ดั ง นั้ น วั ต ถุ ป ระสงค์ ข องงานวิ จั ย นี้ เพื่ อ ศึ ก ษาแบบจํ า ลองและ ดองแช่อิ่มอบแห้ง โดยนําขิงดองที่มีขนาดไม่ได้มาตรฐานมาหั่น ผลกระทบของอุณหภูมิที่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงสีของขิงดองแช่ เป็ นชิ้นลูกเต๋านําไปแช่ในน้ําเชื่อม แล้วนําไปอบในตู้อบลมร้อน อิ่มอบแห้ง รวมถึงการวิเคราะห์หาแบบจําลองทางคณิตศาสตร์ที่ พบว่าได้ขิงอบแห้งที่มีรสชาติที่ดี แต่ประสบปัญหาในเรื่องสีของ เหมาะสมของจลนพลศาสตร์การอบแห้งของขิงดองแช่อิ่ม เพื่อ ผลิตภัณฑ์ที่คล้ํา ดังนั้นในงานวิจัยนี้เพื่อศึกษาและหาแนวทางใน เป็นข้อมูลพื้นฐานให้ผู้ประกอบการในการปรับปรุงกระบวนการ การพัฒนากระบวนการอบแห้งเพื่อเป็นแนวทางในการปรับปรุง อบแห้ ง ภายใต้ เงื่อ นไขอุ ณ หภู มิ อ บแห้ ง ในช่ ว ง 50-80 oC จาก คุณภาพสีของขิงดองแช่อิ่มอบแห้ง และการหาสภาวะที่เหมาะสม การศึ ก ษาดั ง กล่ า วเป็ น แนวทางในการปรั บ ปรุ ง กระบวนการ ในการอบแห้งอาหาร เนื่องจากการหาสภาวะที่เหมาะสมจะต้อง อบแห้งขิงดองแช่อิ่มเพื่อปรับปรุงสีของขิงดองแช่อิ่มอบแห้งต่อไป ทําการทดลองหลายครั้งเพื่อหาข้อมูลผลกระทบของปัจจัยต่างๆ 2 อุปกรณ์และวิธีการ ซึ่งจะทําให้เสียค่าใช้จ่ายและเวลาที่ต้องใช้ในการทดลอง รวมทั้ง 2.1 วัตถุดิบ เกิ ด ความยุ่ งยากในการทดลอง ดั งนั้ น การทดลองเพื่ อ กํ า หนด ขิงดองได้จากกระบวนการตัดแต่งขิงที่มีขนาดไม่ได้มาตรฐาน สภาวะการอบแห้งและแบบจําลองการอบแห้งจึงเป็นสิ่งที่สําคัญ และเหลือเป็นจํานวนมากในกระบวนการผลิตในจังหวัด เชียงราย อย่างยิ่งในการออกแบบระบบการอบแห้ง ปัจจุบันแบบจําลอง จากนั้นบรรจุใส่ถุงซีลสุญญากาศ และเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 0-4oC การอบแห้งได้นําไปใช้ในการจําลองสภาวะการอบแห้งและศึกษา จนกว่านําไปวิเคราะห์ข้อมูลในขั้นต่อไป 48

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 47-58 การเตรียมวัตถุดิบ เริ่มต้น นําขิงดองมาหั่ น เป็ น ลูกเต๋าขนาด 1.5 cm3 จากนั้นนํามาล้างด้วยน้ําสะอาดเพื่อกําจัดความเค็ม โดย แช่น้ําทิ้งไว้ 5-6 h และเปลี่ยนน้ําทุกๆ ชั่วโมง วัดค่าความเค็มให้ เท่ากับ 0 ทุกครั้งก่อนเข้าสู่กระบวนการ จากนั้นนําขิงมาต้มน้ํา เดื อ ดที่ อุ ณ หภู มิ 80-90 oC เป็ น เวลา 1 h ร่ ว มกั บ การใส่ ก รด แอสคอร์ บิ ก 1% (w/w) จากนั้ น รอให้ ส ะเด็ ด น้ํ า และเข้ า สู่ กระบวนการแช่อิ่ม โดยแช่อิ่มที่ระดับความเข้มข้นของสารละลาย ซูโครส 43 ๐Brix เวลาในการแช่อิ่ม 6 h และอุณหภูมิในการแช่ อิ่ม 70oC อัตราส่วนระหว่างสารละลายออสโมซิสต่อชิ้นขิงดอง 1:1 (โดยน้ําหนัก) แช่ตัวอย่างขิงดองในสารละลายออสโมติกที่ เตรียมไว้ในบีกเกอร์ที่ปิดฝาด้วยอะลูมิเนียมฟอยล์ และควบคุม อุ ณ หภู มิ ใช้ ในการออสโมซิ ส ด้ ว ยหม้ อ ต้ ม น้ํ า ควบคุ ม อุ ณ หภู มิ จากนั้นสะเด็ดน้ําให้หมาด แล้วคลุกด้วยน้ําผึ้ง ทิ้งไว้อย่างน้อย 1 คืน (ขิง 1 kg /น้ําผึ้ง 42 g) จากนั้นนําไปทดลองต่อไป 2.2 การวิเคราะห์ค่าความชื้นเริ่มต้น การวิ เ คราะห์ ค วามชื้ น เริ่ ม ต้ น ของขิ ง ดองแช่ อิ่ ม ตามวิ ธี มาตรฐาน (AOAC, 2010) ใช้ ตั ว อย่ า งจํ า นวน 5.0 g ใส่ ในถ้ ว ย อะลูมิเนียมขนาด 3 oz ที่ผ่านการอบเพื่อไล่ความชื้น จํานวน 20 ตัวอย่าง และทําการทดลองจํานวน 3 ซ้ํา จากนั้นนําไปอบแห้ง ด้ ว ยตู้ อ บแห้ ง ลมร้ อ น (500/108I, Memmert, Germany) ที่ อุณหภูมิ 105±2oC เป็นเวลา 24 h (AOAC, 2010) จากนั้นนํามา ชั่ ง น้ํ า หนั ก ด้ ว ยเครื่ อ งชั่ ง ระบบดิ จิ ต อล (CP2245, Sartorius Analytical, Switzerland) ความชื้ น ของตั ว อย่ า ง (MC, gwater gdry matter-1) คํานวณโดยใช้สมการที่ (1).

MC 

Wi  W f Wf

(1)

เมื่อ Wi และ Wf คือน้ําหนักเริ่มต้น ของตัวอย่าง (g) และ น้ําหนักสุดท้ายของตัวอย่าง (g) ตามลําดับ 2.3 การเปลี่ยนแปลงความชื้นของขิงดองแช่อิ่มอบแห้ง เครื่ อ งอบแห้ ง ลมร้อ นแบบถาดถู ก ออกแบบและสร้า งโดย สาขาวิศวกรรมอาหาร คณะวิศวกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแม่โจ้ ซึ่งมีส่วนประกอบที่สําคัญ ได้แก่ ระบบสร้าง ลมร้อนซึ่งประกอบด้วยขดลวดไฟฟ้าขนาด 1.1 kW จํานวน 3 ขด และพั ด ลมซึ่ ง ถู ก ควบคุ ม ด้ ว ยอุ ป กรณ์ ป รั บ ความเร็ ว (DVUS940W1, Panasonic Corp., Japan) ค ว บ คุ ม อุ ณ ห ภู มิ ข อ ง อากาศร้อนด้วยเครื่องควบคุมอุณ หภูมิระบบ PID (TTM J4/J5, Toho, Japan) ถาดสํ า หรั บ วางตั ว อย่ า งติ ด ตั้ ง ตาชั่ ง (CDR-3, CST, China) สําหรับวัดและบันทึกค่าน้ําหนักที่เปลี่ยนแปลงของ ตัวอย่างขิงดองแช่อ่ิม และบันทึกค่าผ่านจากช่องสัญ ญาณ RS-

485 ซึ่ งเชื่ อ ม ต่ อ กั บ อุ ป ก รณ์ แ ป ล งสั ญ ญ าณ แล ะเค รื่ อ ง คอมพิ ว เตอร์ สํ า หรั บ บั น ทึ ก ข้ อ มู ล โดยข้ อ มู ล ที่ ถู ก บั น ทึ ก ค่ า ประกอบด้วยน้ําหนักของตัวอย่างที่เปลี่ยนแปลงไปในระหว่างการ อบแห้ ง ซึ่ ง ถู ก บั น ทึ ก ทุ ก ๆ 5 min นํ า ข้ อ มู ล ที่ ได้ ไปคํ า นวณใน รูปแบบของค่าความชื้น และอัตราส่วนความชื้นตามสมการที่ (1) และ (2) ตามลํ า ดั บ จากนั้ น นํ า ไปวิ เคราะห์ ห าแบบจํ า ลองที่ เหมาะสมด้วยเทคนิคการวิเคราะห์แบบถดถอย (ฤทธิชัย, 2556)

Figure 1. Diagram of the tray drying system.

(Source: Assawarachan. R. et al., 2016). อัตราส่วนความชื้นของการอบแห้งของขิงดองแช่อิ่ม สามารถ คํานวณได้จากสมการที่ (2) MR 

Mt  Me Mi  Me

(2)

เมื่ อ MR คื อ อั ต ราส่ ว นความชื้ น และ Mt, Mi, Me คื อ ความชื้ น ที่ เ วลาใดๆ ความชื้ น เริ่ ม ต้ น และความชื้ น สมดุ ล (equilibrium moisture content, EMC) ตามลําดับ การหาค่า ความชื้นที่เวลาใดๆ โดยนําตัวอย่างขิงดองแช่อิ่มมีน้ําหนักเริ่มต้น 100±5 g อบแห้งด้วยเครื่องอบแห้งลมร้อนแบบถาด (Figure 1) ที่อุณหภูมิ 50, 60, 70 และ 80oC และความเร็วลมคงที่ 0.4 m s-1 จากความชื้ น เริ่ ม ต้ น จนถึ ง ความชื้ น สุ ด ท้ า ยที่ 0.17±0.03 gwater /gdry matter และการหาค่าความชื้นเริ่มต้น โดยเริ่มจากนําขิง ดองแช่อิ่มเข้าตู้อบแห้งแบบลมร้อน (Hot air drying) ที่อุณหภูมิ 105 oC เป็ น เวลา 24 h และการวิ เคราะห์ ห าความชื้ น สมดุ ล โดยนําขิงดองแช่อิ่มมาอบแห้งที่อุณหภูมิ 50, 60, 70 และ 80oC โดยใช้เครื่องอบแห้งแบบลมร้อน (Hot air drying) เป็นเวลา 72 h จากนั้ น นํ า มาคํ า นวณค่ า ความชื้ น สมดุ ล (Henderson and Perry, 1976).

2.4 แบบจําลองทางคณิตศาสตร์การอบแห้ง แบบจํ า ลองการอบแห้ ง ที่ นิ ย มใช้ ในการศึ ก ษาผลิ ต ภั ณ ฑ์ อาหารหรือวัสดุทางการเกษตร ได้แก่ แบบจําลองทางคณิตศาสตร์ 49

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 47-58 ของ Newton, Henderson and Pabis, Page, Modified Page และ Midilli et al. ซึ่ งแสดงความสั มพั นธ์ ดั ง Table 1 สมการที่ (3)-(7) การวิเคราะห์หาค่าพารามิเตอร์ต่างๆ ของแบบจําลองการ อบแห้งใช้เทคนิคการวิเคราะห์แบบสมการถดถอยแบบไม่เป็นเชิง เส้ น (non-linear regression) ด้ ว ยวิ ธี ป รั บ เส้ น โค้ ง (Doymaz and Îsmail, 2011; Assawarachan, 2013; Unhapipatpong, et al., 2015; ฤทธิชัย, 2558) Table 1 Mathematical models given by various authors.

Model name Model equation 1. Newton MR = exp (-k t) (3) 2. Henderson and Pabis MR = a exp (-k t) (4) n 3. Page MR = exp (-k t ) (5) n 4. Modified Page MR = exp(-(kt) ) (6) 5. Midilli et al MR = a exp(-ktn)+bt (7) k คือค่าคงที่การอบแห้ง (1/min) ,n คือค่าดัชนีการอบแห้ง a, b คือค่าคงที่ของรูปแบบสมการ การวิเคราะห์รูปแบบจําลองทางคณิตศาสตร์ที่เหมาะสมใช้ค่า สัมประสิทธิ์การตัดสินใจสูงสุด (R2), ค่าไคกําลังสอง (2) และค่า รากที่ ส องของความคลาดเคลื่ อ นกํ าลั งสองเฉลี่ ย (RMSE) เป็ น ดัชนีบ่งบอกความแม่นยําในการทํานายค่าอัตราส่วนความชื้นที่ เปลี่ยนแปลงไป ดังแสดงในสมการที่ (8) และ (9)

 

N



2

RMSE 

i 1

1 N

(MRexp,i  MRpre,i ) 2 N  np N

 ( MR i 1

pre , i

 MR exp, i ) 2

(8) (9)

เมื่อค่า MRexp, i และ MRpre, i คือ ค่าอัตราส่วนความชื้นจาก การทดลองและค่ า อั ต ราส่ ว นความชื้ น จากการทํ า นายของ แบบจําลองการอบแห้ง N คือจํานวนข้อมูลในการทดลอง และ np คือจํานวนตัวแปรของแบบจําลองทางคณิตศาสตร์การอบแห้ง 2.5 การเปลี่ยนแปลงสมบั ติเชิ งทั ศ นศาสตร์ของขิ งดองแช่ อิ่ม อบแห้ง นําขิงแช่อิ่มอบแห้งและขิงดองมาวัดสีโดยใช้เครื่อง Konica Minolta's CR-10 spectrophotometer; Japan) แ สด งต าม Figure 2. วัดค่าความสว่าง (L*-value) ค่าความเป็นสีแดง-เขียว (a*-value), ค่ า ความเป็ น สี เหลื อ ง-น้ํ า เงิน (b*-value) ค่ า ที่ บ่ ง บอกถึ ง ความเข้ ม หรื อ ความจางของสี (chroma) และ ค่ า สี ที่ สะท้อนมาจากสีของวัตถุ (hue value) จากนั้นนําค่าสีวิเคราะห์ 50

ค่าความแตกต่างสีโดยรวม (E*) โดยเปรียบเทียบสีของขิงดอง แช่อิ่มกับขิงดองแช่อิ่มที่ผ่านกระบวนอบแห้ง ดังสมการที่ (10) 1/ 2  E *  ( L *  L*0 ) 2  ( a *  a 0* ) 2  ( b *  b0* ) 2  (10) เมื่อค่า L*0 , a*0 และ b*0 คือค่าความสว่าง, ค่าความเป็นสี แดง-เขียว ค่าความเป็นสีเหลือง-น้ําเงินของขิงดองแช่อิ่ม และ L*, a* และ b* คือค่าความสว่าง, ค่าความเป็นสีแดง-เขียว ค่าความ เป็นสีเหลือง-น้ําเงิน ของขิงดองแช่อิ่มอบแห้ง

Figure 2. Photography of CR-10 chroma meter (Konica Minolta; Japan).

2.6 การวิเคราะห์หาค่า Browning index (BI) ชั่งตั วอย่างขิงดองแช่อิ่มอบแห้งสับละเอียด 5±0.5 g ใส่ใน ขวดรู ป ชมพู่ เติ ม 2% acetic acid ปริ ม าตร 30 ml ทิ้ ง ไว้ 30 min นําไปกรองด้วยกระดาษกรองเบอร์ 4 จากนั้นนําสารละลาย ที่กรองได้ไปวัดค่าการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่นของแสงที่ 420 nm โดยเทียบกับสารละลาย 2% acetic acid เป็นสารมาตรฐาน (Baloch และคณะ; 1973) 2.7 วิเคราะห์น้ําตาลรีดิวซ์และปริมาณน้ําตาลทั้งหมด ชั่ งตั วอย่ างแล้ วย่ อยด้ วย Carez I & II ปรับ ปริม าตร 100 ml กรองด้วยกระดาษกรองเบอร์ 4 และนําสารละลายตัวอย่างใส่ บิ ว เรตปลายงอ จากนั้ น ปิ เ ปต Fehling I & II ไตเตรทกั บ สารละลายตั ว อย่ า งจนสี น้ํ า เงิ น เริ่ ม จางลง หยด methylene blue 1 หยด ไตเตรทจนกระทั่งสีน้ําเงินหายไปเหลือตะกอนสีส้ม แดง จดปริมาตรสารละลายตัวอย่างที่ใช้ และคํานวณหาปริมาณ น้ํ า ตาลรี ดิ ว ซ์ และวิ ธี วิ เ คราะห์ น้ํ า ตาลนอนรี ดิ ว ซ์ ทํ า การ Hydrolysed ด้วยกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นจํานวน 5 ml ตั้งบน hot plate อุณหภูมิ 70๐C เป็นเวลา 10 นาที จากนั้นปรับพีเอช ให้เป็นกลาง นําไปกรองด้วยกระดาษกรองเบอร์ 4 นําสารละลาย มาวิ เ คราะห์ ป ริ ม าณน้ํ า ตาลทั้ ง หมดตามวิ ธี ข อง Lane and Eynon’s volumertric (AOAC, 2010)

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 47-58 2.8 การวิเคราะห์ทางสถิติ ทํ า การวิ เคราะห์ 3 ซ้ํ า ในแต่ ล ะการทดลองอบแห้ ง และ รายงานผลเป็ น ค่ า เฉลี่ ย (mean) และค่ า เบี่ ย งเบนมาตรฐาน (standard deviation) โดยวิเคราะห์ความแปรปรวน (ANOVA) ใช้วิธีการแปรปรวนทางเดียว (One way analysis of variance) และทดสอบความแตกต่างของค่าเฉลี่ยโดยวิธี Duncan’s New Multiple Range Test (DMRT) ที่ระดับนัยสําคัญ 0.05

3 ผลและวิจารณ์ 3.1 คุณลักษณะของขิงดองแช่อิ่มอบแห้ง การวิเคราะห์ค่าความชื้นเริ่มต้นของขิงดองแช่อิ่ม พบว่ามีค่า เท่ ากั บ 70.56±0.58 gwater/gdry matter จากการศึ ก ษาสมบั ติ เชิ ง ทัศนศาสตร์ในระบบสี CIE ด้วยค่าความสว่าง (L*) ค่าความเป็น สีแดง (a*) และค่าความเป็นสีเหลือง (b*) ของขิงดองเริ่มต้น มี ค่ า เท่ า กั บ 48.74±1.82, 1.16±0.49 และ 13.19±2.32 ตามลํ า ดั บ และในระบบ munsell มี ค่ า chroma (C*) เท่ า กั บ 13.21±2.33 และค่า hue (h๐ ) เท่ากับ 84.60±1.63 โดยสีของ ขิงดองเริ่มต้นจะมีสีคล้ําอมชมพู เนื่องจากผ่านกระบวนการดอง ด้วยเกลือเป็นเวลานานจนกว่าจะนํามาแปรรูป และมีการเตรียม ขั้ น ต้ น โดยการลวกร่ วมกั บ การใส่ ก รดแอสคอร์บิ ก 1% (w/w) เพื่อช่วยในการปรับปรุงสีก่อนเข้าสู่กระบวนการแช่อิ่ม และเมื่อ ผ่ า นกระบวนการแช่ อิ่ ม พบว่ า ค่ า ความสว่า ง L* มี ค่ า เพิ่ ม ขึ้ น เท่ากับ 53.15±2.86 ค่า a* มีค่าเท่ากับ 4.16±1.83 ตัวอย่างมีค่า ความเป็นสีแดงที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบตัวอย่างของดองเริ่มต้น และค่า ความเป็นสีเหลือง b* มีค่าเพิ่มขึ้นเท่ากับ 15.49±3.34 เนื่องจาก การออสโมซิสด้วยการแช่อิ่มจะสามารถช่วยลดการเปลี่ยนแปลงสี ของอาหารได้เนื่องจากอาหารแช่ในสารละลายออสโมติกที่มีความ เข้มข้นสูง และจมอยู่ในสารละลายตลอดเวลา จึงสามารถป้องกัน การเกิดสีน้ําตาลได้และช่วยรักษาความคงตัวของสีในผลิตภัณฑ์ได้ (Ponting et al., 1996) และเมื่อพิจารณาค่าสีในระบบ munsell มี ค่ า C* เท่ ากั บ 16.11±3.53 บ่ งบอกถึ งความเข้ ม ของสี ค่ า C* เป็นตัวเลขบ่งบอกความสดใส ความเข้ม ถ้ามีค่าน้อยสีจะทึบ และ ถ้ามีค่ามากเนื้อสีจะสดใส และค่า h๐ มีเท่ากับ 75.30±5.67 ซึ่งค่า h๐ เป็นตัวเลขที่ระบุตําแหน่งของสีมีหน่วยเป็นองศา โดย 45-90 องศา แสดงสีส้มแดงถึงสีเหลือง (McGuire, 1992)

จากนั้นศึกษาคุณลักษณะการอบแห้งของขิงดองแช่อิ่มอบแห้ง ที่อุณ หภูมิ 50, 60, 70 และ 80๐C จากความชื้น เริ่ม ต้น เท่ ากับ 70.56±0.58 gwater/gdry matter จนเหลื อ ความชื้ น สุ ด ท้ ายเท่ ากั บ 0.17±0.03 gwater /gdry matter โดยนํ า มาคํ า นวณค่ า ความชื้ น สมดุ ล พบว่ า ค่ า ความชื้ น สมดุ ล ของขิ ง ดองแช่ อิ่ ม มี ค่ า เท่ า กั บ 10.88, 10.46, 10.14 และ 10.03 ที่อุณหภูมิอบแห้ง 50, 60, 70 และ 80oC ตามลําดับ จากการศึกษาการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วน ความชื้นของขิงดองแช่อิ่มในระหว่างการอบแห้ง แสดงใน Figure 3 โดยการอบแห้งที่อุณหภูมิ 50, 60, 70 และ 80๐C ความเร็วลม คงที่ 0.4 m s-1 ใช้เวลาในการอบแห้ง 13.00, 10.58, 9.08 และ 6.83 h ตามลําดับ โดยในช่วงแรกอัตราส่วนความชื้นในขิงแช่อิ่ม อบแห้งจะลดลงอย่างเร็ว เนื่องจากในชิ้นขิงดองมีความชื้นสูง ทํา ให้การถ่ายเทมวลน้ําจากชิ้นขิงดองออกไปยังผิวหน้าเกิดขึ้นได้ง่าย และรวดเร็ว และนอกจากนี้พบว่าการอบแห้งที่อุณหภูมิสูงจะมี อั ต ราการอบแห้ ง สู ง กว่ า การอบแห้ ง ที่ อุ ณ หภู มิ ต่ํ า ส่ ง ผลให้ ระยะเวลาในการอบแห้งน้อยลง จาก Figure 3 แสดงให้เห็นว่า การลดลงของความชื้นมีลักษณะเป็นแบบเอ็กซ์โพเนนเซียลแบบ ลดลงกั บ เวลาที่ ใช้ ในการอบแห้ ง ดั ง นั้ น การเพิ่ ม อุ ณ หภู มิ ก าร อบแห้ ง จะเป็ น การเร่ ง อั ต ราการถ่ า ยเทความร้ อ นและมวล ความชื้ น ในระหว่า งกระบวนการอบแห้ ง โดยมวลความชื้ น ใน สถานะของเหลวในชิ้นขิงดองจะเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะไอน้ํา และถูกถ่ายเทมวลความชื้น และถูกพาออกไปกับอากาศร้อนที่ ไหลผ่าน โดยพลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นในช่วงนี้เรียกว่า latent heat of vaporization ส่ ง ผลให้ ม วลความชื้ น ในชั้ น เนื้ อ เยื่ อ เคลื่อนที่มายังผิวหน้าเพื่อทดแทนความชื้นที่สูญเสียไปในระหว่าง การอบแห้ ง และเกิ ด ความแตกต่ า งของความดั น ไอน้ํ า ใน โครงสร้างเซลล์และมีการแพร่มวลความชื้นมาแทนที่ผิวหน้าเซลล์ และมี ค่ า เท่ า กั บ อั ต ราการระเหยของน้ํ าที่ ผิ วหน้ า ของตั ว อย่ า ง เรี ย กว่ า ช่ ว งการทํ า แห้ ง คงที่ (Constant drying rate period) และเข้าสู่ช่วงของการเคลื่อนที่ของมวลความชื้นในโครงสร้างเซลล์ ชั้นในแพร่มาแทนที่ผิวหน้าช้ากว่าช่วงการระเหยของน้ําที่ผิวหน้า ตั ว อย่ า ง เรี ย กว่ า ช่ ว งการอบแห้ ง แบบลดลง (Falling drying rate period) ในช่วงอัตราการอบแห้งลดลงแสดงให้เห็นถึงความ ต้านทานการเปลี่ยนแปลงความชื้นที่เกิดขึ้นในการส่งผ่านความ ร้อนและการส่งผ่านมวล (รัชฎา และคณะ, 2557)

51

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 47-58

Figure 3 Moisture ratio (MR) versus drying time of soft dried pickled ginger for drying temperature 50-80๐ C, comparing experimental curve with most predicted Midilli model. al. สามารถทํานายการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนความชื้นของขิง 3.2 การวิเคราะห์แบบจําลองทางคณิตศาสตร์ การศึกษาแบบจําลองทางคณิตศาสตร์ของการอบแห้งขิงดอง ดองแช่ อิ่ ม อบแห้ ง ได้ เ หมาะสมที่ สุ ด ดั ง แสดงใน Table 2 แช่อิ่ม ซึ่งประกอบไปด้วยแบบจําลองของ Newton, Henderson เนื่องจากให้ค่าสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ (R2=0.9967-0.9996) สูง and Pabis, Page, Modified Page และ Midilli et al. ซึ่ ง การ ที่สุด ในขณะที่ให้ค่าไคกําลังสอง (2=0.0000-0.0001) และค่า วิเคราะห์หาค่าพารามิเตอร์ต่างๆ ของแบบจําลองทางคณิตศาสตร์ รากที่สองของความคลาดเคลื่อนกําลังสองเฉลี่ย (RMSE=0.0033การอบแห้งจะใช้เทคนิคการวิเคราะห์แบบสมการถดถอยที่ไม่เชิง 0.0099) มี ค่ าต่ํ าสุ ด แ ล ะมี ค่ าน้ อ ย ก ว่ า แ บ บ จํ า ล อ งท าง เส้น (Nonlinear Regression) เพื่อวิเคราะห์ความเหมาะสมของ คณิ ต ศาสตร์ อื่ น ๆ สอดคล้ อ งกั บ รายงานวิ จั ย ของการศึ ก ษา แบบจํ า ลองทางคณิ ต ศาสตร์ ในการทํ า นายการเปลี่ ย นแปลง ผลกระทบของต่อจลนพลศาสตร์การอบแห้งแบบชั้นบางด้วยลม อัตราส่วนความชื้นของขิงดองแช่อิ่มอบแห้งได้เหมาะสมที่สุด โดย ร้อน เช่น แครอท มะเขือเทศ มันฝรั่ง ขมิ้น เปลือกทับทิม และใบ พิจารณาจากค่าสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ (R2) สูงที่สุด ในขณะที่ สะระแหน่ พบว่ าแบบจํ า ลองของ Midilli et al., เหมาะสมใน ให้ค่าไคกําลังสอง (2) และค่ารากที่สองของความคลาดเคลื่อน การทํ า นายอั ต ราการเปลี่ ย นแปลงความชื้ น (Hosain et al., กําลังสองเฉลี่ย (RMSE) ที่ต่ําสุด (Unhapipatpong, et al., 2015; 2012; Taheri-Garavanda et al., 2011; Naderinezhad et Doymaz and Îsmail, 2011, Assawarachan, 2013 และฤทธิ al., 2016; Murthy and Manohar, 2014; วิกานดา และคณะ, ชัย, 2558) โดยที่ค่า R2 สามารถบ่งบอกถึงความแม่นยําของการ 2556 และ เนาวนิตย์ และคณะ, 2556) ทํานาย ในขณะที่ค่า (2) และ RMSE บ่งบอกถึงความผิดพลาด จากการทํานาย จากการศึกษาพบว่าแบบจําลองของ Midilli et Table 2 Thin layer drying model constants and statistical parameter of soft dried pickled ginger.

Drying Drying Drying Model Constants R2 2x 10-3 RMSE Model Condition (oC)

Newton

52

50

k=0.1696

0.9968

0.15

0.0123

60

k=0.2158

0.9946

0.20

0.0140

70

k=0.2728

0.9883

0.45

0.0212

80

k=0.4158

0.9665

1.30

0.0358

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 47-58 Drying Model

Henderson and Pabis

Page

Modified Page

Midilli et al.,

Drying Condition (oC)

Drying Model Constants

R2

2x 10-3

RMSE

50

k=0.1762, a=1.0338

0.9958

0.28

0.0166

60

k=0.2156, a=0.9993

0.9946

0.20

0.0140

70

k=0.2676, a=0.9833

0.9899

0.39

0.0196

80

k=0.4060, a=0.9790

0.9712

1.23

0.0349

50

k=0.1609, n=1.0294

0.9956

0.26

0.0160

60

k=0.2292, n=0.9619

0.9964

0.11

0.0106

70

k=0.3072, n=0.9139

0.9957

0.16

0.0106

80

k=0.4650, n=0.8863

0.9869

0.69

0.0260

50

k=0.1695, n=1.0294

0.9956

0.26

0.0160

60

k=0.2162, n=0.9619

0.9964

0.01

0.0106

70

k=0.2749, n=0.9139

0.9956

0.18

0.0133

80

k=0.4215, n=0.8863

0.9847

1.91

0.0434

50

k=0.1515, a=1.0158, n=1.1734, b=0.0079

0.9967

0.10

0.0099

60

k=0.2385, a=1.0229, n=1.0143, b=0.0055

0.9996

0.01

0.0033

70

k=0.3328, a=1.0388, n=0.9690, b= 0.0077

0.9995

0.02

0.0047

80 k=0.4820, a=1.0191, n=1.0785, b=0.0172 0.9983 0.09 0.0095 3.3 การทวนสอบความแม่นยําของแบบจําลองทางคณิตศาสตร์ ทํ า นายของสมการ และการวิ เคราะห์ ค วามผิ ด พลาดในการ การทวนสอบความแม่ น ยํ า ของแบบสมการทั่ ว ไปในการ ทํ า นายด้ ว ยค่ า ไคกํ า ลั ง สอง (2) และค่ า รากที่ ส องของความ ทํานายผลของค่าพารามิ เตอร์การอบแห้ งของแบบจําลองทาง คลาดเคลื่อนกําลังสองเฉลี่ย (RMSE) ตามที่แสดงในสมการที่ (8) คณิตศาสตร์ด้วยการเปรียบเทียบกับข้อมูลการอบแห้งขิงดองแช่ และ (9) ตามลํ า ดั บ ผลการวิเคราะห์ พ บว่า ค่ า R2 มี ค่ า เท่ า กั บ อิ่มที่อุณหภูมิที่ 55, 65 และ 75๐C ตามลําดับ โดยนําค่าอุณหภูมิ 0.9072-0.9385 ในขณะที่ 2 และ RMSE มีค่าเท่ากับ 1.34 x ที่ 55, 65 และ 75๐ C แทนค่ า ในสมการ (11) - (14) ซึ่ ง เป็ น 10-3 – 1.82x 10-3 และ 0.0107-0.0158 ที่อุณหภูมิที่ระดับ 55, สมการทั่วไปของค่าพารามิเตอร์ของแบบจําลองทางคณิตศาสตร์ 65 และ 75๐C ตามลํ า ดั บ ผลการศึ ก ษาพบว่ า รูป แบบสมการ ของ Midilli et al., ดังสมการต่อไปนี้ ทั่วไปของค่าพารามิเตอร์ข องแบบจําลองทางคณิ ตศาสตร์ของ k=0.0109T-0.4045 (R2=0.9820) (11) Midilli et al. สามารถทํ า นายค่ า Moisture ratio ได้ อ ย่ า ง a=0.0003T+1.0076 (R2=0.1047) (12) เหมาะสม โดยมี ค่ า R2 ที่ สู ง และค่ า 2 และ RMSE มี ค่ า ต่ํ า n=-0.0033T+1.2732 (R2=0.2308) (13) สอดคล้ อ งกั บ การวิ เคราะห์ ด้ ว ยวิ ธี Graphic Validation ตาม ภาพที่ แ สดงใน Figure 4 โดยมีค วามสัม พั น ธ์ใกล้เคียงกับ เส้ น b=0.003T-0.01 (R2=0.5577) (14) ๐ นําข้อมูล ที่ ได้ จากการทดลองจริง (จํานวน 3 ซ้ํา) ด้วยการ ทวนสอบความแม่นยํา (เส้นตรงที่มีความชัน 45 ) ข้อมูลที่ได้จาก คํา นวณในรูป แบบของค่ า Moisture ratio เปรียบเที ยบกั บ ค่ า การเปรียบเทียบชี้ให้เห็นว่าอัตราส่วนความชื้นได้จากการทํานาย Moisture ratio จากการคํานวณด้วยแบบจําลองทางคณิตศาสตร์ กระจายอยู่รอบๆ เส้นตรง แสดงว่าแบบจําลองสามารถทํานายได้ ของ Midilli et al. จากนั้ น วิ เ คราะห์ ข้ อ มู ล ทางสถิ ติ ด้ ว ยค่ า ดี ซึ่งสามารถสรุปได้ว่า แบบจําลองทางคณิตศาสตร์ของ Midilli สัมประสิทธิ์การตัดสินใจสูงสุด (R2) ซึ่งบอกความแม่นยําในการ et al., สามารถทํ านายอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงความชื้น ใน 53

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 47-58 ระหว่างการอบแห้งขิงดองแช่อิ่มที่อุณหภูมิ 50 ถึง 80๐C ได้เป็น อย่างดี สอดคล้องกับงานวิจัยที่เกี่ยวข้องในการทวนสอบความ แม่นยําของแบบจําลองการอบแห้ง (ปองพล และฤทธิชัย, 2557; ฤทธิชัย และคณะ 2554; Pongtong et al., 2011; Agarry and Aworanit, 2012; Singh and Pandey 2012; Assawarachan, 2013)

Figure 4. Comparison of the experimental moisture ratio (MR) and corresponding values by predicted Midilli model at different drying conditions 3.3 ผลของอุณหภูมิต่อคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของขิงดอง แช่อิ่มอบแห้ง จาการศึกษาสมบัติเชิงทัศนศาสตร์ของขิงดองแช่อิ่ม โดยการ วัดสีของขิงดองแช่อิ่มที่ผ่านกระบวนการอบแห้งที่อุณหภูมิต่าง ๆ แสดงผลการวัดค่าสีของขิงดองแช่อิ่มอบแห้งแสดงใน Table 3 และภาพถ่ายของขิงดองแช่อิ่มอบแห้งที่ 50, 60, 70 และ 80๐C แสดงใน Figure 5 พบว่า ค่าสีผลิตภัณฑ์หลังการอบแห้งที่สภาวะ การทดลองต่ า งๆ มี ค วามแตกต่ า งอย่ า งมี นั ย สํ า คั ญ ทางสถิ ติ (P<0.05) โดยปัจจัยหลักที่มีผลต่อสีของขิงดองแช่อิ่มอบแห้งคือ อุณหภูมิที่ใช้ในการอบแห้งกล่าวคือ เมื่ออุณหภูมิในการอบแห้ง สูงขึ้น ส่งผลให้ค่าความสว่าง L* ค่าความเป็นสีแดง a* และค่า วามเป็นสีเหลือง b* มีแนวโน้มลดลง บ่งบอกถึงผลิตภัณ ฑ์มีสีที่ คล้ําขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับขิงดองที่ผ่านกระบวนการออสโมซิสมี ค่าความสว่าง L* (53.15±2.86) และค่ าความเป็ น สีเหลือง b* (15.49±3.34) ซึ่งอาจเป็นผลมาจากกระบวนการออสโมซิสเป็น การแช่ชิ้นขิงในสารละลายซูโครสเข้มข้นทําให้ชิ้นขิงดองมีความ เป็นสีเหลืองและความสว่างเพิ่มมากขึ้น และเมื่อผ่านกระบวนการ อบแห้ ง ทํ า ให้ ค่ า ความสว่ า ง L* และค่ า ความเป็ น สี เหลื อ ง b* ลดลง ค่าความเป็นสีแดง a* เพิ่มขึ้น ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์หลังการ อบแห้งมีสีที่คล้ําขึ้น เนื่องจากการทําแห้งทําให้ลักษณะผิวหน้า อาหารเปลี่ยนแปลงไปส่งผลต่อค่าสีทําให้การวัดการสะท้อนของ 54

แสงมี ค่ า เปลี่ ย นแปลงไปจากตั ว อย่ า งขิ ง ดองเริ่ ม ต้ น และเมื่ อ พิ จ ารณาค่ า Chroma (C*) พบว่ า เมื่ อ อุ ณ หภู มิ ในการอบแห้ ง สูงขึ้น จะส่งผลต่อค่า C* มีค่าน้อยลง ทําให้ค่าสีของขิงดองแช่อิ่ม อบแห้ งมีแ นวโน้ มไปทางสีทึบ สอดคล้องกั บ ค่ า L* ที่ มีค่ าลดลง เมื่อพิจารณาค่าสี Hue angle (h°) แสดงถึงค่ามุมของสี มีหน่วย เป็ น องศา ค่ า h๐ อยู่ ในช่ ว ง 45-90 องศา แสดงสี ส้ ม แดงถึ ง สี เหลือง) โดยค่า h๐ ของขิงดองแช่อิ่มมีค่าเท่ากับ 84.60 บ่งบอก ถึงผลิตภัณฑ์มีสีไปทางสีเหลือง และเมื่อผ่านกระบวนการอบแห้ง ค่ า h๐ มี แ นวโน้ ม ลดลงผลิ ต ภั ณ ฑ์ จึ งมี สี ลั ก ษณะไปทางส้ ม แดง โดยมี ค่ าอยู่ในช่ วง 58.49-65.93 องศา และการเปลี่ ยนแปลงสี โดยรวม (E*) แสดงใน Table 4 พบว่าค่า E* มีค่าเพิ่ มขึ้น เมื่ออุณหภูมิในการอบแห้งเพิ่มสูงขึ้น โดยอุณหภูมิลมร้อนที่สูงขึ้น จะทําให้มีค่า E* มากขึ้น เห็นได้ชัดว่า ขิงดองแช่อิ่มอบแห้งที่ใช้ อุณ หภูมิอบแห้ง 80 ๐C มีค่า E* เท่ากับ 15.33±3.51 ซึ่งเป็น ค่ า ปริ ม าณสู ง ที่ สุ ด รวมถึ ง ค่ า L* และ b* ที่ ต่ํ า ที่ สุ ด ซึ่ ง อาจ เนื่องมาจากการอบแห้งที่อุณหภูมิสูงจะส่งผลทําให้รงควัตถุหรือ สารให้สีถูกทําลายและเกิดการสลายตัวจากความร้อนที่สูงเกินไป จึงทําให้เกิดการสูญเสียน้ํา รวมทั้งมีการสลายตัวและมีการรวมตัว กั น ของหมู่ อะมิ โนกั บ สารประกอบรีดิ ว ซิ ง และพั ฒ นาการเป็ น สารประกอบเชิงซ้อนมีสีเหลืองจนเป็นสีน้ําตาล ซึ่งในระหว่างการ ทําแห้งจะเกิดการเคลื่อนที่ของไอมวลความชื้นในเนื้อขิงเคลื่อนที่ ผ่านชั้นอนุภาคเกิดเป็นปฏิกิริยาเมลลาร์ด (Maillard reaction) รวมถึงปฏิกิริยาการเกิดสีน้ําตาล(browning reaction) ชนิดที่ไม่ เกี่ ย วข้ อ งกั บ เอนไซม์ (non enzymatic browning reaction) เกิดขึ้น ระหว่างน้ําตาลรีดิ วส์ (reducing sugar) กับกรดแอมิ โน โปรตี น หรื อ สารประกอบไนโตรเจนอื่ น ๆ โดยมี ค วามร้ อ นเร่ ง ปฏิ กิ ริ ย า ส่ งผลให้ ผ ลิ ต ภั ณ ฑ์ มี ลั ก ษณะสี ที่ ค ล้ํ า (นิ ธิ ย า, 2551) โดยทั่วไปการปฏิกิริยาการเกิดสีน้ําตาลขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ พีเอช ปริมาณความชื้นของผลิตภัณฑ์และเวลาในการอบแห้ง โดยจะมี อัตราเร็วเพิ่มขึ้นเมื่อใช้อุณหภูมิสูงขึ้น และในผลิตภัณฑ์ที่มีน้ําตาล ความเข้มข้นสูง (วารินทร์, 2551) นอกจากนั้นเมื่อพิจารณาค่า ดัชนีการเกิดสีน้ําตาล (browning index) ซึ่งมีค่าสอดคล้องกับ ค่าพารามิเตอร์ของสี พบว่าผลิตภัณฑ์อบแห้งที่ใช้อุณหภูมิลมร้อน ที่ 80๐C จะให้ค่าดัชนีการเกิดสีน้ําตาลสูงกว่าการใช้อุณหภูมิลม ร้ อ นต่ํ า กว่ า โดยมี ค วามแตกต่ า งอย่ า งมี นั ย สํ า คั ญ ทางสถิ ติ (P<0.05) สอดคล้องกับลักษณะปรากฏที่มีสีน้ําตาลมากกว่าดัง แสดงใน Figure 5 ลักษณะของขิงดองแช่อิ่มอบแห้งที่อุณหภูมิ 80oC จึ ง มี ลั ก ษณะเป็ น สี เหลื อ ง-แดง และคล้ํ า เนื่ อ งจากการ อบแห้งที่อุณหภูมิที่ 80oC นั้นเป็นการให้พลังงานในการถ่ายโอน

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 47-58 โมเมนตั มของมวลความชื้นของของเหลวในชิ้น ขิงดองมากกว่า ความต้องการของระบบในการแพร่ความชื้น ส่งผลให้มีพลังงาน ความร้อนส่วนเกินจากระบบไปเร่งปฏิกิริยาการเกิดสีน้ําตาล และ สามารถอธิบายด้วยหลักการทําแห้ ง โดยน้ําในอาหารเคลื่อนที่ ออกมาที่ผิวหน้าและระเหยออกไป และพาส่วนของแข็งที่ละลาย ได้ออกมาที่ผิวด้วย จึงมีโอกาสทําให้ผิวอาหารมีสีเข้มขึ้นหรือคล้ํา ขึ้นได้ทําให้อาหารมีสีเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม (ชมพู่, 2550) จาก การทดลองวิเคราะห์ป ริมาณน้ํ าตาลทั้ งหมดตามวิธีของ LaneEynon ดังแสดงใน Table 4 แสดงผลรวมปริมาณน้ําตาลทั้งหมด

Pickled ginger

ในกลุ่ ม non-reducing sugar โดยเฉพาะน้ํ า ตาลซู โครส และ กลุ่ม reducing sugar ซึ่งหมายถึงน้ําตาลกลุ่มอัลดีไฮด์หรือคีโตน ที่เป็นอิสระ พวกน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยว เช่น น้ําตาลกลูโคส น้ําตาล กาแลกโตส และน้ํ า ตาลฟรุ ค โตส เป็ น ต้ น และน้ํ า ตาลที่ พ บใน น้ําผึ้งส่วนใหญ่เป็นน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยว โดยฟรักโทสและกลูโคส เป็นน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยวที่เด่นที่สุดของน้ําผึ้งที่ร่างกายนําไปใช้ได้ ง่าย (วีระพันธุ์, 2540) ในกระบวนการแช่อิ่มขิงดองใช้น้ําทราย ซึ่งน้ําตาลทรายจัดเป็นน้ําตาลซูโครสเป็น non-reducing sugar นอกจากนี้ซูโครสยังสามารถเกิดปฏิกิริยาอินเวอร์ชัน

Osmotic pickled ginger

60oC 70oC 80oC 50oC Figure 5 Photography of soft dried pickled ginger at drying temperatures (50, 60, 70 and 80oC).

Table 3 Impacts of drying temperature of optical properties (CIE-L*a*b*) and munsell systems of soft dried pickled ginger.

L* a* b* Chroma Hue angle Drying condition Osmotic pickled gingerc 53.15±2.86a 4.16±1.83b 15.49±3.34a 16.11±3.53a 75.30±5.67a 50 ๐C 49.30±1.42b 7.56±2.60a 11.96±0.92b 14.14±2.18ab 58.49±6.50b 60 ๐C 47.63±1.17b 5.60±1.74ab 10.65±1.62bc 12.18±1.42bc 63.78±10.00b 70 ๐C 44.39±1.05c 4.08±1.40b 9.05±1.38cd 10.00±1.58cd 65.93±6.33b 80 ๐C 40.40±2.77d 4.27±2.25b 7.41±2.71d 8.66±3.25d 60.08±8.50b Superscripts in different rows of each column show significantly difference at p < 0.05.

55

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 47-58 Table 4 Impacts of drying temperatures on physicochemical properties of soft dried pickled ginger.

Drying condition BI Reducing sugar Non-Reducing sugar E* Osmotic pickled gingerc 0.07±0.03e 2.05±0.03e 50 ๐C 6.70±1.63c 0.34±0.02d 23.57±0.27d 60 ๐C 7.74±1.60c 0.44±0.05c 29.21±0.48c 70 ๐C 11.05±0.78b 0.57±0.06b 44.82±0.41b 80 ๐C 15.33±3.51a 0.68±0.13a 59.87±0.81a Superscripts in different rows of each column show significantly difference at p < 0.05. (inversion) เกิดเป็ น น้ําตาลกลูโคสและฟรุกโตสซึ่งมีคุณ สมบั ติ เป็นน้ําตาลรีดิวซ์สามารถเกิดปกิกิริยาเมลลาร์ดได้ ซึ่งในระหว่าง กระบวนผลิตขิงดองแช่อิ่มมีการคลุกน้ําผึ้งหลังจากกระบวนการ แช่ อิ่ ม 1 คื น โดยน้ํ า ผึ้ ง เป็ น reducing sugar จากผลการ วิเคราะห์ปริมาณน้ําตาลทั้งหมด พบว่า ปริมาณน้ําตาล reducing sugar มีปริมาณเพิ่มสูงขึ้นเมื่ออุณหภูมิในการอบแห้งสูงขึ้น เนื่อง มากจากปฏิ กิ ริ ย าการเกิ ด คาราเมล (caramelization) คื อ ปฏิ กิ ริ ย าการเกิ ด สี น้ํ า ตาลที่ ไ ม่ เ กี่ ย วข้ อ งกั บ เอนไซม์ (non enzymatic browning reaction) ซึ่ งเกิ ด จากการสลายตั วของ โมเลกุ ล น้ํ า ตาลด้ ว ยความร้ อ นสู ง และมี ก ารเกิ ด พอลิ เ มอร์ (polymerization) ของสารประกอบคาร์บอนได้เป็นสารที่มีกลิ่น และรสเฉพาะตัว เรียกว่า คาราเมล (caramel) เนื่องจากในขิงมี น้ําตาลรีดิวซ์และกรดอะมิโนซึ่งสามารถทําปฏิกิริยากันในระหว่าง การอบแห้งโดยใช้ความร้อนส่งผลให้เกิดเป็นสารสีน้ําตาล โดย อัตราเร็วของการเกิดปฏิกิริยาเมลลาร์ดจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่ เพิ่มขึ้น และปริมาณน้ําตาลที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นสภาวะที่สารมีความ เข้มข้นสูง และอุณหภูมิสูงจะเกิดปฏิกิริยาเร็วที่สุด (ปุณยวีร และ คณะ, 2552) และเมื่อได้รับความร้อนจะทําให้มีทั้งสี กลิ่น และ รสชาติ เกิดขึ้นแตกต่างกันและปฏิกิริยานี้จะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง และจะผันแปรตามระยะเวลาและที่อุณหภูมิที่ใช้ (นิธิยา, 2545) 4 สรุป การวิเคราะห์แบบจําลองทางคณิตศาสตร์ของการอบแห้งขิง ดองแช่อิ่มด้วยลมร้อนที่เหมาะสมที่สุดคือ แบบของ Midilli et al ซึ่งสามารถทํานายการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนความชื้นของขิงแช่ อิ่ ม อบแห้ ง ได้ เหมาะสมที่ สุ ด เนื่ อ งจากให้ ค่ า สั ม ประสิ ท ธิ์ ก าร ตัดสินใจ (R2) สูงที่สุด ในขณะที่ให้ค่าไคกําลังสอง (2) และค่า รากที่สองของความคลาดเคลื่อนกําลังสองเฉลี่ย (RMSE) ที่ต่ําสุด และจากการศึกษาผลกระทบของอุณ หภูมิต่อการเปลี่ยนแปลง สมบั ติ ท างเคมี ก ายภาพของขิ ง ดองแช่ อิ่ ม อบแห้ ง จากผลการ ทดลองทั้งหมดพบว่าที่ขิงดองแช่อิ่มที่อบแห้งที่ 80 องศาเซลเซียส 56

46.74±0.75d 55.95±0.98c 58.61±0.90b 60.29±1.50b 69.67±1.04a

ส่งผลต่อสีของขิงดองแช่อิ่มอบแห้งมากที่สุด เนื่องจากอุณหภูมิใน การอบแห้งสูงขึ้นจะทําให้ผลิตภัณฑ์มีที่ที่คล้ํา โดยพิจารณาจาก ค่าความสว่าง L* และค่าความเป็นสีเหลือง b* ที่มีค่าลดลง และ ค่าความเป็ น สีแ ดง a* เพิ่ มขึ้น สอดคล้ องกั บ ค่าดั ช นี การเกิด สี น้ําตาล (BI) และค่าการเปลี่ยนแปลงสีโดยรวม (E*) จะมีค่ า เพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิในการอบแห้งเพิ่มสูงขึ้น เนื่องจากการได้รับ ความร้อนสูงจะทําให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากปฏิกิริยาทาง เคมี ลั ก ษณะของปรากฏการดั ง กล่ า วเป็ น ไปตามทฤษฎี ก าร เกิ ด ปฏิ กิ ริย าสี น้ํ า ตาลที่ ไม่ อ าศั ย เอนไซม์ และอุ ณ หภู มิ ในการ อบแห้งที่สูงขึ้นส่งผลต่อดัชนีการเกิดสีน้ําตาลและปริมาณน้ําตาล ทั้งหมดสูงขึ้นอย่างมีนัยสําคัญทางสถิติ (P<0.05) 5 กิตติกรรมประกาศ บทความวิจัยนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงงานวิจัยเรื่องการศึกษา การปรับปรุงสีของขิงดองแช่อิ่มอบแห้ง ได้รับ เงิน ทุน สนับสนุน จากสํานักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.) โครงการพัฒนา นักวิจัยและงานวิจัยเพื่ออุตสาหกรรม (พวอ.) ระดับปริญญาโท และขอขอบคุณ บริษัท เชียงราย อะโกรอิดัสทรี จํากัด ที่ให้ความ อนุเคราะห์วัตถุดิบหลักและเงินทุนสนับสนุนร่วมในการทําวิจัย 6 เอกสารอ้างอิง ชมพู่ ยิ้มโต. 2550. การถนอมอาหาร. กรุงเทพฯ: โอเดียนสโตร์. นิธิยา รัตนาปนนท์. 2545. การเกิดสีน้ําตาลที่ไม่อาศัยเอนไซม์. หนังสือเคมีอาหาร. หน้า 321. นิธิยา รัตนาปนนท์. 2551. เคมีอาหาร. พิมพ์ครั้ง ที่ 3 โอเดียนส โตร์, กรุงเทพฯ. หน้า 324. เนาวนิตย์ โพธิ์ศรี, พิมลพรรณ คงบุตร, เกียรติศักดิ์ อุตตมะติง, ฤทธิ ชั ย อั ศ วราชั น ย์ . 2556. อิ ท ธิ พ ลของอุ ณ หภู มิ ต่ อ การ เปลี่ยนแปลงอัตราส่วนความชื้นและสีของใบสะระแหน่ใน. วารสารวิชาการ มทร.สุวรรณภูมิ 1(2), 103-114. ปุณยวีร รัตนศิริ, ศจี สุวรรณศรี, ปุณฑริกา รัตนตรัยวงศ์, ปริตา ธนสุกาญจน์. 2552. อิทธิพลของค่าพีเอชและอุณหภูมิในการ

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 47-58 เก็บรักษาต่อการเปลี่ยนแปลงสีของสารละลายน้ําตาล.การ ประชุม นํ าเสนอผลงานวิ จัยบั ณ ฑิ ตศึ ก ษา ครั้งที่ 12, 371375, มหาวิทยาลัยขอนแก่น, 12-13 กุมภาพันธ์ 2552. ปองพล สุริยะกัน ธร, ฤทธิชัย อัศ วราชัน ย์. 2557. อิทธิพ ลของ อุณหภูมิและความหนาของชั้นวัสดุต่อการเปลี่ยนแปลงสมบัติ เชิงทัศนศาสตร์ของดอกคาโมมายล์อบแห้งวารสารวิทยาศาสตร์ เกษตร ปี ที่ 45 ฉบั บ ที่ 3/1 (พิ เศษ) กั น ยายน –ธั น วาคม 2557, 228-231. ฤทธิชัย อัศวราชันย์, ภานาถ, เจริญรัตน์, สุเนตรสืบค้า, เฑียรมณี มั่งมูล, ดวงกมล จนใจ. 2554. จลนพลศาสตร์การอบแห้งด้วย ลมร้อนของเปลื อกทั บทิ ม. วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตร แห่งประเทศไทย 17, 27-34. ฤทธิชัย อัศวราชั น ย์. 2556. จลนพลศาสตร์การอบแห้งอาหาร และวั ส ดุ ชี ว ภาพ. วารสารวิช าการ Rajabhat Journal of Sciences, Humanities & Social Sciences 14(2), 13-22. ฤทธิชัย อัศวราชันย์. 2558. ผลกระทบของอุณหภูมิและชั้นความ หนาต่อจลนพลศาสตร์การอบแห้งกากเนื้อมะพร้าว. วารสาร สมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย; 22(1), 28-38. รัชฎา แย้มศรวล, รณชัย วังรัก, วิกานดา แก้วยอด, ดวงพร อมร เลิ ศ พิ ศ าล, ชนั น ท์ ราษฎร์นิ ย ม และฤทธิ ชั ย อั ศ วราชั น ย์ .

2557. การหาสภาวะที่เหมาะสมในการสกัดสารประกอบฟี นอลิ ก รวมในเปลื อ กทั บ ทิ ม อบแห้ ง . การประชุ ม วิ ช าการ สมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทยระดับชาติครั้งที่ 15 และระดับนานาชาติครั้งที่ 7, 506-511. โรงแรมกรุงศรีริเวอร์ อยุธยา, 2-4 เมษายน 2556. วาริ น ท ร์ พิ ม พ า. 2551. ราย งาน ก ารวิ จั ย ฉ บั บ ส ม บู รณ์ โครงการวิจัยเรื่องการประเมินเทคโนโลยีการทําให้แห้งของ กล้ ว ยน้ํ า ว้ า ต่ อ การคงคุ ณ ภาพและฤทธิ์ ต้ า นอนุ มู ล อิ ส ระ. พิษณุโลก : มหาวิทยาลัยนเรศวร. หน้า 31. วิกานดา แก้วยอด, รัชฎา แย้มศรวล, ฤทธิชัย อัศวราชันย์. 2556. แบบจําลองทางคณิตศาสตร์ในการทํานายอัตราการถ่ายเท มวลในระหว่างการอบแห้งเลือกทับ ทิมแบบชั้นบางด้วยลม ร้อน. การประชุมวิชาการอุตสาหกรรมเกษตร สจล. ครั้งที่ 2 ประจําปี 2556 กรุงเทพมหานคร: โรงแรมวินเซอร์สวีทส์. 30 สิงหาคม 2556, สุขุมวิท, กรุงเทพมหานคร. วีระพันธุ์ ตันติพงษ์. 2540. น้ําผึ้ง Honey. ในสมาคมผู้เลี้ยงน้ําผึ้ง ภาคเหนือแห่งประเทศไทย. (หน้า 9-13). เชียงใหม่: สมาคม. สัก กมน เทพหั ส ดิน ณ อยุธยา. 2555. การอบแห้ งอาหารและ วัสดุชีวภาพ. กรุงเทพมหานคร, ท้อป จํากัด. 211 น.

อําไพศักดิ์ ทีบุญมา และ ศักชัย จงจํา. 2553. การอบแห้งขิงด้วย เทคนิคสุญญากาศร่วมกับอินฟราเรด. วารสารวิทยาศาสตร์ บูรพา 15(2), 76-86.

Agarry, S.E, Aworanit. O.A. 2012. Modelling the drying characteristics of osmosisted coconut strips at constant air temperature. Journal of Food Process Technology 3, 1-6 AOAC. 2 0 1 0 . Official Methods of Analysis. (1 8 th ed.), Association of Official Analytical Chemists.

Washington, D.C.: USA Assawarachan, R. 2013. Drying Kinetics of coconut residue in fluidized bed. International Journal of agriculture Innovations and Research 2(2), 263-266.

Assawarachan, R., Upara, U., Tantikul, S. 2016. Drying kinetics of peeled longan fruit using single-stage drying and multi-stage drying. Thai Society of Agricultural Engineering Journal 22(2), 30-40.

Baloch, A.K., Buckle, K.A., Edwards, R.A. 1973.

Measurement of non-enzymatic browning of dehydrated carrot. Journal of the Science of Food and Agriculture 24, 389–398.

Doymaz, Í., Îsmail, O. 2011. Drying charateristics of sweet cherry. Food and Bioprocessing 89: 31-38.

Henderson SM, Perry RL. 1976. Agricultural process engineering. AVI Publishing, Westport, INC Hosain Darvishi, Ahmad Banakar, Mohammad Zarein.

2012. Mathematical Modeling and Thin Layer Drying Kinetics of Carrot Slices. Global Journal of Science Frontier Research 12(1), 56-64.

McGuire, R.G. 1992. Report of Objective Color Measurements. HortScience 27(12), 1254-1255.

Murthy, T.P.K., Manohar, B. 2014. Hot air drying characteristics of mango ginger: Prediction of drying kinetics by mathematical modeling and artificial neural network. Food Sci Technol 51(12), 3712– 3721.

Naderinezhad S., Etesami N., Poormalek Najafabady A, Ghasemi Falavarjani M. 2016. Mathematical modeling of drying of potato slices in a forced 57

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 47-58 convective dryer based on important parameters.

Food Science & Nutrition 4(1), 110â&#x20AC;&#x201C;118.

Ponting, J.D., Walters, G.G., Forer, R.R., Jackson, R., Stanley, W.L. 1996. Osmotic dehydration of fruits.

Food Technology 20, 125-128.

Pongtong, K., Assawarachan, R and Noomhorm, A. 2011. Mathematical Models for Vacuum Drying Characteristics of Pomegranate Aril. Journal of Food Science and Engineering 1, 11-19.

Singh. N.J and Pandey R.K. 2012. Convective air drying characteristics of sweet potato cube (Ipomoea batatas L.). Food and Bioproducts processing 90, 317-322.

Taheri-Garavanda A., Shahin Rafieea & Alireza Keyhania.

2011. Mathematical Modeling of Thin Layer Drying Kinetics of Tomato Influence of Air Dryer Conditions. International Journal of Engineering and Applied Sciences (IJEAS) 2(2), 147-160.

Unhapipatpong, P. Arkanit, K. Upara, U., Tantikul, S., Assavarachan, R. 2015. Mathematical Models of Dried Peeled Longan Fruit using Single-Stage Drying and Multi-Stage Drying. In 2nd International Conference on Interdisciplinary Research and Development; 29-31 October, 2015. Maejo University, Chiang Mai, Thailand; 33-443.

58

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 59-67

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561) 58-65 Available online at www.tci-thaijo.org /index.php/TSAEJ

บทความวิจัย ISSN 1685-408X

การจําแนกและทํานายความแก่ ปริมาณความชื้น และปริมาณเส้นใยของขิงสดด้วยสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดย่านใกล้ Classification and prediction of maturity, moisture content and fiber content of fresh ginger using NIR spectroscopy สิรินาฏ น้อยพิทักษ์1*, อนุพันธ์ เทอดวงศ์วรกุล1 Sirinad Noypitak1*, Anupun Terdwongworakul1 1ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร

คณะวิศวกรรมศาสตร์ กําแพงแสน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกําแพงแสน นครปฐม 73140 1 Department of Agricultural Engineering, Faculty of Engineering at Kamphaengsaen, Kasetsart University, Nakhon Pathom, Thailand 73140 *Corresponding author: Tel: +66-851-755-727, E-mail: fengsnn@ku.ac.th

บทคัดย่อ งานวิจัยนี้ศึกษาเทคนิคการจําแนกความอ่อนแก่ของขิงสด 3 ระยะ คือ ขิงอ่อน ขิงกลางและขิงแก่ และสร้างสมการการทํานาย ค่าปริมาณความชื้น และค่าปริมาณเส้นใย โดยนําขิงสดมาวัดด้วยเครื่อง Near Infrared spectrophotometer ช่วงเลขคลื่น 12500– 4000 cm-1 (800-2500 nm) ด้วยโหมดการวัดแบบสะท้อนแสง แล้วจึงนํามาหาค่าปริมาณความชื้น และค่าปริมาณเส้นใย สําหรับใช้ เป็นค่าอ้างอิงในการสร้างสมการ โดยสมการจําแนกกลุ่มสร้างด้วยวิธี Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA) และ สร้างสมการทํานายด้วยวิธี Partial Least Squares Regression (PLSR) ผลการวิจัยพบว่า ค่าการดูดกลืนของแสงที่ป รับแต่งทาง คณิตศาสตร์ด้วยวิธี Second Derivative ให้ความถูกต้องสูงสุดในการจําแนกระยะขิงสด 100% สมรรถนะของแบบจําลองในการ ทํานายปริมาณความชื้นสูงสุดมีค่า Rp=0.93 และ RMSEP=1.09% ตามลําดับ และสมรรถนะของแบบจําลองในการทํานายปริมาณเส้น ใยสูงสุดมีค่า Rp=0.67 และ RMSEP=0.06% ตามลําดับ ซึ่งการวัดนี้จะไม่ทําลายผลผลิต ประหยัดการใช้สารเคมี ประหยัดเวลา คําสําคัญ: ขิงสด, สเปกโทรสโกปีอินฟราเรดย่านใกล้, ความอ่อนแก่ Abstract This research studied classification technique for three harvesting dates of fresh ginger namely immature, early mature and mature gingers and development of predicting model for moisture content and fiber content.

The fresh gingers were measured with near infrared spectrophotometer in a range 12500–4000 cm-1 (800-2500 nm) in reflectance mode. Then the moisture content and fiber content were determined and used as reference value for model development. The classifying models were built using Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA) and the predictive models were developed by Partial Least Squares Regression (PLSR). The results showed that classification of ginger stages based on spectra preteated with second derivative yielded maximum correction of 100%. The performance of model for prediction of moisture content was most accurate with correlation coefficient (Rp) and root mean square error of prediction of moisture content (RMSEP) of 0.93 and 1.09%, respectively. And the performance of model for prediction of fiber content was most accurate with Rp and RMSEP of fiber content of 0.93 and 1.09%, respectively. This method is non-destructive, reducing use of chemical substance and saving time.

Keywords: Fresh ginger, Near infrared spectroscopy, Maturity.

59

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 59-67 1 บทนํา

ขิ ง (Zingiber officinale Roscoe) เป็ น พื ชสมุ น ไพ รที่ มี คุณค่าทางโภชนาการ ไม่เพียงแต่นิยมใช้รับประทานเป็นอาหาร เครื่องดื่ม ผลิตภัณฑ์แปรรูปต่างๆ เช่น ขิงดอง ขิงผง ขิงอบ ขิงแช่ แข็ง ฯลฯ แล้ว ยังนํามาทําเป็นยาสมุนไพร เครื่องสําอาง ส่งออก ยั ง ตลาดต่ า งประเทศ การบริโภคหรือ แปรรูป ขิ ง นั้ น ขึ้ น อยู่ กั บ คุณ ภาพภายในของขิง ซึ่งสามารถแบ่งได้ตามอายุการเก็บเกี่ยว ของขิ ง สด 3 ระยะ คื อ ขิ ง อ่ อ น (immature ginger) ขิ ง กลาง (early mature ginger) และขิ ง แก่ (mature ginger) (Noypitak et al., 2014; อนงค์, 2551) ในปี 2559 มีมูลค่าการส่งออกขิงสด และขิ ง แห้ ง 981 ล้ า นบาท (สํ า นั ก งานเศรษฐกิ จ การเกษตร, 2560) ซึ่งขิงสดที่ ทํ าการแปรรูป นั้ น ระหว่างกระบวนการผลิ ต จะต้องมีการตรวจสอบคุณ ภาพ เพื่อที่จะได้ขิงตรงตามเกณฑ์ที่ กําหนดและเหมาะสมกับการแปรรูปผลผลิต กระบวนการผลิตขิงดองส่งออกนั้น จําเป็นต้องใช้ขิงอ่อนใน การแปรรูป ซึ่งขิงที่รับจากเกษตรกรเข้าสู่โรงงงานแปรรูปนั้น จะมี ทั้งแง่งขิงอ่อน ขิงกลาง และแง่งขิงแม่พันธุ์ จึงต้องนําขิงมาเข้าสู่ กระบวนการคัดแยกความอ่อนแก่ เพื่อทําการแยกประเภทของ ผลผลิตที่มีระยะการเจริญเติบโตที่แตกต่างกัน ในปัจจุบันโรงงาน ผู้ผลิตจะทําการคัดแยกขิงโดยใช้แรงงานคนที่มีความชํานาญ ใช้ มีดปลายแหลมกดลงในเนื้อขิง เพื่อคัดแยกความอ่อนหรือแก่ของ ขิ ง สด (สิ ริน าฏ และคณะ, 2557) ซึ่ ง อาจมี ค วามคลาดเคลื่ อ น นําไปสู่ปัญหาด้านคุณภาพและความเชื่อถือของลูกค้า นอกจากนี้ กระบวนการแปรรูปขิงผง จําเป็นต้องใช้ขิงแก่ที่มีเส้นใยสูง มีรส เผ็ด โรงงานจึงเลือกซื้อขิงแก่เข้าสู่กระบวนการผลิต แต่ยังขาด เครื่องมือที่ใช้ในการตรวจสอบคุณภาพภายในที่น่าเชื่อถือ และไม่ ทําลายตัวอย่าง การพั ฒ นาวิธีการคัดแยกความอ่อ นแก่ของขิงสด และการ ตรวจสอบองค์ประกอบภายในของขิงสดจึงจําเป็นต่อการแปรรูป ผลิตภัณฑ์เป็นอย่างมาก ซึ่งช่วยสร้างมาตรฐานการคัดแยกขิงได้ อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ทั้งยังสามารถเพิ่มความเชื่อมั่นใน การแปรรูปผลิตภัณฑ์ว่าได้คุณภาพตามความต้องการของลูกค้า มากยิ่ ง ขึ้ น ด้ ว ย ซึ่ ง การใช้ เทคนิ ค สเปกโทรสโกปี อิ น ฟราเรด ย่ า นใกล้ (Near Infrared spectroscopy; NIRS) ได้ ถู ก นํ า มา ตรวจสอบคุณภาพผลิตเกษตรมากมาย (Nicolaï et al., 2007) มี งานวิจัยที่ประยุกต์ใช้ NIRS กับขิงแห้งแปรรูป เช่น คัดแยกขิงผง ตามความแก่สําหรับใช้ในการทําผลิตภัณฑ์ขิงผง (จีรายุทธ และ คณะ, 2559) ตรวจสอบแป้งขิงที่ ถูกปลอมปนด้วยแป้งข้าวโพด (Lohumi et al., 2014) ทํานายความชื้นในขิงแห้งแปรรูป (XUE et al., 2012) และประยุ ก ต์ ใช้ NIRS กั บ ขิ ง สดในการทํ า นาย ปริ ม าณสาร 6-gingerol ปริ ม าณเส้ น ใย (crude fiber) และ ปริมาณความชื้นของขิงสดด้วยเครื่อง NIRS แบบ Diode array 60

ช่ ว งความยาวคลื่ น 700-1100 nm โหมดการวั ด แบบอิ น เตอร์ (Interactance mode) และ เครื่อง NIRS แบบ Scanning ช่วง ความยาวคลื่ น 700-2500 nm โหมดการวั ด แบบสะท้ อ นแสง (reflectance mode) ซึ่งมีความเป็นไปได้ในการทํานายปริมาณ ปริมาณเส้นใย (Crude fiber) และปริมาณความชื้นของขิง แต่ยัง มีข้อจํากัดในการทํานายปริมาณสาร 6-gingerol ที่แสดงรสเผ็ด ของขิง (Noypitak et al., 2014) ฉะนั้นเทคนิค NIRS จึงเป็นเทคนิคที่น่าสนใจในการตรวจสอบ แบบไม่ ทํ า ลายตั ว อย่ า งที่ ส ามารถนํ า มาประยุ ก ต์ ใช้ ต รวจสอบ คุณภาพขิงสดก่อนการแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆ ดังนั้นงานวิจัย นี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการสร้างสมการจําแนกความอ่อน แก่ของขิงทั้ง 3 ระยะการเก็บเกี่ยว และศึกษาการสร้างสมการ ทํ า นายคุ ณ สมบั ติ ภ ายในแง่งขิ งสด ได้ แ ก่ ค่ า ปริม าณความชื้ น และปริ ม าณ เส้ น ใยของขิ ง สดด้ ว ยเทคนิ ค สเปกโทรสโกปี อินฟราเรดย่านใกล้ ซึ่งเป็นวิธีที่สะดวก รวดเร็ว และประหยัด 2 วิธีการดําเนินการ 2.1 การเตรียมตัวอย่างขิง

เตรียมตัวอย่างขิงพันธุ์ขิงใหญ่จํานวน 133 แง่ง ซึ่งเก็บเกี่ยว จากไร่ของเกษตรกร อําเภอภูเรือ จังหวัดเลย โดยแบ่งการเก็บ เกี่ยวออกเป็น 3 ช่วงอายุ คือ ขิงอ่อน (อายุ 5 เดือน) จํานวน 42 แง่ง ขิงกลาง (อายุ 7 เดือน) จํานวน 45 แง่งและขิงแก่ (อายุ 10 เดือน) จํานวน 46 แง่ง ล้างทําความสะอาด แล้วนําตัวอย่างเหง้า ขิ ง สดมาตั ด แบ่ งเป็ น แง่ง ดั ง Figure 1 d) วั ด ขนาดความยาว ความกว้าง ความหนา และบันทึกค่าน้ําหนัก และเก็บรักษาไว้ที่ อุณหภูมิ 5ºC

a)

b)

c)

d)

Figure 1 The three stages of maturity of fresh ginger a) immature b) early mature c) mature and d) the rhizome showing the measured position for NIR (red circle) 2.2 การวัดสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดย่านใกล้

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 59-67 นําตัวอย่างแง่งขิงสดทั้งเปลือก เก็บรักษาในห้องเย็นควบคุม อุ ณ หภู มิ ไว้ ที่ 25◦C เป็ น เวลา 12 ชั่ ว โมง แล้ ว วั ด สเปกตราที่ กึ่งกลางของแง่งขิงทั้ง 2 ด้าน ซึ่งทํามุม 180◦ ตามเส้นอีเควเตอร์ (equator line) ดัง Figure 1 d) ด้านละ 2 ครั้งด้วยเครื่อง Near Infrared Spectrophotometer (MPA FT-NIR, Bruker, Germany) มี ช่ ว งเลขคลื่ น 12500 – 4000 cm-1 หรือ ช่ ว งความยาวคลื่ น 700-2500 nm โหมดการทํางานแบบสะท้อนแสง (reflectance mode) ที่ resolution เท่ า กั บ 32 cm-1 และ scan average เท่ากับ 32 ครั้ง นําแผ่นยางสีดําขนาดกว้าง ยาว หนา 8×8×0.5 cm โดยแผ่ น ยางเจาะรูต รงกลางขนาดเส้ น ผ่ านศู น ย์ก ลาง 2.5 cm นํามาวางด้านบนของเครื่อง NIRS เพื่อให้ตัวอย่างขิงอยู่ตรง กับ ตําแหน่งที่กํ าหนด นํ าผ้าดําคลุมขณะทดสอบ ดัง Figure 2 โดยข้อมูลของสเปกตรัมจะถูกบันทึกไว้ด้วยโปรแกรม OPUS 6.5 จากนั้นตัดตัวอย่างแง่งขิง ณ ตําแหน่งที่วัดสเปกตราแบ่งออกเป็น 2 ส่วน เพื่อใช้ในการวิเคราะห์หาปริมาณความชื้น และปริมาณ เส้นใยต่อไป

Figure 2 Measurement of fresh ginger usingNear Infrared Spectrophotometer.

2.3 การหาค่าปริมาณเส้นใย

นําตัวอย่างขิงสด ณ ตําแหน่งที่วัดสเปกตรามาปอกเปลือก เพื่อหาค่าปริมาณเส้นใย โดยชั่งตัวอย่างขิงสดปริมาณ 20 g ลงไป ต้ ม ในน้ํ า เดื อ ดปริม าตร 50 ml นาน 10 นาที เติ ม สารละลาย NaOH ปริมาณ 5 ml ต้มนาน 10 นาที รอให้เย็นและนําตัวอย่าง เทลงบนตะแกรง ขนาด 30 mesh ล้ างด้ วยน้ํ า ไหลผ่ านตลอด ใช้แท่งแก้วกดเบาๆ จนกระทั่งเนื้อขิงและเมือกขิงออกหมดเหลือ เพียงเส้นใย แล้วนําไปอบที่อุณหภูมิ 105◦C เป็นเวลา 2 ชั่วโมง (Gould, 1977) คํานวณหาค่าปริมาณเส้นใยในขิงสดดังสมการที่ (1) ปริมาณเส้นใยต่อน้ําหนักขิงสด 100 g = (น้ําหนักแห้งของเส้นใย

(g) x100 )/(น้ําหนักสดของขิง (g))

(1)

2.4 การหาค่าปริมาณความชื้น

นําตัวอย่างขิงสด ณ ตําแหน่งที่วัดสเปกตรามาปอกเปลือก แล้วสับละเอียดประมาณ 5 g ตัวอย่างละ 2 ซ้ํา นํามาชั่งน้ําหนัก สดก่อนอบ (Wf) และน้ําหนักแห้งหลังอบ (Wd) ด้วยตู้อบลมร้อน ที่ อุ ณ หภู มิ 60ºC เป็ น เวลา 5 วั น จนกระทั่ ง น้ํ า หนั ก ไม่ มี ก าร เปลี่ยนแปลง (ASABE, 2006) นําข้อมูลที่ได้มาหาค่าเปอร์เซ็นต์ ความชื้นมาตรฐานเปียกดังสมการที่ (2)

%moisture content=

Wf -Wd Wf

(2)

2.5 การวิเคราะห์ทางสถิติ

นํ า ข้ อ มู ล ค่ า ปริ ม าณความชื้ น และค่ า ปริ ม าณเส้ น ใย มา วิ เคราะห์ ค วามแตกต่ า งของค่ า เฉลี่ ย สมบั ติ ที่ สั ม พั น ธ์ กั บ ระยะ ความอ่อนแก่ของขิงสดด้วยวิธี One way ANOVA ด้วยโปรแกรม SPSS 11.5 แล้วนําค่าข้อมูลสเปกตรัมที่ได้จากการดูดกลืนแสง อินฟราเรดย่านใกล้ มาจัดเรียงแล้วปรับแต่ง สเปกตราด้วยวิธีทาง คณิ ตศ าสตร์ ได้ แ ก่ First derivative (21 points), Second derivative (21 points), Multiplicative scatter correction (MSC), Standard normal variate (SNV) แ ล ะ Baseline offset เพื่ อให้ ส เปกตรัมมี พี คความเด่น ชั ดมากขึ้ น และช่วยลด อิทธิพลจากการกระเจิงของแสงให้ลดน้อยลง จากนั้นแบ่งข้อมูล เป็น 2 กลุ่ม คือ กลุ่มที่ใช้สร้างสมการทํานายกลุ่ม (Calibration set) จํ านวน 88 ตั วอย่ าง และกลุ่ มที่ ใช้ ทดสอบสมการทํ านาย (Prediction set) จํานวน 44 ตัวอย่าง สร้างสมการจําแนกระยะ ความอ่ อ นแก่ ข องขิ ง สด ด้ ว ยวิ ธี Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA) โดยกํ า หนดตั วแปรการจํ า แนก กลุ่มดังนี้ ระยะขิงอ่อน = 1 ระยะขิงกลาง =2 และระยะขิงแก่ =3 และแสดงค่ าเป้ าหมายและค่าที่ ทํ านายด้ วยกราฟ Scatter plot ซึ่งกราฟ Scatter plot ในการคํานวณค่าความถูกต้องของ สมการจําแนก พิจารณาจากผลการคํานวณของสมการจําแนกที่มี ค่าน้อยกว่าค่ากึ่งกลางระหว่างกลุ่มถัดไป เช่น ตัวอย่างขิงอ่อน ต้องมีค่าผลการทํานายกลุ่มจากสมการจําแนกน้อยกว่า 1.5 จะ ถือว่าทํานายกลุ่มขิงอ่อนถูกต้อง หากผลการทํานายมีค่ามากกว่า หรือเท่ากับ 1.5 จะถือว่าทํานายกลุ่มขิงอ่อนผิดกลุ่ม ในส่วนการ ทํานายขิงกลาง หากผลการคํานวณของสมการจําแนกมี ค่าอยู่ ระหว่างค่า 2.5 ถึงค่าน้อยกว่า 3.5 ถือว่าทํานายกลุ่มขิงกลางได้ ถูกต้อง หากนอกเหนือช่วงนี้ถือว่าทํานายขิงกลางผิดกลุ่ม และ การทํานายกลุ่มขิงแก่นั้นผลการคํานวณของสมการจําแนกต้องมี 61

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 59-67 ค่ามากกว่าหรือเท่ากับ 2.5 ขึ้นไป จึงจะถือว่าทํานายกลุ่มขิงแก่ ถูกต้อง และสร้างสมการทํานายด้วยวิธี Partial Least Squares Regression (PLSR) แบบ Full cross validation เพื่อทํานาย ค่า เปอร์ เ ซ็ น ต์ ค วามชื้ น และค่ า ปริ ม าณเส้ น ใยของขิ ง สด ด้ ว ย โปรแกรม The Unscrambler 9.8 (CAMO, USA) 3 ผลและวิจารณ์ 3.1 ผลการเปรียบเทียบลักษณะทางกายภาพของขิงสด

ผลการวัดลักษณะทางกายภาพของตัวอย่างขิงสด 3 ระยะ ได้แก่ ขิงอ่อน ขิงกลาง และขิงแก่ พบว่าความยาวและความกว้าง เฉลี่ ย ของแง่ ง ขิ ง สดทั้ ง 3 ระยะไม่ ค วามแตกต่ า งกั น อย่ า งมี นั ย สํ า คั ญ ทางสถิ ติ จาก Figure 1 a), b) และ c) จะเห็ น ได้ ว่ า ขนาดของแง่งค่อนข้างเท่ากัน แต่เมื่อขิงมีอายุเก็บเกี่ยวมากขึ้นจะ มีการขยายเหง้าใหญ่ขึ้นจากการงอกเพิ่มจํานวนของแง่งขิง โดย พบความหนาเฉลี่ยของแง่งแตกต่างกันในขิงระยะกลาง และขิง ระยะแก่ อ ย่ า งมี นั ย สํ า คั ญ โดยมี ค่ า เท่ า กั บ 34.77 mm และ 37.14 mm ตามลําดับ และมีน้ําหนักเฉลี่ยของขิงอ่อน เพิ่มขึ้นสู่ ระยะขิงกลางอย่างมีนัยสําคัญ (p < 0.05) และเริ่มคงที่ในขิงแก่ คือ ระยะขิงอ่อนมีน้ําหนักแง่งเฉลี่ย 49.47 g เมื่อขิงอายุเพิ่มขึ้น น้ําหนักของแง่งขิงจะเพิ่มขึ้นเป็น 57.57 g และ 56.29 g ในระยะ ขิงกลาง และขิงแก่ตามลําดับ ดัง Table 1 Table 1 Descriptive statistics of physical properties of the three stages (immature, early mature and mature) of fresh ginger.

Parameters Length (mm) Width (mm) Thickness (mm)

62

Stages (average±SD) Immature Early mature Mature 67.09±13.1a

68.43±11.81a 62.94±10.13a

40.97±3.99a

41.15±4.12a

41.98±3.67a

36.22±4.36ab

34.77±3.17 a

37.14±3.19b

Parameters

Stages (average±SD) Immature Early mature Mature

Weight (g)

49.47±7.35a

57.57±11.16b

56.29±9.91b

Different superscripts in the same row indicate that the values are significantly different (p < 0.05) by Duncan’s method.

3.2 ผลการเปรียบเทียบปริมาณความชื้นและปริมาณเส้นใยของ

ขิงสดที่อายุการเก็บเกี่ยวต่างๆ ค่าทางสถิติข้อมูลเฉลี่ยค่าปริมาณความชื้น และปริมาณเส้น ใยของขิงสดทั้ ง 3 ระยะ (ขิงอ่ อน ขิ งกลาง และขิงแก่) จํานวน 133 ตั ว อย่ า งแสดง ใน Table 2 พบว่ า ผลการทดสอบหาค่ า ปริ ม าณเส้ น ใยและค่ า ปริ ม าณความชื้ น ของขิ ง สดนั้ น มี ค วาม ความสัมพันธ์กับความอ่อนแก่ของขิงสอดคล้องกับผลการทดสอบ ของ Sanwal et al. (2012) จากผลการหาค่าปริมาณเส้นใยเฉลี่ย พบว่า เส้น ใยขิงอ่อนมี ค่าเพิ่ มขึ้น ตามความแก่อย่างมีนั ยสําคัญ (p<0.05) ในขิงอ่อนมีค่าเส้นใยต่ําสุด 0.15% ขิงกลางมีค่าสูงขึ้น เท่ากับ 0.24% และขิงแก่มีค่าเส้นใยสูงสุด 0.29% ส่วนปริมาณ ความชื้น ภายในแง่งขิ งสดทั้ ง 3 ระยะ มี ป ริม าณน้ํ าลดลงอย่ าง ชัดเจน (p<0.05) โดยเมื่อขิงมีอายุการเก็บเกี่ยวมากขึ้น (อนงค์, 2551) โดยปริม าณความชื้ น เฉลี่ ย ของขิ งอ่ อ นเท่ า กั บ 94.55% ขิงกลางเท่ากับ 89.35% และขิงแก่เท่ากับ 86.22% ตามลําดับ ข้อมูลปริมาณเส้นใยและปริมาณความชื้นของตัวอย่างทั้งหมด ถูกแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม คือ กลุ่ม Calibration จํานวน 88 ตัวอย่าง และกลุ่ม Prediction จํานวน 44 ตัวอย่าง โดยได้แสดง ค่าสูงสุด ค่าต่ําสุด ค่าเฉลี่ย และค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน (Standard deviation; SD) ไว้ดัง Table 3 และเพื่อให้ได้สมการ ทํานายที่ครอบคลุม ข้อมูลปริมาณเส้นใยและปริมาณความชื้นจึง ถูกจัดเรียงให้มีค่าการกระจายตัวเท่าๆ กันโดยที่ข้อมูลสูงสุดและ ต่ําสุดจะถูกจัดอยู่ในกลุ่ม Calibration.

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 59-67 Table 2 Descriptive statistics for the reference values of the three stages (immature, early mature and mature) of 133 samples of fresh ginger Stages (average±SD) Reference values Immature Early mature Mature (42 samples) (45 samples) (46 samples) Fiber content (g/100g) 0.15±0.07a 0.24±0.06b 0.29±0.08c Moisture content (%) 93.37±0.75a 90.34±1.14b 82.64±4.81c Different superscripts in the same row indicate that the values are significantly different (p < 0.05) by Duncan’s method Table 3 Statistical data of fiber content and moisture content of fresh ginger in the calibration and prediction sets.

Numbers of Parameters Data set Max Min Mean SD samples Fiber content Calibration set 88 0.47 0.03 0.23 0.09 Prediction set 44 0.44 0.08 0.24 0.08 (g/100g) Moisture content Calibration set 88 96.27 81.54 90.83 3.04 (%) Prediction set 44 95.87 85.46 90.93 2.94 คณิตศาสตร์ด้วยวิธี Second derivative (2D) ให้ผลการทํานาย 3.3 สเปกตราการดูดกลืนแสงของขิงสด Figure 3 และ Figure 4 แสดงเส้นสเปกตราการดูดกลืนแสง ดี ที่ สุ ด โดยให้ มี ค วามถู ก ต้ อ งในการทํ า นาย 100% เมื่ อ เฉลี่ย และสเปกตราที่ปรับแต่งด้วย Second derivative ของขิง เปรียบเทียบข้อมูลสเปกตราการดูดกลืนแสง สเปกตราที่ปรับแต่ง สด 3 ระยะ (ขิ ง อ่ อ น ขิ ง กลาง และขิ ง แก่ ) จํ า นวน 133 แง่ ง ด้ ว ยวิ ธี First derivative (1D) และวิ ธี Second derivative พบว่า ค่าการดูดกลืนแสงของขิงอ่อนสูงกว่าค่าการดูดกลืนแสง (2D) ให้ค่าความถูกต้องในการทํานายเท่ากับ 100% เท่ากัน แต่ ของขิงกลาง และขิงแก่ โดยมีอิทธิพลหลักอันเนื่องมาจากปริมาณ เนื่ อ งจากวิ ธี Second derivative (2D) มี จํ า นวนตั ว แปรแฝง น้ําที่มีมากภายในแง่งของระยะขิงอ่อน และลดลงในขิงกลาง และ (Latent value) น้ อยที่ สุ ด เพี ยง 4 ตั วแปร ฉะนั้ น การปรับ แต่ ง ขิงแก่ตามลําดับ สอดคล้องกับข้อมูลปริมาณความชื้นที่ลดลงเมื่อ สเปกตราด้วยวิธี Second derivative (2D) จึงเป็นวิธีที่ดีที่สุดใน มี ขิ ง มี อ ายุ ม ากขึ้ น ดั ง Table 2 ซึ่ ง จะสั ง เกตเห็ น ได้ ชั ด เจนถึ ง การทํานายความถูกต้องในการจําแนกกลุ่มขิงสดในครั้งนี้ โดยผล ตําแหน่งของพันธะ OH ของพีคน้ําที่เลขคลื่น 10229 cm-1 (978 การวิ เคราะห์ Partial Least Squares Discriminant Analysis nm) 6911 cm-1 (1447 nm) แ ล ะ 5183 cm-1 (1930 nm) (PLS-DA) ข้ อ มู ล ของกลุ่ ม ขิ ง สดทั้ ง 3 ระยะมี ก ารกระจายตั ว ( Osborne et al., 1993; Rambo et al., 2015) ดั ง Figure 3 แบ่ ง กลุ่ ม ขิ ง อ่ อ น ขิ ง กลาง และขิ ง แก่ ข องสมการทํ า นายกลุ่ ม นอกจากนี้ที่เลขคลื่น 8655 cm-1 (1155 nm) เป็นตําแหน่งการ (Calibration model) แสดงในกราฟ Score plot ดัง Figure 5 สั่ น ของพั นธะ CH (Osborne et al., 1993; López et al., โดย PC1 และ PC2 สามารถอธิบายความแปรปรวนข้อมูลกลุ่ม ค ว า ม อ่ อ น แ ก่ (maturity) ข อ ง ขิ ง ส ด ได้ 72% แ ล ะ 4% 2013) ตามลํ า ดั บ และเมื่ อ พิ จ ารณากราฟสั ม ประสิ ท ธิ์ ก ารถดถอย 3.4 การวิเคราะห์ ก ารจําแนกกลุ่มความแก่ ตามระยะการเก็ บ (Regression coefficient) ใน Figure 6 ของสเปกตราการ เกี่ยวของขิงสด ดู ด กลื น ของแสงที่ ป รั บ แต่ ง ทางคณิ ต ศาสตร์ ด้ ว ยวิ ธี Second สมการจําแนกกลุ่มความอ่อนแก่ของขิงสด มีค่าเปอร์เซ็น ต์ derivative (2D) ซึ่งให้ผลการทํานายกลุ่มดีที่สุดนั้น พบว่า เลข ความถู ก ต้ อ งในการทํ า นายอยู่ ร ะหว่ า ง 79.55% – 100% ดั ง คลื่นสําคัญที่มีผลต่อการทํานายมีค่าสัมบูรณ์ของค่าสัมประสิทธิ์ Table 4 โดยสมการที่ ส ร้างจากสเปกตราที่ นํ ามาปรับ แต่งทาง การถดถอยสู ง ไดแก่ ที่ เลขคลื่ น 4289 cm-1 (2332 nm) อยู่ 63

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 59-67 ตํ า แหน่ งใกล้ เคี ยงกั บ ตํ า แหน่ งการสั่น ของ CHO ของเซลลู โลส (Cellulose) (Workman and Weyer, 2012) ซึ่ ง เกี่ ย วข้ อ งกั บ ปริมาณเส้นใยที่เพิ่มตามอายุการเก็บเกี่ยวของขิงสด ส่วนที่เลข H2O

H2O

nm) 11509 cm-1 (869 nm) 7514 cm-1 (1331 nm) อาจเกิ ด จากองค์ประกอบอื่นที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อมีอายุการเก็บเกี่ยวขิงที่ เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบของน้ํา และเส้นใยเป็นสิ่งที่ น่ า สนใจและสอดคล้ อ งกั บ ความต้ อ งการผู้ ป ระกอบการ อุตสาหกรรมแปรรูปขิง จึงได้ถูกนํามาพิจารณาวิเคราะห์ในเชิง ปริมาณต่อไป

CH H2O

Figure 3 The average absorbance spectra of the three stages as immature ginger, early mature ginger and mature ginger (133 samples of fresh ginger).

Figure 5 The scatter plot of the calibration groups from second derivative of absorbance spectra of the three stages as immature ginger, early mature ginger and mature ginger.

H2O

CH

H2O

H2O

Figure 4 The average second derivative of absorbance spectra of the three stages as immature ginger, early mature ginger and mature ginger. คลื่น 5554 cm-1 (1801 nm) ซึ่งเป็นตําแหน่งการสั่นของ OH combination ของน้ํา ดังรายงานของ Sanwal et al. (2012) ที่กล่าวถึงการเพิ่มขึ้นของ dry matter ซึ่งจะสัมพันธ์กับปริมาณ Figure 6 The regression coefficient plot of the partial น้ํ า ในแง่ ง ที่ ล ดน้ อ ยตามอายุ ก ารเก็ บ เกี่ ย ว โดยที่ จ ะมี ป ริ ม าณ least squares discrimination analysis model based on โปรตีนภายในเหง้าลดลด โดยที่เลขคลื่น 10985 cm-1 (910nm) second derivative of absorbance spectra. แสดงถึ ง ตํ า แหน่ ง ใกล้ เคี ย งกั บ ตํ า แหน่ ง การสั่ น ของ C-H thrid overtone ของโปรตีน (Osborne et al., 1993) ส่วนพีคที่มีค่า สัมประสิทธิ์การถดถอยสูงอื่นๆ เช่นที่เลขคลื่น 11787 cm-1 (848 Table 4 Results of the accuracy of classification into three stages of fresh ginger in the prediction set.

Pretreatment

Latent values

Absorbance 1st Derivative

7 6

64

Accuracy for classification (%) Immature

Early mature

Mature

Total

100 100

100 100

100 100

100 100

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 59-66 Pretreatment

Latent values

2nd Derivative MSC SNV Baseline

4 2 3 6

Accuracy for classification (%) Immature 100 78.57 71.43 71.43

3.5 การทํานายองค์ประกอบทางเคมีของขิงสด 3.5.1 การทํานายปริมาณความชื้นของขิงสด

โมเดลการทํานายค่าปริมาณความชื้น ที่นําข้อมูลสเปกตรามา ปรั บ แต่ งทางคณิ ต ศาสตร์ ด้ ว ยวิ ธี First derivative (1D) ให้ ผ ล การทํ า นายดี ที่ สุ ด เมื่ อ เปรี ย บเที ย บกั บ ทุ ก โมเดลโดย มี ค่ า Rp เท่ากับ 0.93 และค่า RMSEP เท่ากับ 1.09% แสดงดัง Table 5 โดย scatter plot ของค่ า เปอร์ เ ซ็ น ต์ ค วามชื้ น จริ ง และค่ า เปอร์ เ ซ็ น ต์ ค วามชื้ น ที่ ทํ า นายได้ จ ากเครื่ อ ง NIRS ของกลุ่ ม prediction (จํานวน 44 ตัวอย่าง) แสดงไว้ใน Figure 7 Table 5 Statistical data of partial least squares models obtained for moisture content.

Calibration Pretreatment PC

Rc

Absorbance 1st Derivative

7 6

0.89 0.90

2nd

4 2 2 6

0.90 0.79 0.77 0.86

Derivative MSC SNV Baseline

Prediction

RMSEC RMSEP Rp (%) (%) 1.38 0.93 1.10 1.34 0.93 1.09 1.33 1.84 1.91 1.53

0.90 0.82 0.82 0.89

1.27 1.65 1.66 1.33

Rp=0.93 RMSEP=1 09%

Early mature

Mature

Total

100 100 100 66.67 100 81.82 66.67 100 79.55 66.67 100 79.55 3.5.2 การทํานายปริมาณเส้นใยของขิงสด โมเดลการทํ านายค่ าปริมาณเส้ น ใย จากข้ อมูลการดู ดกลื น ของแสง ให้ ผลการทํ านายดี ที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับ ทุกโมเดล มีค่า Rp เท่ ากับ 0.67 และค่า RMSEP เท่ากับ 0.06% แสดงดัง Table 6 โดย scatter plot ของค่าเปอร์เซ็นต์เส้นใยจริง และค่า เป อ ร์ เ ซ็ น ต์ เ ส้ น ใยที่ ทํ าน ายได้ จากเค รื่ อ ง NIR ของกลุ่ ม prediction (จํ า นวน 44 ตั วอย่ า ง) แสดงไว้ ใน Figure 8 ให้ ผ ล การทํ า นายปริ ม าณเส้ น ใยที่ ดี ก ว่ า การใช้ เครื่ อ ง NIRS แบบ Diode array และ เครื่อง NIRS แบบ Scanning (Noypitak et al., 2014) ซึ่ ง ค่ า ความถู ก ต้ อ งการทํ า นายเส้ น ใยมี ไ ม่ สู ง นั ก เนื่องจากอิทธิพลของน้ํา ซึ่งอาจไปบดบังความสําคัญของพีคองค์ ประกอบทางเคมีของเส้นใย นอกจากนี้รูปร่างของขิงสดมีลักษณะ ไม่ ค งที่ และมี ผิ ว ไม่ เรี ย บนั ก ซึ่ ง ส่ ง ผลให้ เกิ ด การกระเจิ ง แสง ทําให้ผลการทํานายมีค่าไม่สูงนัก Table 6 Statistical data of partial least squares models obtained for fiber content.

Calibration Pretreatment PC Rc Absorbance 1st Derivative

6 3

0.70 0.65

2nd Derivative MSC SNV Baseline

3 5 5 6

0.66 0.67 0.68 0.69

Prediction

RMSEC RMSEP Rp (%) (%) 0.07 0.67 0.06 0.07 0.56 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07

0.62 0.58 0.56 0.65

0.07 0.07 0.07 0.06

Figure 7 Plot of reference versus predicted values from prediction set of moisture content.

65

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 24 No. 1 (2018), 59-67 สิ ริน าฏ น้ อ ยพิ ทั ก ษ์ , อนุ พั น ธ์ เทอดวงศ์ วรกุ ล , ศุ ม าพร เกษม สําราญ. 2557. การศึกษาวิธีการประเมินคุณภาพและความ อ่อนแก่ของขิงสด. วิศวกรรมสาร มข. 41(4): 473-481. สํ านั ก งานเศรษฐกิ จการเกษตร กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ .

2560. สถิ ติ ก ารส่ ง ออก (Export) ขิ ง แห้ ง และขิ ง สด .

Rp=0.67 แหล่ ง ที่ ม า: http://www.oae.go.th/oae_report/exporRMSEP=0 06% timport/export_result.php. เข้ า ถึ ง เมื่ อ 18 มิ ถุ น ายน 2560.

Figure 8 Plot of reference versus predicted values from อนงค์ เสริฐวาสนา. 2551. การพัฒนากระบวนการแปรรูปน้ําขิง prediction set of fiber content. ผงและขิ ง ผง. วิ ท ยานิ พ นธ์ วิ ท ยาศาสตร์ ม หาบั ณ ฑิ ต , ขอนแก่น. บัณฑิตวิทยาลัย, มหาวิทยาลัยขอนแก่น.

4 สรุปผลการทดลอง งานวิจัยนี้ พบว่ามีความเป็นไปได้ในการเทคนิค NIR จําแนก ASABE. 2 0 0 6 . American Society of Agricultural and Biological Engineers Standard. U.S.A. ความอ่อนแก่ของขิงสดและทํานายองค์ประกอบทางเคมีของขิง สดได้ จากผลการทดลองพบว่าสามารถจําแนกความอ่อนแก่ของ Gould, W.A. 1 9 7 7 . Food Quality Assurance. The AVI Publishing Co., Inc, Westport, Connecticut. ขิงสดได้โดยวิธี Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA) โดยมีเปอร์เซ็นต์ความถูกต้องอยู่ในช่วง 79.55-100% Lohumi, S., Lee, S., Cho, B.K. 2014. Detection of ginger powder adulteration using FT-NIR spectroscopy. ซึ่งวิธีการปรับแต่งทางคณิ ตศาสตร์ด้วยวิธี Second derivative The 4th Asian Near Infrared Sysposium 2014, 192(2D) ให้เปอร์เซ็ น ต์ค วามถู ก ต้ องในการจํ าแนกความอ่ อนแก่ ได้ 193. 17-20 June 2014. Daegu, Korea.

100% และสามารถสร้างสมการการทํานายองค์ประกอบทางเคมี ของขิ ง สดโดยวิ ธี Partial Least Squares Regression (PLSR) López, A., Arazuri, S., Jarén, C., Mangado, J., Arnal, P., Galarreta, J.I.R.d., Riga, P., López, R. 2 0 1 3 . Crude แบบวิธี Full cross validation โดยวิธีการทางคณิตศาสตร์ด้วย Protein Content Determination of Potatoes by NIRS วิธี First derivative (1D) เป็นวิธีที่เหมาะสมที่สุด สําหรับ สร้าง Technology. Procedia Technology 8, 488-492. โมเดลการทํานายปริมาณความชื้น มีค่า Rp เท่ากับ 0.93 และค่า RMSEP เท่ากับ 1.09% และโมเดลการทํานายปริมาณเส้นใยจาก Nicolaï, B.M., Beullens, K., Bobelyn, E., Peirs, A., Saeys, W., Theron, K.I., Lammertyn, J. 2007. Nondestructive ข้อมูลการดูดกลื นแสง มี ค่ า Rp เท่ากับ 0.67 และมีค่ า RMSEP measurement of fruit and vegetable quality by เท่ากับ 0.06% อย่างไรก็ตามควรมีการศึกษาการทํานายปริมาณ means of NIR spectroscopy: A review. Postharvest องค์ประกอบหลักอื่นๆ เช่น โปรตีน และแป้งที่มีในแง่งขิงต่อไป Biology and Technology 46, 99-118.

5 กิตติกรรมประกาศ Noypitak, S., Terdwongworakul, A., Tsuchikawa, S., คณะผู้ วิ จั ย ขอขอบคุ ณ ศู น ย์ เทคโนโลยี ห ลั ง การเก็ บ เกี่ ย ว Inagaki, T., Kasemsumran S. 2014. Maturity related มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกําแพงแสน ที่ได้อนุเคราะห์ properties of ginger detectable by near infrared สถานที่ เครื่องมืออุปกรณ์ในการทําวิจัยครั้งนี้ spectroscopy. Proceedings of the 4 th Asian Near Infrared Sysposium, 135-136. 17-2 0 June 2014.

6 เอกสารอ้างอิง Daegu, Korea. จี ร ายุ ท ธ หงษ์ เวี ย งจั น ทร์ , อนุ พั น ธ์ เทอดวงศ์ ว รกุ ล , Satoru Osborne, B.G., Fearn, T., Hindle, P.H. 1993. Practical NIR Tsuchikawa, Tetsuya Inagaki, สิ ริ น า ฏ น้ อ ย พิ ทั ก ษ์ .

Spectroscopy with Applications in Food and 2559. การคัดแยกความแก่ขิงผงด้วยเทคนิคสเปกโทรสโกปี Beverage Analysis. Longman Science & Technology, อิ น ฟราเรดย่ านใกล้ . วารสารสมาคมวิศ วกรรมเกษตรแห่ ง U.S.A. ประเทศไทย. 22(1): 56-63.

66

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 24 ฉบับที่ 1 (2561), 59-66 Rambo, M.K.D., Alves, A.R., Garcia, W.T., Ferreira, M.M.C. 2015. Multivariate analysis of coconut residues by near infrared spectroscopy. Talanta 138, 263-272.

Sanwal, S., Singh, S., Yadav, R., Singh, P., Misra, A. 2012.

Yield and Quality Assessment of Ginger (Zingiber officinale Rosc.) Genotypes. Indian Journal of Plant Genetic Resources 25, 281-286.

Workman Jerry, J., Weyer, L. 2012. Practical Guide and Spectral Atlas for Interpretive Near-Infrared Spectroscopy. Second Edition ed. Taylor & Francis Group, England.

Xue, L., Cai, J., Liu, M., Li, J., Yan, L. 2012.

Determination of Moisture content in Ginger Using Three Variable Selection Methods Combined with Vis/NIR. Chinese Agricultural Mechanization 2, 37.

67