การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีออกซิเดชัน เพื่อลดสารพิษตกค้างยาฆ่าแมลงในผักและผลไม้

โดย …ผศ.ดร.กานดา หวังชัย และคณะ

ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่
ศูนย์นวัตกรรมเทคโนโลยีหลังการเก็บเกี่ยว มหาวิทยาลัยเชียงใหม่
Tel 053-943346 Fax 053-892259 Email: [email protected]

ปัญหาและอุปสรรคสำคัญในการส่งออกและการเก็บรักษาผลผลิตทางการเกษตรหลังการเก็บเกี่ยว คือ การปนเปื้อนของสารเคมี เช่น ยาฆ่าแมลง โดยประเทศผู้นำเข้าเข้มงวดกับการตรวจสอบผลผลิตต่างๆ มากขึ้น ในปัจจุบันยังจำเป็นต้องมีการใช้สารเคมีต่างๆ เพื่อควบคุม โรคและแมลง ในระหว่างการผลิตผักและผลไม้ โดยเกษตรกรมักนำมาใช้ในปริมาณมากเกินกว่าที่กำหนด โดยไม่สามารถควบคุมหรือลดปริมาณสารตกค้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นจึงมีการพัฒนาเทคโนโลยีหลังการเก็บเกี่ยวเพื่อลดสารตกค้างยาฆ่าแมลงในผัก และผลไม้ให้อยู่ในระดับที่สามารถส่งออก และปลอดภัยต่อผู้บริโภค

ศักยภาพของการใช้เทคโนโลยีออกซิเดชัน

เทคโนโลยีออกซิเดชัน เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในการลดสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์โดยกระบวนการออกซิเดชัน ที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างตัวออกซิไดซ์กับสารต่างๆ เช่น การใช้อุลตราซาวด์ (ultrasound) โอโซน (ozone) น้ำอิเล็กโทรไลต์ (electrolyzed water) และ ปฏิกิริยาที่ใช้แสงเป็นตัวเร่งของไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2 photocatalysis)

อุลตราซาวด์ (Ultrasound)

เทคโนโลยีการใช้อุลตราโซนิคเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการลดการปนเปื้อนของสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์ (Weavers et al., 1998) และทำให้โมเลกุลของน้ำเกิดจุดที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูงมาก (sonolysis) จึงทำให้เกิดอนุมูลอิสระ (radical species) ได้แก่ H, •OH, •OOH ที่สามารถเข้าทำลายโครงสร้างของสารเคมีในสารละลายได้โดยตรง

การนำไปใช้ประโยชน์

การทำลายโครงสร้างของสารอินทรีย์ที่ปนเปื้อนในน้ำ (Petrier et al., 1998)
สามารถสลายตัวสารตกค้างยาฆ่าแมลง เช่น methyl parathion และ diazinon
มีประสิทธิภาพในการลดความเป็นพิษของ microcystins ในน้ำดื่ม (Song et al., 2005)
มีประสิทธิภาพในการสลายสาร 2-methylisoborneol (MIB) และ geosmin (GSM) (Song and O’Shea, 2007)

รูปที่ 1 ชุดต้นแบบการใช้เครื่องอุลตราโซนิคความถี่สูง เพื่อลดสารฆ่าแมลงตกค้างในพริกขี้หนู

โอโซน (Ozone)

โอโซน (O3) เป็นก๊าซที่มีความไวต่อการทำปฏิกิริยาเคมี มีคุณสมบัติในการเป็นตัวออกซิไดซ์ จึงเกิดปฏิกิริยาได้ดีและมีการสลายตัวโดยอัตโนมัติ ทำให้มีพิษตกค้างน้อย

การนำไปใช้ประโยชน์

กำจัดเชื้อจุลินทรีย์
ลดสารซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ตกค้างในผลลำไยสด (กานดาและคณะ, 2547)
ลดการปนเปื้อนของเชื้อจุลินทรีย์ และสาร aflatoxin ในสมุนไพรบางชนิด (พรรณวลัย, 2551)
การเพิ่มคุณภาพของน้ำที่ใช้ในระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ โดยสามารถลดปริมาณสารประกอบ organic และ inorganic carbon (TOC) (Whangchai et al., 2001)
ลดสารกำจัดศัตรูพืชที่ตกค้าง เช่น methyl-parathion, cypermethrin, parathion, diazinon (Wu et al., 2007) และ chlorpyrifos (Whangchai et al.,2009)

รูปที่ 2 การทดลองใช้โอโซนเพื่อลดสารตกค้างยาฆ่าแมลงตกค้างในข้าวโพดฝักอ่อนและลิ้นจี่ (Whangchai et al., 2011)

น้ำอิเล็กโทรไลต์ (Electrolyzed water)

การแยกสลายสารด้วยขั้วไฟฟ้าบวกและลบ โดยเมื่อผ่านน้ำเกลือลงไป ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นสารประกอบที่มีไอออน คือ OH- และ Cl- ซึ่งเป็นไอออนลบจะถูกดึงดูดไปยังขั้วบวก ดังนั้นขั้วจะมีการสูญเสียอิเล็กตรอนเพื่อให้มีอะตอมเป็นกลาง (ปล่อยประจุ) และเกิดเป็นก๊าซออกซิเจน hypochlorite ion, hypochlorus, chlorine gas และ hydrochloric acid ซึ่งสาร hypochlorus ที่ได้นี้เป็นสารที่ออกซิไดซ์ได้แรงกว่าสารประกอบคลอรีนที่อยู่ในรูป แคลเซียมไฮโปคลอไรต์ และโซเดียมไฮโปคลอไรต์

การนำไปใช้ประโยชน์

มีการใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวางในโรงพยาบาลที่ญี่ปุ่น
ใช้ในอุตสาหกรรมสัตว์น้ำ เช่นการลด phytoplankton ในการเพาะเลี้ยงกุ้ง
มีประสิทธิภาพสูงในการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรีย ในอุตสาหกรรมอาหารต่างๆ เช่น การผลิตนม เนื้อ ผักและผลไม้

รูปที่ 3 กระบวนการผลิตน้ำอิเล็กโทรไลต? (E-Water Systems Pty Ltd., 2008)

รูปที่ 4 ชุดต้นแบบผลิตน้ำอิเล็กโทรไลต์เพื่อควบคุมโรคผลเน่าของส้มเขียวหวาน

ปฏิกิริยาที่ใช้แสงเป็นตัวเร่งของไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2 photocatalysis)

ปฏิกิริยาเคมีที่ใช้แสงเป็นตัวเร่งที่ผิวของ TiO2 เป็นเทคโนโลยีใหม่ โดย TiO2 เป็นสารเคมีที่ดูดซับรังสีจากแสงอาทิตย์ หรือหลอดฟลูออเรสเซนซ์แล้วอิเล็กตรอนจะถูกรบกวนด้วยรังสี UV เกิด negative electron (e-) และ positive hole (h+) ขึ้น เมื่อ e- ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลของออกซิเจน จะเกิดเป็น super oxide anion สามารถจะออกซิไดซ์คาร์บอนในสารอินทรีย์เกิดเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ (Rajeswari and Kanmani, 2009) ส่วน h+ จะทำให้โมเลกุลของน้ำแตกตัวเป็นก๊าซไฮโดรเจน และ hydroxyl radical (OH-) ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนในองค์ประกอบของสารอินทรีย์เกิดเป็นน้ำ

การนำไปใช้ประโยชน์

สามารถลดสารตกค้างที่ปนเปื้อนจากในน้ำดื่ม (Coleman et al., 2000)
สามารถลดสารเคมีที่เป็นพิษจากอุตสาหกรรมยาได้ (Doll and Frimmel, 2004)
ใช้ยับยั้งแบคเชื้อทีเรียและทำความสะอาดอากาศและดินได้ (Fujishima et al.,2000)
มีการนำ TiO2 เคลือบบนแท่งเหล็กสแตนเลสในการใช้เป็นขั้ว electrodes เพื่อใช้ในการยับยั้งการเจริญของเชื้อแบคทีเรีย Escherichia coli และ Clostridium perfringens ในน้ำได้ (Dunlop et al., 2008)

รูปที่ 5 การเกิดปฏิกิริยาโฟโตแคตาไลซีสของไททาเนียมไดออกไซด์

รูปที่ 6 ชุดการทดลองการใช้การเกิดปฏิกิริยาการใช้แสงเป็นตัวเร่งของไททาเนียมไดออกไซด์ เพื่อลดสารตกค้างยาฆ่าแมลงในพริกขี้หน

เอกสารอ้างอิง

กานดา หวังชัย สุกานดา ไชยยง พีระวุฒิ วงศ์สวัสดิ์ จักรพงษ์ พิมพ์พิมล และจำนงค์ อุทัยบุตร. 2547. ผลของโอโซนต่อการลดปริมาณสารซัลเฟอร์ไดออกไซด์ตกค้างในผลลำไยสด. วารสารวิทยาศาสตร์เกษตร 35 5-6 (พิเศษ): 333–336.
พรรณวลัย จันทดา. 2551. การประยุกต์ใช้โอโซนในการลดการปนเปื้อนของเชื้อจุลินทรีย์และสารอะฟลาท็อกซินในสมุนไพรบางชนิด. ปัญหาพิเศษปริญญาตรี ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์. มหาวิทยาลัยเชียงใหม่.
Coleman, H. M., B. R. Eggins, J. A. Byrne, F. L. Palmer and E. King. 2000. Photocatalytic degradation of 17-?-oestradiol on immobilized TiO2. Applied Catalysis B: Environmental 24: 1-5.
Doll, T. E. and F. H. Frimmel. 2004. Kinetic study of photocatalytic degradation of carbamazepine, clofibric acid, iomeprol and iopromide assisted by different TiO2 materials-determination of intermediates and reaction pathways. Water Research 38: 955-964.
Dunlop, P. S. M., T. A. McMurray, J. W. J. Hamilton and J. A. Byrne. 2008. Photocatalytic inactivation of Clostridium perfringens spore on TiO2 electrodes. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 196: 113 – 119.
E-Water Systems Pty. Ltd. 2008. Chemical free cleaning and sanitizing for healthcare and food safety/ROX electrolyzed water. [Online]. Avaliable: http://www.ewatersystems.com. (21 June 2008).
Fujishima, A., T. N. Rao and D. A. Tryk. 2000. Titanium dioxide photocatalysis. Journal of Photochemistry and Photobi-ology C: Photochemistry Reviews 1(1): 1 – 21.
Petrier, C., Y. Jiang, and M. Lamy. 1998. Ultrasound and environment: sonochemical destruction of chloroaromatic derivatives. Environmental Science and Technology 32: 1316-1318.
Rajeswari, R. and S. Kanmani. 2009. A study on synergistic effect of photocatalytic ozonation for carbaryl degradation. Desalination 242: 277-285.
Song, W., T. Teshiba, K. Rein and K. E. O’Shea. 2005. Ultrasonically induced degradation and detoxification of microcystin-LR (cyanobacterial toxin). Environmental Science and Technology 39(16): 6300-6305.
Song, W. and K. E. O’Shea. 2007. Ultrasonically induced degradation of 2-methylisoborneol and geosmin. Water Research 41: 2672-2678.
Weavers, L. K., F. H. Ling and M. R. Hoffmann. 1998. Aromatic compound degradation in water using a combination of sonolysis and ozonolysis. Environmental Science and Technology 32: 2727-2733.
Whangchai, K., J. Uthaibutra and S. Phiyanalinmat. 2011. Effect of ozone treatment on the reduction of chlorpyrifos residues in fresh lychee fruits. Ozone Science and Engineering 33(3): 232-236.
Whangchai, K., S. Pengphol and J. Uthaibutra. 2009. Effect of ozone on microbial contaminants and aflatoxin reduction of senna (Cassia angustifolia). Agricultural Science Journal 40(1) (Suppl): 237-240.
Whangchai, N. 2001. Development of ozonation for water quality improvement in intensive shrimp cultivation. Ph. D. Thesis. University of Tsukuba. Japan.
Wu, J. G., T. G. Luan, C. Y. Lan, T. W. H. Lo and G. Y. S. Chan. 2007. Removal of residual pesticides on vegetable using ozonated water. Food Control 18: 466-472.