TSAE Journal Vol.22-1

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย Thai Society of Agricultural Engineering Journal ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 มกราคม - มิถุนายน 2559 (Volume 22 No. 1 January - June 2016) เจ้าของ: สมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย

ISSN 1685-408X

สํานักงาน: อาคาร 5 ชั้น 5 กองส่งเสริมวิศวกรรมเกษตร กรมส่งเสริมการเกษตร แขวงลาดยาว จตุจักร กรุงเทพฯ 10900 โทร 0 2940 6183 โทรสาร 0 2940 6185 www.tsae.asia

บรรณาธิการ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ผศ. ดร. วัชรพล ชยประเสริฐ กองบรรณาธิการ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ รศ. ดร. อนุพันธ์ เทิดวงศ์วรกุล รศ. ดร. ประเทือง อุษาบริสุทธิ์ ผศ. ดร. ศิวลักษณ์ ปฐวีรัตน์ ดร. วันรัฐ อับดุลลากาซิม ดร. ศิริศักดิ์ เชิดเกียรติพล ดร. อาทิตย์ พวงสมบัติ ดร. สิรินาฏ น้อยพิทักษ์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี ผศ. ดร. สุนัน ปานสาคร

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี ผศ. ดร. เทวรัตน์ ตรีอํานรรค ดร. กระวี ตรีอํานรรค สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง ผศ. ดร. ประสันต์ ชุ่มใจหาญ มหาวิทยาลัยขอนแก่น ดร. ชัยยันต์ จันทร์ศิริ มหาวิทยาลัยแม่โจ้ ผศ. ดร. ฤทธิชัย อัศวราชันย์ กองส่งเสริมวิศวกรรมเกษตร กรมส่งเสริมการเกษตร นางดาเรศร์ กิตติโยภาส นางสาวนฤมล ลดาวัลย์ ณ อยุธยา

ที่ปรึกษากองบรรณาธิการ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ รศ. พินัย ทองสวัสดิ์วงศ์ กองบรรณาธิการวิชาการ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ศ. ดร. สุรินทร์ พงศ์ศุภสมิทธ์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ศ. ดร. ผดุงศักดิ์ รัตนเดโช ศ. ดร. สมชาติ ฉันทศิริวรรณ สถาบันเทคโนโลยีแห่งเอเชีย ศ. ดร. อรรถพล นุ่มหอม มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ รศ. ดร. ธัญญา นิยมาภา รศ. วิชา หมั่นทําการ ผศ. ภรต กุญชร ณ อยุธยา ดร. ประภากรณ์ แสงวิจิตร มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ รศ. ดร. สัมพันธ์ ไชยเทพ ผศ. ดร. ศิวะ อัจฉริยวิริยะ ดร. วิบูลย์ ช่างเรือ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี ผศ. ดร. วีรชัย อาจหาญ ผศ. ชาญชัย โรจนสโรช ผศ. ดร. พยุงศักดิ์ จุลยุเสน

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ศ. ดร. สมชาติ โสภณรณฤทธิ์ มหาวิทยาลัยแม่โจ้ รศ. เสมอขวัญ ตันติกุล ผศ. ดร. สุเนตร สืบค้า มหาวิทยาลัยขอนแก่น รศ. ดร. ธวัชชัย ทิวาวรรณวงศ์ รศ. ดร. วินิต ชินสุวรรณ ผศ. ดร. เสรี วงส์พิเชษฐ ผศ. ดร. สมโภชน์ สุดาจันทร์ ผศ. ดร. สมชาย ชวนอุดม ผศ. ดร. วิเชียร ปลื้มกมล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี รศ. ดร. รุ่งเรือง กาลศิริศิลป์ รศ. ดร. จตุรงค์ ลังกาพินธุ์ มหาวิทยาลัยราชภัฏวไลยอลงกรณ์ รศ. จิราภรณ์ เบญจประกายรัตน์ สถาบั น เทคโนโลยี พ ระจอมเกล้ าเจ้ าคุ ณ ทหาร ลาดกระบัง รศ. ดร. ปานมนัส ศิริสมบูรณ์ รศ. สาทิป รัตนภาสกร

สถาบันวิจัยเกษตรวิศวกรรม กรมวิชาการเกษตร ดร. ชูศักดิ์ ชวประดิษฐ์ ดร. อนุชิต ฉ่ําสิงห์ กองส่งเสริมวิศวกรรมเกษตร กรมส่งเสริมการเกษตร นางดาเรศร์ กิตติโยภาส นายณรงค์ ปัญญา นายชีรวรรธก์ มั่นกิจ นางสาวฐิติกานต์ 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

คณะกรรมการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ประจําปี พ.ศ. 2558 – 2559 ที่ปรึกษา ฯพณฯ นายอําพล เสนาณรงค์ ฯพณฯ พลเอกสุรยุทธ์ จุลานนท์ ศ. ดร. สมชาติ โสภณรณฤทธิ์ ศ. ดร. อรรถพล นุ่มหอม ศ. ดร. สุรินทร์ พงศ์ศุภสมิทธิ์ รศ. ดร. ธวัชชัย ทิวาวรรณวงศ์ รศ. ดร. วินิต ชินสุวรรณ

Prof. Dr. Vilas M Salokhe Prof. Dr. Gajendra Singh Prof. Dr. Chin Chen Hsieh ดร. สุภาพ เอื้อวงศ์กูล นายทรงศักดิ์ วงศ์ภูมิวัฒน์ นายสุรเวทย์ กฤษณะเศรณี

นางพรรณพิมล ชัญญานุวัตร นายวิกรม วัชรคุปต์ นายสมชัย ไกรครุฑรี นายปราโมทย์ คล้ายเนตร นายสุวิทย์ เทิดเทพพิทักษ์ นายชนะธัช หยกอุบล

กรรมการบริหาร นายกสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย อุปนายก ประธานฝ่ายวิชาการ ผู้ช่วยประธานฝ่ายวิชาการ ผู้ช่วยประธานฝ่ายวิชาการ ผู้ช่วยประธานฝ่ายวิชาการ เลขาธิการ เหรัญญิก ผู้ช่วยเหรัญญิก นายทะเบียน สาราณียากร ผู้ช่วยสาราณียกร ปฏิคม ประชาสัมพันธ์ ผู้ประสานงานกลาง

นางดาเรศร์ กิตติโยภาส ผศ. ดร. วีรชัย อาจหาญ ศ. ดร. สักกมน เทพหัสดิน ณ อยุธยา รศ. ดร. ปานมนัส ศิริสมบูรณ์ ผศ. ดร. สุเนตร สืบค้า ผศ. ดร. ชัยยันต์ จันทร์ศิริ นายณรงค์ ปัญญา นายบุญส่ง หนองนา นางสาวชัญญานุช ปานเอี่ยม นายชีรวรรธก์ มั่นกิจ ผศ. ดร. วัชรพล ชยประเสริฐ รศ. ดร. สมชาย ชวนอุดม นายนเรสน์ รังสิมันตศิริ นางสาวนฤมล ลดาวัลย์ ณ อยุธยา นายอนุรักษ์ เรือนหล้า

กรรมการกลางและวิชาการ รศ. ดร. สมยศ เชิญอักษร รศ. ดร. ธัญญา นิยมาภา รศ. ดร. ธัญญะ เกียรติวัฒน์ รศ. ดร. ปานมนัส ศิริสมบูรณ์ รศ. สาทิป รัตนภาสกร ผศ. ดร. สมโภชน์ สุดาจันทร์ ผศ. ดร. เสรี วงส์พิเชษฐ์ ดร. ชัยพล แก้วประกายแสงกูล รศ. ดร. สัมพันธ์ ไชยเทพ รศ. ดร. วิชัย ศรีบุญลือ ผศ. เธียรชัย สันดุษฎี นายไพศาล พันพึ่ง ผศ. ฉัตรชาย ศุภจารีรักษ์ รศ. กิตติพงษ์ วุฒิจํานง

ดร. สมเกียรติ เฮงนิรันดร์ รศ. ผดุงศักดิ์ วานิชชัง รศ. จิราภรณ์ เบญจประกายรัตน์ รศ. ดร. รุ่งเรือง กาลศิริศิลป์ ผศ. ดร. ศิวลักษณ์ ปฐวีรัตน์ ดร. วันรัฐ อับดุลลากาซิม รศ. ดร. รังสินี โสธรวิทย์ รศ. ดร. ประเทือง อุษาบริสุทธิ์ รศ. มานพ ตันตระบัณฑิตย์ ผศ. ดร. สุเนตร สืบค้า ผศ. ภรต กุญชร ณ อยุธยา ดร. วสันต์ จอมภักดี ดร. ชูศักดิ์ ชวประดิษฐ์ รศ. ดร. อนุพันธ์ เทิดวงศ์วรกุล

นางดาเรศร์ กิตติโยภาส รศ. ใจทิพย์ วานิชชัง นายชนะธัช หยกอุบล นายจารุวัฒน์ มงคลธนทรรศ ดร. ไมตรี แนวพนิช นายอัคคพล เสนาณรงค์ นายวิบูลย์ เทเพนทร์ นายสุภาษิต เสงี่ยมพงศ์ ดร. อนุชิต ฉ่ําสิงห์ นายวีระชัย เชาว์ชาญกิจ นายนรเชษฐ์ ฉัตรมนตรี นายไมตรี ปรีชา รศ. ดร. สมชาย ชวนอุดม นายสมศักดิ์ อังกูรวัฒนานุกูล

นางสาวพนิดา บุษปฤกษ์ นายมลฑล แสงประไพทิพย์ นางสาวระพี พรหมภู่ นายพัฒนศักดิ์ ฮุ่นตระกูล นายมรกต กลับดี นายนเรศวร์ ชิ้นอินทร์มนู นายสุรสิทธิ์ บุญรักชาติ นายบุญส่ง หนองนา นางสาวศิระษา เจ็งสุขสวัสดิ์ นางสาววิไลวรรณ สอนพูล นางสาวนฤมล ลดาวัลย์ ณ อยุธยา หั ว หน้ า ภาควิ ช าและสาขาวิ ศ วกรรม เกษตรของสถาบันการศึกษาทุกแห่งของ ประเทศ

คําแนะนําสําหรับผู้เขียน 1. หลักเกณฑ์ทั่วไป 1.1 คํานํา วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย เป็นวารสารวิชาการที่จัดพิมพ์โดยสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย มีวัตถุประสงค์เพื่อเผยแพร่ผลงานวิจัยทั้งที่เป็นองค์ความรู้ใหม่ นวัตกรรม และเทคโนโลยีทางด้านวิศวกรรมเกษตรและระบบชีวภาพ ใน รูปของบทความวิจัย บทวิจัยย่อ และบทความปริทัศน์ เนื้อหาของบทความที่เผยแพร่ในวารสารสะท้อนถึงขอบเขตที่กว้างขวางของ ศาสตร์วิศวกรรมเกษตร ซึ่งบูรณาการวิศวกรรมศาสตร์หลากหลายสาขามาประยุกต์เพื่อเพิ่มผลิตภาพทางการเกษตรและระบบชีวภาพ อาทิ เครื่องจักรกลเกษตร วิศวกรรมดินและน้ํา เทคโนโลยีหลังเก็บเกี่ยว วิศวกรรมอาหาร โครงสร้างอาคารเกษตร การจัดการระบบ เกษตร พลังงานและสิ่งแวดล้อมทางการเกษตร เป็นต้น เนื้อหาของบทความอาจเป็นการรายงานผลการทดลองของเรื่องที่ศึกษาที่ให้ องค์ความรู้ใหม่ การวิเคราะห์ทางทฤษฎี การออกแบบและประดิษฐ์นวัตกรรม หรือการนําเสนอเทคนิควิธีการทดลองใหม่ 1.2 ขอบข่ายวารสาร  การวางผังฟาร์มการออกแบบโรงงานอุตสาหกรรมเกษตร 1) ต้นกําลังและเครื่องจักรกลเกษตร  เครื่องยนต์และกําลัง 5) ระบบเกษตร  การออกแบบและทดสอบเครื่องจักรกลเกษตร  โลจิสติกส์และโซ่อุปทานผลิตผลและสินค้าเกษตร  กระบวนการผลิตเครื่องจักรกลเกษตร  ระบบตรวจสอบย้อนกลับและความปลอดภัยอาหาร  เทคนิคปฏิบัติและการใช้เครื่องจักรกลเกษตร  การจัดการระบบเกษตร และการจําลองสถานการณ์ 2) วิศวกรรมดินและน้ํา  อุตสาหกรรมเกษตร  การอัดแน่น การชะล้าง และการปรับปรุงดิน 6) คอมพิวเตอร์ อิเล็กทรอนิกส์ และเทคโนโลยีสารสนเทศ  พื้นที่แห้งแล้ง และการเก็บกักน้ํา  การเกษตรแม่ น ยํ า การตรวจวั ด ระยะไกล ระบบภู มิ  อุทกวิทยาและการจัดการน้ํา สารสนเทศ ระบบผู้เชี่ยวชาญ  ชลศาสตร์และระบบชลประทาน  เซ็นเซอร์ หุ่นยนต์ และระบบอัตโนมัติ  การให้น้ําพืชระดับไร่นา  ชีวสารสนเทศ 3) กระบวนการหลังเก็บเกี่ยวและวิศวกรรมอาหาร  การประยุ ก ต์ ค อมพิ ว เตอร์ การพั ฒ นาซอฟแวร์ และ  กระบวนการหลังเก็บเกี่ยวและการเก็บรักษา เทคโนโลยีสารสนเทศ  การบรรจุ 7) พลังงานและสิ่งแวดล้อม  เทคนิคแบบไม่ทําลาย  พลังงานทดแทน ชีวมวลและพลังงานชีวมวล  กระบวนการและเครื่องจักรกลอาหาร  การจัดการพลังงาน  วิศวกรรมชีวภาพ  การจัดการของเสียการเกษตรรีไซเคิลและเทคโนโลยีไร้ของ 4) โครงสร้างอาคารเกษตร เสีย  การออกแบบอาคารเกษตร  วิศวกรรมระบบนิเวศน์เกษตร  ไซโล โรงเรือน และโรงงานผลิตพืช 1.3 ประเภทบทความ บทความที่เผยแพร่ในวารสารมี 3 ประเภทคือ  บทความวิจัย (research paper) คือ รายงานผลการศึกษาทดลองที่ทําให้ได้มาซึ่งองค์ความรู้ใหม่ หรือนวัตกรรมใหม่ ที่ได้ดําเนินการ จนสําเร็จและมีการเรียบเรียงอย่างครบถ้วนสมบูรณ์ตามระเบียบวิธีวิจัย  บทวิจัยย่อ (research note) คือ รายงานผลการศึกษาทดลองเฉพาะในบางประเด็นที่ผู้วิจัยค้นพบ แต่ยังไม่เสร็จสมบูรณ์  บทความปริทัศน์ (review paper) คือ รายงานที่ได้จากการรวบรวม ทบทวน และสังเคราะห์งานวิจัยที่ผ่านมาในเรื่องใดเรื่องหนึ่ง โดย สอดแทรกทัศนคติ ประสบการณ์ หรือความคิดเห็นของผู้เขียนที่มีต่อเรื่องนั้นๆ 1.4 ความยาวบทความ  บทความวิจัย  บทวิจัยย่อ  บทความปริทัศน์

ความยาวไม่ควรเกิน 10 หน้าเรียงพิมพ์ ความยาวไม่ควรเกิน 5 หน้าเรียงพิมพ์ ความยาวไม่ควรเกิน 10 หน้าเรียงพิมพ์

1.5 ค่าธรรมเนียมการตีพิมพ์ ผู้ เขี ย นบทความที่ ผ่ า นการพิ จ ารณาให้ ตี พิ ม พ์ ในวารสารฯ จะต้ อ งชํ า ระค่ า ธรรมเนี ย มการตี พิ ม พ์ ในอั ต ราหน้ า ละ 300 บาท โดยกองบรรณาธิการจะแจ้งรายละเอียดวิธีการชําระค่าธรรมเนียมให้ทราบเมื่อบทความได้รับการยอมรับต้นฉบับให้ตีพิมพ์ในวารสารฯ 1.6 กระบวนการประเมินบทความ ต้ น ฉบั บ บทความทุ ก ประเภทจะถู กประเมิ น โดยผู้ ท รงคุ ณ วุฒิ ไม่ ต่ํ ากว่า 2 ท่ า น กองบรรณาธิก ารจะแจ้งผลการประเมิ น ของ ผู้ทรงคุณวุฒิไปยังผู้รับผิดชอบบทความ (corresponding author) ตามข้อมูลการติดต่อในต้นฉบับ ผู้เขียนบทความต้องปรับปรุงแก้ไข ต้ น ฉบั บ ตามคํ า แนะนํ า ของผู้ ท รงคุ ณ วุฒิ พร้อ มทั้ งตอบข้ อ ซั ก ถามของผู้ ท รงคุ ณ วุฒิ ให้ ชั ด เจน แล้ วส่ งเอกสารทั้ ง หมดกลั บ มายั ง กองบรรณาธิการภายในระยะเวลาที่กําหนด กองบรรณาธิการจะพิจารณาตัดสินยอมรับต้นฉบับให้ตีพิมพ์ในวารสารฯ โดยใช้ผลการ ประเมินของผู้ทรงคุณวุฒิเป็นเกณฑ์ ทั้งนี้คําตัดสินของกองบรรณาธิการถือเป็นอันสิ้นสุด 2. รายละเอียดการเตรียมต้นฉบับ* *กองบรรณาธิการขอสงวนสิทธิ์ไม่รับพิจารณาต้นฉบับบทความจนกว่าต้นฉบับนั้นๆ จะมีการจัดเรียงหน้าตามรายละเอียดที่แจ้งไว้ ในเอกสารนี้ 2.1 แบบฟอร์มต้นฉบับ (template) ผู้เขียนควรทํ าความเข้าใจแบบฟอร์มต้นฉบับ (template) และตัวอย่างต้นฉบั บ (manuscript example) ที่กองบรรณาธิการ จัดทําไว้อย่างละเอียด ลักษณะ (styles) ของเนื้อหาทุกส่วนของแบบฟอร์มต้นฉบับได้ถูกปรับตั้งให้เป็นไปตามข้อกําหนดการจัดเรียง หน้าในเอกสารฉบับนี้แล้ว ผู้เขียนควรจัดเตรียมต้นฉบับโดยใช้แบบฟอร์มต้นฉบับและกําหนดลักษณะ ให้กับทุกส่วนในต้นฉบับให้ สอดคล้องกับแบบฟอร์มต้นฉบับ แบบฟอร์มต้นฉบับและตัวอย่างต้นฉบับสามารถดาวน์โหลดได้จากเว็บไซต์สมาคมฯ (www.tsae.asia) 2.2 การจัดหน้าและแบบอักษร ต้นฉบับใช้กระดาษขนาด A4 ตั้งขอบกระดาษแบบ Mirror margins (ระยะขอบเพื่อการเย็บเล่มหนังสือ) ตั้งระยะขอบบนและ ขอบล่างอย่างละ 2.0 cm, ขอบนอก 1.5 cm และขอบใน 2.5 cm การพิมพ์ใช้อักษรแบบ TH SarabunPSK ตลอดทั้งต้นฉบับ 2.3 การระบุประเภทบทความ ผู้เขียนจะต้องระบุประเภทของบทความที่มุมบนขวาในหน้าแรกของบทความว่าเป็นบทความวิจัย บทวิจัยย่อ หรือบทความปริทัศน์ (ดูแบบฟอร์มต้นฉบับ) 2.4 หัวเรื่อง ส่วนหัวเรื่องจะมีทั้งภาษาไทยและภาษาอังกฤษ ประกอบด้วย  ชื่ อ บทความ ใช้ อั ก ษรขนาด 16 pt ตั วหนา จั ดกระจายแบบไทย (Thai distributed) ชื่ อบทความควรสั้ น กระชั บ ได้ ใจความ และมีความจําเพาะเจาะจงกับเนื้อหาของงาน  ชื่ อ นามสกุ ล ผู้ เขี ยน ใช้ อั กษรขนาด 14 pt ตั วหนา จั ดกระจายแบบไทย ไม่ ใช้ คํ านํ าหน้ าชื่ อ ระหว่ างชื่ อผู้ เขี ยนแต่ ละคนให้ ใช้ เครื่องหมายจุลภาคคั่น หลังชื่อผู้เขียนให้แสดงกํากับต้นสังกัดด้วยตัวเลขแบบอักษรยก (superscript) และให้กํากับผู้รับผิดชอบ บทความด้วยเครื่องหมายดอกจัน กองบรรณาธิการจะถือว่าผู้เขียนทุกคนที่มีชื่อปรากฏในต้นฉบับได้รับทราบและเห็นพ้องกับเนื้อหา ในต้นฉบับนั้น  ต้ น สั งกั ด และที่ อ ยู่ ใช้ อั ก ษรขนาด 12 pt ตั วธรรมดา จั ดกระจายแบบไทย กํ ากั บ แสดงต้ น สั งกั ดด้ วยตั วเลขแบบอั ก ษรยก แล้วตามด้วยชื่อต้นสังกัดและที่อยู่ (จังหวัดและรหัสไปรษณีย์)  ให้ระบุหมายเลขโทรศัพท์ โทรสาร และอีเมล์ ของผู้รับผิดชอบบทความ 2.5 บทคัดย่อ บทความภาษาไทยจะต้องมีบทคัดย่อทั้งภาษาไทยและภาษาอังกฤษ โดยให้ลําดับบทคัดย่อภาษาไทยมาก่อนภาษาอังกฤษ การพิมพ์ บทคัดย่อจะจัดเป็น 1 คอลัมน์ จัดกระจายแบบไทย ใช้อักษรขนาด 14 pt บรรทัดแรกให้ย่อหน้า (indentation) 1.0 cm บทคัดย่อ ควรสั้นกระชับ (ไม่ควรเกิน 250 คํา) เนื้อความครอบคลุมถึงวัตถุประสงค์ วิธีการ ผล การค้นพบที่สําคัญ และสรุป 2.6 คําสําคัญ ท้ายบทคัดย่อให้ระบุคําสําคัญ 3-5 คํา ใช้อักษรขนาด 14 pt คําสําคัญทั้งภาษาไทยและภาษาอังกฤษให้ใช้เครื่องหมายจุลภาคคั่น ระหว่างคํา สําหรับภาษาอังกฤษใช้อักษรตัวพิมพ์ใหญ่กับอักษรตัวแรกของทุกคํา

2.7 เนื้อความ ส่วนเนื้อความใช้การจัดหน้าเป็น 2 คอลัมน์ ความกว้างของแต่ละคอลัมน์ 8.25 cm ระยะระหว่างคอลัมน์ 0.5 cm จัดกระจายแบบ ไทย หัวเรื่องย่อยให้ใช้หมายเลขกํากับ และพิมพ์ตัวหนา เช่น “1 บทนํา” (ตามด้วย 1.1 พิมพ์ตัวเอียง, 1.1.1 พิมพ์ตัวหนาและเอียง, ...) และจัดกระจายแบบไทย บรรทัดแรกของทุกย่อหน้าให้ย่อหน้า 0.5 cm และให้ใช้อักษรขนาด 14 pt ตลอดทั้งเนื้อความ ยกเว้น รายการเอกสารอ้างอิง ในรายการเอกสารอ้างอิง ให้ย่อหน้า 0.5 cm แบบ Hanging เนื้อความควรประกอบด้วยส่วนต่างๆ ดังนี้  บทนํา (introduction) ควรมีการทบทวนวรรณกรรมที่เกี่ยวข้องตรงประเด็น กล่าวถึงที่มาของปัญหาและความสําคัญของผลงานที่ ผู้เขียนต้องการนําเสนอ ตอนท้ายบทนําควรระบุวัตถุประสงค์และขอบเขตของงานอย่างชัดเจน  อุปกรณ์ และวิธีการ (materials and methods) การเขี ยนส่วนอุปกรณ์ และวิธีการให้ บรรยายร้อยเรียงกั นไป ไม่ เขี ยนในลั กษณะ นํารายการอุปกรณ์มาเรียงลําดับ (list) ควรอธิบายอย่างเป็นขั้นตอนและมีรายละเอียดเพียงพอให้ผู้อ่านที่สนใจสามารถทําการทดลอง ซ้ําได้ วิธีการที่เป็นที่ทราบดีในสาขาวิชานั้น หรือเป็นมาตรฐาน หรือถูกเผยแพร่โดยผู้อื่นมาก่อน ควรใช้การอ้างอิงโดยไม่ต้องอธิบาย รายละเอียดซ้ํา การกล่าวถึงชื่อทางการค้าของอุปกรณ์เพื่อความสมบูรณ์ของข้อมูลเชิงวิทยาศาสตร์สามารถทําได้ แต่ทั้งนี้ต้องไม่มีนัย ที่แสดงถึงการรับรองหรือสนับสนุนผู้ผลิตรายใดรายหนึ่ง  ผลและวิจารณ์ (results and discussion) ผลที่นําเสนอควรเป็นข้อมูลที่ผ่านการวิเคราะห์สังเคราะห์ ไม่ใช่ข้อมูลดิบ โดยนําเสนอเป็น ลําดับสอดคล้องกับที่อธิบายไว้ในส่วนอุปกรณ์และวิธีการ ควรมีการแปลและวิจารณ์ผลอย่างมีหลักการและมีข้อมูลสนับสนุนชัดเจน อาจมี ก ารเปรี ย บเที ย บผลกั บ งานวิ จั ย ในทํ านองเดี ย วกั น ที่ เผยแพร่ ม าก่ อ น รวมทั้ งอาจให้ ข้ อ เสนอแนะสํ าหรั บ การวิ จั ย ที่เกี่ยวข้องกันในอนาคต  สรุป (conclusions) เป็ นการลงความเห็นหรือสรุปการค้นพบที่ สําคัญที่ ได้จากงานวิจัย ควรสั้นกระชับ และไม่อธิบายซ้ําซ้อนกั บ เนื้อความในส่วนก่อนหน้า  กิตติ กรรมประกาศ (acknowledgement) เป็ นส่ วนที่ ผู้ เขี ยนแสดงคํ าขอบคุ ณแก่ บุ คคล หรือหน่ วยงานที่ มี บทบาทสํ าคั ญในการ สนั บสนุ นการดํ าเนิ นงานวิจัย ทั้ งนี้ ไม่ จําเป็ นต้ องแสดงคํ าขอบคุ ณแก่ ผู้ ร่วมเขียนบทความซึ่งมี ชื่ อปรากฏในส่ วนหั วเรื่ องแล้ ว ส่วนกิตติกรรมประกาศอาจมีหรือไม่มีก็ได้  เอกสารอ้างอิง (references) การอ้างอิงใช้ระบบชื่อผู้แต่ง-ปีที่ตีพิมพ์ (name-year system) ควรอ้างอิงเฉพาะแหล่งข้อมูลที่มีเนื้อหา เกี่ยวข้องกับงานวิจัยของผู้เขียน เอกสารอ้างอิงที่ใช้ต้องได้รับการยอมรับทางวิชาการ ไม่ควรอ้างอิงแหล่งข้อมูลที่เข้าถึงได้ยาก เช่น รายงานผลการวิจัยที่เผยแพร่ในกลุ่มแคบๆ ข้อมูลที่ไม่ถูกตีพิมพ์ หรือการติดต่อสื่อสารระหว่างบุคคล เอกสารอ้างอิงทุกชิ้นที่ถูกอ้าง ถึ งในเนื้ อความต้ องปรากฏอยู่ ในรายการเอกสารอ้ างอิ ง และในทํ านองเดี ยวกั นเอกสารอ้ างอิ งทุ กชิ้ นที่ ปรากฏอยู่ ในรายการ เอกสารอ้างอิงต้องถูกอ้างถึงในเนื้อความ การอ้างถึงเอกสารอ้างอิงภาษาไทยในเนื้อความให้ใช้รูปแบบ “ชื่อผู้แต่ง (ปีที่ตีพิมพ์)” เช่น “มงคล (2545) แสดงให้เห็นว่า ...” หรือ “ความเร็วการหมุนลูกมะพร้าวและความเร็วของมีดปอกมีผลต่อความเรียบของผิ วลูก มะพร้าว (บัณฑิต, 2550)” หรือ “อนุพันธ์ และศิวลักษณ์ (2555) พบว่า ...” แต่หากเอกสารอ้างอิงเป็นภาษาอังกฤษให้ใช้รูปแบบ “นามสกุลผู้แต่ง (ปีที่ตีพิมพ์)” เช่น “Mettam (1994) แสดงให้เห็นว่า ...” การอ้างถึงเอกสารอ้างอิงภาษาไทยซึ่งมีผู้แต่งตั้งแต่ 3 คน ขึ้นไปใช้คําว่า “และคณะ” หลังชื่อผู้แต่งคนแรก เช่น “สมชาติ และคณะ (2551)” สําหรับเอกสารอ้างอิงภาษาอังกฤษให้ใช้คําว่า “et al.” เช่น “Perez-Mendoza et al. (1999)” การจัดเรียงรายการเอกสารอ้างอิง ให้จัดเรียงเอกสารอ้างอิงภาษาไทยก่อน แล้ว ตามด้วยเอกสารอ้างอิงภาษาอังกฤษ สําหรับเอกสารอ้างอิงภาษาไทย ให้จัดเรียงเอกสารอ้างอิงตามลําดับอักษรของชื่อผู้แต่ง ซึ่งถ้าผู้ แต่งคนแรกเป็นคนเดียวกัน ให้เรียงลําดับตามอักษรของชื่อผู้แต่งคนถัดไป ถ้าชื่อผู้แต่งเหมือนกันทั้งหมดให้เรียงลําดับตามปีที่พิมพ์ ถ้าปีที่พิมพ์เป็นปีเดียวกันให้ระบุความแตกต่างด้วยอักษร “ก”, “ข”, “ค” ต่อท้ายปีที่ตีพิมพ์ สําหรับเอกสารอ้างอิงภาษาอังกฤษ ให้ จัดเรียงเอกสารอ้างอิงตามลําดับอักษรของนามสกุลผู้แต่ง ซึ่งถ้าผู้แต่งคนแรกเป็นคนเดียวกัน ให้เรียงลําดับตามอักษรของนามสกุล ผู้แต่งคนถัดไป หากผู้แต่งเป็นคนเดียวกันทั้งหมด ให้เรียงลําดับตามปีที่ตีพิมพ์ ในกรณีที่ผู้แต่งเป็นคนเดียวกันทั้งหมดและตีพิมพ์ในปี เดียวกัน ให้ระบุความแตกต่างด้วยตัวอักษร “a”, “b”, “c” ต่อท้ายปีที่ตีพิมพ์ ชื่อวารสารวิชาการที่นํามาอ้างอิงให้ใช้ชื่อเต็ม 2.8 ตัวอย่างการพิมพ์รายการเอกสารอ้างอิง บทความวารสารวิชาการ จักรมาส เลาหวณิช, พรมมี แพงสีชา, สุเมธี คําวันสา. 2552. การหาค่าความขาวข้าวสารโดยวิธีการวัดค่าสี. วารสารสมาคมวิศวกรรม เกษตรแห่งประเทศไทย 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. หนังสือที่มีผู้แต่งแต่ละบท (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 ประดิษฐ์ หมู่เมืองสอง, สุชญาน หรรษสุข. 2550. การวิเคราะห์การสั่นสะเทือน. 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. ศักยภาพการผลิตเอทานอลจากลิกโนเซลลูโลสในประเทศไทย. รายงานการประชุมวิชาการสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ครั้งที่ 11 ประจําปี 2553, 299-304. นครปฐม: ภาควิชา วิศวกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ 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. วิทยานิพนธ์ สยาม ตุ้ ม แสงทอง. 2546. การปรั บ ปรุ ง เครื่ อ งคั ด ขนาดผลมั ง คุ ด แบบจานหมุ น . วิ ท ยานิ พ นธ์ วิ ศ วกรรมศาสตร์ ม หาบั ณ ฑิ ต . กรุงเทพมหานคร: บัณฑิตวิทยาลัย, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.

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. แหล่งข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ ศูนย์ข้อมูลกรุงเทพมหานคร. 2550. สถิติรายปี กรุงเทพมหานคร. แหล่งข้อมูล: http://203.155.220.230/stat_search/frame.asp. เข้าถึงเมื่อ 14 มิถุนายน 2550.

United Nations Environment Programme. 2 0 0 0 . 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 หน่วย ใช้ระบบหน่วย International Systems (SI) ให้ ถือว่าหน่ วยเป็น สัญ ลักษณ์ ดั งนั้ นแม้ ในบทความจะมีเนื้อความเป็น ภาษาไทย หน่วยที่ใช้จะเป็นหน่วยภาษาอังกฤษเสมอ เช่น “มวล 15 kg” ไม่ใช้ “มวล 15 กิโลกรัม” หรือ “มวล 15 กก.” เป็นต้น ให้เขียนหน่วยที่ มีลักษณะเป็นเศษส่วนในรูปตัวเลขยกกําลัง เช่น “m s-1” ไม่ใช้ “m/s” เป็นต้น 2.10 สมการ สมการที่ไม่ซับซ้อนอาจพิมพ์แทรกระหว่างข้อความภายในบรรทัดได้ สมการที่มีความซับซ้อนให้พิมพ์แยกบรรทัดด้วย Equation editor ควรกําหนดหมายเลขให้กับทุกสมการตามลําดับการปรากฏในต้นฉบับของสมการ และควรอ้างถึงสมการในเนื้อความตาม หมายเลขที่กําหนดไว้ ควรนิยามตัวแปรทุกตัวในสมการเมื่อถูกอ้างอิงถึงครั้งแรก ตัวแปรควรพิมพ์ด้วยตัวอักษรเอียง และใช้อักษรหรือ สัญลักษณ์ที่เป็นที่นิยมในสาขานั้นๆ หากจําเป็นต้องมีการกําหนดสัญลักษณ์หรือตัวแปรขึ้นใหม่เป็นจํานวนมาก ควรทําตารางสัญลักษณ์ เฉพาะ (nomenclature) 2.11 ภาพและตาราง ให้แทรกภาพและตารางลงในเนื้อความ โดยรายละเอียดของภาพจะต้องสามารถมองเห็นได้ชัดเจนเมื่อเรียงพิมพ์ ภาพถ่ายควรมี ความละเอียดอย่างน้อย 300 dpi ภาพที่เป็นกราฟจะต้องมีคําอธิบายแกน คําอธิบายสัญลักษณ์ในกราฟ พร้อมระบุหน่วยให้ชัดเจน เนื่องจากวารสารฯ จะถูกจัดพิมพ์แบบขาว-ดํา ดังนั้น ผู้เขียนควรคํานึงถึงการสูญเสียความชัดเจนของภาพสีเมื่อต้องจัดพิมพ์เป็นภาพ ขาว-ดํา ตารางควรจัดรูปแบบให้เรียบร้อย เส้นตารางใช้เฉพาะเส้นแนวนอน ไม่ใช้เส้นแนวตั้ง

ชื่อภาพและตาราง ตลอดจนข้อความทั้งหมดในภาพและตารางให้ใช้ภาษาอังกฤษ ให้เขียนชื่อภาพไว้ด้านใต้ภาพ โดยใช้รูปแบบ ดั ง ตั ว อย่ า งเช่ น “Figure 1 Relationship between …” ส่ ว นชื่ อ ตารางให้ เขี ย นไว้ ด้ า นบนตาราง โดยใช้ รูป แบบดั ง ตั ว อย่ า งเช่ น “Table 1 Results of …” ให้จัดขอบซ้ายขวาของชื่อภาพและตารางเป็นแบบจัดกระจายแบบไทย ใช้อักษร TH SarabunPSK ขนาด 14 pt ชื่อภาพและตารางควรสื่อให้ผู้อ่านสามารถทําความเข้าใจสาระสําคัญของภาพหรือตารางนั้นๆ ได้ แม้ไม่อ่านเนื้อความ การ กําหนดหมายเลขภาพและตารางให้เป็นไปตามลําดับการปรากฏในต้นฉบับ ให้ใช้รูปแบบการอ้างอิงถึงภาพและตารางในเนื้อความ ดังตัวอย่างเช่น “... ดังผลการทดลองใน Figure 1” หรือ “Table 1 เป็นค่าเฉลี่ยของ ...” ควรแทรกภาพหรือตารางเมื่อจบย่อหน้าที่มี การอ้างถึงภาพหรือตารางนั้นๆ ทันที 2.12 หมายเลขบรรทัด (line number) เพื่อความสะดวกในการประเมินบทความของผู้ทรงคุณวุฒิ ให้กําหนดหมายเลขบรรทัดด้วยอักษร TH SarabunPSK ขนาด 8 pt เยื้องจากข้อความ 1 mm นับทีละ 1 บรรทัด โดยกําหนดให้บรรทัดแรกของคอลัมน์ซ้ายเป็นบรรทัดหมายเลข 1 และเริ่มนับลําดับเลข ใหม่ในแต่ละหน้าตลอดทั้งต้นฉบับ 3. การส่งต้นฉบับ ผู้เขียนสามารถส่งไฟล์ต้นฉบับทางระบบ online submission ได้ที่ http://tsae.asia/journals/index.php/tsaej2014/

สารบัญ 1 ศึกษาการผลิตน้ํามันมะพร้าวบริสุทธิ์ด้วยวิธีการแช่เยือกแข็ง ศุภมาศ ปั้นปัญญา*, ศิวลักษณ์ ปฐวีรัตน์ 7 การพัฒนาระบบตรวจสอบโรคกล้วยไม้ควบคุมระยะไกลร่วมกับเทคนิคประมวลผลภาพถ่ายเพื่อควบคุมการให้สารเคมีแบบ แม่นยําสําหรับโรงเรือนมาตรฐาน เกรียงไกร แซมสีม่วง*, เกียรติศักดิ์ แสงประดิษฐ์, อภิรัฐ ปิ่นทอง 21 การจําแนกประเภทของนมวัวนมกระบือและนมแพะด้วยเทคนิคฟูเรียร์ทรานฟอร์มเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี รวิภัทร ลาภเจริญสุข, กรรณพต แก้วสอน* 28 ผลกระทบของอุณหภูมิและชั้นความหนาต่อจลนพลศาสตร์การอบแห้งกากเนื้อมะพร้าว ฤทธิชัย อัศวราชันย์* 39 การศึกษาการใช้โรงอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับเครื่องอบลมร้อนแบบชั้นวางสําหรับอบแห้งผักและผลไม้ เวียง อากรชี*, ศิวลักษณ์ ปฐวีรัตน์,วิบูลย์ เทเพนทร์, อนุชา เชาว์โชติ, อุทัย ธานี, อัคคพล เสนาณรงค์ 46 การศึกษาความสามารถของการใช้วิธีสุญญากาศเพื่อการกําจัดด้วงงวงข้าวโพด ธีรเดช เดชทองจันทร์, วัชรพล ชยประเสริฐ*, เอนก สุขเจริญ 56 การคัดแยกความแก่ขิงผงด้วยเทคนิคสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดย่านใกล้ จีรายุทธ หงษ์เวียงจันทร์, อนุพันธ์ เทอดวงศ์วรกุล*, Satoru Tsuchikawa, Tetsuya Inagaki, สิรินาฏ น้อยพิทักษ์ 64 การอบแห้งมะพร้าวขูดด้วยเทคนิคสเปาเต็ดเบดสําหรับการผลิตน้ํามันมะพร้าวด้วยวิธีบีบเย็น เกียรติศักดิ์ ใจโต, เทวรัตน์ ตรีอาํ นรรค*, กระวี ตรีอํานรรค, นาฏชนก ปรางปรุ

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559) 1-6

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559) 1-6 Available online at www.tsae.asia

บทความวิจัย ISSN 1685-408X

ศึกษาการผลิตน้ํามันมะพร้าวบริสุทธิ์ด้วยวิธีการแช่เยือกแข็ง Study of Manufacture of Virgin Coconut Oil by Freezing Method ศุภมาศ ปั้นปัญญา1*, ศิวลักษณ์ ปฐวีรัตน์1,2 Supamas Panpanya1*, Siwalak Pathaveerat1,2 1ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร,

มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกําแพงแสน, นครปฐม, 73140 of Agricultural Engineering, Kasetsart University - Kamphaengsaen Campus, Nakhon Pathom, 73140 2ศูนย์ความเป็นเลิศด้านเครื่องจักรกลการเกษตรและอาหาร, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกําแพงแสน, นครปฐม, 73140 2Center of Excellent for Agricultural and Food Machinery, Kasetsart University - Kamphaengsaen Campus, Nakhon Pathom, 73140 *Corresponding author: Tel: +66-34-261-065, Fax: +66-34-261-062, E-mail: fengslp@ku.ac.th 1Department

บทคัดย่อ งานวิ จั ย นี้ มี วัต ถุ ป ระสงค์ เพื่ อ ศึ ก ษาศั ก ยภาพของวิ ธี ก ารแช่ เยื อ กแข็ ง กะทิ ในกระบวนการแยกชั้ น น้ํ า มั น มะพร้ า วบริ สุ ท ธิ์ โดยศึกษาอุณหภูมิและเวลาที่เหมาะสมในการแช่เยือกแข็งใช้อุณหภูมิในการแช่เยือกแข็งอยู่ที่ -18, -28 และ -38°C และช่วงเวลาที่ 36, 40, 44, 48 และ 52 hr ตามลํ าดั บ กะทิ แ ช่ เยื อ กแข็ งถู ก นํ าไปทํ าให้ ละลายที่ อุณ หภู มิ 50°C เป็ น เวลา 1, 1.5, 2 และ 2.5 hr จาก การศึกษาพบว่าอุณหภูมิและเวลาในการแช่เยือกแข็งส่งผลตอการทําลายโครงสร้างพันธะภายในของโปรตีน ส่งผลให้เกิดการแยกชั้น ของกะทิหลังจากนําไปทําให้ละลาย แยกออกเป็น 3 ชั้น คือ ชั้นน้ํามัน ชั้นครีม และชั้นน้ํา ในขณะที่ผลการศึกษาพบว่าช่วงเวลาในการ แช่เยือกแข็งที่มากกว่า 48 hr ไม่ส่งผลให้ปริมาณน้ํามันมะพร้าวเพิ่มมากขึ้น ทุกๆ ช่วงอุณหภูมิในการแช่เยือกแข็ง คําสําคัญ: การแช่เยือกแข็ง; น้ํามันมะพร้าวบริสุทธิ์; การทําละลาย Abstract The objectives of this research was study the potential of freezing method on coconut oil – coconut milk a separating process. studying the temperature and the time in Freezing temperatures to freezing at -18, -28 and -38°C, and the time at 36, 40, 44, 48 and 52 hr, respectively, frozen coconut milk was brought to melt at a temperature of 50° C for 1, 1.5, 2 and 2.5 hr, the study found that the temperature and time of freezing can damage the internal structure of the protein bonds. Resulting in delamination of milk after the melt is divided into 3 layers oil layer of cream and a layer of water, while the results of the study showed that the size of the frozen at more than 48 hr resulted increasing amounts of coconut oil every stage in Freezing temperatures.

Keywords: Freezing; Coconut oil; Solven 1 บทนํา

ปั จ จุ บั น น้ํ า มั น มะพร้ า วบริ สุ ท ธิ์ กํ า ลั ง ได้รั บ ความสนใจจาก ผู้ บ ริโภคเป็ น อย่ างมาก เนื่ อ งจากอุ ด มไปด้ วยวิ ตามิ น สารต้ า น อนุ มู ล อิ ส ระ และองค์ ป ระกอบของสารออกฤทธิ์ ท างชี ว ภาพ จํานวนมาก (Bawalan and Chapman, 2006) แสดงให้เห็นว่า น้ํ า มั น มะพร้ า วบริ สุ ท ธิ์ มี คุ ณ สมบั ติ ใ นการต้ า นการติ ด เชื้ อ ต้านเชื้อจุลินทรีย์ และต้านอนุมูลอิสระได้ อีกทั้งน้ํามันมะพร้าว

บริสุทธิ์ยังมีคุณค่าทางโภชนาการสูงประกอบด้วยอาหารประเภท ไขมั น เส้ น ใยอาหาร โปรตี น คาร์ โบไฮเดรต และแร่ธ าตุ ต่ างๆ จึงนําไปใช้ประโยชน์ได้ทั้งเป็นอาหารและยา ด้วยสาเหตุนี้จึงทําให้ผู้ผลิตน้ํามันมะพร้าวได้คิดวิธีการผลิต แบบต่างๆและพยายามหาวิธีแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นเพื่อตอบสนอง ความต้ อ งการของผู้ บ ริ โภคให้ เพี ย งพอต่ อ ความต้ อ งการ และ เป็ น ไปตามหลั กโภชนาการ ด้วยเหตุผลที่ สําคัญ นี้ จึงทํ าให้ เกิ ด

1

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 1-6 แนวความคิดในการศึกษาวิธีการผลิตน้ํามันมะพร้าวบริสุทธิ์ด้วย วิธีการแช่เยือกแข็ง หลักการในการแช่ เยือกแข็งคือการลดอุณ หภู มิของอาหาร หรือผลิตภัณฑ์นั้นให้ต่ําลงจนถึงระดับที่สิ่งมีชีวิตนั้นไม่สามารถจะ ดํ า เนิ น ปฏิ กิ ริ ย าทางชี ว ภาพหรื อ ทางชี ว เคมี ต่ อ ไปได้ ต ามปกติ จุลินทรีย์ที่มีปะปนอยู่ในอาหารนั้นก็จะชะงักการเจริญเติบโตและ หยุดกระบานการทางเมตาบอลิซึมลงแต่เนื้อเยื้อของอาหารจะ ยังคงรูปอยู่ได้ โดยทั่วไปมักจะเป็นที่อุณหภูมิ -18°C หรือต่ํากว่า ซึ่ ง หลั ก สํ า คั ญ คื อ การเปลี่ ย นสภาวะของน้ํ า ในอาหารที่ เป็ น ของเหลวให้ เป็นน้ํ าแข็ง เพื่ อมิให้ น้ํ านั้น สามารถทําหน้าที่ต่างๆ ในปฏิกิริยาทางเคมี และไม่เป็น substrate ให้กับจุลินทรีย์ที่มา ปะปนกับอาหารได้และการแช่เยือกแข็งที่อุณหภูมิต่ําเพียงใดก็ไม่ สามารถทําลายเชื้อจุลินทรีย์ให้หมดได้ อัตราการแช่เยือกแข็ง มีผลการเกิดผลึกน้ําแข็ง ต่อคุณภาพ ของอาหารแช่เยือกแข็งที่ได้ ในการแช่เยือกแข็งอาหารจะขึ้นอยู่ กั บ การแช่ เยื อ กแข็ งอย่ างเร็ ว (quick freezing) ทํ า ให้ เกิ ด ผลึ ก น้ํ าแข็งขนาดเล็ก กระจายทั่ วชิ้ น อาหาร อาหารแช่เยือ กแข็งมี คุณภาพดี เมื่อนํามาหลอมละลายน้ําแข็ง (thawing) จะสูญเสีย ของเหลว (drip loss) น้อย (พิมพ์เพ็ญ และ นิธิยา, 2551) วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้ เพื่อศึกษาศักยภาพของวิธีการแช่ เยือกแข็งกะทิในกระบวนการแยกชั้นน้ํามันมะพร้าวบริสุทธิ์ 2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 วัสดุ

1) เตรียมเนื้อมะพร้าวที่แก่จัดผ่านการกะเทาะเปลือกใหม่ๆ และบริบู รณ์ เต็ม ที่ โดยใช้ “มะพร้าวที่ มีอ ายุระหว่าง 10 – 12 เดือน และต้องไม่มีเซลล์เบียน (haustorium) คือ การไม่เริ่มงอก เนื่องจากจะทําให้ปริมาณของน้ํามันมะพร้าวลดลง (ลลิตา, 2548) และควรระมัดระวังไม่ให้ ผลมะพร้าวปริแตกระหว่างการขนส่ง เนื่องจากผลมะพร้าวจะเกิดการเน่าเสีย 2) นําเนื้อมะพร้าวขูดเข้าเครื่องคั่นกะทิโดยไม่เติมน้ํา และนํา กะทิที่ได้ผ่านผ้ากรองเพื่อเอาสิ่งเจือปนออกก่อนการทดลอง 2.2 การแช่เยือกแข็งกะทิ

นํากะทิที่ได้จากการกรองบรรจุลงถุงพอลิเอทิลีน (PE) โดย บรรจุถุงละ 1 kg จํานวน 3 ซ้ํา และปิดผนึกให้สนิท นําตัวอย่าง กะทิไปแช่เยือกแข็งแบบช้า slow freezing โดยใช้ตู้แช่เยือกแข็ง (chest freezer) ยี่ห้อ AUCMA รุ่น DW-40W148 ด้วยอัตราการ แช่เยือกแข็ง 3 ระดับ คือ -18, -28 และ -38°C และเวลาที่ใช้ใน 2

การแช่ เ ยื อ กแข็ ง ทั้ ง 3 ระดั บ ที่ 36, 40, 44, 48 และ 52 hr ตามลําดับ (Figure 1) 2.3 การละลายกะทิแช่เยือกแข็งแลการแยกน้ํามัน

การละลายกะทิแช่เยือกแข็งถูกนําไปทําให้ละลายที่อุณหภูมิ 50°C เป็ น เวลา 1, 1.5, 2 และ 2.5 hr ตามลํา ดับ โดยมี วิธีก าร แยกชั้นน้ํามันมะพร้าวบริสุทธิ์ ด้วยการใช้หลอดฉีดยาเป็นอุปกรณ์ ในการเก็บและตวงปริมาตรของน้ํามันมะพร้าวบริสุทธิ์ 2.4 การวิเคราะห์สมบัติทางกายภาพและทางเคมี

การวิเคราะห์คุณภาพทางกายภาพและเคมีของน้ํามันมะพร้าวที่ ได้จากวิธีการแช่เยือกแข็งได้แก่ ความข้นหนืด (Viscosity) วัดด้วย เค รื่ อ ง Brookfield Viscometer ค่ าดั ชนี หั กเห ที่ 30 องศ า (Reflexives Index) ปริ ม าณกรดไขมั น อิ ส ระ (Free Fatty Acid) ใช้ วิ ธี วิ เคราะห์ Ca 5a-40: Free fatty acids ของ AOCS (1998) ค่าของกรด (Acid Value) ใช้วิธีการคํานวณจากค่ากรดไขมันอิสระ ค่าความชื้น (Moisture) ใช้วิธีวิเคราะห์ Ca 2e-84: Moisture, Karl Fischer reagent ของ AOCS (1998) ค่ าความเหม็ นหื น โดยการ อ้างอิงขั้นตอนมาตรฐาน CA 28-38 (AOCS, 1998) และ Kirk and Sawyer (1991) ทํ า ก า ร ท ด ล อ ง วิเ ค ร า ะ ห ์ ณ .ศ ูน ย ์ป ฏ ิบ ัต ิก า ร วิจ ัย มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกําแพงแสน 2.5 การวิเคราะห์องค์ประกอบของกรดไขมัน

การวิ เคราะห์ อ งค์ ป ระกอบของกรดไขมั น ที่ ทํ า โดย gas chromatography (GC) วิ ธี ก า ร ข อ ง Garcés and Mancha (1993) ทําการทดลองวิเคราะห์ผลวิจัยจาก ศูนย์ปฏิบัติการวิจัย มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกําแพงแสน 3 ผลและวิจารณ์

ในการทดลองเพื่อศึกษาศักยภาพของวิธีการแช่เยือกแข็งกะทิ ในกระบวนการแยกชั้นน้ํามันมะพร้าวบริสุทธิ์ โดยศึกษาอุณหภูมิ และเวลาที่เหมาะสมในการแช่เยือกแข็งใช้อุณหภูมิในการแช่เยือก แข็งอยู่ที่ -18, -28 และ -38°C เวลาที่ใช้ในการแช่เยือกแข็งที่ 36, 40, 44, 48 และ 52 hr ตามลําดับกะทิแช่เยือกแข็งถูกนําไปทําให้ ละลายที่อุณหภูมิ 50°C เป็นเวลา 1,1.5, 2 และ 2.5 hr

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559) 1-6

B C A Figure 2 Freezing coconut milk at various temperatures (A) -18°C (B) -28°C and (C) -38°C.

Figure 1 Freezing method of coconut milk.

3.1 ผลของอุณหภูมิในการแช่เยือกแข็ง

ผลการศึ ก ษาอุ ณ หภู มิ ในการแช่ เยื อ กแข็ ง กะทิ ที่ -18, -28 และ -38°C (Figure 2) เวลาที่ ใช้ในการแช่ เยือกแข็งที่ 36, 40, 44, 48 และ 52 hr ตามลํ า ดั บ พบว่ า อุ ณ หภู มิ -28°C ทุ ก ๆ ช่วงเวลาในการแช่เยือกแข็ง ให้ปริมาณน้ํามันมะพร้าวสูงสุดอยู่ที่ 350.67 ml (Table 1)

ช่วงเวลาในการชาเยือกแข็ง A อุณหภูมิของความเย็นมีผลทํา ให้ โครงสร้ า งทางเคมี เปลี่ ย นไปแต่ ไ ม่ ทํ า ลายพั น ธะเปปไทน์ (peptide bond) แต่ ทํ า ให้ พั น ธะต่ า งๆ ของโปรตี น (protein structure) ถู ก ทํ า ลายโครงสร้ า งเกิ ด การคลายตั ว (unfolded) เปลี่ ย นจากโครงสร้ า งเดิ ม ตามธรรมชาติ เป็ น โครงสร้ า งใหม่ (Dayrit et al., 2008)

Table 1 Coconut oil at freezing temperature -28°C on freezing time 36, 40, 44, 48 and 52 hr and time of thawing at 1, 1.5, 2 and 2.5 hr.

Time of thawing at 50°C Time in freezing (hr) 1 hr 1.5 hr 2 hr 2.5 hr 36 100.35 ml 170.12 ml 185.75 ml 180.47 ml 40 100.44 ml 220.20 ml 270.44 ml 200.11ml 44 235.35 ml 275.33 ml 245.42 ml 200.14 ml 48 280.12 ml 350.67 ml 310.22 ml 220.36 ml 52 270.22 ml 345.01 ml 300.02 ml 210.85 ml SD 90.01 78.41 49.83 14.78

ผลการศึกษาเวลาที่เหมาะสมในการแช่เยือกแข็งที่ 36, 40, 44, 48 และ 52 hr และอุณหภูมิในการแช่เยือกแข็งกะทิที่ -18, -28 และ -38°C พบว่าเวลา 48 hr ที่อุณหภูมิ -28°C ให้ปริมาณ น้ํามันมะพร้าวมากที่สุดที่ 350.67 ml (Figure 3) เวลาของการแช่แข็งเป็นปัจจัยที่สําคัญตัวหนึ่งในการแช่แข็ง จะเกิดการถ่ายเทความร้อนอย่างช้าๆ ในชั้นของอาหารที่แข็งตัว แล้ว เมื่อแช่แข็งไปจนถึงจุดหนึ่งที่เราเรียกว่าสภาวะคงที่ (steady state) คือ คุณสมบัติต่างๆ ของอาหารจะคงที่ไม่เปลี่ยนตามเวลา แม้ว่าจะแช่แข็งต่อไปอีกก็ตาม

400 VCO yield (ml)

3.2 ผลของเวลาในการแช่เยือกแข็ง

300 200 100

at -18 ํ c

0

36 Time 40 of freezing 44 48(h) 52 Figure 3 Yield (ml) of virgin coconut oil (VCO) with time of freezing (h) at different temperature.

3

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 1-6 3.3 ผลของเวลาในการทําละลาย

ศึ ก ษาอุ ณ หภู มิ ในการแช่ เยื อ กแข็ ง กะทิ ที่ -18, -28 และ 38°C ที่ เ วลาในการแช่ เยื อ กแข็ ง 36, 40, 44, 48 และ 52 hr กะทิแช่เยือกแข็งถูกนําไปทําให้ละลายที่อุณหภูมิ 50°C เป็นเวลา 1, 1.5, 2 และ 2.5 hr ตามลําดับ พบว่าอุณหภูมิ -28°C, เวลาใน การแช่เยือกแข็งที่ 48 hr และเวลาในการทําละลายที่ 1.5 hr ให้ ปริมาณน้ํามันมะพร้าวสูงสุดอยู่ที่ 350.67 ml (Figure 4)

VCO yield (ml)

cream

water

400 300 200

at -18 ํc

Figure 6 Separation of coconut milk after method at 50°C.

100

at -28 ํc

3.4 ผลการวิเคราะห์สมบัติทางกายภาพและทางเคมี

0 1

1.5 2 2.5 Time of thawing (h) Figure 4 VCO yield (ml) with thawing time and different freezing temperature at 50°C. เวลาในการทําละลายเพิ่ มขึ้น ปริมาณอนุภาคของโปรตีน ที่ เป็นของแข็งจะเกาะตัวอยู่ทีผนังของภาชนะทําให้ความสามารถ ในการแยกตัวยากขึ้น และอุณหภูมิความร้อนทําให้พันธะระหว่าง สายโพลีเปปไทน์อ่อนแอ ทําลายโครงสร้างของโปรตีน ทําลาย พันธะระหว่างโปรตีนกับโปรตีน หรือโปรตีนกับน้ํา จึงทําให้เวลา และอุ ณ หภู มิ ทํ าละลายมี ผ ลต่ อปริม าณน้ํ ามั น มะพร้า วบริสุ ท ธิ์ (Dayrit et al., 2008) (Figure 5)

Figure 5 Thawing of coconut milk at 50°C. 4

Coconut oil

คุณภาพของน้ํามันมะพร้าวบริสุทธิ์ที่ทดสอบจากการประเมิน ทางประสาทสัมผัส (sensory evaluation) มีดังนี้กล่าวคือ สีของ น้ํามันมะพร้าว บริสุทธิ์ควรมีสีใสเหมือนน้ํา การเกิดสีของน้ํามัน มะพร้าวอาจเนื่องมาจากการปนเปื้อนของจุลินทรีย์(microbial contaminant) ในเนื้อมะพร้าวก่อนขั้นตอนการสกัด (Bawalan, and Chapman, 2006) ถ้ามีการปนเปื้อนจากจุลินทรีย์จะทําให้ สี ข องน้ํ า มั น เปลี่ ย นเป็ น สี เหลื อ ง ทั้ งนี้ ก ลิ่ น ของน้ํ า มั น มะพร้ า ว บริสุทธิ์คุณภาพดี ควรมีกลิ่นหอมอ่อนๆ ของมะพร้าวซึ่งขึ้นอยู่กับ กระบวนการที่ใช้ในการสกัด รสชาติของน้ํามันมะพร้าวบริสุทธิ์ ต้องไม่ระคายเคืองในลําคอเมื่อรับประทานเข้าไป ผลผลิตน้ํามัน มะพร้าวบริสุทธิ์ภายใต้อุณหภูมิและเวลาที่แตกต่างกันมีคุณภาพ ของน้ํามันมะพร้าวบริสุทธิ์ดัง Table 2 เปรียบเทียบกับมาตรฐาน ของ Asian and Pacific Coconut Community (2015)

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559) 1-6 Table 2 Comparison of VOC properties with the standard values established by Asian and Pacific Coconut Community (2015).

Characteristic Experimental results APCC standards Relative density 0.911 0.915 - 0.920 refractive index at 40°C 1.4475 1.4480 - 1.4492 Moisture % wt. max.

0.34% 0.1 - 0.5% Saponification 253 250-260 Value(mg KOz/g oil) Iodine value (iodine/100 g oil) 7.33 g 4.1-11.0 g Acidity 0.34 KOz/g oil 0.5 mgKOz/g oil Table 3 Fatty acids composition.

Fatty acids C8:0 (caprylic) C10:0 (capric) C12:0 (lauric) C14:0 (myristic) C16:0 (palmitic) C18:0 (stearic) C18:1 (oleic) C18:2 (linoleic) คมสัน (2548) กล่าวว่าความชื้นเป็นตัวแปรสําคัญที่จะกําหนด คุ ณ ภาพของตั วอย่ างน้ํ ามั นมะพร้าวบริสุ ทธิ์ ปริมาณความชื้นที่ เหมาะสมอยู่ ในช่ ว ง 0.10 - 0.5% น้ํ า มั น มะพร้ า วบริ สุ ท ธิ์ จ าก ตั วอย่างมี ความชื้ นอยู่ที่ 0.34% และค่าของกรดไขมันจะเป็ นตั ว บ่งชี้สภาวะการเหม็นหืนของไขมัน 3.5 ผลการวิเคราะห์องค์ประกอบของกรดไขมัน

การวิ เ ค ราะห์ อ งค์ ป ระกอ บ ของกรด ไขมั น ที่ ทํ าโด ย gaschromatography (GC) แสดงใน Table 3 lauric (C12) เป็นกรดไขมันที่สําคัญ ในน้ํามันมะพร้าวบริสุทธิ์ อยู่ที่ 49.16%, Caprylic (C8) และ Capric (C10) อยู่ ที่ 8.85 และ 5.8% ตามลําดับ Marina et al. (2009) ได้ ศึ ก ษาน้ํ า มั น มะพ ร้ า วบ ริ สุ ท ธิ์ เกี่ยวกับลักษณะทางเคมีและองค์ประกอบของกรดไขมันในน้ํามัน มะพร้าวบริสุทธิ์ พบว่า น้ํามันมะพร้าวบริสุทธิ์ส่วนใหญ่มีปริมาณ กรดลอริก 46.64 - 48.00%” กรด lauric เป็น กรดไขมัน ที่เด่น ที่สุดเนื่องจากเป็นกรดที่พบได้ในน้ํามันมะพร้าวเท่านั้น และเป็น

VCO Experimental (%) 8.75 ± 0.55 5.65 ± 0.25 46.9± 1.53 19.22 ± 1.75 7.0 ± 0.9 2.1 ± 0.27 6.1 ± 1.55 0.5 ± 0.64

APCC standards (%) 5.0–10 4.5–5.8 43–53 16.0–21 7.5–10 2.0–10 5.0–10 1.0–2.5

กรดไขมันห่วงโซ่ขนาดกลาง (MCFAs) ที่มีประโยชน์ต่อสุขภาพ กรดลอริกในน้ํามันมะพร้าวจะเปลี่ยนเป็นโมโนกลีเซอไรด์ที่เรียก ว่า โมโนลอริน (monolaurin) ซึ่งเป็นสารตัวเดียวกับน้ํานมของ มารดาที่ใช้เลี้ยงทารก (ณรงค์, 2550) นอกจากนี้โมโนลอรินยังทํา หน้าที่เป็นสารปฏิชีวนะ (antibiotic) และเป็นสารต่อต้านไวรัส (antivirus) จะเข้าไปทําลายเฉพาะเชื้อโรคที่มีเกราะหุ้มเซลล์ที่เป็ นไขมัน (lipid-coated membrane) เช่น เชื้อไข้หวัดใหญ่, โรค เริม, คางทูม, โรคซาร์ และโรคเอดส์ (กันทิมา และ วิมลนารถ, 2548, และ Tenda et al., 2009) 4 สรุปผลการทดลอง

จากการศึกษาวิธีการแช่เยือกแข็งกะทิในกระบวนการแยกชั้น น้ํามันมะพร้าวบริสุทธิ์ ทําการศึกษาผลของอุณหภูมิและเวลาใน การแช่เยือกแข็งกะทิ โดยศึกษาอุณหภูมิและเวลาที่เหมาะสมใน การแช่ เยือ กแข็ งใช้ อุ ณ หภู มิในการแช่เยื อกแข็ งอยู่ ที่ -18, -28 และ -38°C เวลาที่ใช้ในการแช่เยือกแข็งที่ 36, 40, 44, 48 และ 5

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 1-6 http://www.apccsec.org/document/VCNO.PDF. Acessed on 15 September 2015.

Bawalan, D.D., Chapman, K.R. 2010. Virgin coconut oil production manual for micro and village-scale processing. Bangkok: FAO Regional Office for Asia and the Pacific.

Dayrit, FM., Buenafe, O.E., Chainani, E.T, de Vera, I.M. 2008. Analysis of monoglycerides, Diglycerides, sterols, and fatty acids in coconut (Cocosnucifera L.) oil by 31P NMR spectroscopy. Journal of Agricultural and Food Chemistry 56, 5766-5769.

AOCS. 1998. Official Methods and Recommended Practices of the American Oil Chemists’ Society (5th ed.). Champaign, Illinois: American Oil Chemists’ Society.

Garc´es, R., Mancha, M. 1993. One-step lipid extraction and fatty acid methyl esters preparation from fresh 5 กิตติกรรมประกาศ plant tissues. Analytical Biochemistry. 211, 139–143. งานวิจัยนี้ได้รับทุนสนับสนุนจากสถาบันวิจัยและพัฒนาแห่ง Kirk, R.S., Sawyer, R. 1991. Pearson’s composition and มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ analysis of foods. London: Longman Scientific and Technical.

6 เอกสารอ้างอิง กันทิมา สิทธิธัญกิจ, วิมลนารถ ประดับเวทย์. 2548. บทบาทของ Marina, A.M., Che Man, Y.B., Amin, I. 2009. Virgin coconut oilg emerging functional food oil. Trends in น้ํามันมะพร้าวต่อสุขภาพและความงาม. กรุงเทพมหานคร: Food Science and Technology 20, 481-487. กลุ่มงานพัฒ นาวิช าการฯ สถาบันการแพทย์แผนไทย กรม Marina, A.M., Che Man, Y.B., Amin, I. 2009. Chemical พัฒนาการแพทย์แผนไทยและการแพทย์ทางเลือก. properties of virgin coconut oil. Journal of the คมสั น หุ ต ะแพทย. 2547. การสกั ด น้ํ า มั น มะพร้า วบริ สุ ท ธิ์ .

American Oil Chemists' Society 86, 301-307. วารสารเกษตรกรรมธรรมชาติ 2, 1-5. ณรงค์ โฉมเฉลา. 2550. มหั ศ จรรย์น้ํ า มั น มะพร้า ว-เอกสาร Tenda, E.T., Tulato, M.A., Novarianto. 2009. Diversity of oil and medium fatty acid content of local coconut วิ ช าการฉบั บ ที่ 1/2550. กรุงเทพมหานคร: ชมรมอนุ รัก ษ์ cultivars grown on different altitudes. Indonesia และพัฒนาน้ํามันมะพร้าวแห่งประเทศไทย.

Journal of Agriculture 2, 6-10. พิ ม พ์ เพ็ ญ พ รเฉ ลิ ม พ งศ์ , นิ ธิ ย า รั ต น าป น น ท์ . 2551. การแช่ เยื อกแข็ ง การเกิ ดผลึ กน้ํ าแข็ ง. แหล่ งข้ อมู ล: http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/1952/ic e-crystal-formation. เข้าถึงเมื่อ 16 กุมภาพันธ์ 2557. ลลิตา อัตนโถ. 2548. การผลิตน้ํามันมะพร้าวบีบเย็นคุณภาพสูง. วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 20, 67-72.

Asian and Pacific Coconut Community. 2 0 1 5 . APCC standards for virgin coconut oil. Availble at:

52 hr ตามลํ า ดั บ กะทิ แ ช่ เยื อ กแข็ ง ถู ก นํ า ไปทํ า ให้ ล ะลายที่ อุณหภูมิ 50°C เป็นเวลา 1, 1.5, 2 และ 2.5 hr พบว่า 4.1 อุณ หภู มิในการแช่เยือกแข็งมีผ ลต่อปริมาณของน้ํ ามั น มะพร้าว เนื่องจากอัตราการแช่เยือกแข็งมีผลต่อการเกิดผลึก ถ้า ผลึก น้ําแข็งมีขนาดใหญ่ เมื่อนํามาทําละลายจะเกิดการสูญ เสีย โดยตรงต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ 4.2 เวลาของการแช่ เ ยื อ กแข็ ง มี ผ ลกระทบโดยตรงกั บ ปริมาณน้ํามัน มะพร้าวบริสุทธิ์ เนื่องมาจากว่าเวลาของการแช่ เยือกแข็งจะเป็นตัวบ่งบอกความจุของระบบและเวลาส่งผลต่อ การเกิดผลึกใหม่ 4.3 ก ารวิ เ ค ราะห์ ส ม บั ติ ท างก าย ภ าพ แ ล ะท างเค มี องค์ ป ระกอบทั้ ง 6 ตัว มี ค่ า เฉลี่ ยของการทดสอบอยู่ในเกณฑ ์ มาตรฐานเป็นที่ยอมรับได้ 4.4 การวิเคราะห์องค์ประกอบของกรดไขมัน น้ํามันมะพร้าว บริ สุ ท ธิ์ ส่ ว นใหญ่ มี ป ริ ม าณกรดลอริ ก 46.64 - 48.00% กรด lauric เป็นกรดไขมันที่มีประโยชนร์และคุณค่า

6

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 7-20 วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559) 7-20 Available online at www.tsae.asia

บทความวิจัย ISSN 1685-408X

การพัฒนาระบบตรวจสอบโรคกล้วยไม้ควบคุมระยะไกลร่วมกับเทคนิคประมวลผลภาพถ่ายเพื่อควบคุมการให้ สารเคมีแบบแม่นยําสําหรับโรงเรือนมาตรฐาน Development of a Remote Control System for Orchid Diseases Monitoring Using Image Processing Technique for Precision Application of Chemicals in Standard Greenhouses เกรียงไกร แซมสีม่วง1*, เกียรติศักดิ์ แสงประดิษฐ์1, อภิรัฐ ปิ่นทอง1 Grianggai Samseemoung1*, Kriattisak Sangpradit1, Apirat Pinthong1 1ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร,

คณะวิศวกรรมศาสตร์, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี, ปทุมธานี, 12110 engineering, Faculty of engineering, Rajamangala University of technology thanyaburi, Pathumthani, 12110 * Corresponding author: Tel: +6 6 -8 -9641-7532 or +6 6 -8 -2798-8098, Fax: +6 6 -2-549-3581, E-mail: kkriankkai@hotmail.com or grianggai.s@en.rmutt.ac.th 1Agricultural

บทคัดย่อ ระบบตรวจสอบโรคกล้วยไม้แบบควบคุมระยะไกล ร่วมกับเทคนิ คการประมวลผลภาพถ่ายที่ พัฒ นาขึ้น สามารถตรวจวัด และประเมินผลการระบาดของโรคพืชเพื่อป้องกันผลผลิตลดต่ําลงได้เป็นอย่างดี ข้อมูลภาพถ่ายจะถูกประมวลผลด้วยโปรแกรมที่ ออกแบบไว้ในโปรแกรม MATLAB เพื่อควบคุมระบบการฉีดพ่นสารเคมีให้สัมพันธ์กับความหนาแน่นของโรคพืชที่ตรวจวัดได้ โดยกล้อง สามารถบันทึกตําแหน่ง และค่าการสะท้อนแสงแบบใกล้ช่วงคลื่นอินฟราเรดที่ 800 nm และช่วงคลื่นสีแดงที่ 650 nm ส่งผลให้การ จําแนกกล้วยไม้ที่สมบูรณ์กับที่เป็นโรค และการระบุตําแหน่งของโรคใบปื้นเหลือง โรคใบจุดดํา โรคแอนแทรคโนสนั้น สามารถทําได้ อย่างแม่นยํา จากนั้นจึงเปรียบเทียบผลที่ได้จากระบบกับเครื่องมือวัดมาตรฐานที่ภาคพื้นดิน และทําการวิเคราะห์ทางสถิติเพื่อหาค่า สัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ออกมา ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ระหว่างค่าดัชนีพืชพรรณ NDVI และ GNDVI จะแปรผันตามระดับคลอโรฟิลด์ โดยมี ค่ า สั ม ประสิ ท ธิ์ ส หสั ม พั น ธ์ อ ยู่ ร ะหว่ า ง 0.985 ถึ ง 0.992 ดั ง นี้ R2=0.985-0.992 สํ า หรั บ กล้ ว ยไม้ ส มบู ร ณ์ , R2=0.984-0.998 สําหรับกล้วยไม้เกิดโรค ตามลําดับ และกล้องถ่ายภาพแบบ Web CAM ซึ่งมีราคาต่ํา จะให้ค่าความแม่นยําในการประมวลผลภาพถ่าย ดีที่สุด ที่ระดับความสูง 1.2 m เมื่อเทียบกับการใช้กล้องชนิดอื่น กล้องถ่ายภาพแบบ Digital camera ซึ่งมีราคาปานกลาง ที่ระดับ ความสู ง 1-1.2 m ส่ วนกล้ อ งถ่ า ยภาพแบบ NIR camera ซึ่ งมี ร าคาสู ง มาก ที่ ร ะดั บ ความสู ง 1.6 m ขึ้ น ไป และพบว่ า โปรแกรม ประมวลผลภาพถ่ายที่พัฒนาขึ้นนั้น มีคุณภาพที่สามารถยอมรับได้เมื่อทําการสอบเทียบกับการตรวจวัดด้วยคน คําสําคัญ: ระบบตรวจสอบโรคกล้วยไม้แบบควบคุมระยะไกล, ดัชนีพืชพรรณ, การประมวลผลภาพถ่ายดิจิตอล, กล้อง Web CAM, กล้องถ่ายภาพดิจิตอล, กล้องถ่ายภาพใกล้ช่วงคลื่นอินฟราเรด Abstract The orchids disease monitoring system with crop image processing technique developed could measure and evaluate the plant disease infestation in order to prevent a decrease in yield as well. Image data were processed by a program coding in MATLAB program. The chemical injection systems were controlled related to the density of the plant disease detected. The acquired low altitude remote sensing images were positioned and processed to estimate vegetative-indices with MATLAB program (Red=650 nm and NIR=800 nm band center) and thereby detecting diseases in orchids plants. Then good correlations and clear cluster range were obtained in characteristic plots of NDVI and GNDVI against chlorophyll content, the chlorophyll content values (mol m-2) 7

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 7-20 according to statistical analysis showed significant differences among clusters for healthy orchids (R2=0.985-0.992), for infested orchid (R2=0.984-0.998), respectively. The camera Web CAM model which is lower price, the accuracy in image processing, take the best at an altitude of 1.2 meters, and Digital camera which is medium price, take the best at an altitude of 1-1.2 meters. The NIR camera which is higher price, take the best at an altitude of 1.6 meters or more. The image processing software based on LARS images created provided satisfactory results comparing with a manual measurement.

Keywords: The orchids disease monitoring system, vegetation index, digital image processing, web CAM, digital camera, NIR camera ประมวลผลภาพถ่ายดิจิตอล เพื่อเข้ามาช่วยในการพัฒนาระบบ 1 บทนํา การจั ด การ และการบํ า รุ ง รั ก ษากล้ ว ยไม้ ส กุ ล หวาย โดยมุ่ ง ประเทศไทยเป็นแหล่งเพาะปลูกกล้วยไม้เมืองร้อนที่สําคัญ เป้าหมายไปยังการบริห ารจัดการการใช้ สารเคมี และยาปราบ โดยเฉพาะกล้ ว ยไม้ ส กุ ล หวายเนื่ อ งจากมี ส ภาพภู มิ อ ากาศ คื อ ศั ต รู พื ช ในปริ ม าณ ที่ เ หมาะสม มี ค วามแม่ น ยํ า สู ง ทั น ต่ อ อุ ณ หภู มิ 25-33ºC และความชื้ น สั ม พั ท ธ์ 75-80% ซึ่ งประเทศ เหตุ ก ารณ์ และสามารถตรวจวั ด เฝ้ า ระวั ง การระบาดของโรค ไทยเป็นผู้ผลิต และส่งออกกล้วยไม้สกุลหวายมากที่สุด โดยแหล่ง กล้วยไม้ในโรงเรือนปลูกมาตรฐานได้ (เกรียงไกรและเกียรติศักดิ์, เพาะปลูกที่สําคัญ จะอยู่ท่ี กรุงเทพมหานคร นนทบุรี นครปฐม สมุทรสาคร ราชบุรี พระนครศรีอยุธยา และปทุมธานี ตามลําดับ 2557a) ซึ่งส่วนใหญ่ในโรงเรือนปลูกกล้วยไม้มาตรฐานจะเกิดโรค ในอดีตที่ผ่านมาการขยายพื้นที่เพาะปลูกยังทําได้ค่อนข้างจํากัด ใบ จุ ด ห รื อ โรค ใบ ขี้ ก ลาก (Leaf Spot) ที่ เกิ ด จากเชื้ อ รา เนื่องจากเกษตรกรที่เข้ามาปลูกกล้วยไม้นั้น จะต้องมีความรู้ความ Phyllostictina pyriformis Cash & Watson, โร ค ใบ จุ ด ดํ า ชํานาญมากในการเพาะปลูก ประกอบกับปัจจัยด้านการผลิตมี (Black spot) ที่ เกิ ด จ าก เชื้ อ รา Alternaria alternate แ ล ะ ราคาต้นทุนที่สูงขึ้น เช่น ปุ๋ยและยา ทําให้เกษตรกรไม่มีเงินลงทุน Drechslera spp., โรคแอนแทรคโนส (Anthracnose) ที่ เกิ ด ในการดูแลบํารุงรักษา จึงทําให้กล้วยไม้มีคุณภาพไม่ได้มาตรฐาน จากเชื้อรา Colletotrichum gloeosporioides (Penz.) Sacc., ด้ ว ยเหตุ นี้ ทํ า ให้ มี ก ารส่ ง ออกได้ เพี ย งร้ อ ยละ 40 ของผลผลิ ต โรคโคนเน่าแห้ง หรือโรคเหี่ยว (Fusarium foot rot, Wilt) ที่เกิด ทั้งหมดเท่านั้น อย่างไรก็ตามกล้วยไม้ยังคงเป็นพืชที่มีความสําคัญ จากเชื้อรา Fusarium oxysporum Fmoniliforme, โรคเน่าเละ ทางเศรษฐกิจโดยมีแนวโน้มความต้องการเพิ่มขึ้นของตลาดใหม่ (Soft rot) ที่ เกิ ด จ าก เชื้ อ แ บ ค ที เรี ย Erwinia carotovora แถบตะวันออกกลาง และจีน โดยทุกวันนี้พบว่ามีเกษตรกรผู้ปลูก (Jones), โรคใบปื้ นเหลื อง ที่ เกิ ดจากเชื้ อรา Pseudocercospora กล้ ว ยไม้ ใ นประเทศไทยทั้ ง หมดประมาณ 3,000 กว่ า ราย dendrobii และโรคเน่าแห้ง สาเหตุเกิดจากเชื้อรา Sclerotium ครอบคลุมพื้นที่ปลูกประมาณ 20,000 กว่าไร่ ทําให้มีการส่งออก rolfsii เป็ น ต้ น (กรมวิช าการเกษตร, 2550) โดยโรคเหล่ านี้ นั้ น เพิ่ มมากขึ้นเป็นอันดับ 2 รองจากเนเธอร์แลนด์เท่านั้น และก่อ สามารถที่จะระบุตําแหน่งบริเวณที่เกิดโรค แล้วทําการฉีดสารเคมี เกิ ด รายได้ จ ากการส่ ง ออกทั้ ง กลุ่ ม ไม้ ตั ด ดอก และต้ น อยู่ ที่ ในปริมาณที่เหมาะสม แม่นยํา ซึ่งจะเกี่ยวข้องโดยตรงในด้านของ ประมาณ 3,000 กว่าล้านบาท ทั้งนี้ธุรกิจการเพาะเลี้ยงกล้วยไม้ การลดต้นทุนการผลิต การป้องกันความเสียหายแบบทันท่วงที สามารถสร้างรายได้นําเงินเข้าสู่ประเทศได้เป็นจํานวนมาก และ (Samseemoung et al., 2012) และสุ ด ท้ า ยแล้ ว เป็ น การเพิ่ ม การส่ ง ออกกล้ ว ยไม้ ข องไทยยั ง คงมี แ นวโน้ ม เติ บ โตได้ อ ย่ า ง ผลผลิตต่อพื้นที่ปลูกให้มีปริมาณสูงขึ้น ในการออกแบบ และสร้าง ต่อเนื่อง ขณะที่การผลิตกล้วยไม้ในทุกวันนี้ยังคงเผชิญกับปัจจัย ระบบตรวจสอบโรคกล้ ว ยไม้ แ บบควบคุ ม ระยะไกล ร่ ว มกั บ เสี่ ย งอย่ า งเดิ ม อยู่ ห ลายประการด้ วยกั น อาทิ เช่ น ปั ญ หาด้ า น เทคนิ ค การประมวลผลภาพถ่ าย เพื่ อ เพิ่ ม ความแม่ น ยํ าในการ ต้นทุนการผลิต และต้นทุนค่าขนส่งที่เพิ่มขึ้น ปัญหาด้านโรคและ ควบคุ ม การใช้ ร ะบบฉี ด พ่ น สารเคมี แ บบแปรผั น อั ต ราได้ ใ น แมลงศั ต รู พื ช และปั ญ หาด้ า นขาดการควบคุ ม คุ ณ ภาพของ โรงเรือ นมาตรฐาน พร้ อ มทั้ ง ระบบอั ล กอริ ทึ ม ของซอฟท์ แ วร์ กล้วยไม้เพื่อการส่งออก (สํานักงานเศรษฐกิจการเกษตร, 2555) จากปัญ หาดั งกล่าวงานวิจัยนี้จึงมุ่งเสนอวิธีการประยุกต์ใช้ ประมวลผลภาพถ่ายมุมสูงนั้น พบว่าเป็นการพัฒ นาเทคโนโลยี เทคโนโลยี ค วามแม่ น ยํ า ทางการเกษตร ร่ ว มกั บ เทคนิ ค การ การผลิต และยังมีข้อดีแก่เกษตรกรเจ้าของโรงเรือนทั้งเป็นการลด 8

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 7-20 เวลาและต้นทุนการประกอบการลง ได้ข้อมูลภาพถ่ายมุมสูงที่มี ความทันต่อเหตุการณ์ หรือสถานการณ์ของการระบาดของโรค พืชในโรงเรือนนั้นๆ โดยภาพไดอะแกรมรายละเอียดของระบบ ตรวจสอบโรคกล้วยไม้แบบควบคุมระยะไกล ร่วมกับเทคนิคการ ประมวลผลภาพถ่าย เพื่อเพิ่มความแม่นยําในการควบคุมระบบ ฉีดพ่นสารเคมีแบบแปรผันอัตราได้ในโรงเรือนมาตรฐานที่จะทํา การออกแบบและสร้ า ง ดั ง รู ป ที่ 1 โดยจะมี ห ลั ก การทํ า งาน เริ่มจากภาพถ่ายที่ได้มาจากระบบถ่ายภาพมุมสูงเคลื่อนที่บนราง ที่ทําการออกแบบไว้ (เกรียงไกรและเกียรติศักดิ์, 2557b) เหนือ แนวแปลงปลู ก ในโรงเรือ นมาตรฐาน พร้อ มระบบควบคุ ม การ ถ่ายภาพแบบระยะไกล แบบติดตั้งบนระบบเคลื่อนที่ ที่ความสูง ประมาณสองเมตร ระยะทางมากกว่า 10 m จากนั้นนําภาพมุม สูงที่ได้นําเข้าสู่ระบบซอฟท์แวร์ประมวลผลภาพถ่าย จากนั้นทํา การรวบรวมข้อมูล นําข้อมูลที่ได้ไปออกแบบระบบฉีดพ่นสารเคมี แบบแปรผันอัตราได้ในระบบโรงเรือนมาตรฐาน โดยเฉพาะข้อมูล ด้านค่าการกระจายตัวของโรคพืชในพื้นที่ปลูก โดยผลสัมฤทธิ์ของ งานเพื่ อ เพิ่ ม ประสิ ท ธิ ภ าพการบริ ห ารจั ด การการใช้ ส ารเคมี ยาปราบศัตรูพืช และลดความเสียหายที่เกิดจากการระบาดของ โรคพืชในระบบโรงเรือนมาตรฐานแบบทันท่วงที โดยที่ผลสัมฤทธิ์ ของงานวิจัยนี้ พบว่า เกษตรกรเจ้าของระบบโรงเรือนมาตรฐาน จะได้ทราบและเข้าถึงข้อมูลตัวแปรต่างๆ ในพื้นที่แปลงปลูกของ ตนเอง ที่ ส่งผลกระทบต่อต้ น ทุ น การผลิต และปริม าณผลผลิต โดยข้อมูลพื้นฐานและตัวแปรต่างๆ นั้น จะหมายถึง ข้อมูลอัตรา การเจริญ เติบโต ข้อมูลการกระจายตัวของโรคพืชในช่วงเวลาที่ เกิดการระบาดแบบทันท่วงที และข้อมูลสภาพความอุดมสมบูรณ์ บนแปลงปลูกนั้นๆ ดังนั้นจะเห็นได้ชัดว่า ข้อมูลพื้นฐานเหล่านี้มี บทบาทที่สําคัญมากในการกําหนดทิศทางปริมาณของผลผลิตที่ ได้ต่อโรงเรือนต่อปี และทิศทางในการควบคุมค่าใช้จ่ายในการ ลงทุ น โดยงานวิจั ย นี้ มี วัต ถุ ป ระสงค์ เพื่ อ ที่ จ ะทํ า การออกแบบ และสร้า งระบบตรวจสอบโรคกล้ ว ยไม้ แ บบควบคุ ม ระยะไกล ร่วมกับเทคนิคการประมวลผลภาพถ่าย เพื่อเพิ่มความแม่นยําใน การควบคุ ม การใช้ ส ารเคมี แ ละยาปราบศั ต รู พื ช ในโรงเรื อ น มาตรฐาน จากนั้นทําการออกแบบระบบอัลกอริทึม และพัฒนา ชุดคําสั่งเฉพาะสําหรับการประมวลผลภาพถ่ายมุมสูง สุดท้ายทํา การออกแบบระบบฉีดพ่นสารเคมีแบบแปรผันอัตราได้ (Variable Rate Technology, VRT) แบบอัตโนมัติ

2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 การออกแบบ และสร้างระบบตรวจสอบโรคกล้วยไม้แบบ

ควบคุมระยะไกล ด้วยเทคนิคประมวลผลภาพถ่าย 2.1.1 การออกแบบ และสร้างระบบถ่ายภาพมุมสูงเคลื่อนที่

บนรางเหนื อ แนวแปลงปลู ก ในโรงเรื อ นมาตรฐาน ควบคุมการถ่ายภาพระยะไกลแบบติดตั้งบนชุดต้นแบบ ทําการค้นคว้า และรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับระบบถ่ายภาพทาง อากาศ ได้ แ ก่ ชนิ ด ของกล้ อ งถ่ า ยภาพมุ ม สู ง ระบบของเลนส์ วิธีการติดตั้งกล้องถ่ายภาพ แนวทางในการลดการสั่นสะเทือน ระบบกดชั ต เตอร์ ถ่ า ยภาพระยะไกล อุ ป กรณ์ วั ด ความสู ง และข้ อ มู ล อื่ น ๆ ที่ เ กี่ ย วข้ อ ง (Samseemoung et al., 2011) โดยระบบรางที่ อ อกแบบจะมี ค วามสู ง ของรางประมาณ 2 m ความกว้าง 0.5 m และมีความยาว 10 m ดังรูปที่ 2 โดยข้อมูล เซนเซอร์ที่ใช้ ได้แก่ กล้อง Web CAM รุ่น Vimicro USB 2.0 UVC PC Camera Image size resolution: -2.0 to 6.0 Mpixels ผลิ ต จาก SWIFT-TECH ELECTRONICS Co. Ltd. กล้องดิจิตอล Digital camera (R-G-B) Image size resolution: 1280x 1024 ผลิตจาก Canon Co. Ltd. กล้องดิจิตอลแบบ Near Infrared (NIR) camera ADC (G-R-NIR) Image size resolution: 1280x 1024 (1.3 Mpixels) ผ ลิ ต จ า ก Tetracam Inc. แ ล ะ ชุ ด Gear Motor Oriental AC Magnetic Motor 2RK6GN-AM w/2GN60K Gear Head ผลิตจาก ORIENTAL MOTOR CO., LTD. ตามลําดับ

9

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 7-20 A direct chemical injection; (d) Gear motor; (e) Adapter 220 VAC to 24 VDC 5A.

(b)

(c)

(a) (e) (d) Figure 3 Variable rate chemical injection systems. (a) Water pump; (b) Solenoid valve; (c) Microcontroller Board; (d) 8 Relay Module; (e) Nozzle.

2.1.2 การออกแบบ และสร้างชุดต้นแบบระบบฉีดพ่นสารเคมี

Data Line Operation Line Figure 1 Instrumentation and overall procedural configuration. VRA spraying system that is a flow-based control system of application rate.

(b)

(c)

(a) (e) (d) Figure 2 Specifications of the sensors. (a) Image data acquisition system with Web CAM, Digital and NIR cameras; (b) A double row bar with carrier control; (c) 10

แบบแปรผันอัตราได้ (Variable Rate Technology, VRT) แบบอัตโนมัติ ทําการออกแบบสร้างชุดต้นแบบระบบหัวฉีด ซึ่งจะใช้ขนาดของ แขนบูม ความกว้าง 0.5 m และมีความยาว 0.5 m จํานวนหัวฉีด 4 หัวฉีด และขนาดแรงดันของชุดปั๊ม ที่ 1 bar อัตราการฉีดพ่น 0.02, 0.06, 0.11 liter/minute ทําการต่อเข้ากับชุดควบคุมปริมาณการ ฉีดต่อรอบการทํางาน ให้ครอบคลุมพื้นที่การทํางาน จากนั้นทําการ ออกแบบระบบอัลกอริทึมควบคุมปริมาณการฉีดต่อรอบการทํางาน โดยระบบอัลกอริทึมนี้จะออกแบบบนพื้นฐานของอัตราส่วนความ หนาแน่นของโรคพืชเป็นจํานวนพิกเซล (Pixel) ต่อพื้นที่ (Pixel x Pixel) สุดท้ายจะเป็นการทดสอบระบบฉีดพ่นสารเคมีแบบแปรผัน อั ต ราได้ แบบอั ต โนมั ติ ภายหลั งจากออกแบบ สร้ างต้ น แบบ ทดสอบ Pre-test และปรับปรุงจนได้แบบที่ดีที่สุดแล้ว จึงทําการ ทดสอบจริง โดยคํานึงถึงตัวแปรที่มีผลต่อการทํางานของระบบฯ ได้แก่ ความสัมพันธ์ระหว่าง ค่าอัตราส่วนความหนาแน่นของโรค พื ช ต่ อ พื้ น ที่ กั บ ปริ ม าณการฉี ด ของชุ ด ควบคุ ม ความสั ม พั น ธ์ ระหว่างระดับความสูงในการถ่ายภาพ กับปริมาณการฉีดของชุด ควบคุ ม โดยข้ อมู ลเซนเซอร์ ที่ ใช้ ดั งรูปที่ 3 ได้ แก่ ชุ ดโซลี นอยด์ ว า ล์ ว ผ ลิ ต จ า ก Green Water - Atlantis Technology (Thailand) Co.,Ltd. ชุดหัวฉีด ผลิตจาก บริษัท ซุปเปอร์โปรดักส์ จํากัด ชุดปั้มไฟฟ้า ผลิตจาก LEE SAE IMPORT (1975) LIMITED ชุ ด ไมโครคอนโทรลเลอร์ Microcontroller Board ผลิ ต จาก Shenzhen Shanhai Technology Ltd. แ ล ะ ชุ ด 8 Relay Module ผลิตจาก Arduitronics CO., Ltd ตามลําดับ

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 7-20 หลักการทํางานของชุดต้นแบบระบบฉีดพ่นสารเคมีแบบแปร ผั น อั ต ราได้ แบบอั ต โนมั ติ ดั ง รูป ที่ 4 โดยจะเริ่ม จากภาพถ่ า ย ดิจิตอลของกล้วยไม้ที่เริ่มเกิดโรค ถ่ายที่ความสูงเหมาะสม จาก กล้องดิจิต อลแบบ Digital camera (R-G-B) และกล้ องดิ จิต อล แบบ NIR camera (G-R-NIR) โดยเมื่อทําการโหลดภาพถ่ายเข้าสู่ ซอฟต์แวร์ประมวลผลภาพถ่าย ที่ทํางานบนโปรแกรม MATLAB ชุดคําสั่งวิเคราะห์ภาพถ่ายเฉพาะที่ได้ทําการออกแบบไว้จะเริ่มทํา การประมวลผลภาพถ่ายออกมาเป็นจํานวนค่าเปอร์เซ็นต์ความ หนาแน่นของโรคพืชที่เกิดขึ้นที่สามารถทําการตรวจวัดได้ จากนั้น จํานวนค่าเปอร์เซ็น ต์ค วามหนาแน่น ดังกล่าวจะถูกแปรเปลี่ยน เป็นช่วงเวลาที่ใช้ในการฉีดสารเคมีไปยังตําแหน่งบริเวณที่เกิดโรค แบบทันท่วงที โดยลําดับการทํางานจะถูกควบคุมให้เป็นอัตโนมัติ ด้วยชุดไมโครคอนโทรลเลอร์ (Arduino Uno R3) 2.2 การออกแบบพั ฒ นาระบบชุ ด คํ า สั่ ง เฉพาะสํ า หรั บ การ

ประมวลผลภาพถ่ายมุมสูง และการประเมินผลพารามิเตอร์ ที่เกี่ยวข้อง 2.2.1 การออกแบบ และพัฒนาระบบชุดคําสั่งเฉพาะสําหรับ

การประมวลผลภาพถ่ายมุมสูง ทําการค้นคว้า และรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับ อัลกอริทึม ของ ระบบชุดคําสั่งเฉพาะในการประมวลผลภาพถ่าย ได้แก่ ลักษณะ ของภาษาที่ ใ ช้ ใ นการเขี ย นชุ ด คํ า สั่ ง เฉพาะ ลั ก ษณ ะของ อัลกอริทึมที่เหมาะสมกับงาน เทคนิคต่างๆ ที่ใช้ในการแยกวัตถุที่ สนใจออกจากพื้น Background โดยชุดคําสั่งที่พัฒนาขึ้นจะทํา การดึงข้อมูลภาพถ่ายจากกล้องดิจิตอลแบบ Digital camera (RG-B) และกล้องดิจิตอลแบบ NIR camera (G-R-NIR) โดยที่ผู้ใช้ สามารถที่จะทําการ เลือกข้อมูลภาพได้ โดยชุดคําสั่งที่พัฒนาขึ้น จะทําการตรวจสอบความหนาแน่นของโรคกล้วยไม้โดยวิธีการ แบ่งพื้นที่ออกเป็น 4 ส่วนย่อยๆ (4 sub images) จากนั้นทําการ ตรวจจับสีเหลืองและสีน้ําตาลของใบกล้วยไม้เพื่อหาจํานวนค่า เปอร์เซ็นต์ความหนาแน่นต่อพื้นที่ และทําการประมวลผลภาพ รวมถึงการแสดงผลออกทางหน้าต่างของโปรแกรม เพื่อแจ้งให้ ระบบทราบถึงข้อมูลสีเหลืองและสีน้ําตาลของใบกล้วยไม้ที่ทําการ ตรวจจับ จากนั้น จะทําการเปลี่ยนแม่แบบสีจากภาพสีเป็นภาพ โทนขาวดํา และทําการแปรเปลี่ยนเป็น ช่วงเวลาที่ใช้ในการฉี ด สารเคมีไปยังตําแหน่งบริเวณที่เกิดโรค ด้วยการปิดเปิดโซลีนอยด์ วาล์วของหัวฉีด และสุดท้ายทําการบันทึกข้อมูลรูปภาพที่กระทํา การประมวลผลแล้ ว ลงฮาร์ ด ดิ ส ก์ ไ ด้ (Gray image, Bimodal image) ดังรูปที่ 5 และ 6 ตามลําดับ

Digital camera and Web CAM

NIR camera (G-R-NIR)

Image Processing Software (MATLAB programing)

PC Computer

Arduino Uno R3 Microcontroller

8 Channel Relay Module

Motor Drive of Camera Container Box

4 Solenoid Valves

Shutter of Digital camera & NIR camera

Water Pump

Spray Boom with 4 Nozzles

Chemical Tank

Figure 4 Variable rate spraying system with an automatic direct chemical injection.

2.2.2 การประเมินผลพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้อง ด้วยค่าดัชนีพืช

พรรณ และค่าคลอโรฟิลล์ ค่ า ดั ช นี พื ชพ รรณ (Normalized difference vegetation index, NDVI) คือค่าดัชนีการสะท้อนแสง นิยมนํามาใช้ในงานวิจัย ทางการเกษตรทั่ วไป (Sammseemoung et al., 2011) สามารถ หาค่าได้จากสมการที่ 1 (1)

NDVI =

โดยที่ NIR หมายถึ ง ค่ า การสะท้ อ นแสงในช่ ว งคลื่ น ใกล้ อิ น ฟราเรด 800 nm และ R หมายถึ ง ค่ า การสะท้ อ นแสง ในช่วงคลื่นสีแดง 650 nm ค่ าคลอโรฟิ ล ล์ (Chlorophyll content, Chl (mol m-2)) ดังแสดงในสมการที่ 2 จะใช้ พิ จารณาถึ งความสั ม พั น ธ์กั น ของ กล้วยไม้สกุลหวายที่เกิดโรค โดยที่ พืชที่เริ่มเกิดโรคจะมีค่าการ สะท้อนแสงที่ใบลดลงและมีค่าความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์ที่ต่ํา โดยอุปกรณ์ที่ใช้ทําการวัดค่านี้คือ Minolta SPAD 502 Meter, Spectrum Technology Inc., USA Chl (μmol m ) = 10

.

(2) 11

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 7-20 โดยที่ ค่ า M จะหมายถึ ง ปริ ม าณคลอโรฟิ ล ล์ ข องใบพื ช ที่ เครื่ อ งวั ด อ่ า นได้ จะเป็ น ตั วเลขดิ จิ ต อล และค่ า Chl หมายถึ ง ปริมาณความเข้มข้นของค่าคลอโรฟิลล์ (มีหน่วยเป็น molm-2) ค่ า ของ Green normalized difference vegetation index (GNDVI) ที่ใช้ในงานวิจัยนี้จะหมายถึง ค่าคลอโรฟิลล์ ที่หามาจาก ค่ าการสะท้ อนแสงที่ ใบพื ช เมื่ อพื ชนั้ นมี อายุการเจริญ เติ บโตไม่ เท่ากัน สามารถคํานวณได้ดังสมการที่ 3 (Samseemoung et al., 2011) GNDVI =

(3)

โดยที่ NIR จะหมายถึ ง ค่ า การสะท้ อ นแสงในช่ ว งคลื่ น ใกล้ อินฟราเรด และ G หมายถึง ค่าการสะท้อนแสงในช่วงคลื่นสี เขียว

START START

Load image from NIR camera

Load image from Digital camera/Web CAM Convert to HSV color image

Convert to Gray scale image

Otsu’s Thresholding Image Segmentation

END

Image Segmentation Divide into Image area to 4 section channels Count % interest pixels of each section channel Convert to volume flow rate timing of the solenoid valve for nozzle injection

Figure 6 Created image processing software proceduring.

2.2.4 การประเมิ น ผลพารามิ เ ตอร์ ที่ เ กี่ ย วข้ อ ง ด้ ว ยการ

(a) (b) (c) Figure 5 Image processing software. (a) Operating system; (b) Yellow thesholding; (c) Brown thesholding.

2.2.3 การประเมิ น ผลพารามิ เ ตอร์ ที่ เ กี่ ย วข้ อ ง ด้ ว ยการ

ทดสอบหาความสั ม พั น ธ์ ร ะหว่ างระดั บ ความสู ง ของ ระบบถ่ายภาพ (Height, m) กับค่าเปอร์เซ็นต์โรคพืช ที่สามารถทําการตรวจจับได้ ทํ า การศึ ก ษาวิ จั ย ถึ ง ค่ า ระดั บ ความสู ง และชนิ ด ของกล้ อ ง ถ่ายภาพที่เหมาะสม ที่ให้ค่าเปอร์เซ็นต์โรคกล้วยไม้สกุลหวายได้ ใกล้เคียงกับค่าความเป็นจริงมากที่สุด โดยทําการทดลองที่ความ สู ง ทั้ ง หมด 4 ระดั บ ดั ง นี้ 1 m, 1.2 m, 1.4 m และ 1.6 m ตามลําดับ ซึ่งกล้องถ่ายภาพที่ใช้แบ่งออกเป็น 3 ชนิด ดังนี้ กล้อง Web CAM กล้ อ งดิ จิ ต อลแบบ Digital camera (R-G-B) และ กล้องดิจิตอลแบบ NIR camera (G-R-NIR)

12

ทดสอบหาความสัมพันธ์ระหว่างค่าความสูง (Height, cm) กับค่าการกระจายตัวของสารเคมี ทําการศึกษาวิจัยถึงค่าระดับความสูงที่เหมาะสมในการฉีด ส ารเค มี ที่ ป ริ ม าณ ก ารฉี ด 20 ml, 60 ml แ ล ะ 100 ml ตามลําดับ ไปยังบริเวณที่เกิดโรค โดยทําการทดสอบที่ 4 ระดับ ความสูงของตําแหน่งที่ติดตั้งหัวฉีด คือ 25 cm, 35 cm, 45 cm และ 55 cm ตามลําดับ เพื่อวัดค่าการกระจายตัวของสารเคมีที่ เกิดขึ้น 2.3 การสอบเทียบข้อมูลที่ได้จากระบบที่ออกแบบไว้กับข้อมูลที่

เก็บได้จากการตรวจวัดด้วยคน สําหรับ การสอบเที ยบการประมวลผลภาพถ่าย จะทํ า การ สอบเที ยบระบบถ่ายภาพมุมสูงของกล้องทั้ง 3 ประเภท ได้แ ก่ กล้อง Web CAM กล้อง Digital camera และสุดท้ายกล้องแบบ NIR camera โดยการกําหนดกรอบมาตรฐานขนาดความ กว้าง x ยาว เท่ า กั บ 65 cm x 50 cm ต่ อ จากนั้ น ทํ าการกํ าหนดแผ่ น ตัวอย่างค่าสีที่ใช้เป็นตัวแทนของกลุ่มโรคในกล้วยไม้ ได้แก่กลุ่มสี เหลือง และกลุ่มสีน้ําตาล โดยที่แผ่นตัวอย่างนี้จะมีขนาดความ กว้างxยาว เท่ากับ 2.54 cm x 2.54 cm แผ่นตัวอย่างกลุ่มค่าสีนี้ จะถู ก กํ า หนดในการทดลองในอั ต ราที่ แ ตกต่ า งกั น ดั ง นี้ 5% (24 ชิ้ น ), 10% (48 ชิ้ น ), 15% (72 ชิ้ น ) และ 20% (97 ชิ้ น ) ที่

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 7-20 ความสูงที่แตกต่างกัน ที่ระดับ 1 m, 1.2 m, 1.4 m และ 1.6 m ตามลําดับ โดยจะแบ่งเป็นการสอบเทียบระหว่างข้อมูลที่ได้จาก ระบบต้นแบบกับการตรวจวัดด้วยสายตาคน และการทดสอบหา ความสัมพัน ธ์ระหว่างค่าความสว่างที่แปรผันตามระยะเวลาใน หนึ่งวัน Illumination Levels ตามลําดับ

3 ผลและวิจารณ์ 3.1 การสอบเทียบข้อมูลที่ได้จากระบบที่ออกแบบไว้กับข้อมูลที่

เก็บได้จากการตรวจวัดด้วยคน คุณ ภาพที่สามารถทําการยอมรับ ได้ของการสอบเทียบการ ประมวลผลภาพถ่ายทางอากาศ ที่มีลักษณะที่แตกต่างกัน ของ ระดั บ ค วาม สู งที่ ระดั บ 1 m, 1.2 m, 1.4 m แ ล ะ 1.6 m 2.4 สถิติที่ใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูล การวิเคราะห์ผลการทดลองเพื่อหาปัจจัยที่เหมาะสมของระบบ ตามลําดับ ค่าความหนาแน่ นของแผ่น ตั วอย่างกลุ่ม ค่าสีที่ 5% ตรวจสอบโรคกล้วยไม้แบบควบคุมระยะไกลโดยใช้วิธีการวิเคราะห์ (24 ชิ้ น ), 10% (48 ชิ้ น ), 15% (72 ชิ้ น ) และ 20% (97 ชิ้ น ) ความแปรปรวน (ANOVA) และเปรียบเที ยบความแตกต่ างของ ตามลํ า ดั บ และชนิ ด ของกล้ อ ง Web CAM กล้ อ ง Digital ปัจจัยในการทดสอบที่มีผลต่อความแม่นยําในการระบุตําแหน่งของ camera และสุ ด ท้ า ยกล้ อ งแบบ NIR camera ที่ แ ตกต่ า งกั น การให้ ส ารเคมี ในกล้ วยไม้ ที่ เกิ ดโรคด้ วยวิ ธี การของ Duncan’s ข้อมูลที่ได้แสดงดังรูปที่ 8-10 multiple range test (P<0.05) โดยใช้โปรแกรม SPSS 2.5 การเตรียมโรงเรือนทดสอบ

โรงเรือ นทดสอบนี้ ตั้ งอยู่ ที่ พิ กั ด (Latitude 14.14 ºN) และ (Longitude 101.48 ºE) การทดสอบหาความสั ม พั น ธ์ระหว่า ง ข้อมูลที่ได้มาจากการประมวลผลภาพถ่าย และชุดควบคุมอัตรา การฉีดพ่น จะอ้างอิงจากค่าพารามิเตอร์ดังนี้ ที่ความดัน 0.5 บาร์ พบว่า จะมีค่า Volume flow rate เท่ากับ 0.1 ลิตรต่อนาที ที่ความดัน 1.0 บาร์ พบว่า จะมีค่า Volume flow rate เท่ากับ 0.11 ลิตรต่อนาที ที่ความดัน 1.5 บาร์ พบว่า จะมีค่า Volume flow rate เท่ากับ 0.13 ลิตรต่อนาที

(Yellow density 10%)

(Brown density 10%) (b)

(c)

(a) (d) (e) Figure 7 Experimental set up and field preparation, (a) Greenhouse; (b) Orchids plant material; (c) Minolta SPAD 502 Meter; (d) Illumination level set up; (e) SKR 1800 illumination sensor measured.

(1 m)

(1.2 m)

(1.4 m) (a)

(1.6 m)

(1 m)

(1.2 m)

(1.4 m) (1.6 m) (b) Figure 8 Image processing calibration from Web CAM, (a) Yellow density 10% image segmented with difference height; (b) Brown density 10% image segmented with difference height.

13

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 7-20

(1 m)

(1.2 m)

(Yellow density 10%)

(1.2 m)

(1.4 m) (a)

(1.6 m)

(1 m)

(1.2 m)

จากการทดลองทําการสอบเทียบข้อมูลค่าความแม่นยําในการ ประมวลผลภาพถ่ายดิจิตอลที่ได้จากการออกแบบชุดคําสั่งเฉพาะ ในการประมวลผลภาพถ่ายของแผ่น ตัวอย่างค่าเฉดสี สีเหลือง และสีน้ําตาล ตามลําดับ ซึ่งค่าเฉดสีทั้งสองนี้ จะถูกใช้เป็นตัวแทน ของค่าสีของกล้วยไม้สกุลหวายที่เกิดโรคระบาดขึ้นในโรงเรือน มาตรฐาน โดยการสอบเทียบข้อมูลจะทําการสอบเทียบที่ระดับ ความสูงที่แตกต่างกันของระบบถ่ายภาพแบบควบคุมระยะไกลที่ ระดับ 1 m, 1.2 m, 1.4 m และ 1.6 m ตามลําดับ และที่ความ หนาแน่นของแผ่นตัวอย่างแตกต่างกัน ที่ 5%, 10%, 15% และ 20% ตามลํ า ดั บ พบว่ า ค่ า ความแม่ น ยํ า ในการประมวลผล ภาพถ่ายดิจิตอลมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสําคัญทางสถิติที่ทุก ระดับความสูงที่ระดับความเชื่อมั่น 95% โดยกล้องถ่ายภาพแบบ Web CAM ซึ่ ง มี ร าคาถู ก มาก จะมี ค่ า ความแม่ น ยํ า ในการ ประมวลผลภาพถ่ ายดิ จิต อลดี ที่ สุด ที่ ระดับ ความสู ง 1.2 m ใน ส่ ว นของกล้ อ งถ่ า ยภาพแบบ Digital camera ซึ่ ง มี ร าคาปาน กลาง พบว่ามีค่าความแม่นยําในการประมวลผลภาพถ่ายดิจิตอล ดีที่สุดที่ระดับความสูง 1 m และ 1.2 m ตามลําดับ สุดท้ายกล้อง ถ่ายภาพแบบ NIR camera ซึ่งมีราคาสูงมาก พบว่ามีค่าความ แม่นยําในการประมวลผลภาพถ่ายดิจิตอลดีที่สุดที่ระดับความสูง ของระบบฯ ที่ 1.6 m ขึ้นไป ดังข้อมูลแสดงในตารางที่ 1-8

(Brown density 10%) (1.4 m) (1.6 m) (b) Figure 10 Image processing calibration from NIR camera, (a) Yellow density 10% image segmented with difference height; (b) Brown density 10% image segmented with difference height.

Illum ination Level (µ m ol m -2 s-1)

(1 m)

(1.6 m)

(1.4 m) (1.6 m) (b) Figure 9 Image processing calibration from Digital camera, (a) Yellow density 10% image segmented with difference height; (b) Brown density 10% image segmented with difference height.

14

(1.2 m)

(Yellow density 10%) (1.4 m) (a)

(Brown density 10%)

(1 m)

2000 1800 1600 1400 1200

Red

1000

NIR

800 600 400 200 0 9

11

13

15

17

Day Progress (hrs)

Figure 11 Summary of illumination level (SKR 1800) with day progress (hrs.) results.

Table 1 Correlation between the difference of image data acquisition and height levels (m) with yellow sample density 5%.

Type of Altitude levels (m) image acquisition 1 1.2 1.4 1.6 system 1.Manual 5a 5a 5a 5a observation 2. Web CAM 2.835a 4.490bc 4.093b 4.253b

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 7-20 Type of Table 4 Correlation between the difference of image Altitude levels (m) image data acquisition and height levels (m) with yellow acquisition sample density 20%.

1 1.2 1.4 1.6 system Type of image Altitude levels (m) 3. Digital cd 5.023cd 4.698bc d 5.715 5.080 acquisition camera system 4. NIR camera 9.083f 5.523d 8.515f 6.745e 1 1.2 1.4 1.6 Means in a column followed by the same character a a a 1.Manual 20 20 20 20a are not significantly different at 0.05 significant level observation according to Duncan’s Multiple Range Test.

2. Web CAM 14.043c 18.755de 11.943b 10.780a Table 2 Correlation between the difference of image 3. Digital 18.785de 19.890ef 17.658d 21.113g data acquisition and height levels (m) with yellow camera sample density 10%.

4. NIR camera 22.503h 18.363d 31.073i 20.220fg Means in a column followed by the same character Type of image Altitude levels (m) are not significantly different at 0.05 significant level acquisition according to Duncan’s Multiple Range Test. system 1 1.2 1.4 1.6 1.Manual Table 5 Correlation between the difference of image 10a 10a 10a 10a observation data acquisition and height levels (m) with Brown b b a a sample density 5%.

2. Web CAM 7.813 7.968 6.770 6.748 Type of Altitude levels (m) 3. Digital 9.353cd 9.760d 8.633bc 10.718e image camera f d g de acquisition 4. NIR camera 14.475 9.610 15.765 10.250 1 1.2 1.4 1.6 system Means in a column followed by the same character 1.Manual 5a 5a 5a 5a are not significantly different at 0.05 significant level observation according to Duncan’s Multiple Range Test.

2. Web CAM 4.753bc 4.788bc 4.128ab 3.763a Table 3 Correlation between the difference of image 3.Digital 6.495e 6.283e 4.538abc 4.478abc data acquisition and height levels (m) with yellow camera sample density 15%.

4. NIR 6.145de 5.265cd 6.438e 5.273cd Type of Altitude levels (m) camera image Means in a column followed by the same character acquisition are not significantly different at 0.05 significant level 1 1.2 1.4 1.6 system according to Duncan’s Multiple Range Test.

1.Manual 15a 15a 15a 15a observation Table 6 Correlation between the difference of image 2. Web CAM 10.918c 14.433ef 9.408b 8.515a data acquisition and height levels (m) with Brown 3. Digital 14.430ef 14.843f 13.605de 16.183g sample density 10%. camera 4. NIR 19.388h 13.278d 23.705i 16.738g Type of Altitude levels (m) camera image acquisition Means in a column followed by the same character 1 1.2 1.4 1.6 system are not significantly different at 0.05 significant level according to Duncan’s Multiple Range Test.

1.Manual 10a 10a 10a 10a observation 2. Web CAM 8.235bc 9.240cd 7.395ab 8.475bc 15

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 7-20 Type of Altitude levels (m) image acquisition 1 1.2 1.4 1.6 system 3.Digital 11.893f 10.460de 6.355a 7.380ab camera 4. NIR 14.285g 9.908de 12.063f 10.993ef camera Means in a column followed by the same character are not significantly different at 0.05 significant level according to Duncan’s Multiple Range Test.

Table 7 Correlation between the difference of image data acquisition and height levels (m) with Brown sample density 15%.

Type of Altitude levels (m) image acquisition 1 1.2 1.4 1.6 system 1.Manual 15a 15a 15a 15a observation 2. Web CAM 11.093b 12.890bc 8.883a 12.435b 3. Digital 16.950ef 15.093de 14.390cd 17.900f camera 4. NIR 17.565f 15.225de 16.468ef 16.230def camera Means in a column followed by the same character are not significantly different at 0.05 significant level according to Duncan’s Multiple Range Test.

Table 8 Correlation between the difference of image data acquisition and height levels (m) with Brown sample density 20%.

Type of Altitude levels (m) image acquisition 1 1.2 1.4 1.6 system 1.Manual 20a 20a 20a 20a observation 2. Web CAM 14.058bc 19.055f 11.898ab 11.430a 3.Digital 19.450f 18.735ef 15.353cd 16.580de camera 4. NIR 20.090f 19.823f 22.580g 19.973f camera Means in a column followed by the same character are not significantly different at 0.05 significant level according to Duncan’s Multiple Range Test.

16

3.2 การประเมิ น ผลพารามิ เตอร์ ที่ เกี่ ย วข้ อ ง ด้ ว ยค่ า ดั ช นี พื ช

พรรณ และค่าคลอโรฟิลล์ สํ าหรับ กล้ วยไม้ ส กุ ล หวายที่ ส มบู รณ์ จะพบว่ า ค่ าดั ช นี พื ช พรรณ NDVI นั้ น จะมี ความสัมพั น ธ์กับ ระดั บ ค่าคลอโรฟิ ล ล์ใน ความสัมพันธ์ทางบวก ดังนี้ R2=0.992 สําหรับกล้วยไม้สกุลหวาย (สมบูรณ์), R2=0.998 สําหรับกล้วยไม้สกุลหวาย (เกิดโรค) ต่อมา ค่าดัชนีพืชพรรณ GNDVI ของกล้วยไม้สกุลหวาย แบบสมบูรณ์ และแบบเกิดโรค แสดงความสัมพันธ์แบบแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้นกับ ค่ า คลอโรฟิ ล ล์ ดั ง รู ป ที่ 12 ด้ ว ยค่ า R2= 0.985 และ 0.984 ตามลํ าดั บ ในด้ านการเปรียบเที ยบกั น ระหว่าง ค่ า คลอโรฟิ ล ล์ (mol m-2) กับค่าดัชนีพืชพรรณแบบ NDVI และแบบ GNDVI ที่ได้จากระบบที่ออกแบบไว้นั้น พบว่ามีค่าที่น่าเชื่อถือสูงโดยจะ อยู่ในช่วงตั้งแต่ 493-959 mol m-2 สําหรับกล้วยไม้สกุลหวาย (สมบูรณ์), 75-380 mol m-2 สําหรับกล้วยไม้สกุลหวาย (เกิด โรค ), 450-1000 mol m-2 สํ าห รั บ ก ล้ ว ย ไม้ ส กุ ล ห ว า ย (สมบูรณ์), 101-400 mol m-2 สําหรับกล้วยไม้สกุลหวาย (เกิด โรค) ตามลําดับ (a)

(b) Figure 12 Correlation between leaves chlorophyll content estimated from leaf reflectance values and reflectance indices NDVI for healthy and infested orchid’s plantation.

3.3 การประเมินผลพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้อง ด้วยการทดสอบหา

ความสั ม พั น ธ์ ร ะหว่ า งระดั บ ความสู ง ของระบบถ่ ายภาพ (Height, m) กั บ ค่ า เปอร์ เซ็ น ต์ โรคพื ช ที่ ส ามารถทํ า การ ตรวจจับได้ จากผลการทดลองพบว่ า ภาพถ่ า ยดิ จิ ต อลที่ ไ ด้ จ ากกล้ อ ง ถ่ า ยภาพแบบ Web CAM และกล้ อ งถ่ า ยภาพแบบ Digital camera จะให้ ค่ าเปอร์เซ็ น ต์ โรคพื ช ที่ ความหนาแน่ น 5% และ

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 7-20 10% ที่ตรวจจับได้จากซอฟต์แวร์ชุดคําสั่งเฉพาะที่ออกแบบไว้ ดี ที่สุด ที่ระดับความสูงประมาณ 1-1.2 m ส่วนที่ค่าเปอร์เซ็นต์โรค พืชที่ความหนาแน่น 15% และ 20% ระดับความสูงที่เหมาะสม ที่สุดของกล้องถ่ายภาพแบบ Web CAM และกล้องถ่ายภาพแบบ Digital camera คื อ ที่ ร ะดั บ 1.2 m และในส่ ว นของกล้ อ ง ถ่ า ยภาพแบบ NIR camera ระดั บ ความสู ง ในการทํ า งานที่ เหมาะสมที่สุดคือ 1.6 m 3.4 การประเมินผลพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้อง ด้วยการทดสอบหา

ความสัมพั น ธ์ระหว่างค่ าความสูง (Height) กับ ระยะการ กระจายตัวของสารเคมี จากการทดลองพบว่าระดับความสูงมีผลต่อระยะการกระจาย ตัวของสารเคมีที่ฉีดอย่างมีนัยสําคัญทางสถิติที่ระดับความเชื่อมั่น 95% โดยที่ระดับความสูงเพิ่มขึ้นจะทําให้ค่าการกระจายตัวมีค่า เพิ่มมากขึ้น ซึ่งที่ระดับความสูง 0.25 m พบว่าจะมีความแม่นยํา ในการฉีดมากที่สุดทําให้ไม่เกิดการสูญเสียสารเคมีที่ใช้ Table 9 Correlation between height levels (m) and chemicals and pesticides scatterable distance (m) at pressure 1 bar and volume flow rate 0.02 liter/minute.

Chemicals and No. Height levels (m) pesticides scatterable distance (m) 1 0.25 0.220a 2 0.35 0.235b 3 0.45 0.255c 4 0.55 0.280d Means in a column followed by the same character are not significantly different at 0.05 significant level according to Duncan’s Multiple Range Test.

Table 10 Correlation between height levels (m) and chemicals and pesticides scatterable distance (m) at pressure 1 bar and volume flow rate 0.06 liter/minute.

No. Height levels Chemicals and (m) pesticides scatterable distance (m) 1 0.25 0.325a 2 0.35 0.360b 3 0.45 0.375b 4 0.55 0.467c Means in a column followed by the same character are not significantly different at 0.05 significant level according to Duncan’s Multiple Range Test.

Table 11 Correlation between height levels (m) and chemicals and pesticides scatterable distance (m) at pressure 1 bar and volume flow rate 0.11 liter/minute.

No. Height levels Chemicals and (m) pesticides scatterable distance (m) 1 0.25 0.530a 2 0.35 0.635b 3 0.45 0.722c 4 0.55 0.817d Means in a column followed by the same character are not significantly different at 0.05 significant level according to Duncan’s Multiple Range Test.

3.5 การจัดทําข้อมูลแผนที่ประยุกต์ทางการเกษตร

แผนที่ประยุกต์ทางการเกษตรที่จัดทําขึ้นมานี้จะประกอบไป ด้วย ข้อมูลของพิกัดตําแหน่งบนพื้นผิวโลกประมาณ 24 จุด และ ข้อมูล จํานวนค่าเปอร์เซ็ น ต์ค วามหนาแน่ น ของโรคกล้วยไม้ซึ่ ง แทนด้วยเฉดสีเหลืองและสีน้ําตาลนั้น ที่ได้จากกล้องดิจิตอลทั้ง สามประเภทที่ ร ะดั บ ความสู ง บนรางวิ่ ง เหนื อ แปลงปลู ก 1 m ขั้ น ตอนการสร้า งแผนที่ ท างการเกษตรนั้ น จะเริ่ ม จากการนํ า ภาพถ่ า ยมุ ม สู ง แต่ ล ะเฟรมภาพที่ ไ ด้ ทํ า การแบ่ ง กริ ด พื้ น ที่ ระยะห่าง 65 cm x 50 cm นํามาต่อกันเป็นภาพใหญ่ จากนั้นที่ แต่ละกริดหรือบริเวณใกล้เคียงจะต้องทําการประมวลผลภาพเพื่อ คํานวนหาค่าเปอร์เซ็นต์ความหนาแน่นของโรคกล้วยไม้ จากนั้น นําข้อมูลทั้งหมดเข้าสู่โปรแกรม ArcView GIS เพื่อทําการสร้าง ออกมาเป็นแผนที่ทางการเกษตร ดังรูปที่ 13-15 โดยแผนที่จะบ่ง บอกถึงหนาแน่นของโรคกล้วยไม้ ตําแหน่งของการเจริญเติบโตดี ไม่ดีในแปลงปลูก บริเวณที่ขาดธาตุอาหาร น้ํา และบริเวณที่เกิด โรค ตามลําดับ

17

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 7-20

(a)

(b) Figure 13 GIS application maps for crop status monitoring and herbicide application for healthy and infested orchids plantation: (a) Orchids disease position from Web CAM; (b) GIS application maps.

(a)

18

(b) Figure 14 GIS application maps for crop status monitoring and herbicide application for healthy and infested orchids plantation: (a) Orchids disease position from Digital camera; (b) GIS application maps.

(a)

(b) Figure 15 GIS application maps for crop status monitoring and herbicide application for healthy and infested orchids plantation: (a) Orchids disease position from NIR camera; (b) GIS application maps.

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 7-20 4 สรุป

จากผลการทดสอบที่ได้ในงานวิจัยนี้ พบว่าระบบตรวจสอบ โรคกล้วยไม้แบบควบคุมระยะไกล ร่วมกับเทคนิคการประมวลผล ภาพถ่ า ย เพื่ อ เพิ่ ม ความแม่ น ยํ า ในการควบคุ ม ระบบฉี ด พ่ น สารเคมี แ บบแปรผัน อัตราได้ ในโรงเรือนมาตรฐาน ด้วยกล้อง Web CAM และกล้ อ งดิ จิ ต อลแบบ Digital camera และแบบ NIR camera ที่ พั ฒ นาขึ้ น มา สามารถถ่ า ยภาพมุ ม สู ง ที่ มี ค วาม คมชั ด ทั น ต่ อ เหตุ ก ารณ์ มี ค วามเหมาะสมที่ จ ะตรวจวั ด ประเมินผล และเฝ้าระวังการระบาดของโรคกล้วยไม้สกุลหวายใน แปลงปลู ก ได้ เป็ น อย่ า งดี โดยกล้ อ งถ่ า ยภาพมุ ม สู ง จะทํ า การ ถ่ายภาพกล้วยไม้ที่ระดับความสูง 1 m แบบต่อเนื่อง จึงส่งผลให้ การจํ า แนกกล้ ว ยไม้ ส กุ ล หวายว่ า สมบู ร ณ์ ห รื อ ไม่ นั้ น สามารถ กระทําได้อย่างแม่นยํา จากนั้นได้มีการเปรียบเทียบผลที่ได้จาก ระบบที่ออกแบบไว้กับเครื่องมือวัดมาตรฐานที่ภาคพื้นดิน ทําการ วิเคราะห์ทางสถิติเพื่อหาค่าความสัมพันธ์ออกมา ซึ่งสิ่งเหล่านี้จะ สร้างความเชื่อมั่นได้ว่าผลที่ออกมาสามารถที่จะจําแนกกล้วยไม้ที่ เป็นโรค กับกล้วยไม้สมบูรณ์ ได้อย่างถูกต้อง โรคใบจุด หรือโรค ใบขี้กลาก โรคใบจุดดํา โรคแอนแทรคโนส โรคโคนเน่าแห้ง หรือ โรคเหี่ยว โรคเน่าเละ โรคใบปื้นเหลือง และโรคเน่าแห้งเหล่านี้นั้น สามารถที่ จ ะทํ า การระบุ ตํ า แหน่ ง และจํ า แนกออกมาในพื้ น ที่ แปลงปลูกได้โดยวิธีการวิเคราะห์หาค่าดัชนีพืชพรรณจากค่าการ สะท้อนแสงที่ ใบพืชในช่วงคลื่นใกล้อินฟราเรดที่ 800 nm และ ในช่ ว งคลื่ น สี แ ดงที่ 650 nm และทํ า การตรวจสอบค่ า ความ แม่นยํากับอุปกรณ์เครื่องมือวัดมาตรฐานอีกครั้งหนึ่ง จึงทําให้การ ประยุกต์ ใช้ วิธีการวิเคราะห์หาค่าดัช นีพื ชพรรณนั้น มีค่าความ เชื่อมั่นสูง โดยกล้องถ่ายภาพแบบ Web CAM ซึ่งมีราคาถูกมาก จะมีค่า ความแม่น ยําในการประมวลผลภาพถ่ายดิจิตอลดีที่สุดที่ระดับ ความสูง 1.2 m ในส่วนของกล้องถ่ายภาพแบบ Digital camera ซึ่งมีราคาปานกลาง พบว่ามีค่าความแม่นยําในการประมวลผล ภาพถ่ า ยดิ จิ ต อลดี ที่ สุ ด ที่ ร ะดั บ ความสู ง 1 m และ 1.2 m ตามลําดับ สุดท้ายกล้องถ่ายภาพแบบ NIR camera ซึ่งมีราคาสูง กว่า พบว่ามีค่าความแม่นยําในการประมวลผลภาพถ่ายดิจิตอลดี ที่สุดที่ระดับความสูงของระบบฯ ที่ 1.6 m ขึ้นไป จากกราฟความสัมพันธ์ระหว่างค่าดัชนีพืชพรรณของกล้วยไม้ แบบค่า NDVI และแบบค่า GNDVI ที่ได้จากระบบที่ออกแบบไว้ กับระดับค่าคลอโรฟิลล์ที่วัดได้จากเครื่องมือวัดมาตรฐาน พบว่ามี แนวโน้มค่า R2 แบบความสัมพันธ์ทางบวกของกล้วยไม้สกุลหวาย แบบสมบูรณ์ และแบบเกิดโรค โดยอยู่ในช่วง 0.985-0.992 และ 0.984-0.998 ตามลําดับ

ในส่ ว นของคุ ณ ภาพของระบบที่ ย อมรั บ ได้ จ ากซอฟแวร์ ประมวลผลภาพถ่ายที่พัฒนาขึ้น เมื่อทําการเปรียบเทียบกับการ สอบเทียบแล้ว พบว่ามีค่าที่สามารถยอมรับได้ โดยทําการสอบ เทียบข้อมูลจะทําการสอบเทียบที่ระดับความสูงที่แตกต่างกันของ ระบบถ่ายภาพแบบควบคุมระยะไกลที่ระดับ 1 m, 1.2 m, 1.4 m และ 1.6 m และที่ความหนาแน่นของแผ่นตัวอย่างแตกต่าง กัน ที่ 5%, 10%, 15% และ 20% ตามลําดับ ซึ่งกล้องถ่ายภาพ แบบ Web CAM ซึ่งมีราคาถูกมาก จะมีค่าความแม่นยําในการ ประมวลผลภาพถ่ายดิ จิต อลดี ที่ สุด ที่ ระดับ ความสู ง 1.2 m ใน ส่ ว นของกล้ อ งถ่ า ยภาพแบบ Digital camera ซึ่ ง มี ร าคาปาน กลาง จะมีค่าความแม่นยําในการประมวลผลภาพถ่ายดิจิตอลดี ที่สุดที่ระดับความสูง 1 m และ 1.2 m ตามลําดับ สุดท้ายกล้อง ถ่ า ยภาพแบบ NIR camera ซึ่ ง มี ร าคาแพงมาก จะมี ค่ า ความ แม่นยําในการประมวลผลภาพถ่ายดิจิตอลดีที่สุดที่ระดับความสูง ของระบบฯ ที่ 1.6 m ขึ้นไป 5 ข้อเสนอแนะหรือแนวคิดงานวิจัย

งานวิจัยนี้สามารถที่จะเป็นข้อมูลพื้นฐานเพื่อใช้ในการต่อยอด ในการนําเอาเทคโนโลยีระบบตรวจสอบโรคกล้วยไม้แบบควบคุม ระยะไกล ร่ ว มกั บ เทคนิ ค การประมวลผลภาพถ่ า ย เข้ า มา ประยุกต์ใช้ในการเพิ่มความแม่น ยําในการควบคุมระบบฉีดพ่น สารเคมี แ บบแปรผั น อั ต ราได้ หรื อ ปริม าณปุ๋ ย น้ํ า ในโรงเรื อ น มาตรฐานได้ และที่ ร ะดั บ ความสู ง 1-1.2 m ผู้ วิ จั ย ท่ า นอื่ น สามารถที่จะนํากล้องแบบ Web CAM มาประยุกต์ใช้แทนกล้อง ที่มีราคาสูงได้ 6 กิตติกรรมประกาศ

คณะผู้ทําการวิจัย ขอขอบคุณ สํานักงานคณะกรรมการวิจัย แห่งชาติ (วช.) โครงการวิจัย–เงินงบประมาณ พ.ศ. 2557 โดย ได้ รั บ ทุ น อุ ด หนุ น วิ จั ย จาก มหาวิ ท ยาลั ย เทคโนโลยี ราชมงคล ธัญ บุ รี จัง หวัด ปทุ ม ธานี ที่ ส นั บ สนุ น เงิน งบประมาณ อุ ป กรณ์ บุคลากร และสถานที่ ในการเตรียมการทดสอบงานวิจัยในครั้งนี้ ซึ่งความเห็นในรายงานผลการวิจัยเป็นของผู้รับทุน มหาวิทยาลัย เทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรีไม่จําเป็นต้องเห็นด้วยเสมอไป 7 เอกสารอ้างอิง

สํานั ก งานเศรษฐกิจ การเกษตร กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ .

2555. ข้ อ มู ล พื้ น ฐาน เศ รษ ฐกิ จ ก ารเก ษ ต ร ปี 2555. แ ห ล่ ง ข้ อ มู ล : http://www.oae.go.th. เข้ า ถึ ง เมื่ อ 9 พฤศจิกายน 2557.

19

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 7-20 กรมวิ ชาการเกษตร กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ . 2550. เอกสาร วิ ช าก ารก ล้ วยไม้ ปี 2550. แ ห ล่ งข้ อ มู ล : http://www. library.moac.go.th. เข้าถึงเมื่อ 9 พฤศจิกายน 2557. เกรียงไกร แซมสีม่ วง, เกียรติ ศัก ดิ์ แสงประดิษ ฐ์. 2557a. การ ออกแบบและสร้ า งเครื่ อ งหยอดเมล็ ด พั น ธุ์ ผั ก คะน้ า ประสิทธิภาพสูงสําหรับการเพาะกล้า. วารสารวิชาการเกษตร 32(2), 178-187. เกรียงไกร แซมสีม่วง, เกียรติ ศัก ดิ์ แสงประดิษ ฐ์. 2557b. การ พั ฒ นาระบบถ่ า ยภาพทางอากาศระยะไกลแบบติ ด ตั้ ง บน เฮลิคอปเตอร์บังคับวิทยุสําหรับการเฝ้าระวังการระบาดของ โรคพื ช ในพื้ น ที่ ป ลู ก พื ช มั น สํ า ปะหลั ง . วารสารสมาคม วิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย 20(1), 1-9.

Samseemoung, G., Hemantha P. W.Jayasuriya and Peeyush Soni. 2011. Oil palm pest infestation monitoring and evaluation by helicopter-mounted low altitude remote sensing platform, Journal of Applied Remote Sensing 5(1), 053540.

Samseemoung, G., Peeyush Soni, Hemantha P. W.Jayasuriya and Vilas M. Salokhe. 2012.

Application of low altitude remote sensing (LARS) platform for monitoring crop growth and weed infestation in a soybean plantation, Journal of Precision Agriculture 13, 611-627.

20

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 21-27

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559) 21-27 Available online at www.tsae.asia

บทความวิจัย ISSN 1685-408X

การจําแนกประเภทของนมวัวนมกระบือและนมแพะด้วยเทคนิคฟูเรียร์ทรานฟอร์มเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี Classification of Cow’s, Buffalo’s and Goat’s Milk by Fourier Transform Near Infrared Spectroscopy รวิภัทร ลาภเจริญสุข1, กรรณพต แก้วสอน2* Ravipat Lapcharoensuk1, Kannapot Kaewsorn2* 1หลักสูตรวิศวกรรมเกษตร,

ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล, คณะวิศวกรรมศาตร์, สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง, กรุงเทพฯ, 10520 of Agricultural Engineering, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Bangkok, 10520, Thailand 2สาขาวิชาวิศวกรรมเกษตร, คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลตะวันออก วิทยาเขตบางพระ, ชลบุรี, 20110 2Division of Agricultural Engineering, Faculty of Science and Technology, Rajamangala University of Technology Tawan-Ok, Bangphra Campus, Chon Buri, 20110, Thailand *Corresponding author: Tel: +66-38-358-201, Fax: +66-38-358-224, E-mail: kannapot60@hotmail.com 1Curriculum

บทคัดย่อ การศึกษานี้มีจุดประสงค์เพื่อประยุกต์ใช้เทคนิคฟูเรียร์ทรานฟอร์มเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปีเพื่อจําแนกนมวัว นมกระบือ และนมแพะ นมที่ใช้ทดลองประกอบด้วยนม 11 ชนิด คือ นมกระบือดิบ นมกระบือพาสเจอร์ไรส์ นมวัวดิบ นมวัวดิบต้ม นมวัวพาส เจอร์ไรส์ นมวัวพาสเจอร์ไรส์แบบพร่องไขมัน นมวัวสเตอร์ริไลซ์ นมวัวยูเอชที นมแพะดิบ นมแพะพาสเจอร์ไรส์ และนมแพะยูเอชที การส ร้ า งแบ บ จํ า ลอ งใช้ วิ ธี Principal component analysis (PCA) วิ ธี Soft independent modeling by class analogy (SIMCA) และวิธี Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) ผลการศึกษาแสดงว่าแบบจําลองที่สร้างจากสเปกตรัม ของนมกระบือดิบด้วยวิธี SIMCA สามารถใช้จําแนกนมชนิดอื่นได้ และแบบจําลองที่ให้เปอร์เซ็นต์ความถูกต้องสูงจากวิธี PLS-DA โดยการทํา Cross-validation คือแบบจําลองของนมวัวพาสเจอร์ไรส์แบบไม่มีไขมัน นมวัวดิบ ต้ม และนมแพะพาสเจอร์ไรส์ และ แบบจําลองให้ผลการทํานายดีจากการทํา Test set validation คือ แบบจําลองจากนมวัวพาสเจอร์ไรส์แบบพร่องไขมัน นมวัวสเตอร์ ริไลซ์ นมวัวดิบต้ม นมแพะดิบ และนมแพะพาสเจอร์ไรส์ ดังนั้นจึงสรุปได้ว่ามีความเป็นไปได้สูงในการประยุกต์ใช้ฟูเรียร์ทรานฟอร์ม เนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปีในการจําแนกนมได้ คําสําคัญ: นม, การจําแนก, ฟูเรียร์ทรานฟอร์มเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี Abstract This research aims to apply the Fourier transform near infrared spectroscopy (FT-NIRS) for classification cow, goat and buffalo milk. Eleven milk samples included raw buffalo milk, pasteurized buffalo milk, raw cow milk, boiled cow milk, pasteurized cow milk, no fat pasteurized cow milk, sterilize cow milk, UHT cow milk, raw goat milk, pasteurized goat milk and UHT goat milk. Classification models were developed by Principal component analysis (PCA), Soft independent modeling by class analogy (SIMCA) and Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) method. Classification model of raw buffalo milk, which created by SIMCA method, cloud well identify other types of milk. Classification results on models of no fat pasteurized cow milk, boiled cow milk and pasteurized cow milk, which were developed by PLS-DA based on cross-validation method, showed high percent of correct identification. Moreover, good classification models based on test set validation method were models of no fat pasteurized cow milk, boiled cow milk, sterilize cow milk, raw goat milk and pasteurized goat milk. The findings point to possible application of FT-NIRS for classification the types of milk.

Keywords: Milk, Classification, SIMCA, PLS-DA, FT-Near infrared spectroscopy 21

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 21-27 1 บทนํา

นมมีองค์ประกอบหลักคือ โปรตีน ไขมัน น้ําตาลนม (แลคโตส) วิตามิน และแร่ธาตุ ซึ่งมีประมาณ 13% นอกจากนั้นอีกประมาณ 87% เป็นน้ํา (มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช, 2546) ปัจจุบันนม ที่ มี จํ าหน่ ายในท้ องตลาดและได้ รับ ความนิ ยมในการบริโภคคื อ นมวัว นมกระบื อ และนมแพะ โดยหากเปรียบเที ยบคุณ ค่ าทาง โภชนาการของนมวั วกั บ นมกระบื อ พบว่ านมกระบื อมี โปรตี น แคลเซียม เหล็ก และฟอสฟอรัส สูงกว่านมวัว 40.6 92 37.7 และ 118 เปอร์เซ็นต์ ตามลําดับ รวมทั้ งยังมี วิตามินเอมากกว่านมวัว เนื่องจากกระบือสามารถย่อยเปลี่ยนแคโรทีนจากอาหารเป็นวิตามิน เอได้เกือบหมด และนมกระบือมีคอเลสเตอรอลน้อยกว่านมวัวถึง 43 เปอร์เซ็นต์ นอกจากนี้นมกระบือยังมีสารต้านอนุมูลอิสระและ วิตามินอีอยู่ในระดับสูง อีกทั้งยังมีกิจกรรม Peroxidate เป็น 2-4 เท่ า ของนมวั ว (www.buffalomilk.co.uk) เมื่ อ เปรี ย บเที ย บนม กระบื อกั บนมแพะแล้ ว นมกระบื อจะมี คอเลสเตอรอลต่ํ าและมี แคลเซี ย มสู งกว่ านมแพะ (สุ ข สั น ต์ , 2554) สํ าหรั บ เรื่ อ งความ แตกต่างด้านราคาน้ํานมดิบในปัจจุบันราคาน้ํานมแพะประมาณ 50 บาทต่ อกิ โลกรัม นมวั วประมาณ 18 บาทต่ อกิ โลกรัม ส่ วนนม กระบือประมาณ 180 บาทต่อกิโลกรัม ดังนั้นการจําแนกนมทั้ง 3 ชนิด อาจจําเป็นต้องมีเครื่องมือที่มีความสามารถในการจําแนกได้ อย่างถูกต้องและสะดวกรวดเร็ว ปัจจุบันเทคนิคหนึ่งซึ่งเป็ นเทคนิคที่ได้รับความสนใจและถูก นํามาประยุกต์ใช้กับผลผลิตทางการเกษตรและอาหารคือ เทคนิค Near-Infrared Spectroscopy (NIRS) ซึ่ งเป็ น เท ค โน โล ยี ที่ มี ศักยภาพในการตรวจสอบทั้งในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณได้เป็น อย่างดี ในด้านเชิงปริมาณมีการศึกษาเพื่อนําเทคนิค NIRS ในช่วง ความยาวคลื่นสั้นเพื่ อประเมิน ไขมัน โปรตีน และแลคโตสในน้ํา นมวั วดิ บ ด้ วยวิ ธี partial least-squares regression (Sasic and Ozaki, 2001) อี กทั้ ง NIRS ยั งถู กประยุ กต์ ใช้ เพื่ อการตรวจสอบ สิ่ ง เจื อ ปนในน้ํ า นมวั ว ดิ บ ได้ อ ย่ า งรวดเร็ ว และการหาปริ ม าณ องค์ประกอบน้ํานมด้วยวิธีวิเคราะห์แบบเนียร์อินฟราเรดสเปคโทรส โกปี (ศุ มาพร, 2551) และรายงานของ Kalinin et al. (2013) ได้ ศึ กษาการใช้ เนี ยร์ อิ น ฟราเรดสเปกโทรสโกปี ในช่ วงคลื่ น สั้ น ใน ลักษณะแสงสะท้อนกลับแบบแพร่และการทะลุผ่านตัวอย่างเพื่อ ตรวจสอบไขมันและโปรตีนในนม ซึ่งผลการศึกษาระบุว่ามีความ แม่นยําเป็นที่น่าพึงพอใจ นอกจากนั้นเทคนิค NIRS ยังถูกใช้เพื่อจําแนกกลุ่มของผลิตผล ทางการเกษตรและอาหาร โดย Chen et al. (2012) ได้ศึกษาการ ใช้เทคนิคเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปีเพื่อจําแนกน้ําผึ้งจีนตาม 22

ที่มาของน้ําหวานของดอกไม้ ซึ่งได้ผลการจําแนกเป็นที่น่าพึงพอใจ จากรายงานของ Luna et al. (2013) รายงานความสามารถในการ จําแนกน้ํามันถั่วเหลืองที่ผลิตจากถั่วเหลืองธรรมชาติและถั่วเหลือง ที่ มี การตั ดแต่ งพั นธุ กรรมได้ เป็ นอย่ างดี ด้ วยการใช้ เทคนิ คเนี ยร์ อิ น ฟราเรดสเปกโทรสโกปี ร่ วมกั บ การสร้ างแบบจํ าลองด้ วยวิ ธี Principal component analysis (PCA) แ ล ะ วิ ธี Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) และจากรายงานของ Inácio et al. (2011) ซึ่งรายงานการใช้เทคนิ คเนี ยร์อินฟราเรดส เป กโท รสโกปี ร่ ว มกั บการสร้ า งแบ บจํ า ลองด้ วยวิ ธี Soft independent modeling by class analogy (SIMCA) อ ย่ างมี ประสิทธิภาพในการจําแนกกลุ่มของนมผงตามปริมาณโปรตีนของ นมผง 2 ชนิด ดังนั้นในงานวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการประยุกต์ใช้ เทคนิ คฟู เรียร์ทรานฟอร์มเนียร์อินฟราเรดสเปกโทร สโกปี (FTNIRS) ร่วมกับการสร้างแบบจําลองด้วยวิธี Principal component analysis (PCA) วิ ธี Soft independent modeling by class analogy (SIMCA) และวิ ธี Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) สําหรับจําแนกชนิดของนมกระบือ นมวัว และ นมแพะที่มีวางจําหน่ายในท้องตลาด ซึ่งอาจเป็นเทคนิคทางเลือก เพื่อใช้ในการจําแนกชนิดของนมกระบือ นมวัว และนมแพะได้ 2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 ตัวอย่างนม

ตัวอย่างนมที่ใช้ในการทดลองประกอบด้วย 11 ชนิดดังนี้ 1) นมกระบื อดิ บ (Raw buffalo milk) 2) นมกระบื อพาสเจอร์ ไรส์ (Pasteurized buffalo milk) 3) นมวั ว ดิ บ (Raw cow milk) 4) น ม วั วดิ บ ต้ ม (Boiled cow milk) 5) น ม วั วพ าส เจ อ ร์ ไรส์ (Pasteurized cow milk) 6) นมวัวพาสเจอร์ไรส์แบบพร่องไขมัน (Pasteurized cow milk no fat) 7) นมวัวสเตอร์ริไลซ์ (Sterilize cow milk) 8) นมวั ว ยู เอชที (UHT cow milk) 9) นมแพะดิ บ (Raw goat milk) 10) นมแพะพาสเจอร์ไรส์ (Pasteurized goat milk) 11) นมแพะยูเอชที (UHT goat milk) ซึ่งนมเหล่านี้เป็นนมที่ สามารถหาซื้อได้ตามท้องตลาด 2.2 การวัดสเปกตรัมของนม

ตัวอย่างนมแต่ละชนิดถูกนํามายังศูนย์วิจัยเนียร์อินฟราเรด สเปกโทรสโกปีสําหรับผลผลิตทางการเกษตรและอาหาร (NIRS Research Center for Agricultural Product and Food) สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง ตัวอย่าง นมถู ก วางทิ้ ง ไว้ ที่ อุ ณ หภู มิ ห้ อ ง (25 oC) จนกว่ า อุ ณ หภู มิ ข อง

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 21-27 ตัวอย่างเท่ากับอุณหภูมิห้อง หลังจากนั้นนมแต่ละชนิดปริมาตร เท่ า กั บ 0.45 ml จะถู ก หยดด้ ว ยปิ เปตใส่ ห ลอดแก้ ว ควอทซ์ สเปกตรัมของนมจะถูกเก็บข้อมูลด้วยเครื่องฟูเรียร์ทรานฟอร์มส เปกโทรมิ เตอร์ (Bruker Ltd., Germany) ในโหมดการวัด แบบ สะท้อนกลับในช่วงเลขคลื่นเท่ากับ 12,500 ถึง 4,000 cm-1 ที่ทุก 16 cm-1 ในการวัดสเปกตรัมหนึ่งครั้งของนมแต่ละชนิดทําการวัด 32 ซ้ํ า และการหาค่ า เฉลี่ ย นมแต่ ล ะชนิ ด จะถู ก วั ด สเปกตรั ม จํานวน 5 ซ้ํา รวมจํานวนทั้งสิ้น 55 ซ้ํา Figure 1 แสดงการวัด สเปกตรัมของนมด้วยเครื่องฟูเรียร์ทรานฟอร์มสเปกโทรมิเตอร์

Other classified =

จํานวนตัวอย่างที่สามารถจําแนกว่าเป็นกลุ่มอื่น จํานวนตัวอย่างทั้งหมด

Total classified =

จํานวนตัวอย่างทีจ่ ําแนกถูกทั้งหมด จํานวนตัวอย่างทัง้ หมด

100

100

(2) (3)

โดยผลการจํ า แนกทั้ ง 3 ค่ า ข้ า งต้ น จะถู ก นํ า มาหาค่ า เปอร์เซ็นต์ความถูกต้องโดยรวมของการจําแนก (Total correct) โดยหาค่าเฉลี่ยจากผลการจําแนกทั้ง 3 ค่า

Figure 2 NIR Spectra of milk.

3 ผลและวิจารณ์

Figure 1 Spectra measurement of milk by FT-NIR spectrometer.

2.3 การวิเคราะห์ข้อมูล

สเปกตรัมของนมทั้ง 11 ชนิดได้ถูกแสดงไว้ใน Figure 2 การ จําแนกนมชนิดต่างๆ ใช้วิธีการศึกษาการแบ่งกลุ่มสเปกตรัมของนม ด้ วยวิ ธี Principal component analysis (PCA), แบบจํ าลองใน การจํ า แนกนมชนิ ด ต่ างๆ ถู ก สร้ างโดยวิ ธี Soft independent modeling by class analogy (SIMCA) แ ล ะ Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) โดยใช้ โปรแกรม The Unscrambler 9.8 (CAMO, Norway) การสร้ างแบบจํ าลองเพื่ อ จําแนกชนิดของนมจะใช้ข้อมูลสเปกตรัมเริ่มต้นเพียงเท่านั้น ในการ วิเคราะห์ ผลความถู กต้ องจากการจํ าแนกโดยวิธี SIMCA และวิ ธี PLS-DA จะถู กรายงานด้ วยเปอร์ เซ็ น ต์ การจํ าแนกตั วเอง (Selfclassified) การจํ าแนกนมชนิ ดอื่ น (Other classified) และการ จําแนกโดยรวม (Total classified) โดยสูตรการคํานวณเป็นดังนี้ Self-classified=

จํานวนตัวอย่างที่สามารถจําแนกว่าเป็นตัวเอง จํานวนตัวอย่างทั้งหมด

100

ผลการจํ า แนกกลุ่ ม นมด้ ว ยวิ ธี Principal component analysis (PCA) โดยการใช้แฟคเตอร์ 1 (PC1) และแฟคเตอร์ 2 (PC2) ได้แสดงใน Figure 3 โดยจะเห็นว่า นมแพะพาสเจอร์ไรส์ มีการจําแนกกลุ่มออกจากนมชนิดอื่นๆ อย่างชัดเจน การจําแนก กลุ่มโดยแกนของแฟคเตอร์ 1 (PC1) จากรูปแสดงให้เห็นว่านม แพะพาสเจอร์ไรส์ นมวัวพาสเจอร์ไรส์พร่องไขมัน นมกระบือพาส เจอร์ไรส์ นมกระบือดิบ และนมวัวดิบต้ม จําแนกออกจากนมวัว พาสเจอร์ ไรส์ นมแพะยู เอชที นมแพะดิ บ นมวั ว สเตอร์ ริ ไลซ์ นมวัวยูเอชที และนมวัวดิบด้วยแฟคเตอร์ 1 (PC1) นมกลุ่มแรกที่ ได้กล่าวไว้ในข้างต้นกระจายตัวอยู่ในด้านของแฟคเตอร์ 1 (PC1) เป็นบวก และนมกลุ่มที่ 2 ที่ได้กล่าวไว้ในข้างต้นอยู่ในด้านของ แฟคเตอร์ 1 (PC1) เป็ น ลบ และการจํ าแนกกลุ่ ม โดยแกนของ แฟคเตอร์ 2 (PC2) แสดงให้ เห็ น ว่านมแพะดิ บ นมแพะยู เอชที นมแพะพาสเจอร์ไรส์ และนมวัวดิบซึ่งกระจายตัวอยู่ในด้านของ แฟคเตอร์ 2 (PC2) ที่เป็นลบ สามารถแยกออกจากนมวัวดิบต้ม นมวัวพาสเจอร์ไรส์พร่องไขมัน นมวัวพาสเจอร์ไรส์ นมวัวยูเอชที นมวัวสเตอร์ริไลซ์ และนมกระบื อดิ บ ซึ่ งกระจายตั วอยู่ในด้าน แฟคเตอร์ 2 (PC2) ที่เป็นบวก

(1) 23

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 21-27

Figure 3 Scatter plot of PC1 and PC2 from modeling by principal component analysis (PCA) method.

ความถูกต้องโดยรวมเท่ากับ 82 เปอร์เซ็นต์ จากผลการทดลองที่ ได้ นี้ อ าจกล่ า วได้ ว่ าการใช้ ฟู เรี ย ร์ ท รานฟอร์ ม เนี ย ร์ อิ น ฟราเรด สเปกโทรสโกปี โดยการสร้างแบบจําลองจากสเปกตรัมของนม กระบื อ ดิ บ ด้ ว ยวิ ธี Soft independent modeling by class analogy (SIMCA) สามารถจําแนกนมชนิดอื่นๆ ทั้ง 11 ชนิดที่ใช้ ในการทดลองนี้ได้ สําหรับความถูกต้องในการทํานายโดยรวมของ แบบจํ า ลองอื่ น นั้ น มี เ ปอร์ เ ซ็ น ต์ ค วามถู ก ต้ อ งเท่ า กั บ 9-64 เปอร์เซ็นต์ นอกจากนี้ผลการทํานายโดยรวมของการจําแนกชนิด ข อ ง น ม ด้ ว ย วิ ธี Soft independent modeling by class analogy (SIMCA) แสดงผลความถูกต้องรวมของทุกแบบจําลอง ของการทํานายตัวเองเท่ากับ 100 เปอร์เซ็นต์ การทํานายนมชนิด อื่ น ๆ เท่ า กั บ 41 เปอร์ เซ็ น ต์ และความถู ก ต้ อ งในการจํ า แนก โดยรวมเท่ากับ 50 เปอร์เซ็นต์ Table 1 Results of classification of milk by Soft independent modeling by class analogy (SIMCA) method.

Figure 4 X-loadings plot of PC1 and PC2 from modeling by principle component analysis (PCA) method.

X-loadings plot ของแฟคเตอร์ 1 (PC1) และแฟคเตอร์ 2 (PC2) แสดงใน Figure 4 จากรู ป กราฟ X-loadings ของทั้ ง 2 แฟคเตอร์แสดงพีคที่เหมือนกันที่ตําแหน่งเลขคลื่นเท่ากับ 6920 5246 4467 และ 3680 cm-1 (ที่ ค วามยาวคลื่ น เท่ า กั บ 1445 1906 2239 และ 2717 nm ตามลําดับ) ซึ่งที่ตําแหน่งเลขคลื่น เท่ า กั บ 6920 cm-1 สอดคล้ อ งกั บ ค่ า การดู ด กลื น แสงของ aromatic (2×C-H str.+C-H def.) ที่ ตํ า แหน่ ง เลขคลื่ น เท่ า กั บ 4467 cm-1 สอดคล้องกับ ค่าการดูดกลืนแสงของ amino acid (N-H str.+NH+3 def.) (Osborne et al., 1993) เปอร์ เซ็ น ต์ ค วามถู ก ต้ อ งในการจํ า แนกชนิ ด ของนมด้ ว ยวิ ธี Soft independent modeling by class analogy (SIMCA) ได้ แ สดงไว้ใน Table 1 แสดงให้ เห็ น ว่าแบบจํ าลองที่ ส ร้างจาก สเปกตรัมของนมทุกชนิดสามารถทํานายตัวเองได้ถูกต้อง โดยมี เปอร์เซ็นต์ความถูกต้องเท่ากับ 100 เปอร์เซ็นต์ทุกแบบจําลอง จากสเปกตรัมของนมกระบือดิบมีความถูกต้องสูงสุดโดยมีความ ถูกต้องในการทํานายนมชนิดอื่นเท่ากับ 73 เปอร์เซ็นต์ และผล 24

Model

PC

Raw buffalo milk Pasteurized buffalo milk Raw cow milk Pasteurized cow milk Pasteurized cow milk no fat Sterilize cow milk UHT cow milk Boiled cow milk Raw goat milk Pasteurized goat milk UHT goat milk Total correct

2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2

Percent correct of classified (%) SelfOther Total classified classified classified 100 73 82 100 36 45 100 45 55 100 18 27 100 36 45 100 55 64 100 36 45 100 0 9 100 45 55 100 64 64 100 45 55 100 41 50

Table 2 Results of classification of milk by Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) method and Cross-validation.

Model

PC

Raw buffalo milk Pasteurized buffalo milk Raw cow milk Pasteurized cow milk Pasteurized cow milk no fat Sterilize cow milk UHT cow milk

7 7 7 7

Percent correct of classified (%) SelfOther Total classified classified classified 60 100 96 0 100 91 20 100 93 0 100 91

7

100

100

100

7 7

60 0

100 100

96 91

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 21-27 Model Boiled cow milk Raw goat milk Pasteurized goat milk UHT goat milk Total correct

Percent correct of classified (%) PC SelfOther Total classified classified classified 7 100 100 100 7 80 100 98 7 100 100 100 7 20 100 93 49 100 95

เปอร์เซ็นต์ความถูกต้องในการทํานายชนิดนมด้วยวิธี Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) โดยการทํ า cross-validation ได้ แ ส ด ง ใน Table 2 แ ส ด ง ให้ เห็ น ว่ า แบบจําลองจากสเปกตรัมของนมวัวพาสเจอร์ไรส์แบบพร่องไขมัน นมวั ว ดิ บ ต้ ม และนมแพะพาสเจอร์ ไรส์ มี ค วามถู ก ต้ อ งในการ จําแนกได้ดีมาก โดยให้เปอร์เซ็นต์ของการทํานายตัวเอง ทํานาย นมชนิดอื่น และทํานายโดยรวมเท่ากับ 100 เปอร์เซ็นต์ จากผล การทดลองที่ได้นี้อาจกล่าวได้ว่าการใช้ฟูเรียร์ทรานฟอร์มเนียร์ อินฟราเรดสเปกโทรสโกปีโดยการสร้างแบบจําลองจากสเปกตรัม ของนมวัวพาสเจอร์ไรส์แบบพร่องไขมัน นมวัวดิบต้ม และนมแพะ พ าสเจอร์ ไ รส์ ด้ ว ยวิ ธี Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) สามารถประยุ ก ต์ ใช้ในการจําแนกนมชนิ ด อื่ น ๆ ทั้ ง 11 ชนิ ด ที่ ใช้ ในการทดลองนี้ ไ ด้ ผลการทํ า นายนม กระบือพาสเจอร์ไรส์ นมวัวพาสเจอร์ไรส์ และนมวัวยูเอชทีแสดง เปอร์ เซ็ น ต์ ก ารทํ า นายตั ว เอง (Self-classified) เท่ า กั บ 0 ซึ่ ง หมายความว่ า แบ บ จํ า ลองจากวิ ธี Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) โดยการทําcross-validation ไม่ ส ามารถจํ า แนกว่ า นมทั้ ง 3 ชนิ ด นี้ อ อกจากนมชนิ ด อื่ น แต่ ใน ท างกลั บ กั น เป อร์ เ ซ็ น ต์ ก ารทํ าน ายกลุ่ ม อื่ น ๆ (Other classified) มี ค่ า เท่ า กั บ 100 นั้ น หมายความว่ า แบบจํ า ลอง สามารถนํ า มาจํ า แนกนมชนิ ด อื่ น ออกจากนมทั้ ง 3 ชนิ ด นี้ ไ ด้ สําหรับผลการทํานายโดยรวมของการจําแนกชนิดของนมด้วยวิธี Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) โดย การทํ า cross-validation แสดงผลความถู ก ต้ อ งรวมของทุ ก แบบจํ า ลองของการทํ านายตั ว เองเท่ า กั บ 49 เปอร์เซ็ น ต์ การ ทํานายนมชนิดอื่นๆ เท่ากับ 100 เปอร์เซ็นต์ และความถูกต้องใน การจําแนกโดยรวมเท่ากับ 95 เปอร์เซ็นต์

Table 3 Results of classification of milk by Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) method and Test set validation.

Model

PC

Raw buffalo milk Pasteurized buffalo milk Raw cow milk Pasteurized cow milk Pasteurized cow milk no fat Sterilize cow milk UHT cow milk Boiled cow milk Raw goat milk Pasteurized goat milk UHT goat milk Total correct

7 7 7 7

Percent correct of classified (%) SelfOther Total classified classified classified 0 100 91 0 100 91 0 100 91 0 100 91

7

100

100

100

7 7 7 7 7 7

100 0 100 100 100 0 46

100 100 100 100 100 100 100

100 91 100 100 100 91 95

Table 3 แสดงเปอร์เซ็นต์ความถูกต้องในการทํานายชนิดนม ด้ ว ยวิ ธี Partial least squares discriminant analysis (PLSDA) โดยการทํา test set validation จากตารางแสดงให้เห็นว่า แบบจําลองที่ ส ร้า งจากสเปกตรัม ของนมวัวพาสเจอร์ไรส์แ บบ พร่องไขมัน นมวัวสเตอร์ริไลซ์ นมวัวดิบต้ม นมแพะดิบ และนม แพะพาสเจอร์ไรส์ แสดงค่าเปอร์เซ็นต์ความถูกต้องในการทํานาย ตั ว เอง ทํ า นายนมชนิ ด อื่ น และทํ า นายโดยรวมเท่ า กั บ 100 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งจากผลการทดลองที่ได้นี้สามารถกล่าวได้ว่าการใช้ ฟูเรียร์ทรานฟอร์มเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปีโดยการสร้าง แบบจําลองจากสเปกตรัมของนมวัวพาสเจอร์ไรส์แบบพร่องไขมัน นมวัวสเตอร์ริไลซ์ นมวัวดิบต้ม นมแพะดิบ และนมแพะพาสเจอร์ ไร ส์ ด้ ว ย วิ ธี Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) สามารถประยุกต์ใช้ในการจําแนกนมชนิดอื่นๆ ทั้ง 11 ชนิ ดที่ ใช้ในการทดลองนี้ ได้ ผลการทํ านาย นมกระบื อดิบ นม กระบือพาสเจอร์ไรส์ นมวัวดิบ นมวัวพาสเจอร์ไรส์ นมวัวยูเอชที และนมแพะยูเอชที แสดงเปอร์เซ็ น ต์ก ารทํ านายตั วเอง (Selfclassified) เท่ า กั บ 0 ซึ่ ง หมายความว่ า แบบจํ า ลองจากวิ ธี Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) โดย การทํา test set validation ไม่สามารถจําแนกว่านมทั้ง 6 ชนิด นี้ออกจากนมชนิดอื่น แต่ในทางกลับกันเปอร์เซ็นต์การทํานาย กลุ่มอื่นๆ (Other classified) มีค่าเท่ากับ 100 นั้นหมายความว่า แบบจําลองสามารถนํามาจําแนกนมชนิ ดอื่นออกจากนมทั้ ง 6 25

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 21-27 ชนิดนี้ได้ สําหรับผลการทํานายโดยรวมของการจําแนกชนิดของ น ม ด้ ว ย วิ ธี Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) โดยการทํ า test set validation แสดงผลความถู ก ต้ อ งรวมของทุ ก แบบจํ า ลองของการทํ า นายตั ว เองเท่ า กั บ 46 เปอร์เซ็นต์ การทํานายนมชนิดอื่นๆ เท่ากับ 100 เปอร์เซ็นต์ และความถูกต้องในการจําแนกโดยรวมเท่ากับ 95 เปอร์เซ็นต์ ผลการจํ า แนกชนิ ด ของนมโดยวิ ธี Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) โดยการทําcross-validation จาก Table 2 แสดงให้เห็นว่านมวัวพาสเจอร์ไรส์แบบพร่องไขมัน นมวั ว ดิ บ ต้ ม และนมแพะพาสเจอร์ ไ รส์ ให้ ผ ลการจํ า แนกทั้ ง เปอร์เซ็น ต์การจํ าแนกตัว เอง (Self-classified) การจําแนกนม ชนิ ด อื่ น (Other classified) และการจํ า แนกโดยรวม (Total classified) ได้ 100 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งสอดคล้องกับการจําแนกชนิด ข อ งน ม ด้ วย วิ ธี Principal component analysis (PCA) ซึ่ ง แสดงผลใน Figure 1 โดยนมวัว พาสเจอร์ไรส์แ บบพร่องไขมั น และนมแพะพาสเจอร์ไรส์ มีการแยกกลุ่มออกจากนมชนิดอื่นๆ อย่ า งชั ด เจน แต่ สํ า หรั บ นมวั ว ดิ บ ต้ ม การใช้ วิ ธี Principal component analysis (PCA) ไม่แสดงการจําแนกกลุ่มออกจาก กลุ่มนมอื่นๆ ได้ชัดเจน การจําแนกชนิดของนมด้วยวิธี Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) โดยการทํ า test set validation จาก Table 3 แสดงให้ เห็ น ว่ า นมวั ว พาส เจอร์ไรส์แบบพร่องไขมัน นมวัวสเตอร์ริไลซ์ นมวัวดิบต้ม นมแพะ ดิบ และนมแพะพาสเจอร์ไรส์ แสดงให้เห็นผลการจําแนกตัวเอง (Self-classified) การจํ า แนกนมชนิ ด อื่ น (Other classified) และการจําแนกโดยรวม (Total classified) ได้ 100 เปอร์เซ็นต์ ซึ่ ง สอดคล้ อ งกั บ ผลการจํ า แนกกลุ่ ม ที่ แ สดงใน Figure 1 โดยนมวัวพาสเจอร์ไรส์แบบพร่องไขมัน นมแพะดิบ และนมแพะ พาสเจอร์ไรส์ แสดงผลการจํ าแนกตั ว เองออกจากนมชนิ ด อื่ น อย่างชัดเจนยกเว้นนมวัวสเตอร์ริไลซ์ และนมวัวดิบต้มที่ยังมีการ เกาะกลุ่มกับนมวัวชนิดอื่นๆ อยู่ สําหรับการทํานายตัวเอง (Selfclassified) โ ด ย วิ ธี Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) โ ด ย ก า ร ทํ า cross-validation แ ส ด ง เปอร์เซ็นต์การทํานายตัวเองเท่ากับ 0 ในนม 3 ชนิด (นมกระบือ พาสเจอร์ไรส์ นมวัวพาสเจอร์ไรส์ และนมวัวยูเอชที ) ทั้งนี้เมื่อ พิจารณาการจําแนกชนิดของนมด้วยวิธี Principal component analysis (PCA) ซึ่งแสดงผลใน Figure 1 จะเห็นว่านมทั้ง 3 ชนิด นี้มีการเกาะกลุ่มกับนมชนิดอื่นๆ จึงอาจเป็นสาเหตุให้เปอร์เซ็นต์ การทํานายตัวเองของนมทั้ง 3 ชนิดมีค่าเท่ากับ 0 ซึ่งผลที่เกิดขึ้น ข้างต้นกับนมทั้ง 3 ชนิดแสดงเช่นเดียวกันในเปอร์เซ็นต์การทํานาย 26

ตัวเองโดยแบบจําลองจากวิธี Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) โดยการทํ า test set validation แต่ ก ารทํ า test set validation ให้ ผ ลการทํ า นายตนเองเท่ า กั บ 0 ในการ ทํานาย นมกระบือดิบ นมวัวดิบ และนมแพะยูเอชทีด้วย ซึ่งอาจ เป็ น ไปได้ ว่ า การทํ า test set validation ตั ว อย่ า งต้ อ งถู ก แบ่ ง ออกเป็นกลุ่ม test set ซึ่งทํ าให้ตัวอย่างในการสร้างแบบจําลอง น้อยกว่าการทําโดยวิธี cross-validation นั่นเอง 4 สรุป

จากการศึ ก ษาการจํ า แนกนมชนิ ด ต่ า งๆ ที่ มี ข ายทั่ ว ไปใน ท้องตลาดด้วยฟูเรียร์ทรานฟอร์มเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี สามารถสรุป ได้ว่าแบบจําลองจากสเปกตรัมของนมกระบือดิบ ด้ ว ย วิ ธี Soft independent modeling by class analogy (SIMCA) สามารถใช้จําแนกนมชนิดอื่นๆ ทั้ง 11 ชนิดที่ใช้ในการ ทดลองนี้ได้ นอกจากนั้นแบบจําลองที่สร้างจากวิธี Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) สามารถจําแนกนม ชนิดอื่นๆ ทั้ง 11 ชนิดที่ใช้ในการทดลองนี้ได้ โดยแบบจําลองที่ ให้ผลการทํานายดีจากการทํา cross-validation คือแบบจําลอง จากสเปกตรัมของนมวัวพาสเจอร์ไรส์แบบพร่องไขมัน นมวัวดิบ ต้ม และนมแพะพาสเจอร์ไรส์ และแบบจําลองให้ผลการทํานาย ดีจากการทํา Test set validation คือแบบจําลองจากสเปกตรัม ของนมวัวพาสเจอร์ไรส์แบบพร่องไขมัน นมวัวสเตอร์ริไลซ์ นมวัว ดิบต้ม นมแพะดิบ และนมแพะพาสเจอร์ไรส์ จากผลการศึกษา ครั้งนี้จึงสรุป ได้ว่ามีความเป็น ไปได้สูงในการประยุก ต์ใช้ฟู เรียร์ ทรานฟอร์ ม เนี ย ร์ อิ น ฟราเรดสเปกโทรสโกปี ร่ ว มกั บ วิ ธี Soft independent modeling by class analogy (SIMCA) และวิธี Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) ใ น การสร้างแบบจําลองเพื่อใช้ในการจําแนกนมกระบือ นมวัว และ นมแพะออกจากกันได้ 5 เอกสารอ้างอิง

มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช. 2546. อาหารและโภชนาการ. สํานักพิมพ์มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช. กรุงเทพมหานคร. ศุมาพร เกษมสําราญ. 2551. การตรวจสอบสิ่งเจือปนในน้ํานมวัว ดิบอย่างรวดเร็วและการหาปริมาณองค์ประกอบน้ํานมด้วย วิธีวิเคราะห์แบบเนียร์อินฟราเรดสเปคโตรสโกปี. รายงานการ วิจัยฉบั บ สมบู รณ์ สํา นั กงานกองทุ น สนั บ สนุ น งานวิจัยและ สํานักงานคณะกรรมการอุดมศึกษา. 52 หน้า

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 21-27 สุ ข สั น ต์ สุ ท ธิ ผ ลไพบู ล ย์ . 2554. กระบื อ นมในประเทศไทย. แ ห ล่ ง ข้ อ มู ล : https://soclaimon.wordpress.com/ 2011/07/26 เข้าถึงเมื่อเข้าถึงเมื่อ 2 ธันวาคม 2555.

Chen, L., Wang, J., Ye, Z., Zhao, J., Xue, X., Heyden, Y.V., Sun, Q. 2012. Classification of Chinese honeys according to their floral origin by near infrared spectroscopy. Food Chemistry 135, 338-342.

Inácio, M.R.C., Moura, M.F.V., Lima, K.M.G. 2011.

Classification and determination of total protein in milk powder using near infrared reflectance spectrometry and the successive projections algorithm for variable selection. Vibrational Spectroscopy 57, 342-345.

Kalinin, A.V., Krasheninnikov, V.N., Krivtsun, V.M. 2013.

Short-wave near infrared spectrometry of back scattering and transmission of light by milk for multi-component analysis. Journal of Near Infrared Spectroscopy 21, 35-41.

Luna, A.S., Silva, A.P., Pinhoa, J.S.A., Ferréb, J., Boquéb, R. 2013. Rapid characterization of transgenic and non-transgenic soybean oils by chemometric methods using NIR spectroscopy. Spectrochimica Acta Part A 100, 115-119.

Osborne, B.G., Fearn, T., Hindle, P.H. 1986. Near infrared spectroscopy in food analysis (1st ed.).

Longman Science & Technical, UK, Chapter 2.

Sasic, S., Ozaki, Y. 2001. Short-wave near-infrared spectroscopy of biological fluids. 1. Quantitative analysis of fat, protein, and lactose in raw milk by partial least-squares regression and band assignment. Analytical Chemistry, 73 (1), 64-71.

27

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 28-38

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559) 28-38 Available online at www.tsae.asia

บทความวิจัย ISSN 1685-408X

ผลกระทบของอุณหภูมิและชั้นความหนาต่อจลนพลศาสตร์การอบแห้งกากเนื้อมะพร้าว Effects of Temperature and Layer Thicknesses on Drying Kinetics of Coconut Residue ฤทธิชัย อัศวราชันย์1* Rittichai Assawarachan1* 1คณะวิศวกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร

มหาวิทยาลัยแม่โจ้, เชียงใหม่, 50290 of Engineering and Agro-Industry, Maejo University, Sansai, Chiang Mai, 50290, Thailand *Corresponding author: Tel: +66-8-5704-9146, Fax: +66-34-351-896, E-mail: rittichai.assawarachan@gmail.com 1Faculty

บทคัดย่อ การศึกษาผลกระทบของความหนาของกากเนื้ อมะพร้าวอบแห้งที่ระดับชั้นความหนาที่ 7.5, 10, 12.5 mm ในช่วงอุณหภู มิ ที่ 55, 65, 75°C ด้วยเครื่องอบแห้งแบบถาดขนาดห้องปฎิบัติการ เพื่อหาผลกระทบของอุณหภุมิและชั้นความหนาของกากเนื้อมะพร้าวต่อ คุ ณ ลั กษณะการอบแห้ งของกากเนื้ อมะพร้ าว การวิ เคราะห์ แบบถดถอยเป็ นวิ ธีที่ ใช้ หาความเหมาะสมของแบบจํ าลองเอมพิ ริคั ล 3 แบบจํ าลอง คื อ แบบจํ าลองทางคณิ ตศาสตร์ ของ Newton, Henderson and Pabis และ Page ผลการศึ กษาพบว่ าแบบของ Page สามารถทํานายการเปลี่ยนแปลง อัตราส่วนความชื้นของกากเนื้อมะพร้าวอบแห้งได้เหมาะสมที่สุด เนื่องจากให้ค่าสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ (R2) สูงที่สุด ในขณะที่ให้ค่าไคกําลังสอง (2) และค่ารากที่สองของความคลาดเคลื่อนกําลังสองเฉลี่ย (RMSE) ที่ต่ําสุด การหารูปแบบ สมการความสัมพันธ์ของการเปลี่ยนแปลงค่าพารามิเตอร์การอบแห้งของแบบจําลองของ Page ด้วยเทคนิคการหาพื้นผิวผลตอบสนองแบบ สามมิติเพื่อหารูปแบบความสัมพันธ์ของอัตราการเปลี่ยนแปลงอัตราการอบแห้ง (k) และดัชนีการอบแห้ง (n) ซึ่งเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ (T) และชั้นความหนา (L) ซึ่งจะเป็นรูปแบบสมการที่เหมาะสมและสามารถทํานายได้แม่นยํา การวิเคราะห์หาอัตราการถ่ายเทมวลความชื้น ในระหว่ างการอบแห้ งเป็ นไปตามรู ปแบบความสั มพั นธ์ ตามแบบจํ าลองของฟิ ก (Fick’s diffusion model) ค่ าสั มประสิ ทธิ์ การแพร่ ประสิทธิผล (Deff) เท่ากับ 0.99- 4.17 x 10 -10 m2 s-1 และค่าพลังงานกระตุ้น (Ea) เท่ากับ 12.04 ถึง 44.22 kJ/mol คําสําคัญ: การอบแห้งด้วยลมร้อน, แบบจําลองเอมพิริคัล, สัมประสิทธิ์การแพร่ประสิทธิผล, พลังงานกระตุ้น Abstract In this study, coconut residue were dried as single layers with thickness of 7.5, 10, and 12.5 mm in drying air temperatures of 55, 65 and 75°C in a laboratory scale tray dryer. The effect of drying air temperature and thickness on the drying characteristics was determined. A non-linear regression procedure was used to fit experimental moisture loss data using three empirical models, namely, Newton, Henderson and Pabis, and Page.

The Page model showed an excellent fit to predict drying behavior of the coconut residue because this model gave the highest coefficient of determination (R2) and the lowest chi-square (c2) and root mean square error (RMSE).The 3-D response surface plot and the contour plot derived from the mathematical models were applied to determine drying parameter prediction equations.The Response surface analysis (3-D) showing the effect of temperature (°C) and layer thickness (L) on the response in the change in drying rate (k) and drying index (n) of Page model during hot air drying, was found to be in close agreement with the value predicted by the model.

Moisture transfer from coconut residue was described by applying the Fick’s diffusion model, and the effective diffusivity (Deff) changes between 0.99-4.17x10 -10 m2 s-1 and the activation energy of moisture diffusion during drying was found to be 12.04 to 44.22 kJ mol -1 Keywords: hotair drying, empiricle model, effective diffusivity, activation energy 28

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 28-38 1 บทนํา

มะพร้า ว เป็ น พื ช ยื น ต้ น ชนิ ด คุณ ลั ก ษณะหนึ่ งอยู่ในตระกู ล ปาล์ ม สามารถใช้ ป ระโยชน์ ได้ ในหลากหลายเช่ น น้ํ าและเนื้ อ มะพร้ า วอ่ อ นใช้ รั บ ประทาน เนื้ อ ในผลแก่ นํ า ไปขู ด และสกั ด น้ํากะทิ จึงเป็นพืชที่สัมพันธ์กับเศรษฐกิจและสังคมไทยชนิดหนึ่ง นอกจากจะสร้างรายได้ให้ แก่เกษตรกรผู้ป ลู กแล้วยังก่อให้เกิด อุตสาหกรรมแปรรูปต่อเนื่องเป็นสินค้าส่งออกสร้างรายได้ให้แก่ ประเทศได้ โดยประเทศไทยเป็ นประเทศที่ผลิตมะพร้าวได้เป็น อันดับ 6 ของโลกและมีมูลค่าการส่งออกมากกว่า 128 ล้านบาท ต่อปี ปัจจุบันอุตสาหกรรมแปรรูปน้ํากะทิกระบวนการสเตอริไลซ์ (Sterilization) ส่งผลให้เกิดกากของเนื้อมะพร้าวเป็นจํานวนมาก และกากเนื้อมะพร้าวส่วนใหญ่ถูกนําไปทําอาหารสัตว์ และนํากาก เนื้อมะพร้าวอบแห้งเพื่อนําไปสกัดน้ํามันมะพร้าวเพื่อเพิ่มมูลค่า ผ ลิ ต ภั ณ ฑ์ แ ล ะ ค วาม ส าม ารถ ใน ก ารแ ข่ งขั น เชิ งธุ ร กิ จ (Assawarachan, 2013) กากเนื้ อ มะพร้ า วที่ ผ่ า นการอบแห้ ง มี ความชื้ น ประมาณ 0.1364-0.1765 gwater gdry matter-1 ซึ่ ง เป็ น ความชื้นที่กําหนดในการซื้อขายกากมะพร้าวตากแห้ง โดยราคา ขายประมาณ 2.0 บาทต่อกิโลกรัม ปัจจุบันมีผู้ประกอบการได้นํา กากมะพร้าวสดที่เหลือจะกระบวนการผลิตกะทิจากโรงงานผลิต กะทิ นํ าอบแห้ ง แล้ วนํ า ไปสกั ด น้ํ า มั น มะพร้าวซึ่ งมี ราคาขายใน ท้ อ งตลาดประมาณ 750-800 บาทต่ อ ลิ ต รน้ํ า มั น มะพร้ า ว (Sripinyowanich et al., 2012; Assawarachan, 2013) การทํ า นายจลนพลศาสตร์ ก ารเปลี่ ย นแปลงอั ต ราส่ ว น ความชื้นของผลิตภัณ ฑ์ในระหว่างการอบแห้ งด้วยแบบจําลอง ทางคณิ ตศาสตร์ (Mathematical modeling) เป็ น วิ ธี ก ารที่ ประหยัดได้ทั้งเวลาและค่าใช้จ่ายในการทดลอง สามารถวิเคราะห์ หาข้อมูลจํานวนมากอย่างละเอียดซึ่งอาจจะเป็นข้อมูลที่วัดได้ยาก หรือวัดไม่ได้เลยในห้องปฏิบัติการ (สักกมน, 2555) ปัจจุบันการ จําลองจลนพลศาสตร์การเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนความชื้นของ ผลิตภัณฑ์สามารถทําได้ด้วยวิธีการปรับเส้นโค้ง (Curve fitting) ให้ผลการจําลองข้อมูลสอดคล้องกับผลการทดลอง โดยสามารถ จําแนกได้เป็นแบบจําลองเชิงเส้น (Linear model) แบบจําลอง ไม่ เป็ น เชิ งเส้ น (Non-linear model) และแบบจํ า ลองพหุ น าม (Polynomial model) เพื่ อใช้ก ารจํา ลองการถ่ ายเทความร้อ น และมวลสารในระหว่างการอบแห้ง (ฤทธิชัย, 2556) รายงานวิจัย ที่เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์หาแบบจําลองทางคณิตศาสตร์การ อบแห้งวัสดุทางการเกษตร จินตนาพร และคณะ (2555) ศึกษา หาแบบจํ า ลองทางคณิ ตศาสตร์ สํ า หรั บ การทํ า นายการ เปลี่ยนแปลงความชื้นของกากมะพร้าวในระหว่างการอบแห้งด้วย

ลมร้อนที่อุณหภูมิ ที่ 40, 60 และ 80°C ที่ชั้นความหนาของกาก มะพร้าวคงที่ท่ี 2 mm สอดคล้องกับงานวิจัยของ ฤทธิชัย และ คณะ (2554) ซึ่งวิเคราะห์ ห าแบบจําลองทางคณิ ต ศาสตร์ก าร อบแห้งของเปลือกทับทิม ที่อุณหภูมิ 40, 60 และ 80°C โดยหา แบบจําลองทางคณิตศาสตร์ที่เหมาะสม ด้วยค่าสัมประสิทธิ์การ ตัดสินใจ (R2) สูงที่สุด และค่าไคกําลังสอง (2) และค่ารากที่สอง ของความคลาดเคลื่อนกําลังสองเฉลี่ย (RMSE) ที่น้อยสุด อย่างไร ก็ตาม การศึกษาหาการศึกษาหาแบบจําลองทางคณิตศาสตร์การ อบแห้ ง เป็ น การศึ ก ษาปั จ จั ย ของอุ ณ หภู มิ เท่ า นั้ น สอดคล้ อ ง การศึ ก ษาปั จ จั ย ที่ ผ ลต่ อ การอบแห้ งกากเนื้ อ มะพร้าวด้ ว ยการ อบแห้งแบบฟลูดิไดซ์เซชั่น (Niamnuyand Devahastin, 2005) และการวิ เ ค ราะห์ ห าแบ บ จํ า ลองท างค ณิ ตศ าสตร์ ข อง (Assawarachan, 2013) ผลงานวิ จั ย ของปองพล และฤทธิ ชั ย (2557) ศึกษาอิทธิพลของอุณหภูมิและความหนาของชั้นวัสดุต่อ การเปลี่ ย นแปลงสมบั ติ เชิ ง ทั ศ นศาสตร์ ข องดอกคาโมมายล์ ระหว่างการอบแห้งด้วยลมร้อน ในขณะที่งานวิจัยของ อรวรรณ และคณะ (2554) ศึกษาอิทธิพลของอุณหภูมิอบแห้ง ที่ 50, 60, 70 และ 80°C และความหนาของชั้นกากเนื้อมะพร้าวที่ 5, 10 และ 15 mm ตามลํ า ดั บ ต่ อ การเปลี่ ย นแปลงคุ ณ ภาพด้ า น ปริมาณน้ํ ามันและความขาวของกากมะพร้าวหลังการอบแห้ ง จากผลการสืบค้นข้อมูลพบว่า ปัจจุบันรายงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับ ศึกษาปัจจัยของอุณหภูมิ และชั้นความหนาของกากเนื้อมะพร้าว การอบแห้งกากเนื้อมะพร้าว รวมทั้งการวิเคราะห์ค่าสัมประสิทธิ์ การแพร่ค วามชื้ น ประสิ ท ธิ ผ ล และค่ า พลั ง งานกระตุ้ น ยั ง ขาด แคลนข้ อ มู ล ดั ง นั้ น วั ต ถุ ป ระสงค์ ข องโครงการวิ จั ย นี้ จึ ง มี จุดประสงค์ในการศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิที่ระดับอุณหภูมิ ที่ 55, 65, 75°C และชั้ น ความหนาที่ 7.5, 10, 12.5 mm ต่ อ จลนพลศาสตร์การอบแห้งกากมะพร้าวด้วยลมร้อน เพื่อวิเคราะห์ หาแบบจําลองทางคณิตศาสตร์ที่เหมาะสม และนําค่าพารามิเตอร์ ของแบบจํ า ลองทางคณิ ต ศาสตร์ ที่ เหมาะสมมาวิ เคราะห์ ห า รู ป แบบสมการทั่ ว ไป ที่ ใช้ ในการทํ า นายค่ า พารามิ เตอร์ ก าร อบแห้งของแบบจําลองทางคณิตศาสตร์ ตลอดจนการศึกษาหาค่า สัมประสิทธิ์การแพร่ประสิทธิผล (Deff) และค่าพลังงานกระตุ้น (Ea) ซึ่ ง ผลการศึ ก ษาดั ง กล่ า วจะใช้ เป็ น แนวทางในการพั ฒ นา วิธีการอบแห้ง

29

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 28-38 2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 วัตถุดิบ

กากเนื้อมะพร้าวสดซึ่งเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการผลิต น้ํ ากะทิ ได้ รับ จากบริษัท อํ าพลฟู ดส์ โพรเซสซิ่ง จํากั ด จากนั้ น นําตัวอย่างกากมะพร้าวสดมาแบ่งบรรจุลงในถุงพลาสติกโพลีเอ ทิลีนที่มีซิปล็อคเก็บไว้ในตู้แช่เย็นที่อุณ หภูมิประมาณ 0°C กาก มะพร้ า วสดมี ค วามชื้ น เริ่ ม ต้ น ประมาณ 1.72±0.03 gwater gdry matter

-1

2.2 การเปลี่ยนแปลงความชื้นของกากเนื้อมะพร้าวอบแห้ง 2.2.1 การวิเคราะห์ค่าความชื้นเริ่มต้น

วิเคราะห์หาค่าความชื้นเริ่มต้นของกากเนื้อมะพร้าว ด้วยวิธี มาตรฐานใช้ ก ากมะพร้าว จํ านวน 5.0 g ใส่ ในถ้ วยอะลู มิ เนี ยม ขนาด 3 oz ที่ผ่านการอบเพื่อไล่ความชื้น จํานวน 50 ตัวอย่าง และทําการทดลองจํานวน 3 ซ้ํา จากนั้นนําไปอบแห้งด้วยตู้อบ แห้งด้วยลมร้อน (500/108I, Memmert, Germany) ที่อุณหภูมิ 105±2oC เป็ น เวลา 24 h (AOAC, 2010) จากนั้ น นํ า มาชั่ ง น้ํ าห นั กด้ ว ยเค รื่ อ งชั่ ง ระบ บ ดิ จิ ต อล (CP2245, Sartorius Analytical, Switzerland) ความชื้นของกากเนื้อมะพร้าว (MC, gwater gdry matter-1) ถูกคํานวนโดยใช้สมการต่อไปนี้ MC 

Wi  Wf Wf

Mt  Me Mi  M e

(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 ตามลําดับ 2.2.2 การวิเคราะห์ค่าความชื้นสมดุล

การวิ เคราะห์ ห าค่ า ความชื้ น สมดุ ล ของกากเนื้ อ มะพร้ า ว (equilibrium moisture content, EMC) ด้ วยวิธีเชิ งสถิ ตย์โดย นํากากเนื้อมะพร้าววางไว้ในตะแกรงที่มีสารละลายเกลืออิ่มตัว จํานวน 5 ชนิด (Table 1) ใส่ในขวดโหลดแบบมีฝาปิดชนิดมีแผ่น 30

Table 1 Five selected saturated salt solutions with their corresponding RH and approximately composition at 35°C. Salt RH (%) Salt (g) Water(ml) 100 177 LiCl 11.25 100 800 MgCl2 32.05 100 667 49.91 Mg(NO3)2 100 334 74.87 NaCl 100 250 90.79 KNO3 Source: Bell and Labuza (2000)

(1)

เมื่อ Wi และ Wf คือน้ําหนักเริ่มต้นของกากเนื้อมะพร้าว (g) และน้ํ า หนั ก สุ ด ท้ ายของกากเนื้ อ มะพร้ า ว (g) ตามลํ า ดั บ และ อั ต ราส่ ว นความชื้ น ของการอบแห้ งกากเนื้ อ มะพร้า ว สามารถ คํานวณได้จากสมการที่ (2) MR 

ยางซิ ลิ โคน โดยไม่ ให้ ต ะแกรงสั มผั ส กั บ สารละลายเกลื อ อิ่ มตั ว จากนั้ น ปิ ด ฝาขวดโหลให้ ส นิ ท และนํ า ขวดโหลใส่ ในตู้ ค วบคุ ม อุณหภูมิ (Figure 1) ควบคุมอุณหภูมิให้คงที่ ที่ 35oC จากนั้นนํา ตั วอย่ า งกากมะพร้ า วมาชั่ งน้ํ า หนั ก ทุ ก ๆ 1 วั น จนน้ํ า หนั ก ของ ตัวอย่างกากเนื้อมะพร้าวไม่เปลี่ยนแปลง นําตัวอย่างกากมะพร้าว ไปหาค่าความชื้นสมดุล (Sripinyowanich et al., 2012)

Figure 1 Diagram of equilibrium moisture content (Me) determination 2.2.3 การหาอัตราการอบแห้ง

การศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิและระดับชั้นความหนาของ กากเนื้อมะพร้าวอบแห้งต่อการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนความชื้น (MR) ของกากเนื้อมะพร้าวอบแห้ง ที่อุณหภูมิ 55, 65, 75°C และ ชั้น ความหนาที่ 7.5, 10, 12.5 mm ด้ วยเครื่อ งอบแห้ งลมร้อน แบบถาด (Figure 2) ถูกออกแบบและสร้างโดย สาขาวิศวกรรม อาหาร คณะวิศวกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแม่ โจ้ ซึ่ ง มี ส่ ว นประกอบที่ สํ า คั ญ ได้ แ ก่ ระบบสร้ า งลมร้ อ นซึ่ ง ประกอบด้วยขดลวดไฟฟ้าขนาด 1.1 kW จํานวน 3 ขดและพัด ลมซึ่ ง ถู ก ควบคุ ม ด้ ว ยอุ ป กรณ์ ป รั บ ความเร็ ว (DVUS-940W1, Panasonic Corp., Japan) ควบคุมอุณหภูมิของอากาศร้อนด้วย เครื่องควบคุมอุณ หภู มิระบบ PID (TTM J4/J5, Toho, Japan)

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 28-38 ถาดสํ า หรั บ วางตั ว อย่ า งติ ด ตั้ ง ตาชั่ ง (CDR-3, CST, China) สําหรับวัดและบันทึกค่าน้ําหนักที่เปลี่ยนแปลงของตัวอย่างกาก มะพร้าว และบันทึกค่าผ่านจากช่องสัญญาณ RS-485 ซึ่งเชื่อมต่อ กับอุปกรณ์แปลงสัญญาณและเครื่องคอมพิวเตอร์สําหรับบันทึก ข้อมูล โดยข้อมูลที่ถูกบันทึกค่าประกอบด้วยน้ําหนักของตัวอย่าง ที่เปลี่ยนแปลงไปในระหว่างการอบแห้ง ซึ่งถูกบันทึกทุกๆ 5 min นําข้อมูลที่ได้ไปคํานวณในรูปแบบของค่าความชื้น และอัตราส่วน ความชื้นในตามสมการที่ (1) และ (2) ตามลําดับ จากนั้นนําไป วิเคราะห์หาแบบจําลองที่เหมาะสมด้วยเทคนิคการวิเคราะห์แบบ ถดถอย (ฤทธิชัย และคณะ 2556)

การวิเคราะห์รูปแบบจําลองทางคณิตศาสตร์ที่เหมาะสมใช้ค่า สัมประสิทธิ์การตัดสินใจสูงสุด (R2), ค่าไคกําลังสอง (2) และค่า รากที่ ส องของความคลาดเคลื่ อ นกํ าลั งสองเฉลี่ ย (RMSE) เป็ น ดัชนีบ่งบอกความแม่นยําในการทํานายค่าอัตราส่วนความชื้นที่ เปลี่ยนแปลงไป (Dimensionless) ดังแสดงใน Eq. (6) และ (7) N

2 

 (MR i 1

RMSE 

exp,i

 MRpre,i )2

(6)

N np 1 N

n

 (MR i 1

pre ,i

 MR exp,i ) 2

(7)

เมื่อค่า MRexp, i และ MRpre, i คือ ค่าอัตราส่วนความชื้นจากการ ทดลองและค่าอัตราส่วนความชื้นจากการทํานายของแบบจําลอง การอบแห้ง N คือจํานวนข้อมูลในการทดลอง และ np คือจํานวน ตัวแปรของแบบจําลองทางคณิตศาสตร์การอบแห้ง Figure 2 Diagram of the tray drying system.

2.4 การวิเคราะห์หาสมการทั่วไปในการทํานายค่าพารามิเตอร์

การอบแห้ง การศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิ (T) และระดับชั้นความหนา กากเนื้ อ มะพร้ า วสดมี น้ํ า หนั ก เริ่ ม ต้ น 100 g อบแห้ ง ด้ ว ย เครื่องอบแห้งลมร้อนแบบถาด (Figure 1) จากความชื้นเริ่มต้น ของกากเนื้อมะพร้าว (L) เพื่อหารูปแบบสมการความสัมพันธ์ทั่วไป จนถึงความชื้นสุดท้ายที่ 0.071±0.003 gwater gdry matter-1 โดยทํา ของการเปลี่ยนแปลงค่าพารามิเตอร์แบบจําลองทางคณิ ตศาสตร์ การอบแห้งสามารถวิเคราะห์ด้วยเทคนิควิธีการพื้นผิวผลตอบสนอง การทดลอง 3 ซ้ํา (Response Surface Methodology, RSM) ซึ่ งเป็ น การรวบรวม 2.3 แบบจําลองทางคณิตศาสตร์การอบแห้ง เอาเทคนิ คทั้ งทางคณิ ตศาสตร์และทางสถิติท่ีมีประโยชน์ ต่อการ แบบจําลองการอบแห้งที่นิยมใช้ในการศึกษาอาหารหรือวัสดุทาง สร้างแบบจําลองและวิเคราะห์ปั ญหาโดยที่ผลตอบสนองที่ สนใจ การเกษตร ได้แก่ แบบจําลองในรูปของสมการเอมพิริคัล (empirical ขึ้ น อยู่ กั บ หลายตั ว แปร (ฤทธิ ชั ย และคณ ะ 2556) และมี equation) เช่น แบบจําลองของ Newton, Henderson and Pabis วัตถุประสงค์ที่จะหาค่าที่ดีที่สุดของผลตอบสนองนี้ แสดงใน Eq. (8) และ Page ซึ่ งแสดงความสั มพั น ธ์ ดั ง Table 1 (Doymaz, 2008; ปองพล และฤทธิชัย, 2557; จินตนาพร และคณะ 2555; ฤทธิชั ย y  f (x1 , x 2 )   (8) และคณะ, 2554) การวิเคราะห์หาค่าคงที่ต่างๆ ของแบบจําลองการ ดั งนั้ น การศึ ก ษานี้ จึ งได้ ศึ ก ษาผลการเปลี่ ยนแปลงคุ ณ ภาพ อบแห้งใช้เทคนิคการวิเคราะห์แบบสมการถดถอยแบบไม่เป็นเชิงเส้น (non-linear regression) ด้ วยวิ ธี ปรั บเส้ นโค้ ง (Wankhade et al., ค่าพารามิเตอร์ของแบบจําลองทางคณิตศาสตร์ที่เหมาะสมของ การอบแห้งกากเนื้อมะพร้าว (y) ซึ่งเป็นฟังก์ชันที่ขึ้นอยู่กับตัวแปร 2013; Assawarachan, 2013) ของระดับอุณหภูมิ (x1) และระดับชั้นความหนา (x2) โดยที่  คือ Table 2 Mathematical models given by various authors ค่าความผิดพลาดของผลตอบ y ที่เป็นผลมาจากการทดลอง ถ้า Model name Model equation กําหนดว่า E(y) = f (x1 , x2) โดยที่ E(y) คือค่าพารามิเตอร์ที่มีผล 1. Newton MR = exp (-k t) (3) ต่อตัวแปร x1 และ x2 สามารถคํานวณพื้นผิวผลตอบ (Response 2. Page MR = exp (-k tn) (4) surface) การแสดงพื้นผิวผลตอบสนองในรูปแบบของกราฟฟิก 3. Henderson and MR = a exp (-k t) (5) โดยที่จะถูกพล็อตระหว่างระดับของ x1 และ x2 เพื่อที่จะช่วยให้ Pabis 31

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 28-38 มองรูปร่างของพื้นผิวผลตอบสนอง การใช้เทคนิคการวิเคราะห์ ด้วยพื้นผิวผลตอบสนองเพื่อใช้หาสมการแสดงความสัมพันธ์ของ ตัวแปรซึ่งไม่ทราบความสัมพันธ์ระหว่างผลตอบสนองและตัวแปร อิสระ ขั้นตอนแรกก็คือต้องหาตัวประมาณที่เหมาะสมที่จะใช้เป็น ตัวแทนสําหรับแสดงความสัมพันธ์ที่แท้จริงระหว่าง y และเซต ของตัวแปรอิสระ ซึ่งตามปกติแล้วใช้ฟังก์ชันพหุนามที่มีกําลังต่ําๆ ที่อยู่ภายใต้อาณาเขตบางส่วนของตัวแปรอิสระ ถ้าแบบจําลอง ของผลตอบสนองมีความสัมพันธ์เป็นแบบเชิงเส้นกับตัวแปรอิสระ ฟั งชั น ที่ จ ะใช้ ในการประมาณความสั ม พั น ธ์นี้ ก็ คื อ แบบจํ า ลอง กําลังหนึ่ง ตาม Eq. (9) y  0  1 x1  2 x 2  ...  

(9)

เมื่อ 0 , 1 , 2, …,  x คือ ค่าสัมประสิท ธ์ xi คือตัวแปร อิสระ ส่วนค่า  คือค่าความผิดพลาดของแบบจําลอง 2.5 การวิ เ ค ราะห์ ห าค่ า สั ม ป ระสิ ท ธิ์ ก ารแพ ร่ ค วามชื้ น

ประสิทธิผล (Deff) และค่าพลังงานกระตุ้น (Ea) สมการกึ่ ง ทฤษฎี (semi-theoretical equation) ซึ่ ง จะมี รูปแบบความสัมพันธ์ในรูปกฎข้อที่สองของฟิค (Fick’s second law) สามารถใช้ในการหาอัตราส่วนความชื้นดังแสดงใน Eq. (10) สําหรับวัสดุที่มีรูปทรงเป็นทรงกลม (sphere) MR 

6



2

exp( 2

Deff  t r02

)

(10)

เมื่อ Deff คือสัมประสิทธิ์การแพร่ความชื้นประสิทธิผล (m2 s1 ), r0 คือ รัศมีของกากเนื้ อมะพร้าว (m) และ t คือเวลาในการ อบแห้ง (s) สั มประสิทธิ์แพร่ความชื้ นประสิทธิผล (Deff) เป็ นฟั งก์ชั นกั บ อุณหภูมิที่กากมะพร้าวดูดซับพลังงาน มีความสัมพันธ์ตามรูปแบบ ของสมการอาร์ เรเนี ย ส (Arrhenius equation) ถู ก ใช้ ใ นการ วิเคราะห์หาค่าพลังงานกระตุ้น (activation energy for diffusion, Ea) ซึ่ งบ่ งบอกค่ าความร้ อ นแฝงในการเปลี่ ยนสถานะของมวล ความชื้ น ในกากเนื้ อ มะพร้ า ว (latent heat of vaporization) ในระหว่ างกระบวนการอบแห้ งโดยมี รูปแบบสมการดั งแสดงใน Eq. (11) ซึ่งสอดคล้องกั บงานวิจัยของฤทธิชัย และคณะ (2554) และวิกานดา และคณะ (2556) Deff  D0 exp( 

32

Ea ) RT

(11)

เมื่อ D0 คือ ปัจจัยก่อนเลขชี้กําลัง (m2 s-1), Ea คือ พลังงาน กระตุ้ น (kJ mol-1), R คื อ ค่ า คงที่ ข องก๊ า ซซึ่ ง มี ค่ า เท่ า กั บ 0.008314 kJ mol-1 และ T คือ อุณหภูมิของอากาศที่ใช้ในการ อบแห้ง ( K) 3 ผลและวิจารณ์ 3.1 คุณลักษณะกากเนื้อมะพร้าวอบแห้ง

จากการศึกษาพบว่า ค่าความชื้นเริ่มต้นของกากเนื้อมะพร้าวมี ค่ าเท่ ากั บ 1.72±0.03 gwater gdry matter-1 และมี ค่ าความชื้ นสมดุ ล เท่ า กั บ 0.0554±0.003 gwater gdry matter-1 อุ ณ หภู มิ เป็ น ปั จ จั ย ที่ สําคัญอย่างมากต่อการเปลี่ยนแปลงความชื้นของกากเนื้อมะพร้าว พบว่าเวลาที่ ใช้ ในการอบแห้ งกากเนื้ อมะพร้าวเริ่มต้ นที่ น้ํ าหนั ก 100 g จากความชื้นเริ่มต้นอบแห้งจนเหลือความชื้นสุดท้ายเท่ากับ 0.071±0.003 gwater gdry matter-1 ใช้เวลาเท่ากับ 130 ถึง 1,000 min ที่ อุ ณ หภู มิ 55, 65, 75°C และชั้ น ความหนาคงที่ 7.5, 10.0, 12.5 mm ตามลํ า ดั บ Figure 3 แสดงอั ต ราการเปลี่ ย นแปลง ความชื้นในระหว่างการอบแห้งที่อุณหภูมิคงที่ ที่ 55°C (adiabatic drying process) พบว่ า มี อั ต ราการอบแห้ ง เท่ า กั บ 0.0048, 0.0029, 0.0017 gwater gdry matter-1 min ชั้ น ความหนาคงที่ 7.5, 10.0, 12.5 mm ตามลํ าดั บ เมื่ อชั้ นความหนามากขึ้ นอั ตราการ อบแห้ งจะลดลง ดั งนั้ น เมื่ อชั้ น ความหนาของกากเนื้ อมะพร้ าว เพิ่ มขึ้นเท่ ากับ 2.5 mm พบว่าอั ตราการอบแห้ งลดลง 39.58% เมื่ อ เพิ่ ม ชั้ น ความหนาของกากมะพร้ าวเพิ่ ม ขึ้ น จาก 10.0 เป็ น 12.5 mm และอั ต ราการอบแห้ งลดลงเท่ ากั บ 41.37% เมื่ อชั้ น ความหนาของกากมะพร้ า วเพิ่ ม ขึ้ น จาก 7.5 เป็ น 10.0 mm ตามลําดับ สอดคล้องกับการศึกษาการเปลี่ยนแปลงความชื้นของ กากเนื้ อมะพร้ าวที่ อุ ณ หภู มิ ค งที่ ที่ 65°C (Figure 4) พบว่ าเมื่ อ ระดับชั้นความหนาลดลงครั้งละ 2.5 mm ส่งผลอัตราการอบแห้ง เพิ่มขึ้น 66.94% และ 43.89% และการเปลี่ยนแปลงความชื้นของ กากเนื้อมะพร้าวที่อุณหภูมิคงที่ ที่ 75°C (Figure 5) เมื่อระดับชั้น ความหนาลดลงที่ 2.5 mm ส่งผลอัตราการอบแห้งเพิ่มขึ้นเท่ากับ 31.26% และ 32.10% ซึ่งไม่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสําคัญที่ ระดับความเชื่อมั่น 95% ดังนั้นระดับชั้นความหนาที่เหมาะสมใน อบแห้งกากเนื้อมะพร้าว เท่ากับความหนาที่ 10.0 mm ในขณะที่ การศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิต่ออัตราการอบแห้ง ที่ระดับความ หนาคงที่ที่เท่ากับ 10.0 mm มีอัตราการอบแห้งเท่ากับ 0.0029, 0.0038 และ 0.0089 gwater gdry matter-1 min ที่ อุ ณ หภู มิ 55, 65, 75°C ตามลําดับ และเมื่ออุณหภูมิของระบบเพิ่มขึ้น 10°C พบว่ามี อัตราการอบแห้งเพิ่มขึ้นเท่ากับ 32.14% และ 134.21% เมื่อเพิ่ม

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 28-38

MC (g water/g dry matter)

MC (g water g dry matter-1)

1.80 อุ ณ หภู มิ จาก 55°C เพิ่ มเป็ น 65°C และเพิ่ มอุ ณ หภู มิ จาก 65°C L = 7.5 mm เพิ่มเป็น 75°C ตามลําดับ จากผลการศึกษาดังกล่าวแสดงให้เห็นถึง L = 10.0 mm ประสิ ท ธิ ภ าพเชิ งพลั งงานที่ ให้ ในกากเนื้ อมะพร้ าวสํ าหรั บ การ 1.20 L = 12.5 mm อบแห้งพบว่า สภาวะที่เหมาะสมในการอบแห้งกากเนื้อมะพร้าว ได้แก่การอบแห้งที่ อุณหภูมิ 75°C และชั้นความหนา 10.0 mm 0.60 มี ความเหมาะสมมากที่ สุ ดในการอบแห้ งด้ วยลมร้อน เนื่ องจาก พลังงานที่ให้สู่ระบบในกระบวนการอบแห้งโดยผ่านตัวกลางซึ่งเป็น อากาศร้อนถูกกากมะพร้าวดูดซับพลังงานในการเพิ่มอุณหภูมิจน 0.00 เท่ ากั บอุ ณ หภู มิ ของอากาศร้อน พลั งงานที่ หลงเหลื อถู กถ่ ายเท 0 200 400 600 800 Drying Time (min) เข้าเนื้อกากเนื้อมะพร้าวอย่างต่อเนื่อง และจนถึงอุณหภูมิที่มวล ความชื้นในกากมะพร้าวระเหยเปลี่ยนสถานะจากมวลความชื้นเป็น Figure 4 Effects of layer thicknesses on the MC of ไอภายในโครงสร้างเซลล์แพร่ออกมาที่ผิวในสถานะที่เป็นไอของมวล coconut residue change (constant temperature at 65°C). ความชื้น และแพร่ออกจากโครงสร้างเซลล์ของกากเนื้อมะพร้าว 1.80 ซึ่งอยู่ด้านล่างสุดของชั้นความหนาเคลื่อนที่ไปยังผิวหน้าของกาก L = 7.5 mm มะพร้าวจะเกิดการแพร่ผ่านกากเนื้อมะพร้าวที่เป็นวัสดุพรุนออกมา L = 10.0 mm 1.20 L = 12.5 mm ที่ผิวหน้าของเนื้อมะพร้าวและถูกถ่ายเทไอความชื้นไปกับตัวกลาง ของอากาศร้อน ดังนั้นสภาวะการอบแห้งที่อุณหภูมิ 75°C และชั้น ความหนา 10.0 mm จึงมีประสิทธิภาพในการถ่ายเทพลังงานใน 0.60 การอบแห้งกากเนื้อมะพร้าวได้เหมาะสมที่สุด สอดคล้องกับกฎการ อนุ รั กษ์ พลั งงานของเทอร์ โมไดนามิ กและผลการวิ เคราะห์ ของ 0.00 Doymaz (2011) และ Agarry and Aworanti (2012) 0

MC (g water/g dry matter)

1.80

1.20

L = 7.5 mm L = 10.0 mm L = 12.5 mm

50

100 150 200 Drying Time (min)

250

Figure 5 Effects of layer thicknesses on the MC of coconut residue change (constant temperature at 75°C).

3.2 การวิเคราะห์แบบจําลองทางคณิตศาสตร์

ผลการศึ กษาแบบจํ าลองทางคณิ ตศาสตร์ หรือแบบจํ าลอง 0.60 เอมพิ ริ คั ลของการอบแห้ งกากเนื้ อมะพร้ าวซึ่ งประกอบไปด้ วย แบบจํ า ลองของ Newton, Henderson and Pabis และ Page ซึ่ ง เป็ น แบบจํ า ลองไม่ เป็ น เชิ ง เส้ น (non-linear model) ผล 0.00 การศึกษา พบว่าแบบจําลองเอมพิริคัลของ Page สามารถทํานาย 0 200 400 600 800 1000 การเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนความชื้นของกากเนื้อมะพร้าวในระหว่าง Drying Time (min) Figure 3 Effects of layer thicknesses on the MC of การอบแห้งด้วยลมร้อนได้เหมาะสมที่สุด เนื่องจากมีค่า R2 ในช่วง 0.9816-0.9979 ซึ่ งมี ค่ ามากกว่าแบบจําลองเอมพิ ริคั ลแบบอื่ นๆ coconut residue change (constant temperature at 55°C). มี ค่ า 2 อ ยู่ ระห ว่ าง 0.01x10-3- 6.24 x10-3 และค่ า RMSE อยู่ระหว่าง 0.0032-0.0789 (Table 3) เมื่อเปรียบเทียบกับแบบจําลองเอมพิริคัลของ Newton และ Henderson and Pabis พบว่าแบบจําลองเอมพิริคัลของ Page สามารถใช้ ใ นการทํ า นายอั ต ราการเปลี่ ย นแปลงอั ต ราส่ ว น 33

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 28-38 ความชื้นกากเนื้อมะพร้าวได้เหมาะสมมากที่สุดเมื่อใช้วิธีวิเคราะห์ ทางสถิติ สอดคล้องกับรายงานวิจัยของ Orikasa et al., 2014; Assawarachan, 2013; Doymaz, 2008; ปองพล และฤทธิ ชั ย 2557; จิ น ตนาพร และคณะ 2555; ฤทธิชั ย และคณะ 2554 ดังนั้นผลการศึกษาในงานวิจัยนี้จึงเป็นตัวบ่งชี้ว่าแบบจําลองเอมพิ ริ คั ล ของ Page มี ค วามเหมาะสมมากที่ สุ ด ในการทํ า นายการ เปลี่ยนแปลงความชื้นของกากเนื้อมะพร้าว และค่าพารามิเตอร์ การอบแห้งของแบบจําลองเอมพิริคัลของ Page มีความสัมพันธ์ เป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิและชั้นความหนาของกากเนื้อมะพร้าว ผลกระทบของอุณหภูมิและชั้นความหนาของกากเนื้อมะพร้าวต่อ ค่าพารามิเตอร์ในการอบแห้งของแบบจําลองของ Page พบว่า ค่ า k (Drying rate) หรือ อั ต ราการอบแห้ งซึ่ งมี รูป แบบสมการ ความสัมพันธ์เป็นสมการพหุนาม (polynomial model) ซึ่ ง ในขณะที่ ค่ า n (Drying Index) คื อ ค่ า ดั ช นี ก ารอบแห้ ง ของพารามิเตอร์การอบแห้งในแบบจําลองทางคณิตศาสตร์ของ

Page ซึ่ ง เป็ น ฟั ง ก์ ชั น กั บ อุ ณ หภู มิ (T) และชั้ น ความหนา (L) สามารถคํานวณได้จากสมการทั่วไปตามรูปแบบความสัมพันธ์ของ กราฟพื้ น ผิ วผลตอบแบบสามมิติตามที่ แ สดงใน Figure 6 และ Figure 7 และมีรูปแบบสมการเป็นแบบจําลองเชิงเส้นมีรูปแบบ ความสัมพันธ์ตาม Eq. (12) และ (13) (k 104 )  145.01  3.43T  5.2 0.005(T )(L)  0.041T 2  0.26 L2

(R2  0.9887)

n  1.079  0.006T  0.0018L

(13)

(R2  0.9963)

Table 3 Statistical analysis of models at various drying temperature and layer thicknesses levels.

Layer Drying Temperature thicknesses Empirical Drying Model Constants R2 2×10-3 Model (oC) (mm) 7.5 k = 0.0155 0.9495 10.82 55 10.0 k = 0.0101 0.9807 5.21 12.5 k = 0.0053 0.9846 2.34 7.5 k = 0.0184 0.9532 3.22 Newton 65 10.0 k = 0.0121 0.9663 4.32 12.5 k = 0.0065 0.9865 0.31 7.5 k = 0.0468 0.9217 9.45 75 10.0 k = 0.0277 0.9333 7.76 12.5 k = 0.0219 0.9365 7.28 7.5 k = 0.0028 ; n = 1.3909 0.9932 0.63 55 10.0 k = 0.0025 ; n = 1.2211 0.9887 1.61 12.5 k = 0.0017 ; n = 1.1742 0.9979 0.01 7.5 k = 0.0048 ; n = 1.2814 0.9945 0.04 Page 65 10.0 k = 0.0039 ; n = 1.2022 0.9906 0.13 12.5 k = 0.0026 ; n = 1.2114 0.9875 0.25 7.5 k = 0.0069 ; n = 1.2061 0.9816 5.32 75 10.0 k = 0.0054 ; n = 1.3417 0.9834 6.24 12.5 k = 0.0049 ; n = 1.2949 0.9902 0.43 7.5 k = 0.0115 ; a = 1.4906 0.8432 47.8 34

(12)

RMSE 0.1011 0.0708 0.0474 0.0568 0.0657 0.0015 0.0837 0.0881 0.0853 0.0771 0.0393 0.0032 0.0026 0.0037 0.0012 0.0729 0.0789 0.0207 0.2126

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 28-38 Drying Model

Temperature (oC) 55

Henderson And Pabis

65

75

Layer thicknesses Empirical Drying Model Constants (mm) 10.0 k = 0.0101 ; a = 1.2635 12.5 k = 0.0053 ; a = 1.1959 7.5 k = 0.0123 ; a = 1.1901 10.0 k = 0.0118 ; a = 1.2456 12.5 k = 0.0066 ; a = 1.0612 7.5 k = 0.0537 ; a = 1.6536 10.0 k = 0.0314 ; a = 1.5011 12.5 k = 0.0243 ; a = 1.4227

R2

2×10-3

RMSE

0.9561 0.9522 0.9142 0.9524 0.9318 0.8782 0.9135 0.9368

4.73 7.92 19.6 4.45 10.36 25.11 15.53 11.42

0.0675 0.0282 0.1403 0.0663 0.3211 0.1364 0.1246 0.1069

กากเนื้ อ มะพร้ า วที่ อุ ณ หภู มิ 60°C และระดั บ ชั้ น ความหนา 8.75 mm และที่ อุ ณ หภู มิ 70°C และระดั บชั้ น ความหนา 11.25 mm โดยใช้ Eq. (12) และ (13) ทํ านายค่าพารามิเตอร์ของ แบบจําลองทางคณิตศาสตร์ของ Page เพื่อวิเคราะห์หาค่า k และค่า n เท่ากับ 0.0059, 1.2815 และ 0.0076, 1.2965 ตามลําดับ นําค่าที่ ได้ จาการทํ านายมาเปรี ยบเที ยบกั บข้ อมู ลในการทดลอง เพื่ อหา ความสั มพั น ธ์ ระหว่ างอั ตราส่ วนความชื้ นของกากเนื้ อมะพร้ าว อบแห้งที่ได้จากการทํานายแบบจําลองทางคณิ ตศาสตร์ของ Page ซึ่งมีค่าใกล้เคียงกับอัตราส่วนความชื้นที่ได้จากการทดลองที่อุณหภูมิ Figure 6 Drying rate parameter (k) of Page model on 60°C และระดั บ ชั้ นความหนา 8.75 mm และที่ อุ ณ หภู มิ 70°C various drying temperature and layer thicknesses levels. และระดับชั้นความหนา 11.25 mm ความสั ม พั น ธ์ ใกล้ เคี ย งกั บ เส้ น ทวนสอบความแม่ น ยํ า หรื อ เส้ น ตรงที่ ค วามชั น เท่ า กั บ 45° และมี ค่ า R2 เท่ า กั บ 0.90750.9463 ค่า 2 และ RMSE มีค่าเท่ากับ 5.68x10-3- 8.32 x10-3 และค่า RMSE อยู่ระหว่าง 0.0075-0.0912 ตามลําดับ ซึ่งบ่งชี้ให้ สมการทั่วไปในการทํานายผลของค่าพารามิเตอร์การอบแห้ง ของ แบบจําลองทางคณิตศาสตร์ของ Page สามารถใช้ในการทํานาย การเปลี่ ย นแปลงอั ตราส่ วนการอบแห้ งกากเนื้ อมะพร้าวที่ ช่ วง อุณหภูมิ 55, 65, 75°C และชั้นความหนาที่ 7.5, 10, 12.5 mm ได้อย่ างความแม่น ยํ า (Figure 8) สอดคล้ องกับ งานวิจัยที่ เกี่ยว ของในการทวนสอบความแม่ น ยํ าของแบบจํ าลองการอบแห้ ง Figure 7 Drying index parameter (n) of Page model on (ป องพ ล และฤท ธิ ชั ย , 2557; ฤท ธิ ชั ย และคณ ะ 2554; various drying temperature and layer thicknesses levels.

Pongtong et al., 2011; Agarry and Aworanit, 2012; Singh 3.3 การทวนสอบความแม่นยําของแบบจําลองทางคณิตศาสตร์ and Pandey 2012; Assawarachan, 2013) การทวนสอบความแม่ น ยํ า ของแบบสมการทั่ ว ไปในการ ทํานายผลของค่าพารามิเตอร์การอบแห้ง ของแบบจําลองทาง คณิตศาสตร์ของ Page ด้วยการทวนสอบด้วยข้อมูลการอบแห้ง 35

Prediction MR

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 28-38 1.0 ออกจากกากมะพร้าว และน้ํ าที่ระเหยออกมาจะเคลื่อนที่ ผ่าน T = 60 C and L = 8.75 mm อนุภาคของกากเนื้อมะพร้าวไปยังผิวหน้าของกากเนื้อมะพร้าว T = 70 C and L = 11.25 mm 0.8 ด้านบนที่สัมผัสกับอากาศร้อนซึ่งมีกลไกการถ่ายเทมวลภายใต้ 0.6 ความต้านทานในการถ่ายเทมวลความชื้นจากผิววัสดุ และความ ต้านทานการเคลื่อนที่ของมวลความชื้นภายใต้ความต้านทานของ 0.4 อนุภ าคกากเนื้อมะพร้าวที่เป็น วัสดุพ รุน การวิเคราะห์หาค่าสัม 0.2 ประสิทธิการแพร่ความชื้น ประสิทธิผล (Deff) ที่เกิดขึ้น สามารถ วิเคราะห์ ในกรณี ค วามต้ า นทานในการถ่ า ยเทมวลสารภายใน 0.0 โครงสร้างเซลล์ไปยังผิวอนุภาคกากเนื้อมะพร้าว อนุภาคกากเนื้อ 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Experimental MR มะพร้าวมีลักษณะเป็นรูปทรงกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย Figure 8 Comparision of the experimental moisture 850 m หรื อ มี รั ศ มี ข องอนุ ภ าค (r0) เท่ า กั บ 4.25x10-4 m ratio (MR) and corresponding values by predicted Page วิ เ คราะห์ ค่ า สั ม ประสิ ท ธิ ก ารแพร่ ข องมวลความชื้ น ตาม model at different drying conditions. ความสั ม พั น ธ์ ข องกฎข้ อ ที่ ส องของฟิ ค (Fick’s second law) แสดงใน Table 4 พบว่าค่า Deff เท่ากับ (0.990.03) x 1010 ถึง 3.4 การวิเคราะห์หาค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ความชื้นประสิทธิผล (4.170.05) x 1010 m2 s-1 ที่ อุ ณ หภู มิ 55, 65, 75°C และชั้ น (Deff) และค่าพลังงานกระตุ้น (Ea) ความหนาที่ 7.5, 10, 12.5 mm ตามลําดับ สอดคล้องกับ การ การจําลองการถ่ายเทความร้อนและมวลความชื้นในกากเนื้อ วิ เคราะห์ ค่ า D ของวั ส ดุ ท างการเกษตรชนิ ด อื่ น ๆ เช่ น การ eff มะพร้าวจะเกิดขึ้นอย่างเป็นระบบ ปริมาณน้ําที่อยู่บริเวณผิวของ วิเคราะห์ ค่า D ของเนื้อเชอร์รีอบแห้งที่ผ่านการอบแห้งด้วยลม eff อนุ ภ าคกากเนื้ อ มะพร้า วจะเกิ ด การระเหยจากผิ วอนุ ภ าคไปสู่ ร้อ นในช่ วง 60-75°C มี ค่ า เท่ า กั บ 15.4 ถึ ง 5.68 x 1010 m2 s-1 สิ่งแวดล้อม และมวลความชื้นภายในโครงสร้างกากเนื้อมะพร้าว (Doymaz and Îsmail, 2011) จะเกิดการแพร่มวลความชื้นเคลื่อนที่ไปยังผิวของอนุภาค ระเหย Table 4 Impacts of drying temperature and layer thicknesses levels of Deff and Ea of coconut residue Layer thicknesses Temperature (Deff) x 1010 Ea R2 (m2 s-1) (kJ mol-1) 55°C 3.21  0.06 A,a 7.5 mm 65°C 3.96  0.12 B,b 12.04 kJ mol-1 0.7907 75°C 4.17  0.09 C,b 55°C 1.96  0.05 A,a 10.0 mm 65°C 2.37  0.04 B,b 25.65 kJ mol-1 0.9564 75°C 3.37  0.06 C,c 55°C 0.99  0.03 A,a 12.5 mm 65°C 1.25  0.05 B,b 44.22 kJ mol-1 0.8653 75°C 2.63  0.06 C,c A,B,CEffect of drying temperature and a,b,ceffect of layer thicknesses indicate a significant difference at p < 0.05. การวิเคราะห์ ค่ า Deff ของเนื้ อ มะพร้ าวแผ่ น มี ค่ า 5.74 ถึ ง 7.88 x 1010 และมันเทศแผ่นมีค่า 9.32 ถึง 1.75 x 1010 m2 s-1 (Agarry and Aworanit, 2012 และ Doymaz, 2011) และกลีบ กระเที ยม ที่ ช่วงการอบแห้ งด้ วยลมร้อนที่ อุ ณ หภู มิ ที่ 30-50°C 36

และ 50-70°C ตามลํ า ดั บ ตามรายงานของ Doymaz, (2011); Agarry and Aworanti (2012) และ Doymaz, (2008) ตามลําดับ ค่า Deff เป็นค่าพารามิเตอร์การอบแห้งที่เป็นสมบัติเฉพาะของขนาด รู ป ร่ าง ของวั ส ดุ ชี วภาพชนิ ดนั้ น ๆ ดั งนั้ น การวิ เคราะห์ ค่ า Deff

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 28-38 ควรจะมีค่าเท่ากันอย่างมีนัยสําคัญ อย่างไรก็ตาม การศึกษานี้ พบว่าผลของอุณ หภูมิและชั้นความหนาของกากเนื้อมะพร้าวมี ผลกระทบต่อค่า Deff อย่างมีนัยสําคัญ ที่ระดับความเชื่อมั่น 95% เนื่องจากการเคลื่อนที่ของมวลความชื้นแบบ 2 ขั้น ตอน ได้แ ก่ ขั้นตอนที่ 1 การแพร่ของมวลความชื้นในโครงสร้างเซลล์ของกาก เนื้อมะพร้าวซึ่งมีลักษณะเป็นอนุภาคทรงกลมออกจากผิวเซลล์ จากนั้ น มวลความชื้ น เปลี่ ย นสถานะเป็ น ไอและเกิ ด แพร่ ผ่ า น ระหว่างอนุภาคกากเนื้อมะพร้าวระหว่างชั้นความหนาอีกครั้ง ซึ่ง เป็นปรากฎการณ์เดียวกับการเคลื่อนที่ผ่านวัสดุพรุน ดังนั้นเมื่อ ชั้นของกากเนื้อมะพร้าวมีความหนามากขึ้นส่งผลต่อความเร็วใน การเคลื่ อ นของไอความชื้ น ที่ แ พร่ อ อกจากอนุ ภ าคกากเนื้ อ มะพร้าวมายังผิวหน้าชั้นบนสุดของกากเนื้อมะพร้าวและถ่ายเท มวลความชื้นกับสิ่งแวดล้อมต่อไป ในขณะที่การเพิ่มอุณหภูมิเป็น การเพิ่ ม พลั ง งานเข้ า สู่ ร ะบบสํ า หรั บ การเร่ ง อั ต ราการแพร่ ใน โครงสร้ า งโมเลกุ ล กากเนื้ อ มะพร้ า วและการเคลื่ อ นที่ ข องไอ ความชื้นที่เคลื่อนที่ผ่านระหว่างอนุภาคกากเนื้อมะพร้าว ผลการ วิเคราะห์ความแปรปรวนแบบสองหาง (two way ANOVA) ของ อุณหภูมิและค่าความหนาของชั้นกากเนื้อมะพร้าวพบว่า ที่ความ หนา 7.5 mm พบว่าสัมประสิทธิ์การแพร่ความชื้นประสิทธิผลที่ อุณ หภูมิ 65 และ 75°C ไม่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสําคัญ ในขณะที่สภาวะอื่นจะมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสําคัญอย่าง ชัดเจน ผลการศึกษาพบว่าเมื่อเพิ่มระดับชั้นความหนามากขึ้นค่า พลังงานกระตุ้นจะมีค่าสูงขึ้น เนื่องจากเมื่อชั้นความหนาเพิ่มขึ้น จะส่งผลต่อแรงเสียดสีระหว่างอนุภาคของกากเนื้อมะพร้าวและ มวลความชื้ น ที่ เคลื่ อ นที่ อ อกไปยั ง ผิ ว หน้ า ซึ่ ง ส่ ง ผลต่ อ ระบบ ต้องการพลังงานในการเปลี่ยนแปลงสถานะของมวลชื้นในกาก เนื้อมะพร้าวมากขึ้น เนื่องจากต้องสูญ เสียพลังงานส่วนหนึ่งใน การเร่ง การเคลื่ อ นที่ ข องมวลความชื้ น ที่ เปลี่ ย นสถานะเป็ น ไอ เคลื่อนที่ผ่านระหว่างชั้นความหนาของอนุภาคกากเนื้อมะพร้าวสู่ ผิ ว หน้ า ชั้ น บนสุ ด ก่ อ นถู ก ถ่ า ยเทสู่ ตั ว กลางอากาศร้ อ น ค่ า Ea สามารถบ่ งบอกค่าพลังงานความร้อ นแฝงในการเปลี่ยนแปลง สถานะ (Latent heat of vaporization) ของมวลความชื้นของ กากเนื้ อ มะพร้ า วทั้ ง หมดได้ และจากข้ อ มู ล ในการวิ เคราะห์ คุณลักษณะกากเนื้อมะพร้าวอบแห้งพบว่าที่ระดับชั้นความหนาที่ 10 mm มี ค่ า พลั ง งานกระตุ้ น เท่ า กั บ 25.65 kJ mol-1 และที่ ระดั บ ชั้ น ความหนาที่ 12.5 mm มี ค่ า พลั ง งานกระตุ้ น เท่ า กั บ 44.22 kJ mol-1 ตามลําดับ

4 สรุป

ผลของอุ ณ หภู มิ แ ละระดั บ ชั้ น ความหนาของกากมะพร้า ว อบแห้งต่อการเปลี่ยนแปลง อัตราส่วนความชื้นของกากมะพร้าว อบแห้ง ที่อุณหภูมิ 55, 65, 75°C และชั้นความหนาที่ 7.5, 10, 12.5 mm จากความชื้ น เริ่ ม ต้ น เท่ า กั บ 1.72±0.03 gwater gdry -1 matter จนเหลือความชื้นสุดท้ายเท่ากับ 0.071±0.003 gwater gdry -1 matter พบว่ า แบบจํ า ลองทางคณิ ต ศาสตร์ ข อง Page สามารถ ทํานายการเปลี่ย นแปลง อัตราส่วนความชื้น ของกากมะพร้าว อบแห้งได้เหมาะสมที่สุด เนื่องจากให้ค่าสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ (R2) สูงที่สุด ในขณะที่ให้ค่าไคกําลังสอง (2) และค่ารากที่สอง ของความคลาดเคลื่อนกําลังสองเฉลี่ย (RMSE) ที่ต่ําสุด สมการใน ทํานายค่าพารามิเตอร์การอบแห้งแบบจําลองทางคณิ ตศาสตร์ ของ Page โดยค่ า k (Drying rate) มี ค วามสั ม พั น ธ์ ในรู ป แบบ ของ quadratic equation มีรูปแบบความสัมพันธ์เท่ากับ (kx104) = 145.01-3.43T-5.2L-0.005TL+0.041T2+0.26L2 ในขณะที่ ค่ า n (Drying Index) มี ค วามสั ม พั น ธ์ ใ นรู ป แบบของ Linear equation มีรูปแบบความสัมพันธ์เท่ากับ n = 1.079+0.006 T0.018 L และผลการทวนสอบความแม่ น ยํ า ของสมการทั่ ว ไป พบว่า R2 เท่ากับ 0.9075-0.9463 ตามลําดับ และมีค่า 2 และ RMSE เท่ า กั บ 5.68x10-3- 8.32 x10-3 แ ล ะ 0.0075-0.0912 การศึกษาสมการกึ่งทฤษฎี (semi-theoretical equation) ซึ่งจะ มีรูปแบบความสัมพันธ์ในรูปกฎข้อที่สองของฟิค (Fick’s second law) สามารถใช้ ใ นการหาอั ต ราส่ ว นความชื้ น ของกากเนื้ อ มะพร้าวที่มีรูปทรงเป็นอนุภาคทรงกลม พบว่าค่าสัมประสิทธิ์การ แพร่ ป ระสิ ท ธิ ผ ล (Deff) เท่ า กั บ 0.990.03 - 4.170.05 m2/s และค่ า พลั ง งานกระตุ้ น (Ea) ซึ่ ง คํ า นวณจากความสั ม พั น ธ์ ใน รูป แบบของสมการอาร์เรเนี ย สมี ค่ า เท่ า กั บ 12.04 - 44.22 kJ mol-1 ที่ อุ ณ หภู มิ 55, 65, 75°C และชั้น ความหนาที่ 7.5, 10, 12.5 mm ตามลําดับ 5 กิตติกรรมประกาศ

บทความวิจัยนี้ได้รับเงินทุนสนับสนุนจาก คณะวิศวกรรมและ อุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแม่โจ้ 6 เอกสารอ้างอิง

จินตนาพร ปันพรม, จุฑามาศ บุญเลา, โชติพงศ์ กาญจนประโชติ, ฤทธิ ชั ย อั ศ วราชั น ย์ . 2555. แบบจํ า ลองทางคณิ ต ศาสตร์ สํ า หรั บ การทํ า นายการเปลี่ ย นแปลงความชื้ น ของกาก 37

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 28-38 มะพร้ า ว. วารสารวิ ท ยาศาสตร์ เกษตร ปี ที่ 43 ฉบั บ ที่ 3 (พิเศษ) กันยายน – ธันวาคม 2555, 228-231 ปองพล สุริยะกั น ธร, ฤทธิชัย อัศ วราชัน ย์. 2557. อิทธิพ ลของ อุณหภูมิและความหนาของชั้นวัสดุต่อการเปลี่ยนแปลงสมบัติ เชิ ง ทั ศ นศาสตร์ ข องดอกคาโมมายล์ อ บแห้ ง วารสาร วิทยาศาสตร์เกษตร ปีท่ี 45 ฉบับที่ 3/1 (พิเศษ) กันยายน – ธันวาคม 2557, 228-231. ฤทธิชัย อัศวราชันย์, ภานาถ, เจริญรัตน์, สุเนตรสืบค้า, เฑียรมณี มั่ งมู ล , ดวงกมล จนใจ. 2554. จลนพลศาสตร์ก ารอบแห้ ง ด้ ว ยลมร้อ นของเปลื อ กทั บ ทิ ม . วารสารสมาคมวิ ศ วกรรม เกษตรแห่งประเทศไทย 17, 27-34. ฤทธิชั ย อัศวราชัน ย์, 2556. จลนพลศาสตร์การอบแห้งอาหาร และวั ส ดุ ชี ว ภาพ. วารสารวิ ช าการ Rajabhat Journal of Sciences, Humanities & Social Sciences 14, 13-22. ฤทธิ ชั ย อั ศ วราชั น ย์ , น้ํ า ฝน ไชยลั ง กา, ปองพล สุ ริ ย ะกั น ธร 2556. การพัฒนาและปัจจัยที่มีผลต่อการละลายเนื้อ ไก่แช่ เยือกแข็งด้วยวิธีเทอร์โมอะคูสติก. วารสารสมาคมวิศวกรรม เกษตรแห่งประเทศไทย 20, 16-25. สักกมน เทพหัสดิน ณ อยุธยา 2555. การอบแห้งอาหารและวัสดุ ชีวภาพ. กรุงเทพมหานคร: ท้อป อรวรรณ โศภณัฐยานนท์, จิราพร ศรีภิญโญวณิชย์, ฤทธิชัย อัศว ราชันย์, อรรถพล นุ่มหอม. 2554. อิทธิพลของอุณหภูมิและ ความหนาของชั้ น วั ส ดุ ต่ อ คุ ณ ภาพกากมะพร้าวโดยวิธีก าร อบแห้ ง แบบถาด. การประชุ ม วิ ช าการสมาคมวิ ศ วกรรม เกษตรแห่งประเทศไทย ครั้งที่ 12 ประจําปี 2554 โรงแรมชล จันทร์พัทยารีสอร์ท. 1 เมษายน 2554, บางละมุง, ชลบุรี.

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. 2010. Official Methods of Analysis. (18th 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, 263-266.

Bell, L., Labuza, T. 2000. Moisture sorption: Practical aspects of isotherm measurement and use. (pp.

38

33–36) St. Paul: American Association of Cereal Chemists, Inc. Doymaz, Ì. 2008. Influence of blanching and slice thickness on drying characteristics of leek slices.

Chemical Engineering and Processing 47, 41-47.

Doymaz, Ì. 2011. Thin-layer drying characteristics of sweet potato slices and mathematical modeling.

Heat Mass Transfer 47, 277-285.

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

Niamnuy, C. and Devahastin, S. 2005. Drying kinetics and quality of coconut dried in a fluidized bed dryer. Journal of Food Engineering, 66, 267-271.

Orikasa, T. Koide, S. Okamoto, S. Imaizumi, T. Muramatsu, Y. Takeda, J. Shiina, T and Tagawa, A. 2014. Impacts of hot air and vacuum drying on the quality attributes of kiwifruit slices. Journal of Food Engineering 125, 51-58.

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.

Sripinyowanich, J., Sopanattayanon, O., Assawarachan, R., Theppadungporn, K. and Noomhorm, A. 2012. Effects of moisture content of dried coconut residue on its EMC, shelf life and quality. International Congress on Food Engineering and Technology. 28 – 30 March 2012. IMPACT Convention Center, Bangkok, Thailand.

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 39-45

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559) 39-45 Available online at www.tsae.asia

บทความวิจัย ISSN 1685-408X

การศึกษาการใช้โรงอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับเครื่องอบลมร้อนแบบชั้นวางสําหรับอบแห้งผักและผลไม้ Study on Using Solar Greenhouse Combined with Tray Dryer for Vegetable and Fruit Drying เวียง อากรชี1,2*, ศิวลักษณ์ ปฐวีรัตน์1,วิบูลย์ เทเพนทร์2, อนุชา เชาว์โชติ2, อุทัย ธานี2, อัคคพล เสนาณรงค์2 Weang Arekornchee1,2*, Siwalak Pathaveerat1, Viboon Thepent2, Anucha Chaochote2, Uthai Thanee2, Akkapol Senanarong2 1ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร,

คณะวิศวกรรมศาสตร์ กําแพงแสน, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกําแพงแสน, นครปฐม, 73140 of Agricultural Engineering, Faculty of Engineering at Kamphaengsaen, Kasetsart University - Kamphaengsaen Campus, Nakhon Pathom, 73140, Thailand 2สถาบันวิจัยเกษตรวิศวกรรม, กรมวิชาการเกษตร, 50, ถนนพหลโยธิน, แขวงลาดยาว, เขตจตุจักร, กรุงเทพฯ, 10900 2Agricultural Engineering Research Institute, Department of Agriculture 50 Phaholyothin Road, chatuchak, Bangkok 10900, Thailand *Corresponding author: Tel: +66-81-694-3288, E-mail: weang_a2@yahoo.com 1 Department

บทคัดย่อ งานวิ จั ยนี้ เป็ น การศึ กษาการใช้ โรงอบแห้ งพลั งงานความร้ อนแสงอาทิ ตย์ สะสมความร้ อนแบบภาวะเรื อนกระจก ร่ วมกั บ เครื่องอบแห้งลมร้อนแบบชั้นวางโดยใช้แก๊สหุงต้มเป็นแหล่งกําเนิดความร้อน สําหรับการอบแห้งพืชผักและผลไม้ โรงอบแห้งพลังงานความ ร้อนแสงอาทิตย์ ขนาด 6.00 x 6.00 x 1.80 m (กว้าง x ยาว x สูง) ตัวโรงอบคลุมด้วยโพลีคาร์บอเนตใส และใช้เครื่องอบลมร้อนแบบชั้น วางใช้แก๊สหุงต้มเป็นเช้อเพลิงความร้อน ขนาด 1.22 x 2.44 x 1.22 m (กว้าง x ยาว x สูง) มีชั้นตะแกรงสเตนเลส ขนาด 0.75 x 1.00 m (กว้าง x ยาว) จํานวน 20 ถาด มีการหมุนเวียนลมร้อนกลับมาใช้ประมาณ 30-60% การทดสอบอบแห้งใช้พริกขี้หนูพันธุ์หัวเรือและกล้วย น้ําว้าตัวอย่างละ 100 kg พบว่าการอบแห้งพริกขี้หนูพันธุ์หัวเรือจากความชื้นเริ่มต้น 78% เหลือ 12% โดยใช้ตู้อบลมร้อนแบบชั้นวาง อุณหภูมิ 60oC นาน 8 hr และต่อด้วยโรงอบพลังงานแสงอาทิตย์ 2 วัน ส่วนการทดสอบอบแห้งกล้วยน้ําว้าจากความชื้นเริ่มต้น 65% เหลือ 22% โดยมีวิธีการคือใช้ตู้อบลมร้อนแบบชั้นวาง อุณหภูมิ 75 oC 10 hr แล้วเก็บแบบหมักไว้ 10 hr และนําไปตากด้วยโรงอบพลังงาน แสงอาทิตย์ อีก 2 วัน ซึ่งการนําพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์มาใช้ในการทําแห้งถือว่าเป็นพลังงานสะอาดและประหยัด คําสําคัญ: โรงตากพลังงานแสงอาทิตย์, เครื่องอบแบบชั้นวาง, พริกขี้หนูพันธุ์หัวเรือ, กล้วยน้ําว้า Abstract This research was conducted to study the use of a solar greenhouse dryer combined with a tray dryer using liquefied petroleum gas (LPG) as an altermative heat source for vegetable and fruit drying. Dimensions of the solar greenhouse dryer, which was covered by polycarbonate, were 6.00 m x 6.00 m x 1.80 m (w x l x h). The dimensions of the tray dryer were 1.22 m x 2.44 m x 1.22 m (w x l x h). There were 20 stainless screen trays for placing the material being dried. The dimensions of each tray were 0.75 x 1.00 m (w x l). Approximately 30-60% of returned hot air was mixed with fresh air for reducing energy consumption. The drying test capacity of Hua-rue chili and Namwa banana was 100 kg. The drying testing result of Hua-rue chili was that the chili was dried from 78% moisture content to 12%. The tray dryer was set at 60oC with drying time of 8 hr. After that the chili was solar dried in the greenhouse for 2 sunny days. The Namwa banana was dried from 61% moisture content to 22% by the process was tray dryer set at 75oC drying time 10 hr then fermenting storage 10 hr and dried in the greenhouse for 2 sunny days.

Keywords: Solar Greenhouse, Tray Dryer, Hua-rue chili, Namwa banana 39

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 39-45 แต่จากปัญหาการตากแห้งไม่ได้ในช่วงฝนตก และกลางคืนที่ 1 บทนํา มีน้ําค้างมาก จะทําให้ผลิตภัณฑ์เน่าเสีย เกิดเชื้อราที่เป็นพิษ หรือ การใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในการทําแห้งผลิตผลเกษตรนับว่า ใช้เวลานานเกินปกติ คุณภาพผลิตภัณฑ์ด้อยลง ทําให้เกษตรกร มี ค วามสํ า คั ญ มากเพราะเป็ น พลั ง งานที่ ส ะอาด ได้ ฟ รี จ าก หรื อ ผู้ ป ระกอบการต่ า งๆ ไม่ ส นใจจะลงทุ น จั ด หาโรงอบแห้ ง ธรรมชาติ ประเทศไทยมีศักยภาพสูงในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ พลั ง งานแสงอาทิ ต ย์ ม าใช้ จึ ง จํ า เป็ น ต้ อ งมี ก ารศึ ก ษาการใช้ ในการทําแห้งผลิตผลเกษตรเนื่องจากมีแสงอาทิตย์เกือบตลอดปี พลังงานความร้อนเสริมจากเชื้อเพลิงอื่นร่วมด้วยในช่วงเวลาที่ไม่ จึ ง นิ ยมทํ ากั น โดยทั่ วไป ทั้ งใน ระดั บ ชาวบ้ านและระดั บ มี แ สงอาทิ ต ย์ มี ง านวิ จั ย ออกแบบสร้ า งโรงอบแห้ ง พลั ง งาน อุตสาหกรรมคือการตากแห้ง เพราะง่ายและสิ้นเปลืองค่าใช้จ่าย แสงอาทิตย์สะสมความร้อนแบบภาวะเรือนกระจก โดยออกแบบ น้ อ ย แต่ มี ปั ญ หาคื อ ผลิ ต ภั ณ ฑ์ ที่ ไ ด้ ไ ม่ ถู ก สุ ข ลั ก ษณะมี ก าร โรงอบแห้ง ขนาด 6.00 m x 6.00 m x 2.00 m (กว้าง x ยาว x ปนเปื้อน จากฝุ่นละออง รวมทั้งมีแมลงรบกวน และยังมีข้อจํากัด สูง) คลุ มด้ วยพลาสติ ก ชนิ ด LDPE ป้ องกั น รังสี อุล ตร้าไวโอเลต อันเนื่องมาจากฝนตกทําให้ไม่สามารถตากแห้งได้ (บงกชและสุข (UV) มีการติดตั้งชุดความร้อนจากก๊าซหุงต้มเป็นพลังงานความ ฤดี, 2550) จึงได้มีงานวิจัยในการสร้างเครื่องอบหรือโรงอบแห้งที่ ร้อนร่วม (Figure 2) จากการทดสอบใช้พลังงานความร้อนร่วม ใช้พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์จํานวนมาก เช่น โรงอบแห้ง แก๊สหุงต้ม(LPG) ในช่วงเวลากลางคืน พบว่ามีอัตราการใช้แก๊ส -1 พลังงานแสงอาทิตย์แบบเรือนกระจกที่ใช้หลักการสะสมความ สิ้ น เปลื อ งมากเฉลี่ ย 2 kg hr ที่ อุ ณ หภู มิ ภ ายนอกโรงอบแห้ ง เฉลี่ย 27ºC เพื่อให้ได้อุณหภูมิภายในโรงอบแห้ง 50ºC การสร้าง ร้อนของเรือนกระจกกล่าวคือเมื่อรังสีดวงอาทิตย์ส่งผ่านกระจก ความร้อ นในโรงอบแห้ งโดยตรง มี การสู ญ เสี ยความร้อนไปกั บ หรือพลาสติกใสเข้าไปภายในแล้วเปลี่ยนเป็นความร้อน และแผ่ อากาศแวดล้อมมาก เพราะวัสดุคลุมโรงอบแห้งเป็นฉนวนที่ไม่ดี รังสีอินฟราเรดออกมา แต่ไม่สามารถผ่านกระจกหรือพลาสติก และยั ง พบปั ญ หาพลาสติ ก ที่ ใช้ ค ลุ ม มี อ ายุ ก ารใช้ ง านสั้ น ใช้ ไ ด้ ออกมาข้างนอกได้ ทําให้อากาศภายในโรงอบร้อนขึ้นโดยไม่ต้อง ประมาณ 2 ปี และเสี่ยงต่อการถูกทําลายจากสัตว์บางชนิด (เวียง ใช้แผงรับแสงอาทิตย์ สามารถลดค่าใช้จ่ายในการการก่อสร้างลง และคณะ, 2553) ได้ อุณหภูมิของอากาศภายในโรงอบแห้งตอนกลางวันที่มีแดด จะ สูงกว่าอุณหภูมิภายนอกเฉลี่ยมากกว่า 10ºC โดยโรงอบแห้งเป็น ทั้งตัวรับพลังงานแสงอาทิตย์และห้องอบแห้งผลิตภัณฑ์ในเครื่อง เดียวกัน ตัวอย่างเช่น กรมพั ฒ นาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์ พลั ง งานและภาควิ ช าฟิ สิ ก ส์ ค ณะวิ ท ยาศาสตร์ ม หาวิ ท ยาลั ย ศิลปากร (2547) ได้ทําการออกแบบโครงสร้างของตัวเครื่องให้ เป็นรูปทรงพาราโบลา ใช้แผ่นโพลีคาร์บอเนตใสคลุมห้องอบแห้ง ซึ่ ง โรงอบแห้ ง แบบนี้ มี มี ป ระสิ ท ธิ ภ าพและทนทานแต่ ต้ น ทุ น ค่อนข้างสูง (Figure 1)

Figure 2 Solar greenhouse dryer combined with LPG heat source.

Figure 1 Solar greenhouse dryer parabola shape.

40

จึงเป็นที่มาของงานวิจัยนี้โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อประยุกต์ใช้ โรงตากแห้งพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับเครื่องอบแห้งลมร้อนแบบ ชั้ น วางที่ ส ามารถประหยั ด พลั ง งานแก๊ ส หุ ง ต้ ม ได้ อ ย่ า งดี โดย

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 39-45 เปลี่ยนวิธีจากใช้ก๊าซหุงต้มสร้างความร้อนในห้องอบแห้งโดยตรง ที่มีการสูญเสียความร้อนเป็นอย่างมาก มาเป็นการใช้เครื่องอบลม ร้อนแบบชั้นวางความร้อนจากก๊าซหุงต้มแทน ซึ่งจะช่วยให้ลด การสู ญ เสี ย ของก๊ า ซหุ ง ต้ ม และแก้ ปั ญ หาการใช้ โ รงอบแห้ ง พลั ง งานแสงอาทิ ต ย์ ในช่ ว งไม่ มี แ ดดได้ เป็ น อย่ า งดี และเลื อ ก ผลิ ต ผลเกษตรที่ จ ะใช้ ในการทดสอบเพื่ อ การผลิ ต พริ ก แห้ ง และกล้วยตาก ซึ่งปัจจุบั นการตากพริกแห้งและกล้วยตากของ เกษตรกรไทยส่วนใหญ่ยังทํากันแบบไม่ถูกสุขอนามัย (Figure 3) (a) การตากพริกแห้ง (b) การทํากล้วยตาก

ณ กลุ่มสร้างและผลิต สถาบันวิจัยเกษตรวิศวกรรม กรมวิชาการ เกษตร การออกแบบและสร้างเครื่องอบแห้งลมร้อนแบบชั้นวางใช้ ก๊ า ซหุ ง ต้ ม เป็ น เชื้ อ เพลิ ง ความร้ อ น ตามแบบของสถาบั น วิ จั ย เกษตรวิศวกรรม กรมวิชาการเกษตร(วิบูลย์และคณะ, 2552) ณ กลุ่มวิจัยเกษตรวิศวกรรมหลังการเก็บเกี่ยว (Figure 4) โดยขนาด ตัวเครื่องอบ 1.22 m x 2.44 m x 1.22 m (กว้าง x ยาว x สูง) มี 4 ล้ อ ติ ด อยู่ ที่ ฐ าน สามารถเคลื่ อ นย้ า ยได้ ส ะดวก ถาดวาง ผลิ ต ภั ณ ฑ์ ทํ าด้ ว ยตะแกรงสเตนเลส ขนาด 0.75 m x 1.00 m (กว้าง x ยาว) จํานวน 20 ถาด หรือคิดเป็นพื้นที่การวาง 15 m2 ใช้พัดลมแบบไหลตัดแนวแกนให้กําลังลมแรงที่รอบต่ําความเร็ว รอบใบพัด 617 rpm m-1 มีความเร็วลมที่ 1.40 m s-1 มอเตอร์ ไฟฟ้าขนาด 0.75 kw ใช้แก๊สหุงต้มเป็นเชื้อเพลิงกําเนิดความร้อน ออกแบบให้มีการหมุนเวียนลมร้อนกลับ มาใช้ใหม่ทําให้ช่วยใน การประหยัดพลังงาน มีชุดควบคุมการตั้งอุณหภูมิซึ่งสามารถปรับ ได้ตามต้องการ อุณหภูมิที่ใช้อบแห้งขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์ที่นํามา อบแห้ง

(a)

Figure 4 Tray dryer using LPG heat source. (b) Figure 3 Chili drying (a) and banana drying (b) of farmer.

2.2 ทําการทดสอบอบแห้งพริกขี้หนูอินทรีย์สดพันธุ์หัวเรือ ณ

อ.ม่ว งสามสิบ จ.อุ บ ลราชธานี เก็บ ข้ อมูล ได้ แ ก่ อุณ หภู มิ ภายในและภายนอกโรงอบแห้ง ความชื้นสัมพั ทธ์อากาศ 2 อุปกรณ์และวิธีดําเนินการ แวดล้อม ปริมาณความชื้นพริกขี้หนูที่ลดลงจากการอบแห้ง 2.1 วัสดุอุปกรณ์ในการทดลอง ชั่งน้ําหนักแก๊สที่ใช้ไป วั ส ดุ เ กษตรที่ ใ ช้ ท ดสอบ พริ ก ขี้ ห นู อิ น ทรี ย์ พั น ธุ์ หั ว เรื อ 1) อบแห้งพริกโดยใช้เครื่องอบแห้งลมร้อนแบบชั้นวางใช้แก๊ส และกล้วยน้ําว้าสุก หุงต้มเป็นเชื้อเพลิงของสถาบันวิจัยเกษตรวิศวกรรม กรมวิชาการ ทํ า การออกแบบสร้ า งโรงอบแห้ ง พลั ง งานแสงอาทิ ต ย์ เกษตร อย่างเดียว ทําการตั้งอุณหภูมิในการอบที่ 60ºC ชั่งพริก ขนาด 6.00 m x 6.00 m x 1.80 m (กว้าง x ยาว x สู ง) หลั งคา ใส่ถาดๆละ 5 kg จํานวน 20 ถาด รวม 100 kg ทําการชั่งน้ําหนัก ทรงจั่ ว วั ส ดุ ค ลุ ม โรงอบด้ วยโพลี คาร์ บ อเนตใส โครงสร้ างถอด ถาดพริกตัวอย่างตั้งแต่เริ่มต้น และทุกๆชั่วโมง พร้อมทําการสุ่ม ประกอบเป็ นชิ้นได้ ถาดวางผลิตภั ณ ฑ์ ทํ าด้วยตะแกรงสเตนเลส ตัวอย่างพริกไปหาความชื้น ขนาด 0.75 m x 1.00 m (กว้าง x ยาว) จํานวน 20 ถาด โดยสร้าง 41

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 39-45 2) อบแห้งพริกโดยใช้โรงอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์สะสม ความร้อนแบบภาวะเรือ นกระจกอย่างเดียว ทํ าการชั่งพริก ใส่ ถาดๆละ 5 kg จํานวน 20 ถาด รวม 100 kg ตากในโรงอบแห้ง ทําการวัดอุณหภูมิ และความชื้นอากาศ ทั้งภายในและภายนอก โรงอบแห้ ง ด้ ว ย Data logger ทํ า การชั่ ง น้ํ า หนั ก พริ ก ที่ ต าก ตอนเช้าและตอนเย็นทุกวันเป็นเวลาประมาณ 7-10 วัน (การตาก จะใช้เวลานานกว่าการอบด้วยเครื่องอบลมร้อนมาก) สุ่มตัวอย่าง พริกไปหาความชื้น 3) อบพริ กโดยใช้ เครื่ องอบแห้ งลมร้ อนแบบชั้ น วางร่ วมกั บ โรงอบแห้ งพลังงานแสงอาทิ ตย์ สะสมความร้อนแบบภาวะเรือน กระจก ทําการชั่งพริกใส่ถาดๆละ 5 kg จํานวน 20 ถาด รวม 100 kg เริ่ ม ทํ า การอบแห้ ง พริ ก ด้ ว ยเครื่ อ งอบลมร้ อ นแบบชั้ น วาง ที่อุณหภูมิลมร้อน 60ºC เป็นเวลา 8 hr และต่อด้วยการตากแห้ง ด้วยโรงอบพลังงานแสงอาทิตย์ทําการชั่งพริกก่อนตาก เก็บข้อมูล แวดล้อมได้แก่ อุณหภูมิภายในและภายนอกโรงอบแห้ง ความชื้น สัมพัทธ์อากาศแวดล้อม ปริมาณความชื้นพริกขี้หนูที่ลดลงขณะทํา การอบแห้งโดยสุ่มตัวอย่างไปวัดความชื้น ชั่งน้ําหนักแก๊สที่ใช้ไป 2.3 ทดสอบอบแห้งกล้วยน้ําว้าสุก ทํากล้วยตาก โดยทดสอบ

แยกเป็น 3 กรณี เช่นเดียวกับการอบพริกแห้ง 1) ใช้เครื่องอบแห้งลมร้อนแบบชั้นวางอย่างเดียว โดยใช้กล้วย น้ํ า ว้ า ปอกเปลื อ กถาดละ 5 kg จํ า นวน 20 ถาด รวม 100 kg ตั้งอุณหภูมิในการอบที่ 75ºC 2) ใช้ก ล้วยน้ําว้าปอกเปลือกถาดละ 5 kg จํานวน 20 ถาด รวม 100 kg ตากไว้ในโรงอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์สะสมความ ร้อนแบบภาวะเรือนกระจกอย่างเดียว ตากในโรงอบแห้ง ทําการ วัด อุ ณ หภู มิ และความชื้ น อากาศ ทั้ ง ภายในและภายนอกโรง อบแห้งด้วย Data logger ทําการชั่งน้ําหนักกล้วยตาก ตอนเช้า และตอนเย็น ทุกวัน เป็น เวลาประมาณ 5 วัน สุ่มตัวอย่างกล้วย ตากไปหาความชื้น 3) ทํ า กล้ ว ยตากโดยใช้ เครื่ อ งอบแห้ ง ลมร้ อ นแบบชั้ น วาง ร่วมกับโรงอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์สะสมความร้อนแบบภาวะ เรือนกระจก ใช้กล้วยน้ําว้าปอกเปลือกถาดละ 5 kg จํานวน 20 ถาด รวม 100 kg เริ่มทําการอบแห้งกล้วยด้วยเครื่องอบลมร้อน แบบชั้นวาง ที่อุณหภูมิลมร้อน 75ºC เป็นเวลา 10 hr เก็บกล้วย หมักไว้ในถุงพลาสติก 1 คืน จากนั้นเอามาตากต่อในโรงตากแห้ง พลังงานแสงอาทิตย์ อีก 2 วัน

42

3 ผลและวิจารณ์

จากการอบแห้งพริกด้วยเครื่องอบลมร้อนแบบชั้นวางใช้ก๊าซหุง ต้มเป็นเชื้อเพลิงความร้อนโดยตั้งอุณหภูมิลมร้อนไว้ที่ 60ºC จะใช้ เวลาในการอบแห้งประมาณ 16 hr ปริมาณการใช้แก๊สหุงต้ม 14.5 kg หรือ 0.9 kg hr-1 ซึ่งการอบพริกติดต่อกันจนแห้งถึงความชื้นที่ ต้องการจะมีปัญหาความชื้นในไส้พริกที่ตกค้าง และจากการสังเกต พบว่าสีของพริกแห้งค่อนข้างดําเข้มส่งผลให้ราคาตกลง การผลิต พริกอินทรีย์ยังต้องการภาพลักษณ์การผลิตที่สะอาดเป็นธรรมชาติ ส่วนการอบกล้วยตากจะใช้อุณหภูมิลมร้อน 75ºC อบครั้งแรก 8 hr แล้วหมักไว้หนึ่งคืนหรืออย่างน้อย 10 hr เพื่อให้เกิดการเปลี่ยนจาก แป้ งเป็ นน้ํ าตาล จากนั้ นนํามาอบ 8 hr อีกครั้ง ใช้แก๊ส 16.5 kg หรือ 1 kg hr-1 (Figure 5) การอบแห้ งพริ ก และกล้ วยตากโดยใช้ โรงอบแห้ งพลั งงาน แสงอาทิตย์สะสมความร้อนแบบภาวะเรือนกระจกอย่างเดียว จะใช้ เวลาตาก 5-7 วั น ที่ มี แดดตลอดทั้ งวั น (Figure 6) โดยอุ ณ หภู มิ ภายในโรงอบแห้งเฉลี่ยสูงกว่าอุณหภูมิภายนอกโรงอบแห้ง มากกว่า 10ºC โดยทดสอบช่วงเวลา 8:00 o’clock 18:00 o’clock (Figure 7) ปัญหาที่พบเนื่องจากสภาวะแสงแดดไม่แน่นอนบางวันไม่มีแดด แสงน้อย หรือ ฝนตก การตากในโรงอบพลังงานแสงอาทิตย์จะมี ปัญหามากและอาจเกิดเชื้อราขึ้นได้ถ้าฝนตกติดต่อกันหลายวัน สําหรับปริมาณการลดความชื้นด้วยโรงตากพลังงานแสงอาทิตย์ สะสมความร้อนแบบภาวะเรือนกระจกจะขึ้นกับปริมาณความเข้ม ของแสงอาทิตย์ที่ทําให้อุณหภูมิในโรงอบแห้งสูงขึ้น กรณีแดดแรง จะลดความชื้นได้เร็วและมาก การอบพริกโดยการใช้เครื่องอบแห้งลมร้อนแบบชั้นวางร่วมกับ การใช้โรงตากพลังงานแสงอาทิตย์ โดยตั้งอุณหภูมิเครื่องอบลมร้อน ที่ 60ºC อบแห้งในช่วงแรก 8 hr จะสามารถลดความชื้นจากเริ่มต้น 78% ลดลงเหลือ 20% จะใช้แก๊สหุงต้มประมาณ 8 kg แล้วนําไป ตากด้ ว ยโรงอบแห้ งพลั งงานแสงอาทิ ต ย์ อี ก 2 วั น จะช่ ว ยให้ ประหยัดพลังงานความร้อนจากการใช้แก๊สหุงต้มลง 50% และได้ ผลิตภัณฑ์พริกแห้งที่มีสีสันดีกว่าการอบด้วยลมร้อนอย่างเดียว และ ไม่ มี ปั ญ หาความชื้ น ตกค้ างที่ ไส้ ก ลางพริ ก การทํ ากล้ วยตากก็ เช่นเดียวกัน เริ่มจากการอบด้วยเครื่องอบแห้งลมร้อนแบบชั้นวาง ใช้แก๊สหุงต้มเป็นเชื้อเพลิง ตั้งอุณหภูมิลมร้อนที่ 75ºC อบนาน 10 hr ใช้ แก๊ ส 11 kg หรือ 1.1 kg hr-1 จากนั้ นนํ าไปหมั กไว้หนึ่ งคื น เพื่ อให้ แป้ งเปลี่ ยนเป็ นน้ํ าตาลแล้ วนํ ามาตากในโรงตากพลั งงาน แสงอาทิตย์อีก 2 วันจะสามารถลดความชื้นจากเริ่มต้น 65% ลดลง เหลือ 22% ทั้งนี้ขึ้นกับลักษณะของกล้วยด้วย

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 39-45

Figure 6 Using solar greenhouse dryer for chili and banana drying.

Figure 5 Using tray dryer for chili and banana drying.

Figure 7 Comparison of air temperatures and relative humidity between inside and outside solar greenhouse dryer. การใช้ เ ครื่ อ งอบลมร้ อ นร่ ว มกั บ โรงตากแห้ ง พลั ง งาน แสงอาทิตย์นี้มีข้อดีคือ กรณีแสงน้อยหรือฝนตกก็ไม่มีปัญหาการ เน่าเสียหรือเกิดเชื้อราเพราะค่าความชื้นในพริกหรือกล้วยตากได้ ลดลงมากแล้ว ซึ่งผลการทดสอบเปรียบเทียบข้อมูลการอบแห้ง พริก และกล้วยตากด้วยการอบแห้ง 3 วิธี ดังแสดงไว้ใน Table 1

Table 1 Result of drying chili and banana with tray dryer, solar greenhouse dryer and combined dryer.

Tray dryer Solar greenhouse dryer Combined LPG dryer chili banana chili banana chili banana Initial weight 100 100 100 100 100 100 (kgs) Initial M.C. 80 62 78 64 78 65 (% w.b.)

43

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 39-45 Tray dryer Solar greenhouse dryer Combined LPG dryer chili banana chili banana chili banana Final weight 23.7 48.7 25.0 46.7 25.0 45.0 (kgs) Final M.C. 12 22 12 23 13.8 22 (% w.b.)

Drying time 16 16 7 5 8 hrs, 10 hrs, hrs hrs days days 2day 2 days 60 75 75, Drying temperature Avg 45±10 Avg 45±10 60, ºC) Avg 45±10 Avg 45±10 ( LPG consumption (kg) 14.5 16.5 8.0 11.0 จากการทําการวิเคราะห์ทางหลักเศรษฐศาสตร์ในการอบพริก แห้งอินทรีย์สดคัดออก(ตกเกรดส่งเป็นพริกสด) และการทํากล้วย ตาก ด้วยเครื่องอบลมร้อนแบบชั้นวางใช้แก๊สหุงต้มเป็นเชื้อเพลิง ร่วมกับการใช้โรงตากแห้งพลังงานแสงอาทิตย์ โดยราคาเครื่อง 310,000 บาท อายุการใช้งาน 10 years ซึ่งแสดงไว้ใน Table 2 Table 2 Economic analysis of dried organic chili and dried banana by using of solar greenhouse dryer combined with tray dryer Product Break event Payback Rate of return point period (%) -1 (kg year ) (years) Dried Hua2,244 1.36 73 rue organic chili dried Namwa 6,646 4.04 24.74 banana อบพริกอินทรีย์ครั้งละ 100 kg ใช้เวลา 3 วัน เดือนละ 10 ครั้ง ปี ละ 120 ครั้ง หรือปี ละ 12,000 kg ค่ าใช้ จ่ายคงที่ ต่ อปี 42,470 บาท year-1 ต้นทุนค่าพริกอินทรีย์สดคัดทิ้ ง 12 บาทkg-1 100 kg เป็นเงิน 1,200 บาท ต้นทุนการใช้เครื่องอบแบบชั้นวางและโรงตากพลังงานแสงอาทิตย์ 1,907 บาทต่อครั้ง รวมต้นทุน 3,107 บาท พริกอินทรีย์คัดทิ้งสด 100 kg อบแล้วได้พริกแห้ง 25 kg ขาย 200 บาท kg-1 คิดเป็นเงิน 5,000 บาทต่ อ ครั้ ง มู ลค่ าเพิ่ มจากการทํ าพริ ก อิ น ทรี ย์ ตากแห้ ง 1,893 บาทต่อครั้ง หรือพริกสด 18.93 บาท kg-1 ดังนั้น จุดคุ้มทุน = 42,470 / 18.93 = 2,244 kg year-1 อบทํ า กล้ ว ยตากครั้ ง ละ 44

100 kg ใช้เวลา 3 วัน เดือนละ 10 ครั้ง ปี ละ 120 ครั้ง หรือปีละ 12,000 kg ค่ าใช้ จ่ ายคงที่ 42,470 บาท year-1 ต้ น ทุ น กล้ วย 10 บาท kg-1 ซึ่ง 100 kg เป็นเงิน 1,000 บาทต้นทุนการใช้เครื่องอบ แบบชั้นวางและโรงตากพลังงานแสงอาทิ ตย์ 1,907 บาทต่อครั้ง รวมต้นทุน 2,907 บาท กล้วยอบ 100 kg อบแล้วได้กล้วยตาก 45 kg ขาย 80 บาท kg-1 คิดเป็นเงิน 3,600 บาทต่อครั้ง มูลค่าเพิ่มจาก การทํ ากล้ วยตาก 693 บาทต่ อครั้ ง หรื อ 6.39 บาท kg-1 ดั งนั้ น จุดคุ้มทุน = 42,470 / 6.39 = 6,646 kg year-1 4 สรุป

การใช้โรงตากแห้งพลังงานแสงอาทิ ตย์สะสมความร้อนแบบ ภาวะเรือนกระจกร่วมกับการใช้เครื่องอบแห้งลมร้อนแบบชั้นวางใช้ ก๊าซหุงต้มเป็นเชื้อเพลิงมาใช้ในการทําแห้งผักและผลไม้บางชนิด นับเป็นวิธีการที่สามารถมาแก้ปัญหาข้อจํากัดของการใช้พลังงงาน ความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่ใช้ได้เฉพาะช่วงเวลามีแสง โดยมีหลัก ง่ายๆ ว่าถ้าปริมาณแสงแดดมากก็ใช้โรงตากพลังงานแสงอาทิตย์ ถ้า มี ทั้ งปริ ม าณแสงแดดและปริ มาณผลผลิ ตมากก็ ใช้ ทั้ งสองแบบ ร่วมกัน ถ้ามีฝนตกชุก(ฤดูฝน) ก็ใช้เครื่องอบแห้งลมร้อนแบบชั้นวาง ซึ่งการจัดการที่ดีจะช่วยให้ได้ประสิทธิภาพเหมาะสมสูงสุด ข้อแนะนํา 1) การลงทุนควรมีปริมาณพริกมากพอที่จะใช้เครื่องอบแห้งได้ อย่างคุ้มค่า เช่นการรวมเป็นกลุ่มเกษตรกรผลิตพริกอินทรีย์ เป็น ต้น 2) การใช้เครื่องอบแห้งลมร้อนแบบชั้นวางร่วมกับโรงอบแห้ง พลังงานแสงอาทิตย์สะสมความร้อนแบบภาวะเรือนกระจกสามารถ ทํางานได้สะดวกขึ้นถ้าได้ออกแบบสร้างให้มีระบบลําเลียงถึงกันใน ส่วนของชั้นรถเข็น เมื่อต้องการจะเคลื่อนถาดผลิตภัณฑ์ระหว่าง

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 39-45 เครื่องอบลมร้อนแบบชั้ นวางกั บโรงอบแห้ งพลั งงานแสงอาทิ ตย์ (Figure 8)

สามสิบ จ.อุบลราชธานี ที่สนับสนุนสถานที่และพริกอินทรีย์ใน การทดสอบเก็บข้อมูล 6 เอกสารอ้างอิง

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน และ ภาควิชา ฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยศิลปากร. 2547. การ พัฒนาสาธิตและเผยแพร่เครื่องอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์

สําหรับผลิตผลทางการเกษตร. รายงานวิจัยปี 2547. บงกช ประสิทธิ์, สุขฤดี นาถกรณกุล. 2550. การใช้เครื่องอบแห้ง พลั ง งานแสงอาทิ ต ย์ แ บ บอุ โ มงค์ แ ป รรู ป ผลิ ต ผลทาง การเกษตร. วิทยาลัยพลังงานทดแทน มหาวิทยาลัยนเรศวร จังหวัดพิษณุโลก. วิ บู ล ย์ เทเพนทร์ , เวี ย ง อากรชี , อั ค คพล เสนาณรงค์ . 2552. เครื่องอบแห้งผักและผลไม้เอนกประสงค์. รายงานประจําปี งานวิจัยสิ้นสุดปี 2552. กรมวิชาการเกษตร กระทรวงเกษตร และสหกรณ์ เวียง อากรชี, วิบูลย์ เทเพนทร์, อัคคพล เสนาณรงค์ 2553. วิจัย และพัฒนาโรงอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์และความร้อนร่วม สํ า หรั บ การลดความชื้ น ผลิ ต ผลเกษตร. รายงานประจํ า ปี งานวิจัยสิ้นสุด 2553. กรมวิชาการเกษตร. กระทรวงเกษตร และสหกรณ์.

Figure 8 Model of absolute using solar greenhouse dryer combined with tray dryer.

5 กิตติกรรมประกาศ

ผู้วิจัยขอขอบคุณ กรมวิชาการเกษตร กระทรวงเกษตรและ สหกรณ์ ที่ ใ ห้ ทุ น สนั บ สนุ น งานวิ จั ย ขอขอบ คุ ณ เจ้ า หน้ า ที่ ศูนย์วิจัยเกษตรวิศวกรรมจันทบุรี เจ้าหน้าที่กลุ่มวิจัยวิศวกรรม หลั ง การเก็ บ เกี่ ย ว เจ้ า หน้ า ที่ ฝ่ า ยสร้ า งและผลิ ต สถาบั น วิ จั ย เกษตรวิ ศ วกรรม ที่ ส นั บ สนุ น การสร้ า งและทดสอบการใช้ โรง อบแห้ ง พลั ง งานแสงอาทิ ต ย์ ขอขอบคุ ณ เจ้ า หน้ า ที่ นั ก วิ จั ย สํ า นั ก วิ จั ย และพั ฒ นาเขตที่ 4 กรมวิ ช าการเกษตร และ ขอขอบคุณ คุณวิเชียร ชีช้าง เกษตรกรทําไร่พริกอินทรีย์ อ.ม่วง

45

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 46-55

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559) 46-55 Available online at www.tsae.asia

บทความวิจัย ISSN 1685-408X

การศึกษาความสามารถของการใช้วิธีสุญญากาศเพื่อการกําจัดด้วงงวงข้าวโพด Study on the Efficacy of Vacuum Treatment for Disinfesting Silophilus zeamais ธีรเดช เดชทองจันทร์1, วัชรพล ชยประเสริฐ1*, เอนก สุขเจริญ2 Teeradech Dechthongjun1, Watcharapol chayapasert1*, Anak Sukcharoen2 1ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร,

คณะวิศวกรรมศาสตร์ กําแพงแสน, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกําแพงแสน, นครปฐม, 73140 of Agricultural Engineering, Faculty of Engineering at Kamphaengsaen, Kasetsart University - Kamphaengsaen Campus, Nakhon Pathom, 73140 2ฝ่ายเครื่องจักรกลการเกษตรแห่งชาติ, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกําแพงแสน, นครปฐม, 73140 2National Agricultural Machinery Center, Kasetsart University – Kamphaengsaen Campus, Nakhon Pathom, 73140 *Corresponding author: Tel: +66-34-351-896, Fax: +66-34-351-896, E-mail: fengwpc@ku.ac.th 1Department

บทคัดย่อ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาความสามารถของการใช้วิธีสุญญากาศเพื่อการกําจัดแมลงปนเปื้อนในข้าวเปลือก ซึ่งเป็นแนวทาง ใหม่สําหรับการป้องกันและกําจัดแมลงศัตรูในโรงเก็บในประเทศไทย โดยประเมินผลกระทบของระยะเวลากําจัด, ความดัน และอุณหภูมิ ต่อเปอร์เซ็นต์การตายของ Sitophilus zeamais (ด้วงงวงข้าวโพด) เปอร์เซ็นต์การตายของตัวอย่างแมลง 2 ชุด คือ แมลงระยะไข่ (อายุ 0 – 2 d) และระยะตั ว เต็ ม วั ย (คละเพศ) (อายุ ม ากกว่ า 7 d) ถู ก ประเมิ น ที่ 4 ระดั บ ความดั น คื อ 50±10, 100±10, 300±10 และ 500±10 mmHg และที่อุณหภูมิแวดล้อม 3 ระดับ คือ 20, 30 และ 40°C LT99 (lethal exposure time ที่เปอร์เซ็นต์การตาย 99%) ของแมลงระยะไข่และระยะตัวเต็มวัยมีค่าอยู่ในช่วง 15.29 – 198.97 และ 1.22 – 130.86 h ตามลําดับ ที่เงื่อนไขการทดลองเดียวกัน ระยะ ไข่ของ S. zeamais มีความต้านทานต่อสภาวะสุญญากาศมากกว่าระยะตัวเต็มวัย นอกจากนี้ เมื่อความดันต่ําลงและ/หรืออุณหภูมิสูงขึ้น วิธีสุญญากาศมีประสิทธิภาพสูงขึ้น ความสามารถในการกําจัดแมลงของวิธีสุญญากาศ ถูกเปรียบเทียบกับวิธีรมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยทํา ทดลองกําจัดแมลงในโครงสร้างถุง PVC บรรจุข้าวเปลือก 150 kg ที่อุณหภูมิห้อง วิธีสุญญากาศที่ความดันภายในโครงสร้างไม่เกิน 100±10 mmHg และระยะเวลากําจัดไม่น้อยกว่า 8 d มีความสามารถในการกําจัด S. zeamais เทียบเคียงได้กับวิธีรมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เมื่อ พิ จารณาผลของงานวิจั ยนี้ ร่วมกับผลการทดลองของนั กวิจัยกลุ่มอื่ นๆ คณะผู้ วิจัยให้ ข้อเสนอแนะว่า การใช้วิธีสุญญากาศในการกําจั ด S. zeamais ควรใช้ความดันภายในโครงสร้างที่ต่ํากว่า 100±10 mmHg และระยะเวลากําจัดไม่น้อยกว่า 8 d คําสําคัญ: วิธีสุญญากาศ, ด้วงงวงข้าวโพด, ระยะเวลากําจัด Abstract The objective of this research was to study the effects of exposure time, pressure and surrounding temperature on the mortality of eggs and adults of Sitophilus zeamais. Eggs (0 – 2 d) and adults (> 7 d) of S. zeamais were exposed to different combinations of four pressures (50±10, 100±10, 300±10 and 500±10 mmHg) and three temperatures (20, 30 and 40°C). The LT99 (lethal exposure time at 99% mortality) of eggs and adults were in ranges of and 15.29 – 198.97 1.22 – 130.86h, respectively. At the same pressure and temperature, eggs were more tolerant to vacuum than adults stage. Decreasing pressure and/or increasing temperature led to a higher efficacy of the vacuum treatment. In order to compare the efficacy of vacuum treatment against carbon dioxide fumigation, trials were conducted in PVC enclosures containing 150 kg of paddy at room temperature.

Vacuum treatment at 100±10 mmHg for 8 d yielded higher insect mortality rates comparable to those of carbon dioxide fumigation. Considering the findings in the present study and those established by other researchers, exposure time of at least 8 d at pressure lower than 100±10 mmHg is recommended for disinfesting S. zeamias.

Keywords: Vacuum treatment, Sitophilus zeamais, Exposure time 46

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 46-55 1 บทนํา

2 อุปกรณ์และวิธีการ

ในระหว่างการเก็บรักษา ผลผลิตกลุ่มของธัญพืชโดยเฉพาะข้าว มักเกิ ดความเสียหาย ซึ่งมีสาเหตุหลักมาจากการเข้าทํ าลายของ แ ม ล งศั ต รู ใน โรงเก็ บ (stored-product insect pests) เช่ น Rhyzopertha dominica (มอดข้าวเปลือก), Sitophilus oryzae (ด้ ว ง ง ว ง ข้ า ว ), Sitophilus zeamais (ด้ ว ง ง ว ง ข้ า ว โพ ด ) และ Corcyra cephalonica (ผี เสื้ อข้ าวสาร) วิ ธีสุ ญ ญากาศเป็ น วิธีกําจัดแมลงศัตรูในโรงเก็บด้วยวิธีการควบคุมความดันภายใน โครงสร้างปิดที่ต่ํากว่าบรรยากาศ ซึ่งปริมาณออกซิเจนในโครงสร้าง จะต่ําลงถึงระดับที่เป็นอันตรายต่อการมีชีวิตของแมลง (Navarro, 2006) นอกจากนี้ ระดับความดันต่ํากว่าบรรยากาศได้ถูกใช้ทดสอบ กับแมลงศัตรูในโรงเก็บที่อุณหภูมิแวดล้อมต่างๆ กัน (Calderon et al., 1966; Navarro and Calderon, 1972; Mbata and Phillips, 2001a; Mbata et al., 2004) ในต่างประเทศ วิธีสุญญากาศถูกใช้ ร่วมกับโครงสร้างปิดในระดับการค้า เพื่อเก็บรักษาผลผลิตธัญพืช (Navarro et al., 2001; Finkelman et al., 2003a) การรมยา (fumigation) เป็ น วิ ธี ก ารควบคุ ม แมลงศั ต รู ใ น โรงเก็บที่นิยมและถูกใช้อย่างแพร่หลาย ซึ่งสารรมที่นิยมใช้ ได้แก่ เมทิ ล โบรไมด์ (methyl bromide), ฟ อสฟี น (phosphine) และซัลฟูริลฟลูออไรด์ (sulfuryl fluoride) สารเมทิลโบรไมด์ถูก ควบคุมและยกเลิกการใช้ตามข้อกําหนดของพิธีสารมอนทรีออล (UNEP, 2000) เนื่องจากโมเลกุลของก๊าซเมทิลโบรไมด์จะทําลาย ชั้นบรรยากาศโอโซน (atmospheric ozone layer) สารซัลฟู ริลฟลูออไรด์ (sulfuryl fluoride) เป็นสารรมที่ยังไม่ถูกใช้อย่าง แพร่หลาย ในขณะที่ สารฟอสฟีนที่อยู่ในรูปของอลูมิเนียมฟอส ไฟ ด์ (aluminium phosphide) ห รื อ แมกนี เ ซี ย มฟ อสไฟ ด์ (magnesium phosphide) จะมีราคาถูก แต่มีข้อจํากัดในการใช้ งาน เช่ น การรมด้ ว ยฟอสฟี น จํ าเป็ น ต้ องใช้ เวลานานกว่า 7 d (วัน) ขึ้นไป และปัญหาความต้านทานของแมลงต่อฟอสฟีนที่เพิ่ม มากขึ้น (Bell et al., 1984; Bell and Wilson, 1995; Collins et al., 2005; Steuerwald et al., 2006) ด้ ว ยเหตุ นี้ ก ารหา แนวทางใหม่ เพื่ อ กํ า จั ด แมลงศั ต รู ในโรงเก็ บ จึ ง มี ค วามจํ า เป็ น ดังนั้น งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาความสามารถของ การใช้วิธีสุญ ญากาศเพื่อการกําจัดแมลงปนเปื้อนในข้าวเปลือก ซึ่งเป็นแนวทางใหม่สําหรับการป้องกันและกําจัดแมลงศัตรูในโรง เก็บในประเทศไทย โดยประเมินผลกระทบของระยะเวลากําจัด (exposure time), ความดัน และอุณหภูมิ ต่อเปอร์เซ็นต์การตาย (%mortality) ของ Sitophilus zeamais ระยะไข่และระยะตัว เต็มวัย

2.1 การเตรียมแมลงเพื่อใช้ทดสอบ

ระยะไข่ แ ละระยะตั ว เต็ ม วั ย (คละเพศ) ของ S. zeamais ถูกนํามาใช้สําหรับงานวิจัยในครั้งนี้ โดยในการเตรียม S. zeamais ระยะไข่ (อายุ 0 – 2 d) ทํ าโดยการปล่อย S. zeamais ระยะตั ว เต็มวัย (คละเพศ) ที่มีอายุมากกว่า 7 d จํานวน 1,500 ตัวเพื่อให้ วางไข่บนข้าวกล้อง 200 g (กรัม) ที่บรรจุในขวดขยายพันธุ์ ซึ่งเป็น ขวดพลาสติกขนาด 950 ml (มิลลิลิตร) เป็นเวลา 2 d และเลี้ยงที่ สภาวะห้อง หลังจากนั้น ทําการย้ายตัวเต็มวัยออกจากข้าวกล้องให้ หมดก็จะได้ข้าวกล้องที่ถูกวางไข่ นําข้าวกล้องดังกล่าวมาแบ่งบรรจุ ในขวดเก็ บ ตั ว อย่ า งแมลงขนาด 20 ml ปริ ม าณขวดละ 10 g สําหรับการเตรียมตัวอย่างแมลงระยะตัวเต็มวัย ก่อนการทดลอง 1 d S. zeamais ระยะตัวเต็มวัย (คละเพศ) ที่มีอายุมากกว่า 7 d จะ ถูกคัดแยกจากขวดขยายพันธุ์ไปสู่ขวดพลาสติกเก็บตัวอย่างแมลง ขนาด 20 ml ที่บรรจุข้าวกล้อง 5 g จํานวนขวดละ 30 ตัว ขวดเก็บ ตัวอย่างแมลงทั้งหมดเป็นขวดพลาสติก ที่ฝาขวดถูกเจาะรูประมาณ 5 mm (มิ ล ลิ เมตร) และถู ก ปิ ด ด้ วยตาข่ ายสเตนเลส (stainless steel mesh) ขนาด 100 mesh/inch (ช่องต่อนิ้ว) 2.2 การศึกษาผลกระทบของระยะเวลากําจัด, ความดัน และ

อุณหภูมิ ต่อการตายของแมลง การทดลองนี้ ศึ กษาผลกระทบต่ อเปอร์ เซ็ นต์ การตายของ S. zeamais 2 ระยะการเจริ ญ เติ บ โตคื อ ระยะไข่ (อายุ 0 – 2 d) และระยะตัวเต็มวัย (คละเพศ) (อายุมากกว่า 7 d) ที่ 4 ระดับความ ดัน คื อ 50±10, 100±10, 300±10 และ 500±10 mmHg และที่ อุณหภูมิแวดล้อม 3 ระดับ คือ 20, 30 และ 40°C ตัวอย่างแมลงทั้ง ระยะไข่และระยะตัวเต็มวัยถูกแบ่งออกเป็น 7 กลุ่ม โดยที่ กลุ่มที่ 1 – 6 คือ ตัวอย่างที่ถูกทดลอง และกลุ่มที่ 7 คือ ตัวอย่างควบคุม แต่ ละกลุ่มประกอบด้วยขวดเก็บตัวอย่างแมลงขนาด 20 ml จํานวน 10 ขวด ซึ่งแต่ละขวดถูกกําหนดให้เป็นตัวอย่าง 1 ซ้ํา ของแต่ละเงื่อนไข การทดลอง ตัวอย่างแมลงทั้ ง 7 กลุ่ม ถูกบรรจุในขวดสุญญากาศ (ขวดอะลู มิ เนี ยมปิ ดด้ วยฝาเกลี ยวปิ ดสนิ ทขนาด 1,750 ml) ขวด สุญญากาศที่บรรจุตัวอย่างแมลงกลุ่มที่ 1 – 6 ถูกต่อกับระบบความ คุ ม ความดั น และเก็ บ รั ก ษาไว้ ในตู้ ค วบคุ ม อุ ณ หภู มิ ที่ อุ ณ หภู มิ เป้าหมาย±1°C Figure 1 แสดงตัวอย่างขวดสุญญากาศที่ถูกติดตั้ง เข้ากับระบบควบคุมความดันด้วยท่อพลาสติกชนิด polyurethane (PU) ระบบควบคุ ม ความดั น มี ชุ ด PLC (programmable logic controller) (FPG-C3 2 T, Panasonic Electric Works Europe AG, Holzkirchen, Germany), ปั๊ ม สุ ญ ญ าก าศ ข น าด 1 hp (IM 235D, manufacturer unknown) และเซ็ นเซอร์ วั ดความดั น 47

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 46-55 (AP-41, Keyence Corp., Osaka, Japan) เป็ นส่ วนประกอบหลั ก ซึ่งระบบสามารถควบคุมให้ความดันภายในขวดสุญญากาศอยู่ภายใน ±10 mmHg ของความดั นเป้ าหมายตลอดระยะเวลาการทดลอง อุ ณ หภู มิ ข องอากาศภายในตู้ ค วบคุ ม อุ ณ หภู มิ ถู ก บั น ทึ ก ด้ ว ย temperature data logger (H08- 003- 02, Onset Computer Corp., Massachusetts, U.S.A.) ทุ กๆ 5 min (นาที ) ความดั น ภายในขวดสุญญากาศถูกบันทึกทุกๆ 2 min โดยระบบควบคุมความ ดั น แมลงกลุ่ ม ที่ 7 จะถู ก เก็ บ รั ก ษาไว้ ที่ ส ภาวะห้ อ ง เพื่ อ ใช้ เปรียบเทียบกับตัวอย่างที่ผ่านการทดลองในระหว่างการทดลอง ตัวอย่างแมลงทั้งระยะไข่และระยะตัวเต็มวัยถูกสุ่มเก็บออกจาก การทดลอง 1 กลุ่ ม /ครั้ ง (จํ า นวนการสุ่ ม ทั้ ง หมด 6 ครั้ ง ) ระยะเวลาของการสุ่มเก็บตัวอย่าง (i.e., exposure time) จะอยู่ ในช่วง 15 min – 336 h ซึ่งขึ้นอยู่กับปัจจัยของการทดลองนั้นๆ ได้แ ก่ ระยะการเจริญ เติบ โตของแมลง ความดัน และอุณ หภู มิ แวดล้อม ตัวอย่างแมลงระยะไข่และระยะตัวเต็มวัยที่ผ่านการ ทดลองแล้ ว จะถู ก เก็ บ รั ก ษาที่ ส ภาวะห้ อ ง และถู ก ตรวจสอบ จํานวนแมลงที่ถูกกําจัด เพื่อคํานวณเปอร์เซ็นต์การตาย

1, 1 และ 3 ครั้ง ตามลํ า ดั บ ) ซึ่ งถู ก ควบคุ ม โดยระบบควบคุ ม ความดันที่กล่าวไว้ในหัวข้อ 2.2 จากการทดลองในหัวข้อ 2.2 ที่ อุณหภูมิ 20°C LT99 ของ S. zeamais ระยะไข่มีค่าอยู่ที่ 198.97 h หรือประมาณ 8 d ดังนั้น การทดลองด้วยวิธีสุญญากาศแต่ละ ครั้งจะใช้เวลา 8 d ในขณะที่ โครงสร้างถุงที่ 1 อยู่ในระหว่างการ ทดลองด้ ว ยวิ ธี สุ ญ ญากาศแต่ ล ะครั้ ง โครงสร้ า งถุ ง ที่ 2 ถู ก ใช้ ทดลองกําจัดแมลงด้วยวิธีรมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ นาน 14 d ควบคู่ กั น โดยที่ ก ารทดลองทั้ ง 2 วิ ธี เริ่ม ต้ น ณ เวลาเดี ย วกั น Food and Fertilizer Technology Center (2015) แนะนํ า ให้ รักษาความเข้มข้นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ให้สูงกว่า 35% เป็น เวล าอ ย่ างน้ อ ย 15 d ใน งาน วิ จั ย นี้ ค วาม เข้ ม ข้ น ก๊ าซ คาร์ บ อนไดออกไซด์ ถู ก ควบคุ ม ให้ อ ยู่ ร ะหว่ า ง 40–70% ด้ ว ย ระบบควบคุมความเข้มข้นซึ่งมีชุด PLC (FPG-C32T, Panasonic Electric Works Europe AG, Holzkirchen, Germany), เซ็นเซอร์วัดความเข้มข้นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (Single-AGM plus, Sensors Europe GmbH, Erkrath, Germany) และถั ง ก๊ า ซคาร์ บ อนไดออกไซด์ อั ด ความดั น เป็ น ส่ ว นประกอบหลั ก Figure 2 แสดงการติดตั้งอุปกรณ์ต่างๆ เข้ากับโครงสร้างถุง PVC

Figure 1 Pressure control system used in this study.

2.3 การเปรียบเทียบความสามารถในการกําจัดแมลง

คณะผู้วิจัยเปรียบเทียบความสามารถในการกําจัดแมลงของ วิ ธี สุ ญ ญากาศ กั บ วิ ธี ร มก๊ า ซคาร์ บ อนไดออกไซด์ (carbon dioxide) โดยทํ า ทดลองกํ า จั ด แมลงในโครงสร้ า งถุ ง PVC (polyvinyl chloride) ที่อุณหภูมิห้อง โดยความสามารถในการ กํ า จั ด แมลงจะถู ก พิ จ ารณาจากเปอร์ เ ซ็ น ต์ ก ารตายของ S. zeamais ระยะไข่ และระยะตั ว เต็ ม วั ย โครงสร้ า งถุ ง ขนาด 1.8 m (เมตร) × 2.0 m จํานวน 2 ถุง ซึ่งภายในบรรจุข้าวเปลือก ปริมาณ 150 kg ถูกสร้างจากแผ่นพลาสติก PVC หนา 0.2 mm เชื่อมปิดด้วยความร้อน (Figure 2) ข้าวเปลือกถูกบรรจุอยู่ใน กระสอบป่านกระสอบละ 25 kg จํานวน 6 กระสอบ โครงสร้าง ถุ ง ที่ 1 ถู ก ใช้ ท ดลองร่ ว มกั บ วิ ธี สุ ญ ญากาศที่ ร ะดั บ ความดั น 500±10, 300±10 และ 100±10 mmHg (ทําการทดลองจํานวน 48

Figure 2 PVC enclosures filled with 150 kg of paddy under vacuum treatment (top) and carbon dioxide fumigation (bottom). การทดลองแต่ละครั้งมีตัวอย่างแมลง 2 ระยะการเจริญเติบโต คือ ระยะไข่ (อายุ 0 – 2 d) และระยะตัวเต็ม วัย (อายุ > 7 d) ของ S. zeamais ชุดละ 30 ขวดเก็บตัวอย่างแมลง (การเตรียม ตัวอย่างแมลงถูกอธิบายอยู่ในหัวข้อ 2.1) ตัวอย่างแมลงแต่ละชุด ถูกสุ่มแบ่งเป็น 3 กลุ่ม กลุ่มละ 10 ขวดเก็บตัวอย่าง ตัวอย่างกลุ่ม

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 46-55 ที่ 1 คื อ ตั ว อย่ า งควบคุ ม ซึ่ ง ไม่ ผ่ า นการทดลองกํ า จั ด แมลง และจะถู ก เก็ บ รั ก ษาในสภาวะห้ อ ง ตั ว อย่ า งกลุ่ ม ที่ 2 และ 3 จะถูกวางไว้ภายในโครงสร้างถุง PVC ในการทดลองกําจัดแมลง ด้วยวิธีสุญญากาศและวิธีรมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ตามลําดับ ค่ า ความดั น และความเข้ ม ข้ น ก๊ า ซคาร์ บ อนไดออกไซด์ ภ ายใน โครงสร้างถุงจะถูกบันทึกทุกๆ 2 และ 8 min ตามลําดับ อุณหภูมิ บ รรยาก าศ ภ ายน อ ก โค รงส ร้ า งถุ ง PVC ถู กบั น ทึ ก ด้ วย temperature data logger logger (H08-003-02, Onset Computer Corp., Massachusetts, U.S.A.) เมื่ อ สิ้ น สุ ด ก าร ทดลอง (i.e., วันสุดท้ายของการทดลอง) ตัวอย่างแมลงที่ผ่านการ ทดลองจะถูกเก็บรักษาในสภาวะห้อง และถูกนับจํานวนแมลงที่ ถูกกําจัดเพื่อหาเปอร์เซ็นต์การตายต่อไป 2.4 การคํานวณและวิเคราะห์เปอร์เซ็นต์การตายของตัวอย่าง

แมลง ทําการสุ่มตัวอย่างแมลงระยะตัวเต็มวัย หลังจากการทดลอง 1 d โดยแมลงจะถู ก คั ด แยกและนั บ จํ า นวนแมลงที่ ร อดชี วิ ต (แมลงที่เคลื่อนไหวได้) และแมลงที่ตาย (แมลงที่ไม่เคลื่อนไหว) เปอร์ เซ็ น ต์ ก ารตายของแมลงระยะตั ว เต็ ม วั ย ใน 1 ขวดเก็ บ ตัวอย่างแมลงจะถูกคํานวณด้วยสมการที่ 1 %mortality adult =

KA TA

×100

(1)

โดยที่ KA คือ จํานวนแมลงตัวเต็มวัยที่ตาย และ TA คือ จํานวน แมลงระยะตัวเต็มวัยทั้งหมดใน 1 ขวดเก็บตัวอย่าง (i.e., 30 ตัว) ตัวอย่างแมลงระยะไข่จะถูกคัดแยกและนับจํานวนแมลง เมื่อเวลา ผ่านไป 40 d หลังการจากเริ่มการทดลองนั้นๆ และเปอร์เซ็นต์ การตายของแมลงระยะไข่ ใน 1 ขวดเก็ บ ตั ว อย่ า งแมลงจะถู ก คํานวณด้วยสมการที่ 2 %mortality egg =

TE-SE TE

×100

(2)

สําหรับการคํานวณเปอร์เซ็นต์การตายของแมลงระยะไข่สามารถ ทําได้โดยการนับจํานวนแมลงระยะหนอน ระยะดักแด้ และระยะ ตัวเต็มวัย ที่เกิดหลังจากการทดลอง 40 d โดยกําหนดให้จํานวน แมลงทั้งหมดที่พบในกลุ่มการทดลองคือ SE และจํานวนแมลงที่ พบทั้งหมดในกลุ่มควบคุมคือ TE ดังนั้น เปอร์เซ็นต์การตายของ ระยะไข่จึงถูกคํานวณจากผลต่างระหว่างจํานวนของไข่แมลงที่ฟัก ตัวในกลุ่มควบคุมและจํานวนไข่แมลงที่ฟักตัวในกลุ่มการทดลอง (i.e., TE ลบด้วย SE)

นอกจากนี้ ผลการทดลองในหัวข้อ 2.2 จะถูกวิเคราะห์หาค่า LT (lethal exposure time) ที่เปอร์เซ็นต์การตาย 50, 90 และ 99% (i.e., LT50, LT90 และ LT99 ตามลําดับ) ด้วยการวิเคราะห์ Probit (Probit analysis) (Vincent, 2015) โดย ที่แต่ละเงื่อนไข การทดลอง เปอร์ เซ็ น ต์ ก ารตายของแมลงในแต่ ล ะกลุ่ ม (i.e., ทั้งหมด 7 กลุ่ม) ถูกกําหนดให้เป็นค่าเฉลี่ยของเปอร์เซ็นต์การตาย ของแมลงทั้ง 10 ขวดเก็บตัวอย่างในแต่ละกลุ่ม 3 ผลและวิจารณ์ 3.1 ผลของระยะเวลากําจัด, ความดัน และอุณ หภู มิแวดล้อม

ต่อเปอร์เซ็นต์การตายของแมลง Figure 3 เป็นตัวอย่างผลการทดลองในหัวข้อ 2.2 ซึ่งถูกแสดง ในรู ป ของข้ อมู ล เปอร์ เซ็ น ต์ การตายของ S. zeamais เที ยบกั บ ระยะเวลากําจัดที่ 4 ระดับความดันและอุณหภูมิ 20°C โดยทั่วไปที่ ทุกอุณหภูมิและทุกความดัน เปอร์เซ็นต์การตายของ S. zeamais มี แนวโน้ มสู งขึ้ น เมื่ อแมลงอยู่ ภายใต้ สภาวะสุ ญ ญากาศนานขึ้ น (i.e., ระยะเวลากําจัดเพิ่มขึ้น) อย่างไรก็ตาม ในการทดลองที่ระดับ ความดั น 30010 และ 50010 mmHg คณะผู้ วิ จั ยพบว่ าไม่ มี แมลงเกิดขึ้นภายในขวดเก็บตัวอย่างไข่แมลงที่ถูกสุ่มเก็บจากการ ทดลอง จึงเป็นสาเหตุให้ไม่สามารถคํานวณเปอร์เซ็นต์การตายของ แมลงระยะไข่ใน Figure 3c และ 3d ได้ Table 1 และ Table 2 แสดงค่า LT50, LT90 และ LT99 ของ S. zeamais ระยะไข่และระยะ ตัวเต็มวัย ตามลําดับ LT99 ของแมลงระยะไข่และระยะตัวเต็มวัยมี ค่าอยู่ในช่วง 15.29 – 198.97 และ 1.22 – 130.86 h ตามลําดับ ทั้ ง นี้ ในการทดลองที่ อุ ณ หภู มิ 20 และ 30°C, และความดั น 30010 และ 50010 mmHg คณะผู้วิจัยไม่สามารถหาค่า LT ของ S. zeamais ได้เนื่องจาก 1) มีจํานวนจุดข้อมูลเปอร์เซ็นต์การ ตายของแมลงไม่ เพี ยงพอ หรื อ 2) คณะผู้ วิ จั ยพบว่ าไม่ มี แมลง เกิดขึ้นภายในขวดเก็บตัวอย่างแมลงระยะไข่ที่ถูกสุ่มเก็บจากการ ทดลอง (Figure 3c และ 3d) ที่เงื่อนไขการทดลองเดียวกัน ระยะไข่ของ S. zeamais มีความ ต้านทานต่อสภาวะสุญญากาศมากกว่าระยะตัวเต็มวัย ยกตัวอย่าง เช่น ที่อุณหภู มิ 40°C และความดัน 30010 mmHg S. zeamais ระยะไข่และระยะตัวเต็มวัยมีค่า LT99 เท่ากับ 66.51 และ 21.71 h ตามลําดับ นอกจากนี้ เมื่อความดันต่ําลงและ/หรืออุณหภูมิสูงขึ้น วิธีสุญญากาศมีประสิทธิภาพสูงขึ้น โดยสังเกตได้จากค่า LT50, LT90 และ LT99 ที่ ต่ํ าลง ผลการวิ จั ย นี้ ส อดคล้ อ งกั บ ผลงานวิ จั ยของ Navarro et al. (2002) Finkelman et al. (2004) และ Mbata et al. (2005) ซึ่ ง ทดลองกํ า จั ด Lasioderma serricorne, Calloso49

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 46-55

% Mortality of insects

bruchus. maculates, Ephestia cautella, Plodia interpunctella และ Tribolium castaneum ด้ ว ยวิ ธี สุ ญ ญ ากาศ ซึ่ งพบว่ าความสามารถในการกํ าจั ด แมลงด้ วยวิ ธี สุ ญ ญากาศมี แนวโน้ ม เพิ่ ม ขึ้ น เมื่ อ ความดั น ลดลงและ/หรื อ อุ ณ หภู มิ เพิ่ ม ขึ้ น ยกตั วอย่ า งเช่ น ที่ ความดั น 100 mmHg ระยะไข่ ข อง L.

serricorne มี LT99 ลดลงจาก 136.0 ไปเป็น 75.0 และ 40.0 h เมื่ออุณ หภูมิเพิ่มขึ้นจาก 18 ไปเป็น 25 และ 30°C ตามลําดับ , และที่อุณ หภูมิ 30°C ระยะไข่ของแมลงชนิดนี้มีค่า LT99 ลดลง เป็ น 75.0 h ที่ ค วามดั น 25 mmHg นอกจากนี้ แมลงแต่ ล ะ ชนิดจะมีค่า LT99แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด

50

100 80 60 40 20 0 100 0 80 60 40 20 0 0

40 30 20 10 48

96

144

192

Exposure time (h)

240 0 48 96 144 192 240 288 336 50

Exposure time (h)

40 30 20 10

48

96

144

192

240 0 48 96 144 192 240 288 336

Exposure time (h) Figure 3 %mortality of S. zeamais adults (black dots) and eggs (white dot) and surrounding temperature (solid line) during the vacuum treatment experiment at 20°C and (a) 5010, (b) 10010, (c) 30010 แ ล ะ (d) 50010 mmHg. Table 1 Lethal exposure time at 50, 90 and 99%mortality of S. zeamais eggs as a result of the Probit analysis.

50

Pressure (mmHg)

LT50 (lower – upper)

50 100 300 500

55.22 (53.634 – 56.896) 73.05 (63.429 – 83.223) (-)a (-)a

50 100 300 500

27.61 (22.962 – 31.686) 31.72 (28.408 – 35.237) (-)a (-)a

Lethal exposure time (LT) (h) LT90 (lower – upper) LT99 (lower – upper) 20°C 77.44 (74.050 – 81.647) 102.02 (95.409 – 110.651) 126.87 (108.939 – 157.335) 198.97 (159.913 – 279.970) (-)a (-)a (-)a (-)a 30°C 60.13 (52.659 – 71.539) 113.41 (91.252 – 157.750) 62.11 (54.435 – 73.530) 107.41 (88.387 – 140.173) (-)a (-)a (-)a (-)a

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 46-55 Lethal exposure time (LT) (h) LT50 (lower – upper) LT90 (lower – upper) LT99 (lower – upper) 40°C 50 10.08 (9.311 – 10.884) 12.68 (11.636 – 14.598) 15.29 (13.552 – 19.095) 100 6.30 (5.593 – 6.928) 12.79 (10.448 – 14.842) 22.79 (18.845 – 30.092) 300 26.09 (21.659 – 29.158) 43.69 (41.314 – 46.595) 66.51 (59.388 – 80.418) 500 21.58 (18.965 – 24.548) 41.66 (35.497 – 51.611) 71.22 (56.620 – 98.860) aThe Probit analysis could not be conducted either because 1) the number of % mortality data points were not sufficient or 2) there were no hatched eggs found in the sample.

Pressure (mmHg)

Table 2 Lethal exposure time at 50, 90 and 99%mortality of S. zeamais adults as a result of the Probit analysis.

Pressure (mmHg) Lethal exposure time (LT) (h) LT50 (lower – upper) LT90 (lower – upper) LT99 (lower – upper) 20°C 50 3.65 (3.084 – 4.188) 10.78 (9.340 – 12.912) 26.08 (20.417 – 36.497) 100 9.63 (8.059 – 11.223) 40.54 (34.125 – 49.944) 130.86 (98.078 – 190.373) a (-)a (-)a 300 (-) (-)a (-)a 500 (-)a 30°C 50 0.31 (0.234 – 0.387) 1.52 (1.199 – 2.107) 5.56 (3.632 – 10.503) 100 3.32 (2.907 – 3.691) 8.37 (7.597 – 9.415) 17.81 (14.947 – 22.474) a a (-) (-)a 300 (-) (-)a (-)a 500 (-)a 40°C 50 0.25 (0.223 – 0.274) 0.61 (0.544 – 0.701) 1.27 (1.050 – 1.612) 100 0.51 (0.486 – 0.528) 0.82 (0.784 – 0.870) 1.22 (1.135 – 1.333) 300 5.83 (5.467 – 6.177) 12.03 (11.468 – 12.674) 21.71 (20.014 – 23.865) 500 14.86 (12.903 – 16.998) 29.08 (24.741 – 36.072) 50.26 (39.846 – 70.330) aThe Probit analysis could not be conducted either because 1) the number of % mortality data points were not sufficient or 2) there were no hatched eggs found in the sample.

Mbata and Phillips (2001b) แ ล ะ Mbata et al. (2004; 2005) แสดงข้อสังเกตว่า การที่แมลงตายในสภาวะสุญญากาศ เกิด จากผลกระทบทางกายภาพ (physiological effect) ที่ เกิดขึ้นใน สภาวะสุญญากาศ เนื่องจากความเข้มข้นของก๊าซออกซิเจนมีระดับ ต่ํ าลง Navarro and Calderon (1979) วั ด อั ตราการหายใจของ E. cautella ระยะดักแด้ ภายใต้สภาวะความเข้มข้นก๊าซออกซิเจน ที่ถูกควบคุม ผลการทดลองของนักวิจัยกลุ่มนี้สนับสนุนข้อสังเกต ดังกล่าวคือ เมื่อระดับความเข้มข้นก๊าซออกซิเจนเท่ากัน อัตราการ หายใจของแมลงมีแนวโน้มเป็นไปในทางเดียวกัน โดยไม่ขึ้นอยู่กับ ระดับความดันบรรยากาศ ยกตัวอย่างเช่น เมื่อความดันถูกควบคุม ให้อยู่ที่ 61 และ 760 mmHg แต่ความเข้มข้นก๊าซออกซิเจนที่ทั้ง 2

ระดับความดัน ถูกควบคุมให้อยู่ที่ 1% แมลงที่ทั้ง 2 ระดับความดัน หายใจด้ วยอั ตราที่ เกื อ บเท่ ากั นและมี เปอร์ เซ็ น ต์ การตายเกื อบ เท่ากัน Emekci et al. (2002, 2004) พบว่าอัตราการหายใจของ T. castaneum และ Rhyzopertha dominica ระยะไข่ แ ปรผั น ตามระดับความเข้มข้นก๊าซออกซิเจนในบรรยากาศ และอัตราการ หายใจของแมลงระยะตัวเต็มวัยลดลงอย่างชัดเจนเมื่อความเข้มข้น ก๊ าซออกซิ เจนในบรรยากาศน้ อ ยกว่ า 3% ซึ่ งผลการทดลองนี้ สนั บ สนุ น ข้ อ สั ง เกตของ Mbata and Phillips (2001b) และ Mbata et al. (2004; 2005) ทั้ งนี้ Finkelman et al. (2003b) และ Navarro (2006) รายงานว่า ระดับความเข้มข้นก๊าซออกซิเจน ในบรรยากาศมี ค วามสั ม พั น ธ์ กั บ ระดั บ ความดั น บรรยากาศ 51

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 46-55 ในลั ก ษณะเส้ น ตรงคื อ ที่ ร ะดั บ ความดั น 50, 100, 300 และ 50010 mmHg ความเข้มข้นก๊าซออกซิเจนมีค่าเป็น 1.4, 2.8, 8.3 และ 13.8% ตามลําดับ ดังนั้น มีความเป็นได้สูงว่า การใช้วิธี สุ ญ ญากาศเพื่ อ การกํ า จั ด แมลงปนเปื้ อ นในข้ า วเปลื อ กควร ดําเนิ นการที่ ค วามดั น ไม่ เกิ น 10010 mmHg ซึ่ งความเข้ มข้ น ของก๊าซออกซิเจนมีแนวโน้มต่ํากว่า 3% 3.2 ผลการทดลองกําจัดแมลงในโครงสร้างถุง PVC

Figure 4บน และ 4ล่าง แสดงความดันและความเข้มข้นก๊าซ คาร์ บ อนไดออกไซด์ ภ ายในโครงสร้ างถุ ง PVC ในระหว่ างการ ทดลอง Table 3 แสดงสรุ ป ผลการทดลองกํ า จั ด แมลงใน โครงสร้างถุง PVC อุณหภูมิแวดล้อมภายนอกโครงสร้างถุง PVC

มีการเปลี่ยนแปลงตามสภาพอากาศและช่วงเวลาของการทดลอง ซึ่ ง ค่ า อุ ณ ห ภู มิ ต่ํ า สุ ด (22.48–25.95°C) และสู ง สุ ด (29.5– 38.32°C) (data not shown) เมื่อ ครบ 8 d ของการทดลองวิธี สุญญากาศ เปอร์เซ็นต์การตายของ S. zeamais ระยะตัวเต็มวัย จากกลุ่มตัวอย่างควบคุมของการทดลองครั้งที่ 1–5 มีค่าเท่ากับ 9.82, 4.35, 9.76, 4.69 และ 8.99% ตามลํ า ดั บ นอกจากนี้ จํานวนแมลงในระยะชีวิตอื่นๆ (i.e., หนอน ดักแด้และตัวเต็มวัย,) ที่เกิดขึ้นในตัวอย่างควบคุมของ S. zeamais ระยะไข่ ของการ ทดลองครั้ ง ที่ 1 – 5 มี ค่ า เท่ า กั บ 38.2, 14.2, 9.4, 10.7 และ 11.4 ตัวต่อขวดเก็บตัวอย่างแมลง ตามลําดับ

Figure 4 Absolute pressures inside PVC bags during the few first hours of the vacuum treatments (upper) and gas concentrations during the carbon dioxide fumigation trials (lower). ในการทดลองครั้งที่ 1 และ 2 วิธีสุญญากาศไม่สามารถกําจัด ทั้ ง ระยะไข่ แ ละระยะตั ว เต็ ม วั ย ของ S. zeamais ทั้ ง หมดได้ ซึ่งเปอร์เซ็ น ต์ การตายของ S. zeamais ระยะไข่ เท่ ากั บ 39.01 และ 80.2% และระยะตั ว เต็ ม วั ย เท่ า กั บ 9.36 และ 80.99% 52

ตามลําดับ ผลการทดลองนี้สอดคล้องกับผลการทดลองก่อนหน้า (Figure 3c และ 3d) คือ ที่อุณ หภู มิ 20 และ 30°C ที่ ความดั น 300±10 และ 500±10 mmHg วิธีสุ ญ ญากาศไม่ สามารถกําจัด ระยะไข่และระยะตัวเต็มวัยของ S. zeamais ได้ทั้งหมดภายใน

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 46-55 ระยะเวลาของการทดลอง (i.e., สูงสุด 336 h) เมื่อความดันลดลง เป็ น 100 ±10 mmHg ในการทดลองที่ 3–5 ทั้ ง ระยะไข่ แ ละ ระยะตัวเต็ ม วัยถู ก กํ าจั ด ทั้ งหมด หลั งจากผ่ านการรมด้ วยก๊ า ซ คาร์บอนไดออกไซด์เป็นเวลา 14 d S. zeamais ทั้ง 2 ระยะการ เจริญ เติบโตในทุกการทดลองมีเปอร์เซ็นต์การตาย เป็น 100% ผลการทดลองการกํ า จั ด แมลงทั้ ง 2 วิ ธี แสดงให้ เห็ น ว่ า วิ ธี สุญญากาศที่ความดันภายในโครงสร้างไม่เกิน 100±10 mmHg และระยะเวลากําจัดไม่น้อยกว่า 8 d มีความสามารถในการกําจัด S. zeamais เทียบเคียงได้กับวิธีรมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โค รงส ร้ า ง Cocoon® (SVC-0 1 0 , GrainPro Inc., Ltd., Concord, Massachusetts, USA) ถูกผลิตจากแผ่นพลาสติกพอ ลิโพรไพลี น (polypropylene) และแบ่ งออกเป็ น ส่ วนล่า งและ ส่วนบนที่ ถู ก เชื่อ มกั น ด้ ว ยซิป (zipper) Navarro et al. (2001)

แ ล ะ Finkelman et al. (2002; 2003a) ท ด ล อ ง กํ า จั ด E. cautella, P. interpunctella และ T. castaneum ที่เกือบทุก ระยะการเจริญเติบโต โดยทําการทดลองในโครงสร้าง Cocoon® ซึ่งบรรจุเมล็ดโกโก้ 5,650–13,000 kg นักวิจัยกลุ่มดังกล่าวพบว่า ที่ความดัน 23–75 mmHg แมลงเกือบทั้งหมดมีเปอร์เซ็นต์การ ตายเป็น 100% เมื่อเวลาผ่านไป 3 d หลังจากเริ่มต้นการทดลอง เมื่อพิจารณาผลของงานวิจัยนี้ (i.e., ที่ 20°C LT99 ของระยะไข่ ของ S. zeamais เท่ากับ 198.97 h หรือประมาณ 8 d) ร่วมกับ ผลการทดลองของ Navarro et al. (2001) และ Finkelman et al. (2002; 2003a) คณะผู้ วิ จั ย ให้ ข้ อ เสนอแนะว่ า การใช้ วิ ธี สุ ญ ญากาศในการกํ า จั ด แมลงศั ต รู ในโรงเก็ บ ควรใช้ ค วามดั น ภายในโครงสร้างที่ต่ํากว่า 100±10 mmHg และระยะเวลากําจัด ไม่น้อยกว่า 8 d

Table 3 %mortality of S. zeamais as a result of the vacuum treatment and carbon dioxide fumigation trials in PVC bags.

Parameter Test 1 Test 2 Test 3 Test 4 Test 5 Pressure level (mmHg) 500±10 300±10 100±10 100±10 100±10 %motalityadult 9.36 80.99 100 100 100 %motalityegg 39.01 80.28 100 100 100 Concentration (%) 39 – 65 39 – 57 41 – 76 39 – 65 39 – 49 %motalityadult 100 100 100 100 100 %motalityegg 100 100 100 100 100 4 สรุป

งานวิจัย นี้ ศึกษาผลกระทบของระยะเวลากําจัด , ความดั น (50 – 500 mmHg) และอุณกภูมิ (20 – 40°C) ที่มีต่อเปอร์เซ็นต์ การตายของ S. zeamais ระยะไข่และระยะตัวเต็มวัย LT99 ของ แมลงระยะไข่และระยะตัวเต็มวัยมีค่าอยู่ในช่วง 15.29 – 198.97 และ 1.22 – 130.86 h ตามลําดับ โดยทั่วไปที่ทุกอุณ หภูมิและ ทุ ก ความดั น เปอร์ เซ็ น ต์ ก ารตายของ S. zeamais มี แ นวโน้ ม สูงขึ้นเมื่อแมลงอยู่ภายใต้สภาวะสุญญากาศนานขึ้น ที่เงื่อนไขการ ทดลองเดียวกัน ระยะไข่ของ S. zeamais มีความต้านทานต่อ สภาวะสุญญากาศมากกว่าระยะตัวเต็มวัย นอกจากนี้ เมื่อความ ดันต่ําลงและ/หรืออุณ หภูมิสูงขึ้น วิธีสุญญากาศมีประสิทธิภาพ สูงขึ้น วิธีสุญญากาศที่ความดันภายในโครงสร้างไม่เกิน 100±10 mmHg และระยะเวลากําจัดไม่น้อยกว่า 8 d มีความสามารถใน ก า ร กํ า จั ด S. zeamais เที ย บ เคี ย ง ไ ด้ กั บ วิ ธี ร ม ก๊ า ซ

คาร์บอนไดออกไซด์ เมื่อพิจารณาผลของงานวิจัยนี้ร่วมกับผลการ ทดลองของนักวิจัยกลุ่มอื่นๆ คณะผู้วิจัยให้ข้อเสนอแนะว่า การใช้ วิธีสุญ ญากาศในการกําจัดแมลงศัตรูในโรงเก็บควรใช้ค วามดัน ภายในโครงสร้างที่ต่ํากว่า 100±10 mmHg และระยะเวลากําจัด ไม่น้อยกว่า 8 d 5 กิตติกรรมประกาศ

งานวิจัยได้รับทุนอุดหนุนวิจัยจากสถาบันวิจัยและพัฒนาแห่ง มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ประจําปี 2554 รหัสโครงการวิจัย วท(ด) 195.54 คณะผู้วิจัยขอขอบคุณฝ่ายเครื่องจักรกลการเกษตร แห่งชาติ และภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตร์ กําแพงแสน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกําแพงแสน ที่ ได้อนุเคราะห์สถานที่และสาธารณูปโภคอื่นๆ สําหรับการดําเนิน งานวิจัยนี้ ขอขอบคุณ ดร. ดวงสมร สุทธิสุทธิ์ กองวิจัยพัฒ นา วิ ท ยาการหลั ง การเก็ บ เกี่ ย วและแปรรู ป ผลิ ต ผลเกษตร กรม 53

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 46-55 วิ ช าการเกษตร ที่ ไ ด้ อ นุ เ คราะห์ แ มลงสํ า หรั บ การทดลอง ขอขอบคุณคุณกัลยา หนูขํา สําหรับความช่วยเหลือในการทําการ ทดลอง 6 เอกสารอ้างอิง

Bell, C.H., Wilson, S.M., 1995. Phosphine tolerance and resistance in Trogoderma granarium everts (Coleoptera:Dermestidae). Journal of Stored Products Research 31, 199-205.

Bell, C.H., Wilson, S.M., Banks, H.J., 1984. Studies on the toxicity of phosphine to tolerant stages of Trogoderma granarium everts (Coleoptera: Dermestidae). Journal of Stored Products Research 20, 111-117.

Calderon, M., Navarro, S., Donahaye, E., 1966. The effect of low pressures on the mortality of six stored-product insect species. Journal of Stored Products Research 2, 135-140.

Collins, P.J., Daglish, G.J., Pavic, H., Kopittke, R.A., 2005.

Response of mixed-age cultures of phosphineresistant and susceptible strains of Lesser Grain Borer, Rhyzopertha dominica, to phosphine at a range of concentrations and exposure periods.

Journal of Stored Products Research 41, 373–385.

Emekci, M., Navarro, S., Donahaye, E., Rindner, M., Azrieli, A., 2002. Respiration of Tribolium castaneum (Herbst) at reduced oxygen concentrations. Journal of Stored Products Research 38, 413-425.

Emekci, M., Navarro, S., Donahaye, E., Rindner, M., Azrieli, A., 2004. Respiration of Rhyzopertha dominica (F.) at reduced oxygen concentrations.

Journal of Stored Products Research 40, 27-38.

Finkelman, S., Navarro, S., Isikber, A., Dias, R., Azrieli, A., Rindner, M., Lotan, Y., Debruin, T., 2002. Application of vacuum to sealed flexible containers: A viable alternative to disinfestation of durable commodities with methyl bromide. In: Batchelor, T.A., Bolivar, J.M. (Eds), Proceedings of the International Conference on Alternatives to Methyl Bromide, 5-8 March 2002, Sevilla, Spain, pp. 145-149.

54

Finkelman, S., Navarro, S., Lotan, Y., Debruin, T., Isikber, A.A., Rindner, M., Dias, R., Azrieli, A., 2003a. Insect control of cocoa pests using a novel vacuum approach. In: Credland, P.F. et al. (Eds), Proceedings of the Eighth International Working Conference on Stored Product Protection, 22-26 July 2002, York, UK, CAB International, Wallingford, UK, pp. 579-582.

Finkelman, S., Navarro, S., Rindner, M., Dias, R., Azrieli, A., 2003b. The use of portable systems to control insect pests by low pressures. In: Navarro, S. et al.

(Eds), the IOBC WPRS Working Group “Integrated Protection in Stored Products”, 16-19 September 2003, Kusadasi, Turkey, pp. 233–239.

Finkelman, S., Navarro, S., Rindner, M., Dias, R., Azrieli, A., 2004. Effect of low pressures on the survival of three cocoa pests at 30°C.Journal of Stored Products Research 40, 499-506.

Food and Fertilizer Technology Center, 2015. Carbon dioxide fumigation technique to control insect pests in stored products. Available at: http://www.agnet.org/htmlarea_file/library/2011071 6183913/pt2004015.pdf. Accessed 30 August 2015.

Mbata, G.N., Johnson, M., Phillips, T.W., Payton, M., 2005. Mortality of life stages of Cowpea Weevil (Coleoptera: Bruchidae) exposed to low pressure at different temperatures. Journal of Economic Entomology 98, 1070–1075.

Mbata, G.N., Phillips, T.W., 2001a. Prospects of low pressure for use in the disinfestation of storedproducts. In: Donahaye, E.J. et al. (Eds), Proceedings of an International Conference on Controlled Atmosphere and Fumigation in Stored Products, Fresno, CA, Executive Printing Services, Clovis, CA, pp. 285-295.

Mbata, G.N., Phillips, T.W., 2001b. Effects of temperature and exposure time on mortality of stored-product insects exposed to low pressure.

Journal of Economic Entomology 94, 1302-1307.

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 46-55 Mbata, G.N., Phillips, T.W., Payton, M., 2004. Mortality of eggs of stored-product insects held under vacuum: effects of pressure, temperature, and exposure time. Journal of Economic Entomology 97, 695-702.

Navarro, S., 2006. Modified atmospheres for the control of stored-product insects and mites. In Insect Management for Food Storage and Processing, 105–146. St. Paul: AACC International.

Navarro, S., Calderon, M., 1972. Exposure of Ephestia cautella (Wlk.) (Lepidoptera, Phycitidae) to low pressures: Effects on adults. Journal of Stored Products Research 8, 209-212.

Navarro, S., Calderon, M., 1979. Mode of action of low atmospheric pressures on Ephestia cautella (Wlk.) pupae. Separatum EXPERIENTIA 35, 2.

Navarro, S., Donahaye, J.E., Dias, R., Azrieli, A., Rindner, M., Phillips, T., Noyes, R., Villers, P., Debruin, T., Truby, R., Rodriguez, R., 2001. Application of vacuum in a transportable system for insect control. In: Donahaye, E.J. et al. (Eds), Proceedings of an International Conference on Controlled Atmosphere and Fumigation in Stored Products, 29 October - 3 November 2000, Fresno, CA, Executive Printing Services, Clovis, CA, pp. 307-315.

Navarro, S., Finkelman, S., Donahaye, E., Dias, R., Rindner, M., Azrieli, A., 2002. Integrated storage pest control methods using vacuum or CO2 in transportable systems. In: Adler, C. et al. (Eds), Proceedings of the IOBC WPRS Working Group “Integrated Protection in Stored Products”, 3-5 September 2001, Lisbon, Portugal, IOBC/WPRS, pp.

207-214.

Steuerwald, R., Dierks-Lange, H., Schmitt, S., 2006.

Rapid bioassay for determining the phosphine tolerance. In: Lorini, I. et al. (Eds), Proceedings of the Ninth International Working Conference on Stored Product Protection, 15-18 October 2006,

Campinas, São Paulo, Brazil, Brazilian Post-harvest Association, Passo Fundo, RS, Brazil, pp. 306-311.

UNEP, 2000. The Montreal protocol on substances that deplete the ozone layer. Available at: http://ozone.unep.org/en/treaties-anddecisions/montreal-protocol-substances-depleteozone-layer. Accessed 12 August 2015.

Vincent, K., 2015. Probit analysis. Available at: http://userwww.sfsu.edu/~efc/classes/biol710/prob it/ProbitAnalysis.pdf. Accessed 17 August 2015.

55

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 56-63

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559) 56-63 Available online at www.tsae.asia

บทความวิจัย ISSN 1685-408X

การคัดแยกความแก่ขิงผงด้วยเทคนิคสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดย่านใกล้ Classification of Ginger Powder Maturity Using Near Infrared Spectroscopy จีรายุทธ หงษ์เวียงจันทร์1, อนุพันธ์ เทอดวงศ์วรกุล1*, Satoru Tsuchikawa2, Tetsuya Inagaki2, สิรินาฏ น้อยพิทักษ์1 Jeerayut Hongwiangjan1, Anupun Terdwongworakul1*, Satoru Tsuchikawa2, Tetsuya Inagaki2, Sirinad Noypitak1 1ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร,

คณะวิศวกรรมศาสตร์ กําแพงแสน, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกําแพงแสน, นครปฐม, 73140 of Agricultural Engineering, Faculty of Engineering at Kamphaengsaen, Kasetsart University - Kamphaengsaen Campus, Nakhon Pathom, 73140 2Graduate School of Bioagricultural Sciences, Nagoya University, Nagoya 464-8601, Japan *Corresponding author: Tel: +66-8-6775-1723, Fax: +66-34-351-896, E-mail: fengant@ku.ac.th 1 Department

บทคัดย่อ งานวิจัยนี้ศึกษาการคัดแยกขิงผงตามความแก่สําหรับใช้ในการทําผลิตภัณฑ์ขิงผงโดยใช้เทคนิคสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดย่าน ใกล้ (Near Infarred Spectroscopy, NIRS) จากการวัดการดูดกลืนแสงขิงผงที่มีความแก่สามระดับในรูปแบบสะท้อนแสงในช่วงเลข คลื่น 4,000 – 10,000 cm-1 แล้วนํามาสร้างโมเดลจําแนกกลุ่ม พบว่า โมเดลที่เหมาะสมได้จากการดูดกลืนแสงที่ปรับด้วย Standard Normal Variate ร่วมกั บ Second Derivative ในการศึ ก ษาลดจํ านวนพจน์ ในโมเดลพบว่า การเลื อกเฉพาะความยาวคลื่ น ที่ การ ดูดกลืนแสงเปลี่ยนแปลงสัมพันธ์กับความแก่ขิงให้โมเดลที่มีความแม่นยําในการคัดแยกขิง (98.55%) สูงขึ้นกว่าโมเดลที่ใช้ความยาว คลื่นตลอดช่วง (97.10%) เทคนิค NIRS แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการนําไปประยุกต์ใช้คัดแยกขิงผงตามความแก่ได้ คําสําคัญ: ขิง, การคัดแยก, สเปกโทรสโกปีอินฟราเรดย่านใกล้ Abstract This research studied classification of powdered ginger into maturity classes for making product of powder ginger using near infrared spectroscopy (NIRS). In development of classifying model using reflectance spectra in a range of 4,000–10,000 cm-1 obtained from powedered ginger at three levels of maturity, the results showed that the optimal model was based on the absorbance pretreated with standard normal variate in combination with second derivative. The investigation of term reduction in the model showed that the model developed from the wavelengths associated with the absorbance, which changed with ginger maturity, provided better accuracy in classification of the powdered ginger (98.55%) than the model based on the whole range of wavelengths (97.10%). NIRS proved to have potential for the application of classification of powdered ginger with respect to maturity.

Keywords: Ginger, Classification, Near infrared spectroscopy สาร anti-inflammatory (Kumar et al., 2013) ขิงเป็นพืชที่อุดม 1 บทนํา สมบูรณ์ไปด้วย gingerol ต่างๆ (4-, 6-, 8-, และ 10-gingerol) และ ขิง (Zingiber officinale Roscoe) เป็นพืชที่รู้จักและมีการใช้ shogaols องค์ประกอบของสารเหล่านี้มีผลทางเภสัชภัณฑ์และทาง ประโยชน์กันอย่างกว้างขวาง ราก (root) หรือเหง้า (rhizome) ของ สรีระวิทยา (Bone, 1997; Kikuzaki, 2000) การพัฒนาระดับความ ขิงถูกใช้เป็นเครื่องเทศและเครื่องปรุงอาหารอย่างกว้างขวางและ แก่ของขิงทําให้ปริมาณของสารองค์ประกอบภายใน เช่น gingerol, ยาวน าน มากกว่ า 2,000 ปี (Bartley and Jacobs, 2000) shagaol, starch, essential oil, oleoresin, protein และ fibre นักวิทยาศาสตร์หลายท่านรับรองการใช้ขิงเป็นยาสมุนไพรเพื่อเป็น 56

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 56-63 เปลี่ยนแปลงไปด้ว ย (Ratnambal et al., 1987; Vernin and Parkanyi, 2005) การใช้ประโยชน์ของขิงในปัจจุบันอยู่ใน 2 รูปแบบหลัก คือ ขิงสดและขิงแห้ง โดยขิงสดจะใช้เพื่อการบริโภคสดและการดอง ซึ่งควรเป็นขิงอ่อน เพราะความเผ็ดและปริมาณเส้นใยภายในของ ขิงอ่อนยังมีปริมาณไม่มาก ขิงอ่อนควรถูกเก็บเกี่ยวที่ช่วงอายุ 5-7 เดือนหลังจากการปลูก ขิงแก่ (Mature ginger) จะถูกเก็บเกี่ยวที่ อายุมากกว่า 7 เดือนหลังจากการปลูก เนื่องด้วยขิงแก่จะมีความ ฉุนและเส้นใยในปริมาณที่สูง ขิงแก่จึงเหมาะต่อการทําแห้ง และ ผ่านกระบวนการการแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ต่อไป (สิรินาฏ, 2557; อนงค์ , 2551) ขิ ง แห้ ง สามารถบดเป็ น ผงและใช้ โ ดยตรงเป็ น เครื่องปรุงรส บรรจุใส่แคปซูล เป็นยาสมุนไพรและสามารถนําไป สกัด เพื่ อเอา essential oil และ oleoresin ก่อนนําไปแปรรูป เป็นผลิตภัณฑ์ขิงต่างๆ ต่อไป การคั ดแยกขิงของบริษัทรับซื้อในเชิงอุตสาหกรรมเพื่อการ แปรรูป ปัจจุบันใช้วิธีการตรวจโดยสุ่มขิงจากเกษตรกรที่นํามาส่ง และนํ า ขิ ง ดั ง กล่ า วมาตั ด หรื อ หั ก ดู ป ริ ม าณเส้ น ใยของขิ ง เพื่ อ ประเมินอายุของขิง การสุ่มตรวจขิงจะทําที่ตําแหน่งหัว กลางและ ท้ ายของรถบรรทุ ก เกณฑ์ การประเมิ น เพื่ อ การคัด แยกอายุขิ ง พิจารณาจากปริมาณเส้นใยภายในของขิงหลังจากการตัดหรือหัก แง่งขิงออก ขิงที่มีปริมาณเส้นใยน้อยจะถูกพิจารณาเป็นขิงอ่อน และนําไปสู่กระบวนการดองหรือการรับประทานสด ส่วนขิงที่มี ปริมาณเส้นใยมากจะถูกคัดแยกเป็นขิงแก่และจะถูกนําไปแปรรูป เป็นขิงแห้งและทําเป็นผงต่อไป การคัดแยกอายุขิงของบริษัทรับ ซื้อมีโอกาสที่ขิงอ่อน ขิงกลางและขิงแก่จะปะปนผสมกัน โดยแง่ง ขิงที่แก่ที่สุดของเหง้าที่อายุกลางจะมีลักษณะภายนอกใกล้เคียง กับแง่งขิงที่อายุอ่อนสุดของเหง้าที่แก่ ซึ่งทําให้การคัดแยกเป็นไป ได้ ย ากทํ า ให้ เ กิ ด การปะปนของขิ ง ในกระบวนการแปรรู ป ผลิตภัณฑ์ขิงผง และจะทําให้คุณภาพของผลิตภัณฑ์ขิงมีความไม่ สม่ําเสมอหรือไม่ได้มาตรฐานในที่สุด Near Inraredred spectroscopy (NIRS) เป็ น เทคนิ ค ที่ นิ ย ม นํามาประยุกต์ใช้ในการใช้ตรวจสอบปริมาณองค์ประกอบทางเคมี กับตัวอย่างที่อยู่ในรูปของตัวอย่างผง (Borina et al., 2006; Guoquan et al., 2006; Xiaoying et al., 2012) และ NIRS ยังเคยถูก ใช้ในการตรวจสอบเชิงปริมาณของสาร อาทิ cellulose, starch, protein, and fibre (Baera et al., 2007; Kays et al., 1996; Katayama et al., 1996) ซึ่งสารดังกล่าวเป็นองค์ประกอบภายใน ของขิงที่เปลี่ยนแปลงตามการพัฒนาตามระดับความแก่

การเลือกใช้ขิงที่อายุเหมาะสมในการแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์จะ ทํ า ให้ ผ ลิ ต ภั ณ ฑ์ มี คุ ณ ภาพที่ ดี แต่ ปั จ จุ บั น ยั ง ไม่ มี ร ายงานการ พัฒนาวิธีการทางด้านการตรวจสอบและคัดแยกความแก่ของขิงที่ อยู่ในรูปขิงผง (ขิงอบแห้งบด) เพื่อเป็นการรักษาคุณภาพและเป็น การสร้างมาตรฐานของผลิตภัณฑ์จากขิงที่ใช้ขิงผงในกระบวนการ การผลิต งานวิจัยนี้จึงศึกษาการประยุกต์ใช้เทคนิค NIRS ร่วมกับ วิธีการการวิเคราะห์ ก ารจํา แนกกลุ่ ม (Discriminant analysis) เพื่อใช้สร้างสมการแคลิเบรชันในการคัดแยกความแก่ของขิงที่อยู่ ในรูปของขิงผงออกเป็นระดับต่างๆ คือ ขิงอ่อน (immature) ขิง กลาง (early-mature) และขิงแก่ (mature) 2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 การเตรียมตัวอย่าง

ขิงพันธุ์ใหญ่จํานวน 180 แง่งถูกเก็บเกี่ยวมาจากแปลงขิงของ เกษตรกรที่ อํ า เภอภู เรื อ จั ง หวั ด เลย โดยแบ่ ง การเก็ บ เกี่ ย ว ออกเป็น 3 ช่วงอายุ (นับวันหลังจากการปลูก) คือ ขิงอ่อน (อายุ 5 เดื อ น) ขิ ง กลาง (อายุ 7 เดื อ น) และขิ ง แก่ (อายุ 10 เดื อ น) จํานวนช่วงอายุละ 60 แง่ง ถูกนํามาล้างทําความสะอาดและเก็บ ไว้ที่อุณ หภูมิ 25°C เป็นเวลา 12 hr และนํามาปอกเปลือกออก บางๆ และหั่ น เป็ น ชิ้ น เล็ ก ๆ และนํ า ไปอบที่ อุ ณ หภู มิ 60°C เป็นระยะเวลา 72 hr น้ําหนักขิงก่อนอบและหลังอบถูกบันทึก เพื่ อ นํ า ไปหาเปอร์ เ ซ็ น ต์ ค วามชื้ น (Moisture content wet basis, ASAE 1993) จากนั้นนําขิงอบมาบดเป็นผงด้วยเครื่องบด (POLYMIX PX-MFC 9 0 D, Switzerland) ที่ ค ว า ม เร็ ว ร อ บ 2,000 rpm เป็นเวลา 60 s กรองด้วยตะแกรง (sieve) เส้นผ่าน ศู น ย์ ก ลาง 0.8 mm และกรองอี ก ครั้ ง ด้ ว ย Mini-sieve micro sieve set (F37845-1000, USA) ด้ ว ยตะแกรงขนาด 120 mesh นํ า ตั ว อย่ า งขิ ง ที่ ไ ด้ ใ ส่ ใ นถุ ง ซิ บ และเก็ บ รั ก ษาไว้ ใ น โถดูดความชื้น (Desiccator) ขิงผง 0.5 g ถูกเทลงในทรงกระบอกแก้ว (Glass cylinder) โดย เขย่าเบาๆ เพื่อให้ผิวด้านบนเรียบสม่ําเสมอนํามาวัดการดูดกลืนแสง ในโหมด diffuse reflectance ที่ช่วงเลขคลื่น 4,000-10,000 cm-1 โ ด ย ใ ช้ เค รื่ อ ง FT-NIR spectrometer (Bruker, MATRIX-F, Germany) ด้ วยหั วโพรบแบบ Bundle fiber optics (Inagaki et al., 2010) (Figure 1) แ ล ะ ทํ า reference background ด้ ว ย diffuse reflectance standard spectra การดูดกลืนแสงที่ได้ถูก จั ดเก็ บที่ ความละเอี ยด 8 cm-1 โดยการเฉลี่ ยจาก 32 สเปกตรา OPUS software ถูกใช้ในการบันทึกสเปกตราในช่วง NIR การวัด ซ้ํากระทําโดยนําผงขิงที่ผ่านการวัดสเปกตรามาแล้วเทรวมกับขิงผง 57

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 56-63 2009) จํานวนของตัวแปรแฝง (latent variable) หาจากเทคนิค full cross validation เพื่อเป็นการลดผลกระทบทางด้านการกระเจิงแสง กระบวนการ spectral preprocessing ต่ า ง ๆ เช่ น the standard normal variate (SNV), multiplication scatter correction (MSC) และ 2.2 การวิเคราะห์สร้างโมเดลจําแนกกลุ่ม ตั วอย่ างขิ งในแต่ ละอายุ ถู กแบ่ งออกเป็ น subcalibration set second derivative (2-D) ด้วยวิธีการของ Savitzky Golay ได้ถูก จํานวน 40 ตัวอย่าง และ subprediction set จํานวน 20 ตัวอย่าง ดําเนินการต่อ original spectra ทั้งแบบลําพังและรวมกัน ตั วอย่ างทั้ งสองกลุ่ มมี ความแปรปรวนและการกระจายตั วของค่ า 3 ผลและวิจารณ์ เปอร์เซ็นต์ความชื้นที่เหมือนกัน การกระจายตัวของค่าเปอร์เซ็นต์ ความชื้ น ของตั วอย่ างกลุ่ ม subcalibration set ครอบคลุ มกลุ่ ม 3.1 อิทธิพลของระดับความแก่ต่อลักษณะและการดูดกลืนของ สเปกตรัม subprediction set ตั วอย่ างกลุ่ ม subcalibration set ของแต่ ละ Figure 2 (a) แสดงสเปกตรัมเริ่มต้นเฉลี่ยของตัวอย่างในการ กลุ่มอายุถูกรวมกันเป็น calibration set เพื่อสร้างโมเดลการจําแนก (Classification model) ตั วอย่ างกลุ่ ม subprediction set ได้ ถู ก ดู ด กลื น แสงในแต่ ละระดั บ ความแก่ รูป ร่า งของสเปกตรัม ของ รวมกันเป็น prediction set เพื่อทดสอบความถูกต้องของโมเดลการ ตัวอย่างขิงผงทั้งหมด 180 ตัวอย่างมีลักษณะที่คล้ายกัน ลักษณะ ของโค้งบนสเปกตรัมเกิดมาจากการดูดกลืนแสง NIR ที่ช่วงเลข จําแนก คลื่นต่างกัน ด้วยประเภทของพันธะไฮโดรเจนและลักษณะของ การสั่นที่ต่างกัน การดูดกลืนของสเปกตรัมที่โดดเด่นของตัวอย่าง จะอยู่ในช่วงประมาณ 6,757 cm-1 (1,480 nm) สัมพันธ์กับการ สั่นของฟั งก์ชัน O-H ด้วยโหมดแบบโอเวอร์โทนลําดับ ที่หนึ่งใน น้ําตาลกลูโคส (glucose) การดูดกลืนแสงที่ 6,330 cm-1 (1,580 nm) สัมพันธ์กับการสั่นแบบโอเวอร์โทนลําดับที่หนึ่งของฟังก์ชัน O-H ในแป้ ง (starch) ที่ มีโหมดการสั่ น แบบสเตรชชิ่ ง และการ ดูดกลืนแสงที่ 5,168 cm-1 (1,935 nm) สัมพันธ์กับการสั่นของ กลุ่มฟังก์ชัน O-H ในน้ําด้วยรูปแบบคอมบิเนชัน (combination) ของ stretching และ deformation (Xiaoying et al., 2012) ค่าการดูดกลืนตลอดช่วงของความยาวคลื่นที่ทําการวัดเลื่อน Figure 1 Bundle of fiber optics (a) and ginger powder in สลั บ ตํ า แหน่ ง อยู่ บ น กลางและล่ า งโดยไม่ ไ ด้ เรี ย งจากค่ า การ cylinder glass placed on fiber optics (b) for spectra ดูดกลืนแสงของตัวอย่างขิงผงจากอายุอ่อนไปแก่หรือแก่ไปอ่อน acquisition. ในทิ ศทางเรียงตามลําดับ แต่ค่าการดูดกลืนที่ ช่วง 5,627 cm-1 (1,777 nm) มีการเรียงตัวในลักษณะจากอายุอ่อนไปแก่ (ล่าง – โปรแกรมวิ เ คราะห์ ท างสถิ ติ The Unscrambler v.9.8 บน) ซึ่งเป็นช่วงการดูดกลืนที่ สัมพั นธ์กับเซลลูโลส (cellulose) (Camo, Oslo, Norway) ถูกใช้ในการวิเคราะห์ สร้างโมเดลการ (Xiaoying et al., 2012) จํ า แนกกลุ่ ม ด้ ว ยวิ ธี ก าร Partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) โมเดลถู ก สร้ า งโดยการใช้ ตั ว แปรอิ ส ระ (independent variable) เป็ น ค่ า การดู ด กลื น แสงตลอดช่ ว ง ความยาวคลื่นและบางช่วงของความยาวคลื่นที่ใช้วัด ตัวแปรกลุ่ม (Class variables) ถูกสร้างขึ้นโดยการให้ค่าตัวเลขกับอายุการแก่ ของแต่ละตัวอย่าง โดยระบุค่าของแต่ละตัวอย่างในตัวอย่างกลุ่ม อายุแก่เป็น 1 สําหรับคัดแยกเป็นกลุ่มอายุแก่และระบุค่าเป็น 0 สํ า หรั บ ตั ว อย่ า งในกลุ่ ม อายุ อื่ น (Ballabio and Todeschini, ที่บรรจุอยู่ในถุงซิปเดิมและคนผสมขิงผงดังกล่าวให้เข้ากันและเท ขิงผงลงในกระบอกแก้วเพื่อการวัดอีกครั้ง สเปกตรัมเฉลี่ยที่ได้จาก การเฉลี่ย จากการวัดซ้ํ า 3 ครั้งของตั วอย่ างเดี ยวกั นถูกนํ าไปใช้ เป็นข้อมูลของตัวอย่างนั้นๆ

58

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 56-63 Figure 2 (b) แ ส ด ง ส เป ก ต รั ม ที่ ป รั บ ด้ ว ย second derivative จากสเปกตรั ม เฉลี่ ย ในแต่ ล ะอายุ จากสเปกตรั ม อนุพันธ์อันดับที่สองทําให้เห็นการดูดกลืนของแสงที่แตกต่างกัน เพิ่มขึ้นในช่วง 5,187 cm-1 (1,928 nm) โดยตัวอย่างขิงผงที่อายุ 5 เดือนมีการดูดกลืนน้อยที่สุดและการดูดกลืนมีค่ามากขึ้นตาม การเพิ่ ม ขึ้ น ของความแก่ การดู ด กลื น ที่ ช่ ว งเลขคลื่ น ดั ง กล่ า ว สั ม พั น ธ์ กั บ การสั่ น ในโหมดแบบ stretching ของฟั งก์ ชั น O-H ซึ่ ง มี โ ครงสร้ า งโมเลกุ ล เป็ น แป้ ง และเซลลู โลส (Donald and Emil, 2001) 3.2 ประสิทธิภาพการคัดแยกของโมเดล 3.2.1 โมเดลที่สร้างจากสเปกตรัมตลอดช่วง

Figure 2 Averaged original spectra (a) and second derivative spectra (b) of the samples.

ประสิทธิภาพของโมเดล PLS-DA ในการจําแนกกลุ่มอายุของ ตั ว อย่ า งขิ ง ผงถู ก แสดงใน Table 1 โมเดลที่ ถู ก สร้ า งด้ ว ย สเปกตรัมเริ่มต้นสามารถทํานายการจําแนกอายุของตัวอย่างขิงได้ ความถูกต้องรวม 99.28% โดยใช้ PC (principal component) จํ า นวน 12 PCs โมเดลที่ ให้ ค วามถู ก ต้ อ งสู ง สุ ด ในการจํ า แนก ความแก่ของตัวอย่างขิงผงด้วยความถูกต้อง 100 % คือ โมเดลที่ สร้างจากเสเปกตรัมที่ผ่านการปรับด้วยวิธี SNV และ MSC ด้วย จํานวน PC เท่ากับ 12 และ 10 PCs ตามลําดับ

Table 1 Classification performances of PLS-DA model based on various treatments.

Corrected prediction (%) Treatment No. PC 5th month 7th month 10th month Original 12 100.00 97.83 100.00 SNV 12 100.00 100.00 100.00 MSC 10 100.00 100.00 100.00 2-D 5 100.00 82.61 100.00 SNV and 2-D 5 100.00 93.48 97.83 MSC and 2-D 5 100.00 93.48 97.83 SNV, standard normal variate; MSC, multiplicative scatter correction; 2-D, second derivative.

3.2.2 โมเดลที่สร้างจากการเลือกที่ช่วงความยาวคลื่นต่างๆ

จากผลการจํ า แนกความแก่ ข องขิ ง ด้ ว ยโมเดลที่ ส ร้ า งจาก วิธีการ PLS-DA ที่ให้ค่าความถูกต้องที่สูงนั้น แต่เนื่องด้วยโมเดล ดังกล่าวถูกสร้างจากสเปกตรัมเริ่มต้น และสเปกตรัมที่ถูกปรับ ด้วยวิธีการต่างๆ จากสเปกตรัมของการดูดกลืนตลอดช่วงความ ยาวคลื่นที่ใช้วัด ดั้งนั้น เพื่อประโยชน์ในการนําข้อมูลไปพัฒนา เป็นเครื่องมือวัดในอนาคตควรจะลดความซับซ้อนของโมเดลเพื่อ ทําให้จํานวนพจน์ของตัวแปรอิสระในโมเดลลดลง โดยการเลือก

Total 99.28 100.00 100.00 94.20 97.10 97.10

ความยาวคลื่นที่เหมาะสมที่มีการดูดกลืนแสงสัมพันธ์โดยเฉพาะ กับองค์ประกอบทางเคมีที่เปลี่ยนแปลงตามอายุขิง จาก Table 1 ซึ่งแสดงค่าความถูกต้องในการจําแนกความแก่ ของขิงผงของแต่ละโมเดลที่ถูกสร้างจากสเปกตรัมเริ่มต้น และ สเปกตรัมที่ถูกปรับด้วยกระบวนการต่างๆ นั้น จะเห็นได้ว่าแต่ละ โมเดลให้ความถูกต้องในการจําแนกอายุที่สูงแต่ต้องใช้จํานวน PC หลายตัวเช่นเดียวกัน เมื่อพิจารณาจํานวน PC เป็นหลักในการ เลือกโมเดลนั้นจะเหลือโมเดล 2 โมเดลที่ถูกปรับด้วยกระบวนการ 59

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 56-63 MSC ร่ว มกั บ second derivative และด้ วยกระบวนการ SNV ร่วมกับ second derivative ที่ใช้จํานวน PC ในการสร้างโมเดล ทั้งหมด 5 PCs โมเดลดังกล่าวทั้ ง 2 นั้ นให้ค่าความถูกต้องที่ สูง (97.10%) เท่ากัน แต่มีวิธีการปรับสเปกตรัมที่ต่างกันตรงที่โมเดล แรกใช้ วิธีก ารแบบ MSC และโมเดลหลั งใช้ การปรับ แบบ SNV ก่อนที่โมเดลทั้งสองจะถูกปรับด้วย second derivative อีกครั้ง หนึ่ ง วิ ธีก ารปรั บ สเปกตรัม แบบ MSC นั้ น จะใช้ ส เปกตรั ม ของ ตั ว อย่ า งทั้ ง หมดมาเฉลี่ ย เพื่ อ เป็ น สเปกตรั ม อ้ า งอิ ง ในการปรั บ อิทธิพลจากตัวอย่างแต่ละตัวอย่างจะประกอบอยู่ในสเปกตรัม อ้างอิงซึ่งจะส่งผลต่อสเปกตรัมของแต่ละตัวอย่างหลังการปรับ แต่ วิ ธี ก ารปรั บ สเปกตรั ม แบบ SNV นั้ น สเปกตรั ม ของแต่ ล ะ ตัวอย่างจะถูกลบด้วยค่าเฉลี่ยของสเปกตรัม (ตลอดช่วงความยาว คลื่ น ) และหารด้ ว ยค่ า เบี่ ย งเบนมาตรฐานของสเปกตรั ม ของ ตั วอย่ างนั้ น ๆ ตามลํ าดั บ จะเห็ น ได้ ว่า การปรับ สเปกตรั ม แบบ SNV จะไม่ ไ ด้ รั บ อิ ท ธิ พ ลจากสเปกตรั ม ของตั ว อย่ า งอื่ น ๆ เลย ดังนั้นโมเดลที่สร้างจากสเปกตรัมที่ได้รับการปรับด้วยวิธีการแบบ SNV ร่วมกับ second derivative จึงมีความน่าสนใจเพื่ อนํามา คัดเลือกค่าความยาวคลื่นที่มีอิทธิพลสูงในการคัดแยกความแก่ ของขิงผงต่อไป ในการเลือกความยาวคลื่นที่เหมาะสมนั้นมีการศึกษาในหลาย รู ป แบบ เช่ น การใช้ ค่ า สั ม ประสิ ท ธิ์ ก ารถดถอย (regression coefficient) และค่ า loading weight เป็ น ต้ น (Naes et al., 2002) ในการศึกษานี้ได้ทดลองหลายวิธีเพื่อการเปรียบเทียบดังนี้ 1) โดยใช้ช่วงความยาวคลื่นที่ค่าการดูดกลืนแสงของสเปกตรัม เฉลี่ยที่เรียงลําดับตามการพัฒนาความแก่ และ 2) ค่าอัตราส่วน ความแปรปรวน (F-value) ที่ได้จากการวิเคราะห์ความแปรปรวน (Analysis of variance) ร่ ว มกั บ ค่ า สั ม ประสิ ท ธิ์ ก ารถดถอย (Regression coefficient) มาเป็ น เกณฑ์ ในการคั ด เลื อ กความ ยาวคลื่นที่เหมาะสม Figure 3 แสดงสเปกตรั ม เฉลี่ ย ที่ ผ่ า นการปรั บ ด้ ว ยวิ ธี ก าร SNV ร่ ว มกั บ second derivative ของตั ว อย่ า งขิ ง ผงในแต่ ล ะ ระดับความแก่ซึ่งสเปกตรัมดังกล่าวมีพีคของค่าการดูดกลืนแสงที่ เรียงลําดับ ตามความแก่จากอ่อนไปแก่อยู่ที่ช่วง 5,936–5,577 cm-1, 5,195–5,153 cm-1, และ 4,400–4,362 cm-1 เมื่อนําช่วง ความยาวคลื่นที่เรียงลําดับตามความแก่ของอายุดังกล่าวมาสร้าง โมเดลสํ า หรั บ จํ า แนกความแก่ ข องตั ว อย่ า งขิ ง ผงนั้ น โมเดล สามารถจําแนกระดับความแก่ได้ถูกต้องเท่ากับ 98.55% โดยใช้ จํ า นวน 5 PCs เมื่ อ พิ จ ารณา score plot ระหว่ า ง PC1 และ PC2 ตาม Figure 4 นั้น PC1 สามารถแยกตัวอย่างอายุกลุ่มที่ 1 60

ออกจากตัวอย่างกลุ่มอายุที่ 2 หรือ 3 แต่ไม่สามารถแยกกลุ่มอายุ ที่ 2 ออกจาก 3 ได้ ในขณะที่ PC2 สามารถแยกกลุ่ ม อายุ ที่ 2 ออก จากกลุ่มที่ 3 ได้ แต่กลุ่มที่ 1 ไม่สามารถถูกแยกออกจาก กลุ่มอายุที่ 2 และ 3 ได้ด้วย PC2 ตามผลดังกล่าวสามารถสรุปได้ ว่า PC1 เป็นตัวคัดแยกกลุ่มอายุ immature ออกจากกลุ่มอายุ early- mature หรือ mature และ PC2 เป็นตัวคัดแยกระหว่าง อายุ early-mature และ mature

Figure 3 Averaged spectra treated by SNV and second derivative methods (a) and ranges of wavelengths which absorbance changed with ginger maturity (b).

Figure 5 และ Figure 6 แสดงค่ า regression coefficient ของโมเดลที่สร้างสเปกตรัมที่ผ่านการปรับด้วยเทคนิค SNV ร่วม ด้ ว ยกั บ second derivative และค่ า F-value ของแต่ ล ะค่ า สเปกตรั ม ตลอดช่ ว ง 10,000–4,000 cm-1 จากการวิ เคราะห์ ความแปรปรวนตามลํ า ดั บ เมื่ อ พิ จ ารณาขนาด (ค่ า สั ม บู ร ณ์ ) ของค่ า Regression Coefficient จาก Figure 5 พบว่ า จะมี ค่ า น้ อยและม ากสลั บ กั น ตลอดช่ ว งค วาม ยาวค ลื่ น ที่ ใช้ วั ด (10,000-4,000 cm-1) และเมื่อพิจารณาค่า F-value พบว่ามีค่า มากและน้อยสลับกันเช่นกัน เมื่อนําค่าทั้งสองมาพิจารณาร่วมกัน เพื่ อ สั ง เกตช่ ว งความยาวคลื่ น ที่ สํ า คั ญ โดยพิ จ ารณาจากทั้ ง ค่ า Regression coefficient และค่า F-value ที่มีค่าสูงเพื่อลดความ ซับซ้อนของข้อมูลเพื่อสร้างโมเดล โดยได้การเลือกความยาวคลื่น

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 56-63 ที่มีค่า Regression coefficient ที่มากกว่าค่า 0.004 และความ ยาวคลื่น ที่มีค่า F-value ที่ มากกว่า 100 จะได้ความยาวคลื่น ที่ 5,936.04 cm-1, 5,901.33 – 5,882.04 cm-1, 5,851.19 cm-1, 5,704.97 cm-1, 5,561.91 – 5,542.62 cm-1, 5,461 – 5,446.2 cm-1, 4,458.78 – 4,443.35 cm-1 และ 4,076.93 cm-1 และ เมื่อนําช่วงความยาวคลื่นดังกล่าวสร้างโมเดลจะได้ความถูกต้อง 96.38% ด้วย PC จํานวน 4 PCs จากการคัดเลือกความยาวคลื่นทั้งวิธีการใช้ช่วงความยาวคลื่น ที่ การดู ดกลืนแสงเรียงตามลําดับความแก่ และการเลื อกเอาค่ า ความยาวคลื่นที่มีค่า Regression coefficient ร่วมกับ F-value สูงกว่า 0.004 และ 100 ตามลําดับ สร้างโมเดลนั้น โมเดลที่เลือก ความยาวคลื่ น ในช่ ว งที่ ก ารเปลี่ ย นแปลงค่ า การดู ด กลื น แสง สั มพั น ธ์กั บ ความแก่ แ ละปรับ สเปกตรัมด้ วย SNV กั บ second derivative ให้ค่าความถูกต้อง (98.55% จาก Table 2) สูงกว่า โมเดลที่ใช้สเปกตรัมตลอดช่วงความยาวคลื่นและปรับด้วย SNV กับ second derivative (97.10% จาก Table 1) จึงถือว่าเป็ น โมเดลที่เหมาะสมที่สุด โดยใช้ค่าการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น ทั้งหมด 117 ค่า

Figure 4 Score plot of PLS-DA model based on spectra treated by SNV and second derivative and the selected spectra in the wavenumber range of 5936–5577 cm-1, 5195–5153 cm-1, and 4400–4362 cm-1 corresponding to an increase in absorbance with maturity.

Figure 5 Regression coefficient of classification model using spectra treated by SNV and second derivative methods.

Table 2 Classification performances of PLS-DA model based on spectra treated by the combination of SNV and second derivative with selected wavenumber.

Corrected prediction No. No. Wavenumbers Variables PC 5th month 7th month 10th month Total *5,936 – 5,577, 5,195 – 5,153, 117 5 100 95.65 100 98.55 and 4,400 – 4,362 cm-1 **5,936.04, 5,901.33 – 26 4 97.83 93.45 97.82 96.38 5,882.04, 5,851.19 , 5,704.97, 5,561.91 – 5,542.62, 5,461 – 5,446.2, 4,458.78 – 4,443.35 and 4,076.93 cm-1 *Wavenumber selected from the absorbance that increased with maturity. **Wavenumber selected from regression coefficient and F-value greater than 0.004 and 100 respectively.

61

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 56-63

Figure 6 F-value of averaged spectra treated by the combination of SNV and 2nd derivative from analysis of variance.

4 สรุป

เทคนิค NIRS สามารถนํามาประยุกต์ใช้ในการคัดแยกขิงผง ตามอายุเก็บเกี่ยว กระบวนการปรับสเปกตรัมเพื่อลดการกระเจิง แสงที่เหมาะสมได้แก่ SNV ร่วมกับ second derivative ซึ่งทําให้ ได้โมเดลจําแนกกลุ่มที่ใช้จํานวน PC เพียง 5 PCs ในการศึกษา การลดจํานวนพจน์ในโมเดลพบว่า การเลือกค่าความยาวคลื่นที่มี การดูดกลืนแสงเปลี่ยนแปลงสัมพันธ์กับความแก่ของขิง ให้โมเดล ที่มีความแม่ น ยําที่ ดีขึ้นในขณะเดี ยวกัน ยังทํ าให้ จํานวนพจน์ ใน โมเดลลดลงเหลือ 117 ค่า 5 กิตติกรรมประกาศ

ขอขอบคุณ โครงการปริญ ญาเอกกาญจนาภิเษก สํานั กงาน กองทุนสนับสนุนการวิจัย สัญ ญาเลขที่ PHD/0017/2553 และ คณะวิศวกรรมศาสตร์ กําแพงแสน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ที่ กรุณาสนับสนุนงบประมาณการวิจัย และขอขอบคุณ Graduate School of Bioagricultural Sciences มหาวิ ท ยาลั ย นาโกยา ประเทศญี่ปุ่น ที่ให้ความช่วยเหลือในการใช้เครื่องมือวัด FT-NIR spectrometer 6 เอกสารอ้างอิง

สิริน าฏ น้อยพิ ทักษ์ . 2557. การประเมินและจําแนกความฝาด ของผลพลั บ พั น ธุ์ ซิ ชู แ ละความแก่ ข องขิ ง ด้ ว ยเทคนิ ค การ วิ เคราะห์ ตั ว แปรพหุ คู ณ . วิ ท ยานิ พ นธ์ ป ริ ญ ญาวิ ศ วกรรม ศาสตรดุ ษ ฎี บั ณ ฑิ ต . กรุ ง เทพมหานคร: บั ณ ฑิ ต วิ ท ยาลั ย , มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. อนงค์ เสริฐวาสนา. 2551. การพัฒนากระบวนการแปรรูปน้ําขิง ผงและขิงผง. วิทยานิพนธ์ปริญญาวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต. ขอนแก่น: บัณฑิตวิทยาลัย, มหาวิทยาลัยขอนแก่น.

62

Bartley, J.P., Jacobs, A.L. 2000. Effects of drying on flavour compounds in Australian-grown ginger (Zingiber officinale). Journal of the Science of Food and Agriculture 80, 209–215.

Baera, I., Gurnyb, R., Margota, P. 2007. NIR analysis of cellulose and lactose—Application to ecstasy tablet analysis. Forensic Science International 167, 234–241.

Ballabio, D., Todeschini, R. 2009. Multivariate classification for qualitative analysis. In: Sun, D.W. (Eds.), Infrared Spectroscopy for Food Quality Analysis and Control (pp. 83–104). New York, USA: Academic Press.

Bone, K. 1997. Ginger. The British Journal of Phytotherapy 4, 110-120.

Borina, A., Ferrão, M.F., Mello, C., Maretto, D.A., Poppi, R.J. 2006. Least-squares support vector machines and near infrared spectroscopy for quantification of common adulterants in powdered milk. Analytica Chimica Acta 579, 25-32.

Donald, A.B., Emil, W.C. 2001. Handbook of NearInfrared Analysis. (2nd ed). Taylor & Francis.

Guo-quan, L., Hua-hong, H., Da-peng, Z. 2006. Application of near-infrared spectroscopy to predict sweetpotato starch thermal properties and noodle quality. Journal of Zhejiang University SCIENCE B 7, 475-481.

Inagaki, T., Siesler, H.W., Mitsui, K., Tsuchikawa, S. 2010.

Difference of the crystal structure of cellulose in wood after hydrothermal and aging degradation: A NIR spectroscopy and XRD Study. Biomacromolecules 11, 2300–2305.

Katayama, K., Komaki, K., Tamiya, S. 1996. Prediction of starch, moisture, and sugar in sweetpotato by near infrared transmittance. HORTSCIENCE 31, 10031006.

Kays, S.E., Windham, W.R., Barton, F.E. 1996.

Prediction of total dietary fiber in cereal products using near-infrared reflectance spectroscopy.

Journal of Agricultural and Food Chemistry 44, 2266–2271.

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 56-63 Kikuzaki, H. 2000. Ginger for drug and spice purposes.

In: Mazza, G., Oomah, B.D. (Eds.), Herbs, Botanicals and Teas, (pp. 75-105). Lancaster, PA: Technomic Publishing Company.

Kumar, S., Saxena, K., Singh, U.N., Saxena, R. 2013. Antiinflammatory action of ginger: A critical review in anemia of inflammation and its future aspects.

International Journal of Herbal Medicine 1, 16-20.

Naes, T., Isaksson, T., Fearn, T., Davies, T. 2002. A Userfriendly Guide to Multivariate Calibrationn and Classification. Chichester, U.K.: NIR Publications.

Ratnambal, M.J., Gopalan, A., Nair, M.K. 1987. Quality evaluation of ginger in relation to maturity. Journal of Plantation Crops 15, 108-111.

Vernin, G., Parkanyi, C. 2005. Chemistry of ginger. In: Ravindran, P.N., Babu, K.N. (Eds.), Ginger: The Genus Zingiber, (pp. 87-180). Boca Raton, FL: CRC Press Xiaoying, N., Zhilei, Z., Kejun, J., Xiaoting, L. 2012. A feasibility study on quantitative analysis of glucose and fructose in lotus root powder by FT-NIR spectroscopy and chemometrics. Food Chemistry 133, 592-597.

63

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 64-72

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559) 64-72 Available online at www.tsae.asia

บทความวิจัย ISSN 1685-408X

การอบแห้งมะพร้าวขูดด้วยเทคนิคสเปาเต็ดเบดสําหรับการผลิตน้ํามันมะพร้าวด้วยวิธีบีบเย็น Shredded-Coconut Drying by Spouted-Bed Technique for Cold Press Coconut Oil Production เกียรติศักดิ์ ใจโต1, เทวรัตน์ ตรีอํานรรค1*, กระวี ตรีอํานรรค2, นาฏชนก ปรางปรุ1 Kaittisak Jaito1, Tawarat Treeamnuk1*, Krawee Treeamnuk2, Nartchanok Prangpru1 1สาขาวิชาวิศวกรรมเกษตร,

สํานักวิชาวิศวกรรมศาสตร์, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี, 30000 of Agricultural Engineering, Institute of Engineering, Suranaree University of Technology, 30000 2สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล, สํานักวิชาวิศวกรรมศาสตร์, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี, 30000 2School of Mechanical Engineering, Institute of Engineering, Suranaree University of Technology, 30000 *Corresponding author: Tel: +66-44-224-583, E-mail: tawarat@sut.ac.th 1School

บทคัดย่อ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่ อศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการอบแห้งเนื้อมะพร้าวขูดด้วยเครื่องอบแห้งแบบสเปาเต็ดเบดที่ พัฒนาขึ้น โดยการอบแห้งเนื้อมะพร้าวขูดที่ความชื้นเริ่มต้นเฉลี่ย 52%wb ด้วยอุณหภูมิอากาศอบแห้งที่ 60 70 และ 80ºC ปริมาณ ของมะพร้าวขูดในเบดเริ่มต้นครั้งละ 0.5 1 และ 1.5 kg ประเมินความเหมาะสมในการอบแห้งจากอัตราการอบแห้ง ค่าความสิ้นเปลือง พลังงานจําเพาะ (SEC) คุณภาพด้านสีของมะพร้าวขูดหลังอบแห้ง ประสิทธิภาพการบีบน้ํามันและคุณภาพของน้ํามันที่ได้ ผลการศึกษา พบว่าการอบแห้งที่อุณหภูมิ 70ºC และปริมาณมะพร้าวขูดในเบดเริ่มต้น 1 kg เป็นสภาวะที่เหมาะสมในการอบแห้งเนื้อมะพร้าวขูด เนื่องจากให้ค่าประสิทธิภาพในการบีบน้ํามันสูงสุด 52.23% โดยมีค่าความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะ 8.95 MJ kg-1 อัตราการระเหยน้ํา 1.41 kg h-1 สีของเนื้อมะพร้าวหลังการอบแห้งอยู่ในเฉดสีขาวและคุณภาพน้ํามันอยู่ในเกณฑ์มาตรฐาน คําสําคัญ: มะพร้าวขูด; เครื่องอบแห้งแบบสเปาเต็ดเบด; การอบแห้ง; น้ํามันมะพร้าว Abstract This research was carried out to determine the optimum drying conditions of shredded-coconut using a developed spouted-bed dryer. The samples of shredded-coconut with average initial moisture content of 52%wb were used in the experiment. The drying air temperature of 60, 70 and 80ºC and initial shredded-coconut in bed of 0.5, 1 and 1.5 kg were set as drying conditions. The drying rate (DR), specific energy consumption (SEC), color of dried product, efficiency of oil compression and qualities of coconut oil were determined to evaluate the performance of drying. The results indicated that the most suitable drying condition was 70ºC, 1 kg of initial bed since it gave the highest of efficiency of oil compression of 52.23% with SEC of 8.95 MJ kg-1, 1.41 kg h-1 of DR, the color of dried product was white and qualities of oil were in standard of Asian and Pacific Coconut Community.

Keywords: shredded-coconut; spouted-bed; drying; coconut oil นําน้ํามันที่ได้ไปให้ความร้อนเพื่อไล่ความชื้นและนําไปผ่านการ 1 บทนํา กรองแยกอีกครั้งซึ่งวิธีการนี้ใช้เวลานาน และให้ปริมาณน้ํามันต่ํา มะพร้าวเป็นพืชเศรษฐกิจที่สําคัญของประเทศไทยชนิดหนึ่ง ทั้ ง ยั ง ทํ า ให้ น้ํ า มั น ที่ ไ ด้ มี ค่ า กรดค่ อ นข้ า งสู ง อี ก ทั้ ง ยั ง มี โอกาส สามารถนํามาเป็นวัตถุดิบในการผลิตน้ํามันมะพร้าว โดยกรรมวิธี ปนเปื้ อ นในกระบวนการผลิ ต ส่ ว นวิ ธี เหวี่ ย งแยกเป็ น การนํ า การผลิ ต น้ํ า มั น มะพร้ า วมี ห ลายวิ ธี ได้ แ ก่ วิ ธี ห มั ก เป็ น การนํ า น้ํากะทิมาเข้าเครื่องเหวี่ยงแยกจนชั้นของน้ํามันและน้ําแยกออก น้ํากะทิมาหมักจนชั้นของน้ํามันและน้ําแยกออกจากกัน แล้วจึง 64

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 64-72 จากกัน ซึ่งวิธีการนี้ใช้เวลาสั้น และให้ คุณ ภาพน้ํามันมะพร้าวดี เหมาะสําหรับใช้บริโภคแต่มีต้นทุนค่อนข้างสูง ส่วนวิธีบีบเย็นเป็น การนํ า เนื้ อ มะพร้า วมาอบแห้ งเพื่ อ ลดความชื้ น แล้ วจึ ง นํ า เนื้ อ มะพร้ า วอบแห้ ง มาเข้ า เครื่ อ งบี บ จนได้ น้ํ า มั น ปั จ จุ บั น ความ ต้ อ งการบริ โภคน้ํ า มั น มะพร้าวมี เพิ่ ม ขึ้ น ดั งนั้ น การผลิ ต น้ํ า มั น มะพร้ า วด้ ว ยวิ ธี ห มั ก จึ ง ไม่ ทั น ต่ อ ความต้ อ งการของตลาด นอกจากนี้วิธีเหวี่ยงแยกก็มีต้นทุนในการผลิตสูง ขณะที่วิธีบีบเย็น สามารถผลิตน้ํามันได้ในปริมาณมากและมีต้นทุนในการผลิตต่ําจึง เป็นวิธีที่มีศักยภาพในการนํามาผลิตน้ํามันมะพร้าวมากที่สุดโดย วิธีการผลิตน้ํามันมะพร้าวด้วยวิธีบีบเย็นสามารถแบ่งออกได้เป็น สองขั้นตอนคือ การเตรียมมะพร้าวโดยการลดความชื้น และการ บีบมะพร้าวที่ผ่านการลดความชื้นเพื่อสกัดน้ํามัน ในขั้นตอนการ บี บ น้ํ า มั น ส่ ว นใหญ่ จะใช้ เ ครื่ อ งบี บ น้ํ า มั น แบบไฮดรอลิ ค (hydraulic) หรือแบบเกลียวอัด (screw press) ขึ้นอยู่กับความ เหมาะสมของผู้ผลิต ขณะที่ขั้นตอนการเตรียมมะพร้าวส่วนใหญ่ ใช้วิธีการเกลี่ยเป็นชั้นบางบนภาชนะแล้วทําการผึ่งแดดหรือทํา การอบแห้งด้วยตู้อบลมร้อนที่อุณหภูมิอบแห้งอยู่ในช่วง 50-60ºC (คมสัน, 2547) โดยยังมีผู้ศึกษาถึงเทคนิคและวิธีการในการลด ความชื้นมะพร้าวด้วยการอบแห้งไม่มากนักดังเช่น ยิ่งยงและคณะ (2554) ได้ศึกษาอิทธิพลของอุณหภูมิอากาศอบแห้งต่อการลดลง ของความชื้ น ในกากมะพร้าวที่ อ บด้ วยเครื่ อ งอบแห้ งแบบสกรู ลําเลียงอนุกรมสองชุดโดยไม่คํานึงถึงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ใน ทุกเงื่อนไขการทดลอง โดยกําหนดอัตราการป้อนกากมะพร้าว คงที่ 33.4 g min-1 และควบคุมความเร็วรอบของสกรูลําเลียงที่ 12 rpm ในขณะที่อากาศอบแห้งถูกจ่ายเข้าเครื่องอบแห้งผ่านท่อ กระจายอากาศด้วยอั ตราการไหลเชิ งมวล 0.1359 kg s-1 ส่วน อุณหภูมิอากาศอบแห้งที่ศึกษาได้ปรับเปลี่ยนในช่วง 60-140ºC เพิ่มขึ้นครั้งละ 20ºC ในแต่ละการทดลอง ผลการทดลองพบว่า อัตราการอบแห้งกากมะพร้าวที่อุณหภูมิอากาศอบแห้ง 140ºC มี ค่ า สู ง สุ ด โดยสามารถลดความชื้ น จาก 95.28%db เหลื อ 0.71%db แต่เนื่องจากเป็นการอบแห้งกากมะพร้าวเพื่อใช้เป็น อาหารสัตว์จึงไม่คํานึงคุณภาพของกากมะพร้าวหลังการอบแห้ง ขณะที่ จิ น ตนาพรและคณะ (2555) ได้ ศึ ก ษาผลกระทบของ อุณหภูมิอบแห้งและชั้นความหนาของกากมะพร้าวต่อการลดลง ของความชื้นที่อุณหภูมิอบแห้ง 40 60 และ 80ºC และชั้นความ หนา 2 3 และ 4 mm ผลการศึกษาพบว่าเวลาที่ใช้ในการอบแห้ง จะลดลงเมื่ อ อุ ณ ภู มิ อ บแห้ งสู งขึ้ น และชั้ น วัส ดุ บ าง เมื่ อ ทํ า การ วิเคราะห์ปริมาณน้ํามันจากกากมะพร้าวที่อบแห้งพบว่าพบว่ามี ปริมาณน้ํามันไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสําคัญที่ระดับความเชื่อมั่น

95% ฐานิ ต ย์ แ ละคณะ (2549) ได้ ศึ ก ษาอิ ท ธิ พ ลของอุ ณ หภู มิ อากาศอบแห้งที่มีต่อการอบแห้งมะพร้าวขูดด้วยเทคนิคฟลูอิไดซ์ เบด พบว่าการเพิ่มอุณหภูมิอากาศอบแห้งส่งผลให้การลดลงของ ความชื้นมะพร้าวเร็วขึ้นโดยหลังจากทําการอบแห้งมะพร้าวจน เหลือความชื้นประมาณ 1%db แล้วพิจารณาถึงคุณ ภาพของสี ของมะพร้าวที่ อบแห้ งด้วยอุณ หภู มิ 70 และ 90ºC ยังคงอยู่ใน เกณฑ์ดีโดยจะมีความสว่างเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับเนื้อมะพร้าวก่อน ทํ า การอบแห้ ง แต่ ก รณี อ บแห้ ง ที่ อุ ณ หภู มิ 110 และ 120ºC เนื้ อ มะพร้ า วจะเกิ ด การเปลี่ ย นแปลงสี อ ย่ า งเห็ น ได้ ชั ด เมื่ อ ระยะเวลาอบแห้งมากกว่า 1 min โดยสามารถสังเกตเห็นความ เหลืองที่เกิดขึ้นได้ด้วยตาเปล่า จากการศึกษาจะพบว่าการอบแห้ง กากมะพร้าวหรือเนื้อมะพร้าวขูดเพื่อการผลิตน้ํามันมะพร้าวยังไม่ มี ก ารศึ ก ษาอย่ า งชั ด เจนทั้ ง ๆ ที่ เ ทคโนโลยี ก ารอบแห้ ง มี หลากหลายที่สามารถนํามาประยุกต์ใช้กับมะพร้าวขูดที่ใช้เป็น วั ต ถุ ดิ บ สํ า หรั บ การผลิ ต น้ํ า มั น มะพร้ า วโดยคณะผู้ วิ จั ย สนใจ เทคนิคการอบแห้งแบบสเปาเต็ดเบด เนื่องจากเป็นเทคนิคการ อบแห้งที่ใช้เวลาสั้นกว่าเทคนิคอื่นๆ ซึ่งจะช่วยประหยัดพลังงาน และค่าใช้จ่าย และยังคงรัก ษาคุณ ภาพของผลิตภั ณ ฑ์ ห ลังการ อบแห้ ง ได้ ดี เ นื่ อ งจากมี ก ารกระจายตั ว และไหลเวี ย นของ ผลิ ต ภั ณ ฑ์ อ ย่ า งสม่ํ า เสมอทํ า ให้ เกิ ด การสั ม ผั ส กั น อย่ า งทั่ ว ถึ ง ระหว่างผลิต ภั ณ ฑ์ แ ละลมร้อ น (Marmo, 2007; Takeuchi et al., 2008) แต่จากการศึกษาสมบัติทางกายภาพของเนื้อมะพร้าว ขูด (เกียรติศักดิ์และคณะ, 2557) พบว่ามะพร้าวขูดมีมุมเสียด ทานภายในมากก่อให้มีแรงยึดเกาะระหว่างอนุภาคสูงการอบแห้ง โดยเทคนิ ค สเปาเต็ ด เบดโดยทั่ วไปจะก่อ ให้ เกิ ดปั ญ หาการเกิ ด โพรงอากาศและไม่เกิดสเปาที่สมบูรณ์ จึงจําเป็น ที่จะต้องมีการ พัฒนาเทคนิคการอบแห้งให้เหมาะสมกับการอบแห้งเนื้อมะพร้าว ขูดโดยเฉพาะพร้อมทั้งหาสภาวะที่เหมาะสมต่อการอบแห้งในการ เตรียมมะพร้าวขูดสําหรับการบีบน้ํามันด้วยวิธีบีบเย็นซึ่งต้องไม่ ส่ ง ผลกระทบต่ อ คุ ณ ภาพของน้ํ า มั น มะพร้ า วที่ บี บ ได้ ดั ง นั้ น งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อหาสภาวะที่เหมาะในการอบแห้ง เนื้อมะพร้าวขูดด้วยเครื่องอบแห้งแบบสเปาเต็ดเบดที่พัฒนาขึ้น สําหรับใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตน้ํามันมะพร้าวด้วยวิธีบีบเย็น 2 อุปกรณ์และวิธีการ 2.1 เครื่องอบแห้งแบบสเปาเต็ดเบด

เครื่องอบแห้งแบบสเปาเต็ดเบดสําหรับอบแห้งมะพร้าวขูดที่ พัฒนาขึ้น (Figure 1) ประกอบด้วย 1) พัดลมแรงดันสูง (VB-20DN, Hitachi Industrial System Equipment System 65

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 64-72 Co.,Ltd, Japan) ขนาด 1.5 kW ทํ า หน้ า ที่ ป้ อ นอากาศเข้ า สู่ ระบบ 2) อิ น เวอร์เตอร์ (WJ200 inverter, Hitachi Industrial System Equipment System Co.,Ltd, Japan) ทําหน้าที่ป รับ ความเร็ว ของมอเตอร์เพื่ อ เพิ่ ม -ลดความเร็ว ของอากาศที่ เข้ า สู่ ระบบ 3) ชุดทําความร้อนด้วยไฟฟ้า (electric heater) ขนาด 3 kW ทํ า หน้ า ที่ เพิ่ ม อุ ณ หภู มิ ให้ กั บ อากาศที่ เป็ น ตั ว กลางในการ อบแห้ง 4) ห้องอบแห้งสเปาเต็ดเบด ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 cm และสูง 80 cm อากาศร้อนที่ผ่านชุดทําความร้อนจะไหลเข้า ห้องอบแห้งที่ด้านล่างผ่านช่องทางเข้าขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 7 cm 5) ชุ ด ค ว บ คุ ม อุ ณ ห ภู มิ (REX-C100FK02-M*AN, RKC instrument Inc., Japan) ทํางานโดยอาศัยอุณหภูมิของอากาศ ที่เข้าห้องอบแห้ง (T1) เป็นตัวควบคุมการทํางานของชุดทําความ ร้อน 6) ช่อง air jet ทําหน้าที่ช่วยเป่ามะพร้าวขูดที่จับผนังห้อง อบแห้งและจับตัวกันให้เคลื่อนลงสู่เบด ลดปัญ หาการเกิดโพรง อากาศและช่วยให้เกิดสเปาตลอดช่วงของการอบแห้ง

สเปา การทดลองได้กําหนดค่าอุณหภูมิ 3 ระดับคือ 60 70 และ 80ºC ที่ปริมาณมะพร้าวขูดในเบดเริ่มต้น 0.5 1 และ 1.5 kg ทํา การทดลอง 3 ซ้ํา โดยกําหนดให้ความเร็วลมที่ก่อให้เกิดสเปาใน แต่ ล ะปริ ม าณเบดเริ่ ม ต้ น คงที่ ระหว่ า งการทดสอบได้ ทํ า การ บันทึกค่าพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในระบบการอบแห้งซึ่งประกอบด้วย พั ด ลมแรงดั น สู ง และชุ ด ทํ า ความร้ อ นไฟฟ้ า ด้ ว ย kWh-meter บั น ทึ ก ค่ า อั ต ราการไหลและความดั น ของอากาศที่ ช่ อ ง air jet และเก็บตัวอย่างทุกๆ 5 min หาความชื้นด้วยเครื่องวัดความชื้น แบบอินฟาเรดร่วมกับวิธีการอบด้วยตู้อบลมร้อน (hot air oven) ที่อุณ หภูมิ 105ºC เป็น เวลา 24 h ค่าความชื้นของมะพร้าวขูด สามารถคํานวณได้จากสมการ (1) w w f  100% M i w i

(1)

เมื่อ M คือ ความชื้นของมะพร้าวขูด (%wb), wi คือ น้ําหนักของ มะพร้าวขูดก่อนอบแห้ง (g), wf คือ น้ําหนักของมะพร้าวขูดหลัง การอบแห้ง (g) 2.4 ประเมินสมรรถนะการอบแห้ง

ประเมินสมรรถนะในการอบแห้งจะพิจารณาในรูปของความ สิ้ น เปลื อ งพลั ง งานจํ า เพาะ (specific energy consumption, SEC) ความสามารถในการอบแห้ ง (drying rate, DR) และค่ า คุณภาพสีของเนื้อมะพร้าวขูด 2.4.1 ความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะ

Figure 1 The schematic of spouted bed dryer.

2.2 มะพร้าวขูด

มะพร้าวขูดที่ใช้ในการทดลองซื้อมาจากตลาดแม่กิมเฮงใน อําเภอเมือง จังหวัดนครราชสีมา โดยการสั่งขูดพิเศษเพื่อไม่ให้มีสี น้ําตาลของผิวเปลือกปนมา มะพร้าวขูดตัวอย่างมีความชื้นเริ่มต้น เฉลี่ย 52%wb 2.3 การอบแห้งเนื้อมะพร้าวขูด

การทดสอบอบแห้ งเนื้ อ มะพร้า วขูด เพื่ อศึ กษาอิ ท ธิพ ลของ อุณหภูมิและปริมาณของมะพร้าวขูดในเบดเริ่มต้นต่อสมรรถนะ การอบแห้งเนื่องจากอุณ หภูมิเป็นปัจจัยสําคัญ ที่มีผลต่อการทํา แห้ งและส่ งผลกระทบต่อ คุ ณ ภาพของน้ํ า มัน มะพร้าวที่ ได้ ส่วน ปริมาณมะพร้าวขูดในเบดเริ่มต้นมีผลต่อการทําแห้งและการเกิด 66

ค วาม สิ้ น เป ลื อ งพ ลั งงาน ข อ งก ระบ วน ก ารอ บ แ ห้ ง ประกอบด้วยพลังงานไฟฟ้าที่ป้อนให้แก่พัดลมแรงดันสูงและชุด ทํ า ความร้อ นอากาศอบแห้ ง สามารถวั ด ได้ ด้ ว ยมาตรวั ด ความ สิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้า (kilowatt-hour meter) และพลังงาน ลมเป่ า (air jet) ซึ่ ง หาได้ จ ากความดั น และอั ต ราการไหลของ กระแสอากาศ โดยค่า SEC แสดงให้ทราบถึงพลังงานที่ใช้ในการ ระเหยน้ํา (ความชื้น ) จํานวน 1 kg ออกจากผลิตภัณ ฑ์ที่นํามา อบแห้งซึ่งสามารถคํานวณได้จากสมการ (2) SEC 

E m water

(2)

เมื่อ SEC คือ ความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะของกระบวนการ อบแห้ ง (MJ kg-1), E คื อ พลั ง งานรวมในระบบอบแห้ ง (MJ),

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 64-72 mwater คือ ปริมาณน้ํา (ความชื้น) ที่ถูกนําออกจากผลิตภัณ ฑ์ที่ นํามาอบแห้ง (kg) 2.4.2 อัตราการอบแห้ง

อัตราการอบแห้งบ่งบอกความสามารถในการระเหยน้ําออก จากวัสดุโดยสามารถหาได้จากสมการ (3) และ (4)

m

DR  water t

(3)

Mi  M f t

(4)

DR 

เตรียมเนื้อมะพร้าวขูดอบแห้งก่อนบีบและหลังบีบน้ํามันด้วย เครื่องบีบ ไฮดรอลิค เพื่ อนําไปหาปริมาณน้ํ ามัน ด้วยเครื่อ งสกัด ไข มั น (Soxtec™ 2 0 5 0 , Foss Analytical AB, Höganäs, Sweden) โดยการเตรียมตัวอย่าง 2 g ใส่ลงในกระดาษกรองและ นํากระดาษกรองใส่ลงไปในทิมเบิลพร้อมทั้งนําถ้วยอลูมิเนียมที่ใส่ ปิ โ ตรเลี ย มอี เทอร์ (petroleum ether) เข้ า เครื่ อ งสกั ด เมื่ อ เครื่องสกัดทํางานเสร็จนําเอาถ้วยอลูมิเนียมไปอบด้วยเครื่องอบ สุญญากาศที่อุณหภูมิ 60ºC เป็นเวลา 24 h แล้วนําไปชั่งเพื่อหา ปริมาณไขมันที่มีอยู่ในเนื้อมะพร้าว (AOAC, 1997) 2.5.3 บีบน้ํามันด้วยเครื่องบีบไฮดรอลิค

เมื่ อ DR คื อ อั ต ราการอบแห้ ง (kg h-1 หรื อ %wb h-1) Mi คื อ ความชื้นเริ่มต้น (%wb), Mf คือความชื้น สุดท้าย (%wb), t คือ เวลาที่ใช้ในการอบแห้ง (h) 2.5 ศึกษาผลกระทบของอุณ หภูมิต่อคุณ ภาพของมะพร้าวขูด

และน้ํามันมะพร้าว ทํ า การเตรี ย มตั วอย่ า งมะพร้ า วขู ด อบแห้ ง โดยการอบแห้ ง มะพร้ า วขู ด ตามสภาวะที่ เหมาะสมที่ ห าได้ จ ากข้ อ 2.4 แต่ เนื่องจากสภาวะที่เหมาะสมอุณหภูมิการอบแห้งเกินกว่าที่แนะนํา ไว้ (คมสัน, 2547) จึงได้ทําการเตรียมตัวอย่างที่อุณหภูมิ 60 และ 80ºC เพิ่มเพื่ อดูผลกระทบของอุ ณ หภูมิอบแห้งที่มีต่อคุณ ภาพ ของน้ํามันมะพร้าวดังนี้ 2.5.1 คุณภาพสีของผลิตภัณฑ์

นําเนื้อมะพร้าวขูดและเนื้อมะพร้าวขูดอบแห้งไปทดสอบคุณ ภาพสี ด้ ว ยเครื่ อ งวั ด สี (ColorQuestXE, Hunter Associates Laboratory, Inc., USA) ในระบบ L a b เพื่อใช้เป็นดัชนีหนึ่งใน การกําหนดคุณภาพของมะพร้าวขูดที่อบแห้ง โดยค่า L หมายถึง ค่ า ความสว่ า ง (lightness) ค่ า a หมายถึ ง ค่ า ความเป็ น สี เขี ย ว (greenness) ในขณะที่ ค่ า b หมายถึ ง ค่ า ความเป็ น สี เหลื อ ง (yellowness) แล้วทําการหาความแตกต่างของสีระหว่างเนื้อ มะพร้าวขูดสดเทียบกับเนื้อมะพร้าวขูดอบแห้ง (∆E) ซึ่งสามารถ หาได้จากสมการ (5)  E  ( Lo  L p ) 2  ( ao  a p ) 2  (bo  b p ) 2

2.5.2 การวิเคราะห์หาปริมาณน้ํามันในเนื้อมะพร้าว

(5)

เมื่อ L0, a0, bo เป็นค่าสีของเนื้อมะพร้าวขูด และ Lp, ap, bp เป็น ค่าสีของเนื้อมะพร้าวขูดอบแห้ง

นําเนื้อมะพร้าวขูดอบแห้งที่เตรียมไว้ห่อด้วยผ้าขาวบางแล้ว ใส่ลงในกระบอกบีบน้ํามันขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางขนาด 11.5 cm สูง 15 cm จากนั้นบีบน้ํามันด้วยเครื่องบีบไฮดรอลิคโดยใช้ แรงบีบขนาด 5 ton น้ํามันมะพร้าวที่บีบได้นําไปกรองแล้วทิ้งไว้ ให้ใส ทําการประเมินประสิทธิภาพการบีบน้ํามันจากสมการ (6) Effoil pressed 

m oil pressed m total oil

x100 %

(6)

เมื่อ Effoil pressed คือประสิทธิภาพการบีบน้ํามัน (%), moil pressed คือ ปริมาณน้ํามันที่บีบได้จากเครื่องไฮดรอลิค (g), mtotal oil คือ ปริมาณน้ํามันที่มีอยู่ทั้งหมดก่อนทําการบีบ (g) ซึ่งหาโดยใช้เครื่อง สกัดไขมัน 2.5.4 หาปริมาณกรดไขมัน

นําน้ํามันมะพร้าวที่บีบได้จากเครื่องบีบแบบไฮดรอลิคไปทํา reaction fatty acid แล้ววิเคราะห์ด้วยเครื่อง Gas chromategraphy (Agilent 7890A, Agilent Technologies Inc., USA) โดยน้ํามันมะพร้าวที่ผลิตเพื่อใช้รับประทานหรือปรุงอาหารต้องมี คุณ ภาพหรือมาตรฐานส่วนประกอบของกรดไขมัน เป็นไปตาม ข้ อ กํ าห น ดขอ ง Asian and Pacific Coconut Community (2015) 3 ผลและวิจารณ์ผล 3.1 ผลการอบแห้ง

จากการทดสอบการอบแห้งมะพร้าวขูดด้วยเทคนิคสเปาเต็ด เบดพบว่าพฤติกรรมการลดลงของความชื้นมีลักษณะดังแสดงใน Figure 2a และ Figure 2b โดยพฤติกรรมการอบแห้งส่วนใหญ่ จะอยู่ ในช่ ว งของการอบแห้ ง ลดลง และพบว่ า การลดลงของ 67

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 64-72 ความชื้นมะพร้าวขูดขึ้นอยู่กับทั้งอุณหภูมิและปริมาณมะพร้าวขูด ในเบดเริ่มต้น เมื่อพิจารณาเฉพาะอุณหภูมิอบแห้งพบว่าที่ปริมาณ มะพร้าวขูดในเบดเริ่มต้นเดียวกันอุณหภูมิอากาศอบแห้งที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้อัตราการถ่ายเทความร้อนและการถ่ายเทมวล (ความชื้น) เพิ่มขึ้นจึงทําให้ความชื้นในมะพร้าวขูดลดลงเร็วขึ้น (Figure 2a) เมื่อพิจารณาเฉพาะปริมาณมะพร้าวขูดในเบดเริ่มต้นพบว่าที่ อุณหภูมิเดียวกันการเพิ่มขึ้นของปริมาณมะพร้าวขูดจะส่งผลให้ใช้ เวลาในการอบแห้งมากขึ้นทั้งนี้เนื่องจากว่าปริมาณมะพร้าวขูดที่ มากกว่าในเบดเริ่มต้นจะต้องใช้เวลาในการวนกลับเข้าสู่เบดมาก กว่าจึงทําให้ใช้เวลาในการลดความชื้นมากขึ้นด้วย ซึ่งพฤติกรรมนี้

ให้ ผ ลเช่ น เดี ย วกั บ การอบแห้ ง ข้ า วโพด (กษมา, 2543) และ ข้าวเปลือก (วธัญญู, 2542) โดยเทคนิคสเปาเต็ดเบดสองมิติ และ จาก Figure 2b จะพบว่าเมื่ออุณหภูมิอบแห้งสูง (80ºC) อิทธิพล ของอุณหภูมิอบแห้งต่อความสามารถในการทําแห้งมีค่ามากกว่าที่ อุณหภูมิต่ํากว่าซึ่งสังเกตได้จากเส้นกราฟที่เกือบจะทับกันทั้งสาม ระดับปริมาณมะพร้าวขูดในเบดเริ่มต้นซึ่งถึงแม้ว่าอุณหภูมิอากาศ อบแห้ ง ที่ สู ง จะส่ ง ผลดี ต่ อ การลดลงของความชื้ น แต่ สิ่ ง ที่ ต้ อ ง คํานึงถึงคือคุณภาพของมะพร้าวอบแห้งและน้ํามันที่ได้

(a) The effect of temperature at constant initial bed

(b) The effect of initial bed at constant temperature

Figure 2 The drying characteristics curve of shredded-coconut by spouted bed technigue 68

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 64-72 3.2 อัตราการอบแห้ง

อัตราการอบแห้งสามารถแสดงในรูปของอัตราการระเหยน้ํา และอัตราการลดลงของความชื้น เมื่อพิจารณาอัตราการอบแห้ง ในรูปของอัตราการระเหยน้ําพบว่าการอบแห้งขึ้นอยู่กับปริมาณ มะพร้ าวขู ด ในเบดเริ่มต้ น โดยเมื่ อ พิ จารณาที่ อุ ณ หภู มิ 60 และ 70ºC พบว่าอัตราการระเหยน้ํามีแนวโน้มเพิ่มขึ้นแล้วลดลงโดย ค่ า สู ง สุ ด เกิ ด ขึ้ น ที่ ป ริ ม าณเบดเริ่ ม ต้ น 1 kg (Figure 3) ทั้ ง นี้ เนื่ อ งจากอั ต ราส่ ว นของปริ ม าณมะพร้ า วขู ด เริ่ ม ต้ น มี ค วาม เหมาะสมกับความสามารถในการรับน้ําของอากาศอบแห้ง แต่ที่ อุณหภูมิ 80ºC ซึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่ายังมีความสามารถในการรับ น้ําได้อีกแนวโน้มการเพิ่มขึ้นของการระเหยน้ําจึงค่าเพิ่มขึ้นตลอด ช่ ว งปริ ม าณเบดเริ่ ม ต้ น ที่ ใช้ ท ดสอบ ดั ง นั้ น การคิ ด อั ต ราการ อบแห้งโดยดูจากอัตราการระเหยของน้ําสามารถใช้ตรวจสอบหา สมรรถนะการอบแห้งได้แต่ยังไม่สามารถอธิบายได้ถึงพฤติกรรม การเปลี่ยนแปลงความชื้น ซึ่งเมื่อพิจารณาอัตราการอบแห้งในรูป ของการลดลงของความชื้ น (Figure 4) นั้ น พบว่ า อั ต ราการ อบแห้ ง จะขึ้ น อยู่ กั บ ทั้ ง ปริ ม าณมะพร้ า วขู ด ในเบดเริ่ ม ต้ น และ อุณหภูมิอากาศอบแห้งซึ่งสอดคล้องกับทางทฤษฎีคือเมื่อปริมาณ มะพร้าวขูดในเบดเริ่มต้นมีน้ อยความสามารถในการลดลงของ ความชื้น จะมีค่ามากกว่าที่ เบดหนาแน่น และอัตราการอบแห้ ง (อัตราการลดลงของความชื้น) จะแปรตามอุณ หภู มิที่ใช้ในการ อบแห้งนั่นคืออุณหภูมิสูงกว่าจะมีอัตราการอบแห้งที่สูงกว่าดังนั้น การใช้ค่าอัตราการอบแห้งในรูปของอัตราการระเหยน้ําร่วมกับ อัตราการลดลงของความชื้นจะทําให้ทราบความสามารถในการ อบแห้งของเครื่องและพฤติกรรมที่แท้จริงของการอบแห้ง

Figure 4 The drying rate of shredded-coconut drying.

3.3 ความสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะ

เนื่ อ งจากมะพร้ าวขู ด ที่ นํ ามาใช้ ในการอบแห้ งมี ค วามชื้ น เริ่มต้นที่ก่อให้เกิดค่าความเสียดทานภายในสูงจึงเกิดปัญหาการ จับตัวกันของอนุภาคมะพร้าวในระหว่างการอบแห้งทําให้อนุภาค มะพร้าวขูดไม่วนกลับเข้าสู่เบด ก่อให้เกิดปัญหาโพรงอากาศขึ้น ระหว่างการอบแห้งทางคณะผู้วิจัยจึงได้ทําการพัฒนาระบบเป่า ลมด้านข้างเพื่อช่วยให้มะพร้าววนกลับเข้าสู่เบดดังนั้นพลังงานที่ ต้องป้อนเข้าสู่ระบบการอบแห้งจึงมีสองส่วนคือพลังงานไฟฟ้าที่ ให้กับระบบทําความร้อนและพัดลมแรงดันสูง และพลังงานลมที่ ใช้ในการทําให้มะพร้าวเคลื่อนตัวเข้าสู่เบดซึ่งเมื่อคิดเป็นค่า SEC แล้ ว พบว่ า อุ ณ หภู มิ อ ากาศอบแห้ ง ส่ ง ผลกระทบต่ อ ค่ า SEC มากกว่ า ปริ ม าณมะพร้ า วขู ด ในเบดเริ่ ม ต้ น (Figure 5) ทั้ ง นี้ เนื่ อ งจากเมื่ อ อุ ณ หภู มิ อ ากาศอบแห้ ง เพิ่ ม ขึ้ น ความต้ อ งการ พลังงานความร้อนเพื่อป้อนให้กับอากาศมีค่ามากขึ้นในขณะที่การ เพิ่ ม ปริมาณมะพร้าวขูดในเบดเริ่มต้น ค่า SEC มีแ น้วโน้ มลดลง แล้วเพิ่มขึ้นทั้งนี้เนื่องจากอิทธิพลของการเพิ่มขึ้นของพลังงานลม ที่ก่อให้เกิดสเปามีค่าน้อยกว่าความสามารถในการระเหยน้ํา

Figure 3 The water evaporation rate of shreddedcoconut drying.

Figure 5 The specific energy consumption of shreddedcoconut drying.

69

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 64-72 การหาสภาวะที่เหมาะต่อการอบแห้งมะพร้าวขูดด้วยเครื่อง อบแห้ ง สเปาเต็ ด เบดที่ พั ฒ นาขึ้ น นั้ น จะพิ จ ารณาจากค่ า SEC ร่วมกับสมรรถนะการอบแห้งในรูปของอัตราการระเหยน้ํา จาก การวิเคราะห์ค่าสถิติ (Table 1) พบว่าที่สภาวะ อุณหภูมิอากาศ อบแห้ ง และปริ ม าณมะพร้ า วขู ด ในเบดเริ่ ม ต้ น 60ºC/ 1.0 kg, 60ºC/ 1.5 kg และ 70ºC/ 1.0 kg นั้ น มี ค่า SEC ต่ําสุ ดและไม่ มี ความแตกต่ างกั น ทางสถิ ติที่ ระดั บ ความเชื่ อ มั่ น 95 % แต่ เมื่ อ พิจารณาที่สมรรถนะของการอบแห้งพบว่าที่สภาวะการอบแห้ง 70ºC/ 1.0 kg นั่ น มี ค่ามากกว่าส่งผลให้ อัตราการผลิ ต ในแต่ ล ะ ครั้งสูงกว่าจึงเป็นสภาวะที่เหมาะสมในการทํางานของเครื่องอบ แห้งที่พัฒนาขึ้น Table 1 Specific energy consumption of shredded-coconut drying.

Drying conditions SEC (MJ kg-1)* T 60ºC, W 0.5 kg 9.42±0.23ab T 60ºC, W 1.0 kg 8.72±0.15a T 60ºC, W 1.5 kg 8.64±0.33a T 70ºC, W 0.5 kg 11.52±0.98e T 70ºC, W 1.0 kg 8.95±0.55a T 70ºC, W 1.5 kg 9.26±0.49ab T 80ºC, W 0.5 kg 11.59±0.25e T 80ºC, W 1.0 kg 10.02±0.24bc T 80ºC, W 1.5 kg 10.57±0.25c

and drying rate DR (kg h-1)* 0.48±0.01a 0.97±0.02c 0.95±0.03c 0.70±0.01b 1.41±0.07e 1.25±0.02d 0.73±0.02b 1.20±0.01d 1.75±0.03f

* Different letters in the same column indicate significate differences (p<0.05) 3.4 ผลกระทบของอุ ณ หภู มิ ต่ อ คุ ณ ภาพของมะพร้ าวขู ด และ

น้ํามันมะพร้าว 3.4.1 คุณภาพสีของผลิตภัณฑ์

มะพร้าวขูดอบแห้งที่ได้จากการทดลองทุกระดับอุณหภูมิมีสี ขาวไม่พบลักษณะของสีเหลืองหรือสีน้ําตาลปน (Figure 6) ทั้งนี้ เนื่ อ งจากการอบแห้ ง ใช้ ร ะยะเวลาสั้ น ซึ่ งจากลั ก ษณะของเนื้ อ มะพร้าวขูดอบแห้งที่ได้นี้สามารถนําไปใช้ประโยชน์สําหรับการ ประกอบการทําเบเกอรี่หรืออาหารและขนมที่ต้องการใช้มะพร้าว ขูดอบแห้ งแต่งหน้ า และเมื่อนํ าตัวอย่ างมะพร้าวขูดอบแห้ งมา วิเคราะห์ค่าความแตกต่างของสี พบว่าที่อุณหภูมิอากาศอบแห้ง 60 70 และ 80ºC มีค่าสีไม่แตกต่างกันทางสถิติที่ระดับความเชื่อมัน 95% (Table 2)

Figure 6 Shredded-coconut after drying at a temperature of 60, 70 and 80ºC.

Table 2 The effect of drying temperature on color change of dried shredded-coconut.

Temperature L a b Fresh meat 77.72±0.46 -0.57±0.05 3.39±0.15 60ºC 76.64±1.18 -0.63±0.07 5.83±0.09 70ºC 78.86±0.53 -0.50±0.05 5.92±0.08 80ºC 75.90±1.11 -0.70± 0.00 4.90±0.05 *Different letters in the same column indicate significate differences (p‹0.05) 3.4.2 ประสิทธิภาพการบีบน้ํามันมะพร้าว

จากการสกัดน้ํามันในเนื้อมะพร้าวอบแห้งก่อนและหลังการ บีบด้วยเครื่องบีบน้ํามันไฮดรอลิค เพื่อวิเคราะห์หาปริมาณน้ํามัน ทั้ ง หมดที่ มี อยู่ ในมะพร้ าวขู ด อบแห้ งก่ อนการบี บ และปริม าณ น้ํ า มั น ที่ เหลื อ อยู่ ห ลั ง ผ่ า นการบี บ แล้ ว นั้ น พบว่ า มะพร้ า วขู ด อบแห้งที่อุณหภูมิ 70 และ 80ºC มีประสิทธิภาพการบีบที่สูงกว่า 70

∆E* 2.20±0.41a 2.34±0.52a 2.06±0.67a

การอบแห้งที่อุณหภูมิ 60ºC (Table 3) อย่างชัดเจนแสดงให้เห็น ว่ า การอบแห้ ง มะพร้ า วขู ด ที่ 70 และ 80ºC นั้ น ช่ ว ยให้ มี ประสิ ท ธิ ภ าพการบี บ น้ํ า มั น ที่ ดี ดั ง นั้ น สภาวะการอบแห้ ง ที่ เหมาะสมที่ได้จากการทดสอบคืออุณหภูมิอากาศอบแห้ง 70ºC และปริมาณมะพร้าวขูด ในเบดเริ่มต้ น 1.0 kg จึ งเป็ น สภาวะที่ เหมาะแก่การบีบน้ํามันด้วยเครื่องบีบเย็นแบบไฮดรอลิค

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 1 (2559), 64-72 3.4.3 ปริมาณกรดไขมัน

ผลการทดสอบหาร้อยละของกรดไขมันที่อยู่ในน้ํามันมะพร้าว ที่บีบได้จากเครื่องบีบไฮดรอลิค พบว่าการเตรียมเนื้อมะพร้าวขูด อบแห้งด้วยเครื่องอบแห้งสเปาเต็ดเบดที่พัฒนาขึ้นที่อุณหภูมิการ อบแห้ง 60 70 และ 80ºC และปริมาณมะพร้าวขูดในเบดเริ่มต้น 1 kg นั้น ค่าร้อยละของกรดไขมันอยู่ในช่วงเกณฑ์มาตรฐานของ กรดไขมันที่อยู่ในน้ํามันมะพร้าวดังแสดงใน Table 4 แสดงว่า สภาวะการอบแห้งที่ใช้ไม่ส่งผลต่อคุณ ภาพของน้ํามันที่ได้ การ อบแห้งอุณหภูมิสูงสามารถทําได้หากระยะเวลาในการอบแห้งไม่ นานจนก่อให้เกิดการเสื่อมคุณ ภาพของน้ํามันอันเนื่องมากจาก ความร้อนซึ่งผลจากการวิเคราะห์นี้ช่วยสนับสนุนให้สภาวะการ อบแห้งที่อุณหภูมิอากาศอบแห้ง 70ºC และปริมาณมะพร้าวขูด

ในเบดเริ่มต้น 1 kg เป็นสภาวะที่เหมาะสมต่ออบแห้งเพื่อเตรียม มะพร้าวขูดสําหรับการผลิตน้ํามันด้วยวิธีการบีบเย็น Table 3 Efficiency of coconut oil production by hydraulic press.

Total oil in Tempe Compression coconut Oil pressed (g) rature efficiency (%) (g) 60ºC 406.78 149.56 36.77 70ºC 448.84 234.41 52.23 80ºC 446.90 223.57 50.03

Table 4 The effect of drying temperature to percentage of the fatty acids in coconut oil.

Percent of the fatty acids in coconut oil Fatty acid Caproic acid (C6) Caprylic acid (C8) Capric acid (C10) Lauric acid (C12) Myristc acid (C14) Palmitic acid (C16) Stearic acid (C18) Oleic acid (C18:1) Linoleic acid (C18:2)

Temp. 60ºC

Temp. 70ºC

Temp. 80ºC

0.07 4.91 5.53 51.09 19.63 8.75 3.19 5.63 1.01

0.07 4.67 5.51 51.25 19.65 8.76 3.24 5.65 1.00

0.05 4.66 5.61 51.32 19.62 8.72 3.20 5.65 0.99

Standard (Asian and Pacific Coconut Community, 2015) < 1.2 3.4 - 15 3.2 - 15 41 - 56 13 - 23 4.2 - 12 1.0 - 4.7 3.4 - 12 0.9 - 3.7

4 สรุปผลการทดลอง

5 กิตติกรรมประกาศ

จากการทดลองศึ ก ษาอบแห้ ง มะพร้ า วขู ด โดยมี ค วามชื้ น เริ่มต้นเฉลี่ย 52 %wb พบว่าการอบแห้งที่อุณหภูมิการอบแห้งที่ 70ºC และปริมาณมะพร้าวขูดในเบดเริ่มต้น 1 kg เป็นสภาวะที่ เหมาะสมสํ า หรั บ การอบแห้ ง เพื่ อ เตรี ย มมะพร้ า วขู ด อบแห้ ง สํ า หรั บ การบี บ น้ํ า มั น ด้ ว ยเครื่ อ งอบแห้ ง แบบสเปาเต็ ด เบดที่ พั ฒ นาขึ้น เนื่ องจากให้ ค่ า SEC ต่ําและมี อัต ราการระเหยน้ํ าสู ง โดยมะพร้าวขูดอบแห้งที่ได้มีลักษณะเป็นสีขาวไม่มีสีน้ําตาลปน มี ประสิทธิภาพการบีบน้ํามัน 52.23% และคุณภาพของน้ํามันที่ได้ อยู่ในเกณฑ์มาตฐาน

คณะผู้วิจัยขอขอบคุณมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารีที่ให้ทุน สนับสนุนการวิจัย 6 เอกสารอ้างอิง

กษมา เจนวิ จิ ต รสกุ ล . 2543. การอบแห้ ง ข้ า วโพดโดยเทคนิ ค สเปาเต็ดเบดสองมิติ. วิทยานิพนธ์วิศวกรรมศาตรมหาบัณฑิต , มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. เกียรติศักดิ์ ใจโต, เทวรัตน์ ตรีอํานรรค, นาฎชนก ปรางปรุ, เบจว รรณ วานมนตรี, กระวี ตรีอํานรรค. 2557. ผลกระทบของค่า ความชื้นต่อการเปลี่ยนแปลงสมบัติทางกายภาพและความ ร้ อ นของเนื้ อ มะพร้ า วขู ด . การประชุ ม วิ ช าการสมาคม 71

Thai Society of Agricultural Engineering Journal Vol. 22 No. 1 (2016), 64-72 วิศ วกรรมเกษตรแห่ งประเทศไทยครั้งที่ 15, 2-4 เมษายน 2557, พระนครศรีอยุธยา, พระนครศรีอยุธยา, 557-561. คมสั น หุ ต ะแพทย์ . 2547. การสกั ด น้ํ า มั น มะพร้ า วบริ สุ ท ธิ์ . วารสารเกษตรกรรมธรรมชาติ 2, 1-5. จินตนาพร ปันพรม, จุฑามาศ บุญเลา, โชติพงศ์ กาญจนประโชติ, ฤทธิ์ ชั ย อั ศ วราชั น ย์ . 2555. ผลกระทบของอุ ณ หภู มิ แ ละ ความหนาของชั้นวัสดุต่อคุณภาพของกากมะพร้าว. วารสาร วิทยาศาสตร์เกษตร 43(3 พิเศษ), 228-231. ฐานิ ตย์ เมธิยานนท์, เสริม พงษ์ อดิ เรกรัฐ, ประสาน สถิตเรือ ง ศักดิ์, สมชาติ โสภณรณฤทธิ์. 2549. การศึกษาอิทธิพลของ อุณหภูมิอากาศอบแห้งที่มีผลต่อการอบแห้งมะพร้าวขูดด้วย เท คนิ ค ฟ ลู อิ ไ ดซ์ เ บด. การประชุ ม วิ ช าการเครื อ ข่ า ย วิ ศ วกรรมเครื่ อ งกลแห่ ง ประเทศไทย ครั้ ง ที่ 20. 18-20 ตุลาคม 2549, ปากช่อง, นครราชสีมา. ยิ่งยง แก้วก่อเกียรติ, ปรัชญา บุญประสิทธิ, อาณัติ พิลา. 2554. อิทธิพลของอุณหภูมิอากาศอบแห้งต่อการลดลงของความชื้น ในกากมะพร้ า วที่ อ บด้ ว ยเครื่ อ งอบแห้ ง แบบสกรู ลํ า เลี ย ง อ นุ ก ร ม ส อ ง ชุ ด . ก า ร ป ร ะ ชุ ม วิ ช า ก า ร เค รื อ ข่ า ย วิ ศ วกรรมเครื่ อ งกลแห่ ง ประเทศไทย ครั้ ง ที่ 25. 19-21 ตุลาคม 2554, เมือง, กระบี่. วทัญ ญู รอดประพั ฒ น์ , สุรเชษฐ์ บํ ารุงคีรี, ณรงค์ศัก ดิ์ สุวรรณ วงศ์ . 2542. การศึ ก ษาการอบแห้ ง ข้ า วเปลื อ กด้ ว ยเทคนิ ค สเปาเต็ดเบด. รายงานวิจัย มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคล สุวรรณภูมิ.

AOAC. 1997. Methods of Analysis of Association of Official Agricultural Chemists. 17thedn. Washington DC. Asian and Pacific Coconut Community. APCC standards for virgin coconut oil. Available at: http://www.apccsec.org/document/VCNO.PDF. Accessed on 21 September 2015.

Marmo, L. 2007. Low temperature drying of pomace in spout and spout-fluid beds. Journal of Food Engineering 79, 1179-1190.

Takeuchi, S., Wang, S., Rhodes, M. 2008. Discrete element method simulation of three dimensional conical-base spouted beds. Powder Technology 184, 141-150.

72