ทุเรียนเป็นผลไม้เศรษฐกิจสำคัญของประเทศไทยที่มีศักยภาพในการส่งออกสูง แต่ยังมีข้อจำกัดด้านอายุการเก็บรักษา การขนส่ง และปัญหาผลผลิตล้นตลาดในช่วงฤดูกาล โดยเฉพาะการเปลี่ยนแปลงคุณภาพของเนื้อทุเรียนหลังผ่านกระบวนการแช่เยือกแข็งและละลายน้ำแข็ง ซึ่งอาจส่งผลต่อเนื้อสัมผัสและการยอมรับของผู้บริโภค การพัฒนาเทคโนโลยีแช่เยือกแข็งที่สามารถรักษาคุณภาพทุเรียนให้ใกล้เคียงกับทุเรียนสด จึงเป็นแนวทางสำคัญในการลดการสูญเสียผลผลิต เพิ่มมูลค่าสินค้าเกษตร และขยายโอกาสการส่งออกทุเรียนไทยสู่ตลาดโลก
คณะนักวิจัยสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) นำโดย ดร.ศิริวรรณ ณะวงษ์ และคณะ ได้พัฒนากระบวนการแช่เยือกแข็งแบบไครโอเจนิก (Cryogenic Freezing) ร่วมกับสารละลายไครโอโพรเทกแทนต์ (Cryoprotectant) เพื่อศึกษาการรักษาคุณภาพเนื้อทุเรียนระหว่างการเก็บรักษาที่อุณหภูมิ −20 องศาเซลเซียส โดยประยุกต์ใช้เทคนิคอินฟราเรดไมโครสเปกโทรสโกปีจากแสงซินโครตรอน (Synchrotron FTIR Microspectroscopy: SR-FTIR) เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของเนื้อทุเรียน และเทคนิคเอกซเรย์โทโมกราฟี (X-ray Tomography Microscopy: XTM) เพื่อศึกษาโครงสร้างภายในและการกระจายตัวของรูพรุนแบบสามมิติ
แสงซินโครตรอนเผยการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทุเรียนแช่เยือกแข็ง
ผลการวิเคราะห์ทุเรียนระยะห่ามที่ผ่านกระบวนการแช่เยือกแข็งแบบไครโอเจนิก (Cryogenic Freezing) ร่วมกับสารละลายไครโอโพรเทกแทนต์ (Cryoprotectant) และเก็บรักษาที่อุณหภูมิ −20 องศาเซลเซียส นาน 0–365 วัน ด้วยเทคนิค Synchrotron FTIR Microspectroscopy (SR-FTIR) พบว่าความเข้มของสัญญาณอินฟราเรดที่สัมพันธ์กับไขมันบริเวณ CH2–CH3 (2,922–2,864 cm-1) และ C=O (1,750–1,720 cm-1) โปรตีนบริเวณ Amide I (1,637 cm-1) และแป้งส่วนที่มีโครงสร้างไม่เป็นระเบียบ (Amorphous Starch) บริเวณ 1,022 cm-1 มีแนวโน้มลดลงเมื่อเปรียบเทียบวันที่ 0 และ 365 ขณะที่การวิเคราะห์องค์ประกอบหลัก (Principal Component Analysis: PCA) พบว่า PC1 และ PC2 อธิบายความแปรปรวนได้ร้อยละ 20 และ 10 ตามลำดับ โดยตัวอย่างช่วง 0–10 วันมีลักษณะสเปกตรัมใกล้เคียงกัน ส่วนช่วง 20–180 วันเริ่มแตกต่าง และวันที่ 365 แยกกลุ่มอย่างชัดเจนตามแกน PC1 สะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบเชิงโครงสร้างทางเคมีของเนื้อทุเรียนระหว่างการเก็บรักษา (ดังแสดงในรูปที่ 1) นอกจากนี้ ยังศึกษาปฏิกิริยาออกซิเดชันของไขมัน (Lipid Oxidation) ซึ่งอาจส่งผลต่อการเกิดกลิ่นหืน โดยตรวจสอบสเปกตรัมช่วง 990–940 cm-1 ซึ่งคือตำแหน่ง fingerprint ของปฏิกิริยา lipid oxidation โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ตำแหน่ง 966 cm-1 ซึ่งสัมพันธ์กับพันธะคู่แบบทรานส์ (Trans Double Bonds) เพื่อใช้ประกอบการประเมินการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างไขมันในทุเรียนที่ผ่านและไม่ผ่านการแช่สารละลายไครโอโพรเทกแทนต์ ดังแสดงในรูปที่ 2
รูปที่ 1 การวิเคราะห์โครงสร้างของทุเรียนระยะห่าม สภาวะเติมสารละลายไครโอโพรเทกแทนต์ร่วมกับกระบวนการแช่แข็งแบบ Cryogenic freezing เมื่อผ่านอายุการเก็บรักษา 0, 10, 20, 30, 90, 180 และ 365 วัน ตามลำดับ ที่อุณหภูมิ – 20 องศาเซลเซียส โดยใช้ เทคนิค SR-FTIR ร่วมกับการวิเคราะห์ Principal component analysis (PCA)
รูปที่ 2 การวิเคราะห์สัญญาณอินฟราเรดบริเวณ 966 cm⁻¹ ที่สัมพันธ์กับพันธะคู่แบบทรานส์ของไขมันในทุเรียนแช่เยือกแข็ง เปรียบเทียบตัวอย่างที่ไม่ผ่านและผ่านการแช่สารละลายไครโอโพรเทกแทนต์ ด้วยเทคนิค SR-IR Microspectroscopy
เจาะลึกโครงสร้างสามมิติ เพื่อรักษาคุณภาพเนื้อทุเรียน
ผลการศึกษาโครงสร้างและการกระจายของรูพรุนในตัวอย่างทุเรียนแบบสามมิติ ด้วยเทคนิค X-ray Imaging & X-ray Tomographic Microscopy (Synchrotron XTM) พบว่า กระบวนการแช่เยือกแข็งส่งผลต่อขนาดและการกระจายตัวของรูพรุนภายในเนื้อทุเรียน โดยทุเรียนระยะห่ามที่ผ่านกระบวนการแช่เยือกแข็งแบบไครโอเจนิกยังคงมีรูพรุนขนาดเล็กและโครงสร้างใกล้เคียงกับตัวอย่างก่อนแช่เยือกแข็ง ขณะที่การแช่เยือกแข็งแบบทั่วไป (Conventional Freezing) มีแนวโน้มทำให้เกิดช่องว่างภายในเนื้อทุเรียนขนาดใหญ่กว่า ซึ่งสัมพันธ์กับการเกิดผลึกน้ำแข็งระหว่างกระบวนการแช่เยือกแข็ง ผลการศึกษาจึงแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของเทคโนโลยีไครโอเจนิกในการลดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างภายในและช่วยรักษาลักษณะทางกายภาพของเนื้อทุเรียนหลังการละลายน้ำแข็ง ดังแสดงในรูปที่ 3-4
รูปที่ 3 ภาพถ่ายเอกซเรย์โทโมกราฟีสามมิติแสดงปริมาณรูพรุนและการกระจายรูปพรุนภายในตัวอย่างทุเรียนสดระยะห่าม ก่อนกระบวนการแช่แข็ง (ซ้าย) และหลังผ่านกระบวนการแช่แข็ง (ขวา) ด้วยเทคนิค XTM
รูปที่ 4 ภาพถ่ายเอกซเรย์โทโมกราฟีสามมิติแสดงปริมาณรูพรุนและการกระจายรูปพรุนภายในตัวอย่างทุเรียนแช่แข็งด้วยวิธีแบบดั้งเดิม (Conventional Freezing process) ด้วยเทคนิค XTM
ไขความลับธาตุองค์ประกอบ เพื่อศึกษาคุณภาพทุเรียนแช่เยือกแข็ง
ผลการวิเคราะห์องค์ประกอบธาตุในเนื้อทุเรียนด้วยเทคนิคการเรืองรังสีเอกซ์ (X-ray Fluorescence: XRF) พบธาตุสำคัญ ได้แก่ กำมะถัน (S) โพแทสเซียม (K) แคลเซียม (Ca) แมงกานีส (Mn) เหล็ก (Fe) และสังกะสี (Zn) โดยทุเรียนระยะห่ามมีความเข้มสัมพัทธ์ของสัญญาณกำมะถันสูงกว่าทุเรียนสุกและทุเรียนแช่เยือกแข็งนาน 30 วัน ซึ่งมีค่าใกล้เคียงกัน ทั้งนี้ กำมะถันเป็นองค์ประกอบของสารบางชนิดที่เกี่ยวข้องกับกลิ่นเฉพาะตัวของทุเรียน ขณะที่การวิเคราะห์องค์ประกอบหลัก (Principal Component Analysis: PCA) พบว่ากลุ่มทุเรียนแช่เยือกแข็งแยกออกจากตัวอย่างอื่นอย่างชัดเจน สะท้อนถึงความแตกต่างของรูปแบบองค์ประกอบธาตุที่ตรวจวัดได้ ซึ่งอาจสัมพันธ์กับระดับความสุกและสภาวะการเก็บรักษา ผลการศึกษาจึงแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของเทคนิค XRF ในการติดตามความแตกต่างขององค์ประกอบธาตุ เพื่อใช้เป็นข้อมูลประกอบการศึกษาคุณภาพทุเรียนแช่เยือกแข็ง ดังแสดงในรูปที่ 5
รูปที่ 5 การวิเคราะห์องค์ประกอบธาตุในเนื้อทุเรียนด้วยเทคนิค XRF แสดงสเปกตรัมการเรืองรังสีเอกซ์ ความเข้มสัมพัทธ์ของธาตุกำมะถัน และผลการวิเคราะห์องค์ประกอบหลัก (PCA) เปรียบเทียบระหว่างทุเรียนระยะห่าม ทุเรียนสุก และทุเรียนแช่เยือกแข็งนาน 30 วัน
ยกระดับทุเรียนไทยด้วยนวัตกรรมแช่เยือกแข็ง
ผลการศึกษาดังกล่าวสะท้อนถึงศักยภาพของการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีแสงซินโครตรอนร่วมกับวิทยาศาสตร์อาหาร เพื่อพัฒนากระบวนการแช่เยือกแข็งที่ช่วยรักษาคุณภาพทุเรียน โดยโครงการได้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมีระหว่างการเก็บรักษานานถึง 365 วัน ซึ่งเป็นองค์ความรู้สำคัญสำหรับการพัฒนาผลิตภัณฑ์ทุเรียนแช่เยือกแข็งมูลค่าสูง เพิ่มโอกาสการจำหน่ายนอกฤดูกาล ลดการสูญเสียผลผลิต และยกระดับขีดความสามารถในการแข่งขันของทุเรียนไทยในตลาดโลก ทั้งนี้ ผลงานวิจัย “แสงซินโครตรอนยกระดับทุเรียนแช่เยือกแข็งเพื่อการส่งออกมุ่งเน้นเศรษฐกิจใหม่” ได้รับรางวัล Gold Award จาก Thailand Research Expo 2024 Award ภายในงานมหกรรมงานวิจัยแห่งชาติ พ.ศ. 2567 สะท้อนถึงการนำเทคโนโลยีขั้นสูงมาต่อยอดสร้างมูลค่าเพิ่มให้กับผลผลิตทางการเกษตรไทย
รูปที่ 6 ผลงานวิจัยทุเรียนแช่เยือกแข็งที่ได้รับรางวัล Gold Award จากการประกวด Thailand Research Expo 2024 Award ในงานมหกรรมงานวิจัยแห่งชาติ 2567 นำโดย ดร.ศิริวรรณ ณะวงษ์ และคณะ