โดย กมลวรรณ แสงสร้อย เกียรติสุดา เหลืองวิลัย และ จริงแท้ ศิริพานิช
ภาควิชาพืชสวน คณะเกษตร กําแพงแสน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกําแพงแสน
สับปะรด เป็นพืชเศรษฐกิจที่สำคัญ ประเทศไทยส่งออกสับปะรดเป็นลำดับที่ 4 ของโลก แต่สับปะรดที่ส่งออกจากประเทศไทยส่วนมากร้อยละ 99.5% เป็นผลิตภัณฑ์จากสับปะรด ในขณะที่การส่งออกสับปะรดผลสดยังมีน้อย เนื่องจากอ่อนแอต่ออาการสะท้านหนาว ซึ่งเป็นอาการผิดปกติทางสรีรวิทยาของพืชเมื่อพืชได้รับอุณหภูมิต่ำเป็นระยะเวลาหนึ่ง ในผลสับปะรดจะแสดงอาการตรงบริเวณเนื้อใกล้กับแกนผล เป็นสีน้ำตาล จึงเรียกว่าอาการไส้สีน้ำตาล จากผลการวิจัยในอดีตพบว่าอาการไส้สีน้ำตาลของสับปะรดมีหลายปัจจัยที่เกี่ยวข้อง จึงทำให้การเกิดอาการไส้สีน้ำตาลในลักษณะต่างๆ ยากที่จะคาดเดา และยังไม่มีวิธีป้องกันการเกิดอาการนี้ได้ (ยกเว้นการใช้พันธุ์ต้านทาน)
ตั้งแต่อดีตถึงปัจจุบัน ได้มีแนวคิดในการทำนายการเกิดอาการไส้สีน้ำตาลของสับปะรดก่อนส่งออกเพื่อให้ทราบความรุนแรง และระยะเวลาการเกิดอาการไส้สีน้ำตาลโดยไม่ทำลายตัวอย่างสับปะรด ซึ่งจะช่วยลดความเสียหายในการส่งออกสับปะรดผลสดได้ ทั้งนี้จากงานวิจัยที่ผ่านมาของผู้วิจัยพบว่า ปริมาณของแข็งที่ละลายน้ำได้ทั้งหมด (TSS) กรดแอสคอร์บิก และแคลเซียมของผลสับปะรดก่อนการเก็บรักษา รวมทั้งอุณหภูมิและปริมาณน้ำฝน 2 เดือนก่อนการเก็บเกี่ยว เป็นตัวแปรในการสร้างสมการทำนายอาการไส้สีน้ำตาลของสับปะรดกลุ่มควีนล่วงหน้าได้แม่นยำ 71.4% นอกจากนี้ ยังพบว่ากรดแอสคอร์บิก และปริมาณแคลเซียมในผลก่อนการเก็บรักษามีความสัมพันธ์เชิงลบ ในขณะที่ TSS มีความสัมพันธ์เชิงบวกกับอาการไส้สีน้ำตาลในสับปะรดกลุ่มควีน สาเหตุหนึ่งที่ทำให้ได้สมการที่มีความแม่นยำไม่สูงอาจมาจากต้องมีการทำลายตัวอย่างเพื่อวัดปริมาณแคลเซียมและกรดแอสคอร์บิก (ก่อนเก็บรักษา) ทำให้ไม่สามารถใช้ผลเดิมในการสังเกตอาการไส้สีน้ำตาลได้ ดังนั้นหากสามารถประเมิน TSS กรดแอสคอร์บิก และปริมาณแคลเซียมในผลได้โดยไม่ทำลายผลผลิต จะสามารถติดตามอาการไส้สีน้ำตาลของผลเดิมได้ อาจนำค่าที่ได้ไปทำนายการเกิดอาการไส้สีน้ำตาลของสับปะรดผลนั้นๆได้แม่นยำมากขึ้น
เทคนิคเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี (Near infrared spectroscopy, NIRS) นำมาใช้ครั้งแรกทางด้านการเกษตรโดย Norris ในปี ค.ศ. 1964 โดยใช้วัดความชื้นเมล็ดธัญพืช ปัจจุบันเทคนิคนี้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย โดยส่วนใหญ่เป็นการหา ความชื้น โปรตีน และไขมันในผลผลิตทางการเกษตรและอาหาร โดย NIRS เป็นเทคนิคที่วัดการดูดกลืนแสงอินฟราเรดย่านใกล้ของตัวอย่างเพื่อให้ได้ข้อมูลทั้งในเชิงปริมาณและคุณภาพ ที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอินฟาเรดย่านใกล้กับตัวอย่าง ที่มีโมเลกุลประกอบด้วยพันธะ H-O, H-N, H-C และ C=O เป็นองค์ประกอบ โดยการให้แสง NIR แก่ตัวอย่าง ซึ่งกระตุ้นให้โมเลกุลสั่นและดูดกลืนแสง แล้วจึงวัดแสงที่สะท้อนหรือทะลุผ่าน แถบการดูดกลืนแสงย่าน NIR จะเป็นแถบโอเวอร์โทน (overtone) และคอมบิเนชั่น (combination) (ภาพที่ 1)
สำหรับผลสับปะรด เป็นผลไม้ที่มีพื้นผิวขรุขระ ส่งผลให้เกิดการดูดกลืนแสงน้อยลง เนื่องจากแสงส่วนใหญ่ตกกระทบวัตถุแล้วสะท้อนกลับ นอกจากนั้นสับปะรดกลุ่มควีน เช่น พันธุ์ตราดสีทอง เนื้อมีลักษณะเป็นโพรง จึงทำให้เกิดการกระเจิงแสงแตกต่างกัน ดังนั้นการใช้เทคนิค NIRS ในการทำนายคุณภาพสับปะรดจึงเป็นงานที่ท้าทายมาก อย่างไรก็ตามจากงานวิจัยที่ผ่านมาได้มีนักวิจัยบางกลุ่มประสบความสำเร็จในการประยุกต์ใช้เทคนิคนี้ในการสร้างสมการทำนายไนเตรต สำหรับปริมาณของแข็งที่ละลายน้ำได้ทั้งหมด (TSS) ในสับปะรด แม้จะมีรายงานอยู่บ้าง แต่ไม่แสดงค่าความคลาดเคลื่อนของผลการทำนายด้วยสมการ เปรียบเทียบกับความคลาดเคลื่อนของการวัดจริง
จากประเด็นดังกล่าว ผู้วิจัยจึงได้ทดลองวัดการดูดกลืนแสงของผลสับปะรดพันธุ์ปัตตาเวียและพันธุ์ตราด สีทองด้วยเครื่อง FT- NIR (MPA, Bruker Optik GmbH, Germany) ด้วยการวัดแบบ diffuse reflectance ที่ความยาวคลื่น 800 – 2,857 นาโนเมตร ที่ resolution เท่ากับ 16 cm-1 โดย 1 สเปกตรัมมาจากการคำนวณค่าเฉลี่ยในการวัดสเปกตรัม 32 ครั้ง ดังภาพที่ 2 จากนั้นนำผลสับปะรดทั้ง 2 พันธุ์ไปวิเคราะห์ปริมาณของแข็งทั้งหมดที่ละลายน้ำได้ กรดแอสคอร์บิก และแคลเซียม ด้วยวิธีมาตรฐาน
เมื่อนำสเปกตรัมที่ได้มาปรับแต่งด้วยวิธี Standard Normal Variate (SNV), Savitzky–Golay smoothing และวิธีอนุพันธ์ (derivative) แล้ววิเคราะห์หาสมการทำนายปริมาณ TSS ด้วยวิธีการถดถอยกำลังสองน้อยที่สุดบางส่วน (Partial Least Squares (PLS) Regression) ด้วยโปรแกรม The Unscrambler version 9.8 พบว่า ตัวอย่างสับปะรดพันธุ์ปัตตาเวีย (Smooth Cayenne) และพันธุ์ตราดสีทอง (Queen) กลุ่มที่ใช้สร้างสมการและกลุ่มที่ใช้ทดสอบสมการ มี TSS กรดแอสคอร์บิก และแคลเซียม ใกล้เคียงกัน (ตารางที่ 1)
ตารางที่ 1 ปริมาณของแข็งที่ละลายน้ำได้ทั้งหมด (TSS) กรดแอสคอร์บิก และแคลเซียมของสับปะรดพันธุ์ปัตตาเวียและพันธุ์ตราดสีทอง ใน Calibration set และ Prediction set
ส่วนสมการทำนายที่สร้างขึ้น แม้มีค่า Rp เท่ากับ 0.59-0.89 ในการทำนาย TSS กรดแอสคอร์บิก และแคลเซียม ซึ่งให้ค่าใกล้เคียงกับที่มีรายงานในบทความอื่นๆ (Amuah et al., 2019) แต่เมื่อพิจารณาค่า residual predictive deviation (RPD) ของทุกสมการ พบว่า ค่า RPD น้อยกว่า 2.4 (ตารางที่ 2) แสดงให้เห็นว่า NIRS มีประสิทธิภาพต่ำในการทำนาย TSS กรดแอสคอร์บิก และ แคลเซียม ของสับปะรดแบบไม่ทำลายผลิตผล
ตารางที่ 2 ผลของสมการทำนายปริมาณของแข็งที่ละลายน้ำได้ทั้งหมด (TSS) กรดแอสคอร์บิกและแคลเซียมในสับปะรดพันธุ์ปัตตาเวียและพันธุ์ตราดสีทอง จากข้อมูลสเปกตรัมเครื่อง MPA FT-NIR spectrometer
– N: จำนวนผลสับปะรดที่ใช้
– Rc: ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ระหว่างค่าที่ได้จากการวิเคราะห์ทางเคมีกับค่าที่ได้จากการทำนายของตัวอย่างในชุดสร้างสมการ
– Rp: ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ระหว่างค่าที่ได้จากการวิเคราะห์ทางเคมีกับค่าที่ได้จากการทำนายของตัวอย่างในชุดทดสอบสมการ
– RMSEC: ค่าความคลาดเคลื่อนจากการทำนายของกลุ่มตัวอย่างที่ใช้ในการสร้างสมการ
– SEP: ค่าผิดพลาดมาตรฐานในกลุ่มทดสอบสมการ (ค่าความแม่นยำในการนำสมการที่สร้างขึ้นมาทำนายปริมาณองค์ประกอบทางเคมีที่ได้จากเครื่อง NIRs ซึ่งถ้าค่าที่ได้มีค่าน้อย หมายความว่าสมการที่สร้างมีความแม่นยำสูง)
– RPD: อัตราส่วนของค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของกลุ่ม Validation set ต่อค่า SEP (ค่าจากที่คำนวณได้มีค่าสูง หมายถึง ค่าผิดพลาดมาตรฐานที่ทำนายได้จาก NIRs มีค่าน้อยกว่าค่าผิดพลาดมาตรฐานที่ได้จากวิเคราะห์จริง)
เอกสารอ้างอิง
อนุพันธ์ เทอดวงศ์วรกุล. 2558. เทคนิคทางวิศวกรรมแบบไม่ทำลายสำหรับผลผลิตเกษตร. พิมพ์ครั้งที่ 1. สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, กรุงเทพฯ.
Amuah, C. L., E. Teye, F.P. Lamptey, K. Nyandey, J. Opoku-Ansah and P.Q.W. Adueming. 2019. Feasibility study of the use of handheld NIR spectrometer for simultaneous authentication and quantification of quality parameters in intact pineapple fruits. Journal of Spectroscopy 2019: 5975461.
Norris, K.H. 1964. Design and development of a new moisture meter. Agric.Eng. 45: 370.
