ศักยภาพของคลื่นความถี่วิทยุในการนำมาใช้กับผลิตผลทางการเกษตร

ศักยภาพของคลื่นความถี่วิทยุในการนำมาใช้กับผลิตผลทางการเกษตร


ศักยภาพของคลื่นความถี่วิทยุในการนำมาใช้กับผลิตผลทางการเกษตร
( Radio-Frequency Potential for Agricultural Application)
โดย ณัฐศักดิ์ กฤติกาเมษ สถานวิทยาการหลังการเก็บเกี่ยว มหาวิทยาลัยเชียงใหม่
Radio-Frequency (RF)คือคลื่นความถี่วิทยุที่ถูกนำมาประยุกต์ใช้กับกิจการ ด้านต่าง ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ด้านการสื่อสารทางไกล โดยแต่ละคลื่นความถี่จะ มีความเหมาะสมกับกิจการแต่ละชนิด เช่น คลื่นความถี่ 88-108 MHz สำหรับ วิทยุกระจายเสียงระบบ FM คลื่นความถี่ 800, 900, 1800 MHz สำหรับโทรศัพท์ เคลื่อนที่ เป็นต้น สำหรับการประยุกต์ใช้ RF กับผลิตผลทางการเกษตรนั้นได้เริ่ม มีการศึกษามาประมาณ 40 ปีมาแล้ว (Nelson,1965) จนถึงปัจจุบันได้มีความพยายาม ที่จะศึกษาวิจัยเพื่อพัฒนาองค์ความรู้เกี่ยวกับ RF อย่างมากมาย ซึ่งแนวทางการ ประยุกต์ใช้ RF สำหรับผลิตผลทางการเกษตรนั้นสามารถแบ่งออกได้เป็น 4 กลุ่มด้วยกันคือ

1. การปรับสภาพเมล็ดพันธุ์ ( Seed Treatment )  มีการใช้ RF เพื่อทดแทน กรรมวิธีดั้งเดิม และทดแทนการใช้สารเคมีต่าง ๆ ที่ใช้คลุกเมล็ดพันธุ์ ได้และมีข้อ ได้เปรียบที่ใช้เวลาน้อยและ ไม่มีสารเคมีตกค้างในเมล็ด เช่น เมล็ดพันธุ์พืชบาง ชนิดที่มีการพักตัวแบบที่เปลือกหุ้มเมล็ดไม่ยอมให้น้ำซึมผ่าน ( impermeability seed coat ) เช่นเมล็ดพันธุ์ถั่ว alfalfa สามารถใช้ RF ทดแทนการใช้ Heat treatment ในการแก้การพักตัวได้ และสำหรับพืชปลูกโดยทั่วไป เช่น ข้าวโพด( Zea mays), ฝ้าย (Gossypium hirisutum) และ ข้าวสาลี (Triticum aestivum) การใช้ RF treatment จะทำให้ เพิ่มอัตราความงอกของเมล็ดพันธุ์ได้ (Nelson, 1984)

สำหรับ การใช้ RF เพื่อทำลายเชื้อรา และแบคทีเรีย ที่ติดมากับเมล็ดพันธุ์ (seed decontamination) ได้มีการศึกษาวิจัยอย่างกว้างขวางและประสบผลสำเร็จ ในการทำลายเชื้อราบางชนิดที่ติดมากับเมล็ดพันธุ์ ทดแทนการใช้สารเคมีที่เป็น อันตรายได้ เช่น เชื้อรา Phoma betae ในเมล็ดพันธุ์ ผักกาดหวาน (Sugar-beet ; Beta vulgaris) (Cwiklinski and Hörsten , 1999) และ เชื้อรา Fusarium culmorrum ใน เมล็ดพันธุ์ข้าวสาลี (Kartnig et al, 1995) ซึ่งสามารถทำลายเชื้อราที่ติดมากับ เมล็ดพันธุ์ได้โดยไม่ทำให้เมล็ดพันธุ์สูญเสียความงอก

การควบคุมแมลงในขณะเก็บรักษา ( Stored-grain insect control) Nelson and Charity (1972) รายงานว่า การใช้คลื่นความถี่ 39MHz 3 วินาที และ 2450 MHz 13 วินาทีสามารถทำลายตัวเต็มวัยของ Rice weevils ในเมล็ดข้าวสาลีได้ 100 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเรียกความถี่ ดังกล่าวว่าเป็น Selective condition สำหรับ Rice weevils ซึ่งสามารถใช้ทดแทนการรมด้วยสารเคมี (fumigation) ได้และไม่ทำให้มีสารพิษตกค้างในผลิต ผลอีกต่อไป อย่างไรก็ตาม ต้นทุนในการ ใช้ RF ที่ความถี่ดังกล่าว นั้นสูงกว่าการใช้การรมสารเคมีหลายเท่าตัว ดังนั้นจึงจำเป็นจะต้องศึกษาวิจัยหา Selective condition ท ี่ประหยัดและเหมาะสมสำหรับแมลงแต่ละชนิดและชนิดผลิตผลต่าง ๆ ต่อไป ( Nelson and Stetson, 1974b)

2.กระบวนการผลิต (Product Processing) มีความพยายาม หาวิธีในการใช้ RF เพื่อปรับปรุงคุณภาพของผลิตผล ตัวอย่างเช่น ถั่วเหลือง (Glycine max L.) ซึ่งมักจะพบว่ามี Trypsin inhibitor เป็นองค์ประกอบซึ่งถ้าจะนำมาเป็นอาหารคนหรือสัตว์จำเป็นจะ ต้องกำจัดออกให้หมดเพื่อให้ได้คุณค่าทางอาหารอย่างเต็มที่ Borchers et al., 1972; Nelson et al., 1981 ประสบความสำเร็จ ในการทำลาย Trypsin inhibitor โดยใช้ RF การใช้ RF ยังทำให้ Lipoxygenase ซึ่งเป็นเอนไซม์ ที่ทำให้รสชาติของอาหารไม่ดี (off-flavors) หายไปด้วย แต่ยังคงพบ Peroxidase ซึ่งเป็นเอนไซม์ ที่มีประโยชน์อยู่ในสิ่งทดลองอีกด้วย

3.การใช้ RF เพื่อวัดคุณลักษณะทางไฟฟ้าของผลิตผล (Use of dielectric properties for measurement) คุณสมบัติทางไฟฟ้าของ ผลิตผลนั้นมีความสัมพันธ์อย่างยิ่งกับคุณภาพต่าง ๆ ของผล ผลิตเช่น ความชื้น (moisture content) ความหนาแน่น (density) ดังนั้นเมื่อเราทราบคุณสมบัติทางไฟฟ้าของผลิตผล เราสามารถ ประมาณคุณภาพของผลิตผลได้ Nelson and Stetson (1984) ได้พบว่า คุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ตอบสนองต่อ RF ของ ข้าวสาลี มีความ สัมพันธ์อย่างยิ่งยวดต่อความหนาแน่นของแป้งที่ได้จากข้าวสาลี นั้น

อย่างไรก็ตามการใช้ RF กับผลิตผลทางการเกษตรต่าง ๆ ยังมีปัจจัยที่มีผลกระทบ ต่อคุณภาพผลิตผล โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความชื้นของผลิตผล (moisture content), อุณหภูมิสูงสุดที่ไม่ทำให้ผลิตผลสูญเสียคุณภาพ (lethal temperature), ความถี่ของคลื่น RF ที่ใช้, กำลังไฟฟ้า (electric power; Watt), ระยะเวลา (processing time), ปริมาณของตัวอย่าง (sample size) ดังนั้นการประยุกต์ใช้ RF เพื่อวัตถุประสงค์ต่าง ๆ จึงยังจำเป็นจะต้องศึกษาวิจัยโดยละเอียดต่อไป

เครื่อง RF Generator
เครื่อง RF Applicator
เอกสารอ้างอิง 

  • Borchers, R., Manage, L.D., Nelson, S.O., and Stetson, L.E. 1972. Rapid improvement in nutritional quality of soybeans by dielectric heating. J. Food Sci. 37(2): 333-334.
  • Cwikilinski M. and K. von Hörsten. 1999. Thermal Treatment of Seeds Using Microwave- or Radio- Frequency Energy for Eradicating Seedborne Fungi. Presented at the 1999 ASAE/CSAE-CSGR Annual International Meeting. ASAE-Paper No. 997010
  • Kartnig, Th., D. von Hörsten, Ch. Lassnig and B. Classen. 1995. Der Einsatz von Mikrowellenenergie zur Aufbereitung von Arzneipflanzen, 2. Mitteilung. Pharmazie 50(7): 498-504.
  • Nelson, S. O. 1965. Electromagnetic radiation effects on seeds. Conference Proceedings: Electromagnetic Radiation in Agriculture, Roanok, VA, USA; Illuminating Engineering Society-American Society of Agricultural Engineers: 60-63.
  • Nelson, S.O. 1981. Review of factors influencing the dielectric properties of cereal grains. Cereal Chem. 58(6): 487-492.
  • Nelson, S.O. 1984a. A mathematical model for estimating the dielectric constant of hard red winter wheat. ASAE Paper No. 84-3546; American Society of Agricultural Engineers, St. Joseph, MI. USA.
  • Nelson, S.O. 1984b. Density dependence of the dielectric properties of wheat and whole-wheat flour. J. Microwave Power 19(1): 55-64.
  • Nelson, S.O., and Charity, L.F. 1972. Frequency dependence of energy absorption by insects and grain in electric fields. Trans. ASAE 15(6): 1099-1102.
  • Nelson, S.O., and Stetson, L.E. 1974a. Comparative effectiveness of 39- and 2450-MHz electric fields for control of rice weevils in wheat. J. Econ. Entomol. 67(5): 9-12.
  • Nelson, S.O., and Stetson, L.E. 1974b. Possibilities for controlling insects with microwave and lower frequency RF energy. IEEE Trans. MTT-22 (12): 1303-1305.
  • Nelson, S.O., Pour-El, A., Stetson, L.E., and Peck, E. E. 1981. Effects of 42-and 2450-MHz dielectric heating on nutrition-related properties of soybeans. J. Microwave Power 16(3 and 4): 313-318.