งานวิจัยอัพเกรด สับปะรดภูแลสู่ Zero Waste

ด้วยรสชาติที่หอมหวาน ความกรอบที่ลงตัว ทำให้ “สับปะรดภูแล” เป็นสินค้า GI ของจังหวัดเชียงรายที่มียอดสั่งซื้อจากประเทศจีนทั้งในรูปของผลสด ผลปอกเปลือกหรือตัดแต่งก่อนส่งออกติดต่อกันทุกปี จนทำให้ปัจจุบันมีพื้นที่ปลูกสับปะรดชนิดนี้ในจังหวัดเชียงรายมากกว่า 5 หมื่นไร่ มีผลผลิตมากกว่าหนึ่งแสนตันต่อปี อย่างไรก็ตาม การผลิตสับปะรดภูแลมีวัสดุเศษเหลือเป็นจำนวนมากซึ่งมีศักยภาพในการแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์มูลค่าสูง ซึ่งกระบวนการผลิตสับปะรดในขั้นตอนต่างๆ ต้องคำนึงถึงการปลดปล่อยคาร์บอนเนื่องมาจากข้อกำหนดการนำเข้าสินค้าของต่างประเทศ รวมถึงผู้บริโภคที่ให้ความสำคัญกับ “ฉลากคาร์บอน” (Carbon Label) มากยิ่งขึ้น ดังนั้นการวิจัยเพื่อสร้างมูลค่าเพิ่มจากของวัสดุเศษเหลือในกระบวนการผลิตและเพื่อให้ได้ตัวเลขการปล่อยก๊าซเรือนกระจกของผลิตภัณฑ์สับปะรดภูแลโดยวิธีการเก็บข้อมูลและโดยวิธีการใช้ภาพถ่ายทางอากาศ  คือสิ่งสำคัญที่จะให้ทำให้สับปะรดภูแลของจังหวัดเชียงราย คงศักยภาพในการแข่งขันในตลาดประเทศจีนรวมถึงในประเทศอื่นๆ ได้อย่างต่อเนื่อง

จึงเป็นที่มาของโครงการการใช้นวัตกรรมเพื่อเพิ่มมูลค่าวัสดุเศษเหลือและการประเมินคาร์บอนฟุตพรินท์ในห่วงโซ่การผลิตและการแปรรูปสับปะรดภูแลของจังหวัดเชียงราย โดยการสนับสนุนของสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ  โดย รศ. ดร.อนรรฆ ขันธะชวนะ อาจารย์คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) ในฐานะหัวหน้าโครงการ กล่าวว่า ภายใต้โครงการระยะ 1 ปีนี้ (เริ่มดำเนินงาน เม.ย. 66) ประกอบด้วย งานวิจัยย่อย 2 เรื่องคือ (1) การวิเคราะห์ข้อมูลคาร์บอนฟุตพริ้นท์ของกระบวนการการปลูกและแปรรูปสับปะรดภูแลตลอดห่วงโซ่การผลิตที่รวมถึงออกแบบกระบวนการทางคณิตศาสตร์และอัลกอริทึมร่วมกับการใช้ภาพถ่ายจากอากาศยานไร้คนขับสำหรับใช้วิเคราะห์คาร์บอนฟุตพริ้นท์ตลอดกระบวนการปลูกสับปะรดภูแล และ (2) แนวทางการเพิ่มมูลค่าและ/หรือสร้างนวัตกรรมจากการใช้ประโยชน์วัสดุเศษเหลือในกระบวนการแปรรูปสับปะรดภูแลตามแนวทาง Zero waste โดยมีเป้าหมายหลักเพื่อสร้างความตระหนักให้กับเกษตรกรหรือผู้ประกอบการเกี่ยวกับผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่มีผลกับอุตสาหกรรมในภาพรวม อันจะนำไปสู่การปรับเปลี่ยนรูปแบบการผลิตและการจัดการผลผลิตที่เป็นผลดีทั้งกับสิ่งแวดล้อมและตลาดสับปะรดภูแลทั้งในไทยและต่างประเทศ

“หากเรามีตัวเลขการปล่อยก๊าซเรือนกระจกตั้งแต่ในไร่จนถึงโรงงาน จะเป็นจุดเริ่มต้นที่จะทำให้ได้มาซึ่งฉลากคาร์บอนที่มีความถูกต้องและนำไปติดบนผลิตภัณฑ์ได้จริง ข้อมูลนี้ยังเป็นข้อมูลสำคัญในการใช้สื่อสารกับเกษตรกรรวมถึงผู้ประกอบการ เพื่อนำไปสู่ความร่วมมือกันในการปรับเปลี่ยนวิธีการทั้งในไร่และในโรงงาน เพื่อลดตัวเลขของการปล่อยก๊าซคาร์บอนบนฉลากคาร์บอนของผลิตภัณฑ์สับปะรดภูแลลดลงมา อันจะทำให้เกิดยอมรับในตัวผลิตภัณฑ์ของผู้นำเข้าและผู้บริโภคในต่างประเทศมากขึ้น ขณะเดียวกันข้อมูลจากมหาวิทยาลัยแม่ฟ้าหลวงที่ทำวิจัยร่วมกับเราทั้งในชุดโครงการนี้และก่อนหน้า พบว่าการตัดแต่งสับปะรดภูแลเพื่อส่งออกนั้น จะมีเศษเหลือต่างๆ ทั้งใบ เปลือก และส่วนอื่นๆ มากถึงร้อยละ 60 การนำของเหลือทิ้งมาทำเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ ที่มีมูลค่า นอกจากจะเป็นการสร้างรายได้และช่วยลดขยะของเสียแล้ว ยังลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เกิดจากการย่อยสลายตามธรรมชาติ ซึ่งสามารถนำไปลดตัวเลขบนฉลากคาร์บอนได้อีกทางหนึ่ง”

โดรนและปัญญาประดิษฐ์ วิเคราะห์การปล่อยก๊าซเรือนกระจก

การวิเคราะห์ข้อมูลคาร์บอนฟุตพริ้นท์ของกระบวนการการปลูกสับปะรดภูแลนั้น รศ. ดร.ทรงเกียรติ ภัทรปัทมาวงศ์ จากคณะวิศวกรรมศาสตร์ มจธ. หนึ่งในคณะวิจัย กล่าวว่า จะต้องทำการเก็บข้อมูลปริมาณทรัพยากรที่ใช้ทั้งหมดตั้งแต่ขั้นตอนการปลูกจนถึงกระบวนการเกี่ยวเก็บผลผลิต เช่น ปริมาณน้ำ ประเภทและปริมาณปุ๋ย สารเคมี น้ำมันเชื้อเพลิง เพื่อนำข้อมูลทั้งหมดมาคำนวณหาปริมาณคาร์บอนที่เกิดขึ้นและถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศจากการใช้ทรัพยากรทั้งหมด

“ใช้ข้อมูลปริมาณทรัพยากร เช่น ชนิดสารเคมี ข้อมูลปริมาณและความถี่ที่ใช้ เพื่อนำมาแปลงเป็นปริมาณการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกหรือการปล่อยคาร์บอน โดยใช้วิธีการคำนวณขององค์การบริหารจัดการก๊าซเรือนกระจก (องค์การมหาชน) ซึ่งเป็นแนวทางการรับรองภายในประเทศ”

ผลพบว่า “วัสดุเศษเหลือทิ้ง” จุกและใบ หลังการเก็บผลผลิต ทำให้เกิด “ก๊าซเรือนกระจกมากที่สุด” หากทิ้งไว้ในไร่จนเกิดการย่อยสลายตามธรรมชาติจะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ คิดเป็นร้อยละ 58 ของกระบวนการในไร่ทั้งหมด ลำดับรองลงมา คือ การใช้ปุ๋ย (ร้อยละ 26) และการใช้น้ำมันเชื้อเพลิง (ร้อยละ 15) ตามลำดับ

ผศ.ดร.สอนกิจจา บุญโปร่ง จากคณะสังคมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ นักวิจัยร่วมโครงการใช้ “โดรน” เทคโนโลยีการเก็บภาพมุมสูง ร่วมกับ อัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่องและปัญญาประดิษฐ์ วิเคราะห์ฐานข้อมูลจากปริมาณก๊าซเรือนกระจกที่ได้จากการเก็บข้อมูลปริมาณการใช้ทรัพยากรนำมาประมวลผล/ประเมินปริมาณคาร์บอนที่จะเกิดในแต่ละช่วงการปลูกจนถึงการเก็บผลผลิต กล่าวว่า โดรนสามารถเก็บภาพถ่ายพื้นที่ปลูกสับปะรดได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำรวมถึงใช้ติดตามการเปลี่ยนแปลงของพื้นที่ปลูกได้อย่างต่อเนื่อง ภาพที่ถ่ายมาได้ด้วยกล้องจะเก็บภาพในช่วงคลื่นต่างๆ ทั้งช่วงสีแดง สีเขียว สีน้ำเงิน และอินฟราเรด

“โดยการสร้างอัลกอริทึมหรือสมการที่ใช้คำนวณปริมาณคาร์บอนที่ถูกปลดปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศที่เกิดขึ้นในไร่สับปะรด ด้วยการนำข้อมูลค่าของช่วงคลื่นจากการบินโดรนกับฐานข้อมูลปริมาณคาร์บอนที่ได้จากการใช้ปริมาณทรัพยากรในไร่มาให้ระบบ AI คำนวณและสร้างอัลกอริทึมที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูลสองชุดนี้

จากโครงการระยะที่ 1 ใช้ข้อมูลจากการบินโดรน 7 ไร่ ไร่ละ 7 ครั้ง หรือเท่ากับ 49 ชุดข้อมูล ซึ่งการสร้างอัลกอรึทึมการคำนวณปริมาณคาร์บอนจาก AI ทำให้สามารถสร้างโมเดลการทำนายที่ต้องการได้ในเวลาอันรวดเร็วและแม่นยำ และที่สำคัญคือเมื่อทำการใส่ข้อมูลใหม่ลงไป AI ก็จะสามารถปรับปรุงให้สมการการคำนวณมีความถูกต้องมากยิ่งขึ้น”

สำหรับงานในระยะที่ 2 ที่จะเริ่มกลางปีนี้ ผศ.ดร.สอนกิจจา กล่าวว่า จะมีการนำภาพถ่ายจากดาวเทียม THEOS 1 และ 2 ของคนไทย มาปรับใช้แทนภาพถ่ายจากโดรน เพื่อขยายผลสู่พื้นที่ปลูกสับปะรดูแลบริเวณกว้างขึ้น นอกจากนี้ รศ. ดร.ทรงเกียรติ กล่าวว่า จะเป็นการวิเคราะห์การปล่อยก๊าซเรือนกระจกในกระบวนการผลิตสับปะรดตัดแต่งจากโรงงานที่จะทำให้ได้ข้อมูลของวัฏจักรคาร์บอนตลอดห่วงโซ่การผลิตอันจะนำไปสู่การขอรับรอง “ฉลากคาร์บอน” ของผลิตภัณฑ์สับปะรดภูแลต่อไป

เพิ่มมูลค่าเศษเหลือจากสับปะรดภูแล

ในส่วนของงานวิจัย “นวัตกรรมเพื่อเพิ่มมูลค่าวัสดุเศษเหลือจากการแปรรูปสับปะรดภูแล” ที่ทีมวิจัยจากคณะทรัพยากรชีวภาพและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ร่วมกับมหาวิทยาลัยแม่ฟ้าหลวง จังหวัดเชียงราย ในการนำเปลือกเหลือทิ้งของสับปะรดภูแลมาแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์สารมูลค่าสูงอย่างน้ำตาลหายาก (Rare Sugar) ซึ่งเป็นสารให้ความหวานที่มีมูลค่าสูง นำมาใช้ในวงการอาหาร รวมถึงผลิตภัณฑ์เสริมอาหารที่มีประโยชน์ต่อสุขภาพของผู้บริโภค

รศ. ดร.วาริช ศรีละออง คณบดีคณะทรัพยากรชีวภาพและเทคโนโลยี มจธ. หัวหน้าโครงการวิจัย เล่าว่า “จากการวิเคราะห์คุณภาพของตาสับปะรดภูแลเหลือทิ้งทีมวิจัยพบว่ามีสารสำคัญหลายชนิดที่มีศักยภาพเพียงพอ และสามารถสกัดเป็นน้ำตาลหายาก (Rare Sugar) ที่เป็นสารมูลค่าสูงได้ “น้ำตาลหายาก”เป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่หาได้ยากในธรรมชาติ พบในปริมาณน้อย แม้จะมีโครงสร้างคล้ายน้ำตาลทั่วไป แต่จะมีคุณสมบัติที่พิเศษมากกว่า คือ น้ำตาลให้ความหวานน้อย แต่มีความสามารถในการส่งเสริมให้จุลินทรีย์โพรไบโอติกส์ (Probiotics) ซึ่งเป็นจุลินทรีย์ดีในร่างกายเจริญเติบโตได้ดี รวมถึงยับยั้งการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ให้โทษในร่างกาย ส่งผลให้สุขภาพดีขึ้น ตรงกับโจทย์ความต้องการของคนในปัจจุบัน”

การสกัดน้ำตาลมูลค่าสูงจากเปลือกสับปะรดเริ่มต้นจากมหาวิทยาลัยแม่ฟ้าหลวงนำตาของสับปะรดที่ถูกตัดทิ้งไปทำการอบแห้งก่อนส่งมาวิเคราะห์คุณสมบัติทางเคมี และสกัดเป็นน้ำตาลหายากที่คณะทรัพยากรชีวภาพและเทคโนโลยี ซึ่งตาสับปะรดอบแห้งที่ได้จะถูกนำไปบดเป็นผงละเอียดเพื่อวิเคราะห์คุณสมบัติและนำไปใช้สำหรับการสกัดน้ำตาลหายาก โดยเลือกใช้วิธีทางชีววิทยาแทนการใช้สารเคมีในการสกัดแบบวิธีดั้งเดิม ด้วยการใช้จุลินทรีย์ที่มีความสามารถในการสกัดน้ำตาลหายากออกมาจากสับปะรดได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยจุลินทรีย์กับสับปะรดจะทำปฏิกิริยากันในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ (Bio-Reactor) ที่่ควบคุมตัวแปรหลายอย่าง เช่น อุณหภูมิ ค่าความเป็นกรด-ด่าง และระยะเวลา จนได้เป็นสารสกัดน้ำตาลที่มีส่วนผสมของน้ำตาลหายาก ก่อนจะนำไปทำเป็นผงน้ำตาลด้วยกระบวนการทำแห้งแบบพ่นฝอย (Spray Dryer) ซึ่งผลผลิตที่ได้มีมูลค่าสูงขึ้นหลายเท่าตัวเมื่อเปรียบเทียบกับราคาของน้ำตาลที่บริโภคทั่วไป นอกจากนี้ยังสามารถต่อยอดเป็นสินค้าเพื่อสุขภาพของผู้บริโภคและยังเป็นผลิตภัณฑ์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมไปพร้อมกัน”

รศ. ดร. วาริช กล่าวเสริมอีกว่า ข้อมูลจากการศึกษาที่ผ่านมาของนักวิจัยกลุ่มต่างๆ ยังพบว่านอกจากน้ำตาลหายากที่สกัดได้จะมีประโยชน์ต่อจุลินทรีย์ดีในร่างกายแล้ว ยังมีฤทธิ์ในการต้านมะเร็ง ต้านอนุมูลอิสระ ป้องกันเบาหวาน โรคอ้วน และไขมันอุดตันในเส้นเลือด รวมถึงยังมีความเป็นไปได้ในการนำไปใช้ประโยชน์ด้านผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร และนำไปใช้ในการรักษาคุณภาพสินค้าทางการเกษตร ซึ่งเป็นโจทย์ที่ทีมวิจัยตั้งใจจะทำในอนาคตด้วย