โครงการพัฒนาการผลิตชาสมุนไพรคุณภาพสูงระดับ SME ผลของการทำแห้งต่อไอโซเทอมการดูดความชื้นของชาสมุนไพร 1 บทนำ ชาสมุนไพร เป็นทางเลือกหนึ่งของผลิตภัณฑ์อาหาร สำหรับผู้ที่รักและใส่ใจในสุขภาพ สมุนไพรไทยหลายชนิดมีกลิ่นรสที่ดี และมีสรรพคุณที่มีประโยชน์ต่อสุขภาพ นำมาแปรรูปเป็น ผลิตภัณฑ์ชาสมุนไพรพร้อมชงเพื่อจำหน่ายอย่างแพร่หลายทั้งในประเทศและเพื่อการส่งออก สามารถดำเนินการได้โดย กลุ่มเกษตรกร ผู้ประกอบการวิสาหกิจขนาดกลางและขนาดย่อย เนื่องจาก เป็นผลิตภัณฑ์ที่แปรรูปง่าย ใช้เงินลงทุนไม่สูงนัก และ สามารถเพิ่มมูลค่าให้กับพืชสมุนไพรไทยได้มาก การผลิตชาสมุนไพรคุณภาพสูง เพื่อให้ได้คุณภาพตามความต้องการของผู้บริโภคต้องดำเนินการอย่างครบวงจร ตั้งแต่การคัดเลือกคุณภาพวัตถุดิบ การล้าง การอบแห้ง การเก็บรักษาผลิตภัณฑ์หลังการอบแห้ง รวมไปถึงการบรรจุในบรรจุภัณฑ์ที่เหมาะสม เพื่อให้ผลิตภัณฑ์ มีคุณภาพดีภายในอายุการเก็บที่กำหนด อายุการเก็บของสมุนไพร มีผลร่วมกัน จากคุณภาพของสมุนไพรหลังการทำแห้ง และ จากบรรจุภัณฑ์ที่เลือกใช้ บรรจุภัณฑ์มีทำหน้าที่คุ้มครองผลิตภัณฑ์ชาสมุนไพรที่อยู่ภายใน มีผลอย่างยิ่งต่ออายุการเก็บรักษา ป้องกันการดูดซับความชื้นจากบรรายากศ ที่เป็นสาเหตุสำคัญของการเสื่อมเสียเนื่องจากจุลินทรีย์เช่น จากเชื้อราโดยเฉพาะเชื้อราที่สร้างสารพิษ (mycotoxin) ที่เป็นอันตรายต่อผู้บริโภค ลดปฏิกริยาทางเคมี เช่นการออกซิเดชันของลิพิด (lipid oxidation) รวมทั้งการเปลี่ยนสี กลิ่นรส และการเสื่อมคุณภาพของ สารที่มีสรรพคุณเป็นยาของพืชสมุนไพรบรรจุภัณฑ์ชาที่ใช้วัสดุที่ดี ออกแบบสวยงาม ยังเสริมสร้างภาพลักษณ์ที่ดี รวมทั้งช่วยเพิ่มมูลค่าให้ผลิตภัณฑ์ได้มาก ชาสมุนไพร เป็นอาหารแห้ง อายุการเก็บรักษาของชาสมุนไพร นิยมประเมินจาก ไอโซเทอมการดูดน้ำ (water sorption isotherm) ซึ่งเป็นความสัมพันธ์ระหว่างความชื้นฐานแห้ง (moisture content, dry basis) กับ ความชื้นสมดุล (Equilibrium moisture content) ซึ่งเป็น ความชื้นที่อยู่ในผลิตผลขณะที่มีความดันไอเท่ากับความดันไอของอากาศที่อยู่รอบๆ ผลิตภัณฑ์นั้น ค่าความชื้นสมดุลขึ้นอยู่กับอุณหภูมิความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศและชนิดของผลิตภัณฑ์ (ธีระพล,2545) วิธีการหาไอโซเทอมการดูดน้ำ ได้รับความนิยมใช้อย่างแพร่หลายคือวิธีสถิต (Jamali, A. et.al., 2005; Machhour, H. et.al., 2011) แบบจำลอง สำหรับอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความชื้นสมดุล กับ water activity และอุณหภูมิ ได้ถูกพัฒนาขึ้นจำนวนมาก (Arslan, 2005) แต่ยังไม่พบการรายงาน ไอโซเทอมการดูดน้ำของชาสมุนไพรเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์อย่างยิ่งต่อการประเมินอายุการเก็บรักษาอาหาร เพราะสามารถนำมาใช้ทำนายการเปลี่ยนแปลงการดูดน้ำจากสิ่งแวดล้อม ที่เกิดขึ้นระหว่างการเก็บรักษาและมีผลต่ออายุการเก็บรักษา (Machhour and et.al, 2011) และยังใช้เพื่อการออกแบบหรือคัดเลือกกระบวนการอบแห้งและคุณภาพสุดท้ายของผลิตภัณฑ์ได้ตามที่ต้องการ 2 วัตถุประสงค์ 1. เพื่อศึกษาผลของการทำแห้ง สมุนไพร ได้แก่ ตะไคร้ ใบเตย และดอกอัญชัน ที่สภาวะต่างๆ ต่อไอโซเทอมการดูดซับความชื้น และสร้างแบบจำลองการดูดน้ำกลับของสมุนไพรแต่ละชนิดเปรียบเทียบกับไอโซเทอมการคายความชื้น 2. เพื่อนำข้อมูลที่ได้ไปประเมินอายุการเก็บรักษาชาสมุนไพร ซึ่งทำแห้งที่สภาวะต่างๆ วิธีการทดลอง1. การเตรียมตัวอย่างสมุนไพรอบแห้ง ตะไคร้เตรียมโดยตัดโคนและใบทิ้ง ใบเตยเตรียมตัดโคนทิ้งและทำการหั่นให้มีความยาวประมาณ 30 เซนติเมตร และดอกอัญชันให้นำฐานรองดอกออก นำสมุนไพรที่ทำการตัดแต่งแล้วมาล้างในน้ำกรองที่ อุณหภูมิห้อง 30 วินาที สะเด็ดน้ำ 60 วินาที ก่อนแช่ในสารละลายแคลเซียมไฮโปรคลอไรท์ความเข้มข้น 100มิลลิกรัมต่อลิตร เป็นเวลา 10 นาที และสะเด็ดน้ำ 60 วินาที (ดูรายละเอียดการล้างสมุนไพร) ตัวอย่างสมุนไพรสด ได้จากการนำตะไคร้และใบเตยที่ล้างแล้ว มาลดขนาดโดย หั่นให้มีความหนาประมาณ 1-2 มิลลิเมตร ส่วนอัญชันใช้ทั้งดอก สำหรับตัวอย่างสมุนไพรอบแห้ง เตรียมโดยใช้อบสมุนไพรสด แต่ละชนิด มาอบแห้งด้วยตู้อบลมร้อน (ดูรายละเอียดการอบแห้งสมุนไพร) ที่อุณหภูมิ 3 ระดับ คือ 40, 50 และ 60 °C ความเร็วลม 1.5 เมตรต่อวินาทีจนน้ำหนักคงที่ โดยทำการเก็บตัวอย่างสมุนไพรอบแห้งไว้ในถุงสุญญากาศ ที่อุณหภูมิ -18 องศาเซลเซียสก่อนทำการทดลอง ใส่รูปตัวอย่างสมุนไพรอบแห้ง 2. การหาไอโซเทอมการคายความชื้นและการดูดซับความชื้น การหาไอโซเทอมการคายความชื้น (water desorption isotherm) และไอโซเทอมการดูดซับความชื้น (water adsorption isotherm) ใช้วิธีการปรับความชื้นสมดุลของตัวอย่างในให้สมดุลในสารละลายเกลืออิ่มตัว 5 ชนิด ได้แก่ สารละลาย LiCl, MgCl2, K2CO3, NaBr และ NaCl ที่ให้ค่าความชื้นสัมพัทธ์สมดุลที่อุณหภูมิ 25°C ร้อยละ 11.15, 32.73, 43.80, 57.70 และ 75.32 ตามลำดับ การหาไอโซเทอมการคายความชื้น ใช้ตัวอย่างสมุนไพรสดและการหาไอโซเทอมการดูดซับความชื้น ใช้ตัวอย่างสมุนไพรอบแห้ง โดยชั่งตัวอย่างด้วยเครื่องชั่ง ทศนิยม 4 ตำแหน่ง (Yamato, HB-120,ประเทศญี่ปุ่น) ตัวอย่างลงในถ้วยอลูมิเนียมฟอยด์ วางบนชั้นภายในโหลแก้วเหนือ ปิดฝาให้สนิท ตั้งทิ้งไว้ที่อุณหภูมิ 25°C นำตัวอย่างออกมาชั่งน้ำหนักและบันทึกผลทุกๆ 2 วัน จนกระทั่งน้ำหนักคงที่ โดยทำการทดลอง 3 ซ้ำต่อ ตัวอย่าง 3. การหาสมการที่เหมาะสมเพื่ออธิบายการดูดซับและการคายความชื้นของสมุนไพรนำผลการทดลองที่ได้ไปประยุกต์ใช้กับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของ Guggenheim-Anderson-DeBoer (GAB) , Smith, Halsey, Oswin และCaurie ดังตารางที่ 1 ตารางที่1 สมการสำหรับอธิบายการดูดซับและคายความชื้นของชาสมุนไพร ใช้โปรแกรม SPSS ช่วยในการกำหนดค่าพารามิเตอร์ของสมการทั้ง 5 สมการ เลือกสมการและหาค่าคงที่ของสมการ โดยการประเมินค่า Residual Sum of Square (RSS) ค่า Standard Error of Estimate (SEE) และเลือกสมการต้นแบบต้น (model) ที่เหมาะสมกับข้อมูล R-Square เพื่อทำนายการเปลี่ยนแปลงความชื้นของอาหารระหว่างการเก็บที่สภาวะต่างๆและสร้าง Water Sorption Isotherm ของสมุนไพรที่เหมาะสม ผลและวิจารณ์การทดลอง ไอโซเทอมการคายความชื้นของอาหารใช้เวลาประมาณ 2 สัปดาห์ ตัวอย่างจึงเข้าสู่สภาวะสมดุล คือมีความชื้นสมดุลเท่ากับ ความชื้นสมดุลของสารละลายเกลืออิ่มตัวสำหรับไอโซเทอมการดูดความชื้นใช้เวลาสั้นกว่าคือประมาณ 1 สัปดาห์ ใบเตยโดยค่าความชื้นที่ได้จากการทดลองเมื่อนำมาวิเคราะห์เข้ากับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และนำมาเปรียบเทียบกันจากการประเมินค่าResidual Sum of Square (RSS) , Standard Error of Estimate (SEE) และเลือกสมการต้นแบบต้น (model) ที่เหมาะสมกับข้อมูล และ R-Square เพื่อทำนายการเปลี่ยนแปลงความชื้นของอาหารระหว่างการเก็บที่สภาวะต่างๆและสร้าง Water Sorption Isotherm ของสมุนไพรที่เหมาะสม โดยสรุปได้ว่า การคายความชื้นของใบเตย (Water desorption) เหมาะสมกับ GAB model และการดูดความชื้น (Water adsorption isotherm) ที่การทำแห้งที่อุณหภูมิ60 องศาเซลเซียสประกอบกับการใช้สารดูดความชื้น เหมาะสมกับ Smith model ดังแสดงในกราฟWaterSorption Isothemซึ่งมีค่าทางสถิติดังแสดงในตาราง กราฟการคายความชื้นและการดูดความชื้นของ ใบเตย สรุปผลการทดลอง 1. ธีระพล ศิลกุล. 2545. "การหาสมการความชื้นสมดุลของถั่วเขียว." วารสารวิทยาศาสตร์เกษตร. 33 (6) : 305-309.2. วัฒนา ดำรงรัตน์กุล และอนุวัตร แจ้งชัด. 2549. "แบบจำลองของการดูดซับความชื้นและการอบแห้งของผักแผ่นปรุงรส." หน้า 534-540. ใน การประชุมทางวิชาการของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ครั้งที่ 44 สาขาอุตสาหกรรมเกษตร. กรุงเทพฯ : มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.3. Arslan, N. and Togrul, H. 2006. "The fitting of various models to water sorption isotherms of tea stored in a chamber under controlled temperature and humidity." Journal of Stored Products Research. 4 : 112-135. 4.Jamali, A., Kouhila, M., Mohamed, L.A., Idlimam, A.and Lamharrar, A. 2005. "Moisture adsorption-desorption isotherms of Citrus reticulate leaves at three temperatures." Journal of Food Engineering. 77 (2006) : 71-78
