การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีออกซิเดชัน เพื่อลดสารพิษตกค้างยาฆ่าแมลงในผักและผลไม้

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีออกซิเดชัน เพื่อลดสารพิษตกค้างยาฆ่าแมลงในผักและผลไม้ หมวดหมู่ : บทความ เมื่อวันที่ : 24 กันยายน 2555 ผู้ชม : 11422 ครั้ง
Print Friendly and PDF
การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีออกซิเดชัน เพื่อลดสารพิษตกค้างยาฆ่าแมลงในผักและผลไม้

โดย ...ผศ.ดร.กานดา หวังชัย และคณะ

ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่
ศูนย์นวัตกรรมเทคโนโลยีหลังการเก็บเกี่ยว มหาวิทยาลัยเชียงใหม่
Tel 053-943346 Fax 053-892259 Email: kanda.w@cmu..ac.th

ปัญหาและอุปสรรคสำคัญในการส่งออกและการเก็บรักษาผลผลิตทางการเกษตรหลังการเก็บเกี่ยว คือ การปนเปื้อนของสารเคมี เช่น ยาฆ่าแมลง โดยประเทศผู้นำเข้าเข้มงวดกับการตรวจสอบผลผลิตต่างๆ มากขึ้น ในปัจจุบันยังจำเป็นต้องมีการใช้สารเคมีต่างๆ เพื่อควบคุม โรคและแมลง ในระหว่างการผลิตผักและผลไม้ โดยเกษตรกรมักนำมาใช้ในปริมาณมากเกินกว่าที่กำหนด โดยไม่สามารถควบคุมหรือลดปริมาณสารตกค้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นจึงมีการพัฒนาเทคโนโลยีหลังการเก็บเกี่ยวเพื่อลดสารตกค้างยาฆ่าแมลงในผัก และผลไม้ให้อยู่ในระดับที่สามารถส่งออก และปลอดภัยต่อผู้บริโภค

ศักยภาพของการใช้เทคโนโลยีออกซิเดชัน

เทคโนโลยีออกซิเดชัน เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในการลดสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์โดยกระบวนการออกซิเดชัน ที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างตัวออกซิไดซ์กับสารต่างๆ เช่น การใช้อุลตราซาวด์ (ultrasound) โอโซน (ozone) น้ำอิเล็กโทรไลต์ (electrolyzed water) และ ปฏิกิริยาที่ใช้แสงเป็นตัวเร่งของไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2 photocatalysis)

อุลตราซาวด์ (Ultrasound)

เทคโนโลยีการใช้อุลตราโซนิคเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการลดการปนเปื้อนของสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์ (Weavers et al., 1998) และทำให้โมเลกุลของน้ำเกิดจุดที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูงมาก (sonolysis) จึงทำให้เกิดอนุมูลอิสระ (radical species) ได้แก่ H, OH, OOH ที่สามารถเข้าทำลายโครงสร้างของสารเคมีในสารละลายได้โดยตรง

การนำไปใช้ประโยชน์

  • การทำลายโครงสร้างของสารอินทรีย์ที่ปนเปื้อนในน้ำ (Petrier et al., 1998)
  • สามารถสลายตัวสารตกค้างยาฆ่าแมลง เช่น methyl parathion และ diazinon
  • มีประสิทธิภาพในการลดความเป็นพิษของ microcystins ในน้ำดื่ม (Song et al., 2005)
  • มีประสิทธิภาพในการสลายสาร 2-methylisoborneol (MIB) และ geosmin (GSM) (Song and O’Shea, 2007)


รูปที่ 1 ชุดต้นแบบการใช้เครื่องอุลตราโซนิคความถี่สูง เพื่อลดสารฆ่าแมลงตกค้างในพริกขี้หนู

โอโซน (Ozone)

โอโซน (O3) เป็นก๊าซที่มีความไวต่อการทำปฏิกิริยาเคมี มีคุณสมบัติในการเป็นตัวออกซิไดซ์ จึงเกิดปฏิกิริยาได้ดีและมีการสลายตัวโดยอัตโนมัติ ทำให้มีพิษตกค้างน้อย

การนำไปใช้ประโยชน์

  • กำจัดเชื้อจุลินทรีย์
  • ลดสารซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ตกค้างในผลลำไยสด (กานดาและคณะ, 2547)
  • ลดการปนเปื้อนของเชื้อจุลินทรีย์ และสาร aflatoxin ในสมุนไพรบางชนิด (พรรณวลัย, 2551)
  • การเพิ่มคุณภาพของน้ำที่ใช้ในระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ โดยสามารถลดปริมาณสารประกอบ organic และ inorganic carbon (TOC) (Whangchai et al., 2001)
  • ลดสารกำจัดศัตรูพืชที่ตกค้าง เช่น methyl-parathion, cypermethrin, parathion, diazinon (Wu et al., 2007) และ chlorpyrifos (Whangchai et al.,2009)


รูปที่ 2 การทดลองใช้โอโซนเพื่อลดสารตกค้างยาฆ่าแมลงตกค้างในข้าวโพดฝักอ่อนและลิ้นจี่ (Whangchai et al., 2011)

น้ำอิเล็กโทรไลต์ (Electrolyzed water)

การแยกสลายสารด้วยขั้วไฟฟ้าบวกและลบ โดยเมื่อผ่านน้ำเกลือลงไป ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นสารประกอบที่มีไอออน คือ OH- และ Cl- ซึ่งเป็นไอออนลบจะถูกดึงดูดไปยังขั้วบวก ดังนั้นขั้วจะมีการสูญเสียอิเล็กตรอนเพื่อให้มีอะตอมเป็นกลาง (ปล่อยประจุ) และเกิดเป็นก๊าซออกซิเจน hypochlorite ion, hypochlorus, chlorine gas และ hydrochloric acid ซึ่งสาร hypochlorus ที่ได้นี้เป็นสารที่ออกซิไดซ์ได้แรงกว่าสารประกอบคลอรีนที่อยู่ในรูป แคลเซียมไฮโปคลอไรต์ และโซเดียมไฮโปคลอไรต์

การนำไปใช้ประโยชน์

  • มีการใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวางในโรงพยาบาลที่ญี่ปุ่น
  • ใช้ในอุตสาหกรรมสัตว์น้ำ เช่นการลด phytoplankton ในการเพาะเลี้ยงกุ้ง
  • มีประสิทธิภาพสูงในการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรีย ในอุตสาหกรรมอาหารต่างๆ เช่น การผลิตนม เนื้อ ผักและผลไม้


รูปที่ 3 กระบวนการผลิตน้ำอิเล็กโทรไลต? (E-Water Systems Pty Ltd., 2008)


รูปที่ 4 ชุดต้นแบบผลิตน้ำอิเล็กโทรไลต์เพื่อควบคุมโรคผลเน่าของส้มเขียวหวาน

ปฏิกิริยาที่ใช้แสงเป็นตัวเร่งของไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2 photocatalysis)

ปฏิกิริยาเคมีที่ใช้แสงเป็นตัวเร่งที่ผิวของ TiO2 เป็นเทคโนโลยีใหม่ โดย TiO2 เป็นสารเคมีที่ดูดซับรังสีจากแสงอาทิตย์ หรือหลอดฟลูออเรสเซนซ์แล้วอิเล็กตรอนจะถูกรบกวนด้วยรังสี UV เกิด negative electron (e-) และ positive hole (h+) ขึ้น เมื่อ e- ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลของออกซิเจน จะเกิดเป็น super oxide anion สามารถจะออกซิไดซ์คาร์บอนในสารอินทรีย์เกิดเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ (Rajeswari and Kanmani, 2009) ส่วน h+ จะทำให้โมเลกุลของน้ำแตกตัวเป็นก๊าซไฮโดรเจน และ hydroxyl radical (OH-) ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนในองค์ประกอบของสารอินทรีย์เกิดเป็นน้ำ

การนำไปใช้ประโยชน์

  • สามารถลดสารตกค้างที่ปนเปื้อนจากในน้ำดื่ม (Coleman et al., 2000)
  • สามารถลดสารเคมีที่เป็นพิษจากอุตสาหกรรมยาได้ (Doll and Frimmel, 2004)
  • ใช้ยับยั้งแบคเชื้อทีเรียและทำความสะอาดอากาศและดินได้ (Fujishima et al.,2000)
  • มีการนำ TiO2 เคลือบบนแท่งเหล็กสแตนเลสในการใช้เป็นขั้ว electrodes เพื่อใช้ในการยับยั้งการเจริญของเชื้อแบคทีเรีย Escherichia coli และ Clostridium perfringens ในน้ำได้ (Dunlop et al., 2008)


รูปที่ 5 การเกิดปฏิกิริยาโฟโตแคตาไลซีสของไททาเนียมไดออกไซด์


รูปที่ 6 ชุดการทดลองการใช้การเกิดปฏิกิริยาการใช้แสงเป็นตัวเร่งของไททาเนียมไดออกไซด์ เพื่อลดสารตกค้างยาฆ่าแมลงในพริกขี้หน

เอกสารอ้างอิง

  • กานดา หวังชัย สุกานดา ไชยยง พีระวุฒิ วงศ์สวัสดิ์ จักรพงษ์ พิมพ์พิมล และจำนงค์ อุทัยบุตร. 2547. ผลของโอโซนต่อการลดปริมาณสารซัลเฟอร์ไดออกไซด์ตกค้างในผลลำไยสด. วารสารวิทยาศาสตร์เกษตร 35 5-6 (พิเศษ): 333–336.
  • พรรณวลัย จันทดา. 2551. การประยุกต์ใช้โอโซนในการลดการปนเปื้อนของเชื้อจุลินทรีย์และสารอะฟลาท็อกซินในสมุนไพรบางชนิด. ปัญหาพิเศษปริญญาตรี ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์. มหาวิทยาลัยเชียงใหม่.
  • Coleman, H. M., B. R. Eggins, J. A. Byrne, F. L. Palmer and E. King. 2000. Photocatalytic degradation of 17-?-oestradiol on immobilized TiO2. Applied Catalysis B: Environmental 24: 1-5.
  • Doll, T. E. and F. H. Frimmel. 2004. Kinetic study of photocatalytic degradation of carbamazepine, clofibric acid, iomeprol and iopromide assisted by different TiO2 materials-determination of intermediates and reaction pathways. Water Research 38: 955-964.
  • Dunlop, P. S. M., T. A. McMurray, J. W. J. Hamilton and J. A. Byrne. 2008. Photocatalytic inactivation of Clostridium perfringens spore on TiO2 electrodes. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 196: 113 – 119.
  • E-Water Systems Pty. Ltd. 2008. Chemical free cleaning and sanitizing for healthcare and food safety/ROX electrolyzed water. [Online]. Avaliable: http://www.ewatersystems.com. (21 June 2008).
  • Fujishima, A., T. N. Rao and D. A. Tryk. 2000. Titanium dioxide photocatalysis. Journal of Photochemistry and Photobi-ology C: Photochemistry Reviews 1(1): 1 – 21.
  • Petrier, C., Y. Jiang, and M. Lamy. 1998. Ultrasound and environment: sonochemical destruction of chloroaromatic derivatives. Environmental Science and Technology 32: 1316-1318.
  • Rajeswari, R. and S. Kanmani. 2009. A study on synergistic effect of photocatalytic ozonation for carbaryl degradation. Desalination 242: 277-285.
  • Song, W., T. Teshiba, K. Rein and K. E. O’Shea. 2005. Ultrasonically induced degradation and detoxification of microcystin-LR (cyanobacterial toxin). Environmental Science and Technology 39(16): 6300-6305.
  • Song, W. and K. E. O’Shea. 2007. Ultrasonically induced degradation of 2-methylisoborneol and geosmin. Water Research 41: 2672-2678.
  • Weavers, L. K., F. H. Ling and M. R. Hoffmann. 1998. Aromatic compound degradation in water using a combination of sonolysis and ozonolysis. Environmental Science and Technology 32: 2727-2733.
  • Whangchai, K., J. Uthaibutra and S. Phiyanalinmat. 2011. Effect of ozone treatment on the reduction of chlorpyrifos residues in fresh lychee fruits. Ozone Science and Engineering 33(3): 232-236.
  • Whangchai, K., S. Pengphol and J. Uthaibutra. 2009. Effect of ozone on microbial contaminants and aflatoxin reduction of senna (Cassia angustifolia). Agricultural Science Journal 40(1) (Suppl): 237-240.
  • Whangchai, N. 2001. Development of ozonation for water quality improvement in intensive shrimp cultivation. Ph. D. Thesis. University of Tsukuba. Japan.
  • Wu, J. G., T. G. Luan, C. Y. Lan, T. W. H. Lo and G. Y. S. Chan. 2007. Removal of residual pesticides on vegetable using ozonated water. Food Control 18: 466-472.