ปัจจุบันมูลค่าการตลาดของกาแฟทั่วโลกยังคงมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นในทุกๆ ปี ถึงแม้ว่าประเทศไทยสามารถปลูกและผลิตกาแฟได้ทั้งสายพันธุ์อะราบิกาและโรบัสต้า แต่ปริมาณผลผลิตกาแฟในปัจจุบันยังไม่สามารถแข่งขันกับประเทศผู้นำด้านการส่งออกกาแฟในตลาดโลก เช่น บราซิล เอธิโอเปีย เวียดนาม เนื่องด้วยข้อจำกัดของพื้นที่เพาะปลูกในประเทศ

ดังนั้นปัจจัยสำคัญในการส่งเสริมอุตสาหกรรมกาแฟไทยจึงมุ่งเป้าไปที่การพัฒนาคุณภาพกาแฟไทย โดยสร้างอัตลักษณ์ของกาแฟไทย เช่น การส่งเสริมการผลิตกาแฟชนิดพิเศษ (Specialty coffee) ซึ่งเป็นกาแฟที่มีคุณภาพสูง มีกลิ่นและรสชาติดี ได้รับคะแนนระดับสูงจากการชิมโดยผู้เชี่ยวชาญด้านกาแฟโดยสมาคมกาแฟพิเศษทั้งในระดับประเทศ และระดับนานาชาติ

คุณภาพกาแฟที่ดีขึ้นอยู่กับปัจจัยมากมาย ตั้งแต่สายพันธุ์ของกาแฟ การปลูกและการดูแลรักษา ไปจนถึง การเก็บเกี่ยวผลผลิต การโปรเซสกาแฟ เทคนิคการคั่ว รวมไปถึงการชงกาแฟ อย่างไรก็ตามมาตรฐานคุณภาพของกาแฟโดยทั่วไปจะถูกประเมินจากการชิมกาแฟ (Cupping score) โดยผู้เชี่ยวชาญที่ได้รับการฝึกฝนด้านการชิมและดมกลิ่นกาแฟ แต่ก็เริ่มมีการนำเทคนิควิเคราะห์ทางวิทยาศาสตร์มาใช้ในการประเมินคุณภาพของกาแฟ เช่น การศึกษาองค์ประกอบของสารให้กลิ่นในกาแฟด้วยเทคนิคแก๊สโครมาโตรกราฟี การใช้เทคนิคโครมาโตรกราฟีของเหลวสมรรถนะสูงเพื่อศึกษาสารสำคัญภายในเมล็ดกาแฟ เป็นต้น

ดร.นิชาดา เจียรนัยกูร นักวิทยาศาสตร์ระบบลำเลียงแสง สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) ได้นำเทคนิควิเคราะห์ด้วยแสงซินโครตรอนมาประยุกต์ใช้ในการตรวจวิเคราะห์คุณภาพของสารกาแฟ (green bean) หรือเมล็ดกาแฟดิบที่ยังไม่ผ่านการคั่ว จากเมล็ดกาแฟอาราบิก้าที่ผ่านโปรเซสหรือกระบวนการทำแห้ง ด้วยกระบวนการที่แตกต่างกัน ได้แก่ สารกาแฟจากวิธีตากแห้ง (Dry process) สารกาแฟจากวิธีล้างด้วยน้ำ (Wet process) สารกาแฟจากวิธีกึ่งแห้งกึ่งเปียก (Honey process) และสารกาแฟจากวิธีตากแห้งที่อุณหภูมิและความชื้นต่ำ (LTLH process) ซึ่งพัฒนาโดยโรงคั่วกาแฟปรีดา จ.ลำปาง

 

นักวิจัยได้ใช้แสงซินโครตรอนร่วมกับเทคนิคฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มอินฟราเรดสเปโตรสโกปี ซึ่งสามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบทางชีวเคมีหลักๆ ที่อยู่ในเมล็ดของสารกาแฟ ได้แก่ คาเฟอีน เอสเตอร์ของไขมัน กรดคลอโรจีนิค และองค์ประกอบที่เป็นคาร์โบไฮเดรต เป็นต้น ซึ่งสารดังกล่าวภายในเมล็ดกาแฟจะถูกพัฒนาเป็นสารให้กลิ่นและรสเมื่อนำไปคั่ว จากผลการตรวจสอบ (รูปที่ 1) พบว่า สารกาแฟที่เตรียมด้วยวิธีตากแห้ง (dry process) จะมีองค์ประกอบของเอสเตอร์ของไขมันมากที่สุด ส่วนองค์ประกอบที่เป็นคาเฟอีนนั้นพบว่ามีปริมาณที่ไม่แตกต่างกันในแต่ละกระบวนการทำแห้ง และเมื่อดูองค์ประกอบที่เป็นคาร์โบไฮเดรตพบว่ากระบวนการเตรียมแบบล้างด้วยน้ำ (Wash process) จะมีปริมาณคาร์โบไฮเดรตที่สูงกว่ากระบวนการอื่น ส่วนกรดคลอโรจีนิคมีมากในเมล็ดกาแฟที่ทำแห้งด้วยการใช้อุณหภูมิและความชื้นต่ำ (LTLH Process) ซึ่งข้อมูลดังกล่าวทำให้ทราบว่ากระบวนการเตรียมสารกาแฟที่แตกต่างกัน จะทำให้เกิดองค์ประกอบของสารชีวโมเลกุลภายในเมล็ดกาแฟแตกต่างกัน จึงมีผลต่อการเกิดกลิ่นและรสชาติของกาแฟ ที่เป็นเอกลักษณ์ของแต่ละกระบวนการทำแห้งเมื่อนำสารกาแฟไปคั่ว

 

รูปที่ 1 การใช้แสงซินโครตรอนร่วมกับเทคนิคการศึกษาสเปคโตรสโกปีของรังสีอินฟราเรดวิเคราะห์ความแตกต่างในองค์ประกอบทางชีวเคมี
ของเมล็ดกาแฟสารที่เตรียมด้วยวิธีที่แตกต่างกัน ได้แก่ วิธีตากแห้ง (Dry process) แสดงด้วยสัญลักษณ์สีแดง
วิธีล้างด้วยน้ำ (Wet process) แสดงด้วยสัญลักษณ์สีน้ำเงิน วิธีกึ่งแห้งกึ่งเปียก (Honey process) แสดงด้วยสัญลักษณ์สีเขียว
และวิธีตากแห้งที่อุณหภูมิและความชื้นต่ำ (LTLH process) ที่พัฒนาโดยโรงคั่วกาแฟปรีดา แสดงด้วยสัญลักษณ์สีฟ้า
ข้อมูลฝั่งซ้ายแสดงให้เห็นถึงการแยกเป็นกลุ่มที่แตกต่างอย่างเห็นได้ชัด
โดยภาพฝั่งขวาแสดงถึงความแตกต่างกันขององค์ประกอบชีวเคมีภายในเมล็ดกาแฟสารที่เตรียมจากกระบวนการที่ต่างกัน

นอกจากนี้ทีมวิจัยยังได้ทำการศึกษาเปรียบเทียบโครงสร้างระดับจุลภาคภายในตัวอย่างเมล็ดสารกาแฟ ที่ทำแห้งด้วยกระบวนการที่แตกต่างกันทั้ง 4 กระบวนการ โดยใช้เทคนิคการถ่ายภาพแบบโทโมกราฟีด้วยรังสีเอกซ์ (X-ray Tomography) ผลการวิเคราะห์ (รูปที่ 2) พบว่าเมล็ดสารกาแฟที่เตรียมด้วยวิธีการใช้อุณหภูมิและความชื้นต่ำ (LTLH Process) ที่พัฒนาโดยโรงคั่วกาแฟปรีดา จะมีลักษณะโครงสร้างภายในเมล็ดกาแฟที่สม่ำเสมอ และมีโพรงอากาศภายในเมล็ดสารกาแฟเกิดน้อยที่สุด (มีส่วนของเนื้อกาแฟมากที่สุด) เมื่อเทียบกับสารกาแฟที่เตรียมด้วยกระบวนการอื่น

 

รูปที่ 2 แสดงภาพถ่ายสามมิติเมล็ดสารกาแฟด้วยเทคนิคการถ่ายภาพแบบโทโมกราฟีด้วยรังสีเอกซ์ (X-ray Tomography)
ซึ่งสามารถใช้ในการตรวจสอบโครงสร้างจุลภาค หรือดูการกระจายตัวของรูพรุนภายนเมล็ดสารกาแฟ
โดยรูปด้านล่างเป็นการเปรียบเทียบรูพรุนภายในเมล็ด ส่วนที่เป็นสีเขียวแสดงถึงโพรงอากาศภายในเมล็ด
ส่วนที่เป็นสีดำแสดงส่วนที่เป็นเนื้อของสารกาแฟกาแฟ จะเห็นว่าสารกาแฟที่เตรียมด้วยการทำแห้งที่อุณหภูมิและความชื้นต่ำ (LTLH)
ทำให้โพรงในเมล็ดกาแฟสารเกิดน้อยที่สุด

นอกจากนี้ทีมวิจัยได้นำเมล็ดสารกาแฟที่เตรียมด้วยการทำแห้งที่อุณหภูมิและความชื้นต่ำ (LTLH Process) มาศึกษาติดตามการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคภายในเมล็ดกาแฟที่เกิดขึ้นระหว่างการคั่ว โดยเทคนิคการถ่ายภาพแบบโทโมกราฟีด้วยรังสีเอกซ์ (รูปที่ 3) โดยเปรียบเทียบลักษณะภายในของเมล็ดสารกาแฟ (ก่อนคั่ว) กับเมล็ดกาแฟที่อุณภูมิ 100, 120, 140, 160, 190, 195, 200 และ 204 องศาเซลเซียส (จุดยุติการคั่ว) โครงสร้างของเมล็ดกาแฟที่ผ่านการคั่วที่อุณหภูมิต่างๆ นี้จะเป็นประโยชน์ต่อผู้พัฒนากาแฟเพื่อหารูปแบบการคั่วหรือโปรไฟล์การคั่วให้ได้เมล็ดกาแฟที่เหมาะสมเพื่อให้ได้กลิ่นและรสชาติที่ดี

 

รูปที่ 3 ภาพถ่ายตัดขวางเมล็ดกาแฟที่ได้จากเทคนิคการถ่ายภาพแบบโทโมกราฟีด้วยรังสีเอกซ์ (X-ray Tomography)
โดยเปรียบเทียบเมล็ดกาแฟก่อนคั่ว (สารกาแฟ) และเมล็ดกาแฟที่อุณหภูมิต่างๆ ระหว่างการคั่วคือ
100, 120, 140, 160, 180, 190, 195, 200 และ 204 องศาเซลเซียส
จะเห็นการเกิดรูพรุนภายในเนื้อของเมล็ดกาแฟที่เพิ่มขึ้นทั้งขนาดและปริมาณ
เริ่มจากที่อุณหภูมิ 140 องศาเซลเซียส และรอยแตกจากการเกิด crack ที่จะเพิ่มขยายใหญ่ขึ้น
(หมายเหตุ * เมล็ดกาแฟที่ถ่ายภาพเป็นเมล็ดกาแฟที่ต่างกันในเครื่องคั่ว)

 

โครงสร้างของเมล็ดกาแฟที่ผ่านการคั่วที่อุณหภูมิต่างๆ นี้จะเป็นประโยชน์ต่อผู้พัฒนากาแฟเพื่อหาเงื่อนไขที่เหมาะสมในการคั่วให้ได้กาแฟที่มีกลิ่นและรสชาติที่ดี
องค์ความรู้ที่ได้จากการศึกษาครั้งนี้ สามารถนำไปแนะนำให้แก่เกษตรกรหรือผู้ประกอบการธุรกิจกาแฟเพื่อนำมาใช้ในการปรับปรุงกระบวนการที่เกี่ยวข้องในการผลิตเมล็ดกาแฟที่ให้ได้คุณภาพสูง นำไปสู่การยกระดับความสามารถในการแข่งขันของเกษตรกรผู้ปลูกกาแฟไทย ให้สามารถส่งออกเมล็ดกาแฟสู่ตลาดโลกในราคาที่สูง ซึ่งจะเป็นผลให้เกิดการเพิ่มขึ้นของรายได้ของเกษตรกรผู้ปลูกกาแฟอย่างยั่งยืน

 

บทความโดย ดร.นิชาดา เจียรนัยกูร นักวิทยาศาสตร์ระบบลำเลียงแสง สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน
เรียบเรียงโดย ส่วนสื่อสารองค์กร