TSAE Journal Vol.17 by สมาคมวิศวกรรมเกษตรแห่งประเทศไทย

 วารสาร

ว า ร ส า ร ส ม า ค ม วิ ศ ว ก ร ร ม เ ก ษ ต ร แ ห ง ป ร ะ เ ท ศ ไ ท ย THAI SOCIETY OF AGRICULTURAL ENGINEERING JOURNAL ISSN 1685-406X ปที่ 17 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2554 (Volume 17 No. 1 January - December 2011)

ผลงานวิจัย z

z z

อิทธิพลของการออกแบบชุดนวดของเครื่องเกี่ยวนวดขาวแบบไหลตามแกนที่มีตอความสูญเสียจากการเก็บเกี่ยว เมื่อเก็บเกี่ยวขาวพันธุชัยนาท . ..................................................................................................................................................................... 3 สมชาย ชวนอุดม, วินติ ชินสุวรรณ Influence of Threshing Unit Design of Axial Flow Rice Combine Harvesters on Harvesting Losses when Harvest Chainat 1 Rice Variety Somchai Chuan-udom, Winit Chinsuwan ผลของการทำงานของชุดขับราวใบมีดแบบตางๆ ที่มีตอการสั่นสะเทือนของเครื่องเกี่ยวนวดไทยและความสูญเสียจากการเก็บเกี่ยว. . 9 สมชาย ชวนอุดม, วารี ศรีสอน Losses of Corn Shelling due to the Use of Axial Flow Rice Threshers Somchai Chuan-Udom, Waree Srison Equipment for Harvesting Oil Palm in Primary Stage . .................................................................................................................... 15 Yuttana Khaehanchanpong, Tomohiro Takikawa การศึกษาอิทธิพลของลักษณะเปลือกและรูปรางตอผลการทำงานของเครื่องกะเทาะผลหมากแหงแบบ 2 ลอหมุนในแนวระดับ ..... 20 นฤมล บุญกระจาง, ศิวลักษณ ปฐวีรตั น, เอนก สุขเจริญ3 Influence of Husk and Shape of Dry Betel Nut to Husking Machine with 2 Horizontal Wheels Narumon Boonkrachang, Siwalak Pathaveerat, Anek Sukcharoen จลนพลศาสตรการอบแหงดวยลมรอนของเปลือกทับทิม. .................................................................................................................... 27 ฤทธิชยั อัศวราชันย, ภานาถ แสงเจริญรัตน, สุเนตรสืบคา, เฑียรมณี มัง่ มูล, ดวงกมล จนใจ Hot-Air Drying Kinetics of Pomegranate Peels ฤทธิชยั อัศวราชันย, ภานาถ แสงเจริญรัตน, สุเนตรสืบคา, เฑียรมณี มัง่ มูล, ดวงกมล จนใจ Rittichai Assawarachan, Phanat Saengcharoenrat, Sunate Surbkar, Thianmanee Mungmoon, Duangkamol Jonjai เตาลมรอนเชื้อเพลิงชีวมวลแบบไซโคลน. .............................................................................................................................................. 35 วิบลู ย เทเพนทร, เวียง อากรชี, พุทธธินนั ทร จารุวฒ ั น Cyclonic Biomass Furnace Viboon Thepent, Weang Arekornchee, Puttinum Jarruwat

บทความวิชาการ z

สารบัญ

เทคโนโลยีการสรางความรอนดวยคลื่นแมเหล็กไฟฟาในการแปรรูปอาหาร......................................................................................... 41 ฤทธิชยั อัศวราชันย Thermal Electromagnetic Technology in Food Processing Rittichai Assawarachan วิธีการละลายแบบรวดเร็วดวยเทคโนโลยีสมัยใหม . .............................................................................................................................. 53 อุมาพร อุประ, สุเนตร สืบคา, ฤทธิชยั อัศวราชันย Novel Methods for Rapid Thawing Technology Umaporn Upara, Sunate Surbkar, Rittichai Assawarachan แบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหงสำหรับวัสดุพรุน . ............................................................................................................. 60-67 สุเนตร สืบคา, ฤทธิชยั อัศวราชันย Mathematical Drying Models for Porous Materials Sunate Surbkar, Rittichai Assawarachan

 

ว า ร ส า ร ส ม า ค ม วิ ศ ว ก ร ร ม เ ก ษ ต ร แ ห ง ป ร ะ เ ท ศ ไ ท ย THAI SOCIETY OF AGRICULTURAL ENGINEERING JOURNAL ISSN 1685-408X ปที่ 17 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2554 ( Volume 17 No. 1 January - December 2011)

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย เปนวารสารเผยแพร ผลงานวิจัยดานวิศวกรรมเกษตร บทความที่ลงตีพิมพจะตองผานการ พิจารณาจากผูทรงคุณวุฒิที่มีความเชี่ยวชาญในแตละสาขาวิชาของ วิศวกรรมเกษตร และไมมชี อื่ หรือเกีย่ วของในผลงานวิจยั นัน้ จำนวน 2 ทานตอ 1 ผลงานวิจยั เพือ่ เปนการสนับสนุนใหวารสารนีส้ ามารถจัดทำไดอยางตอเนือ่ ง เจา ของผลงานที่ ไ ด รั บ การคั ด เลื อ กลงตี พิ ม พ จะต อ งจ า ยเงิ น เพื่ อ สนับสนุนการจัดทำวารสาร 250 บาท/หนา

เจาของ : สมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย สำนักงาน : กองสงเสริมวิศวกรรมเกษตร กรมสงเสริมการเกษตร แขวงลาดยาว จตุจกั ร กรุงเทพฯ 10900 โทร. 0 2940 6183 โทรสาร 0 2940 6185 www.tsae.saia

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 17 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2554

วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย THAI SOCIETY OF AGRICULTURAL ENGINEERING JOURNAL ISSN 1685-408X ปที่ 17 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2554 ( Volume 17 No. 1 January - December 2011)

กองบรรณาธิการวิชาการ ศาสตราจารย ดร.สุรนิ ทร พงศศภุ สมิทธิ์ ศาสตราจารย ดร.อรรถพล นมุ หอม ศาสตราจารย ดร.ผดุงศักดิ์ รัตนเดโช รองศาสตราจารย ดร. ธวัชชัย ทิวาวรรณวงศ รองศาสตราจารย ดร. วินติ ชินสุวรรณ ผชู ว ยศาสตราจารย ดร. วิเชียร ปลืม้ กมล ผชู ว ยศาสตราจารย ดร.สมโภชน สุดาจันทร ผชู ว ยศาสตราจารย ดร.เสรี วงสพเิ ชษฐ ผชู ว ยศาสตราจารย ดร. สมชาย ชวนอุดม

ศาสตราจารย ดร.สมชาติ โสภณรณฤทธิ์ ศาสตราจารย ดร.สมชาติ ฉันทศิรวิ รรณ รองศาสตราจารย ดร. ปานมนัส สิรสิ มบูรณ รองศาสตราจารย ดร.ธัญญา นิยมาภา รองศาสตราจารย ดร.สัมพันธ ไชยเทพ รองศาสตราจารย ดร.จิราภรณ เบญจประกายรัตน รองศาสตราจารย สาทิป รัตนภาสกร ดร.ชูศกั ดิ์ ชวประดิษฐ ดร. อนุชติ ฉ่ำสิงห

บรรณาธิการ รศ.พินยั ทองสวัสดิว์ งศ กองบรรณาธิการ รศ. จิราภรณ เบญจประกายรัตน ผศ.ดร. สมชาย ชวนอุดม ดร. อนุชติ ฉ่ำสิงห อ.นเรนทร บุญสง นายไมตรี ปรีชา นายณรงค ปญญา

คณะผูพิจารณาบทความ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร - รองศาสตราจารย วิชา หมัน่ ทำการ - ผชู ว ยศาสตราจารย ดร.ศิวลักษณ ปฐวีรตั น - ผชู ว ยศาสตราจารย ดร.อนุพนั ธ เทิดวงศวรกุล มหาวิทยาลัยขอนแกน - ผชู ว ยศาสตราจารย ดร. สมชาย ชวนอุดม มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร - ศาสตราจารย ดร.ผดุงศักดิ์ รัตนเดโช - รองศาสตราจารย พินยั ทองสวัสดิว์ งศ - ผชู ว ยศาสตราจารย ดร. ไชยณรงค จักรธรานนท - ดร. สมศักดิ์ วงษประดับไชย

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกลาธนบุรี - ศาสตราจารย ดร.สมชาติ โสภณรณฤทธิ์ มหาวิทยาลัยราชภัฏวไลยอลงกรณ - รองศาสตราจารย จิราภรณ เบญจประกายรัตน

สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาเจาคุณทหาร ลาดกระบัง - รองศาสตราจารย สาทิป รัตนภาสกร สถาบันวิจยั เกษตรวิศวกรรม กรมวิชาการเกษตร - ดร.ชูศกั ดิ์ ชวประดิษฐ - ดร.อนุชติ ฉ่ำสิงห

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

อิทธิพลของการออกแบบชุดนวดของเครื่องเกี่ยวนวดขาวแบบไหลตามแกน ที่มีตอความสูญเสียจากการเก็บเกี่ยว เมื่อเก็บเกี่ยวขาวพันธุชัยนาท 1 Influence of Threshing Unit Design of Axial Flow Rice Combine Harvesters on Harvesting Losses when Harvest Chainat 1 Rice Variety สมชาย ชวนอุดม1) วินติ ชินสุวรรณ2) Somchai Chuan-Udom1) Winit Chinsuwan2)

Abstract The objective of this research was to study the influence of threshing unit design of axial flow rice combine harvesters on harvesting losses when harvest Chainat 1 rice variety, which yields relatively higher losses from a threshing unit. The sample consisted of 17 machines in irrigated area of Khon Kaen, Kalasin and Mahasarakam provinces. The result of the research indicated that the concave rod clearance (RC) was the most influenced on the loss equal 27.54%. The second, third and forth influence on the loss were the clearance between the lower concave and the tip of the teeth in horizontal (SC), concave clearance (CC) and the clearance between the upper concave and tip of the tooth in vertical (UC) which were 25.86%, 20.29% and 15.27% respectively. The number of tooth (NT), the rotor diameter (RD), and the height of tooth (HT) were little influenced on the loss equal 9.14%, 1.90%, and 0.22% respectively. Keywords: Threshing unit, Axial flow rice combine harvester, Harvesting, Losses

บทคัดยอ การวิจยั นีม้ วี ตั ถุประสงคเพือ่ ศึกษาอิทธิพลของการออกแบบชุดนวดของเครือ่ งเกีย่ วนวดขาวแบบไหลตามแกนทีม่ ตี อ ความ สูญเสียจากการเก็บเกีย่ ว เมือ่ เก็บเกีย่ วขาวพันธชุ ยั นาท 1 ซึง่ มีความสูญเสียจากชุดนวดคอนขางสูง โดยทำการเก็บขอมูลเครือ่ งเกีย่ ว นวดขาวจำนวน 17 เครือ่ ง ในเขตพืน้ ทีช่ ลประทานจังหวัดขอนแกน กาฬสินธุ และมหาสารคาม ผลการศึกษาพบวา ระยะชองวาง ระหวางซีต่ ะแกรงนวด (RC) มีอทิ ธิพลตอความสูญเสียจากชุดนวดมากทีส่ ดุ (รอยละ 27.54) รองลงมาคือ ระยะหางระหวางตะแกรง นวดลางกับปลายซีน่ วดในแนวระดับ (SC) ระยะหางระหวางตะแกรงนวดลางกับปลายซีน่ วดในแนวดิง่ (CC) และ ระยะหางระหวาง ตะแกรงนวดบนกับปลายซีน่ วดในดิง่ (UC) มีอทิ ธิพลตอความสูญเสียจากชุดนวดเทากับรอยละ 25.86 20.29 และ 15.27 ตามลำดับ สวนจำนวนซีน่ วด (NT) เสนผาศูนยกลางลูกนวด (RD) และ ความสูงซีน่ วด (HT) เปนปจจัยการออกแบบทีม่ อี ทิ ธิพลตอความสูญ เสียจากชุดนวดคอนขางนอยโดยมีคา เทากับรอยละ 9.14 1.90 และ 0.22 ตามลำดับ คำสำคัญ: ชุดนวด, เครือ่ งเกีย่ วนวดขาวแบบไหลตามแกน, การเก็บเกีย่ ว, ความสูญเสีย

บทนำ ในปจจุบนั เครือ่ งเกีย่ วนวดมีบทบาทมากในการเก็บเกีย่ ว ขาวของประเทศไทยและมีการใชงานเพิม่ มากขึน้ รวมทัง้ การ ขยายการใชงานไปทัว่ ประเทศ คาดวาปจจุบนั มีเครือ่ งเกีย่ วนวด ใชงานในประเทศมากกวา 10,000 เครื่อง (วินิต ชินสุวรรณ, 2553)

ความสูญเสียจากการนวดและจากการคัดแยกเมล็ดออก จากฟางเปนความสูญเสียที่สำคัญประการหนึ่งของเครื่องเกี่ยว นวดทีเ่ กิดจากการทำงานของชุดนวดทีท่ ำการนวดและแยกเมล็ด ที่ถูกนวดและหลุดออกจากรวงแลวใหออกจากฟางไดไมดี จึง ทำใหมีเมล็ดบางสวนติดรวงและเมล็ดที่หลุดออกจากรวงแลว ปะปนและไหลออกไปพรอมกับฟางที่ชองขับฟาง สาเหตุที่

1) ผชู ว ยศาสตราจารย 2) รองศาสตราจารย ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยขอนแกน 1) Assistant Professor 2) Associate Professor, Dept. of Agricultural Engineering, Khon Kaen University, Khon Kaen 40002, Thailand

corresponding author, e-mail: somchai.chuan@gmail.com วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 17 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2554

สำคัญของความสูญเสียในสวนนี้เกิดจากสภาพการทำงานที่มี ความแปรปรวนคอนขางสูงเนือ่ งจากสภาพของพืช การใชงาน และการปรับแตงเครือ่ งทีแ่ ตกตางกัน (วินติ ชินสุวรรณ, 2549) จากการศึกษาปจจัยการทำงานและการปรับแตงของเครื่อง เกี่ยวนวดขาวแบบไหลตามแกนของ สมชาย ชวนอุดม และวินติ ชินสุวรรณ (2550) พบวา ความเร็วลูกนวด มุมครีบวงเดือน ความชืน้ ของเมล็ด อัตราการปอน และอัตราสวนเมล็ดตอฟางมี ผลตอความสูญเสียจากชุดนวดสำหรับขาวหอมมะลิ สวนขาว พันธุชัยนาท 1 ปจจัยการทำงานและการปรับแตงชุดนวดที่มี ผลตอความสูญเสียประกอบดวย ความเร็วลูกนวด มุมครีบ วงเดือน ความชืน้ ของเมล็ด และอัตราการปอน นอกจากปจจัยดานการทำงานและการปรับแตงแลวยังมี ปจจัยสำคัญดานการออกแบบชุดนวดที่สงผลตอความสูญเสีย จากชุดนวด ถึงแมวา ผผู ลิตเครือ่ งเกีย่ วนวดในประเทศไทยใชชดุ นวดแบบไหลตามแกนเหมือนกัน แตมกี ารออกแบบขนาดและ ระยะตางๆ ของชิน้ สวนภายในชุดนวดแตกตางกัน ซึง่ ปจจัยดาน การออกแบบเหลานีส้ ง ผลตอความสูญเสียจากชุดนวด วินติ ชินสุวรรณ และคณะ (2546) ศึกษาผลของความเอียง ของแถบซีน่ วดและระยะชองวางระหวางซีต่ ะแกรงนวดของชุด นวดขาวแบบไหลตามแกนสำหรับขาวหอมมะลิที่มีตอความ สูญเสีย พบวา ความเอียงของแถบซีน่ วดไมมผี ลตอความสูญเสีย จากชุดนวด แตแถบซีน่ วดแบบตรงสรางไดงา ยกวา สวนระยะ ชองวางระหวางซีต่ ะแกรงนวดควรใชในชวง 17 ถึง 20 มิลลิเมตร วินติ ชินสุวรรณ และคณะ (2547) ศึกษาระยะชองวางระหวางซี่ ตะแกรงนวด สำหรับเครือ่ งเกีย่ วนวดในการเก็บเกีย่ วขาวเหนียว พบวา ควรใชระยะชองวาง 17 ถึง 22 มิลลิเมตร จากการศึกษาที่ผานมาเนนศึกษาเฉพาะปจจัยดานการ ทำงานของชุดนวด สวนปจจัยดานการออกแบบชุดนวดแบบ ไหลตามแกนที่ผานมา เปนการศึกษาเฉพาะในสวนของระยะ ชองวางระหวางซีต่ ะแกรงนวด และความเอียงของแถบซีน่ วด แต ยังมีปจ จัยการออกแบบชุดนวดอืน่ ๆ ยังไมมกี ารศึกษา หรือมีการ ศึกษาคอนขางนอย ซึ่งปจจัยนั้นอาจมีผลอยางรุนแรงตอความ สูญเสียจากชุดนวดแบบไหลตามแกนสำหรับการเก็บเกีย่ วขาว ในประเทศไทย นอกจากนีใ้ นการศึกษาทีผ่ า นมาเปนการศึกษา แยกเฉพาะปจจัยหนึ่งๆ เทานั้น ซึ่งปจจัยตางๆ ที่ศึกษาอาจมี ผลตอความสูญเสียจากชุดนวดไมมากนักหรือเปนปจจัยที่มี ผลตอความสูญเสียจากชุดนวดไมสำคัญทีส่ ดุ จากปญหาทีก่ ลาวมาแลวขางตน ประกอบกับในปจจุบนั การใชเครือ่ งเกีย่ วนวดแพรหลายไปทุกภูมภิ าคของประเทศและ มีแนวโนมการใชงานเพิม่ มากขึน้ อีกทัง้ ปริมาณการผลิตขาวของ ประเทศไทยทีม่ เี ปนจำนวนมาก ถาสามารถลดความสูญเสียจาก

ชุดนวดก็จะทำใหลดความสูญเสียจากการเก็บเกีย่ วขาวโดยรวม ไดเปนมูลคาจำนวนมาก การศึกษานีม้ วี ตั ถุประสงคเพือ่ ศึกษาอิทธิพลของการออก แบบชุดนวดของเครื่องเกี่ยวนวดขาวแบบไหลตามแกนที่มีตอ ความสูญเสียจากการเก็บเกี่ยว เมื่อเก็บเกี่ยวขาวพันธุชัยนาท 1 ซึง่ เปนขาวพันธไุ มไวแสงทีส่ ำคัญของไทยทีม่ คี วามสูญเสียจาก ชุดนวดคอนขางสูง (สมชาย ชวนอุดม และ วินติ ชินสุวรรณ, 2553)

อุปกรณและวิธีการ ปจจัยทีศ่ กึ ษา 1) ป จ จั ย การออกแบบชุ ด นวดแบบไหลตามแกน ประกอบดวย เสนผาศูนยกลางลูกนวด (ไมรวมซี่นวด) (RD) ระยะชองวางระหวางซี่ตะแกรงนวด (RC) ระยะหางระหวาง ตะแกรงนวดลางกับปลายซีน่ วด (CC) ระยะหางระหวางตะแกรง นวดลางกับปลายซี่นวดในแนวระดับ (SC) ระยะหางระหวาง ตะแกรงนวดบนกับปลายซีน่ วดในแนวดิง่ (UC) จำนวนซีน่ วด (NT) และความสูงซีน่ วด (HT) ภาพที่ 1 แสดงระยะของชุดนวด ทีศ่ กึ ษา 2) ปจจัยดานการทำงานและการปรับแตงชุดนวดที่มี ผลตอความสูญเสีย ประกอบดวย มุมครีบวงเดือนจากแนวเพลา ลูกนวด (LI) ความเร็วเชิงเสนปลายซีน่ วด (RS) ความชืน้ ของ เมล็ด (MC) อัตราการปอน (FR) และอัตราสวนเมล็ดตอฟาง (GM) (สมชาย ชวนอุดม และวินติ ชินสุวรรณ, 2550) วิธกี ารศึกษา เนื่องจากปจจัยการออกแบบชุดนวดที่ใชในการศึกษามี จำนวนมาก ถาใชแผนการทดลองแบบปกติทวั่ ไปตองใชแปลง ทดลองที่มีขนาดใหญมากและเสียคาใชจายในการทดลองสูง

RD SC

ภาพที่ 1 ตำแหนงการวัดระยะตางๆ ในชุดนวด

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

ผลและการวิจารณผล

ภาพที่ 2 การเก็บตัวอยางความสูญเสียจากชุดนวด รวมถึงปญหาในการจัดการตัวอยางใหแลวเสร็จภายในวันที่ ทดสอบเพื่อไมใหตัวอยางเปลี่ยนสภาพมากเกินไป จากขอจำกัดทีก่ ลาวมาขางตน จึงใชแผนการทดลองแบบ สมุ โดยการสมุ ตรวจวัดการออกแบบชุดนวดแบบไหลตามแกน ของเครื่องเกี่ยวนวดที่มีขนาดและการออกแบบที่แตกตางกัน โดยดำเนินการทดสอบเครื่องเกี่ยวนวดขาวขนาดความยาวชุด นวด 6 ฟุต จำนวน 17 เครือ่ ง ในเขตพืน้ ทีช่ ลประทานจังหวัด ขอนแกน กาฬสินธุ และมหาสารคาม โดยศึกษากับขาวพันธุ ชัยนาท 1 ซึง่ เปนพันธทุ มี่ คี วามสูญเสียจากชุดนวดคอนขางสูง พรอมทั้งวัดขนาดของปจจัยการออกแบบและการทำงานและ การปรับแตง โดยมีคา ชีผ้ ลคือ ความสูญเสียจากชุดนวด ความสู ญ เสี ย จากชุ ด นวด ทำการทดสอบในสภาพ ปฏิบตั งิ านจริง โดยใชถงุ ตาขายรองรับวัสดุทถี่ กู ขับทิง้ จากชอง ขับฟาง (ภาพที่ 2) จากนัน้ ทำการแยกสิง่ เจือปนอืน่ ออกเพือ่ หา เมล็ดทีถ่ กู ขับทิง้ โดยในแตละเครือ่ งทำการทดสอบ 3 ซ้ำ โดยใน แตละซ้ำใหเครือ่ งเกีย่ วนวดเปนระยะทางไมนอ ยกวา 15 เมตร เพือ่ ใหเครือ่ งมีภาวการณทำงานทีส่ ม่ำเสมอกอนการเก็บขอมูล เปนระยะทาง 10 เมตร จากขอมูลที่ไดนำมาสรางสมการถดถอยเชิงเสนตรง พหุคณ ู (multiple linear regression) ดังแสดงในสมการที่ 1 แลว นำสมการมาวิเคราะหหารอยละของอิทธิพลของแตละปจจัยทีม่ ี ตอความสูญเสียจากชุดนวดโดยใชผลตางของสัมประสิทธิก์ าร ตัดสินใจ (R2) หรือวิธี Best subset regression (Draper, Smith, 1998) Y = B0 + B1X1 + B2X2 + … + BnXn … (1) เมื่อ Y = ตัวแปรตาม X1, X2, …, Xn = ตัวแปรอิสระใดๆ B0, B1, …, Bn = คาคงทีใ่ ดๆ

การศึกษานี้ไดดำเนินการทดสอบและเก็บขอมูลในชวง เดือนพฤษภาคม 2554 โดยทำการทดสอบเครือ่ งเกีย่ วนวดขาว แบบไหลตามแกนจำนวน 17 เครื่อง โดยมีความสูงตนขาวที่ ทำการทดสอบ 64.6 ถึง 79.0 เซนติเมตร มีมมุ เอียงตนขาวจาก แนวดิ่ง 9.9 ถึง 14.0 องศา มีความหนาแนนอยู 388,800 ถึง 1,099,467 ตนตอไร ความชืน้ ของฟางทีท่ ำการทดสอบ 58.13 ถึง 69.85 เปอรเซ็นตฐานเปยก แปลงทีท่ ำการทดสอบมีผลผลิตรวม 517 ถึง 1,048 กิโลกรัมตอไร ดังแสดงในตารางที่ 1 ผลการวัดลักษณะการออกแบบชุดนวดและสภาพการ ทำงานของเครือ่ งเกีย่ วนวด พบวา มีเสนผาศูนยกลางลูกนวด (ไม รวมความยาวซี่นวด) 445 ถึง 572 มิลลิเมตร มีระยะชองวาง ระหวางซีต่ ะแกรงนวด 15.9 ถึง 18.0 มิลลิเมตร ระยะหางระหวาง ตะแกรงนวดลางกับปลายซีน่ วดในแนวดิง่ 10.0 ถึง 25.4 มิลลิ เมตร มีระยะหางระหวางตะแกรงนวดลางกับปลายซี่นวดใน แนวระดับ 16.1 ถึง 53.8 มิลลิเมตร ใชระยะหางระหวางตะแกรง นวดบนกับปลายซีน่ วดในดิง่ 131.1 ถึง 216.1 มิลลิเมตร โดยมี จำนวนซี่นวด 132 ถึง 210 ซี่ ซี่นวดมีความสูง 76.2 ถึง 101.6 มิลลิเมตร มุมครีบวงเดือนจากแนวเพลาลูกนวด 60.0 ถึง 75.0 องศา ใชความเร็วลูกนวด 13.8 ถึง 21.5 เมตรตอวินาที เก็บเกีย่ ว ขาวทีค่ วามชืน้ ของเมล็ด 21.31 ถึง 29.72 เปอรเซ็นตฐานเปยก โดยมีอตั ราการปอน 9.2 ถึง 23.4 ตันตอชัว่ โมง ไดอตั ราสวนเมล็ด ตอฟางโดยน้ำหนักสด 0.46 ถึง 1.38 และมีผลทำใหเกิดความสูญ เสียจากชุดนวด 3.63 ถึง 14.37 เปอรเซ็นต ดังแสดงในตารางที่ 2 จากขอมูลในตารางที่ 2 เมือ่ นำมาสรางสมการถดถอยเชิง เสนตรงพหุคณ ู โดยใชรปู แบบของสมการที่ 1 ทำใหไดสมการ ถดถอยดังแสดงในสมการที่ 2 ทีม่ คี า สัมประสิทธิก์ ารตัดสินใจ (R2) เทากับ 0.729 TL = 63.417 - 0.009(RD) - 1.822(RC) + 0.213(CC) - 0.119(SC) - 0.041(UC) - 0.02(NT) - 0.009(HT) - 0.211(LI) - 0.059(RS) + 0.151(MC) + 0.071(FR) 0.371(GM) …(2) เมือ่ นำสมการที่ 2 มาวิเคราะหถงึ ปจจัยเนือ่ งจากการออก แบบและการทำงานของชุดนวดของเครื่องเกี่ยวนวดขาวแบบ ไหลตามแกนที่มีอิทธิพลตอความสูญเสียจากชุดนวด เมื่อเก็บ เกีย่ วขาวพันธชุ ยั นาท 1 ดังแสดงในตารางที่ 3 พบวา เมือ่ เก็บเกีย่ ว ขาวพันธชุ ยั นาท 1 อิทธิพลของปจจัยทีม่ ตี อ ความสูญเสียจากชุด นวด 5 อันดับแรกเปนปจจัยเนือ่ งจากการออกแบบโดยมีระยะ ชองวางระหวางซีต่ ะแกรงนวด (RC) มีอทิ ธิพลตอความสูญเสีย จากชุดนวดมากทีส่ ดุ เทากับรอยละ 22.80 รองลงมาไดแก ระยะ หางระหวางตะแกรงนวดลางกับปลายซีน่ วดในแนวระดับ (SC)

ตารางที่ 1 สภาพขาวทีท่ ำการทดสอบเครือ่ งเกีย่ วนวดขาว เครื่องที่ ความสูงตนขาว มุมเอียงตนขาวจากแนวดิง่ ความหนาแนนตนขาว ความชืน้ ของฟาง ผลผลิตรวม (เซนติเมตร) (องศา) (ตนตอไร) (เปอรเซ็นตฐานเปยก) (กิโลกรัมตอไร) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

73.2 70.4 65.9 66.5 68.8 70.7 69.9 64.6 66.1 71.2 71.0 77.3 75.0 78.5 65.0 79.0 75.2

11.2 12.1 11.7 11.5 9.9 11.9 14.0 12.3 12.5 11.8 11.0 10.8 11.2 11.5 11.7 11.4 10.5

620,000 972,267 869,333 1,099,467 705,067 833,333 808,533 627,200 821,867 645,333 762,667 1,099,200 873,067 689,333 388,800 708,267 823,200

64.39 63.74 61.32 66.19 69.85 63.66 65.52 65.75 65.54 66.62 64.44 61.09 61.98 58.13 63.08 61.12 61.35

847 832 893 906 754 692 874 820 980 951 1,048 884 772 719 517 842 672

ตารางที่ 2 การออกแบบชุดนวด สภาพการทำงานของเครือ่ งเกีย่ วนวด และความสูญเสียจากชุดนวด

เครื่องที่

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

521 572 572 508 559 445 457 457 508 508 559 508 559 483 533 546 546

18.0 18.0 18.0 15.9 15.9 15.9 15.9 15.9 15.9 15.9 15.9 18.0 15.9 15.9 15.9 15.9 15.9

25.4 25.4 21.3 13.0 21.2 14.0 25.4 25.4 23.0 10.0 22.7 16.0 25.4 17.0 20.0 22.0 20.0

37.5 28.8 28.8 31.1 51.1 41.1 38.4 50.8 35.1 36.1 53.8 16.1 53.8 51.1 21.4 46.1 46.1

157.5 169.8 169.8 201.1 196.1 131.1 162.4 177.8 206.1 154.1 193.8 151.1 193.8 151.1 193.4 216.1 216.1

200 165 185 156 140 132 132 148 156 148 185 132 185 210 165 156 160

82.6 76.2 76.2 88.9 88.9 88.9 101.6 76.2 88.9 88.9 76.2 88.9 76.2 88.9 101.6 88.9 88.9

69.0 69.0 69.0 68.0 68.0 66.5 60.0 65.0 67.0 70.0 68.0 67.0 75.0 66.0 67.0 70.0 67.0

16.8 16.8 16.5 17.6 17.6 15.8 13.8 17.8 14.8 21.5 18.7 18.4 17.5 18.3 16.1 15.5 15.1

24.37 22.58 29.36 28.21 29.72 25.19 26.14 24.25 23.63 26.96 21.91 22.90 21.31 23.75 22.23 22.03 25.65

16.9 13.6 10.2 16.9 9.3 9.6 18.6 11.7 22.8 9.2 23.4 10.9 12.8 13.0 9.5 18.5 13.5

0.97 3.63 0.75 3.82 1.38 4.98 0.46 8.73 0.77 5.22 1.02 8.31 0.87 14.37 0.89 7.73 0.64 5.96 1.06 4.35 0.90 5.46 0.80 8.58 0.96 5.64 1.04 5.78 0.62 7.54 0.74 4.07 1.16 4.81

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

ตารางที่ 3 อิทธิพลของปจจัยการออกแบบ การทำงานและการปรับ แตงชุดนวดของเครือ่ งเกีย่ วนวดขาวแบบไหลตามแกนที่ มีผลตอความสูญเสียจากชุดนวด

ตารางที่ 4 ผลของปจจัยการออกแบบชุดนวดของเครื่องเกี่ยวนวด ขาวแบบไหลตามแกนที่มีผลตอความสูญเสียจากการ นวด

ปจจัย

รอยละของปจจัยทีม่ อี ทิ ธิพล ตอความสูญเสียจากชุดนวด

ปจจัย

รอยละของปจจัยทีม่ อี ทิ ธิพล ตอความสูญเสียจากชุดนวด

RD RC CC SC UC NT HT LI RS

1.57 22.80 16.80 21.41 12.64 7.57 0.18 7.11 0.42

1.90

27.54

20.29

25.86

15.27

9.14

0.22

ระยะหางระหวางตะแกรงนวดลางกับปลายซี่นวดในแนวดิ่ง (CC) ระยะหางระหวางตะแกรงนวดบนกับปลายซี่นวดในดิ่ง (UC) และ จำนวนซีน่ วด (NT) โดยมีอทิ ธิพลตอความสูญเสียจาก ชุดนวดเทากับรอยละ 21.41 16.80 12.64 และ 7.57 ตามลำดับ เฉพาะปจจัยการออกแบบทัง้ 5 ปจจัยนีม้ ผี ลตอความสูญเสียจาก ชุดนวดประมาณรอยละ 80 สวนปจจัยการออกแบบชุดนวดที่ เหลือประกอบดวย เสนผาศูนยกลางลูกนวด (RD) และ ความสูง ซีน่ วด (HT) มีอทิ ธิพลตอความสูญเสียรอยละ 1.57 และ 0.18 ตาม ลำดับ สำหรับปจจัยการทำงานของชุดนวดประกอบดวย มุม ครีบวงเดือนจากแนวเพลาลูกนวด (LI) ความชืน้ ของเมล็ด (MC) อัตราการปอน (FR) ความเร็วลูกนวด (RS) และ อัตราสวนเมล็ด ตอฟาง (GM) มีอทิ ธิพลตอความสูญเสียจากชุดนวดรอยละ 7.11 5.72 3.41 0.42 และ 0.37 ตามลำดับ เมื่อพิจารณาปจจัยเนื่องจากการออกแบบที่ทำการศึกษา เทียบกับปจจัยเนือ่ งจากการทำงานทีท่ ำการศึกษา พบวา ปจจัย เนื่องจากการออกแบบชุดนวดมีอิทธิพลตอความสูญเสียจาก ชุ ดนวดเปนอยางมากโดยมีอิทธิพลตอความสูญเสียประมาณ รอยละ 83 สวนปจจัยเนื่องจากการทำงานมีอิทธิพลตอความ สู ญเสียจากชุดนวดคอนขางนอยประมาณรอยละ 17 ดังนั้น จะเห็นไดวา ปจจัยการออกแบบชุดนวดมีความสำคัญเปนอยาง ยิง่ ตอความสูญเสียจากการเก็บเกีย่ วโดยเฉพาะความสูญเสียจาก ชุดนวดเมือ่ เก็บเกีย่ วขาวพันธชุ ยั นาท 1 ซึง่ เปนพันธทุ นี่ วดยาก จากสมการที่ 2 เมือ่ พิจารณาเฉพาะปจจัยการออกแบบชุด นวดที่มีอิทธิพลตอความสูญเสียจากชุดนวด เมื่อเก็บเกี่ยวขาว พันธชุ ยั นาท 1 ดังแสดงในตารางที่ 4

ตารางที่ 4 แสดงใหเห็นวาปจจัยที่ใชในการศึกษาการ ออกแบบชุดนวด 7 ปจจัย สามารถแบงออกไดเปนสองกลมุ คือ กลมุ แรกเปนกลมุ ของปจจัยทีม่ อี ทิ ธิพลตอความสูญเสียจากชุด นวดคอนขางมากโดยมีระยะชองวางระหวางซี่ตะแกรงนวด (RC) ซึง่ มีผลตอการลอดผานตะแกรงนวดของเมล็ด มีอทิ ธิพลตอ ความสูญเสียจากชุดนวดมากทีส่ ดุ เทากับรอยละ 27.54 รองลงมา คือ ระยะหางระหวางตะแกรงนวดลางกับปลายซี่นวดในแนว ระดับ (SC) ระยะหางระหวางตะแกรงนวดลางกับปลายซีน่ วดใน แนวดิง่ (CC) และ ระยะหางระหวางตะแกรงนวดบนกับปลาย ซีน่ วดในดิง่ (UC) ซึง่ มีผลตอการนวดและการสางใหเมล็ดแยก ออกจากฟางมีอทิ ธิพลตอความสูญเสียจากชุดนวดเทากับรอยละ 25.86 20.29 และ 15.27 ตามลำดับ สวนจำนวนซีน่ วด (NT) เสนผาศูนยกลางลูกนวด (RD) และความสูงซี่นวด (HT) เปนกลุมของปจจัยการออกแบบที่มี อิทธิพลตอความสูญเสียจากชุดนวดคอนขางนอยโดยมีคา เทากับ รอยละ 9.14 1.90 และ 0.22 ตามลำดับ แสดงวาเครือ่ งเกีย่ วนวดที่ ทำการทดสอบใชปจ จัยเหลานีค้ อ นขางเหมาะสมดีแลวเมือ่ เก็บ เกีย่ วขาวพันธชุ ยั นาท 1 ดังนัน้ ในการศึกษาปจจัยการออกแบบชุดนวดแบบเฉพาะ ปจจัยนั้นๆ ควรพิจารณาเนนการศึกษาปจจัยระยะชองวาง ระหวางซี่ตะแกรงนวด ระยะหางระหวางตะแกรงนวดลางกับ ปลายซีน่ วดในแนวระดับ ระยะหางระหวางตะแกรงนวดลางกับ ปลายซี่นวดในแนวดิ่ง และระยะหางระหวางตะแกรงนวด บนกับปลายซีน่ วดในดิง่ เนือ่ งจากมีอทิ ธิพลตอความสูญเสียจาก ชุดนวดคอนขางสูงเมือ่ เก็บเกีย่ วขาวพันธชุ ยั นาท 1 หรือขาวพันธุ ไมไวแสง

สรุป

เอกสารอางอิง

จากการศึกษาพบวา ปจจัยเนือ่ งจากการออกแบบชุดนวด ของเครื่องเกี่ยวนวดขาวแบบไหลตามแกนมีอิทธิพลตอความ สูญเสียจากชุดนวดเมือ่ เก็บเกีย่ วขาวพันธชุ ยั นาท 1 คอนขางสูง ถึงเกือบรอยละ 83 สวนปจจัยเนือ่ งจากการทำงานและการปรับ แตงมีอทิ ธิพลตอความสูญเสียคอนขางนอยประมาณรอยละ 17 ดังนัน้ จึงควรมีการพิจารณาเนนศึกษาปจจัยจากการออกแบบชุด นวดเพือ่ ลดความสูญเสียจากการใชเครือ่ งเกีย่ วนวดเมือ่ เก็บเกีย่ ว ขาวพันธชุ ยั นาท 1 หรือขาวพันธไุ มไวแสง สำหรับปจจัยทีท่ ำการศึกษา พบวา สามารถแบงปจจัยการ ออกแบบชุดนวดไดสองกลมุ คือ กลมุ แรกเปนกลมุ ของปจจัยที่ มีอทิ ธิพลตอความสูญเสียจากชุดนวดคอนขางสูง โดยระยะชอง วางระหวางซีต่ ะแกรงนวด มีอทิ ธิพลตอความสูญเสียจากชุดนวด มากที่สุด รองลงมาคือระยะหางระหวางตะแกรงนวดลางกับ ปลายซีน่ วดในแนวระดับ ระยะหางระหวางตะแกรงนวดลางกับ ปลายซี่นวดในแนวดิ่ง และระยะหางระหวางตะแกรงนวด บนกับปลายซี่นวดในดิ่ง ตามลำดับ กลุมที่สองประกอบดวย จำนวนซี่นวด เสนผาศูนยกลางลูกนวด และความสูงซี่นวด มี อิทธิพลตอความสูญเสียจากชุดนวดคอนขางนอย

วินติ ชินสุวรรณ. 2553. การศึกษาประเมินประสิทธิภาพเครือ่ ง เกี่ยวนวดขาวเพื่อลดความสูญเสียและเพิ่มศักยภาพใน การสงออก. รายงานโครงการวิจยั ฉบับสมบูรณ เสนอตอ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตรและเทคโนโลยีแหงชาติ (สวทช.) วินติ ชินสุวรรณ. 2549. ปจจัยทีม่ ผี ลตอความสูญเสียจากการใช เครื่องเกี่ยวนวดขาวในประเทศไทย. เอกสารประกอบ การประชุมวิชาการของสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหง ประเทศไทย ครัง้ ที่ 7 ประจำป 2549; 23-24 มกราคม 2549 มหาวิทยาลัยมหาสารคาม มหาสารคาม. วินติ ชินสุวรรณ, นิพนธ ปองจันทร, สมชาย ชวนอุดม, วราจิต พยอม. 2546. ผลของความเอียงของแถบซีน่ วดและระยะ หางชองวางระหวางซีต่ ะแกรงนวดทีม่ ตี อ สมรรถนะการ นวดของเครื่องนวดขาวแบบไหลตามแกน. วารสาร สมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย (ว.สวกท.). 10(1):15-20. วินิต ชินสุวรรณ, สมชาย ชวนอุดม, วราจิต พยอม, นิพนธ ปองจันทร. 2547. ระยะหางระหวางซีต่ ะแกรงนวด ความ เร็วลูกนวดและอัตราการปอนทีเ่ หมาะสมสำหรับเครือ่ ง เกี่ยวนวดในการเก็บเกี่ยวขาวเหนียว. ว.สวกท. 11(1): 3-6. สมชาย ชวนอุดม, วินติ ชินสุวรรณ. 2550. พารามิเตอรการทำงาน ของเครื่องเกี่ยวนวดขาวแบบไหลตามแกนที่มีผลตอ ความสูญเสียจากระบบการนวด. วารสารวิจยั มข. 12(4): 442-450. สมชาย ชวนอุดม, วินิต ชินสุวรรณ. 2553. ความสูญเสียจาก การเก็บเกีย่ วขาวโดยใชเครือ่ งเกีย่ วนวด. ว.สวกท. 16(1): 3-8.

คำขอบคุณ ผวู จิ ยั ไดรบั ทุนอุดหนุนจากสำนักงานกองทุนสนับสนุน การวิ จั ย สำนั ก งานคณะกรรมการการอุ ด มศึ ก ษา และ มหาวิทยาลัยขอนแกน จึงขอขอบคุณมา ณ โอกาสนี้ รวมทัง้ ศูนย วิจัยเครื่องจักรกลเกษตรและวิทยาการหลังการเก็บเกี่ยว มหา วิทยาลัยขอนแกน และศูนยนวัตกรรมเทคโนโลยีหลังการเก็บ เกีย่ ว สำนักงานคณะกรรมการการอุดมศึกษา ทีใ่ หการสนับสนุน งานวิจัยนี้

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

ผลของการทำงานของชุดขับราวใบมีดแบบตางๆ ที่มีตอการสั่นสะเทือน ของเครื่องเกี่ยวนวดไทยและความสูญเสียจากการเก็บเกี่ยว Effects of Operating of Difference Type of Cutter Bar Driver on Vibration and Header Losses of a Thai Combine Harvester สมชาย ชวนอุดม1) วารี ศรีสอน2) Somchai Chuan-Udom1) Waree Srison2)

Abstract The objective of this study was to determine effects of operating of difference type of cutter bar driver on vibration and header losses of a Thai combine harvester. Four types of cutter bar drivers were tested: reciprocating type, stir type, perpendicular axis type driven by chain, and perpendicular axis type driven by belt. Comparative vibration and header loss of the 4 types were tested. Results of the test indicated that the 4 type tested similarly in the header loss. The vibration of the header tended to be lowest when using the perpendicular axis type driven by chain. Keywords: Thai combine harvester, cutter bar driver, vibration

บทคัดยอ การศึกษานีม้ วี ตั ถุประสงคเพือ่ ศึกษาผลของการทำงานของชุดขับราวใบมีดแบบตางๆ ทีม่ ตี อ การสัน่ สะเทือนของเครือ่ งเกีย่ ว นวดไทยและความสูญเสียจากการเก็บเกีย่ ว ทำการศึกษากับชุดขับราวใบมีด 4 แบบ ประกอบดวย แบบชัก แบบแกวง แบบเพลาตัง้ ฉากขับโดยโซ และแบบเพลาตัง้ ฉากขับโดยสายพาน โดยการวัดและเปรียบเทียบการสัน่ สะเทือนและความสูญเสียจากชุดหัวเกีย่ ว ของเครือ่ งเกีย่ วนวดของชุดขับราวใบมีดทัง้ 4 แบบ พบวา ชุดขับราวใบมีดตัดทัง้ 4 แบบ มีผลตอความสูญเสียจากชุดหัวเกีย่ วไมแตก ตางกัน แตเมือ่ พิจารณาการสัน่ สะเทือนของชุดหัวเกีย่ ว ชุดขับราวใบมีดแบบเพลาตัง้ ฉากขับโดยโซมแี นวโนมใหการการสัน่ สะเทือน นอยทีส่ ดุ คำสำคัญ: เครือ่ งเกีย่ วนวดไทย ชุดขับราวใบมีด การสัน่ สะเทือน

บทนำ ปจจุบันเครื่องเกี่ยวนวดขาวมีบทบาทมากในการเก็บ เกีย่ วขาวในประเทศไทย และคาดวามีเครือ่ งเกีย่ วนวดขาวใชงาน ในประเทศมากกวา 10,000 เครือ่ ง (วินติ , 2553) เครือ่ งเกีย่ วนวด ขาวมีระบบการทำงานทัง้ เกีย่ วและนวดอยใู นเครือ่ งเดียว โดยได มีการพัฒนาเครื่องเกี่ยวนวดจนเหมาะกับสภาพการทำงานใน ประเทศ

เครือ่ งเกีย่ วนวดขาวประกอบดวยอุปกรณการทำงานหลาย สวน ชุดหัวเกีย่ วเปนสวนทีส่ ำคัญทีท่ ำหนาทีใ่ นการตัดตนขาว และรวบรวมเพือ่ สงตอไปยังชุดนวดเพือ่ แยกเมล็ดออกจากฟาง ตอไป ในสวนของการตัดตนขาวมีอปุ กรณทที่ ำหนาทีใ่ นการขับ ราวใบมีดตัด อุปกรณขบั ราวใบมีด ประกอบดวยเพลาขับ สง กำลังผานเพลาสงกำลัง มายังตัวขับราวใบมีดตัด ทำใหราวใบมีด ตัดเคลือ่ นทีไ่ ป-มา อุปกรณขบั ราวใบมีดมีลกั ษณะการทำงาน

1) ผชู ว ยศาสตราจารย ศูนยวจิ ยั เครือ่ งจักรกลเกษตรและวิทยาการหลังการเก็บเกีย่ ว มหาวิทยาลัยขอนแกน จ.ขอนแกน 40002

Assistant Professor, Agricultural Machinery and Postharvest Technology Research Center, Khon Kaen University, Khon Kaen, Thailand, 40002. e-mail: somchai.chuan@gmail.com ศูนยนวัตกรรมเทคโนโลยีหลังการเก็บเกีย่ ว หนวยงานรวมมหาวิทยาลัยขอนแกน สำนักงานคณะกรรมการการอุดมศึกษา

Postharvest Technology Innovation Center, Commission on Higher Education, Thailand corresponding author, e-mail: somchai.chuan@gmail.com 2) วิศวกร ศูนยนวัตกรรมเทคโนโลยีหลังการเก็บเกีย่ ว หนวยงานรวมมหาวิทยาลัยขอนแกน สำนักงานคณะกรรมการการอุดมศึกษา

Engineer, Postharvest Technology Innovation Center, Commission on Higher Education, Thailand วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 17 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2554

แบบกลไกเลื่อนไป-มา ขวางแนวการเคลื่อนที่ของเครื่องเกี่ยว นวด ซึง่ สงผลใหทงั้ ชุดหัวเกีย่ วและเครือ่ งเกีย่ วนวดเกิดการสัน่ สะเทือนมาก ประกอบกับขณะทำงานรวมกับลอโนม และเกลียว ลำเลียงหนา เปนการเพิม่ การสัน่ สะเทือนของเครือ่ งเกีย่ วนวด ยิ่งขึ้น โดยอุปกรณที่ทำใหเกิดการสั่นสะเทือนของเครื่องเกี่ยว นวดมากที่สุดคือ อุปกรณขับราวใบมีด สวนลอโนม เกลียว ลำเลียงหนา และโซคอลำเลียง เปนการทำงานในลักษณะหมุน ตามแนวการเคลื่อนที่ของเครื่องเกี่ยวนวดซึ่งสงผลตอการสั่น สะเทือนไมมากเทากับอุปกรณขบั ราวใบมีด (สมชาย และคณะ, 2552) การสัน่ สะเทือนของเครือ่ งเกีย่ วนวดสงผลทำใหชนิ้ สวน และอุปกรณตางๆ ของเครื่องชำรุดและเสียหายเร็วยิ่งขึ้นโดย เฉพาะสวนของโครงสรางที่รับน้ำหนักของคอลำเลียงและชุด หั ว เกี่ ย ว ทำให ผู ผ ลิ ต เครื่ อ งเกี่ ย วนวดข า วจำเป น ต อ งเพิ่ ม ขนาดโลหะของโครงสรางในสวนนี้ เพือ่ ลดการชำรุดเนือ่ งจาก การสัน่ สะเทือน ทำใหตน ทุนในการผลิตและน้ำหนักของเครือ่ ง มีคาสูงขึ้น และการสั่นสะเทือนของชุดหัวเกี่ยวใขณะทำงาน

การศึกษานี้ดำเนินการโดยใชเครื่องเกี่ยวนวดขาวแบบ ไหลตามแกนของศูนยวิจัยเครื่องจักรกลเกษตรและวิทยาการ หลังการเก็บเกีย่ ว มหาวิทยาลัยขอนแกน หนากวางการเกีย่ ว 3 เมตร ตนกำลังขนาด 194 กิโลวัตต (260 กำลังมา) เกลียวลำเลียง หนาขนาด 600 มิลลิเมตร มีราวซีโ่ นม 6 ราว และมีจำนวนซีโ่ นม 26 ซีต่ อ ราว โดยการศึกษากับชุดขับราวใบมีดแบบเดิมทีน่ ยิ มใช (ภาพที่ 1) อุปกรณขบั ราวใบมีดแบบแกวง (ภาพที่ 2) แบบเพลา ตัง้ ฉากขับโดยใชโซ (ภาพที่ 3) และแบบเพลาตัง้ ฉากขับโดยใช

ภาพที่ 1 ชุดขับราวใบมีดแบบชัก

ภาพที่ 2 ชุดขับราวใบมีดแบบแกวง

ภาพที่ 3 ชุดขับราวใบมีดแบบเพลาตัง้ ฉากขับโดยใชโซ

เปนการเพิม่ การเขยาตนขาวในขณะเก็บเกีย่ ว สงผลใหเมล็ดรวง หลนเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะเมื่อเก็บเกี่ยวขาวพันธุพื้นเมืองซึ่งรวง หลนงาย (วินติ และคณะ, 2546) งานวิจยั นีไ้ ดดำเนินการเปรียบเทียบการสัน่ สะเทือนของ ชุดหัวเกีย่ วเมือ่ ใชชดุ ขับราวใบมีดแบบตางๆ เพึอ่ เปนแนวทาง ในการพัฒนาอุปกรณขบั ราวใบมีดเพือ่ ลดการสัน่ สะเทือนของ เครือ่ งเกีย่ วนวดตอไป

อุปกรณและวิธีการ

ภาพที่ 4 ชุดขับราวใบมีดแบบเพลาตัง้ ฉากขับโดยใชสายพาน

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

ภาพที่ 5 การสัน่ สะเทือนในแนวราบ และแนวดิง่ โซ (ภาพที่ 4) มีวธิ กี ารดำเนินงานตามขัน้ ตอนดังนี้ 1) การศึกษาเปรียบเทียบการสั่นสะเทือนของอุปกรณขับราว ใบมีด วัดการสัน่ สะเทือนของชุดขับใบมีด โดยใชความเร็วของ เพลาขับชุดหัวเกีย่ วในชวง 250 ถึง 400 รอบตอนาที แบงเปน 7 ระดับ หางกันระดับละ 25 รอบตอนาที ในแตละระดับทำการวัด 9 ซ้ำ ความเร็วรอบของเพลาขับทีใ่ ชเ ปนความเร็วรอบทีใ่ ชงาน กันโดยทั่วไป เพราะความเร็วของเพลาขับชุดหัวเกี่ยวที่ชากวา 250 รอบตอนาที อาจทำใหทั้งใบมีดตัด ลอโนม และเกลียว ลำเลียงหนาเกิดการติดขัด สวนความเร็วรอบทีเ่ ร็วกวา 400 รอบ ตอนาที อาจทำใหชดุ หัวเกีย่ วเกิดการสัน่ สะเทือนมากเกินไป อีก ทั้งสงผลตอคาดัชนีลอโนมที่สูงเกินไปทำใหเกิดความสูญเสีย จากการเกีย่ วสูง (วินติ และคณะ, 2547) การวัดการสั่นสะเทือนโดยใชเครื่องวัดแบบ VM-120 ทำการวัดการสัน่ สะเทือนใน 2 ทิศทาง คือ การสัน่ สะเทือนใน แนวราบ และในแนวดิง่ (ภาพที่ 5) โดยตำแหนงทีท่ ำการวัดใช ตำแหนงของแขนทีย่ นื่ ออกมาจากชุดหัวเกีย่ วมากทีส่ ดุ (ภาพที่ 6) และคาที่แสดงการสั่นสะเทือนเปนคาระยะการแกวงของชุด หัวเกี่ยวจากแนวสมดุล (แอมพลิจูด) แสดงผลโดยใชคา Root mean square (RMS) 2) การศึกษาเปรียบเทียบความสูญเสียจากการเกีย่ วของชุดขับ ราวใบมีด ทำการศึกษากับขาวพันธขุ าวดอกมะลิ 105 ในเขตพืน้ ที่ นาชลประทาน จังหวัดขอนแกน ความชื้นของเมล็ดและฟาง เฉลี่ย 21.01 และ 61.37 เปอรเซ็นตฐานเปยก ตามลำดับ ความ หนาแนนตนขาวเฉลี่ย 241,920 ตนตอไร ตนขาวสูงเฉลี่ย 88 เซนติเมตร และมุมเอียงตนขาวจากแนวดิง่ เฉลีย่ 40.2 องศา ใช ความเร็วใบมีด 0.45 เมตรตอวินาที ดัชนีลอ โนม 3 ความเร็วขับ

ภาพที่ 6 ตำแหนงการวัดการสั่นสะเทือนทั้งในแนวราบและ แนวดิง่ เคลือ่ น 2.5 กิโลเมตรตอชัว่ โมง ระยะหางระหวางปลายซีโ่ นมกับ ใบมีด 50 มิลลิเมตร ความเร็วรอบของเพลาขับชุดหัวเกีย่ ว 325 รอบตอนาที ดำเนินการทดสอบจำนวน 3 ซ้ำ ในแตละชุดขับราวใบมีด โดยในแตละซ้ำใหเครือ่ งเกีย่ วนวดขาวปฏิบตั งิ านเปนระยะทาง ไมนอ ยกวา 15 เมตร เพือ่ ใหเครือ่ งมีภาวะการทำงานทีส่ ม่ำเสมอ กอนการเก็บขอมูลความสูญเสียจากชุดหัวเกีย่ ว ทำการเก็บเมล็ด ที่รวงกอนเกี่ยวในพื้นที่ที่จะทำการเก็บขอมูลความสูญเสียจาก ชุดหัวเกี่ยว จากนั้นใหเครื่องเกี่ยวนวดตัดผานพื้นที่ที่เตรียมไว แลวหยุดโดยไมใหเครือ่ งเกีย่ วนวดเหยียบพืน้ ทีท่ เี่ ตรียมไว แลว ทำการเก็บความสูญเสียตามความกวางการเกีย่ ว

ผลและการวิจารณผล 1) การศึกษาเปรียบเทียบการสั่นสะเทือนของชุดขับราวใบมีด ผลการเปรี ย บเที ย บค า RMS ของแอมพลิ จู ด การสั่ น สะเทือนของชุดหัวเกีย่ วในแนวราบเมือ่ ใชอปุ กรณขบั ราวใบมีด ตัดแบบตางๆ ทีค่ วามเร็วรอบของเพลาขับชุดหัวเกีย่ วระดับตางๆ แสดงในตารางที่ 1 และคา RMS ของแอมพลิจดู การสัน่ สะเทือน ของชุดหัวเกีย่ วในแนวดิง่ เมือ่ ใชชดุ ขับราวใบมีดตัดแบบตางๆ ที่ ความเร็วรอบของเพลาขับชุดหัวเกีย่ วระดับตางๆ แสดงในตาราง ที่ 2 เมือ่ นำขอมูลจากตารางที่ 1 มาสรางความสัมพันธระหวาง ความเร็วรอบของเพลาขับชุดหัวเกีย่ วกับคา RMS ของแอมพลิจดู การสัน่ สะเทือนของชุดหัวเกีย่ วในแนวราบ (ภาพที่ 7) พบวา เมือ่ ความเร็วเพลาขับชุดหัวเกีย่ วเพิม่ ขึน้ ในชวง 250 ถึง 350 รอบ ตอนาที ชุดขับราวใบมีดตัดทัง้ 4 แบบ มีคา RMS ของแอมพลิจดู การ สัน่ สะเทือนของชุดหัวเกีย่ วในแนวราบเพิม่ ขึน้ เปนเสนตรง แต เมื่อความเร็วเพลาขับชุดหัวเกี่ยวมากกวา 350 รอบตอนาที คา

ตารางที่ 1 คา RMS ของแอมพลิจูดการสั่นสะเทือนของชุดหัวเกี่ยวในแนวราบ เมื่อใชชุดขับราวใบมีดแบบตางๆ ที่ความเร็วรอบของเพลาขับชุดหัว เกีย่ วระดับตางๆ หนวยมิลลิเมตร ความเร็วรอบของ เพลาขับชุดหัวเกีย่ ว (รอบตอนาที) 250 275 300 325 350 375 400

ชุดขับราวใบมีด แบบเพลาตัง้ ฉาก แบบชัก แบบแกวง ขับโดยโซ ขับโดยสายพาน 2.05 2.78 4.06 5.05 6.19 10.07 13.44

2.45 2.88 3.18 3.72 5.01 9.47 12.01

2.14 2.27 3.01 3.42 3.78 5.40 8.04

3.19 3.40 4.04 4.12 4.51 5.46 6.70

ตารางที่ 2 คา RMS ของแอมพลิจดู การสัน่ สะเทือนของชุดหัวเกีย่ วในแนวดิง่ เมือ่ ใชชดุ ขับราวใบมีดแบบตางๆ ทีค่ วามเร็วรอบของเพลาขับชุดหัวเกีย่ ว ระดับตางๆ หนวยมิลลิเมตร ความเร็วรอบของ เพลาขับชุดหัวเกีย่ ว (รอบตอนาที) 250 275 300 325 350 375 400

ชุดขับราวใบมีด แบบเพลาตัง้ ฉาก แบบชัก แบบแกวง ขับโดยโซ ขับโดยสายพาน 3.77 4.30 5.88 7.54 12.03 15.62 18.65

3.14 3.44 3.78 4.38 6.39 11.35 15.65

3.28 3.59 3.95 4.12 4.60 7.03 10.69

4.09 4.37 4.49 5.20 6.23 7.03 9.01

ภาพที่ 7 ความสัมพันธระหวางความเร็วรอบของเพลาขับชุดหัวเกีย่ วกับคา RMS ของ ระยะการแกวงของชุดหัวเกีย่ วในแนวราบ เมือ่ ใชชดุ ขับราวใบมีดแบบตางๆ 12

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

ภาพที่ 8 ความสัมพันธระหวางความเร็วรอบของเพลาขับชุดหัวเกีย่ วกับคา RMS ของ ระยะการแกวงของชุดหัวเกีย่ วในแนวดิง่ เมือ่ ใชชดุ ขับราวใบมีดแบบตางๆ RMS ของแอมพลิจูดการสั่นสะเทือนในแนวราบเพิ่มขึ้นอยาง รวดเร็ว ความเร็วเพลาขับชุดหัวเกีย่ วทีม่ คี า นอยกวา 300 รอบตอ นาที ชุดขับราวใบมีดตัดทัง้ 4 แบบ มีคา RMS ของแอมพลิจดู การ สั่นสะเทือนในแนวราบใกลเคียงกัน แตเมื่อเพิ่มความเร็วเพลา ขับมากกวา 300 รอบตอนาที ชุดขับราวใบมีดแบบเดิมมีแนวโนม เพิม่ ขึน้ อยางรวดเร็วมากทีส่ ดุ รองลงมาไดแก ชุดขับแบบแกวง สวนแบบเพลาตัง้ ฉากขับโดยโซ และแบบเพลาตัง้ ฉากขับโดย สายพานมีคาใกลเคียงกัน เมือ่ นำขอมูลจากตารางที่ 4 มาสรางความสัมพันธระหวาง ความเร็วรอบของเพลาขับชุดหัวเกีย่ วกับคา RMS ของแอมพลิจดู การสัน่ สะเทือนของชุดหัวเกีย่ วในแนวดิง่ (ภาพที่ 8) พบวา เมือ่ ความเร็วเพลาขับชุดหัวเกีย่ วเพิม่ ขึน้ ในชวง 250 ถึง 275 รอบตอ นาที ชุดขับราวใบมีดตัดทัง้ 4 แบบ มีคา RMS ของแอมพลิจดู การ สั่นสะเทือนของชุดหัวเกี่ยวในแนวดิ่งใกลเคียงกัน แตเมื่อเพิ่ม ความเร็วเพลาขับมากกวา 275 รอบตอนาที ชุดขับราวใบมีดแบบ เดิมมีแนวโนมเพิ่มขึ้นอยางรวดเร็วมากที่สุด รองลงมาไดแก อุปกรณขบั แบบแกวงซึง่ จะการสัน่ สะเทือนจะเพิม่ ขึน้ อยางรวด เร็วเมือ่ ใชความเร็วเพลาขับชุดหัวเกีย่ วมากกวา 325 รอบตอนาที สวนแบบเพลาตัง้ ฉากขับโดยโซ และแบบเพลาตัง้ ฉากขับโดย สายพานมีแนวโนมเพิม่ ขึน้ อยางเปนเสนตรงและมีคา ใกลเคียง กัน จากการศึกษาการสัน่ สะเทือนของชุดหัวเกีย่ วทัง้ ในแนว ราบและแนวดิ่งเนื่องจากการทำงานของชุดขับราวใบมีดแบบ ตางๆ พบวา ชุดขับราวใบมีดสงผลตอการสัน่ สะเทือนในแนวดิง่ มากกวาแนวราบ ชุดขับราวใบมีดแบบเดิมมีแนวโนมใหการสัน่ สะเทือนมากที่สุดทั้งในแนวราบและแนวดิ่ง รองลงมาไดแก

ตารางที่ 3 การเปรียบเทียบความสูญเสียจากชุดหัวเกีย่ วเมือ่ ใช ชุดขับราวใบมีดแบบตางๆ ชุดขับราวใบมีด

ความสูญเสียจากชุดหัวเกีย่ ว (%)

แบบชัก แบบแกวง แบบเพลาตัง้ ฉากขับโดยโซ แบบเพลาตัง้ ฉากขับโดยสายพาน

1.37 1.10 1.37 1.57

a a a a

หมายเหตุ: ตัวอักษรที่เหมือนกันในคอลัมนหมายถึง ไมแตก ตางกันทางสถิติ โดยใชคา LSD ที่ระดับนัยสำคัญ 5% เปนคาเปรียบเทียบ แบบแกวง สวนชุดขับราวใบมีดแบบเพลาตัง้ ฉากขับโดยโซและ สายพาน พบวา ทีค่ วามเร็วเพลาขับชุดหัวเกีย่ วนอยกวา 375 รอบ ตอนาที แบบเพลาขับโดยโซมแี นวโนมใหการสัน่ สะเทือนนอย กวาแบบสายพานทั้งในแนวราบและแนวดิ่ง แตเมื่อความเร็ว เพลาขับมากกวา 375 รอบตอนาที แบบสายพานมีแนวโนมให การสัน่ สะเทือนนอยกวาแบบโซทงั้ ในแนวราบและแนวดิง่ 2) การศึกษาเปรียบเทียบความสูญเสียจากการเกีย่ วของชุดขับ ราวใบมีด ผลการศึกษาเปรียบเทียบความสูญเสียจากชุดหัวเกีย่ วของ ชุดขับราวใบมีดทัง้ 4 แบบ เมือ่ เก็บเกีย่ วขาวพันธขุ าวดอกมะลิ 105 ดังแสดงในตารางที่ 3 พบวา มีความสูญเสียจากชุดหัวเกีย่ ว ไมมคี วามแตกตางกันในทางสถิติ แสดงวาการทำงานของชุดขับ ราวใบมีดทัง้ 4 แบบ มีผลตอความสูญเสียจากชุดหัวเกีย่ วไมแตก ตางกัน

สรุป

เอกสารอางอิง

จากการศึกษาเปรียบเทียบการสัน่ สะเทือน และความสูญ เสียจากชุดหัวเกีย่ วของชุดขับราวใบมีดตัดทัง้ 4 แบบ พบวา ชุด ขับราวใบมีดตัดทัง้ 4 แบบ มีผลตอความสูญเสียจากชุดหัวเกีย่ ว ไมแตกตางกัน แตเมือ่ พิจารณาการสัน่ สะเทือนของชุดหัวเกีย่ ว ชุดขับราวใบมีดแบบเพลาตั้งฉากขับโดยโซมีแนวโนมใหการ การสั่นสะเทือนนอยที่สุด จึงควรพิจารณานำชุดขับราวใบมีด แบบเพลาตัง้ ฉากขับโดยโซไปใชในการขับราวใบมีด โดยควร พัฒนาใหกระชับและปรับเขากับเครื่องเกี่ยวนวดที่ผลิตโดยผู ผลิตตางๆ ในประเทศ และควรมีการศึกษาเพิ่มเติมดานความ ทนทานในการใชงานและตนทุนในการผลิตเชิงพาณิชย

วินติ ชินสุวรรณ. 2553. การศึกษาประเมินประสิทธิภาพเครือ่ ง เกี่ยวนวดขาวเพื่อลดความสูญเสียและเพิ่มศักยภาพใน การสงออก. รายงานโครงการวิจยั ฉบับสมบูรณ เสนอตอ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตรและเทคโนโลยีแหงชาติ (สวทช.) วินติ ชินสุวรรณ, นิพนธ ปองจันทร, สมชาย ชวนอุดม, วราจิต พยอม. 2547. ผลของดัชนีลอ โนมทีม่ ตี อ ความสูญเสียใน การเกี่ยวของเครื่องเกี่ยวนวดขาว. วารสารวิจัยสมาคม วิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย. 10(1):7-9. วินติ ชินสุวรรณ, นิพนธ ปองจันทร, สมชาย ชวนอุดม และวรา จิต พยอม. 2546. ผลของอัตราการปอนและความเร็วลูก นวดที่มีตอสมรรถนะการนวดของเครื่องนวดขาวแบบ ไหลตามแกน. วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหง ประเทศไทย. 10(1):9-14.

คำขอบคุณ ขอขอบคุณศูนยนวัตกรรมเทคโนโลยีหลังการเก็บเกีย่ ว ที่ ใหการสนับสนุนทุนวิจยั และศูนยวจิ ยั เครือ่ งจักรกลเกษตรและ วิทยาการหลังการเก็บเกีย่ ว ทีใ่ หการสนับสนุนอุปกรณตา งๆ ใน การวิจยั

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

Equipment for Harvesting Oil Palm in Primary Stage Yuttana Khaehanchanpong1) Tomohiro Takikawa2)

Abstract This research was aimed to design the new equipments for solving the problems in the primary stage of oil palm harvesting. A spring chisel and a pneumatic harvesting toolwere developed. The field tests were carried out to compare working function between new equipments and conventional chisel. The comparison between spring chisel and conventional chisel showed that the spring chisel could increase the impact force from 27.58±0.45 kg to 43.75±1.24 kg for harvesting oil palm bunch and reduce torn wounds from 80% to 5%, even though the harvesting time per bunch of spring chisel was higher than the conventional chisel. In comparison between pneumatic harvesting tool and conventional chisel, the pneumatic harvesting tool could work with three chisel blades and reduced torn wounds from 80% to 6%. Key word : spring chisel, pneumatic chisel, torn wound, impact force

Introduction Elaesis guineensis, a native oil palm in West Africa, was introduced to Java by the Dutch and came to Malaysia by the British in 1910. In 1929, this type of palm was firstly planted as a decorated palm in Thailand. Since 1968, this oil palm became famous and wildly planted especially in southern part of Thailand as a commercial basis. (Likhitekaraj and Tummakate, 2000) In 2010, the Office of Agricultural Economics reported that Thailand's fresh palm production increased 15 percent, from 8.03 million ton in 2009 to 9.20 million ton due to an increase in harvested area. Harvested area had increased in both existing producing southern province (Chumphon, Suratthani, Krabi, Trang, Nakon Srithamarat) and new growing areas in other regions, from 510,213 hectares in 2009 to 582,006 hectares. This report was confirmed by Sngiamphongse (2008) who found that the

Fig. 1 Harvesting by conventional chisel

number of new oil palm farmers in Thailand increased by approximately 34 percent. Due to the increasing of new oil palm farmers who did not understand the effective harvesting technique and lacked of harvesting skill, caused some wounds to oil palm during harvesting. According to oil palm harvesting, Kritsanaseranee et al. (1993) revealed that farmers mostly used ordinary equipments such as chisel and sickle to laboriously harvest the oil palm bunch. The chisel was normally used for primary stage (3-8 years old) of oil palm and the sickle used for oil palm over 8 years old. The use of chisel and sickle for oil palm harvesting was shown in Fig. 1 and 2. Sngiamphongse et al. (2008) reported that oil palm harvesting in Thailand had some problems especially harvesting during the primary stage. Oil palm in the primary stage needed to retain the green leave before harvesting the bunch because the oil palm with a bush shape generally

Fig. 2 Harvesting by conventional sickle

1) RONPAKU candidate, Graduate School of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba, 1-1-1 Ten'nodai, Tsukuba Ibaraki, Japan. 2) Professor , Graduate School of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba, 1-1-1 Ten'nodai, Tsukuba Ibaraki, Japan.

yielded high productivity. According to this reason, the harvesting was too difficult for the farmers, so the cost for harvesting was very high. Because of the high expense for harvesting, the farmers tried to harvest products by themselves but they were lack ol skill. Sometimes they could not harvest the whole palm bunch in one cutting time. They had to cut again but not in the same position. The oil palm was torn by the cutting wounds which lead to serious problems. The wounds would cause plant stress, increased plant respiration rate, resulting in the plant stop growing up or die. (Feungchan, 2001) Manthamkan (2003) found that harvesting by chisel required human force about 30-50 kg with normal chisel weighed about 4 kg. Using this tool, farmers must be highly skilled and strong. The objective of this research was to develop a new equipment, that was capable of reducing the effect of action force, the wounds on oil palm.

Materials and Method 1. Design on harvesting equipments According to the study of Srikul (2004) the oil palm harvesting should be carried out very carefully without violently impact force on oil palm or as low impact as possible. Spring and pneumatic mechanisms were found suitable for reducing the impact force that induced the torn wounds on oil palm while the oil palm were harvested. Spring chisel and pneumatic harvesting toolwerw developed for harvesting the primary stage of oil palm. The spring chisel had spring mechanism that increased more impact force for cutting oil palm bunch. The pneumatic harvesting tool used air pressure to vibrate the chisel blade for cutting oil palm bunch. The flow chart of the design and development of the spring chisel and pneumatic harvesting tool is shown in Fig. 3. The process of the design and development was separated into 2 equipments. First was spring chisel and second was pneumatic harvesting tool. 1.1 Spring chisel Spring chisel consisted of three parts: a handle, a spring mechanism, and a chisel. The prototype of the spring chisel is shown in Fig. 4. The handle was made from aluminum which could reduce the weight of the equipment and had high rust resistance. Spring mechanism increased more impact force while cutting the oil palm bunch. Chisel that employed conventional blade. Farmers were able to choose the proper blade size, and change the blade easily. The weight of spring chisel was about 4.5 kg, that was very similar to the conventional chisel. Parts of the spring chisel is shown in Fig. 5. The tests of pring chisel prototype were spring durability test, spring impact force test, and field test. (1) The spring durability test : Laboratory test was conducted; spring chisel were pressed 20,000 times on

Fig. 3 Flow chart of design and development of spring chisel and pneumatic harvesting tool

Fig. 4 Prototype of spring chisel the wood plate and observed the changing of spring shape. (2) The spring impact force test: Laboratory test was conducted; load cell was used to measure the impact force of the spring. The calibration graph of load cell was created by increasing the weight at the interval 5 kg from 0 to 100 kg. The data were recorded by a data logger in voltage and analyzed as the calibration graph. The spring chisel test was done by connecting the spring chisel with load cell and increasing the load until spring was hit. The data were recorded by voltage and compared with the calibration graph. The spring impact force test is shown in Fig. 6. (3) Field test : The field test was conducted at Kaosaming district, Trat province, on July, 2009 which was a period of low production of oil palm. Farmers who owned 10 rai (1 rai=0.16 ha) of oil palm were selected. Uti variety, (3.5 years old) were selected. Harvesting test was

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

Fig. 6 Spring impact force test Fig. 5 Assembly of spring chisel

Fig. 7 Wound from harvesting

a) b) c) d) e)

5.5 hp, gasoline engine compressor accumulator working element, for making vibration chisel

Fig. 8 Prototype of pneumatic harvesting tool replicated 5 times, 1 rai per one type of chisel, to compare between spring chisel and conventional chisel. The harvesting data were collected in time per bunch of two types of chisel and analyzed the data statistically, t-test. In addition, torn wound data were also collected to compare the amount of wounds from both equipments. The characteristic of torn wound is shown in Fig. 7. 2. Pneumatic harvesting tool The pneumatic harvesting tool consisted of five parts: a 5.5 hp gasoline engine, an accumulator, a compressor, a working element, and a chisel. The prototype of pneumatic harvesting tool is shown in Fig. 8. The comperssor compressed air and stored in the accumulator. In operation, the pneumatic switch was pushed by the farmer and the air pressure was released via working element and chisel was vibrated to cut the oil palm bunch. The pneumatic harvesting tool is shown in Fig. 9. (1) Field test : The field test was conducted at Kaosaming district, Trat province on July, 2009, which was a period of low product of oil palm. Farmers who owned 10 rai (1 rai=0.16 ha) of oil palm were selected. Uti variety, (3.5 years old). Harvesting test was replicated 5 times, 1 rai per one type of chisel, to compared between pneumatic

Fig. 9 Pneumatic harvesting tool harvesting tool and conventional chisel. Harvesting data were collected in time per bunch and analyzed the data statistically by t-test. In addition, torn wound data were also collected to compare the amount of wounds from both equipments. (2) Modification of three blade chisel: While

Fig. 10 Three blades pneumatic harvesting tool harvesting by one blade chisel, some air pressure was remained in the accumulator. So, chisel blade was added from one blade to three blades (Fig. 10). Field test was conducted to compare the harvesting performance between the three blade pneumatic harvesting tool and three conventional chisel, the data was analyzed statistically by t-test.

Result and Discussion

Fig. 11 Spring shape before and after press 20,000 times Table 1 Comparison of average field capacity between the spring chisel and the conventional chisel Harvesting capicity (second/bunch)

Treatment Conventional Chisel Spring Chisel type t-test

6.30±0.25 11.50±1.07 -6.37**

The result of the work function test was separated into 2 topics, spring chisel and pneumatic harvesting tool. 1. Spring chisel test (1) The spring durability test : The tested result (Fig. 11) showed that the structure of spring was not changed. (2) The spring impact force test: The action force was 27.58±0.45 kg. The impact force increased to 43.75± 1.24 kg which was able to effectively cut the oil palm bunch as the experiment of Manthamkan (2003) suggested that the harvesting by chisel took a human force about 3050 kg. (3) Field test : The test result showed that the torn wounds of the spring chisel were 5% while the torn wounds of the conventional chisel were 80%. The average field capacity of the spring chisel was 11.50±1.07 second/bunch while the average field capacity of the conventional chisel was 6.30±0.25 second/bunch (Table 1). The amount of torn wounds was less than conventional chisel. 2. The pneumatic harvesting tool test (1) Field test (one chisel blade) : The test result showed that the torn wounds caused by the pneumatic harvesting tool were 6% while the torn wounds by the conventional chisel were 80%. The average field capacity of the pneumatic harvesting tool was 6.74±0.14 second/bunch while the average field capacity of the conventional chisel was 6.30± 0.25 second/bunch (Table 2). After analysis by t-test, there was no significant difference between pneumatic

harvesting tool compared with conventional chisel. Although the harvesting time was not statistically different, the farmers use less power for harvesting the oil palm bunch. Moreover, the pneumatic harvesting tool not only could be used for the oil palm in primary stage but also with oil palm at the age from 3-8 years. (2) Field test (three chisel blades) : The average field capacity of the pneumatic harvesting tool with three chisel blades was 8.17±0.21 second/bunch while the average field capacity of the three conventional chisels working together was 12.04±0.34 second/bunch (Table 3). After t-test analysis, the results from pneumatic harvesting tool with three chisel blades compared with three conventional chisels working together showed the significant difference.

Conclusion The result of the tests showed that the spring chisel could increase impact force from 27.58±0.45 kg to 43.75± 1.24 kg for harvesting the oil palm bunch in the primary stage in agreement with Manthamkan (2000). The use of designed equipment could reduce the torn wounds on oil palms during harvesting from 80% to 5% even though the harvesting time per bunch of spring chisel was higher than the conventional chisel. The result of the test showed that the pneumatic harvesting tool could reduce the torn wounds from 80% to 6%. For the pneumatic harvesting tool with one chisel blade, the field capacity was close to that of the conventional chisel with one blade. However the

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

Table 2 Comparison of average field capacity between the pneumatic harvesting tool and the conventional chisel Treatment Conventional Chisel Pneumatic harvesting tool t-test

Harvesting capacity (second/bunch) 6.30±0.25 6.74±0.14 -3 ns

Table 3 Comparison of average field capacity between the pneumatic harvesting tool with three chisel blades and the three conventional chisels working together. Treatment Conventional Chisel Pneumatic harvesting tool t-test

Harvesting capacity (second/bunch)) 12.04±0.34 8.17±0.21 2.64*

pneumatic harvesting tool could operate with three chisel blades together. The comparison between the pneumatic harvesting tool with three chisel blades and the three conventional chisels working together showed that the field capacity of the pneumatic harvesting tool with three blades was higher than the three conventional chisels working together. Both spring chisel and the pneumatic harvesting tool, could be new alternatives for new oil palm farmers to harvest their product.

Reference Feungchan, S. 2001. Plant Physiology. Klung nana, Khon Kaen. 665 p. Kritsanaseranee, S., Sngiamphongse, S., Thongsawatwong, P., Huttaratpukdee, P. 1993. Design and development of oil palm harvesting tools. Report of Agricultural Engineering Research Institute. Bangkok. Thailand.(copy). Likhitekaraj, S. and Tummakate, A. 2000. Basel stem rut of oil palm in Thailand caused by Ganoderma. In: Ganoderma diseases of Perenial Crops. Ceds J. Flood, Bridge P.D. and M. Holderness CAB International, Walling ford: 69-70. Manthamkan, V. 2003. Research and development of oil palm harvesting. Final report, Kasetsart University Research and Development Institute. Kasetsart University Kampangsaen campus. 85p. Office of Agricultural Economics (2010). Oil palm situation. Office of Agricultural Economics report. Bangkok. Thailand. Sngiamphongse, S., Khaehanchanpong,Y., Senanarong, A., Suthiwaree, P.,Wannarong ,K., Chamsing, A., Sangphanta, P., Rungkanab. M., Rungravee, P., 2008. Studying in Harvesting for Oil Palm in Thailand. Report of Agricultural Engineering Research Institute. Bangkok. Thailand. 315p. Srikul, S. 2004. Oil Palm cultivation and management. Oil Palm. Department of Agriculture. 188p.

การศึกษาอิทธิพลของลักษณะเปลือกและรูปรางตอผลการทำงาน ของเครื่องกะเทาะผลหมากแหงแบบ 2 ลอหมุนในแนวระดับ Influence of Husk and Shape of Dry Betel Nut to Husking Machine with 2 Horizontal Wheels นฤมล บุญกระจาง1) ศิวลักษณ ปฐวีรตั น2) เอนก สุขเจริญ3) Narumon Boonkrachang1) Siwalak Pathaveerat2) Anek Sukcharoen3)

Abstract The purpose of this research was to evaluate the influence of husk and shape of dried betel nut to the performance of husking machine with two-horizontal wheels. The machine consisted of the divider part, husking part and conveyor chamber. For the case of husk (hard and soft husk), the spherical shape and medium size with moisture content 3.48±1.01% (w.b.) of dried betel nut was evaluated. For the case of shape (sphere and ellipse), the hard husk and large size with moisture content 7.88±2.46% (w.b.) of dried betel nut was evaluated. The two cases were evaluated with 4 levels of husking tires speed. The results showed that the husking machine capacity was affected by husk type and shape of dried betel nut. The maximum capacity of husking machine was 100 kg/h which optimum husking tires speed 250-350 rpm in comparing between husk types. The percentage of full nut of the soft husk was lower than the hard husk. The percentage of broken nut of the soft husk was higher than the hard husk with the same speed. The maximum capacity of the husking machine was 102 kg/h on the husking tires speed 250-350 rpm in the comparing with shapes. The percentage of full nut of the ellipse was higher than that the sphere. The percentage of broken nut and the waste of the ellipse were lower than the sphere with the same speed. Besides the results showed the moisture content of the fruit was also affected to the machine capacity. Keywords: husk and shape, husking machine, horizontal wheel and dry betel nut

บทคัดยอ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงคเพื่อศึกษาอิทธิพลของเปลือกและรูปรางของผลหมากแหงที่มีตอการทำงานของเครื่องกะเทาะ ผลหมากแหงแบบ 2 ลอหมุนในแนวระดับ เครือ่ งกะเทาะผลหมากแหง ประกอบดวยชุดแบงหมาก ชุดกะเทาะ และชุดลำเลียงออก การทดสอบเพือ่ ศึกษาอิทธิพลของลักษณะเปลือกของผลหมากแหง (เปลือกแข็ง และออน) โดยใชผลหมากแหงรูปรางกลมแปน ขนาดกลาง ความชืน้ ผลเฉลีย่ 3.48±1.01% (w.b.) กรณีศกึ ษาอิทธิพลรูปรางของผลหมาก (กลมแปน และกลมรี) โดยใชหมากทีต่ าก แหงใหม (เปลือกแข็ง) ขนาดใหญ ความชืน้ เฉลีย่ 7.88±2.46% (w.b.) การทดสอบทัง้ สองกรณีใชความเร็วลอกะเทาะ 4 ระดับ พบวา ลักษณะเปลือกและรูปรางของผลหมากแหงมีอทิ ธิพลตอความสามารถในการทำงานของเครือ่ งกะเทาะ กรณีอทิ ธิพลของเปลือก ความ สามารถในการทำงานของเครือ่ งกะเทาะสูงสุด 100 กก./ชม.โดยมีความเร็วลอกะเทาะทีเ่ หมาะสม 250-350 รอบ/นาที เปลือกออน นิม่ มีเปอรเซนตหมากเต็มเมล็ดนอยกวาหมากเปลือกแข็ง และมีแนวโนมแตกหักมากกวาเมือ่ เปรียบเทียบทีค่ วามเร็วลอกะเทาะเทา กัน กรณีอทิ ธิพลของรูปรางผลหมาก ความสามารถในการทำงานของเครือ่ งกะเทาะสูงสุด 102 กก./ชม. ทีค่ วามเร็วรอบ 250-350 รอบ/ นาที โดยผลหมากรูปรางกลมรีมเี ปอรเซนตหมากเต็มเมล็ดสูงกวา แตกหักนอยกวา และมีแนวโนมการสูญเสียนอยกวาผลหมากกลม แปน นอกจากอิทธิพลของลักษณะเปลือกและรูปรางแลว การทดสอบครัง้ นีย้ งั ทำใหเห็นถึงอิทธิพลของความชืน้ ทีม่ ตี อ ความสามารถ ในการทำงานของเครือ่ งกะเทาะอีกดวย คำสำคัญ: เครือ่ งกะเทาะหมาก, ลอหมุนในแนวระดับ และ หมากแหง 1) นิสติ ปริญญาเอก 2) ผชู ว ยศาสตราจารย ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตรกำแพงแสน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร จ.นครปฐม 3) นายชางเครือ่ งยนตชำนาญการ ศูนยเครือ่ งจักรกลเกษตร สถาบันวิจยั แหงมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร จ.นครปฐม 20

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

คำนำ หมาก (Areca Catechu Linn.) เปนพืชทีม่ คี วามสำคัญทาง ดานสมุนไพรรักษาโรค ดานอุตสาหกรรม และสวนอื่นของ หมากยังนำมาใชประโยชนได (สถาบันพืชสวน. มปป.) เชน กาบ หมากสามารถนำมาทำแผ น กระดาษอั ด (paper board) (Raghupathy et al., 2002) และใชเปนภาชนะสำหรับหอขาว เนือ่ งจากมีความเหนียวและทนทาน (ไทยรัฐ, 2550) หมากแหง เปนอาหารวางของชาวเนปาล (เดลินวิ ส, 2551) ไทยสงออกหมากแหงในรูปเครือ่ งเทศและสมุนไพร ใน ป 2550 มีการขยายตัวถึง 66.21%ในชวงเดือนมกราคม กรกฎาคม ประเทศที่นำเขาหมากแหงจากประเทศไทย เชน ประเทศอินเดีย ประเทศกลุมตะวันออกกลาง เนปาล และ ปากีสถาน เปนตน คิดเปนมูลคามากกวา 500 ลานบาทในชวงป 2548-2550 (กรมสงเสริมการเกษตร, 2550) ปจจุบันการกะเทาะเปลือกหมากแหงใชแรงงานคน ซึ่ง ตองใชเวลาในการทำงานมากและไมปลอดภัย เนือ่ งจากใชมดี ในการกะเทาะ ดังนัน้ เครือ่ งกะเทาะหมากจึงมีความสำคัญตอ กระบวนการผลิตเมล็ดหมากแหงสงขายทัง้ ในและตางประเทศ สุทธิพรและคณะ (2549) พัฒนาเครือ่ งกะเทาะหมากแหง โดยใชการบีบอัดระหวางลอยางและตะแกรงเหล็ก มีความ สามารถในการกะเทาะสูงสุด 46.4 กก./ชม. ทีค่ วามเร็วของลอยาง 370 รอบ/นาที กับหมากขนาดกลาง (15.1-20.0 กรัม/ผล) ปญหา ทีพ่ บเครือ่ งกะเทาะดังกลาวคือตองปอนหมากครัง้ ละผลลงในถัง ปอน และถาหมากไมอยบู ริเวณกึง่ กลางระหวางลอกับตะแกรง ผลหมากจะกระเด็นออกดานขางโดยไมถูกกะเทาะ อีกทั้งมี เพียงสวนของลอที่ลอมดวยตะแกรงเทานั้นที่ทำงาน ทำให ประสิทธิภาพในการทำงานไมสงู มากนัก สมศักดิ์ (2547) พัฒนาเครื่องปอกเปลือกหมากโดยใช มอเตอรไฟฟา 7.5 แรงมาเปนตนกำลัง เครือ่ งประกอบดวยชุดโซ ลำเลียงทำหนาที่ลำเลียงหมากและบีบเปลือกหมากชั้นในที่มี ลักษณะแข็งใหแตก และลำเลียงหมากสูชุดปอกเปลือกซึ่ง ทำหนาทีฉ่ กี เปลือกใหขาดออกจากกัน หลังจากนัน้ หมากทีป่ อก เปลือกแลวจะถูกคัดแยกดวยตะแกรงโยก และทำความสะอาด ดวยชุดพัดลมทำความสะอาด มีอัตราการปอกเปลือก 59.43 กก./ชม. ไดเปอรเซ็นตเมล็ดดี 67.39% โดยน้ำหนัก หรือประมาณ 40 กก./ชม. ตัวเครือ่ งมีขนาดใหญ ลักษณะการทำงานคอนขาง ซับซอน และตองใชแรงงาน 2 คนในการควบคุมการทำงาน นอกจากการผลิตเครือ่ งกะเทาะหมากในประเทศไทยแลว ยังมีการผลิตเครื่องปอกเปลือกหมากแหงแบบอัตโนมัติใน ประเทศอินเดีย (Bhandari, 2008) มีความสามารถในการทำงาน 20 กก./ชม.

ในการปฏิบตั โิ ดยทัว่ ไป เกษตรกรจะตากหมากบนพืน้ ดิน ทำใหเปลือกหมากมีลกั ษณะผุ มีฝนุ มาก และอาจมีขยะปนมากับ หมากแหง และถาไมสามารถกะเทาะไดหมดในแตละครัง้ ของ การตาก เกษตรกรจะเก็บหมากแหงไวกะเทาะในปตอ ไป ทำให ลั ก ษณะของเปลื อ กผุ เ ช น กั น ซึ่ ง จะมี ผ ลต อ การทำงานของ เครือ่ งกะเทาะหมาก นอกจากนัน้ รูปรางทีต่ า งกันของผลหมาก ก็เปนอีกปจจัยทีม่ ผี ลตอการทำงานของเครือ่ ง งานวิจยั นีม้ วี ตั ถุประสงคทจี่ ะการทดสอบหาอิทธิพลของ ลักษณะเปลือกและรูปรางของผลหมากแหงที่มีตอสมรรถนะ การทำงานของเครือ่ งกะเทาะหมากแหงแบบ 2 ลอหมุนในแนว ระดับ

อุปกรณและวิธีการ 1. เครือ่ งกะเทาะหมากแหงแบบ 2 ลอหมุนในแนวระดับ รอบแกนหมุนเดียวกัน เครื่องกะเทาะหมากแหงแบบ 2 ลอหมุนในแนวระดับ ประกอบดวย 3 สวนหลัก (ภาพที่ 1) ไดแก 1) ชุดแบงหมาก (divider part) ประกอบดวยถังบรรจุ หมาก (hopper) ดานบนทำหนาทีร่ บั หมากและประคองผลหมาก สวนดานลางครอบตัวแบงหมาก และทำหนาที่บีบหมาก ตัว แบง(divider) มีลกั ษณะเปนรูปกรวยหัวตัด ทีบ่ ริเวณผิวของตัว แบงมีเหล็กเพลาขนาด 9 มม. เชือ่ มติดอยู โคงเอียงไปตามความ โคงของตัวแบง เพื่อทำหนาที่กระจายผลหมากและบีบอัดให เปลือกหมากแตกกอนเขาไปในหองกะเทาะ 2) ชุดกะเทาะ (husking part) ประกอบดวยลอยางกะเทาะ (husking tire) 2 ลอ และตะแกรงเหล็ก (sieve case) ทำหนาที่ กะเทาะหมากโดยใชหลักการกดและเฉือนที่ผิวเปลือกหมาก โดยมีแรงเฉือนที่ผิวทั้ง 2 ดานของผลไมเทากัน โดยลอยางมี ความดันลมยาง 20 ปอนด/ตร.นิว้ (Niamhom และ Jarimopas, 2007) ระยะหางระหวางซีต่ ะแกรงดานลาง 2.5 ซม. และดานบน 4.5 ซม. และระยะระหวางลอยางกะเทาะกับตะแกรงคงที่ ระยะ แคบทีส่ ดุ 2 ซม. และระยะกวางทีส่ ดุ 4.5 ซม. ตะแกรงกะเทาะ วางตัวลักษณะเรียวลงทัง้ 2 ลอ ทำใหดา นบนกวางกวาดานลาง เพือ่ รับผลหมากใหผา นเขาไปในสวนทีแ่ คบทีส่ ดุ จากนัน้ จะเกิด การกะเทาะ ผลหมากที่ ไ ม ก ะเทาะในห อ งกะเทาะแรก จะเคลือ่ นทีผ่ า นเขาไปยังหองกะเทาะที่ 2 เพือ่ ทำการกะเทาะซ้ำ ในขณะทีห่ มากทีก่ ะเทาะแลวจะผานชองวางทีแ่ คบทีส่ ดุ ไป และ ตกลงในหองลำเลียงตอไป 3) ชุดลำเลียงหมากออก (conveyor chamber) ประกอบ ดวยใบพัดหมุนกวาดเมล็ด เปลือก และผลหมากทีไ่ มถกู กะเทาะ มายังชองทางออกทีร่ องรับดวยภาชนะ

ถังบรรจุ

ชุดแบงหมาก

ตะแกรง ยางกะเทาะ

ชุดกะเทาะ

หองกะเทาะ

ชุดลำเลียงหมากออก

แผนบังลอ เพลา

ชองทางออก ภาพที่ 1 เครือ่ งกะเทาะผลหมากแหงแบบ 2 ลอหมุนในแนวระดับรอบแกนหมุนเดียวกัน 2. หมากแหงที่ใชในการทดสอบ หมากมี 2 พันธแุ บงตามรูปราง คือ กลมแปน และกลมรี นอกจากนั้นยังสามารถแบงตามความสูงของตน (สถาบันพืช สวน. มปป.) หมากทีใ่ ชทดสอบเปนหมากสุกจากจังหวัดเพชรบุรี โดยนำมาตากแดดใหแหง และแบงเปน 2 รูปราง (กลมแปน และ กลมรี) 3 ขนาด (เล็ก กลาง และใหญ) (นฤมลและบัณฑิต, 2551) ดังแสดงในตารางที่ 1 โดยใชหมากแหงทีเ่ ก็บไว 1 ป เปนตัวแทน ของหมากเกา เปลือกผุ เปลือกแตกเปนริ้วและมีฝุนผง เปรียบ เทียบกับหมากที่ตากแหงในป ซึ่งมีลักษณะผิวเรียบ สะอาด เปลือกแข็ง โดยใชหมากรูปรางกลมแปนขนาดกลางในการ ทดสอบ มีความชื้นผลหมาก 3.48±1.01%(w.b.) เพื่อศึกษา อิทธิพลของลักษณะเปลือก และทำการทดสอบอิทธิพลของ รู ป รางดวยหมากแหงที่ตากแหงในป (ทดสอบทันทีหลังตาก แหง) ขนาดใหญ ทีค่ วามชืน้ ผลหมากทัง้ ผล 7.88±2.46%(w.b.)

3. การวางแผนการทดลอง ทำการทดลองทีค่ วามเร็วของลอกะเทาะ 4 ระดับ คือ 250, 300, 350 และ 400 รอบ/นาที โดยใชระยะหางระหวางซีต่ ะแกรง และระยะระหวางลอกะเทาะกับตะแกรงคงที่ วางแผนการทดลองแบบสมุ สมบูรณ รวมกับแฟกตอเรียล (factorial with CRD) การทดสอบเครือ่ งกะเทาะหมากแหงแบบ 2 ลอหมุนในแนวระดับกรณีเปรียบเทียบลักษณะเปลือกมี (2 ปจจัย x4 ความเร็วรอบ x3 ซ้ำ) 24 การทดลอง สวนอิทธิพลเนือ่ ง จากรูปรางมี (2 ปจจัย x4 ความเร็วรอบ x3 ซ้ำ) 24 การทดลอง 4. ความสามารถในการทำงานของเครื่องกะเทาะหมาก แหง ทำการประเมินความสามารถในการทำงานของเครื่อง กะเทาะหมากแหงแบบ 2 ลอหมุนในแนวระดับโดยใชตวั แปร ตางๆ ดังนี้

ตารางที่ 1 ขนาดหมากแหงแบงตามรูปราง รูปราง

ขนาด เสนผานศูนยกลาง เสนผานศูนยกลาง ความสูงเฉลีย่ หลักเฉลีย่ (มม.) รองเฉลีย่ (มม.) (มม.)

กลมแปน

เล็ก กลาง ใหญ

33.65±1.79 37.58±1.51 38.61±1.93

32.31±4.63 36.85±1.49 38.08±1.93

41.89±3.47 45.56±3.27 55.91±3.19

กลมรี

เล็ก กลาง ใหญ

34.02±2.72 41.70±1.27 45.50±1.60

33.29±2.61 40.88±1.43 44.44±1.74

54.58±6.85 53.69±4.34 53.82±3.93

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

ภาพที่ 2 ลักษณะเปลือกหมากแหง 2 แบบ; ซาย-ลักษณะเปลือกนิม่ , ขวา-เปลือกแหงแข็ง CT

× 100

เมื่อ

ก) กลมแปน ข) กลมรี ภาพที่ 3 ลักษณะรูปรางของหมาก 2 แบบ (กลมแปนและกลมรี ) WF

เปอรเซ็นตเมล็ดเต็ม (PF) =

Winput

เปอรเซ็นตเมล็ดแตก (PB) =

× 100

ผลและวิจารณการทดลอง

WB Winput Wh

เปอรเซ็นตเปลือก (PH) = W

× 100

input

เปอรเซ็นตหมากไมกะเทาะ (PH) = เปอรเซ็นตหมากสูญเสีย (PW) = อัตราการปอน (FR) =

Wun Winput

TF = เวลาในการปอน, ชัว่ โมง TT = เวลาในการทำงานทัง้ หมด, ชัว่ โมง Winput = น้ำหนักหมากแหงในการทดลอง, กิโลกรัม WB = น้ำหนักหมากแตก, กิโลกรัม WF = น้ำหนักหมากเมล็ดเต็ม, กิโลกรัม Wun = น้ำหนักหมากไมกะเทาะ, กิโลกรัม WH = น้ำหนักเปลือก, กิโลกรัม หมายเหตุ: การสูญเสียเกิดจากเมล็ดหมากทีแ่ ตกเปนชิน้ เล็กๆ หรือมีลกั ษณะปน การแตกหัก คือ เมล็ดในทีแ่ ตกเปนชิน้ ใหญ

× 100

Winput − WB − WF Winput Winput TF WF

สมรรถนะการกะเทาะ (CT) = T

สัดสวนสมรรถนะการกะเทาะตออัตราการปอน (ER)

ลักษณะเปลือกและรูปรางของหมากมีอทิ ธิพลอยางมีนยั สำคัญที่ P<0.05 ตอ PF, PB, FR และ CT (ตารางที่ 2 และ 3)

1. ลักษณะเปลือก ในการศึกษาอิทธิพลของลักษณะเปลือกโดยใชหมาก ขนาดกลางทีค่ วามชืน้ 3.48±1.01% (w.b.) หมากแหงเปลือกแข็ง เปนตัวแทนหมากทีต่ ากอยางดี ตากแลวกะเทาะไมเก็บไวนาน 1.1) ความสามารถในการทำงาน ความเร็วรอบลอกะเทาะ ทีใ่ หความสามารถในการทำงานสูงสุด 300 รอบ/นาที เพราะได คา CT สูงสุด (86.46 กก./ชม.) เมือ่ พิจารณาสัดสวนความสามารถ ในการทำงานตออัตราการปอนคา (ER ) พบวาทีค่ วามเร็ว 350 รอบ/ นาทีมีคา ER สูงสุด 24.39% ดังนั้น ความเร็วในการทำงาน สำหรับหมากแหงใหมอยรู ะหวาง 300-350 รอบ/นาที สำหรับ เปลือกออนซึ่งเปนตัวแทนของหมากที่ตากบนพื้นดิน หรือ หมากที่เก็บไวนานกอนนำมากะเทาะ ความเร็วลอกะเทาะที่ เหมาะสม คือ 250 รอบ/นาที เพราะไดคา PF สูง (38.62%) และ

CT สูงสุด (100.99 กก./ชม.) สอดคลองกับคาสัดสวนความสามารถ ในการทำงานตออัตราปอนมีคา สูงสุด 14.34% และคาดังกลาวมี แนวโนมลดลงเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น 1.2) เปอร เ ซ็ น ต ก ารแตกหั ก เมื่ อ ความเร็ ว เพิ่ ม ขึ้ น เปอรเซ็นตการแตกหักมีแนวโนมเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะหมากที่ เก็บไวนาน ซึง่ มีคา สูงถึง 41.73% แสดงใหเห็นวาหมากทีเ่ ก็บไว นานมีคณ ุ ภาพต่ำกวาหมากใหม 1.3) อัตราการสิ้นเปลืองพลังงานที่เกิดขึ้นจากอิทธิพล ของเปลือกมีแนวโนมที่แตกตางกันอยางชัดเจน หมากเปลือก ออนมีการสิน้ เปลืองพลังงานนอยกวาหมากเปลือกแข็ง (ภาพที่ 4) เนื่องจากสามารถใหผลิตหมากเต็มเมล็ดไดสูงกวาหมาก เปลือกแข็งทีค่ วามเร็วรอบลอกะเทาะ 250 รอบ/นาที ผลิตหมาก เต็มเมล็ดไดสงู สุด 22.41 กก./กิโลวัตต-ชม. ความสิน้ เปลืองกำลัง

งานจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเร็วรอบลอกะเทาะเพิ่มขึ้น ในขณะที่ หมากเปลือกแข็งสิ้นเปลืองกำลังงานนอยที่ความเร็วรอบลอ กะเทาะ 300 รอบ/นาที ผลิตหมากเต็มเมล็ดไดสงู สุด 19.77 กก./ กิโลวัตต-ชม. เมือ่ ความเร็วลอกะเทาะเพิม่ ขึน้ อัตราการสิน้ เปลือง กำลังงานเพิ่มขึ้น

2. รูปราง เมือ่ พิจารณาอิทธิพลของรูปรางและความเร็วรวมกัน โดย ใชหมากที่มีความชื้น 7.88±2.46%(w.b.) ซึ่งเปนหมากขนาด ใหญ พบวา 2.2 ความสามารถในการกะเทาะ - ผลกลมแปน ความสามารถของเครื่องกะเทาะมีแนว โนมลดลงเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น และมีแนวโนมแตกหักเพิ่มขึ้น

ตารางที่ 2 ผลของลักษณะเปลือกทีม่ ผี ลตอสมรรถนะการทำงานของเครือ่ งกะเทาะผลหมากแหงแบบ 2 ลอหมุนในแนวระดับ Husk Tire speed (rpm) Hard

Soft

250 300 350 400 250 300 350 400

% by weight PB

FR (kg/h)

CT (kg/h)

36.87±2.34cd* 20.20±4.26a 42.69±1.47 1.64±1.67 696.46±177.06c 65.51±6.08abcd 32.62±1.18bcd 24.31±0.89ab 42.98±2.29 0.37±0.36 448.00±79.15ab 86.46±23.05cd 23.94±2.86abc 29.20±3.10b 42.59±2.21 4.27±0.79 269.60±20.38a 72.34±29.38bcd 11.52±4.35a 36.93±4.91c 39.68±3.68 11.87±8.44 285.43 120.38a 34.79±9.00ab 38.62±1.44d 20.62±0.46a 43.34±4.71 0.64±1.11 704.13±101.45c 100.99±6.72d 21.55±18.59ab 25.59±1.98ab 41.52±2.75 11.57±17.24 514.28±20.59bc 51.78±44.26abc 19.85±8.61ab 37.34±6.21c 38.72±0.75 4.08±2.17 335.70±103.72ab 35.68±20.45ab 11.62±1.40a 41.73±0.60c 39.59±1.73 7.05±2.59 408.19±192.64ab 24.37±1.80a

ER (%) 9.41 19.30 24.39 12.19 14.34 10.07 10.63 5.97

*Value followed by different letters within each column are significantly different ( P≤0.05) based on DMRT ตารางที่ 3 ผลของรูปรางผลหมากทีม่ ตี อ สมรรถนะทำงานของเครือ่ งกะเทาะผลหมากแหงแบบ 2 ลอหมุนในแนวระดับ Shape Tire speed (rpm) Sphere

Ellipse

250 300 350 400 250 300 350 400

% by weight PH

37.50±3.19c* 37.47±7.70c 28.38±1.79ab 26.12±2.27a 39.01±3.77c 36.64±2.63c 35.09±2.79bc 32.51±4.63abc

18.41±1.77a 16.97±5.69a 23.86±3.15b 24.30±1.73b 14.01±1.70a 17.82±0.72a 16.87±1.22a 16.45±3.18a

39.01±2.55 36.31±2.89 36.22±4.06 36.93±2.38 38.39±0.58 38.40±0.61 38.87±3.02 36.82±3.21

PW 4.78±3.69a 7.39±5.80ab 10.83±2.69ab 12.18±3.93b 6.30±1.06ab 5.88±2.01ab 7.50±2.75ab 11.22±3.04ab

FR (kg/h)

CT (kg/h)

393.47±30.02bcd 96.08±9.25cde 456.41±36.70b 100.46±23.99de 456.20±46.05b 70.07±5.74bc 246.15±64.88a 38.97±5.03a 313.75±62.98abc 74.60±9.81bcd 448.80±170.92cd 87.76±6.97cde 444.58±21.23cd 102.44±25.84e 272.05±36.39ab 60.19±3.82ab

ER (%) 24.42 22.01 15.36 15.83 23.78 19.55 23.04 22.12

*Value followed by different letters within each column are significantly different ( P≤0.05) based on DMRT 24

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

เพิ่มขึ้น แนวโนมการแตกหักก็เพิ่มขึ้น โดยมีเปอรเซนตการ แตกหักสูงถึง 41.73% ความชืน้ ทีล่ ดลงจาก 7.88 % (w.b.) เปน 3.48 % (w.b.) เปอรเซนตการแตกหักเฉลีย่ เพิม่ สูงขึน้ ถึง 33.16% โดยเฉพาะความสามารถในการทำงานของเครือ่ งกะเทาะมีแนว โนมเพิ่มขึ้นเมื่อความชื้นเพิ่มขึ้น เห็นไดชัดจากความเร็ว 250 รอบ/นาที ความสามารถในการกะเทาะหมากที่มีความชื้นต่ำ (3.48%, w.b.) มีคาต่ำกวาความสามารถในการกะเทาะหมาก หมากทีม่ คี วามชืน้ สูงกวา (7.88%, w.b.) ถึง 31.82%และยังมีคา นอยกวา 61.47% ภาพที่ 4 เปรียบเทียบอัตราการใชกำลังไฟฟาในแตละชนิดของ รูปราง และชนิดของเปลือก ทีค่ วามเร็วตางๆ ดวย ความเร็วทีท่ ำใหไดหมากเต็มเมล็ดมากทีส่ ดุ คือ 250 รอบ/ นาที (37.50%) โดยมีความสามารถในการทำงานของเครื่อง กะเทาะ 96.08 กก./ชม. ซึง่ มีคา ต่ำกวาความเร็วในการทำงานที่ 300 รอบ/นาที อยางไรก็ตาม เมือ่ พิจารณาคา ER พบวาทีค่ วามเร็ว 250 รอบ/นาที มีคา 24.42% ในขณะทีค่ วามเร็ว 300 รอบ/นาที มีคา 22.01% โดยไมแตกตางทางสถิติ ในสวนของความสามารถ ในการทำงาน ความเร็วลอกะเทาะทีเ่ หมาะสมคือ 250 รอบ/นาที - ผลกลมรี พบวาไมแสดงแนวโนมคาสังเกตุทชี่ ดั เจนเมือ่ ความเร็วเพิม่ ขึน้ แตในชวงความเร็วลอกะเทาะ 250-300 รอบ/ นาที ความสามารถในการทำงานมีแนวโนมเพิม่ ขึน้ เมือ่ พิจารณา อัตราการปอนประกอบ พบวาทีค่ วามเร็วรอบ 250 รอบ/นาที มี คาสูงสุด 23.78% ขณะทีค่ วามเร็ว 300 รอบ/นาที มีคา 23.04% แตไมวา ความเร็วจะเพิม่ ขึน้ อยางไร เปอรเซนตการแตกหักไมมี ความแตกตางกันทางสถิติ เมือ่ เปรียบเทียบลักษณะรูปรางผลหมากจะพบวา รูปราง มีอทิ ธิพลตอความสามารถในการทำงาน อัตราการสิ้นเปลืองกำลังงาน สำหรับหมากรูปรางกลม แปนสิ้นเปลืองกำลังงานนอยที่สุดที่ความเร็วลอกะเทาะ 250 รอบ/นาที สามารถผลิตหมากเต็มเมล็ดไดสูงสุด 17.56 กก./ กิโลวัตต-ชม. และเมือ่ ความเร็วลอกะเทาะเพิม่ ขึน้ อัตราการสิน้ เปลืองกำลังงานก็เพิม่ ขึน้ ตาม สวนผลหมากรูปรางกลมรี มีอตั รา การสิ้นเปลืองกำลังงานนอยที่สุดที่ 350 รอบ/นาที เนื่องจาก สามารถผลิตหมากเต็มเมล็ดไดสงู สุด 17.07 กก./กิโลวัตต-ชม. 3. ความชืน้ เมือ่ พิจารณาผลของความชืน้ ทีม่ ตี อ การทำงานของเครือ่ ง กะเทาะ โดยเปรียบเทียบระหวางผลหมากเปลือกแข็ง (ตารางที่ 2) กับผลหมากรูปรางกลม (ตารางที่ 3) ซึง่ เปนหมากรูปรางกลม เชนเดียวกัน พบวาที่ความชื้นต่ำเปอรเซนตการแตกหักเพิ่มสูง กวาหมากทีม่ คี วามชืน้ สูงกวา และเมือ่ ความเร็วรอบการกะเทาะ

สรุปผลการทดลอง จากผลการทดลองพบวาลักษณะของเปลือกและรูปราง ของผลหมากมีอทิ ธิพลตอความสามารถในการทำงานของเครือ่ ง กะเทาะหมากแหงแบบ 2 ลอหมุนในแนวระดับ นอกจากนัน้ ยัง พบวายังมีปจ จัยเรือ่ งวัตถุดบิ ทีส่ ง ผลกระทบตอความสามารถใน การทำงานของเครือ่ งกะเทาะ คือ ความชืน้ ของผลหมาก ความ เร็วลอกะเทาะที่เหมาะอยูในชวง 250-350 รอบ/นาที อยางไร ก็ตามจากการทดสอบเครือ่ งกะเทาะหมากแหงแบบ 2 ลอหมุน ในแนวระดับ แสดงใหเห็นวาสามารถใชกะเทาะไดทั้งหมาก แหงเกาและหมากแหงใหม และใชไดกบั หมากทัง้ 2 พันธุ โดย มีความสามารถสูงสุดในการทำงาน 102 กก./ชม. ทีค่ วามเร็ว 350 รอบ/นาที กับผลหมากขนาดใหญ และความชืน้ ของผลหมากที่ ใชในการกะเทาะดวยเครือ่ งกะเทาะควรสูงกวา 7% (w.b.)

คำขอบคุณ ขอขอบพระคุณทานศาสตราจารย ดร. บัณฑิต จริโมภาส ผูเปนเจาของโครงการ ซึ่งเห็นความสำคัญของพืชที่ปลูกเสริม ในไรสวน และการพึ่งพาตนเองโดยใชเทคโนโลยีที่เหมาะสม กับชุมชน เพื่อหวังใหเปนอาชีพของชุมชน เกษตรกรและ ผูสนใจ โครงการนี้ไดรับเงินสนับสนุนจากบัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร คณะวิศวกรรมศาสตรกำแพงแสน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร ศูนยนวัตกรรมเทคโนโลยีหลังการ เก็บเกีย่ ว มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร และศูนยเครือ่ งจักรกลเกษตร แหงชาติ สถาบันวิจยั และพัฒนาแหงมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร

เอกสารอางอิง กรมสงเสริมการเกษตร. 2550. อนาคตการสงออกหมากของ ไทย. กระทรวงเกษตรและสหกรณ. Available Source: http://www.doae.go.th เดลินวิ ส. 2551. ชองทางทำกิน: อาหารเนปาล. เดลินวิ ส ฉบับ วันอาทิตยที่ 20 มกราคม 2551.

ไทยรัฐ. 2550. โซยสุดสัปดาห: สงทายปลายปดว ยขุมพลังแหง การโซยขาวหอกาบหมากราน "สวนยาสน" ลุยทงุ มงุ สู ความแซบ. ไทยรัฐ ฉบับวันอาทิตยที่ 30 ธันวาคม 2550. นฤมล บุญกระจาง และบัณฑิต จริโมภาส. 2551. สมบัตทิ าง กายภาพของผลหมากตากแหง. การสัมมนาวิชาการ วิทยาการหลังการเก็บเกี่ยวแหงชาติ ครั้งที่ 8. 14-15 สิงหาคม 2551, โรงแรมเจริญธานิ ปริน๊ เซส, ขอนแกน. สถาบันพืชสวน. มปป. เอกสารวิชาการที่ 16 เรือ่ ง หมาก. กรม วิชาการเกษตร กระทรวงเกษตร และสหกรณ. 33 น. สุทธิพร เนียมหอม, บัณฑิต จริโมภาส และเอนก สุขเจริญ. 2549. การพัฒนาเครือ่ งกะเทาะผลหมาก. การประชุม วิ ช าการสมาคมวิ ศ วกรรมเกษตรแห ง ประเทศไทย ครั้งที่ 7. สมศักดิ์ ทองคำธรรมชาติ. 2547. เครื่องปอกเปลือกหมาก. วิ ท ยานิ พ นธ ป ริ ญ ญาวิ ศ วกรรมศาสตรมหาบั ณ ฑิ ต สาขาวิ ศ วกรรมเกษตร มหาวิ ท ยาลั ย เกษตรศาสตร กำแพงแสน. กำแพงแสน นครปฐม.

Bhandari, Narasimha. 2008. Arecanut Dehusking Machine. National Innovation Foundation. Available Source: http:// www.nif.org.in/arecanut_dehusking_machine. Naimhom, S., Jarimopas B. and Sukcharoen A. 2007. Testing of the improved betel nut shelling machine. Proceeding of International Conference on Agricultural, Food and Biological Engineering and Post Harvest/Production Technology, January 21-24, Sofitel Racha Orchid Hotel, Khon Kaen, Thailand. Raghupathy, R., R. Viswanathan, and CT. Devadas. 2002. Quality of Paper Boards from Arecanut Leaf Sheath. Bioresource Technology, Vol. 82. 99-100. Available Source: http://www.sciencedirect.com.

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

จลนพลศาสตรการอบแหงดวยลมรอนของเปลือกทับทิม Hot-Air Drying Kinetics of Pomegranate Peels ฤทธิชยั อัศวราชันย1) ภานาถ แสงเจริญรัตน1) สุเนตร สืบคา1) เฑียรมณี มัง่ มูล1) ดวงกมล จนใจ1) Rittichai Assawarachan1) Phanat Saengcharoenrat1) Sunate Surbkar1) Thianmanee Mungmoon1) Duangkamol Jonjai1)

Abstract This study aimed to determine drying characteristics and qualities of pomegranate peels undergone laboratory-scale of the hot air drying at temperatures of 40, 60 and 80oC and air velocity of 0.4 m/s. The time required to reduce moisture content of pomegranate peels from 4.775±0.007 to 0.172±0.003 g/g dry matter at drying temperatures of 40, 60 and 80oC was 9.4, 5.7 and 3.9 h respectively. Thin layer drying models including the Newton, Henderson and Pabis, Page, Modified Page and Midilli et al. models were fitted to the experimental drying data in order to find the most suitable drying model describing drying characteristics of pomegranate peels. Results showed that the Midilli et al. model could represented the drying characteristics of pomegranate peels most satisfactorily. The 40oC-dried pomegranate peel powder had the highest redness value and retention anthocyanin content of 12.80±0.07 and 0.548±0.001 ppm respectively. Redness value and retention anthocyanin content reduced with increasing drying temperature. Keyword : pomegranate peels, hot-air drying, drying model, anthocyanin content, delphinidin

บทคัดยอ งานวิจยั นีม้ จี ดุ มงุ หมายเพือ่ ศึกษาคุณลักษณะการอบแหงและคุณภาพของเปลือกทับทิมทีผ่ า นการอบแหงดวยตอู บลมรอน ระดับหองปฏิบตั กิ ารทีอ่ ณ ุ หภูมิ 40, 60 และ 80 oซ. โดยใชความเร็วลม 0.4 เมตรตอวินาที เวลาทีใ่ ชในการอบแหงเปลือกทับทิมที่ ระดับอุณหภูมิ 40, 60 และ 80 oซ.ใหมคี า ความชืน้ ลดลงจาก 4.775±0.007 เหลือ 0.172±0.003 กรัม/กรัมน้ำหนักแหง คือ 9.4, 5.7 และ 3.9 ชัว่ โมง ตามลำดับ การศึกษาแบบจำลองทางคณิตศาสตรของการอบแหง ซึง่ ประกอบดวยแบบจำลอง Newton, Henderson and Pabis, Page, Modified Page และ Midilli et al. พบวาแบบจำลอง Midilli et al. เปนแบบจำลองทีม่ คี วามแมนยำในการทำนายการ เปลีย่ นแปลงความชืน้ ของเปลือกทับทิมมากทีส่ ดุ ผงเปลือกทับทิมอบแหงทีร่ ะดับอุณหภูมิ 40 oซ. มีคา ความเปนสีแดงและปริมาณสาร แอนโทไซยานินทีห่ ลงเหลือมากทีส่ ดุ ซึง่ เทากับ 12.80±0.07 และ 0.548 ±0.001 มิลลิกรัมตอกิโลกรัมตัวอยาง ตามลำดับ โดยคาความ เปนสีแดงและปริมาณสารแอนโทไซยานินจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น คำสำคัญ : เปลือกทับทิม,การอบแหงดวยลมรอน, แบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหง, สารแอนโทไซยานิน, เดลฟนดิ ิ

บทนำ ผลิตภัณฑน้ำทับทิมไดรบั ความนิยมจากผบู ริโภคทัง้ ภาย ในและตางประเทศเปนจำนวนมาก เนือ่ งจากน้ำทับทิมมีสสี นั ที่ สวยงามและคุณคาทางโภชนาการสูง ซึง่ อุดมดวยปริมาณวิตามิน ซี วิตามิน บี 5 และสารตานอนุมูลอิสระที่เปนประโยชนกับ มนุษยอยางมาก (Maskan, 2006) โดยมีปริมาณของสารตาน อนุมลู อิสระมากเกือบ 3 เทาของชาเขียวและไวนแดงในปริมาณ

ทีเ่ ทากัน (Mousavinejad et al., 2007) สารตานอนุมลู อิสระอืน่ ๆ ทีพ่ บในน้ำทับทิมไดแก แทนนิน (Tanin) ซึง่ ใหรสฝาด และแอ นโทไซยานิน (Anthocyanin) ซึง่ เปนรงควัตถุทใี่ หสแี ดง (กอง วิทยาศาสตรการแพทย, 2551) จากคุณสมบัติดังกลาวทำให อุตสาหกรรมการผลิตน้ำทับทิมเขมขนและน้ำทับทิมพรอมดืม่ มี อัตราการเติบโตในระดับทีส่ งู อยางอยางตอเนือ่ ง (Singh et al., 2007)

1) หนวยวิจยั เทคโนโลยีการอบแหงและการลดความชืน้ คณะวิศวกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแมโจ สันทราย เชียงใหม 50290 Drying and Dehydration Technology Research Unit Faculty of Engineering and Agro-Industry; Maejo University, Sansai, Chiang Mai, Thailand, 50290. E-mail: rittichai@mju.ac.th วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 17 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2554

ผลทับทิมจำแนกเปน 3 สวนประกอบที่สำคัญ ไดแก ผลและน้ำทับทิม เมล็ด และเปลือกทับทิม โดยทีเ่ มล็ดและเปลือก จะถูกนำไปทิง้ คิดเปนปริมาณ 30 ถึง 40 เปอรเซ็นตโดยน้ำหนัก ในการสกัดน้ำทับทิมปริมาณ 1 ลิตร จะตองใชผลทับทิมประมาณ 3.7-4.2 กิโลกรัม คิดเปนเปลือกทับทิมและเม็ดทีเ่ ปนกากเหลือทิง้ มากกวา 1.6-2.0 กิโลกรัม ซึง่ ถูกนำไปนำไปทิง้ โดยไมไดนำมา ทำประโยชนในลักษณะอืน่ ใด (Çam and Hisil, 2010) รายงานวิจยั จำนวนมาก พบวาในเปลือกทับทิมประกอบ ดวยสารตานอนุมูลอิสระจำนวนมาก อาทิเชน สารประกอบ ฟลอลิก (Polyphenols) กรดแอลากิก (Ellagic acid) แทนนิน (Tannins) และแอนโทไซยานิน (Anthocyanin) ซึง่ เปนสารกลมุ หนึง่ ของฟลาโวนอยด (Flavonoids) โดยในเปลือกทับทิมจะพบ สารแอนโทไซยานิน จำพวกสารประกอบไซยานิน (Cyanidin), ฟโอนิดนิ (Peonidin) และ เดลฟนดิ นิ (Delphinidin) ปริมาณมาก (Iqbal et al., 2008, Al-Zoreky, 2009, Çam and Hisil, 2010) ในอดี ต นิ ย มนำเปลื อ กทั บ ทิ ม ตากแห ง มาใช เ ป น ยา สมุนไพรรักษาโรคที่เกี่ยวกับทางเดินอาหาร เชนโรคทองเดิน และโรคบิด (Al-Zoreky, 2009)โดยการปฏิบตั ดิ งั กลาวไดรบั การ สนับสนุนจากกองวิจัยการแพทยประเทศสหรัฐอเมริกาและ ประเทศญีป่ นุ (กรมวิทยาศาสตรการแพทย, 2551) การอบแหงเปนกระบวนการแปรรูปทีช่ ว ยใหผลิตภัณฑมี อายุการเก็บรักษาทีย่ าวนาน เนือ่ งจากมีคา ความชืน้ ต่ำในระดับที่ สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของจุลินทรียที่ทำใหเกิดการเนา เสียในอาหาร นอกจากนีย้ งั ชวยยับยัง้ การทำงานของเอนไซมที่ ส ง ผลต อ การเปลี่ ย นแปลงคุ ณ ภาพในอาหารได เ ป น อย า งดี (อรรถพล และ ฤทธิชยั , 2551) อยางไรก็ตามการออกแบบวิธี การอบแหงใหเหมาะสมกับผลิตภัณฑ จำเปนตองคำนึงถึงปจจัย ตางๆ ทีม่ คี วามเกีย่ วของ ทัง้ ในดานวิธกี ารอบแหง แหลงพลังงาน ทีใ่ ช ผลกระทบตอคุณภาพในผลิตภัณฑ ดังนัน้ การทดลองเพือ่ กำหนดสภาวะการอบแหง และแบบจำลองทางคณิตศาสตร การอบแหงเปนเครือ่ งมือทีส่ ำคัญอยางยิง่ ในการออกแบบระบบ การอบแหงแบบตางๆ ปจจุบนั แบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบ แหงจะถูกนำไปใชในการจำลองสภาวะการอบแหงและการ ศึกษาผลกระทบของการปจจัยดานตางๆในกระบวนการอบแหง ตลอดจนการทดสอบและเปรียบเทียบเงือ่ นไขการอบแหงแบบ ตางๆ เพื่อกำหนดสภาวะที่เหมาะสมของการอบแหงแทนการ การทดลองจริง ดังนัน้ แบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหง ซึง่ มีความสะดวกและประหยัดคาใชจา ยในการทดสอบเงือ่ นไข ในการอบแหงปจจุบัน จึงมีการศึกษาจำนวนมาก (Doymaz, 2008, Roberts, 2008, Kaleemullah and Kailappan, 2006, Kingly and Singh, 2007) ทีศ่ กึ ษาการอบแหงผลผลิตทางการเกษตรตางๆ

ดวยลมรอน อาทิเชน กระเทียมแผนสไลด (Leek slices) เมล็ด องนุ (grape seeds) ลำไย (unpeeled longan) พริก (red chillies) และผลทับทิม (pomegranate arils) ผลการวิเคราะหของรายงานวิจัยหลายฉบับ ซึ่งศึกษา แนวทางการนำสารสกัดในเปลือกทับทิมมาใชประโยชนใน อุตสาหกรรมอาหารและยืดอายุผลิตภัณฑ เชน การสกัดสาร ประกอบฟลนอลิก (Total phenolics) ในเปลือกทับทิม นำไป ผสมในน้ำมันดอกทานตะวัน ชวยลดอัตราการเกิดปฏิกริ ยิ าออก ซิเดชัน่ และลดการเกิดกลิน่ เหม็นหืน ยืดอายุการเก็บรักษาน้ำมัน ดอกทานตะวัน (Iqbal et al., 2008) นอกจากนี้ ผลการศึกษาของ Al-Zoreky (2009) ยังพบวาสารสกัดในเปลือกทับทิมชวยยับยัง้ อัตราการเจริญเติบโตของ Staphylococcus aureus ซึ่งเปน จุลนิ ทรียท เี่ ปนพิษตอมนุษยได จึงถูกนำมาใชประโยชนในการ นำมายืดอายุของอาหารประเภทเนื้อสัตวและอาหารทะเลใน ระหวางการขนสง นอกจากนีย้ งั พบวามีรายงานวิจยั ทีเ่ กีย่ วของกับผลิตภัณฑ ในการแปรรูปผลทับทิมไดถกู ศึกษาอยางตอเนือ่ ง อาทิเชน การ ศึกษาจลนพลศาสตรการเปลีย่ นแปลงสีของน้ำทับทิม (Maskan, 2006), จลนพลศาสตรการอบแหงของเมล็ดทับทิมอบแหง (Sharma et al., 2011) และ แบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบ แหงเมล็ดทับทิมอบแหงดวยลมรอนและระบบสุญญากาศ (Kingly and Singh, 2007, Pongtong et al., 2009) งานวิจยั ทีเ่ กีย่ วของกับจลนพลศาสตรการอบแหงเปลือก ทับทิมซึง่ เปนเศษวัตถุเหลือทิง้ ยังมีอยนู อ ย ดังนัน้ งานวิจยั นีจ้ งึ มี จุ ด ประสงค ใ นการศึ ก ษาหาแบบจำลองคณิ ต ศาสตร แ ละ จลนพลศาสตรการเปลี่ยนแปลงคุณภาพของเปลือกทับทิม อบแหง โดยผลการศึกษาดังกลาวจะเปนแนวทางใชประโยชน สำหรั บ การออกแบบสภาวะการอบแห ง เปลื อ กทั บ ทิ ม ที่ เหมาะสม

อุปกรณและวิธีการ 1. วัตถุดิบ แยกเปลือกและเมล็ดออกจากผลทับทิมพันธุ TiaÜlzi แลว ตัดเปลือกทับทิมเปนสี่เหลี่ยมผืนผา ขนาด 5x5x2 ลูกบาศก มิลลิเมตร จากนัน้ นำตัวอยางเปลือกทับทิมไปอบแหงดวยลม รอนที่ 130 oซ. เปนเวลา 12 ชัว่ โมง (AOAC, 1995) เพือ่ วิเคราะห หาคาความชื้นเริ่มตนและปริมาณเถาของแข็งของตัวอยาง เปลือกทับทิมสด 2. กระบวนการอบแหงเปลือกทับทิม นำชิ้นเปลือกทับทิมจำนวน 500 กรัม อบแหงดวยชุด ทดสอบการอบแหงแบบถาด (รูปที่ 1) โดยใชลมรอนเปนตัวกลาง

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

1. เครือ่ งควบคุมอุณหภูมริ ะบบ PID 2. ตาชัง่ ดิจติ อล 3. เครือ่ งคอมพิวเตอรสำหรับประมวลผล 4. ถาดสำหรับวางตัวอยาง 5. เซนเซอรวดั อุณหภูมิ ชนิดเค 6. ฮีทเตอรไฟฟา 7. พัดลมระบายอากาศ

รูปที่ 1 เครือ่ งอบแหงดวยลมรอนแบบถาด

รูปที่ 2 เครือ่ งวิเคราะห ดวยวิธี HPLC (ยีห่ อ Shimadzu รนุ SIL-20 A/C) ในแลกเปลีย่ นความชืน้ ทีอ่ ณ ุ หภูมิ 40, 60 และ 80 oซ. และความ เร็วลมคงที่ 0.4 เมตรตอวินาที ดวยอุปกรณควบคุมอุณหภูมริ ะบบ PID (ยีห่ อ TOHO รนุ J4) ดานบนของเครือ่ งอบแหงติดตัง้ ตาชัง่ (ยีห่ อ Sartorius รนุ CP 3202S) เพือ่ วัดคาน้ำหนักทีเ่ ปลีย่ นแปลง ในระหวางการอบแหงโดยตั้งตาชั่งที่โมดูลสำหรับการแปลง สัญญาณน้ำหนักที่เปลี่ยนแปลงในระหวางการอบแหงเปน สัญญาณไฟฟามาตรฐาน (4-20 mA) บันทึกคาน้ำหนักทีเ่ ปลีย่ น แปลงของเปลือกทับทิมในระหวางการทดลองผานจากชอง สัญญาณ RS- 485 ซึง่ เชือ่ มตอกับเครือ่ งคอมพิ ว เตอร สำหรั บ บั น ทึ ก ข อ มู ล ทำการศึ ก ษาการอบแห ง ตั ว อยางเปลือกทับทิม สด (จำนวน 3 ซ้ำ) 3. การวิเคราะหคุณภาพของเปลือกทับทิมอบแหง นำเปลือกทับทิมอบแหงผานการบดใหเปนผงละเอียดที่ ความละเอียด 100 เมซ นำไปวัดคาสีในระบบ CIE-Hunter Lab ดวยเครื่องสเปคโตรโฟโตมิเตอร และ วิเคราะหปริมาณสาร แอนโทไซยานิน (Delphinidin, Cyanidin และ Malvidin) ดวย วิธีโครมาโครกราฟสมรรถนะสูง (HPLC) โดยสกัดตัวอยาง ผงเปลือกทับทิมจำนวน 5 กรัม ดวยเมธานอล (MeOH) จำนวน

50 มิลลิลติ ร ทีอ่ ณ ุ หภูมิ 70 oซ. เปนเวลา 40 นาที จากนัน้ นำไป กรองดวยกระดาษกรองเบอร 1 จากนัน้ ทดสอบดวยเครือ่ ง HPLC (ยีห่ อ Shimadzu รนุ SIL-20 A/C) และใชคอลัมน ZORBAX Eclipse XDB C-18 (รูปที่ 2) อัตราการไหลของเฟสเคลือ่ นที่ เทากับ 1 มิลลิลติ รตอนาที ใชเครือ่ งตรวจวัดสัญญาแบบ DAD ทีค่ วามยาวคลืน่ 515 นาโนเมตรและปริมาตรตัวอยาง 20 ไมโคร ลิตร 3. แบบจำลองทางคณิตศาสตร แบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหงเปนเครื่องมือที่ สำคัญอยางยิง่ ในการออกแบบระบบการอบแหงแบบตางๆ ความ สัมพันธระหวางของอัตราการเปลี่ยนแปลงมวลสารและความ รอนที่เกิดขึ้นในระหวางกระบวนการอบแหงตลอดจนการ หาสภาวการณอบแหงทีเ่ หมาะสมของกระบวนการอบแหง การ ศึกษาแบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหงของเปลือกทับทิม การวิเคราะหในรูปความสัมพันธระหวางอัตราสวนความชืน้ และ เวลาทีใ่ ชในการอบแหงมีรปู แบบสมการของอัตราสวนความชืน้ มีรปู แบบคำนวณจากสมการที่ (1) โดยรูปแบบสมการดังกลาว สอดคลองกับงานวิจยั ของ Akpinar (2003), Kingly and Singh

ตารางที่ 1 รูปแบบสมการของแบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหง แบบตางๆ แบบจำลอง Newton Herderson and Pabis Page Modified Page Midill et al.

สมการของแบบจำลอง MR = exp (-kt) MR = a * exp (-kt) MR = exp (-kt n) MR = exp [(-kt)n] MR = a*exp (-kt n) + bt

อางอิง Kingly and Singh (2007) Kingly and Singh (2007) Kingly and Singh (2007) Togrul (2006) and Pongtong et al. (2009) Doymaz (2007) and Pongtong et al. (2009)

เมือ่ k, n, a, b คือคาพารามิเตอรในแบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหง (2007), Kaleta and Górnicki (2010), Pongtong et al. (2011) และ Satong-aun et al. (2011) MR =

M − Me Mi − Me

(1)

เมือ่ MR คือ อัตราสวนความชืน้ และ M, Mi , Me คือ ความ ชืน้ ทีเ่ วลาใดๆ ความชืน้ เริม่ ตน และ ความชืน้ สมดุล ตามลำดับ จากการสำรวจเอกสารของรายงานวิจยั ทีเ่ กีย่ วของ พบวา แบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหงดวยลมรอนทีน่ ยิ มใชใน การศึกษาสำหรับการอบแหงวัตถุทางการการเกษตรจำพวกผัก และผลไม มักจะเลือกใชแบบจำลองทางคณิตศาสตรเอมไพ ริคอล (Emperical Model) อาทิเชนแบบจำลองของ Newton, Henderson and Pabis, Page, Modified Page และ Midilli et al. ซึง่ รูปแบบความสัมพันธของแบบจำลองทางคณิตศาสตร แสดง ในตารางที่ 1 คาสัมประสิทธิก์ ารตัดสินใจ (R2) คา Chi-Square (χ2) และคา RMSE (Root Mean Square Error) เปนพารามิเตอรทาง สถิติซึ่งชวยในการวิเคราะหการเปรียบเทียบเพื่อหาคาความ แมนยำในการทำนายคาความชื้นที่เปลี่ยนแปลงไปในระหวาง การอบแหงดวยลมรอน (Akpinar, 2003, Kingly and Singh, 2007, Kaleta and Górnicki, 2010 และ Pongtong et al., 2011) โดยคา R2 เปนคาพารามิเตอรทางสถิติที่สำคัญในการบงบอกคุณภาพ ของรูปแบบสมการในแบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหง โดยยิง่ มีคา เขา 1.0 แสดงวาแบบจำลองดังกลาวมีความแมนยำ มาก ในขณะทีค่ า และคา RMSE เปนพารามิเตอรทางสถิตทิ ใี่ ช บงบอกความผิดพลาดในการทำนายคาของแบบจำลองทางคณิต ศาสตร ดังนัน้ แบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหงทีม่ คี วาม แมนยำในการทำนายทีเ่ หมาะสม ควรจะมีคา R2 มากแตมคี า และ คา RMSE นอย โดยสมการหาพารามิเตอรทงั้ สาม คาแสดงใน สมการที่ (2) - (4) R2 = 1 - (Residual SS) / (Corrected total SS) (2)

RMSE = χ2 =

1 N

∑

N i =1

∑ ( MR

( MR

exp, i

− MR

pred , i

− MR pred , i )

)

(3)

N − np

(4)

เมือ่ คา MRexp,i และ MRpred,i เปนคาอัตราสวนความชืน้ ของการทดลองและคาอัตราสวนความชื้นจากการทำนายของ แบบจำลองทางคณิตศาสตร คา N และ nP เปนจำนวนตัวอยางที่ ใชในการวิเคราะห และจำนวนตัวแปรในแบบจำลองคาคณิต ศาสตร ตามลำดับ สวน SS คือผลรวมของคาสังเกตยกกำลังสอง การวิเคราะหหาคาพารามิเตอรของแบบจำลองทางคณิตศาสตร การอบแหงดวยเทคนิควิธกี ารแบบสมการถดถอยทีไ่ มใชเชิงเสน (Nonlinear Regression) และทดสอบความแปรปรวน (ANOVA) ทดสอบความแตกตางของคาเฉลี่ยโดยวิธี Duncan's New Multiple Range ตามลำดับ ทีร่ ะดับความเชือ่ มัน่ รอยละ 95 โดย ใชโปรแกรมทดสอบทางสถิติ

ผลและวิจารณ 1. ผลกระทบของอุณหภูมิตอการเปลี่ยนแปลงความชื้นของ เปลือกทับทิม ความชืน้ เริม่ ตนของเปลือกทับทิมทีใ่ ชในการทดลองมีคา เทากับ 4.78±0.01 กรัมตอกรัมน้ำหนักแหง (g/g dry matter) และ เวลาทีใ่ ชในการอบแหงเปลือกทับทิมดวยเครือ่ งอบแหงแบบถาด ที่อุณหภูมิ 40, 60 และ 80 oซ. จากความชืน้ เริม่ ตน จนเหลือ ความชืน้ ที่ 0.17±0.01 g/g dry matter เทากับ 9.4, 5.7 และ 3.9 ชั่วโมง ตามลำดับ โดยเมื่อตัวอยางเปลือกทับทิมจะสัมผัสกับ ลมรอน น้ำทีผ่ วิ เซลลของเปลือกทับทิมจะถูกระเหยออกเมือ่ ได รับความรอน ทำใหน้ำหรือไอน้ำในโครงสรางของเปลือกทับทิม เคลือ่ นทีม่ าทีผ่ วิ หนาและระเหยไปกับกระแสลมรอน เกิดความ แตกตางของความดันไอน้ำในโครงสรางเซลลชนั้ ในกับบริเวณ ผิวหนาเปลือกทับทิม ซึง่ เทากับอัตราการระเหยของน้ำทีผ่ วิ หนา อาหาร ซึง่ เรียกสภาวะนีว้ า อัตราการการทำแหงคงที่ (Constant

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

การความสัมพันธของการเปลีย่ นแปลงของอัตราสวนความชืน้ (Moisture Ratio, MR) และเวลาในการอบแหง แสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 ความสัมพันธระหวางความชืน้ กับเวลาอบแหงของตัว อยางเปลือกทับทิมทีอ่ ณ ุ หภูมิ 40, 60 และ 80 oซ. drying rate period) จะเห็นไดวาความชื้นของเปลือกทับทิม จะลดลงอยางรวดเร็วทัง้ ในชวงแรก จนเหลือความชืน้ ประมาณ ระดับหนึง่ เมือ่ การทำแหงดำเนินการตอไปจนกระทัง่ อัตราการ เคลื่อนที่ของน้ำภายในอาหารที่แพรที่ผิวหนาชากวาอัตราการ ระเหยของน้ำที่ผิวหนาของอาหารลดลง (Falling drying rate period) ซึง่ สอดคลองกับงานวิจยั สำหรับการศึกษาผลผลิตเกษตร ดวยลมรอน อาทิเชน การอบแหงของกระเทียมสไลด (Doymaz, 2008) พริก (Kingly and Singh, 2007) และเมล็ดทับทิม (Kaleemullah and Kailappan, 2006) โดยผลการศึกษาพฤติกรรม

2. การหาแบบจำลองทางคณิตศาสตรที่เหมาะสม การวิเคราะหหาคาพารามิเตอรตา งๆ ของแบบจำลองทาง คณิตศาสตรการอบแหง ใชเทคนิคการวิเคราะหแบบสมการ ถดถอยที่ ไ ม เ ชิ ง เส น (Nonlinear Regression) เพื่ อ หาค า พารามิเตอรของแบบจำลองทางคณิตศาสตรอบแหงของ Newton, Henderson and Pabis, Page, Modified Page และ Midilli et al. ซึ่งมีดัชนีบงชี้ความสามารถในการทำนายคาความชื้น คา สัมประสิทธิ์การตัดสินใจ (R2), Chi-Square (χ2 ) และ Root Mean Square Error (RMSE) เปนพารามิเตอรทางสถิตทิ ใี่ ชเลือก แบบจำลองทีเ่ หมาะสม ตารางที่ 2 แสดงคาพารามิเตอรของแบบ จำลองทางคณิตศาสตร (Empirical model) และการวิเคราะหทาง สถิติของแบบจำลองทางคณิตศาสตรแบบอื่นๆ ซึ่งชี้ใหเห็นวา แบบจำลองของ Midilli et al. มีความเหมาะสมในการทำนายการ เปลีย่ นแปลงความชืน้ ของเปลือกทับทิมไดดที สี่ ดุ โดยมีคา R2 ใน ชวง 0.9985-0.9991 ซึง่ มีคา มากกวาแบบจำลองทางคณิตศาสตร การอบแหงแบบอืน่ ๆ และมีคา χ2 และ RMSE มีคา ระหวาง 4.47 x 10-7 ถึง 2.13 x 10-3 และ 9.89 x 10-5 ถึง 4.23 x 10-2 ซึง่ มีคา ต่ำกวาแบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหงแบบอืน่ ๆ

ตารางที่ 2 คาพารามิเตอรของแบบจำลองทางคณิตศาสตร (Empirical model) และการวิเคราะหทางสถิติ ชือ่ แบบจำลอง Newton Henderson and Pabis Page Modified Page Midilli et al.

อุณหภูมิ การอบแหง (oซ.) 40 60 80 40 60 80 40 60 80 40 60 80 40 60 80

คาสัมประสิทธิจ์ ากการวิเคราะหทางสถิติ

k = 0.3293 k = 0.4300 k = 0.5833 k = 0.3230, a = 0.9817 k = 0.4630, a =1.0667 k = 0.6430, a = 1.0100 k = 0.3377, n = 0.9810 k = 0.362, n = 1.191 k = 0.466, n = 1.3503 k = 0.3307, n = 0.9810 k = 0.4253, n = 1.1910 k = 0.5683, n = 1.3503 k = 0.3450, n = 0.9027, a = 1.0003, b = -0.0050 k = 0.3827, n = 0.9937, a = 1.0270, b = -0.0173 k = 0.4480, n = 1.2067, a = 1.0040, b = -0.0193

0.9981 0.9723 0.9704 0.9989 0.9779 0.9821 0.9981 0.9828 0.9983 0.9978 0.9832 0.9981 0.9977 0.9989 0.9991

χ2(x 10-4) RMSE

0.0103 0.3221 0.2995 0.0782 0.2790 0.1803 0.0957 0.2390 0.2271 0.0121 0.5600 1.0432 0.0045 0.2138 0.0730

0.0008 0.0538 0.0525 0.0005 0.0497 0.0406 0.0008 0.0451 0.0144 0.0008 0.0663 0.0976 0.0001 0.0423 0.0024

โดยทีค่ า R2 สามารถบงบอกถึงความสัมพันธระหวางตัว แปรตนและตัวแปรตาม โดยถาคา R2 มีคา มากจะแสดงวาตัวแปร ตนสามารถอธิบายคาตัวแปรตามไดดี ในขณะที่คา χ2 และ RMSE เปนคาพารามิเตอรในทางสถิติที่บงบอกความแตกตาง ระหวางขอมูลและแบบจำลองทางคณิตศาสตร ดังนั้นแบบ จำลองทางคณิตศาสตรการอบแหง ควรมีคา R2 มาก แตมคี า χ2 และ RMSE นอยกวาแบบจำลองทางคณิตศาสตรแบบอืน่ แสดง ว า แบบจำลองทางคณิ ต ศาสตร ก ารอบแห ง รู ป แบบนั้ น มี ประสิทธิภาพสูงในการทำนายอัตราการเปลี่ยนแปลงความชื้น เนือ่ งจากเปนแบบจำลองทีค่ วามแมนยำและคาความผิดพลาดต่ำ ซึง่ สอดคลองกับงานวิจยั ของ Pongtong et al. (2011), Roberts et al. (2008), Doymaz (2008), Kaleemullah and Kailappan (2005) ซึง่ ศึกษาหาแบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหงทีเ่ หมาะสม การอบแหง ผลทับทิม เมล็ดองนุ แผนกระเทียมสไลด พริกแดง ตามลำดับ 3. ผลกระทบของอุณหภูมิตอการเปลี่ยนแปลงสีผงเปลือก ทับทิมอบแหง ตารางที่ 3 แสดงการเปรียบเทียบคุณภาพดานสีผงเปลือก ทั บ ทิ ม อบแห ง ที่ อุ ณ หภู มิ 40, 60 และ 80 oซ. ด ว ยเครื่ อ ง สเปคโตรโฟโตมิเตอร ซึ่งชี้ใหเห็นวา มีคาความสวาง (L*) เทากับ 40.26±1.64, 48.89±0.21, 51.89±0.21 คาความเปนสีแดง (a*) เทากับ12.80±0.07, 11.25±0.12, 9.96±0.03 และคาความเปน สีเหลือง (b*) เทากับ 27.32±0.99, 31.12±0.07, 33.02±0.04 ตาม ลำดับ จากขอมูลดังกลาวพบวาคุณภาพของสีผงของเปลือก ทับทิมจะมีคาสีแดงลดลงเมื่ออุณหภูมิอบแหงเพิ่มขึ้นแตใน ขณะที่ความสวางและคาสีเหลืองเพิ่มขึ้น โดยเปลือกทับทิม จะประกอบดวยรงควัตถุทใี่ หคา สีแดงเปนหลัก โดยเกิดจากสาร แอนโทไซยานิน ดังนั้น ผงเปลือกทับทิมอบแหงที่มีคาสีแดง เดนชัดเจน จะแสดงถึงมีปริมาณแอนโทไซยานินหลงเหลืออยู ในปริมาณที่มากกวาผงเปลือกทับทิมอบแหงที่มีคาสีแดงต่ำ

จากผลการศึกษา พบวาสีของผงเปลือกทับทิมอบแหงทีอ่ ณ ุ หภูมิ 40 oซ. มีคาความเปนสีแดงที่สุด แสดงวามีปริมาณสารแอน โทไซยานินที่หลงเหลือ มากกวาผงเปลือกทับทิมอบแหงที่ อุณหภูมิ 60 และ 80 oซ. 4. ผลกระทบของอุณหภูมิตอการสลายตัวของปริมาณสาร แอนโทไซยานินในผงเปลือกทับทิมอบแหง รูปที่ 4 แสดงโครมาโทแกรมของการวิเคราะหสารแอน โทไซยานินในเปลือกทับทิมสด และเปลือกทับทิมอบแหงที่ อุณหภูมิ 40, 60 และ 80 oซ. ผลการวิเคราะหหาปริมาณสาร แอนโทไซยานินในเปลือกทับทิมสด ดวยวิธี HPLC สามารถ ตรวจพบวาสารแอนโทไซยานินจำนวน 3 ชนิด คือ สารประกอบ Delphinidin, Cyanidin และ Malvidin ซึง่ มีคา เทากับ 1.229±0.013, 1.188±0.002 และ 1.182±0.003 มิลลิกรัมตอกิโลกรัมตัวอยาง (ppm) ตามลำดับ โดยปริมาณสารแอนโทไซยานินในรูปของ สารประกอบ Delphinidin ปรากฏอยางเดนชัด ในขณะที่ ผลการวิเคราะหหาสารแอนโทไซยานินในรูปของสารประกอบ Cyanidin และ Malvidin แสดงคาไดไมเดนชัด โดยผงเปลือก ทับทิมทีอ่ ณ ุ หภูมิ 40 oซ. สามารถตรวจวิเคราะหสารประกอบ Cyanidin และ Malvidin ได แตผงเปลือกทับทิมทีอ่ ณ ุ หภูมิ 60 o และ 80 ซ. ไมสามารถตรวจวัดคาของสารประกอบทัง้ 2 ชนิด ได ดังนัน้ ในการศึกษาผลกระทบของอุณหภูมใิ นการอบแหง จึงใชสารประกอบ Delphinidin ซึง่ มีความเสถียรดีกวา Cyanidin และ Malvidin เปนตัวชีว้ ดั ผลกระทบของอุณหภูมติ อ การสลาย ตัวของสารแอนโทไซยานิน เนือ่ งจากโมเลกุลของแอนโทไซ ยานินเปนไกลโคไซด ซึง่ ประกอบไปดวยสวนทีเ่ ปนน้ำตาลและ สวนทีเ่ ปน อะไกลโคน (Aqlycone) เรียกวา แอนโทไซยานิดนิ (Anthocyanidin) โดยสารประกอบแอนโทไซยานิดินที่พบวา มากและอยใู นรูปของออกโซเนียมไอออนทีอ่ อกซิเจนอะตอมมี ประจุบวก ไดแก Delphinidin (นิธิยา, 2549) ปริมาณสาร ประกอบ Delphinidin ในผงเปลือกทับทิมอบแหงทีอ่ ณ ุ หภูมิ 40,

ตารางที่ 3 คุณภาพสีของผงเปลือกทับทิมอบแหง ทีอ่ ณ ุ หภูมิ 40, 60 และ 80 oซ. อุณหภูมิ (oซ.)

40 60 80

40.26±1.64 a 48.89±0.21 b 51.89±0.21 c

12.80±0.07 a 11.25±0.12 b 9.96±0.03 c

27.32±0.99 a 31.12±0.07 b 33.02±0.04 c

หมายเหตุ: 1. คาทีแ่ สดงเปนคาเฉลีย่ ของการทดลอง 3 ซ้ำ ± คาเบีย่ งเบนมาตรฐาน 2. คาสีเฉลี่ยที่มีตัวอักษรอังกฤษตามหลังอยางนอยหนึ่งตัวซ้ำกัน ใน คอลัมนเดียวกันแสดงวาไมแตกตางกันทางสถิติ โดยการวิเคราะห แบบ Duncan's New Multiple Range ทีร่ ะดับความเชือ่ มัน่ รอยละ 95 32

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

รูปที่ 4 โครมาโตแกรมของผลการวิเคราะหแอนโทไซยานินของเปลือกทับทิมสด และ อบแหงทีอ่ ณ ุ หภูมิ 40, 60 และ 80 oซ. เมือ่ D คือ Delphinidin, C คือ Cyanidin และ M คือ Malvidin 60 และ 80 oซ. มีคาเทากับ 0.548±0.045, 0.397±0.003 และ 0.372±0.004 ppm ตามลำดับ อั ต ราการสลายตั ว ของปริ ม าณของสารประกอบ Delphinidin ในผงเปลือกทับทิมอบแหง มีคา เทากับ 55.45%, 67.67% และ 69.71% ตามลำดั บ เนื่ อ งจากสารประกอบ Delphinidin มีความไวตอการสูญสลาย เมื่อไดรับความรอนที่ อุณหภูมสิ งู จึงทำใหผงทับทิมอบแหงทีอ่ ณ ุ หภูมิ 80 oซ. มีอตั รา การสลายตัวของสารประกอบ Delphinidin มากกวา 1.26 เทา เมือ่ เทียบผงทับทิมอบแหงทีอ่ ณ ุ หภูมิ 40oซ. เนือ่ งจากสารประกอบ Delphinidin เปนรงควัตถุที่สามารถละลายในน้ำไดดี ดังนั้น การอบแหงเปลือกทับทิมทีอ่ ณ ุ หภูมสิ งู จะทำใหเกิดการระเหยน้ำ ทีร่ วดเร็วและเกิดความแตกตางของความดันไอระหวางในโครง สรางชั้นในเซลลกับบริเวณผิวหนาในระดับที่สูง ทำใหน้ำใน โครงสรางเซลลชั้นในเคลื่อนที่ออกมาสูผิวเปลือกทับทิมอยาง รวดเร็ว ซึ่งผลของการเคลื่อนที่ของน้ำอยางรวดเร็วนี้และมี อุณหภูมสิ งู นีจ้ ะชวยเรงอัตราการชะละลาย Delphinidin ในโครง สรางเซลลออกมาไดมาก และเมื่อโดนความรอนในขณะการ ระเหยก็เกิดการสลายตัวของสารประกอบ Delphinidin ในอัตรา ทีส่ งู กวาการอบแหงเปลือกทับทิมทีอ่ ณ ุ หภูมติ ่ำ

สรุปผลการทดลอง การศึกษางานจลนศาสตรการอบแหงดวยลมรอนของ เปลือกทับทิมทีอ่ ณ ุ หภูมิ 40, 60 และ 80 oซ. และความเร็วลมที่ 0.4 เมตรตอวินาที พบวาแบบจำลองทางคณิตศาสตรของ Midilli et al. มีความเหมาะสมในการทำนายคาความชืน้ ทีเ่ ปลีย่ นแปลง ในระหวางกระบวนการอบแหงมากทีส่ ดุ โดยมีคา สัมประสิทธิ์ การตัดสินใจอยใู นชวง 0.9985 ถึง 0.9991 คา Chi-Square อยใู น ชวง 4.50 x 10-7 ถึง 2.13 x 10-3 และคา RMSE อยใู นชวง 1.00 x 10-4 ถึง 4.23 x 10-2 ในขณะคุณภาพสีและอัตราการเสือ่ มสลาย ของสารแอนโทไซยานินจะการเปลี่ยนแปลงในลักษณะแนว โนมลดลงเมื่ออุณหภูมิของการอบแหงมากขึ้น โดยผงเปลือก ทับทิมทีอ่ ณ ุ หภูมิ 40 oซ. จะมีคณ ุ ภาพทีด่ ที สี่ ดุ โดยมีคา ความเปน สีแดงและวัดปริมาณสารแอนโทไซยานินเทากับ 12.80±0.07 และ 0.548±0.001 ppm ตามลำดับ

กิตติกรรมประกาศ บทความวิ จั ย นี้ ไ ด รั บ การสนั บ สนุ น จากหน ว ยวิ จั ย เทคโนโลยีการอบแหงและการลดความชืน้ คณะวิศวกรรมและ อุตสาหกรรมเกษตร และไดรับการสนับสนุนเครื่องมือในการ

วิเคราะหสารแอนโทไซยานิน จากศูนยนวัตกรรมหลังการเก็บ เกีย่ ว มหาวิทยาลัยแมโจ

เอกสารอางอิง กองวิทยาศาสตรการแพทย. 2551. ทับทิม [ออนไลน] เขาถึงได จาก: www.bspwit.ac.th/s-PROJECT (วันทีส่ บื คนขอมูล : 27 เมษายน 2554) นิธิยา รัตนาปนนท. 2549. รงควัตถุ เคมีอาหาร สำนักพิมพ โอเดียนสโตน, กรุงเทพมหานคร อรรถพล นุมหอม และฤทธิชัย อัศวราชันย. 2551. กระบวน การอบแหงในอุตสาหกรรมอาหาร. Food Focus Thailand. ฉบับที่ 25 ประจำเดือนเมษายน, 21-25. Al-Zoreky, N.S. 2009. Antimicrobial activity of pomegranate (Punica granatum L.) fruit peels. International Journal of Food Microbiology 134, 244-248. Akpinar, E.K., Bicer, Y. and Yildiz, V. 2003. Thin layer of red pepper. Journal of Food Engineering 59, 99-104. AOAC., 1995. Official Method on Analysis of AOAC International, 2 vol. 16th ed. Çam, M. and Hisil, Y. 2010. Pressurised water extraction of polyphenols from pomegranate peels. Food Chemistry 123, 878-885. Doymaz I., 2008. Drying of leek slices using heated air. Journal of Food Process Engineering 31, 721-736. Iqbal, S. Haleem, S. Akhtar, M. Zia-ul-Haq, M. and Akbar, J. 2008. Efficiency of pomegranate peel extracts in stabilization of sunflower oil under accelerated conditions. Food Research International 41, 194-200. Kaleemullah, S and Kailappan, R. 2006. Modelling of thinlayer drying kinetics of red chillies. Journal of Food Engineering 76, 531-537. Kingly, A.R.P. and Singh, D.B. 2007. Drying kinetics of pomegranate arils, Journal of Food Engineering 79, 741744. Kaleta, A. and Górnicki, K. 2010. Evaluation of drying models

of apple (var. Mcintosh) dried in convective dryer. International Food Science and Technology 45, 891989. Maskan, M. 2006. Production of pomegranate (Punica granatum L.) juice concentrate by various heating methods: colour degradation and kinetics. Journal of Food Engineering 72, 218-224. Mousavinejad, G., Djomeh, E and Rezaei, Z. 2009. Identification and quantification of phenolic compounds and their effects on antioxidant activity in pomegranate juices of eight Iranian cultivars. Food Chemistry 115, 1274-1278. Pongtong, K., Assawarachan, R. and Noomhorm, N., 2009. Vacuum Drying Kinetics of Pomegranate Arils. In International Agricultural Engineering Conference, 710 December, 2009, Manhattan Hotel, Klong Luang, Pathumthani (Thailand). Pongtong, K., Assawarachan, R. and Noomhorm, N., 2011. Mathematical Models for Vacuum drying characteristics of pomegranate aril.. Journal of Food Science and Engineering 1, 11-19. Roberts, J., Kidd, D.R. and Padilla-Zakour, O. 2008. Drying kinetics of grape seeds. Journal of food Engineering 89, 460-465. Satong-aun W., Assawarachan, R. and Noomhorm, N., 2011. The influence of drying temperature and Extraction methods on α-mangostin in mangosteen pericarp. Journal of Food Science and Engineering 1, 85-92. Sharma, S R., Arora, S. and Chand, T. 2011. Air drying kinetics of pomegranate seeds. International journal of Food Engineering 7(2), Article 7 Singh, D.B., Kingly, A.R.P. and Jain, R.K. 2007. Studies on separation techniques of pomegranate arils and their effect on quality of anardan, Journal of Food Engineering 79, 671-674.

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

เตาลมรอนเชื้อเพลิงชีวมวลแบบไซโคลน Cyclonic Biomass Furnace วิบลู ย เทเพนทร1) เวียง อากรชี2) พุทธธินนั ทร จารุวฒ ั น2) Viboon Thepent1) Weang Arekornchee2) Puttinum Jarruwat2)

Abstract A major source of energy for grain dryer is heat energy from furnace. This research is to develop cyclonic rice husk furnace as heat source for grain drying that can be used other biomass fuels such as corn cob and cassava rhizome. In order to get clean hot air and retrain from smoke, the heat exchanger unit was also developed for connecting to the furnace. The developed prototype has 400 kW thermal loads at 1 cubic meter of furnace burning volume. The designed furnace can be scale to suit the size of dryer. The bottom of furnace is conical shape and the furnace wall lined with refractory brick. The outside wall of furnace made of 3 mm thick steel sheet. The height of furnace at cylindrical shape is 1.5 times of the furnace diameter. Fuel was automatically feed into the furnace using pneumatic conveyor. The 450 kW prototype furnace has 1.2 meters diameter and 1.15 cubic meters furnace volume. The develop heat exchanger unit is shell and tubes type heat exchanger and has 24.6 square meters heat transfer surface area. The total number of 89 fire tubes made of 6 cm diameter and 1.5 m length steel tube. Test result using corn cob as fuel at feed rate 95, 105 and 125 kg per hour was giving thermal efficiency of 63.1, 63.3 and 62.6 percent respectively. The successful scale up 4,000 and 9,000 kW furnace size was designed and developed by the private sector using develop technology which can use rice husk, corn cob and cassava rhizome as fuel. Keywords: cyclonic furnace, rice husk, corn cob, cassava rhizome, heat exchanger unit

บทคัดยอ เครือ่ งอบลดความชืน้ เมล็ดพืชทีใ่ ชในการลดความชืน้ ขาวเปลือกและขาวโพดจะใชความรอนจากเตาลมรอนซึง่ เปนพลังงาน สวนใหญทใี่ ชในการลดความชืน้ งานวิจยั นีเ้ ปนการพัฒนาเตาลมรอนเชือ้ เพลิงชีวมวลเพือ่ ใชสำหรับเปนแหลงกำเนิดลมรอนของ เครือ่ งอบลดความชืน้ เมล็ดพืช หรือเครือ่ งลดความชืน้ ผลิตผลการเกษตรอืน่ ๆ โดยพัฒนาจากเตาเผาแกลบแบบไซโคลนใหสามารถ ใชกบั เชือ้ เพลิงชีวมวลอืน่ ๆ ได เชน ซังขาวโพดและเหงามันสำปะหลัง และออกแบบใหมชี ดุ แลกเปลีย่ นความรอนทีต่ อ เขากับตัว เตา เพือ่ ใหไดลมรอนทีส่ ะอาด ปราศจากฝนุ เถา และกลิน่ ควันไฟ เตาลมรอนตนแบบทีพ่ ฒ ั นาขึน้ มีคา ภาระเตา 400 กิโลวัตต/ปริมาตร หองเผาไหม 1 ลูกบาศกเมตร ขนาดตัวเตามีสดั สวนมาตรฐาน โดยสามารถออกแบบขยายขนาดเตาใหเหมาะสมกับขนาดของเครือ่ ง อบลดความชืน้ ผลิตผลเกษตรได ตัวเตาแบบไซโคลนมีชดุ แลกเปลีย่ นลมรอนรูปทรงกระบอก ดานลางตัวเตาเปนรูปกรวยตัด ผนังเตา ภายในบุดว ยอิฐทนไฟ ดานนอกหมุ ดวยเหล็กแผนหนา 3 มิลลิเมตร ความสูงเตาชวงทรงกระบอกมีความสูงเปน 1.5 เทาของเสน ผานศูนยกลางของตัวเตา การปอนเชือ้ เพลิงแบบอัตโนมัตใิ ชลมสงเขาไปในตัวเตา เตาตนแบบทีอ่ อกแบบสรางขึน้ ทำการทดสอบมี ขนาด 450 กิโลวัตต ขนาดเสนผานศูนยกลาง 1.2 เมตร ปริมาตรหองเผาไหม 1.15 ลูกบาศกเมตร และมีชดุ แลกเปลีย่ นความรอนแบบ shell and tubes โดยมีพนื้ ทีผ่ วิ ในการแลกเปลีย่ น 24.6 ตารางเมตร ผานทอเหล็กขนาดเสนผานศูนยกลาง 6 เซนติเมตร ยาว 1.50 เมตร จำนวน 89 ทอ ผลการทดสอบใชซงั ขาวโพดเปนเชือ้ เพลิงอัตราการปอน 95 105 และ 125 กิโลกรัม/ชัว่ โมง พบวา ประสิทธิภาพ เชิงความรอนรวมของเตาเทากับ 63.1 63.3 และ 62.6 เปอรเซ็นต ตามลำดับ จากนัน้ ไดออกแบบขยายเตาใหขนาดใหญขนึ้ โดย ขนาดเตาที่มีผูประกอบการและเอกชนขอแบบนำไปสรางใชเอง รวมทั้งผลิตจำหนายแลวคือ ขนาด 4,000 กิโลวัตต และ 9,000 กิโลวัตต นำไปใชเปนแหลงกำเนิดลมรอนของเครื่องอบลดความชื้นเมล็ดพืช โดยสามารถใชเชื้อเพลิงทั้งแกลบ ซังขาวโพดและ เหงามันสำปะหลัง คำสำคัญ: เตาไซโคลน, แกลบ, ซังขาวโพด, เหงามันสำปะหลัง, ชุดแลกเปลีย่ นความรอน 1) กลมุ วิจยั วิศวกรรมหลังการเก็บเกีย่ ว สถาบันวิจยั เกษตรวิศวกรรม กรมวิชาการเกษตร 2) ศูนยวจิ ยั เกษตรวิศวกรรมจันทบุรี สถาบันวิจยั เกษตรวิศวกรรม กรมวิชาการเกษตร วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 17 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2554

บทนำ เครือ่ งอบลดความชืน้ เมล็ดพืช ทีใ่ ชอยโู ดยทัว่ ไปในโรงสี ขาวและผปู ระกอบการรับซือ้ ผลิตผลเกษตร จะใชลมรอนเปาผาน เมล็ด ทำใหเมล็ดพืชคายน้ำออกจากเมล็ด เตาลมรอนแบบเตาเผา แกลบแบบไซโคลน ซึง่ ออกแบบและพัฒนาขึน้ โดยสถาบันวิจยั เกษตรวิศวกรรม กรมวิชาการเกษตร และเผยแพรมาตัง้ แตป 2543 โดยมีเอกชนนำไปผลิตจำหนายแลวมีหลายขนาด เตาลมรอน แบบเตาเผาแกลบแบบไซโคลนนีเ้ ปนแบบใหความรอนโดยตรง โดยสามารถแกปญหามลภาวะซึ่งเกิดจากเถาแกลบฟุงกระจาย เพิ่มประสิทธิภาพในการเผาไหม ลดแรงงานการควบคุมและ ปอนแกลบ โดยเตาแบบนี้มีประสิทธิภาพ 70-83% (พิมลและ คณะ, 2541) สถานทีใ่ ชงานสวนใหญจะเปนโรงสีขา ว ซึง่ มีแกลบ ทีไ่ ดจากโรงสี สามารถนำมาใชกบั เตาลมรอนแบบไซโคลนนีใ้ น การอบลดความชืน้ ขาวเปลือกได ทำใหสามารถประหยัดคาใช จายลงไดมาก แตในปจจุบนั แกลบมีราคาสูงขึน้ มาก การพัฒนา ใหเตาลมรอนสามารถใชชีวมวลอื่นเปนเชื้อเพลิงจะเปนทาง เลือกใหผูประกอบการเลือกใชเชื้อเพลิงที่มีราคาถูกกวาได สำหรับงานวิจัยเตาเผาแกลบแบบไซโคลน T. Swasdisevi et al. (1999) ไดออกแบบและพัฒนาเตาเผาแกลบแบบไซโคลน สำหรั บ ใช กั บ เครื่ อ งลดความชื้ น ข า วเปลื อ กแบบฟลู อิ ด ไดซเบดขนาด 10 ตัน/ชัว่ โมง ตัวเตารูปทรงกระบอกมีขนาดเสน ผานศูนยกลางภายในเตา 1.37 เมตร สูง 2.75 เมตร ใชแกลบ 110136 กิโลกรัม/ชัว่ โมง โดยมีประสิทธิภาพเตา 57-73% สำหรับการ ลดความชืน้ ขาวโพดจะใชอณ ุ หภูมใิ นการอบแหงสูงกวาขาวมาก การใชเตาลมรอนแบบใหความรอนโดยตรงไมเหมาะ เนือ่ งจาก อาจมีสะเก็ดไฟเขาไปในถังอบ ทำใหเมล็ดขาวโพดไหมไฟเสีย หายได ดังนัน้ เตาลมรอนทีใ่ ชในการอบลดความชืน้ ขาวโพด จึงตองมีชดุ แลกเปลีย่ นความรอน รวมทัง้ เชือ้ เพลิงทีใ่ ชในเตาลม รอนสวนใหญจะใชซงั ขาวโพดเปนเชือ้ เพลิง การพัฒนาเตาลม รอนแบบมีชดุ แลกเปลีย่ นความรอน จะไดลมรอนทีส่ ะอาด ไม มีกลิน่ เขมาและควันไฟ ทำใหสามารถนำลมรอนทีไ่ ดไปใชใน การลดความชืน้ ผลิตผลเกษตรอืน่ ๆ นอกเหนือจากเมล็ดพืช ได อีกดวย งานวิ จั ย นี้ มี วั ต ถุ ป ระสงค เ พื่ อ พั ฒ นาเตาลมร อ นแบบ ไซโคลนใชแกลบเปนเชือ้ เพลิง ใหสามารถใชเชือ้ เพลิงชีวมวล อื่น เชน ซังขาวโพด และเหงามันสำปะหลัง เปนเชื้อเพลิงได รวมทัง้ ออกแบบชุดแลกเปลีย่ นความรอน ประกอบเขากับตัวเตา ลมรอน เพือ่ ใหไดลมรอนทีส่ ะอาดปราศจากฝนุ เถาและควันไฟ สำหรับใชในการลดความชืน้ ขาวโพดและผลิตผลเกษตรอืน่ ๆ ได โดยมีเปาหมายเพือ่ ใหไดตน แบบเตาลมรอนแบบไซโคลน สำหรับการผลิตเชิงพาณิชยทมี่ ปี ระสิทธิภาพ และสามารถออก 36

แบบขยายขนาดเตาไดเพื่อใหเหมาะสมกับขนาดของเครื่องลด ความชืน้ สามารถลดคาใชจา ยในการลดความชืน้ สะดวกในการ ใชงานและลดมลภาวะดานฝนุ ละออง

วิธีการศึกษา 1. ออกแบบและสร า งต น แบบเตาลมร อ นเชื้ อ เพลิ ง ชีวมวลแบบไซโคลน ที่มีชุดแลกเปลี่ยนความรอน โดยพัฒนา จากตนแบบเตาเผาแกลบสำหรับเครื่องลดความชื้นลำไยทั้ง เปลือก ทีด่ ำเนินการโดยวิบลู ยและคณะ (2548) ขอกำหนดในการออกแบบ - กำหนดใหคา ภาระเตาแบบไซโคลนมีคา 1,500 เมกกะ จูล/ชัว่ โมง-ปริมาตรเตา1 ลูกบาศกเมตร (400 กิโลวัตตตอ ปริมาตร หองเผาไหมเตา 1 ลูกบาศกเมตร) - สัดสวนเตาชวงทรงกระบอกมีความสูง 1.5 เทา ของ เสนผานศูนยกลาง - อากาศที่ใชในการเผาไหมมากกวาอากาศที่ไดในการ เผาไหมจริงตามทฤษฎี 110 % - อากาศแวดลอมมีอณ ุ หภูมเิ ฉลีย่ 27 oซ. และความชื้น สัมพัทธเฉลีย่ 80% - ชุดแลกเปลีย่ นความรอน อยดู า นบนตัวเตาเผา ในการ ออกแบบเลือกใชแบบ shell and tubes เนือ่ งจากสรางงายและมี ประสิทธิภาพ ควันไฟและเขมาจากการเผาไหมจะไหลในทอ และออกไปทางปลองควัน ขณะทีอ่ ากาศจากภายนอกถูกดูดให ไหลผานรอบทอไฟในทิศทางตัง้ ฉาก การคำนวณหาพื้นที่แลกเปลี่ยนความรอน ใชสมการ สมดุลของการแลกเปลีย่ นความรอนในการคำนวณ (1) UA ∆Tm = mCp∆T U = สัมประสิทธิก์ ารนำความรอน A = พื้นที่แลกเปลี่ยนลมรอน = พืน้ ทีผ่ วิ ของทอ = πDLN N = จำนวนทอ D = เสนผานศูนยกลางทอ L = ความยาวทอ ∆T m = Log mean ของผลตางของอุณหภูมอิ ากาศ ในทอและนอกทอไฟ = (Th1 -Tc2) - (Th2 - Tc1)c1 (2) Ln [(Th1 -Tc2)/ (Th2 - T )] m = อัตราการไหลของอากาศทีใ่ ชในการลดความชืน้ , กิโลกรัม อากาศแหง/ชัว่ โมง Cp = คาความรอนจำเพาะของอากาศ = 1.013 กิโลจูล/กิโลกรัม- oซ.

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

∆T

= ผลแตกตางของอุณหภูมลิ มเขา และออก = 80-27 oซ. กำหนดให T h1 = อุณหภูมลิ มรอนจากเตาเขาชุดแลกเปลีย่ น = 800 oซ. T h2 = อุณหภูมลิ มออกปลองควัน = 300 oซ. Tc1 = อุณหภูมอิ ากาศแวดลอม = 27 oซ. Tc2 = อุณหภูมลิ มรอนทีใ่ ชอบ = 80 oซ. U = hc = 40 วัตต/ตารางเมตร- oซ. = 2.4 กิโลจูล/นาที- ตารางเมตร- oซ.

3. การดำเนินการรวมกับภาคเอกชน เพื่อขยายขนาด สำหรับการผลิตจำหนายเชิงพาณิชย ในการดำเนินงานกับภาคเอกชนคือโรงงานผูผลิตเครื่อง ลดความชืน้ เมล็ดพืช ผวู จิ ยั จะทำหนาทีใ่ หคำแนะนำในการออก แบบ อบรมใหความรดู า นทฤษฏีการลดความชืน้ และการคำนวณ ทีเ่ กีย่ วของกับการออกแบบ รวมทัง้ การออกแบบรวมกับโรงงาน ผผู ลิตตามทีล่ กู คาตองการ และเมือ่ ติดตัง้ ใหลกู คาเสร็จ จะรวมกัน เดินเครือ่ งทดสอบการทำงานเพือ่ สงมอบตอไป

2. ทดสอบประสิทธิภาพเตาตนแบบ การหาประสิทธิภาพของเตาเผาแกลบ (Furnace efficiency) ประสิทธิภาพเชิงความรอน, % (3) = ปริมาณความรอนทีไ่ ด x 100 ปริมาณความรอนทีใ่ ช ปริมาณความรอนทีไ่ ด (4) = ปริมาณลม x (ho - ha) V ho = enthalpy ลมรอน ha = enthalpy อากาศ V = ปริมาตรจำเพาะอากาศ, ลูกบาศกเมตร/กิโลกรัม อากาศแหง

1. ผลการออกแบบและสร า งต น แบบเตาลมร อ นเชื้ อ เพลิ ง ชีวมวลแบบไซโคลน เตาลมรอนเชือ้ เพลิงชีวมวลแบบไซโคลนทีอ่ อกแบบและ พัฒนาขึน้ (รูปที่ 1) มีสว นประกอบทีส่ ำคัญคือ 1) ตัวเตา ขนาด 450 กิโลวัตต ออกแบบโดยใชคา ภาระเตา 400 กิโลวัตต/ปริมาตรหองเผาไหมเตา 1 ลูกบาศกเมตร ตัวเตา

รูปที่ 1 เตาตนแบบเตาลมรอนเชือ้ เพลิงชีวมวลแบบไซโคลน

ผลและการวิจารณผล

รูปที่ 2 ภาพตัดของชุดแลกเปลี่ยนความรอนแบบ shell and tube ทีอ่ อกแบบ

รูปที่ 3 ตะแกรงรังผึง้ ทีอ่ อกแบบสำหรับใชในการเผาไหมเชือ้ เพลิงซังขาวโพด เผามีลกั ษณะรูปทรงกระบอกสวนบนและทรงกรวยตัดสวนลาง ขนาดเสนผานศูนยกลางภายนอก 120 เซนติเมตร ทำดวยเหล็ก แผนหนา 3 มิลลิเมตร ผนังดานในบุฉนวนกันความรอนเปนอิฐ ทนไฟหนาประมาณ 11.5 เซนติเมตร เสนผานศูนยกลางภายใน 97 เซนติเมตร ความสูงเตาเผา 229 เซนติเมตร ทีผ่ นังเตามีทอ ลมขนาดเสนผานศูนยกลาง 6 เซนติเมตร สำหรับทอพนอากาศ (secondary air) เพือ่ ชวยใหการเผาไหมใหสมบูรณ และเกิดการ หมุนวนภายในหองเผาไหม มีจำนวน 3 ทอ และทอลมสำหรับ สงแกลบ 1 ทอ (primary air) เตาลมรอนมีปริมาตรรวมของหอง เผาไหม 1.15 ลูกบาศกเมตร โดยจะสามารถเผาแกลบได 110 กิโลกรัม/ชัว่ โมง 2) ชุดแลกเปลี่ยนความรอน (รูปที่ 2) อยูดานบนตัวเตา ในการออกแบบเลือกใชแบบ shell and tube เนือ่ งจากสรางงาย และมีประสิทธิภาพ ควันไฟและเขมาจากการเผาไหมจะไหล ในทอและออกไปทางปลองควัน ขณะทีอ่ ากาศจากภายนอกถูก ดูดใหไหลผานรอบทอไฟในทิศทางตัง้ ฉาก ชุดปอนเชือ้ เพลิงเขา เตาใชลมชวยในการสงผานทอลมสงเชือ้ เพลิงชีวมวลเขาเตาใช ทอเหล็กขนาดเสนผานศูนยกลาง 10 เซนติเมตร เขาสหู อ งเผา

รูปที่ 4 ภาพตัดตัวเตาแสดงตะแกรงรังผึง้ ทีป่ ระกอบใสเพิม่ เขา ทีด่ า นลางของตัวเตาเหนือใบปาดเถา ไหมดานบนในแนวสัมผัสกับผนังเตาดานใน ชวยใหเกิดการ หมุนวนของอากาศภายในหองเผาไหม 3) ชุดถายเถา ประกอบดวย ใบปาดเถาทีอ่ ยดู า นลางหอง เผาไหม โดยมีชอ งเปดใหเถาออกจากตัวเตาสสู กรูลำเลียงออก ไปจากบริเวณทีป่ ฏิบตั งิ าน ในกรณีทใี่ ชซงั ขาวโพดเปนเชือ้ เพลิง ไดออกแบบตะแกรงรังผึง้ (รูปที่ 3) ใสเพิม่ เขาทีด่ า นลางของตัว เตาเหนือใบปาดเถา (รูปที่ 4) เพือ่ ชวยใหอากาศทีใ่ ชในการเผา ไหมซงั ขาวโพดกระจายไดทวั่ ถึง เตาต น แบบที่ พั ฒ นาขึ้ น นี้ ต า งจากเตาเผาแกลบแบบ ไซโคลนทีพ่ ฒ ั นาโดย T. Swasdisevi et al. (1999) คือตัวเตาเปน รูปทรงกระบอกแตที่ดานลางเปนรูปกรวยดังแสดงในรูปที่4

ตารางที่ 1 ผลการทดสอบตนแบบเตาลมรอนเชื้อเพลิงชีวมวลที่อัตราการปอนซังขาว โพดตาง ๆ ตอประสิทธิภาพเชิงความรอนรวมของเตา

อัตราการปอนซังขาวโพด, กิโลกรัม/ชัว่ โมง อุณหภูมอิ ากาศเฉลีย่ , องศาเซลเซียส ความชืน้ สัมพัทธเฉลีย่ , เปอรเซ็นต อุณหภูมลิ มรอนเฉลีย่ , องศาเซลเซียส ประสิทธิภาพเชิงความรอน, เปอรเซ็นต พลังงานไฟฟาทีใ่ ชรวม, กิโลวัตต พลังงานความรอนทีไ่ ด, กิโลวัตต

การทดลองที่ 2

95 31 56 81 63.1 3.9 290

105 30 54 85 63.3 3.9 321

125 32 49 96 62.6 3.9 378

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

และเมือ่ ใชแกลบเปนเชือ้ เพลิง ไมจำเปนตองใชตะแกรงรังผึง้ ที่ ทำดวยเหล็กหลอ ใชวธิ กี ารเผาแกลบบนพืน้ อิฐแทนโดยมีการ เติมอากาศชวยในการเผาไหมเขาทางแกนใบปาด ซึง่ มีขอ ดีกวา คือทำใหเตามีอายุการใชงานทีน่ านกวา ขอแตกตางอีกประการ หนึ่งคือ อากาศที่ใชในการเผาไหมใชมากกวาตามทฤษฎีเพียง 110 เปอรเซ็นต รวมทัง้ มีทอ เติมอากาศเขาเตาหลายจุดแบงการ เติมในตำแหนงทีเ่ หมาะสมโดยใหอากาศหมุนวนในตัวเตาเปน แบบไซโคลนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการดักฝุน มีชุดแลก เปลี่ยนลมรอนที่เหมาะสมกับขนาดเตาในกรณีที่ตองการลม รอนทีส่ ะอาดปราศจากฝนุ เขมา และควันไฟ 2. การทดสอบประสิทธิภาพเตาตนแบบ ผลการทดสอบเตาตนแบบโดยใชซังขาวโพดเปนเชื้อ เพลิงทีอ่ ตั ราการปอน 95, 105 และ 125 กิโลกรัม/ชัว่ โมง พบวา ประสิทธิภาพเชิงความรอนของเตาตนแบบเทากับ 63.1, 63.3 และ 62.6 เปอรเซ็นต ตามลำดับ ดังแสดงในตารางที่ 1 3. การดำเนินการรวมกับภาคเอกชน เพื่อขยายขนาดสำหรับ การผลิตจำหนายเชิงพาณิชย ผลการดำเนินการเผยแพรเตาลมรอนเชือ้ เพลิงชีวมวล แบบไซโคลน ไดมผี ปู ระกอบการขอแบบนำไปสรางใชงานแลว 2 ราย คือ 1) คุณสุมติ ร เจียรสิริ บริษทั เชียงรายกิจเกษตร ตำบล ทงุ เกาะ อำเภอเชียงรงุ จังหวัดเชียงราย ขอแบบเตาขนาด 4,000 กิโลวัตต สรางและใชงานแลวในการใชกบั เครือ่ งอบลดความชืน้ ขาวโพด 2) คุณสมภพ พีระพัฒนชัย บริษทั โลกการเกษตร จำกัด ตำบลดอนทอง อำเภอเมือง จังหวัดพิษณุโลก ขอแบบเตาขนาด 4,000 กิโลวัตต สรางและใชงานแลวกับเครือ่ งลดความชืน้ ขาว โพด และไดขอแบบเตาขนาด 8,000 กิโลวัตต เพือ่ สรางและใช งานกับเครื่องลดความชื้นขาวโพดที่ติดตั้งเพิ่มเติม และไดมี

รูปที่ 7 เตาขนาด 9,000 กิโลวัตต ผลิตและจำหนายโดยบริษทั เกษตรไทยอินเตอร (22) จำกัด

รูปที่ 5 เตาขนาด 4,000 กิโลวัตตติดตั้งและใชงานที่บริษัท เชียงรายกิจเกษตร ตำบลทงุ เกาะ อำเภอเชียงรงุ จังหวัด เชียงราย

รูปที่ 6 เตาขนาด 8,000 กิโลวัตต กำลังสรางและติดตัง้ ทีบ่ ริษทั โลกการเกษตร จำกัด ตำบลดอนทอง อำเภอเมือง จังหวัด พิษณุโลก

รูปที่ 8 เตาขนาด 9,000 กิโลวัตต ผลิตและจำหนายโดยบริษทั เกษตรไทยอินเตอร (22) จำกัดติดตัง้ ใชงานกับเครือ่ งอบ ลดความชืน้ ขาวโพดโดยผปู ระกอบการรับซือ้ ขาวโพด

เอกชนขอแบบนำไปผลิตจำหนายแลว 2 รายคือ 1) บริษทั เกษตร ไทยอินเตอร (22) จำกัด ไดผลิตจำหนายแลวคือขนาด 4,000 และ 9,000 กิโลวัตต 2) บริษทั โรงงานเกษตรพัฒนาฉะเชิงเทรา จำกัด

สรุป เตาลมรอนตนแบบทีพ่ ฒ ั นาขึน้ มีคา ภาระ 400 กิโลวัตต/ ปริมาตรหองเผาไหม 1 ลูกบาศกเมตร ขนาดตัวเตามีสัดสวน มาตรฐาน โดยสามารถออกแบบขยายขนาดเตาใหเหมาะสมกับ ขนาดของเครื่องอบลดความชื้นผลิตผลเกษตรได ตัวเตาแบบ ไซโคลนมีชดุ แลกเปลีย่ นลมรอนรูปทรงกระบอกดานลางตัวเตา เปนรูปกรวยตัด ผนังเตาภายในบุดว ยอิฐทนไฟ ดานนอกหมุ ดวย เหล็กแผนหนา 3 มิลลิเมตร ความสูงเตาชวงทรงกระบอกมีความ สูงเปน 1.5 เทาของเสนผานศูนยกลางของตัวเตา การปอนเชือ้ เพลิงแบบอัตโนมัตใิ ชลมสงเขาไปในตัวเตา เตาตนแบบทีพ่ ฒ ั นา ขึน้ มีขนาด 450 กิโลวัตต ขนาดเสนผานศูนยกลาง 1.20 เมตร ปริมาตรหองเผาไหม 1.15 ลูกบาศกเมตร ภายในตัวเตามีอิฐ ทนไฟเปนฉนวนกันความรอน ผลการทดสอบใชซงั ขาวโพดเปนเชือ้ เพลิงพบวา ประสิทธิ ภาพเชิงความรอนรวมของเตามีคา 62.6 - 63.3 เปอรเซ็นต ใน การใชงานจำเปนตองคำนวณพลังงานความรอนที่ตองการ สำหรับการลดความชืน้ ผลิตผลเกษตร เพือ่ ใชในการเลือกขนาด ของเตาใหเหมาะสมกับขนาดเครือ่ งลดความชืน้ โดยขนาดใหญ ทีส่ ดุ ทีม่ กี ารผลิตจำหนายเชิงพาณิชยแลวคือ 9,000 กิโลวัตต ต น แบบเตาลมร อ นเชื้ อ เพลิ ง ชี ว มวลที่ พั ฒ นาขึ้ น นี้ สามารถขยายขนาดไดตามความตองการสามารถนำไปผลิต จำหนายหรือผลิตใชในเชิงพาณิชยไดจริง เชือ้ เพลิงชีวมวลทีใ่ ช ไดคือแกลบ ซังขาวโพด และเหงามันสำปะหลังหันยอย โดย

เลือกใชไดตามตองการขึน้ อยกู บั ราคาและสภาวะการ ทำใหลด คาใชจา ยในการลดความชืน้ ลมรอนทีผ่ า นชุดแลกเปลีย่ นความ รอนสะอาดปราศจากฝุนเขมาและควันไฟสามารถนำไปใชลด ความชืน้ ผลิตผลเกษตรไดหลายชนิดนอกเหนือจากใชลดความ ชืน้ เมล็ดพืช การใชงานงายสะดวกเนือ่ งจากการควมคุมอุณหภูมิ ใชงาน การปอนเชื้อเพลิงเขาเตา และการถายขี้เถาออกจากเตา เปนแบบอัตโนมัติ สำหรับการขยายผลสกู ลมุ เปาหมายทีน่ ำไป ใชประโยชนในป พ.ศ. 2553 มีบริษัทนำไปผลิตจำหนายเชิง พาณิชยแลว 2 ราย

เอกสารอางอิง พิมล วุฒสิ นิ ธ, ไมตรี แนวพนิช, วิบลู ย เทเพนทร และสุภทั ร หนูสวัสดิ์. 2541. วิจัยและพัฒนาเตาเผาแกลบแบบ ไซโคลน. เอกสารประกอบการประชุมวิชาการ ป 2541 กองเกษตรวิศวกรรม กรมวิชาการเกษตร กระทรวงเกษตร และสหกรณ. วิบลู ย เทเพนทร, เวียง อากรชี และพุทธธินนั ทร จารุวฒ ั น. 2548. วิจัยและพัฒนาเตาเผาแกลบสำหรับเครื่องลดความชื้น ลำไยทั้งเปลือก. เอกสารประกอบการประชุมวิชาการ ประจำป 2548. สถาบันวิจยั เกษตรวิศวกรรม กรมวิชาการ เกษตร กระทรวงเกษตรและสหกรณ. T. Swasdisevi, S. Soponronnarit, V. Thepent, A. Shujinda and B. Srisawat1999. Prototype of the Cyclonic Rice Husk Furnace. Proceeding of the 19th ASEAN/1st APEC Seminar on Postharvest Technology, Ho Chi Minh City, Vietnam, 277-284.

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

เทคโนโลยีการสรางความรอนดวยคลื่นแมเหล็กไฟฟาในการแปรรูปอาหาร Thermal Electromagnetic Technology in Food Processing ฤทธิชยั อัศวราชันย Rittichai Assawarachan

Abstract Electromagnetic wave is of interest for its innovation in induction heating. It provides high efficiency in thermal processing within a short period of time and has no problem related to heat transfer. Therefore, research and development on thermal processing by electromagnetic wave has been conducted and applied to processing of food and agricultural products. This article presents knowledge and research on thermal processing of food and agricultural products by electromagnetic technology, including infrared heating, microwave heating, and radio frequency heating, which may serve as the foundation for improving and developing electromagnetic technology for industrial-scale thermal processing and for future research. Keyword: electromagnetic, infrared heating, microwave heating, radio frequency heating and induction heating

บทคัดยอ คลืน่ แมเหล็กไฟฟา เปนนวัตกรรมในการเหนีย่ วนำความรอนทีก่ ำลังไดรบั ความสนใจอยางมาก เนือ่ งจากมีประสิทธิภาพ สูงในการสรางความรอน สามารถสรางความรอนในเวลาทีร่ วดเร็ว และไมมผี ลกระทบจากปญหาของการถายเทความรอน ดังนัน้ จึง ไดมกี ารวิจยั และพัฒนาการสรางความรอนดวยคลืน่ แมเหล็กไฟฟา เพือ่ มาประยุกตใชในการแปรรูปอาหารและผลผลิตทางการเกษตร บทความนีน้ ำเสนอองคความรแู ละงานวิจยั ทีเ่ กีย่ วของเทคโนโลยีการทำความรอนดวยคลืน่ แมเหล็กไฟฟา ในการแปรรูปอาหารและ ผลผลิตทางการเกษตร ซึง่ ประกอบดวยการใหความรอนดวยรังสีอนิ ฟราเรด การใหความรอนดวยคลืน่ ไมโครเวฟ และคลืน่ วิทยุ เพือ่ ใชเปนแนวทางปรับปรุง และพัฒนาเทคโนโลยีการสรางความรอนดวยคลืน่ แมเหล็กไฟฟาในระดับอุตสาหกรรม ตลอดจนแนวทาง การวิจยั ในอนาคต คำสำคัญ: คลืน่ แมเหล็กไฟฟา, การใหความรอนดวยรังสีอนิ ฟราเรด, การใหความรอนดวยคลืน่ ไมโครเวฟ, การใหความรอนดวยคลืน่ วิทยุ

บทนำ การใหความรอนในการแปรูปอาหารในอุตสาหกรรม เกษตรนั้น มีจุดประสงคเพื่อทำลายจุลินทรียที่เปนสาเหตุของ การเนาเสียและสรางสารพิษในอาหาร รวมทัง้ พยาธิตา งๆ เพือ่ ยืดอายุการเก็บรักษาอาหาร (Shelf life) ใหยาวนานมากขึน้ นอก จากนั้นยังเปนตัวกำหนดคุณภาพของอาหารอีกดวย ปจจุบัน กระบวนการให ค วามร อ นในอุ ต สาหกรรมแปรรู ป อาหาร สามารถแบงเปนการใชความรอนในระดับต่ำ (ต่ำกวา100 oซ.) เชน การลวก (Blanching) เพือ่ ยับยัง้ การทำงานของเอนไซม หรือ การพาสเจอไรซ (Pasteurization) เพือ่ ยับยัง้ เอนไซมและทำลาย

จุลินทรียที่ทนทานตอความรอนต่ำ จนถึงการใชความรอนที่ อุณหภูมสิ งู (สูงกวา 100 oซ.) เชนการสเตอริไลซ (Sterilization) หรือ กระบวนการฆาเชือ้ ทีอ่ ณ ุ หภูมสิ งู (Ultra High Temperature process; UHT) โดยกระบวนการให ค วามร อ นใน อุตสาหกรรมแปรรูปอาหารในปจจุบนั นีน้ ยิ มใหความรอนผาน อุปกรณแลกเปลี่ยนความรอน (Heat Exchanger) ในลักษณะ ตางๆ โดยใชตัวกลางทางในการแลกเปลี่ยนความรอน เปน ไอน้ำหรือน้ำรอน ซึ่งวิธีการใหความรอนแบบนี้มีขอจำกัดใน กระบวนการผลิตมากมาย อาทิเชน ผลกระทบในระหวางการถาย เทความรอน การเกิดตะกรันในอุปกรณแลกเปลีย่ นความรอนซึง่

เปนฉนวนความรอน สงผลให ประสิทธิภาพในการถายเทความ รอนต่ำ และมีอตั ราสิน้ เปลืองพลังงานสูง มีอตั ราการเกิดความ รอนต่ำ และใชเวลานาน สงผลตอตนทุนดานพลังงาน เนือ่ งจาก ตนทุนพลังงานจะแปรผันตรงกับราคามันในตลาดโลก ซึง่ มีแนว โนมสูงขึ้นทุกวัน (อรรถพล และฤทธิชัย, 2550) นอกจากนี้ ผลกระทบที่สำคัญจากการที่อาหารรับความรอนเปนเวลานาน ทำใหสญ ู เสียคุณภาพและคุณลักษณะของอาหารดานตางๆ ดังนัน้ จึงไดมกี ารพยายามศึกษาแนวทางการหาวิธกี ารให ความรอนที่สามารถลดขอจำกัดในดานการถายความรอน การ สิ้นเปลืองพลังงาน เพื่อนำมาพัฒนาใชในงานอุตสาหกรรม แปรรูปอาหารและผลผลิตทางการเกษตร จึงไดมกี ารศึกษาและ พัฒนาแนวคิดการใชคลืน่ แมเหล็กไฟฟาซึง่ เปนแหลงพลังงาน ในการสรางความรอนประสิทธิภาพสูง สามารถเหนี่ยวนำให เกิดความรอนจากภายในตัวอาหารเอง จึงมีอตั ราการสรางความ รอนทีร่ วดเร็ว ทำใหอาหารมีลกั ษณะทางกายภาพทีด่ ี (สี เนือ้ สัมผัส กลิน่ รสชาติ) และสามารถรักษาวิตามิน เกลือแร และสาร อาหารที่สำคัญไวได เพื่อเปนแนวทางในการประยุกตใชแทน การใหความรอนดวยอุปกรณแลกเปลีย่ นความรอนทีม่ ขี อ กำจัด ในกระบวนการแปรรูปอาหารอยางมาก (Assawarachan and Noomhorm, 2008)

1. ความรูพื้นฐานของคลื่นแมเหล็กไฟฟา คลืน่ แมเหล็กไฟฟา เปนพลังงานทางกายภาพ ซึง่ ไมตอ ง ใชตวั กลางในการเคลือ่ นทีจ่ งึ สามารถเคลือ่ นทีใ่ นสุญญากาศได และเกิดจากการรบกวนทางแมเหล็กไฟฟา (Electromagnetic Disturbance) โดยการทำใหสนามไฟฟาหรือสนามแมเหล็กมี การเปลี่ยนแปลง เมื่อสนามไฟฟามีการเปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยว นำใหเกิดสนามแมเหล็ก หรือถาสนามแมเหล็กมีการเปลี่ยน แปลงก็จะเหนีย่ วนำใหเกิดสนามไฟฟาโดยคลืน่ แมเหล็กไฟฟา เปนคลืน่ ตามขวางทีเ่ กิดจากคลืน่ ไฟฟาและคลืน่ แมเหล็กตัง้ ฉาก กันและเคลือ่ นทีไ่ ปยังทิศทางเดียวกัน ดวยความเร็ว 299,792,458 เมตรตอวินาที หรือเทียบเทากับความเร็วแสง ประกอบดวยสนาม

ไฟฟาและสนามแมเหล็กที่มีการสั่นในแนวตั้งฉากกัน และอยู บนระนาบตัง้ ฉากกับทิศการเคลือ่ นทีข่ องคลืน่ (รูปที่ 1) จากหลักการทีว่ า วัตถุใดๆ ในจักรวาลทีม่ อี ณ ุ หภูมสิ งู กวา ศูนยสมบูรณ สามารถปลอยคลืน่ แมเหล็กไฟฟาออกมาได โดย รูปแบบหนึ่งการถายเทพลังงานของคลื่นแมเหล็กไฟฟามีการ ถายเทพลังงานจากแหลงที่มีพลังงานสูงแผรังสีออกไปรอบๆ โดยมีคุณสมบัติที่เกี่ยวของกับคลื่นแมเหล็กไฟฟาซึ่งคลื่นแม เหล็กไฟฟาจะมีลักษณะเฉพาะทั้งความยาวคลื่น (wavelength, l) และความถี่ (frequency, f) โดยอัตราเร็วในการเคลือ่ นทีข่ อง คลื่ น แม เ หล็ ก ไฟฟ า เที ย บเท า ความเร็ ว แสงในอากาศหรื อ สุญญากาศ (ผดุงศักดิ,์ 2551) จึงสงผลใหการเหนีย่ วนำความรอน ของคลื่นแมเหล็กไฟฟาจะมีประสิทธิภาพของในการสราง ความรอนไดดกี วาการเผาไหมของเชือ้ เพลิงทัว่ ไปหลายลานเทา ซึง่ เปนตามทฤษีพลังงานจลนของความรอน (Kinetic Theory of heat) และ ทฤษฎีคลืน่ แมเหล็กไฟฟา ของ เจมสคลารก แมกเวล ดังนัน้ แนวคิดทีจ่ ะพัฒนาคลืน่ แมเหล็กไฟฟามาประยุกตใชใน การใหความรอนในการแปรรูปอาหารจึงถูกพัฒนาขึ้นอยาง ตอเนือ่ งเพือ่ ชวยลดขอจำกัดของกระบวนการใหความรอนแบบ ดั้งเดิม Assawarachan and Noomhorm (2008) ไดจำแนกนวัต กรรมการใหความรอนดวยคลืน่ แมเหล็กไฟฟาทีถ่ กู นำมามาใช ในการแปรรูปอาหารดวยความรอนในอุตสาหกรรม ตามระดับ ความถี่และความยาวคลื่นของคลื่นแมเหล็กซึ่งแสดงในแถบ สเปกตรัมของคลืน่ แมเหล็กไฟฟา (รูปที่ 2) ไดแก การเกิดความ รอนดวยการแผรงั สีอนิ ฟราเรด (Infrared heating) ชวงความถี่ ประมาณ 1-100 เทราเฮิรต , การเกิดความรอนดวยคลืน่ ไมโครเวฟ (Microwave Heating) ที่ชวงความถี่ประมาณ 915 - 2,450 เมกะเฮิรต และการเกิดความรอนดวยคลื่นวิทยุ (Radio Frequency heating) ชวงความถีป่ ระมาณ 13.56 - 40.68 เมกะเฮิรต โดยมีรายละเอียด ดังนี้

รูปที่ 1 ไดอะแกรมแสดงลักษณะการเคลือ่ นทีข่ องคลืน่ แมเหล็กไฟฟา ภายใตสนามแมเหล็กและสนามไฟฟา ทีม่ า http://www.ndt-ed.org (วันทีส่ บื คน 1 พฤษภาคม 2554)

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

รูปที่ 2 แถบสเปกตรัมของคลืน่ แมเหล็กไฟฟาทีร่ ะดับความถีต่ า งๆ ทีม่ า : http://www.worsleyschool.net (วันทีส่ บื คน 9 พฤษภาคม 2554)

2. การเกิดความรอนดวยรังสีอนิ ฟราเรด (Infrared Heating) รังสีอินฟราเรด (Infrared, IR) มีชื่อเรียกอีกชื่อวา รังสี ใตแดง หรือรังสีความรอน เปนคลืน่ แมเหล็กไฟฟาทีม่ คี วามยาว คลืน่ อยรู ะหวางคลืน่ วิทยุและแสงมีความถีใ่ นชวง 1,011-1,014 เฮิรต มีความยาวคลื่นอยูระหวางแสงสีแดงกับคลื่นวิทยุโดย กลไกการเกิดความรอนของรังสีอินฟราเรด การเหนี่ยวนำให เกิดคลื่นความรอนและถายเทพลังงานความรอนไปวัตถุใน ลักษณะของการแพรรงั สี แตรงั สีอนิ ฟราเรดมีความยาวคลืน่ สัน้ กวาคลื่นแมเหล็กไฟฟาชนิดอื่นๆ สงผลใหรังสีอินฟราเรดมี ความลึกของการทะลุทะลวง (Penetration Depth) ของคลืน่ ความ ร อ นต่ำ โดยเกิ ด ได ที่ บ ริ เ วณชั้ น ผิ ว ของอาหารเท า นั้ น (Assawarachan, 2005) อยางไรก็ตาม รังสีอนิ ฟราเรดมีอตั ราการ เกิดคลืน่ ความรอนสูงและสงผลตอการเปลีย่ นแปลงคุณสมบัติ ทางกายภาพและเคมีของผิวอาหาร เชน ทำใหผวิ ของอาหารมีสี เขมขึน้ หรือมีกลิน่ หอม จึงนำมาใชในการอบแหงอาหารทีต่ อ ง การใหมีความชื้นต่ำ และตองการการเปลี่ยนแปลงของสี เชน การอบแหงเมล็ดกาแฟ ผงโกโก ใบชา ซึง่ ผลพลอยไดกค็ อื ชวย ใหสขี องผลิตภัณฑมคี ณ ุ ภาพดียงิ่ ขึน้ (วิไล, 2547) สำหรับหลัก การของการเกิดความรอนดวยรังสีอนิ ฟราเรดนัน้ มีหลักการเชน เดียวกับการแผรงั สีความรอนของแสงอาทิตยทสี่ อ งมายังพืน้ โลก ดังนัน้ กลไกการเกิดความรอนดวยรังสีอนิ ฟราเรดเปนลักษณะ การแผรงั สีของคลืน่ ความรอนทีอ่ ณ ุ หภูมสิ งู แตสง ผานคลืน่ ความ รอนไดถงึ ระดับชัน้ ผิวหนาของอาหาร (ความยาวคลืน่ ของรังสี ประมาณ 3-10 ไมโครเมตร) การใหความรอนดวยรังสีอนิ ฟาเรด จึงประยุกตใชงานกับอุตสาหกรรมอาหารตางๆ เชน การอบแหง วัตถุเกษตรทีค่ วามชืน้ สูงและการอบขนมเพือ่ เรงการเกิดปฏิกริ ยิ า

สี น้ำ ตาลในอุ ต สาหกรรมเบเกอรี่ ป จ จุ บั น จึ ง มี ก ารพั ฒ นา อินฟราเรดฮีทเตอรขึ้นมาใชในอุตสาหกรรมโดยอินฟราเรด ฮีทเตอรสามารถประหยัดพลังงานไฟฟาในการสรางคลืน่ ความ รอนไดถงึ รอยละ 30 ถึง 50 เมือ่ เทียบกับอัตราการสิน้ เปลืองพลัง งานของฮีทเตอรชนิดอืน่ และประหยัดเวลาในการเหนีย่ วนำให เกิดความรอนได 1-10 เทา (อรรถพล และ ฤทธิชยั , 2552) Nowak and Lewicki (2004) พบวาการใชอินฟราเรด ฮี ท เตอร ใ นการอบแห ง จะมี ป ระสิ ท ธิ ภ าพในการโอนถ า ย พลังงานจากพลังงานไฟฟาเปนพลังงานความรอนไดดีกวา ฮีทเตอรไฟฟาถึงรอยละ 35-45 โดยใชฮที เตอรอนิ ฟราเรด 175 วัตต ทีร่ ะดับความยาวคลืน่ 1200 นาโนเมตร (รูปที่ 3) ในการอบ แหงตัวอยางแอบเปล สไลด พบวามีอตั ราการอบแหงทีร่ วดเร็ว และใชเวลาในการอบแหงนอยกวาการใหความรอนดวยลมรอน สงผลใหอาหารมีคณ ุ ภาพทีด่ ี ดังนัน้ กระบวนการอบแหงโดย การใชอินฟราเรดฮีทเตอร จึงเหมาะสมกับการอบแหงผลผลิต ทางการเกษตร อาทิเชน ผัก ผลไม และ ธัญพืช ทีม่ คี วามชืน้ ทีผ่ วิ สูง (Togrul, 2006) อยางไรก็ตามขอจำกัดที่สำคัญของการให ความรอนดวยรังสีอินฟราเรดคือ การสงถายพลังงานจะมี ประสิทธิภาพการถายเทความรอนต่ำในสภาวะอากาศคงทีแ่ ละ ความสามารถการกระจายความรอนไมดนี กั แตจดุ เดนทีส่ ำคัญ ของอัตราการเกิดความรอนและการประหยัดพลังงานของการ ใหความรอนดวยรังสีอินฟราเรด จึงไดมีความพยายามหา แนวทางการนำรังสีอนิ ฟราเรดมาใชรว มกับกับเทคโนโลยีการ แปรรูปแบบอืน่ ๆ เชน การนำระบบการสัน่ สะเทือนมาใชเพือ่ ชวยกระจายความรอนของรังสีอนิ ฟราเรดในตัวอยางขาวเปลือก ความชืน้ สูง ซึง่ ผลการศึกษาวาอัตราการแพรของความชืน้ มีคา สูง ขึน้ สงผลใหอตั ราการอบแหงทีเ่ ร็วและลดปริมาณขาวหักจากการ

รูปที่ 3 ไดอะแกรม เครือ่ งอบแหงลมรอน รวมกับคลืน่ ความรอนจากรังสีอนิ ฟราเรด ขนาดหองปฏิบตั กิ าร ทีม่ า : Nowak and Lewicki (2004) คุณภาพของขาวนึง่ (parboiled rice) และชวยลดอัตราการแตก หักของขาวเปลือกระหวางการสีขา วไดเปนอยางดี นอกจากการ นำการอบแหงแบบฟลูอไิ ดซเบดรวมการรังสีอนิ ฟราเรดแลว ยัง มีรายงานวิจยั อีกจำนวนมากทีป่ ระยุกตใชรงั สีอนิ ฟราเรดรวมกับ การการอบแหงระบบอืน่ เชนการอบแหงแผนกลวยดวยระบบ การอบแหงดวยไอน้ำยิง่ ยวดรวมกับรังสีอนิ ฟราเรดเพือ่ ชวยเรง อัตราการอบแหงและสามารถลดอัตราการแหงแตกของโครง สรางเซลลทผี่ วิ หนาไดเปนอยางดี (Nimmol et al., 2007) รูปที่ 4 ไดอะแกรม เครื่องอบแหงลมรอน รวมกับคลื่นความ รอนจากรังสีอนิ ฟาเรทขนาดหองปฏิบตั กิ าร ทีม่ า : Dondee et al. (2011) สีขา ว (Das et al., 2009) นอกจากนี้ ยั ง พบงานวิ จั ย ในด า นการศึ ก ษาสภาวะที่ เหมาะในการอบแหงดวยรังสีอนิ ฟราเรดรวมกับการอบแหงโดย ใชลมรอนตามกลไกการอบแหงแบบตาง ก็เปนทีส่ นใจกันอยาง มาก เชนการอบแหงแบบฟลูอไิ ดซเบด (Fluidized Drying) รวม การใหความรอนดวยรังสีอินฟราเรด ซึ่งเทคโนโลยีดังกลาว จะชวยเพิ่มประสิทธิภาพของการอบแหงทั้งดานสมรรถนะ การอบแหงและทำใหคุณภาพของผลิตภัณฑอาหารอบแหงมี คุณภาพทีด่ ขี นึ้ Dondee et al. (2011) ศึกษาการอบแหงถัว่ เหลือง ดวยเครือ่ งอบแหงฟลูอไิ ดซเบดรวมกับการใหความรอนดวยรังสี อินฟาเรด (รูปที่ 4) พบวาสามารถชวยลดอัตราการแตกราวของ ถัว่ เหลืองอบแหงไดดี ชวยลดการเปลีย่ นแปลงสี และการสูญเสีย ปริมาณโปรตีนในระหวางการอบแหง เชนเดียวกับงานวิจยั ของ Das et al. (2004) และ Meeso et al. (2004) ตางก็พบวาการ อบแหงแบบฟลูอิไดซเบดรวมการรังสีอินฟาเรด สามารถชวย ปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑอาหารอบแหง โดยสามารถเพิม่ 44

3. การเกิดความรอนดวยคลื่นไมโครเวฟ (Microwave Heating) คลื่นไมโครเวฟเปนคลื่นแมเหล็กไฟฟาในชวงความถี่ ระหวาง 300 เมกะเฮิรต - 300 จิกะเฮิรต แตเนือ่ งจากความถีข่ อง คลืน่ ไมโครเวฟจะมีคา ใกลเคียงคลืน่ วิทยุสอื่ สารและคลืน่ เรดาร ทำใหไปรบกวนระบบการสือ่ สาร ดังนัน้ องคการ Federal Communication Commission ประเทศสหรัฐอเมริกาจึงไดกำหนดชวง ความถีข่ องคลืน่ ไมโครเวฟสำหรับกระบวนการใหความรอนไว 2 ระดั บ ความถี่ ได แ ก 915 ±13 เมกะเฮิ ร ต และ 2,450 ±50 เมกะเฮิรต แตสำหรับกลุมประเทศแถบยุโรปอาจจะมีการใช ระดับความถี่ 896 เมกะเฮิรต โดยกลไกการเกิดความรอนดวย คลื่ น ไมโครเวฟจะแตกต า งกั บ การเกิ ด ความร อ นของรั ง สี อินฟราเรดที่เหนี่ยวนำใหเกิดคลื่นความรอนและแผรังสีไปสู วัตถุ ในขณะที่คลื่นไมโครเวฟจะเหนี่ยวนำใหเกิดความรอน ภายในตัววัสดุเมือ่ เกิดอันตรกิรยิ ากับวัสดุ (lossy material) โดย กลไกการเกิดความรอนของคลื่นไมโครเวฟจะประกอบดวย กลไกการเหนีย่ วนำเชิงไอออน (ionic conduction) และกลไก ชนิดการหมุนของทัง้ สองขัว้ (dipolar rotation) การเกิดความรอน ในอาหารดวยคลืน่ ไมโครเวฟในวัสดุทางการเกษตรและวัสดุดบิ

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

ทางอาหารอาจจะอธิบายในลักษณะของการที่คลื่นไมโครเวฟ เหนี่ยวนำใหโมเลกุลของน้ำภายในวัสดุทางการเกษตรเกิดการ หมุนเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงขั้วไฟฟาอยางรวดเร็ว ผลของ การหมุนนี้ทำใหเกิดการเสียดสีของโมเลกุลของน้ำภายใน อาหาร กอใหเกิดความรอนในอาหารไดอยางรวดเร็ว (หรือ อธิบายไดตามหลักของฟสิกสวาเปนผลของโมเมนตัมในการ ชนหรือเสียดสีกันในระหวางโมเลกุลของน้ำจนเกิดเปนความ รอน) ดังนัน้ วิธนี จี้ งึ เปนการเกิดความรอนจากภายในตัวอาหาร เองเชนเดียวกับการใหความรอนดวยรังสีอนิ ฟราเรดและการให ความร อ นด ว ยคลื่ น วิ ท ยุ ทำให ก ารเกิ ด ความร อ นด ว ยคลื่ น ไมโครเวฟไมมีผลกระทบจากปญหาของการถายเทความรอน (Assawarachan and Noomhorm, 2008) โดยปจจัยทีม่ ผี ลตออัตรา การเกิดความรอนดวยคลืน่ ไมโครเวฟ ไดแกคา คงทีไ่ ดอิเล็กตริก (dielectrical constant) ของวัสดุทคี่ ลืน่ ไมโครเวฟแพรกระจาย เขาไปอาหารและผลผลิตทางการเกษตร ซึง่ มีน้ำเปนองคประกอบ หลัก ตลอดจนเกลือแรตางๆ ที่ละลายอยูในน้ำ เชน โซเดียม คลอไรดโพแทสเซียมคลอไรด และแคลเซียมคลอไรด ดังนั้น การทำใหเกิดความรอนดวยคลืน่ ไมโครเวฟจึงสามารถประยุกต ใชกับอาหารและผลผลิตทางการเกษตรไดเกือบทุกชนิด คลื่น ไมโครเวฟทีร่ ะดับความถี่ 915 เมกะเฮิรต และ 2,450 เมกะเฮิรต ซึง่ มีความยาวคลืน่ โดยประมาณ 32.8 และ 12.2 เซนติเมตร และ คาความยาวคลืน่ จะเปนตัวแปรทีม่ ผี ลตอคาความลึกของการทะลุ ทะลวงของคลืน่ ไมโครเวฟ (penetration depth of microwave) หรือความลึกเชิงกำลัง (penetration depth) ซึง่ เปนคาสำคัญมาก ทีส่ ดุ สำหรับการวิเคราะหเชิงลึกของกระบวนการทำความรอน ดวยคลืน่ ไมโครเวฟ และเปนตัวกำหนดประสิทธิภาพของระบบ นอกจากนี้คาความลึกของการทะลุทะลวงของคลื่นไมโครเวฟ จะขึน้ อยกู บั คาคงทีไ่ ดอิเล็กตริก (dielectric constant, ε ′ ) และ คาไดอิเล็กตริกลอสแฟกเตอร (dielectric loss factor, ε ′′ ) ผดุงศักดิ์ (2551) ไดแนะนำสมการพืน้ ฐานในการคำนวณ คาความลึกของการทะลุทะลวงของคลื่นแมเหล็กไฟฟา ซึ่งคา ความลึกของการทะลุทะลวงของคลื่นแมเหล็กไฟฟาซึ่งเปน ฟงกชันของคาคงที่ไดอิเล็กตริกและคาไดอิเล็กตริกลอสแฟก เตอรสามารถแสดงดังนี้ DP =

λ0 ε ′ 2πε ′′

เมือ่ DP คือ ระดับความลึกในแนวตัง้ ฉากกับผิวตกกระทบ ซึ่งแสดงความสามารถในการทะลุทะลวงไดคลื่นไมโครเวฟ จนระดับพลังงานของคลืน่ ลดลงเหลือรอยละ 37 (1/e) λ คือ ความยาวคลืน ่ ในฟรีสเปซหรือทีว่ า ง (free space) 0

จากสมการแสดงการคำนวณเพื่อหาคาความลึกของการ ทะลุทะลวงของคลื่นแมเหล็กไฟฟา พบวาวัสดุที่มีคาไดอิเล็ก ตริก ลอสแฟกเตอรสูงจะมีคาความลึกในการทะลุทะลวงของ คลืน่ ไดต่ำเมือ่ เทียบกับวัสดุทมี่ คี า ไดอิเล็กตริกลอสแฟกเตอรต่ำ กวา และยังพบวาผลของความถี่ของคลื่นแมเหล็กหรือคลื่น ไมโครเวฟมีผลตอความลึกของการทะลุทะลวงเชนกัน นอกจากนี้ Singh และ Heldman (2001) ไดแนะนำสมการ พืน้ ฐานในการคำนวณคาความลึกของการทะลุทะลวงของคลืน่ ไมโครเวฟของวัตถุดบิ ทางอาหาร โดยพัฒนารูปแบบของสมการ จากสมการในการคำนวณคาความลึกของการทะลุทะลวงของ คลื่นแมเหล็กไฟฟาที่มีผลตอการถายเทพลังงานระหวางคลื่น ไมโครเวฟกับวัตถุดบิ ทางอาหารทีส่ มั ผัสกับคลืน่ ไมโครเวฟ ซึง่ เปนฟงกชนั ของคุณสมบัตทิ างไฟฟา (electrical properties) โดย มีรปู แบบสมการดังนี้ DP = เมื่อ

λ0 2π

⎡ ⎢ ⎣ε

2 /

1 + tan δ 2

⎤ − 1⎥ ⎦

0.5

คือ คาคงทีไ่ ดอิเล็กตริก (dielectric constant,) ็ ตริกลอสแฟกเตอร (dielectric loss ε ′′ คือ คาไดอิลก factor) ซึง่ มีเทากับ ε tan δ คลืน่ ไมโครเวฟทีร่ ะดับความถี่ 915 เมกะเฮิรต มีความลึก ในการทะลุทะลวงของคลืน่ ไมโครเวฟ ทีร่ ะดับความลึก 0.130 เมตร ในขณะทีค่ ลืน่ ไมโครเวฟระดับความถี่ 2,450 เมกะเฮิรต มีความสามารถในการทะลุทะลวงไดเพียง 0.049 เมตร ดังนัน้ การประยุกตคลืน่ ไมโครเวฟทีร่ ะดับความถี่ 915 เมกะเฮิรต จึง ถู ก นำมาศึ ก ษาเพื่ อ พั ฒ นาเพื่ อ ให ค วามร อ นกั บ อาหารใน กระบวนใหความรอนอยางปลอดเชือ้ ในอาหาร Lau and Tang (2002) ศึกษาการพาสเจอไรซหนอไมฝรัง่ จำนวน 1.8 กิโลกรัม ทีบ่ รรจุในขวดแกว ทีอ่ ณ ุ หภูมิ 88 oซ.โดยใชคลืน่ ไมโครเวฟที่ ระดั บ ความถี่ 915 เมกะเฮิ ร ต ซึ่ ง ผลการศึ ก ษาพบว า การ พาสเจอไรซดว ยคลืน่ ไมโครเวฟสามารถชวยรักษาคุณภาพดาน เนื้อสัมผัสและสีของหนอไมฝรั่งไดดีกวาการพาสเจอไรซดวย น้ำรอน อยางไรก็ตามแหลงกำเนิดคลืน่ ไมโครเวฟระดับความถี่ 915 เมกะเฮิรต ก็มรี าคาสูงกวาระดับความถี่ 2,450 เมกะเฮิรต ถึง 30 เทาซึ่งเปนขอจำกัดอยางมากในการศึกษาวิจัย ดังนั้น คลื่น ไมโครเวฟทีร่ ะดับความถี่ 2,450 เมกะเฮิรต จึงถูกใชในการศึกษา อยางแพรหลาย อยางไรก็ตาม ระดับความถีด่ งั กลาวมีขอ จำกัดใน ดานความสามารถของการทะลุทะลวงของคลืน่ ไมโครเวฟ จึงไม เหมาะกับการใหความรอนเพือ่ ฆาเชือ้ ผลผลิตทางการเกษตรหรือ อาหารที่มีขนาดใหญ การพาสเจอไรซและการสเตอริไลซดว ย คลื่ น ไมโครเวฟจึ ง ยั ง ไม เ ป น ที่ ย อมรั บ ในด า นของความ ε′

ปลอดภัยเนื่องจากมีความเสี่ยงสูงที่เชื้อจุลินทรียจะเหลือรอด เนือ่ งจากยังไมสามารถมัน่ ใจไดวา อาหารจะไดรบั ความรอนทัว่ ถึงกันทุกจุดตามทีต่ อ งการหรือไม แตจดุ เดนทีน่ า สนใจในดาน ความสามารถในการเหนีย่ วนำความรอนในอัตราทีร่ วดเร็ว จึงถูก พัฒนาและนำมาใชในกระบวนการอบแหง (drying process) เพือ่ ลดความชืน้ ในอาหารและผลผลิตทางการเกษตรโดยการอบ แห ง ด ว ยคลื่ น ไมโครเวฟเป น ที่ ย อมรั บ ทั้ ง ในด า นกระบวน การอบแหงทีม่ ปี ระสิทธิภาพสูงและสามารถรักษาคุณภาพของ ผลิตภัณฑอบแหงไดดเี มือ่ เปรียบเทียบกับกระบวนการอบแหง ดวยลมรอน จากผลการศึกษาของ Maskan (2001) และ Ozkan et al. (2007) ซึ่งมีขอสรุปในทิศทางเดียวกัน เนื่องจากพบวา การอบแหงดวยคลื่นไมโครเวฟมีอัตราการอบแหงทีร่ วดเร็ว กวาการใชลมรอนและสงผลดีตอคุณภาพสีของผลิตภัณฑอบ แหง โดยการอบแหงผลกีวีและผักขมดวยคลื่นไมโครเวฟและ ชวยลดอัตราการสูญสลายสารคลอโรฟลล (รงควัตถุทใี่ หสเี ขียว) และลดการเกิดปฏิกิริยาสีน้ำตาลที่เรงดวยเอนไซมจากการให ความรอนเปนเวลานาน อยางไรก็ตามการใชคลื่นไมโครเวฟ เป น แหล ง พลั ง งานในการอบแห ง เพี ย งอย า งเดี ย วมี ก ารสิ้ น เปลืองพลังงานมากและมีความซับซอนในการควบคุมอุณหภูมิ ของวัสดุในระหวางการอบแหง ซึง่ สงผลกระทบตอการสูญสลาย สารทีม่ คี วามไวตอความรอนอยางมาก จึงไดมีการประยุกตใช ระบบผสมผสาน (hybrid system) ระหวางคลืน่ ไมโครเวฟ และลมรอน โดยใชลมรอนเพื่อเซลลและลดความชื้นในชวง คาบเวลาที่อัตราการอบแหงคงที่ (constant rate period) เพือ่ ลดปริมาณน้ำอิสระทีผ่ วิ หนาเซลล และใชคลื่นไมโครเวฟอบ แห ง ในช ว งคาบเวลาที่ อั ต ราการอบแหงลดลง (falling rate period) ซึง่ ระบบผสมผสานนีม้ ปี ระสิทธิภาพในการอบแหงทีส่ งู และสามารถชวยรักษาคุณภาพของผลิตภัณฑอาหารอบแหงได เปนอยางดี Alibas (2007) เปรี ย บเที ย บอั ต ราการอบแห ง และ

คุณภาพของ อบแหงแผนฟกทอง ดวยลมรอน คลืน่ ไมโครเวฟ และระบบผสมผสานระหวางลมรอนและคลืน่ ไมโครเวฟ พบวา ระบบผสมผสานมีอตั ราการการอบแหงทีส่ งู กวา 2.18 และ 1.15 เทาและคุณภาพสีที่ดีกวาการอบแหงดวยดวยลมรอนและคลื่น ไมโครเวฟ ผลผลิตเกษตรเชิงอนุภาค (particulate agricultural product) ที่มีลักษณะเปนเม็ดหรือชิ้นหั่นยอย โดยลักษณะที่ สำคัญของผลผลิตเกษตรเชิงอนุภาคคือมีปริมาณพื้นที่ผิวมาก และมี น้ำ ที่ ผิ ว หน า ของโครงสร า งเซลล จำนวนมาก ดั ง นั้ น การอบแหงดวยลมรอนแบบปกติในชวงของคาบเวลาที่อัตรา การอบแหงคงที่ จึงไมเพียงพอในการลดความชื้นของผลผลิต ดังกลาวได การประยุกตใชเทคนิคฟลูอไิ ดซเบดหรือสเปาเต็ดเบดมา ใชรว มกับคลืน่ ไมโครเวฟ เพือ่ ศึกษาการอบแหงผลผลิตเกษตร เชิงอนุภาค ผลการศึกษาพบวามีประสิทธิภาพสูงในการกระจาย ความรอนและอัตราการอบแหงที่รวดเร็ว ชวยลดเวลาเวลาใน การอบแหงลดลง 3-5 เทาเมื่อเทียบกับการอบแหงทั่วไป สง ผลใหผลิตภัณฑมคี ณ ุ ภาพทีด่ กี วาเมือ่ เปรียบเทียบกับการอบแหง ดวยฟลูอไิ ดซเบดเพียงอยางเดียว สอดคลองกับผลงานวิจยั ของ Feng et al. (2001) และ Goksu et al. (2005) ใชคลืน่ ไมโครเวฟ รวมกับการการอบแหงดวยเทคนิคฟลูอไิ ดซเบด พบวาสามารถ ลดเวลาในการอบแหงไดมากกวารอยละ 50 เมื่อเทียบกับการ อบแหงดวยฟลูอไิ ดซเบดเพียงอยางเดียว เชนเดียวกับผลการวิจยั ของ Assawarachan et al., (2011) ศึกษาระบบการอบแหงขาว เปลือกดวยระบบ vibro-fluidized bed รวมกับคลืน่ ไมโครเวฟ สำหรับวัสดุทางการเกษตรที่มีขนาดเล็กและมีคุณสมบัติใน การดูดกลืนคลื่นนอย (low lossy material) โดยออกแบบแอ พพลิเคเตอร (applicator) ใหเปนลักษณะเรโซเนนซโหมดเดียว (single resonant mode)โดยผลการศึกษาพบวาสามารถชวยลด เวลาในการอบแหงของ vibro-fluidized bed ไดมากถึง 6.9 เทา แตใชพลังงานในระบบใกลเคียงกัน (รูปที่ 5)

รูปที่ 5 ไดอะแกรมเครือ่ งอบแหงระบบ MicrowaveVibro-Fluidized Bed ทีม่ า : Assawarachan et al., (2011) 46

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

นอกจากนี้ยังมีการนำมาใชรวมกับระบบสุญญากาศ (microwave vacuum drying) ใชลดอุณหภูมิของความรอนที่ สัมผัสกับอาหาร จากการทีเ่ กิดความรอนในอัตราทีร่ วดเร็วและใช เวลาในการแปรรูปเพียงสั้นๆ ทำใหวิธีนี้ชวยพัฒนาทั้งในดาน การผลิตและคุณภาพของอาหารไดอยางดี เชน การรักษาสีและ สารประกอบทีใ่ หกลิน่ และรสทีส่ ำคัญในอาหาร นักวิจยั หลาย ทานไดศึกษาคุณภาพที่เปลี่ยนแปลงไปของผลผลิตทางการ เกษตรด ว ยการอบแห ง ด ว ยคลื่ น ไมโครเวฟภายใต ส ภาวะ สุญญากาศ ซึ่งผลการศึกษาพบวาการอบแหงภายใตสภาวะ สุญญากาศจะใหอตั ราการอบแหงทีร่ วดเร็ว อีกทัง้ คุณภาพของ ผลผลิตทางการเกษตรที่ศึกษาจะมีคุณภาพที่ดีเยี่ยม โดยรักษา ความสดของสี แ ละปริ ม าณสารประกอบที่ ใ ห ก ลิ่ น และรส (Volatile Compounds) ทีส่ ำคัญไดดกี วาการอบแหงดวยลมรอน Assawarachan and Noomhorm (2009) ศึกษาการนำคลื่น ไมโครเวฟมาใชในการระเหยน้ำสับปะรดเขมขนภายใตสภาวะ สุญญากาศ พบวามีอตั ราการระเหยทีส่ งู กวาและคุณภาพสีดกี วา รวมทั้ ง ใช พ ลั ง งานในการระเหยน อ ยกว า การระเหยระบบ สุญญากาศที่ใชไอน้ำเปนแหลงใหความรอน นอกจากนี้ใน รายงานวิจยั ของ Assawarachan and Noomhorm (2011) พบวา การใชคลื่นไมโครเวฟในระเหยน้ำสับปะรดเขมขนภายใต ระบบสุญญากาศ ไมสง ผลกระทบตอคาความหนืดปรากฏของน้ำ สัปปะรดเขมขนและมีปริมาณสารแคโรทีนอยด (Carotenoids) ทีห่ ลงเหลือในน้ำสับปะรดในปริมาณทีม่ ากกวา เมือ่ เปรียบเทียบ กับน้ำสัปปะรดทีร่ ะเหยระบบสุญญากาศดวยไอน้ำ

4. การเกิดความรอนดวยคลื่นวิทยุ (Radio Frequency Heating) การเกิดความรอนดวยคลืน่ วิทยุ เปนเทคโนโลยีการสราง T = 30-40oC

ความรอนทีเ่ ปนผลพลอยไดจากเทคโนโลยีการผลิตอาวุธ ในชวง สงครามโลกครัง้ ที่ 2 ซึง่ เปนเทคโนโลยีในการเหนีย่ วนำความ รอนดวยคลืน่ แมเหล็กในชวงความถี่ 13.56±0.007 และ 40.68 ± 0.162 เมกะเฮิรต ซึง่ มีความยาวคลืน่ โดยประมาณ 10-11.2 เมตร และมีสามารถแทรกเขาไปเหนีย่ วนำใหเกิดความรอนในตัววัตถุ เปนโลหะได (Tang et al., 2005) ในขณะทีค่ ลืน่ ไมโครเวฟจะถูก สะทอนกลับมาถาวัตถุนั้นเปนโลหะโดยหลักการในการเกิด ความรอนของคลืน่ วิทยุ เมือ่ วัตถุอยรู ะหวางขัว้ อิเล็กโทรดจะถูก เหนี่ยวนำดวยคลื่นวิทยุใหโมเลกุลมีขั้วในตัววัตถุนั้นเกิดการ หมุ น และเสี ย ดสี กั น อย า งรุ น แรง ซึ่ ง ผลของการเสี ย ดสี กั น ระหวางโมเลกุลอยางรุนแรงทำใหเกิดเปนพลังความรอน ซึ่ง เปนหลักการเดียวกับการเกิดความรอนดวยคลืน่ ไมโครเวฟ แตมี อัตราการเหนี่ยวนำคลื่นแมเหล็กที่หนาแนนกวาและมีความ สามารถในทะลุผา นไดดกี วาคลืน่ ไมโครเวฟ (Marra et al., 2009) โดยการเหนีย่ วนำความรอนดวยคลืน่ วิทยุจะมีอตั ราการเกิดความ รอนสูง และใหความรอนมากกวา 200-1,000 oซ. จากผลการ เปรียบเทียบอัตราการเกิดความรอนในสารมาตรฐาน (น้ำกลัน่ ) ดวยหมอตมทีใ่ ชฮที เตอรไฟฟาขนาด 1.5 กิโลวัตต และหมอตม ทีใ่ ชวธิ เี หนีย่ วนำความรอนดวยคลืน่ วิทยุ ทีร่ ะดับความถี่ 27.123 เมกะเฮิรต พบวาหมอตมที่ใชหลักการเหนี่ยวนำดวยคลื่นวิทยุ จะใชเวลานอยถึง 25 เทาในการตมน้ำในอัตราการความรอนที่ เทากัน (Laycock et al., 2003) เชนเดียวกับผลการวิจยั ของ Guo et al. (2006) เปรียบเทียบประสิทธิภาพในการยับยั้งการเจริญ เติบโตของเชือ้ Escherichia coli K12 ของตัวอยางเนือ้ วัว ซึง่ หมอ ตมที่ใชวิธีเหนี่ยวนำความรอนดวยคลื่นวิทยุจะชวยลดเวลาใน ใหความรอนในกระบวนแปรรูปดังกลาวถึง 30 เทาเมือ่ เทียบกับ การให ค วามร อ นด ว ยหม อ ต ม ที่ ใ ช ฮี ท เตอร ไ ฟฟ า และมี ประสิทธิภาพในการยับยัง้ การเจริญเติบโตของเชือ้ Escherichia

T = 85-100oC

T = 350-900oC

รูปที่ 6 การเหนีย่ วนำความรอนของเทคโนโลยี Induction Heating ทีม่ า : http//www.gpgyjr.com.cn (วันทีส่ บื คน 18 พฤษภาคม 2554) วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 17 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2554

รูปที่ 7 การทำงานของเตาแมเหล็กไฟฟา ทีใ่ ชเทคโนโลยี IH ทีม่ า : http//www.eve.co.th (วันทีส่ บื คน 1 พฤษภาคม 2554) coli K12 ไดดกี วา เนือ่ งจากเนือ้ วัวจะไดรบั ความรอนผานตัวกลาง น้ำ ในหม อ ต ม แล ว และยั ง ได รั บ ความร อ นจากการเหนี่ ย ว นำความรอนดวยคลืน่ วิทยุโดยตรง Orsat et al. (2004) ศึกษา การนำคลืน่ วิทยุทกี่ ำลังวัตต 600 กิโลวัตตและระดับความถี่ 27.12 เมกะเฮิรต ใชในการพาสเจอไรซเนือ้ แฮมซึง่ บรรจุในพลาสติก ฟลม แบบสุญญากาศ ทีช่ ว งอุณหภูมิ 75 และ 85 oซ. เปนเวลา 5 นาที พบวาเนือ้ แฮมทีผ่ า นการพาสเจอไรซดว ยคลืน่ วิทยุมอี ตั รา การลดลงของจุลนิ ทรียท มี่ ากกวา แตมกี ารสูญเสียน้ำหนักทีน่ อ ย กวา นอกจากนีย้ งั มีคณ ุ ภาพดานประสาทสัมผัสทีด่ กี วาเนือ้ แฮม ทีพ่ าสเจอไรซดว ยแบบปกติ เมือ่ เปรียบเทียบกับการใหความรอนดวยรังสีอนิ ฟราเรด และคลืน่ ไมโครเวฟ พบวาการใชความรอนดวยคลืน่ วิทยุเพือ่ ให ความรอนแกอาหารโดยตรงยังไมเปนที่นิยมนัก เนื่องจากมี ตนทุนดานเครือ่ งกำเนิดคลืน่ วิทยุ มีราคาแพงกวามาก อยางไร ก็ตามการเกิดความรอนดวยคลืน่ วิทยุจะมีประสิทธิภาพสูง เมือ่ ใช เ หนี่ ย วนำวั ต ถุ ที่ เ ป น โลหะ เพราะในโมเลกุ ล ของโลหะ ประกอบดวยโมเลกุลมีขวั้ ทีแ่ ข็งแรง เมือ่ ถูกเหนีย่ วนำคลืน่ วิทยุ ภายใตความเขมของสนามไฟฟาและสนามแมเหล็ก โมเลกุล ในโลหะจะเกิดการเสียดสีของโมเลกุลมีขั้วอยางรุนแรง เกิด เปนพลังงานความรอนประสิทธิภาพสูง (รูปที่ 6) วิธีนี้จึงเปนที่นิยมสำหรับอุตสาหกรรมโลหะหนักเพื่อ ใชในการหลอมโลหะ ตอมาจึงไดมีการพัฒนาการเหนี่ยวนำ ความรอนดวยคลื่นวิทยุมาใชในระบบการใหความรอนแบบ Induction Heating (IH) และนำมาประยุกตใชเหนีย่ วนำภาชนะ ที่ผลิตจากโลหะผสม เมื่อถูกเหนี่ยวนำดวยคลื่นวิทยุก็จะเกิด ความรอนในตัวภาชนะทีอ่ ณ ุ หภูมสิ งู และสัมผัสกับอาหาร ดังนัน้ อาหารจึงไดรับความรอนอยางรวดเร็ว เทคโนโลยีดังกลาวถูก พัฒนาและออกแบบสรางขึน้ เปนเตาแมเหล็กไฟฟา (รูปที่ 7) ที่ มีอตั ราการสรางความรอนในอาหารสูง จะเห็นไดวา ถึงแมวธิ กี ารใหความรอนดวยคลืน่ วิทยุจะไม เปนที่นิยมใชกับอาหารโดยตรง แตก็สามารถนำไปประยุกต 48

สร า งอุ ป กรณ ที่ ใ ห ค วามร อ นแก อ าหารได เ ป น อย า งดี (Assawarachan and Noomhorm, 2008) จากบทความขางตน สามารถกลาวโดยสรุปไดวา การใช คลืน่ แมเหล็กไฟฟาเปนแหลงพลังงานความรอนมีขอ ดีกวาการ ใหความรอนแบบเดิมอยหู ลายประการ โดยคลืน่ แมเหล็กไฟฟา จะเหนีย่ วนำใหเกิดความรอนจากภายในตัวอาหารเอง ดวยอัตรา การเพิม่ ความรอนทีร่ วดเร็วและมีประสิทธิภาพสูง ใชเวลาสัน้ จึง ชวยรักษาลักษณะทางประสาทสัมผัสของอาหารไดดี แตทั้งนี้ นวัตกรรมการใหความรอนดวยคลื่นแมเหล็กไฟฟายังเปน เทคโนโลยีชนั้ สูง และมีขอ จำกัดดานการผลิตอีกหลายประการ ดังนัน้ ในการพัฒนากระบวนการใหความรอนจากคลืน่ พลังงาน แมเหล็กไฟฟาสำหรับการแปรรูปอาหารยังคงตองการความรทู าง วิชาการและงานวิจยั ทีเ่ กีย่ วของ เพือ่ พัฒนาใหเหมาะสมกับการ แปรรูปอาหารในระดับอุตสาหกรรมตอไป

5. แนวทางการวิจัยของการประยุกตคลื่นแมเหล็ก ไฟฟาในการแปรรูปอาหาร จากรายงานวิจยั ทีผ่ า นมาเกีย่ วกับกระบวนการใหความ รอนดวยคลืน่ แมเหล็กไฟฟา ทีร่ ะดับความถีต่ า งๆ ตัง้ ป ค.ศ. 2000 ถึงปจจุบนั พบประเด็นทีน่ า สนสำหรับการวิจยั และเปนแนวทาง ในการศึกษาและวิจัยในอนาคต ซึ่งสามารถจำแนกของเปน หั วขอตางๆ ไดดงั นี้ 1) การเกิดความรอนดวยรังสีอินฟราเรด (Infrared Heating): สำหรับการวิจัยในสวนของการเกิดความรอนดวย คลืน่ ความรอนจากรังสีอนิ ฟราเรด มีประเด็นทีน่ า สนใจและการ พัฒนานวัตกรรมดานการใหความรอน ดังนี้ - การออกแบบระบบการให ค วามร อ นด ว ยรั ง สี อินฟราเรดรวมระบบการทำความรอนแบบอื่น เชน การอบแหงดวยระบบฟลูอไิ ดซเบดทีอ่ ณ ุ หภูมติ ่ำรวมกับ คลืน่ ความรอนจากรังสีอนิ ฟราเรด - การศึกษาการใชคลืน่ ความรอนจากรังสีอนิ ฟราเรด รวม

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

ตารางที่ 1 การเปรียบเทียบขอดีและขอเสียของการใหความรอนดวยคลืน่ แมเหล็กไฟฟาแบบตางๆ วิธี

ขอเสียเปรียบ

ขอไดเปรียบ

1. มีอัตราการใหความรอนที่สูง และสามารถชวย เสริมคุณลักษณะของอาหารไดดีขึ้น เชน การ ชวยใหมสี แี ละกลิน่ ทีด่ ขี นึ้ 1. สามารถเกิดความรอนสูงและมีประสิทธิภาพสูง Microwave heating ในการเปลี่ยนพลังงานไฟฟาเปนพลังงานความ รอน งายตอการใชและควบคุม 2. สามารถใชกบั อาหารไดทกุ ประเภท และการแปร รูปไดเกือบทุกชนิด 3. มีงานวิจยั รองรับจำนวนมาก Radio frequency heating 1. สามารถนำไปประยุกตใชกับเครื่องใชไฟฟา ที่ มี อั ต ราการเกิ ด ความร อ นที่ ร วดเร็ ว และ ประสิทธิภาพสูงในการเปลี่ยนพลังงานไฟฟา เปนพลังงานความรอนดวยเทคโนโลยี Induction heating Infrared heating

1. มีขอ จำกัดในเรือ่ งรูปแบบการแปรรูปอาหาร โดยสามารถใชไดกบั การอบและการทำแหง อาหารเทานัน้ 1. ไมเหมาะกับการใชกบั อาหารทีม่ ขี นาดใหญ และยังไมเปนที่ยอมรับวาสามารถเกิดความ รอนทั่วถึงกันทุกจุด เนื่องจากมีขอจำกัดใน เรือ่ งคาความลึกของการทะลุทะลวงของคลืน่ ไมโครเวฟ (penetration depth of microwave) หรือความลึกเชิงกำลัง (penetration depth) 1. คาใชจา ยในการผลิตสูง 2. มีความเสีย่ งตอการไดรบั อันตรายจากการรัว่ ไหลของพลังงาน

ทีม่ า: อรรถพล และฤทธิชยั (2550) กับลมรอนในกระบวนการอบแหงแบบ 2 ขัน้ ตอน เพือ่ เพิ่มคุณภาพของผลิตภัณฑอบแหง - การศึกษากระบวนการอบแหง ดวยคลื่นความรอน จากรังสีอนิ ฟราเรด รวมกับ คลืน่ แมเหล็กไฟฟาชนิดอืน่ เชน คลืน่ ไมโครเวฟ หรือ คลืน่ วิทยุ เพือ่ ปรับปรุงเพิม่ ประสิทธิภาพของกระบวนการและลดขอจำกัดของ คลื่นแมเหล็กไฟฟาชนิดอื่นๆ 2) การเกิดความรอนดวยคลื่นไมโครเวฟ (Microwave Heating) และคลืน่ วิทยุ (Radio Frequency Heating): เนือ่ ง จากกลไกการเกิดความรอนที่เหมือนกัน จึงมีลักษณะการวิจัย การพัฒนานวัตกรรม และประเด็นทีน่ า สนใจ ดังนี้ - การพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตรสำหรับการ วิเคราะหการถายเทความรอนและมวลสารในวัสดุพรุน ทีไ่ มอมิ่ ตัวและมวลสารในวัตถุชวี ภาพ - การพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตรในรูปแบบใหม ของกระบวนการอบแหงวัสดุทางการเกษตร และ นำองคความรไู ปประยุกตใชในการออกแบบเครือ่ งอบ แห ง ซึ่ ง ใช ค ลื่ น ไมโครเวฟ หรื อ คลื่ น วิ ท ยุ เ ป น ตั ว เหนี่ยวนำความรอน - การออกแบบระบบการใหความรอนคลื่นไมโครเวฟ หรือ คลืน่ วิทยุ สำหรับกระบวนการอบแหงรวมระบบ การทำความรอนแบบอืน่ เชน ระบบไมโครเวฟ (คลืน่

วิทยุ) -สเปาเต็ดเบด หรือ ฟลูอไิ ดซเบด, การอบแหง ระบบไมโครเวฟ (คลืน่ วิทยุ) สุญญากาศ - การพัฒนาการเหนีย่ วนำความรอนดวยคลืน่ ไมโครเวฟ (คลืน่ วิทยุ)เพือ่ การกระตนุ การเปลีย่ นแปลงโครงสราง ทางเคมีของมวลสารในวัตถุชีวภาพเชนการเรงอัตรา การเกิดปฏิกริ ยิ าใน ไบโอดีเซล - การพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตรเพื่อทำการ วิ เ คราะห ก ระบวนการเปลี่ ย นแปลงเฟสสำหรั บ กระบวนการละลายอาหารแชเยือกแข็ง ดวยคลื่น ไมโครเวฟ (คลืน่ วิทยุ)ในระบบ 3 มิติ และปรากฏการณ Thermal Runaway Heating อยางละเอียด

สรุป จากบทความขางตน สามารถกลาวโดยสรุปไดวา การใช คลื่นแมเหล็กไฟฟาเปนแหลงพลังงานความรอนมีจุดเดนที่ เหนือการเกิดความรอนดวยวิธกี ารแลกเปลีย่ นความรอนผานตัว กลางทางความรอนทัว่ ไป หลายประการทัง้ ในดานประสิทธิภาพ ในการเกิดความรอน การดูแลรักษา ตลอดจนการใชพลังงาน การ สรางความรอนคลืน่ ดวยแมเหล็กไฟฟาจะเกิดความรอนขึน้ ภาย ในตัวอาหารเอง โดยอัตราการเกิดความรอนจะขึ้นอยูกับชนิด และความถีข่ องคลืน่ แมเหล็กไฟฟา ซึง่ มีอตั ราการเกิดความรอน ทีร่ วดเร็วและมีประสิทธิภาพสูง ใชเวลาสัน้ จึงชวยรักษาลักษณะ

ทางประสาทสัมผัสของอาหารไดดี แตทั้งนี้นวัตกรรมการให ความรอนดวยคลืน่ แมเหล็กไฟฟายังเปนเทคโนโลยีชนั้ สูง และ มีขอจำกัดดานการผลิตอีกหลายประการ ดังนั้นในการพัฒนา กระบวนการใหความรอนจากคลื่นพลังงานแมเหล็กไฟฟา สำหรับการแปรรูปอาหารยังคงตองการความรทู างวิชาการและ งานวิจัยที่เกี่ยวของ เพื่อพัฒนาใหเหมาะสมกับการแปรรูป อาหารในระดับอุตสาหกรรมตอไป

กิตติกรรมประกาศ บทความวิชาการนี้ไดรับการสนับสนุนจากหนวยวิจัย เทคโนโลยีการอบแหงและการลดความชืน้ คณะวิศวกรรมและ อุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแมโจ ผูเขียนขอขอบคุณ ศาสตราจารย ดร.อรรถพล นมุ หอม รองศาสตราจารย ดร. สุวทิ ย เตีย และ รองศาสตราจารย ดร.ทิพาพร อยวู ทิ ยา ทีใ่ หการอบรม สัง่ สอนและขัดเกลาความคิดสรางสรรคในการทำงานวิจยั และ การเขี ย นบทความวิ ช าการต า งๆ ตลอดจนการปลู ก ฝ ง จรรยาบรรณของการเปนผใู หความรู

เอกสารอางอิง ผดุงศักดิ์ รัตนเดโช. 2551. พื้นฐานการใหความรอนดวย ไมโครเวฟ. พิมพครัง้ ที่ 1. สำนักพิมพมหาวิทยาลัยธรรม ศาสตร, กรุงเทพมหานคร. วิไล รังสาดทอง. 2547. เทคโนโลยีการแปรรูปอาหาร. พิมพ ครั้งที่ 4 . บริษทั เทกซ แอนด เจอรนลั พับลิเคชัน จำกัด, กรุงเทพมหานคร. อรรถพล นมุ หอม และ ฤทธิชยั อัศวราชันย. 2550. คลืน่ แมเหล็ก ไฟฟา พลังงานความรอนรูปแบบใหม. Food Focus Thailand. ฉบับที่ 16 ประจำเดือนกรกฎาคม 2550. หนา 28- 33. อรรถพล นมุ หอม และ ฤทธิชยั อัศวราชันย. 2552. การออกแบบ และเลือกขนาดฮีทเตอรไฟฟาใหเหมาะกับอุตสากรรม แปรรู ป อาหาร.Food Focus Thailand. ฉบั บ ที่ 40 ประจำเดื อ นกรกฎาคม 2552. หนา 38- 40. Alibas, I. 2007. Microwave, air and combined microwave-airdrying parameters of pumpkin slices. LWT 40: 14451451. Assawarachan, R. 2005. Innovative Process Heating by Electrotechnologies, Special Study Report, Asian Institute of Technology, Bangkok, Thailand. Assawarachan, R. and Noomhorm, A. 2008. Application electromagnetic radiation technologies in food

processing: In The 2 nd R&DID* International Conference - 2008; University of the Thai Chamber of Commerce, Bangkok, Thailand; Theme: Global Competitiveness Through, Research and Development, Innovation, Design. Assawarachan, R. and Noomhorm, A. 2008. Production of Juice Concentrate by Microwave Vacuum Evaporation. International Journal of Food, Agriculture & Environment 6(3&4): 47-53. Assawarachan, R. and Noomhorm, A. 2009. Changes in color and rheological behavior of pineapple concentrate through various evaporation methods. International journal of agricultural and biological engineering 3(1): 74-84. Assawarachan, R. Sripinyowanich, J., Theppadungporn, K. and Noomhorm, A. 2011.Drying paddy by microwave vibro-fluidized drying using single mode applicator. International Journal of Food, Agriculture & Environment 9(2): 50-54. Assawarachan, R. and Noomhorm, A. 2011. Influence of Temperature and TSS on performance of evaporation and rheological properties of pineapple concentration by microwave vacuum, Journal of food process engineering. (online version on 25 April 2011). Das, I., Das, S.K. and Bal, S. 2004. Specific energy and quality aspects of infrared (IR) dried parboiled rice. Journal of Food Engineering 62: 9-14. Das, I., Das, S.K. and Bal, S. 2009. Drying kinetics of high moisture paddy undergoing vibration-assisted infrared (IR) drying. Journal of Food Engineering 95: 166-171. Dondee, S., Meeso, N., Soponronnarit, S. and Sirizmornpun, S. 2011. Reducing cracking and breakage of soybean grains under combined near-infrared radiation and fluidized-bed drying. Journal of Food Engineering 104: 6-13. Feng, H. Tang, J., Cavalieri, R. P. and Plumb, O. A. 2001. Heat and mass transport in microwave drying of porous materials in spouted bed. A.I.Ch.E. Journal 47(7): 14991512. Goksu, E.I. Sumnu, G. and Esin, A. 2005. Effect of microwave on fluidized bed drying of macaroni beads. Journal of

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

Food Engineering 66: 463-468. Guo, Q., Piyasena, P., Mittal , G.S. Si, W and Gong J., 2006. Efficacy of radio frequency cooling in the reduction of Escherichia coli and shelf stability of ground beef. Food Microbiology 23 (2): 112-118. Laycock, L., Piyasena, P. and Mittal, G.S. 2003. Radio frequency cooking of ground, comminuted and muscle meat products. Meat Science 65(3): 959-965. Lau, M.H. and Tang, J. 2002. Pasteurization of pickled asparagus using 915 MHz microwave. Journal of Food Engineering 51: 283-290. Marra, F., Zhang, L., Lyng, J.G. 2009. Radio frequency treatment of foods: Review of recent advances. Journal of Food Engineering 91: 497-508. Maskan, M. 2001. Kinetics of colour change of kiwifruits during hot air and microwave drying. Journal of Food Engineering 48: 169-175. Meeso, N., Nathakaranakule, A., Madhiyanon, T. and Soponronnarit S. 2004. Influence of FIR irradiation on paddy moisture reduction and milling quality after fluidized bed drying. Journal of Food Engineering 65: 293-301.

Nimmol, C., Devahastin, S., Swasdisevi, T. and Soponronnarit, S. 2007. Drying of banana slices using combined low pressure superheated steam and far infrared radiation. Journal of Food Engineering 81: 624-633. Nowak, D. and Lewicki, P.P. 2004. Infrared drying of apple slices. Innovative Food Science and Emerging Technologies 5: 353-360. Orsat, V., Bai, L., Raghavan, G.S.V. and Smith, J.P. 2004. Radtio-frequency heating of ham to enhance shelf-life in vacuum packaging, Journal of Food Processing Engineering 27: 267-283. Ozkan, I. A., Akbudak, B. and Akbudak, N. 2007. Microwave drying characteristics of spinach. Journal of Food Engineering 78: 577-583. Singh, R.P and Heldman D.R. 2001. Microwave heating. In Introduction to Food Engineering 3 rd ed., London Tang, J., Wang, Y. and Chan, T.V.C.T. 2005.Radio frequency heating in food processing. In: Gustavo BarbosaCánovas, G.V., Tapia, M.S., Cano, M.P. (Eds), Novel Food Processing Technologies. Marcel Dekker, New York, NY, USA, 501-524. Togrul, H. 2006. Suitable drying model for infrared drying carrot. Journal of Food Engineering 77: 610-619.

วิธีการละลายแบบรวดเร็วดวยเทคโนโลยีสมัยใหม Novel Methods for Rapid Thawing Technology อุมาพร อุประ1) สุเนตร สืบคา1) ฤทธิชยั อัศวราชันย 1) Umaporn Upara1) Sunate Surbkar1) Rittichai Assawarachan1)

Abstract Frozen food thawing is one of the most important preparing steps in food processing. The thawing methods usually use in food industry today such as leaving food in room temperature and immerse in water, which is a medium for heat transfer. Although these methods are simple and uncomplicated, food quality is severely decreased. The longer melting time results in weight loss of food products, food quality deterioration in terms of color and texture, loss of nutritional value and increasing risk of microorganisms contamination. For all reasons mentioned above, many food thawing methods have been developing, for example, ultrasonic thawing, microwave thawing, ohmic thawing and high pressure thawing. The benefits from developed methods are decreasing thawing time and improving the quality of frozen food. In addition, the cost of cleaning melting area and waste water treatment can be reduced. This article presents the innovative technology which helps increasing the efficiency of frozen food thawing for industrial application and commercial development. Keywords: ultrasonic thawing, microwave thawing, ohmic thawing, high pressure thawing

บทคัดยอ การละลายอาหารแชเยือกแข็งเปนขัน้ ตอนในการเตรียมทีส่ ำคัญอยางยิง่ ในการแปรรูปอาหาร ปจจุบนั วิธกี ารละลายทีใ่ ชใน ระดับอุตสาหกรรม ไดแกการปลอยใหเกิดการละลายทีอ่ ณ ุ หภูมหิ อ ง และการใชแชในบอน้ำ เพือ่ ใหน้ำเปนตัวกลางในการถายเทความ รอน ซึง่ ทัง้ สองวิธี มีหลักการทีง่ า ยและไมซบั ซอน แตใชเวลาในการละลายทีย่ าวนาน และสงผลกระทบตอการสูญเสียคุณภาพของ อาหารอยางมาก เกิดการสูญเสียน้ำหนักในระหวางการละลาย และการเสือ่ มเสียของคุณภาพในสีและเนือ้ สัมผัส รวมทัง้ การสูญเสีย คุณคาทางโภชนาการ นอกจากนีย้ งั เสีย่ งตอการปนเปอ นสารพิษจากการเจริญเติบโตของเชือ้ จุลนิ ทรียใ นระหวางการละลายทีย่ าวนาน จึงไดมกี ารพัฒนาเทคโนโลยีสมัยใหมเพือ่ เพิม่ ประสิทธิภาพของการละลายอาหารแชเยือกแข็ง อาทิเชน การละลายดวยคลืน่ เสียง (Ultrasonic Thawing) การละลายดวยคลืน่ ไมโครเวฟ (Microwave Thawing) การละลายดวยเทคโนโลยีโอหมมิค (Ohmic Thawing) และ การละลายโดยใชแรงดันสูง (High Pressure Thawing) เพือ่ ชวยลดเวลาในการละลาย และลดการสูญเสียคุณภาพของอาหาร แชเยือกแข็ง โดยเทคโนโลยีสมัยใหมเหลานีส้ ามารถลดตนทุนในดานการทำความสะอาด การดูแลรักษาพืน้ ทีใ่ นการละลาย และการ บำบัดน้ำทิง้ ทีเ่ หลือจากกระบวนการละลาย บทความนีจ้ งึ ไดนำเสนอเทคโนโลยีและนวัตกรรมทีช่ ว ยเพิม่ ประสิทธิภาพของการละลาย อาหารแชเยือกแข็ง เพือ่ ประยุกตใชในระดับอุตสาหกรรมและเปนแนวทางการพัฒนาในเชิงพาณิชย คำสำคัญ: การละลายดวยคลืน่ เสียง, โอหมมิค, ไมโครเวฟ, การละลายโดยใชแรงดันสูง

บทนำ การละลายอาหารแชเยือกแข็งเปนขั้นตอนในการเตรียม วัตถุดิบอาหารสำหรับการแปรรูปที่มีความสำคัญและมีความ จำเปนในการควบคุมคุณภาพอาหารในระหวางการละลาย เนือ่ ง จากในระหวางการละลายอาหารแชเยือกแข็ง อาหารจะเกิดการ

เปลี่ยนแปลงทางคุณลักษณะ ทั้งดานกายภาพ (การเสียสภาพ ของเนือ้ สัมผัส การเปลีย่ นแปลงสี) และ ดานเคมี (การสูญเสีย รสชาติ และสารอาหาร) ตลอดจนมีอตั ราเสีย่ งตอการปนเปอ น สารพิษจากการเจริญเติบโตของจุลลินทรียในระหวางการ ละลายอาหารทีย่ าวนาน (Shirai and Yoshikawa, 1999)

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

รูปที่ 1 แผนผังการละลายแบบดัง้ เดิมและเทคโนโลยีสมัยใหม การละลายอาหารแชเยือกแข็ง แบงเปน 2 วิธีการตาม ลักษณะของกลไกการถายเทความรอนในระหวางการละลาย ไดแก 1) การใชตัวกลางในถายเทความรอนสูผลิตภัณฑ ซึ่ ง เปนวิธกี ารแบบดัง้ เดิม และการสรางความรอนใหเกิดขึน้ ภายใน ผลิตภัณฑซงึ่ เปนเทคโนโลยีสมัยใหม (ฤทธิชยั , 2546) ในป จ จุ บั น วิ ธี ก ารละลายอาหารแช เ ยื อ กแข็ ง ใน อุตสาหกรรมการแปรรูปในประเทศไทยยังใชการละลายดวยวิธี การแบบดัง้ เดิม เนือ่ งจากควบคุมการทำงานงาย และคาใชจา ยต่ำ อาทิเชน การละลายปลาแชเยือกแข็งดวยวิธกี ารแชในบอน้ำ โดย ใชน้ำเปนตัวกลางในการแลกเปลีย่ นความรอน หรือ การละลาย โดยใชอากาศเปนตัวกลาง เชน การวางซูรมิ แิ ชเยือกแข็งทิง้ ไวให เกิดการละลายตามธรรมชาติ วิธกี ารละลายแบบดัง้ เดิมมีอตั ราการละลายชาและใชเวลา นาน และใชพื้นที่มาก ซึ่งจะทำใหเกิดการสูญเสียน้ำหนักของ อาหารระหวางการละลาย เนือ่ งจากในระหวางการละลายผลึก น้ำแข็งขนาดเล็กทีอ่ ยรู อบๆ โครงสรางเซลลในอาหารจะรวมตัว กันเปนผลึกน้ำแข็งขนาดใหญซึ่งแทรกอยูระหวางโครงสราง เซลล และคมของผลึกน้ำแข็งจะทำลายผนังโครงสรางเซลลใน อาหาร สงผลใหทำของเหลวทีเ่ ซลลเกิดการสูญเสีย หรือการ สูญเสียน้ำหนักในระหวางการละลาย (Drip Loss) ดังนัน้ การ ละลายอาหารแชเยือกแข็งที่อัตราการละลายแบบชาๆ จึงเปน สาเหตุสำคัญทีท่ ำใหอาหารเกิดการสูญเสียคุณคาทางโภชนาการ รวมถึงการเปลีย่ นแปลงคุณลักษณะทางกายภาพ เคมีของอาหาร แชเยือกแข็งอยางมาก นอกจากนีย้ งั มีโอกาสเกิดความเสีย่ งของ การปนเปอ นสารพิษเนือ่ งจากการเจริญเติบโตของเชือ้ จุลนิ ทรีย (Miao et al., 2007)

2)การใช เ ทคโนโลยี ส มั ย ใหม เ ข า ช ว ยปรั บ ปรุ ง ประสิทธิภาพการละลาย จากขอจำกัดตางๆ ของวิธกี ารละลาย แบบดั้งเดิมมี จึงมีการนำเทคโนโลยีสมัยใหมเขาชวยปรับปรุง ประสิทธิภาพการละลาย เพือ่ เพิม่ อัตราการละลาย และลดการ สูญเสียคุณภาพของอาหารในระหวางการละลาย Li and Sun (2002) ไดจำแนกเทคโนโลยีทเี่ หมาะสมใน การละลายอาหารแชเยือกแข็งแบงออกเปน 4 แบบไดแก การ ละลายดวยคลืน่ เสียง (Ultrasonic Thawing) การละลายดวยไมโครเวฟ (Microwave Thawing) การละลายดวยเทคโนโลยีโอหมมิค (Ohmic Thawing) และ การละลายโดยใชแรงดันสูง (High Pressure Thawing) (รูปที่ 1) โดยเทคโนโลยีสมัยใหมชว ยลดขอเสีย ของการละลายดวยวิธีดั้งเดิมและนำมาประยุกตใชในระดับ อุตสาหกรรม สามารถลดการใชพื้นที่และตัวกลางในการแลก เปลี่ยนความรอน และลดการสูญเสียคุณภาพในดานตางๆ ได เปนอยางดี แตองคความรทู เี่ กีย่ วของกับการละลายวัสดุดบิ อาหาร แชเยือกแข็งดวยเทคโนโลยีดงั กลาวยังมีจำนวนนอย บทความวิชาการนี้ไดเรียบเรียงบทความวิชาการและ บทความวิจัยที่เกี่ยวของกับเทคโนโลยีกับกระบวนการละลาย อาหารแชเยือกแข็ง และการเปรียบเทียบขอไดเปรียบ และขอ จำกัดของเทคโนโลยีในดานตางๆ เพื่อใชเปนแนวทางในการ พัฒนาในการละลายวัสดุดิบอาหารแชเยือกแข็งทั้งในดานการ พัฒนางานวิจยั หรือการใชประโยชนในเชิงพาณิชยตอ ไป

1. การละลายดวยเทคโนโลยีคลืน่ ความถี่ (Acoustic / Ultrasonic Thawing) การนำวัสดุดบิ อาหารแชเยือกแข็งเขาสกู ระบวนการผลิต ขั้นตอนตอไป จำเปนตองนำอาหารแชเยือกแข็งมาผานการ ละลาย โดยการวิธีการละลายที่นิยมใชในระดับกระบวนการ

รูปที่ 2 การเปรียบเทียบการละลายของน้ำแข็งในอาหารดวยวิธี การละลายดวยคลืน่ เสียงและวิธแี ชในน้ำ (ทีม่ า : Li and Sun, 2002) อุตสาหกรรม ซึง่ จะตองละลายอาหารแชเยือกแข็งในปริมาณที่ มาก เพือ่ เตรียมเขาสกู ระบวนการผลิต จึงนิยมใชการละลายน้ำ แข็งดวยวิธแี ชน้ำ โดยใชน้ำเปนตัวกลางในการถายเทความรอน วิธกี ารดังกลาวก็ใชเวลาในการละลายทีย่ าวนาน ซึง่ ปกติการการ ละลายอาหารแชเยือกแข็งทีอ่ ณ ุ หภูมิ -18 oซ. ถึง 2-3 oซ. จะใช เวลาประมาณ 10-15 ชัว่ โมง ดังนัน้ จึงมีการพัฒนาเทคโนโลยี การสั่นสะเทือนดวยคลื่นเสียงมาใชเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของ การละลายดวยวิธกี ารแชน้ำ โดยคลืน่ เสียงสามารถชวยเรงอัตรา การเปลีย่ นเฟสของผลึกน้ำแข็งและการถายเทความรอนจากภาย ในเนื้ออาหารแชเยือกแข็ง รูปที่ 2 แสดงกลไกการละลายของวัสดุอาหารแชเยือกแข็ง เทียบกับการละลายโดยกลไกการถายเทความรอนแบบธรรมชาติ พบวาการประยุกตคลืน่ เสียงมาใชในการละลายอาหารแชเยือก แข็งจะชวยเพิม่ ประสิทธิภาพในการละลาย เนือ่ งจากคลืน่ เสียง จะชวยกระตุนการเปลี่ยนสถานะของผลึกน้ำแข็งภายในวัสดุ อาหารแชเยือกแข็งไดดกี วาการละลายโดยกลไกการถายเทความ รอนแบบทัว่ ไป โดยคลืน่ เสียงจะเรงการสัน่ สะเทือนของผลึก น้ำแข็งใหเกิดการเสียดสีกันและเปลี่ยนสถานะเปนของเหลว ทันที สามารถลดปรากฏการณการรวมตัวของผลึกน้ำแข็งขนาด เล็กเปนผลึกน้ำแข็งขนาดใหญ หรือ การตกผลึกใหม (Recrystallization) ซึง่ การเกิดปรากฏการณดงั กลาวจะสงผลเสียตอโครง สรางเซลลอาหารหรือการสูญเสียน้ำหนักของอาหารระหวาง การแชเยือกแข็ง (Li and Sun, 2002) Kissam et al. (1981) พัฒนาการละลายดวยคลืน่ อะคูสติก (ความถี่ 1500 เฮิรตซ และระดับพลังงาน 60 วัตต) ในการละลาย ปลาแชเยือกแข็งรูปทรงสีเ่ หลีย่ ม (ความหนา 91 มิลลิเมตร และ มีน้ำหนักประมาณ 12.7 กิโลกรัม) รวมกับการแชน้ำ การละลาย 54

ดวยคลืน่ อะคูสติกใชเวลาในการละลายนอยกวาวิธกี ารแชดว ยน้ำ เพียงอยางเดียว ถึงรอยละ 71 Mile et al. (1999) ศึกษาการละลายเนือ้ วัวและเนือ้ ปลา แชเยือกแข็งดวยคลืน่ อุลตราโซนิก ทีร่ ะดับความถี่ 500 กิโล เฮิรตซ แมวา การละลายดวยเทคโนโลยีคลืน่ ความถีจ่ ะชวยลดเวลา ในการละลาย และลดอัตราการสูญเสียคุณภาพของวัสดุอาหาร แชเยือกแข็งไดเปนอยางดี แตเทคโนโลยีดังกลาวยังไมไดรับ ความนิยมและนำมาใชในกระบวนการละลายในระดับอุตสาห กรรม เนือ่ งจากยังจำเปนตองใชปริมาณน้ำในการละลายทีม่ าก และยังคงมีขอ จำกัดในดานตางๆ ไมแตกตางจากวิธกี ารละลาย แบบดัง้ เดิม

2. การละลายดวยเทคโนโลยีคลื่นไมโครเวฟ (Microwave Thawing) คลื่นไมโครเวฟเปนคลื่นแมเหล็กไฟฟาในชวงความถี่ ระหวาง 300 MHz - 300 GHz ปจจุบนั ไดกำหนดความถีข่ อง คลืน่ ไมโครเวฟสำหรับกระบวนการใหความรอนไวที่ 2 ระดับ ความถี่ คือ 915±13 MHz และ 2,450±50 MHz การเกิดความ รอนดวยคลืน่ ไมโครเวฟประกอบดวย การเหนีย่ วนำเชิงไอออน (Ionic Conduction) และกลไกชนิดการหมุนของทั้งสองขั้ว (Dipolar Rotation) ซึ่งคาความรอนที่เกิดจากคลื่นไมโครเวฟ เหนี่ยวนำใหโมเลกุลของน้ำภายในอาหารและเกิดการหมุน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงขั้วไฟฟาอยางรวดเร็ว ผลของการ หมุนนี้ทำใหเกิดการเสียดสีของโมเลกุลของน้ำภายในอาหาร กอใหเกิดความรอนในอาหารไดอยางรวดเร็ว (Assawarachan and Noomhorm, 2011) โดยประสิทธิภาพการเกิดความรอนดวย วิธไี มโครเวฟขึน้ อยกู บั คุณสมบัตดิ า นไดอิเล็กตริกของอาหารใน แตละชนิด (Meredith,1998) จากจุดเดนที่นาสนใจในดาน ประสิทธิภาพและกลไกการเกิดความรอนจากภายในเนือ้ อาหาร จึงมีการนำคลื่นไมโครเวฟมาประยุกตใชเพื่อละลายอาหารแช เยือกแข็งในระดับอุตสาหกรรม การใชคลื่นไมโครเวฟในการละลายอาหารแชเยือกแข็ง จะชวยเรงอัตราการละลายไดดี จึงใชเวลาในการละลายที่นอย กวาวิธกี ารละลายแบบดัง้ เดิม และไมตอ งใชตวั กลางในการถาย เทความรอน และใชพนื้ ทีใ่ นการละลายนอย สามารถลดการสูญ เสียดานคุณภาพและการสูญเสียน้ำหนักในระหวางกระบวน การละลายไดอยางดี (Li and Sun, 2002) ปจจุบนั มีรายงานวิจัยจำนวนมากที่ศึกษาการละลายวัสดุ ดิบอาหารแชเยือกแข็งดวยคลืน่ ไมโครเวฟ อาทิเชน รายงานวิจยั ของ Aider and Halleux (2008) ซึง่ ไดนำคลืน่ ไมโครเวฟมาใช ในการละลายน้ำเชื่อมเมเบิ้ลเขมขนจากกระบวนการผลิตแบบ

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

Cryoconcentration Technology พบวา การนำคลืน่ ไมโครเวฟ มาชวยในการละลายสามารถชวยลดเวลาในการละลาย อยางไรก็ตาม การละลายอาหารแชเยือกแข็งดวยคลื่น ไมโครเวฟมีความเหมาะสมกับชิ้นอาหารที่มีขนาดเล็ก ไม เหมาะสมกับชิ้นอาหารที่มีขนาดใหญ เนื่องจากความสามารถ ในการแทรกผานของคลื่นไมโครเวฟมีความลึกที่จำกัด (Penetration Depth) แตเนื่องจากการละลายดวยคลื่นไมโครเวฟมี ความคมุ คาเชิงเศรษฐศาสตรมากกวาการละลายดวยเทคโนโลยี อืน่ ๆ จึงไดมกี ารพัฒนาระบบการละลายดวยคลืน่ ไมโครเวฟใน ระดับอุตสาหกรรม แตเปนลักษณะการใชงานของการละลาย วัสดุดบิ อาหารแชแข็งบางสวน เชนการละลายวัสดุดบิ อาหารแช เยือกแข็งที่ยังไมเขาสูการเปลี่ยนเฟส เชน การละลายวัสดุดิบ อาหารแชเยือกแข็ง จากอุณหภูมิ -20 oซ. ลดลงเหลือ -3 oซ. ปจจุบนั มีเครือ่ งละลายผลิตภัณฑเนยหรือไขมันสำหรับ บริโภค ทีก่ ำลังการละลาย 1-4 ตันตอชัว่ โมง สำหรับเนือ้ แชเยือก แข็งประมาณ 1.5-6.0 ตันตอชัว่ โมง โดยใชกำลังไฟฟา 32-120 กิโลวัตต (วิไล, 2543)

3. การละลายดวยเทคโนโลยีโอหมมิค (Ohmic Thawing) เทคโนโลยีการใหความรอนแบบโอหมมิค (Ohmic Heating Technology) สรางความรอนจากการตานทานการไหลผาน ของกระแสไฟฟา โดยการปลอยกระแสไฟฟาผานขัว้ อิเล็กโทรด ที่เปนโลหะ และเมื่อกระแสไฟฟาไหลเขาสูอาหาร สามารถ สรางความรอนในอัตราที่รวดเร็วและเกิดจากภายในตัวอาหาร (Assawarachan and Noomhorm, 2008) เทคโนโลยีการใหความรอนแบบโอหมมิค สามารถนำมา ประยุกตใชการแปรรูปอาหารในลักษณะตางๆ อาทิเชน การลวก (Blanching) การพาสเจอไรซ (Pasteurization) การสเตอริไลซ (Sterilization) การแปรรูปอาหารแบบปลอดเชื้อ (Aseptic Process) และการละลายอาหารแชเยือกแข็ง (Thawing Process)

รูปที่ 3 การละลายอาหารแชยอื กแข็งดวยวิธโี อหมมิคฮีทติง้ ทีม่ า : Zitny, et al., 2003.

จากการทบทวนวรรณกรรมทีเ่ กีย่ วของซึง่ ระบุในแนวทาง เดียวกันวาเทคโนโลยีการใหความรอนแบบโอหมมิคมีความ เหมาะสมอยางยิง่ ในการประยุกตเพือ่ การละลายอาหารแชเยือก แข็ง มีอตั ราการละลายรวดเร็วและชวยลดการสูญเสียคุณภาพ ของอาหารไดดี รูปที่ 3 แสดงตัวอยางการละลายอาหารแชเยือกแข็งดวย เทคโนโลยีการใหความรอนแบบโอหมมิค โดยปลอยกระแส ไฟฟาผานโลหะทีเ่ ปนขัว้ อิเล็กโทรดทัง้ 2 ขางผานเขาสอู าหาร แชเยือกแข็ง กระแสไฟฟาจะกระตนุ การเปลีย่ นสถานะของผลึก น้ำแข็งใหเปนของเหลวอยางรวดเร็ว มีอตั ราการละลายทีร่ วดเร็ว เนื่องจากมีกลไกการเกิดความรอนทั้งภายนอกและภายใน อาหารแชเยือกแข็ง เทคโนโลยีการใหความรอนแบบโอหมมิคยังมีขอได เปรียบในดานของการประหยัดพลังงานที่ใชในการละลาย Roger Meredith (1998) ไดระบุถงึ ประสิทธิภาพในการเปลีย่ น พลังงานไฟฟาของเทคโนโลยีการใหความรอนแบบโอหมมิค เปนพลังงานความรอนในอาหารมีคา มากกวารอยละ 95 ซึง่ ขึน้ อยกู บั ความสามารถในการนำไฟฟาของอาหารชนิดนัน้ ๆ แตใน ขณะทีก่ ารเกิดความรอนดวยคลืน่ ไมโครเวฟนัน้ มีขอ จำกัดใน ดานการใชพลังงานไฟฟาปริมาณมากของแมกนีตรอน (Magnetron) ซึง่ เปนอุปกรณในกอกำเนิดคลืน่ ไมโครเวฟนัน้ มีขอ จำกัด ในด า นการใช พ ลั ง งานไฟฟ า ปริ ม าณมากของแมกนี ต รอน (Magnetron) ซึง่ เปนอุปกรณในกอกำเนิดคลืน่ ไมโครเวฟ จาก ขอไดเปรียบเชิงวิศวกรรมนี้ เทคโนโลยีการใหความรอนแบบ โอหมมิคจึงถูกนำมาวิจยั และศึกษาพัฒนาเพือ่ นำมาประยุกตใช ในการละลายอาหารแชแข็ง (Richardson, 2001) Ohtsuki (1993) และ Yun et al. (1998) ไดทดลองนำ เทคโนโลยีโอหมมิคฮีทติง้ มาประยุกตใชในการละลายอาหารแช เยือกแข็งชนิดตางๆ เชน ปลาทูนา เนือ้ วัว เนือ้ เปด และไข พบวา มีอตั ราการละลายทีร่ วดเร็ว สามารถชวยลดเวลาในการละลายได มากถึงรอยละ 67-75 และลดอัตราการสูญเสียน้ำหนักในระหวาง การละลายไดมากกวาวิธกี ารละลายโดยการแชในน้ำ ซึง่ สงผลตอ การเปลี่ยนแปลงคุณภาพของเนื้อสัมผัส สี และลักษณะทาง กายภาพดานตางๆ เนื่องจากวิธีการเหนี่ยวนำความรอนใน ระหวางการละลายดวยเทคโนโลยีการใหความรอนแบบโอหม มิค จะเกิดขึ้นทั้งภายนอกและภายในโครงสรางอาหาร ซึ่ง จะชวยกระตุนใหผลึกน้ำแข็งภายในโครงสรางเซลลเปลี่ยน สถานะอยางรวดเร็ว จากปรากฏการณดงั กลาวจึงชวยลดการเกิด การตกผลึกใหม จากการรวมตัวของผลึกน้ำแข็งขนาดเล็ก ซึ่ง จะสงผลตอการสูญเสียน้ำหนักในระหวางกระบวนการละลาย เทคโนโลยีการละลายดวยวิธกี ารใหความรอนแบบโอหม

มิคถูกนำมาออกแบบและสรางขึน้ มาใชในการละลายปลาทะเล แชเยือกแข็งในอุตสาหกรรมการผลิตปลากระปองในประเทศ สหรัฐอเมริกา โดยเทคโนโลยีดงั กลาวสามารถลดปริมาณน้ำทีใ่ ช ในกระบวนการละลายไดมากถึง 12.6 พันลานลิตรตอป ซึง่ ลด ตนทุนในการบำบัดน้ำเสียทีเ่ กิดจากการละลายดวยวิธกี ารแชน้ำ ไดมากถึง 95,000 เหรียญสหรัฐอเมริกาตอป (Roberts, 1998) ผลการวิจัยของ Bozkurt and Íç ier (2009) ซึ่งศึกษา ผลกระทบและการเปลีย่ นแปลงคุณภาพของเนือ้ วัวแชเยือกแข็ง รูปทรงสีเ่ หลีย่ มลูกบาศกในระหวางการละลายดวยเทคโนโลยี การใหความรอนแบบโอหมมิค จากผลการวิจัยพบวาเนื้อวัวมี คุณภาพทีด่ ี มีอตั ราการสูญเสียน้ำหนักในระหวางการละลายต่ำ และการเปลีย่ นแปลงของสีของเนือ้ วัวเพียงเล็กนอย การพัฒนา เทคโนโลยีการใหความรอนแบบโอหมมิคจึงเปนวิธกี ารละลาย ทีม่ ปี ระสิทธิภาพสูงและไดรบั ความสนใจอยางมาก

4. การละลายดวยเทคโนโลยีแรงดันสูง (High Pressure Thawing) การละลายดวยเทคโนโลยีแรงดันสูงเปนนวัตกรรมสมัย ใหมในการละลายอาหารแชเยือกแข็ง โดยใชหลักการการ สราง สภาวะแรงดันอากาศสูงในระบบการละลาย ประมาณ 200-400 เมกะปาสคาล (MPa) สภาวะดังกลาวจะทำใหผลึกน้ำแข็งทีอ่ ยใู น โครงสรางอาหารสามารถในการเปลี่ยนเฟสของแข็งเปนเฟส ของเหลวไดอยางรวดเร็ว ซึง่ สามารถลดการรวมตัวของผลึกน้ำ แข็งขนาดเปนเปนผลึกน้ำแข็งขนาดใหญ (Rouille′ , 2002) สง ผลกระทบตอการสูญเสียน้ำหนักในระหวางการละลายอาหาร แชเยือกแข็ง การละลายดวยเทคโนโลยีแรงดันสูงสามารถชวยใหผลึก น้ำแข็งในอาหารเกิดการเปลี่ยนเฟสจากของแข็งเปนของเหลว ไดอยางทัว่ ถึง สามารถชวยลดเวลาในการละลายโดยใชเวลาใน การละลายเนื้อวัวแชเยือกแข็งเพียง 1 ใน 3 ของวิธีการละลาย แบบดัง้ เดิม รายงานวิจยั ของ Makita (1992) และ Zhao et al. (1998) พบวาอัตราการสุญเสียน้ำหนักของอาหารแชเยือกแข็ง ในระหวางการละลายดวยดวยเทคโนโลยีแรงดันสูงมีคาเพียง เล็กนอย และไมมคี วามแตกตางทางสถิตเิ มือ่ เทียบกับเนือ้ วัวสด ที่ระดับความเชื่อมั่นรอยละ 95 นอกจากนี้ Teramoto and Fuchigami (2000) ยังพบวาการละลายดวยเทคโนโลยีแรงดันสูง สามารถลดเวลาในการละลาย และรักษาโครงสรางเซลลของ ผลิตภัณฑไดเปนอยางดี เชนเดียวกับรายงานวิจยั ของ Rouille′ et al. (2002) ซึง่ พบวาการละลายเนือ้ ปลาและเนือ้ หอยแชเยือก แข็งทีอ่ ณ ุ หภูมิ -22องศาเซลเซียสภายใตแรงดันอากาศ 150 MPa ชวยลดการสูญเสียน้ำหนักในระหวางการละลายไดมาก รอยละ 56

ถึง 70 ในเนือ้ ปลาแชเยือกแข็ง และรอยละ 31 สำหรับเนือ้ หอย แชเยือกแข็ง เมื่อเทียบกับการละลายภายใตแรงดันอากาศปกติ อย า งไรก็ ต ามการละลายด ว ยเทคโนโลยี แ รงดั น สู ง มี ต น ทุ น พลั ง งานสำหรั บ การสร า งสภาวะแรงดั น สู ง ที่ สู ง มาก เทคโนโลยีการละลายดังกลาวจึงไมเปนทีน่ ยิ มใชกนั ระในระดับ อุตสาหกรรม แมวาจะใหคุณภาพของผลิตภัณฑที่ดีกวาการ ละลายดวยวิธกี ารอืน่ ๆ การพัฒนากระบวนการละลายโดยใชคลืน่ แมเหล็กไฟฟา ดวย วิธกี ารโอหมมิค และคลืน่ ไมโครเวฟ และการละลายภายใต สภาวะแรงดันอากาศสูง ซึง่ เทคโนโลยีตา งๆ มีขอ ไดเปรียบและ ขอจำกัดในลักษณะตางๆ กัน โดยตารางที่ 1 จะเปนการสรุปขอ มูลทีไ่ ดจากการรวบรวมงานวิจยั ตางๆ ของการเปรียบเทียบขอได เปรียบและขอจำกัดในทางดานตางๆ ของเทคโนโลยีในการ ละลายที่ ก ล า วมา เพื่ อ เป น แนวทางในการพั ฒ นาและปรั บ ปรุงกระบวนการละลายวัสดุดิบอาหารแชเยือกแข็งชนิดตางๆ ตลอดจนการเลือกใชเทคโนโลยีที่เหมาะสม เพื่อใหผูที่สนใจ สามารถนำไปพัฒนาเพือ่ ตอยอดองคความรเู พือ่ นำไปพัฒนาใน เชิงพาณิชยตอ ไปในอนาคต

สรุป การละลายอาหารแชเยือกแข็งมีความสำคัญเทียบเทากับ การแปรรูปอาหารในขัน้ ตอนอืน่ ๆ แตการละลายแบบดัง้ เดิมทีใ่ ช ในระดับอุตสาหกรรมในปจจุบนั มีขอ จำกัดในเรือ่ งการสูญเสีย คุณภาพของอาหารในระหวางการละลายมาก ดังนัน้ การพัฒนา กระบวนการละลายอาหารแชเยือกที่แข็งที่มีความเหมาะสม จะชวยลดเวลาในการละลาย และลดการสูญเสียคุณภาพดาน ตางๆของอาหารไดเปนอยางดี การพัฒนาเทคโนโลยี หรือนวัต กรรมการผลิตสมัยทีส่ ามารถเพิม่ ประสิทธิภาพ และสามารถควบ คุมสภาวะในการละลายไดเปนอยางดี จึงวิธที ถี่ กู สุขลักษณะและ ลดการสูญเสียคุณคาทางโภชนาการของอาหารในระหวางการ ละลาย

กิตติกรรมประกาศ บทความวิชาการนี้ไดรับการสนับสนุนจากหนวยวิจัย เทคโนโลยีการอบแหงและการลดความชืน้ คณะวิศวกรรมและ อุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแมโจ คณะผเู ขียนขอขอบคุณ ศาสตราจารย ดร.อรรถพล นมุ หอม รองศาสตราจารย ดร. สุวทิ ย เตีย และ รองศาสตราจารย ดร.ทิพาพร อยวู ทิ ยา ทีใ่ หการอบรม สัง่ สอนและขัดเกลาความคิดสรางสรรคในการทำงานวิจยั และ การเขียนบทความวิชาการตางๆ ตลอดจนการปลูกฝงจรรยา บรรณของการเปนผใู หความรู

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

ตารางที่ 1 การเปรียบเทียบขอไดเปรียบและขอจำกัดของการละลายดวยเทคโนโลยีแบบตางๆ ชนิดของการละลาย (Thawing Process) การละลายดวยวิธีดั้งเดิม (Conventional Thawing)

- เปนวิธที งี่ า ยตอการควบคุมกระบวนการ

การละลายดวยคลื่นเสียง (Ultrasonic Thawing)

- มี ก ลไกการทำงานที่ ง า ยและไม ซั บ ซ อ น สามารถทำงานรวมกับเทคโนโลยีการใหความ ร อ นแบบต า งๆ ได ประหยั ด พลั ง งานใน ระหวางการละลายไดดี - มี อั ต ราการละลายที่ เ ร็ ว และประยุ ก ต ใ ช กั บ อาหารไดทกุ ประเภท ลดการสูญเสียคุณภาพใน ระหวางการละลายไดดี - สามารถประยุกตใชในการละลายอาหารแช เยือกแข็งไดทุกประเภท โดยไมตองสัมผัสกับ เนือ้ อาหาร - ลดการสูญเสียคุณภาพในระหวางการละลายได ดี

การละลายดวยไมโครเวฟ (Microwave Thawing)

ขอเสียเปรียบ

ขอไดเปรียบ

การละลายดวยโอหมมิค (Ohmic Thawing)

- มี อั ต ราการละลายที่ เ ร็ ว และมี อั ต ราการสิ้ น ละลายทีร่ วดเร็ว - ใชพนื้ ทีใ่ นการละลายนอย และลดการสูญเสีย คุณภาพในระหวางการละลายไดดี

การละลายดวยความดันสูง (High Pressure Thawing)

- มี อั ต ราการละลายที่ เ ร็ ว และประยุ ก ต ใ ช กั บ อาหารไดทกุ ประเภท โดยไมตอ งสัมผัสกับเนือ้ อาหารโดยตรง - ลดการสูญเสียคุณภาพในระหวางการละลายได ดีมาก

- ใชเวลาในการละลายนาน จึงมีโอกาสเสีย่ งตอ การปนเปอ นสารพิษของเชือ้ จุลลินทรีย - มีอตั ราการสูญเสียน้ำหนัก (Drip Loss) และ การเสือ่ มสภาพของโครงสรางเซลลสงู - ใชพื้นที่ในการละลายเปนบริเวณมากและมี ค า ใช จ า ยในการบำบั ด น้ำ ทิ้ ง ที่ เ หลื อ จาก กระบวนการ - มีอตั ราการละลายต่ำ เมือ่ เทียบกับนวัตกรรม ชนิดอืน่ จึงมีผลกระทบดานคุณภาพมากกวา การละลายดวยวิธโี อหมมิค ไมโครเวฟ และ การละลายดวยแรงดันสูง และยังตองใชน้ำ เปนตัวกลางในการแลกเปลีย่ นความรอน จึง ยังมีคาใชจายในการดำเนินงานที่สูง - มีความยงุ ยากควบคุมอุณหภูมใิ นระหวางการ ละลาย กระจายความรอนเนือ้ อาหารไมสม่ำ เสมอ รวมทั้งไมเหมาะกับอาหารที่มีความ หนามากเนือ่ งจากขอจำกัดในการทะลุทะลวง ของคลืน่ และมีอตั ราการสิน้ เปลือ้ งพลังงาน มาก - มีขอ จำกัดของชนิดอาหารทีเ่ หมาะสม เหมาะ กับการใชกบั อาหารทีค่ า การนำไฟฟาสูง และ ต อ งสั ม ผั ส กั บ เนื้ อ อาหารโดยตรง จึ ง ไม เหมาะกั บ การละลายอาหารที่ อ ยู ใ นบรรจุ ภัณฑ - กระบวนการควบคุมการละลายทีซ่ บั ซอนและ ใชพลังงานสูงจากการสรางสภาวะความดัน อากาศสูง

เทพมหานคร.

เอกสารอางอิง วิไล รังสาดทอง. 2547. เทคโนโลยีการแปรรูปอาหาร. พิมพ ครั้งที่ 4. บริษทั เทกซแอนดเจอรนลั พับลิเคชัน จำกัด, กรุงเทพมหานคร. ฤทธิ ชั ย อั ศ วราชั น ย . 2546. การศึ ก ษาค า การนำไฟฟ า และ วิธีการละลายดวยวิธี Ohmic ของซูริมิแชเยือกแข็ง. โครงงานวิศวกรรมมหาบัณฑิต สาขาวิศวกรรมอาหาร คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยพระจอมเกลาธนบุรี (วพ 149231) Aider, M. and Halleux, D. 2008. Passive and microwaveassisted thawing in maple sap cryoconcentration technology. Journal of Food Engineering 85, 65-72. Assawarachan, R. and Noomhorm, A. 2008. Application electromagnetic radiation technologies in food processing: Paper presented at The 2nd R&DID* International Conference 2008; University of the Thai Chamber of Commerce, Bangkok, Thailand ;Theme: Global Competitiveness Through, Research and Development, Innovation, Design. Assawarachan, R. Sripinyowanich, J., Theppadungporn, K. and Noomhorm, A. 2011. Drying paddy by microwave vibro-fluidized drying using single mode applicator. International Journal of Food, Agriculture & Environment 9(2), 50-54. Bozkurt, H. and Íçier, F. 2009. Ohmic Thawing of Frozen Beef cuts. Journal of food Process Engineering. (online version on 25 April 2011). Kissam, A.D., Neison, R.W., Ngao, J. and Hunter, P. 1981. Water-thawing of fish using low frequency acoustics. Journal of Food Science 47, 71-75. Li, B. and Sun, D.W. 2002. Novel methods for rapid freezing and thawing of Food - a review. Journal of food engineering 54, 175-182. Makita, T. 1992. Application of high pressure and thermophysical properties of water to biotechnology. Fluid Phase Equilibrium 76, 87-95. Meredith, R. 1998. Electrical volumetric heating. In Engineers' Handbook of Industrial Microwave Heating. The Institution of electrical Engineers, London, United Kingdom.

Miao, Y., Chen, J.Y. and Noguchi, A. 2007. Studies on ohmic Thawing of frozen surimi. Food Sci. Technol. Res. 13 (4), 296-300. Miles, C.A., Morley, M.J. and Rendell, M. 1999. High power ultrasonic thawing of frozen foods. Journal of Food Engineering 39, 151-159. Ohtsuki T. 1991. Process for thawing foodstuffs. European Patent 0409430. Richardson, P., 2001. Ohmic Heating. In Thermal technologies in food processing. Woodhead publishing limited, Abington Hall, Abington combridge CB1 6AH, England. Roberts, J., Balaban M.O., Zimmerman, R. and Luzuriaga, D. 1998. Design and testing of a prototype ohmic thawing unit. Computers and electronics in Agriculture 19, 211222. Rouille′ , J., Lebail, A., Ramaswamy. H.S. and Leclerc, L. 2002. High pressure thawing of fish and shellfish. Journal of Food Engineering 53, 83-88. Shirai, T. and Yoshikawa, T. 1999. Changes in components during freezing and thawing for food storage. Nippon Shokuhin Kagaku Kogaku Kaishi, 50, 151-156. (in Japanese). Teramoto, A. and Fuchigami, M. 2000. Changes in temperature texture and structure of konnyaku (konjac glucomannan gel) during high pressure freezing. Journal of Food Science 62 (1), 150-154. Yun, C.G., Lee, D.H., and Park, J.Y. 1998. Ohmic thawing of a frozen meat chunk. Journal of Food Science and Technology (Korean), 30 (4), 842-847. Zhao, Y.Y., Fores, R.A. and Olson, D.G. 1998. High hydrostatic pressure effects on rapid of frozen beef. Journal of Food Science 63(2), 272-275. Zitny, R. J. Sestak, M. Dostal and M. Zajicek. 2003. Continuous direct ohmic heating of liquids. Available: http:// www.fsid.cvut.cz/~zitnyrud/zitny/ohmic.htm (May 20, 2011).

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

แบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหงสำหรับวัสดุพรุน Mathematical Drying Models for Porous Materials สุเนตร สืบคา1) ฤทธิชยั อัศวราชันย 1) Sunate Surbkar1) Rittichai Assawarachan1)

Abstract Mathematical drying models in porous media fall into 3 categories, namely theoretical, semi-theoretical and empirical model. The theoretical approach bases on an assumption that moisture inside material being dried is transported by mean of diffusion method across the material's geometry. The answer to this model is an effective diffusion coefficient. If air temperature known, energy activation can be found by applying the Arrhenius Equation. The semi-theoretical approach concerns approximated theoretical model. The empirical equations are easy to apply and have been widely used as they depend on experimental data. The results of either category are compared to their goodness of fit in terms of coefficient of determination, reduced chi-square and root mean square error. Whereby, an important parameter affects a study on drying kinetics is moisture ratio which is a ratio of moisture remains within the material being dried to a total moisture evaporated under a specific drying condition. Keywords: kinetics, drying, drying model, moisture ratio

บทคัดยอ แบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหงในวัสดุพรุนแบงเปน 3 กลุมคือ สมการทางทฤษฎี สมการกึ่งทฤษฎี และสมการ เอมพิรคิ ลั การถายเทมวลภายในวัสดุทเี่ ปนสมการทางทฤษฎีมกั ตัง้ สมมติฐานวาการเคลือ่ นทีค่ วามชืน้ ภายในวัสดุเกิดขึน้ โดยการแพร ตามรูปทรงของวัสดุ คำตอบของสมการนีค้ อื สัมประสิทธิก์ ารแพรความชืน้ ประสิทธิพล ซึง่ หากทราบอุณหภูมขิ องอากาศทีใ่ ชอบแหง จะสามารถหาพลังงานในการกระตนุ ไดโดยการประยุกตใชสมการอารรเี นียส สำหรับสมการกึง่ ทฤษฎีเปนวิธกี ารในการแกสมการทาง ทฤษฎีใหรวดเร็วและงายขึน้ โดยการลดรูปของคำตอบของสมการทางทฤษฎีลง สวนสมการเอมพิรคิ ลั นัน้ เปนสมการทีง่ า ยและนิยม ใชกนั อยางกวางขวางเนือ่ งจากสามารถพัฒนาไดจากการทดลอง พารามิเตอรทางสถิตทิ ใี่ ชตรวจสอบความกลมกลืนของแบบจำลอง ไดแก สัมประสิทธิก์ ารตัดสินใจ การลดลงไคกำลังสอง และรากทีส่ องของความคลาดเคลือ่ นกำลังสองเฉลีย่ ทัง้ นีต้ วั แปรสำคัญใน ศึกษาเกีย่ วกับจลนพลศาสตรการอบแหง คือ อัตราสวนความชืน้ ซึง่ หมายถึงปริมาณของน้ำทีเ่ หลืออยภู ายในวัสดุทกี่ ำลังอบแหงเทียบ กับปริมาณน้ำทัง้ หมดทีอ่ ยภู ายในวัสดุซงึ่ สามารถระเหยไดภายใตสภาวะการอบแหงหนึง่ ๆ คำสำคัญ: จลนพลศาสตร การอบแหง แบบจำลองการอบแหง อัตราสวนความชืน้

บทนำ จลนพลศาสตรเกีย่ วกับอัตรา (Rate) โดยระบบจะดำเนิน ไปสสู ภาวะสมดุล และเกีย่ วของกับกลไกการเกิดปฏิกริ ยิ า ดังนัน้ จลนพลศาสตรจงึ เปนการศึกษาอัตรารวม (Overall rate) ของการ เปลีย่ นแปลงจากตัวทำปฏิกริ ยิ า (Reactants) ไปเปนผลิตภัณฑ (Products) ซึง่ ตองอาศัยเทคนิคของสมการอัตราการเกิดปฏิกริยา ทัว่ ไป (General-reaction rate equation) เพือ่ ศึกษาอัตราเร็วของ ปฏิกริ ยิ าเทียบกับเวลา เชน ปฏิกริ ยิ าการระเบิด จัดเปนปฏิกริ ยิ า

ทีเ่ กิดไดเร็ว สวนการเกิดสนิมของเหล็กจัดเปนปฏิกริ ยิ าทีเ่ กิดได ชา เปนตน การถายเทความรอนและมวลในกระบวนการอบแหง จะเกิดขึน้ เกือบพรอม ๆ กัน การถายเทมวลในทีน่ คี้ อื การเคลือ่ น ยายความชืน้ จากภายในวัสดุออกมาทีผ่ วิ ภายนอกวัสดุ แลวความ ชืน้ ทีผ่ วิ วัสดุจะระเหยกลายเปนไอสบู รรยากาศเพราะความแตก ตางของความดันเฉพาะสวนของไอน้ำในอากาศกับไอน้ำทีพ่ นื้ ผิวของวัสดุทกี่ ำลังอบแหง พฤติกรรมการอบแหงของวัสดุใด ๆ สามารถอธิบายไดดว ยจลนพลศาสตรการอบแหง (Drying kinet-

1) คณะวิศวกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแมโจ สันทราย เชียงใหม 50290 Faculty of Engineering and Agro-Industry; Maejo University, Sansai, Chiang Mai, 50290 Thailand Tel: 053-878121 E-mail: sunate@mju.ac.th วารสารสมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ปที่ 17 ฉบับที่ 1 มกราคม - ธันวาคม 2554

ics) ซึง่ มีประโยชนตอ การทำนายปริมาณความชืน้ หรือระยะเวลา ในการอบแหง การอบแหงเปนกระบวนการแปรรูปที่สำคัญอยางยิ่งใน งานทางดานวิศวกรรมเกษตรและอาหาร โดยผลิตภัณฑอบแหง จะมีอายุการเก็บรักษาทีย่ าวนานกวาผลิตภัณฑแปรรูปแบบอืน่ ๆ เนือ่ งจากมีคา ความชืน้ ต่ำในระดับทีส่ ามารถยับยัง้ การเจริญเติบ โตของจุลินทรียที่ทำใหเกิดการเนาเสียและสรางสารพิษใน อาหารได นอกจากนี้ยังชวยยับยั้งการทำงานของเอนไซมที่สง ผลตอการเปลีย่ นแปลงคุณภาพในอาหารไดเปนอยางดี โดยทัว่ ไปความชืน้ ในชีววัสดุ (Biological materials) คือสารทีส่ ามารถ ระเหยไดเมือ่ ไดรบั ความรอนประกอบไปดวยน้ำ (Water) น้ำมัน หอมระเหย (Volatile oils) ยางเหนียว (Greases) แอลกอฮอล (Alcohols) ตัวทำละลายอินทรีย (Organic solvents) และกลิน่ หอมระเหย (Flavors) ในจำนวนนีน้ ้ำถือเปนองคประกอบหลัก ซึง่ มีมากถึงรอยละ 50-80 ขึน้ อยกู บั ชนิดและโครงสรางเซลล อัตราสวนความชืน้ (Moisture ratio, MR) คือปริมาณของ น้ำที่เหลืออยูภายในวัสดุที่กำลังอบแหงเทียบกับปริมาณน้ำทั้ง หมดทีอ่ ยภู ายในวัสดุซงึ่ สามารถระเหยไดภายใตสภาวะการอบ แหงหนึง่ ๆ สามารถเขียนความสัมพันธเปนสมการไดวา MR =

M − M eq M 0 − M eq

(1)

เมื่อ M = ความชืน้ ของวัสดุ ณ เวลาใด (%d.b) Meq = ความชืน้ สมดุลของวัสดุ (%d.b) M0 = ความชืน้ เริม่ ตนของวัสดุ (%d.b) ความชืน้ สมดุล (Equilibrium moisture content, Meq) เปน พารามิเตอรทสี่ ำคัญในการศึกษากระบวนการอบแหงโดยเฉพาะ การศึกษาระยะเวลาการอบแหง (Drying period) เนือ่ งจากความ แตกตางระหวางความชื้นของวัสดุ ณ เวลาใดเวลาหนึ่งของ การอบแหงกับความชืน้ สมดุลของวัสดุคอื การวัดความเปนไปได หรือแรงขับดันไอน้ำระหวางวัสดุกบั อากาศแวดลอม นอกจากนี้ ความชืน้ สมดุลยังมีความสำคัญตอการผสม (Mixing) การบรรจุ (Packaging) และการเก็บรักษา (Storage) ผลผลิตเกษตร เนือ่ ง จากวัสดุทางการเกษตรเปนวัสดุธรรมชาติทมี่ กี ารเปลีย่ นแปลง ตลอดเวลาและเต็มไปดวยความชื้น การแลกเปลี่ยนความชื้น จะเกิดขึน้ ระหวางตัววัสดุเองกับสิง่ แวดลอมจนกวาวัสดุจะถึงจุด ความชืน้ สมดุลซึง่ เปนสภาพทีไ่ มมกี ารเพิม่ หรือสูญเสียความชืน้ อีกตอไป ในสมการคา Meq ของวัสดุนนั้ สามารถหาได 4 วิธี ดัง นี้ 1. จากเอกสารอางอิงทีน่ า เชือ่ ถือทีม่ กี ารศึกษาเรือ่ งความ ชืน้ สมดุลของวัสดุทเี่ กีย่ วของ

2. จากการทดลองโดยการปลอยใหวสั ดุเขาสจู ดุ สมดุลกับ สภาวะการอบแหงหนึง่ ๆ แลวนำตัวอยางทีเ่ ขาสจู ดุ สมดุลแลวไป ตรวจวัดหาความชืน้ ความชืน้ ทีไ่ ดคอื ความชืน้ สมดุล วิธกี ารนีห้ าก วัสดุใชเวลานานในการเขาสูจุดสมดุล วัสดุอาจเกิดการเปลี่ยน เปนสีน้ำตาล (Browning) หรือไหมได (Lee and Hsieh, 2008) คามวลทีไ่ ดจะไมใชมวลทีแ่ ทจริงแตจะเปนเถา (Ash) 3. จากวิธอี อ มโดยการพล็อตอัตราการอบแหง (dM/dt) กับ ความชืน้ ของวัสดุ แลวทำการ Extrapolate หาคาความชืน้ สมดุล ไดจากจุดทีอ่ ตั ราการเปลีย่ นแปลงความชืน้ มีคา นอยมากหรือเขา ใกลศนู ย (Bhattacharya et al., 1997; Jain and Lathare, 2004) 4. จากการกำหนดใหความชื้นสมดุลของวัสดุมีคาเปน ศูนยสำหรับการอบแหงดวยคลื่นไมโครเวฟ (Maskan, 2000; Opoku et al., 2007) แตหากเปนการอบแหงแบบการพาความรอน ความชื้นสมดุลตองมีคาไมเปนศูนย แตอยางไรก็ตามงานวิจัย ของ Ertekin and Yaldiz (2004), Waewsak et al. (2006) Lee and Hsieh (2008) และ Khazaei et al. (2008) ซึง่ ศึกษาการอบ แหงดวยลมรอน (Hot-air drying) ก็ยงั ตัง้ สมมติฐานใหคา ความ ชื้นสมดุลมีคาเปนศูนย อยางไรก็ตาม การออกแบบวิธีการอบแหงใหเหมาะสม กับผลิตภัณฑ จำเปนตองคำนึงถึงปจจัยตางๆ ทีม่ คี วามเกีย่ วของ ทั้งในดานวิธีการอบแหง แหลงพลังงานที่ใช ผลกระทบตอ คุณภาพในผลิตภัณฑ ดังนัน้ การทดลองเพือ่ หาคาสภาวะการอบ แหง แบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหงเปนเครื่องมือที่ สำคัญอยางยิง่ ในการออกแบบระบบการอบแหงแบบตางๆ เนือ่ ง จากสามารถบอกถึงความสัมพันธระหวางของอัตราการเปลีย่ น แปลงมวลสารและความรอนที่เกิดขึ้นในระหวางกระบวน การอบแหงตลอดจนการหาสภาวการณอบแหงที่เหมาะสม ของกระบวนการอบแหงแบบตางๆ ไดดี ปจจุบนั แบบจำลองทาง คณิตศาสตรการอบแหงจะถูกนำไปใชในการจำลองสภาวะ การอบแหงและการศึกษาผลกระทบของการปจจัยดานตางๆใน กระบวนการอบแหง ตลอดจนการทดสอบและเปรียบเทียบ เงื่อนไขการอบแหงแบบตางๆ เพื่อหาสภาวะที่เหมาะสมของ การอบแหงแทนการการทดลองจริง ดังนัน้ แบบจำลองทางคณิต ศาสตรการอบแหงซึ่งมีความสะดวกและประหยัดคาใชจายใน การทดสอบเงือ่ นไขในการอบแหง บทความวิชาการนีไ้ ดรวบรวมเอกสารวิชาการทีน่ า เชือ่ ถือ เพือ่ แบงประเภทของแบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหงใน วัสดุพรุนที่ใชในการศึกษาอัตราการเปลี่ยนแปลงความชื้นใน ระหวางกระบวนการอบแหงซึ่งมีขอกำหนดสำคัญคือ เปน การอบแหงแบบชัน้ บาง (Thin-layer drying) ซึง่ ความหนาของ วัสดุจะตองไมเกิน 3 ชัน้ (ASABE Standards, 2006) และการอบ

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

แหงเกิดในคาบเวลาการทำแหงแบบลดลง (Falling rate drying period) ซึง่ การถายโอนความรอนและมวลจะไมจำกัดอยเู ฉพาะ ทีผ่ วิ ภายนอกนอกของวัสดุเทานัน้ แตจะเกิดขึน้ ภายในดวย สา มารถแบงออกเปน 3 ประเภท ไดแก สมการทางทฤษฎี สมการ กึง่ ทฤษฎี และสมการเอมพิรคิ ลั มีรายละเอียดตางๆ ดังนี้

1. สมการทางทฤษฎี (Theoretical equation) ทฤษฎีนมี้ กั ตัง้ สมมติฐานวาการเคลือ่ นทีค่ วามชืน้ ภายใน วัสดุเกิดขึน้ โดยการแพร (Diffusion) ตามกฎขอทีส่ องของ Fick (Fick's Second Law) ซึง่ ดำเนินไปแตกตางกันตามรูปรางของ วัสดุที่กำลังอบแหง ทำใหสามารถคำนวณหาสัมประสิทธิ์การ แพรความชืน้ ประสิทธิผล (Effective diffusion coefficient, Deff) และพลังงานกระตนุ สำหรับการแพรความชืน้ (Activation energy for diffusion) โดยการประยุกตใชสมการอารรเี นียส (Arrhenius equation) ซึง่ เปนหลักการของ Newman (1931) สมมติฐานของ สมการนี้ อาทิ คา Deff นีข้ นึ้ อยกู บั ความชืน้ ของวัสดุในระหวาง การอบแหงและมีคาคงที่ตลอดคาบเวลาการอบแหง อัตราการ หดตัวของวัสดุในระหวางการอบแหงมีคาคงที่ตลอดคาบเวลา การอบแหง การอบแหงเปนแบบมิตเิ ดียว อุณหภูมใิ นการอบแหง มีคา คงที่ เปนตน (Adedeji et al., 2008) กฎขอที่สองของ Fick ในสภาวะการแพรความชื้นที่ไม คงที่ เมือ่ ไมพจิ ารณาอิทธิพลของลาดอุณหภูมแิ ละความดันไอ รวม สามารถอธิบายพฤติกรรมการอบแหงวัสดุไดดงั นี้ (Kardum et al., 2001; Janjai et al., 2007) ∂X ∂t

(2)

= Deff ∇ X 2

คือ Laplace สำหรับเฟสของแข็งทีเ่ คลือ่ นทีข่ องความ ชืน้ ในทิศทางหนึง่ มิตติ ามทิศทาง x มีคา ∇

∇ = 2

1 ∂ x ∂x s

( ) x

∂

∂x

(3)

สัมประสิทธิ์ s มีคา เทากับ 0 สำหรับวัสดุทมี่ รี ปู ทรงเปน แผนระนาบทีม่ คี วามยาวมาก ๆ (Infinite slab) เทากับ 1 สำหรับ วัสดุทมี่ รี ปู ทรงเปนทรงกระบอก (Cylinder) และเทากับ 2 สำหรับ วัสดุทมี่ รี ปู ทรงเปนทรงกลม (Sphere) (Kardum et al., 2001) ใน สมการ (2) เมือ่ กำหนดภาระเริม่ ตนและภาวะขอบเขต (Crank, 1975) จะไดคำตอบของสมการ (2) ดังนี้ (Park, 1998; Kardum et al., 2001; Moyano et al., 2002; Janjai et al., 2007; Adedeji et al., 2008; Chin et al., 2008; Janjai et al., 2008; Gachovska et al., 2008; Vega-Gàlvez et al., 2008) - สำหรับวัสดุทมี่ รี ปู ทรงเปนทรงกลม (Sphere) ทีม่ รี ะยะ รัศมีเทากับ r0 ตัวอยางวัสดุทมี่ รี ปู รางทรงกลม เชน ลำไย

ลิน้ จี่ องนุ เมล็ดถัว่ เหลือง เปนตน M − M eq M 0 − M eq

∞

⎛ ⎝

∑n

exp ⎜ − n π

n =1

⎞ ⎟ ⎠

Deff t

(4)

- สำหรับวัสดุทมี่ รี ปู ทรงเปนทรงกระบอก (Cylinder) ทีม่ ี ระยะรัศมีเทากับ r ตัวอยางวัสดุที่มีรูปรางเปนทรง กระบอก เชน เมล็ดขาวเปลือก ขาวสาร พวกพืชเคีย้ ว มัน (Nuts) ดอกกะหล่ำหัน่ เปนตน M − M eq M 0 − M eq

∞

∑ n =1

4 r

(α )

⎛ ⎝

Deff t

exp ⎜ − (α n )

⎞ ⎟ (5) ⎠

- สำหรับวัสดุที่มีรูปทรงเปนแผนระนาบที่มีความยาว มากๆ (Infinite slab) และมีความหนาครึง่ หนึง่ เทากับ z ตัวอยางวัสดุทางการเกษตรที่มีรูปรางเปนแผนระนาบ เชน ผลไมแผน กลวยฉาบ เผือกฉาบ สาหรายทะเลแผน เปนตน M − M eq M 0 − M eq

⎛ ( 2 n + 1) exp ⎜ − ∑ 4 ( 2 n + 1) ⎝ ∞

2 π Deff t ⎞

n =1

⎟ (6) ⎠

สมการ (4) ถึง (6) มีจำนวนเทอมทีไ่ มมที สี่ นิ้ สุด และเทอม ทายๆ จะมีคา ลดลงเรือ่ ยๆ ดังนัน้ เราอาจตัดเทอมทายๆ ออกไป ได โดยคงไวเฉพาะเทอมแรก (n = 1) ซึง่ คำตอบทีไ่ ดอาจจะไม ผิดไปมากนัก โดยเฉพาะเมื่อเวลาการอบแหงมีคามาก จึง สามารถเขียนสมการใหมสำหรับวัสดุทรงกลม วัสดุทรงกระบอก และวัสดุแผนระนาบ ตามลำดับ ไดดงั นี้ (Reyes et al., 2002; Lee et al., 2004; Gachovska et al., 2008; Khazaei et al. (2008); Vega-G?lvez et al., 2008) M − M eq M 0 − M eq M − M eq M 0 − M eq M − M eq M 0 − M eq

⎛ ⎝

exp ⎜ −π 4

= r

(α )

Deff t r0

⎛ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

exp ⎜ − (α )

⎛ ⎝

exp ⎜ −

Deff t z

⎞ ⎟ ⎠

(7) Deff t r

⎞ ⎟ ⎠

(8) (9)

เมื่อ n = ลำดับทีข่ องฟงกชนั่ (1, 2, 3,…) αn = สงกลับคาฟงกชน ั เบสเซลออเดอรศนู ยตามลำดับที่ n ของฟงกชั่น Deff = สัมประสิทธิก์ ารแพรความชืน้ ประสิทธิผล (mm2/min) t = เวลาในการอบแหง (min) z = ความหนาของวัสดุ (mm) เมือ่ ทราบคา Deff และคาอุณหภูมขิ องอากาศทีใ่ ชในการอบ แหง สามารถหาคาพลังงานกระตนุ สำหรับการแพร (Activation

energy for diffusion, Ea) โดยการประยุกตใชสมการอารรเี นียส (Arrhenius equation) แนวคิดนี้คิดคนครั้งแรกโดย Newman (1931) ซึง่ มีรปู สมการคือ (Lee and Hsieh, 2008) ⎛ ⎝

Deff = D0 exp ⎜ −

Ea RT

⎞ ⎟ ⎠

(10)

เมื่อ D 0 = คาคงทีเ่ ทียบเทาคาสัมประสิทธิก์ ารแพรความชืน้ ประสิทธิผลทีอ่ ณ ุ หภูมอิ ากาศสูงไมมขี อบเขต 2 (mm /min) E a = พลังงานกระตนุ (kJ/kg) R = คาคงทีข่ องกาซ = 8.314 kJ/kmol.K T = อุณหภูมขิ องอากาศทีใ่ ชในการอบแหง (K)

2. สมการกึง่ ทฤษฎี (Semi - theoretical equation) Lewis (1921) กลาววา พฤติกรรมการอบแหงของวัสดุนนั้ จะคลายคลึงกับกฏการเย็นตัวของนิวตัน (Newton's law of cooling) จึงเรียกสมการนีว้ า แบบจำลองของนิวตัน หรือ Exponential Model หรือ Logarithmic Model หรือ Lewis Model (Lee and Hsieh, 2008) ซึง่ เปนรูปแบบผลเฉลยอยางงายของสมการ การแพรความชืน้ ของ Fick ปจจัยทีค่ วบคุมการทำแหงมาจากตัว วัสดุ กฎการเย็นตัวของนิวตันมีรปู แบบสมการ ดังนี้ dT

= − k t (T − T ( eq ))

(11)

จากการเทียบเคียงจึงสามารถเขียนสมการซึ่งเกี่ยวกับ อัตราการอบแหงไดวา dM dt

= − k ( M − M ( eq ))

(12)

แยกสมการและอินทิเกรทโดยใชภาวะเริ่มตนและภาวะ ขอบเขต ดังนี้ M (r , 0 ) = M สำหรับ r<R (13) 0

M ( r0 , t ) = M ( eq )

สำหรับ t<0

(14)

จะได MR =

M − M eq M 0 − M eq

= exp ( − kt )

(15)

ใสล็อกฐานธรรมชาติ (ln) ในสมการ (15) ทั้งสองขาง จะสามารถหาคาคงทีก่ ารอบแหง (Drying constant, k) ไดจาก ความลาดชันของเสนกราฟทีพ่ ล็อตระหวาง ln MR กับเวลาใน การอบแหง (Drying time, t) เสนกราฟจะเปนเสนตรงทีม่ คี วาม ลาดชันเปนลบ (ถาสมมุตฐิ านถูกตอง) และคาคงที่ k จะมีหนวย เปน เวลา-1 ตามคาหนวยของ t คาคงทีก่ ารอบแหงนีจ้ ะบอกถึง ระยะเวลาในการอบแหง หาก k มีคา มากแสดงวาการอบแหงใช 62

เวลาสัน้ Amellal and Benamara (2008) กลาววาสมการนีเ้ หมาะ กับวัสดุทมี่ คี วามพรุน (Porous materials) เชน อินทพลัมหัน่ เตา แครรอทหัน่ เปนตน (16) ln MR = − kt

3. สมการเอมพิรคิ ลั (Empirical equation) สมการนี้เปนสมการที่ไดจากการฟตขอมูลที่ไดจากการ ทดลองเขากับสมการตนแบบ ถือไดวา เปนวิธกี ารทีง่ า ยและนิยม ใชกนั อยางกวางขวาง โดยสมการทีร่ จู กั กันดีในการอบแหงวัสดุ เกษตรและอาหารคือ สมการของ Page (Page's model) ซึง่ ถูก พัฒนาในป ค.ศ. 1949 เปนสมการเริ่มแรกที่ใชสำหรับเมล็ด ขาวโพด และพัฒนามาจาก Lewis Model (Lee and Hsieh, 2008) ดังนี้ MR =

M − M eq M 0 − M eq

(

= exp − kt

)

(17)

ใสลอ็ กฐานธรรมชาติ (ln) ในสมการ (17) ทัง้ สองขาง 2 ครัง้ จะสามารถหาคาคงทีก่ ารอบแหง (Drying constant, k) ได จากเสนกราฟทีพ่ ล็อตระหวาง ln (-ln MR) กับ ln t เสนกราฟ จะเปนเสนตรงทีม่ คี วามลาดชันเปนบวก (ถาสมมุตฐิ านถูกตอง) คาคงทีข่ องแบบจำลองของเพจ (Page's model constant หรือคา N) หาไดจากความลาดชันของเสนตรง คา k คือ จุดทีเ่ สนกราฟ ตัดแกนเมือ่ t มีคา เทากับศูนยนนั่ ก็คอื ที่ log 1 นัน่ เองในการพล็อต กราฟแบบ log-log และจะมีหนวยเปน เวลา-1 ตามคาหนวยของ คา t คาคงที่การอบแหงนี้จะบอกถึงระยะเวลาในการอบแหง หากคา k มีคา มากแสดงวาการอบแหงใชเวลาสัน้ สวนคาคงที่ N นัน้ ไมมหี นวย แบบจำลองเอมพิรคิ ลั การอบแหงทีน่ ยิ มใชแสดง ในตารางที่ 1 สมมติฐานของสมการนี้ อาทิ ความชืน้ สัมพัทธของ อากาศและอุณหภูมคิ งที่ ความเร็วของอากาศคงที่ เปนตน (18) ln ( − ln MR ) = ln k + N ln t ในทำนองเดียวกันกับคาสัมประสิทธิ์การแพรความชื้น เมื่อทราบคา k และคาอุณหภูมิของอากาศที่ใชในการอบแหง สามารถหาคาพลังงานกระตนุ สำหรับการแพร (Activation energy for diffusion, Ea) โดยการประยุกตใชสมการอารรีเนียส (Arrhenius equation) แนวคิดนี้คิดคนครั้งแรกโดย Newman (1931) ซึง่ มีรปู สมการคือ (Chawla et al., 2008) ⎛ ⎝

k = k0 exp ⎜ −

Ea RT

⎞ ⎟ ⎠

(19)

เมื่อ k = คาคงทีก่ ารอบแหง (1/s) k0 = แฟกเตอรความถี่ (1/s) Ea = พลังงานกระตนุ (J/mol)

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

ตารางที่ 1 แบบจำลองการอบแหงเอมพิรคิ ลั แบบตาง ๆ Model name Page Modified Page

Henderson and Pebis

Logarithmic

Two term

Two term exponential

Wang and Singh

Thompson Diffusion Approximation

Modified Henderson and Pabis Midilli et al.

⎛ ⎜ MR = ⎝ ⎛ ⎜ MR = ⎝ ⎛ ⎜ MR = ⎝ ⎛ ⎜ MR = ⎝

⎛ ⎜ MR = ⎝ ⎛ ⎜ MR = ⎝

M −M

M −M 0

Jain and Pathare (2004), Ertekin and Yaldiz (2004) ), Sharma et al. (2005), Waewsak et al. (2006)

M −M

M −M 0

Jain and Pathare (2004), Ertekin and Yaldiz (2004) ), Sharma et al. (2005), Waewsak et al. (2006)

⎠

Ertekin and Yaldiz (2004) ), Sharma et al. (2005) , Waewsak et al. (2006)

⎞ ⎠

= a exp ( − k t ) + b exp ( − k t ) ⎟ 0

Jain and Pathare (2004), Ertekin and Yaldiz (2004) ), Sharma et al. (2005), Waewsak et al. (2006)

⎞ ⎠

= a exp ( − kt ) + (1 − a ) exp ( − kat ) ⎟

M −M

⎞

= a exp ( − k .t ) + c ⎟

M −M

Jain and Pathare (2004), Ertekin and Yaldiz (2004) ), Sharma et al. (2005), Waewsak et al. (2006)

⎞ ⎠

Jain and Pathare (2004), Ertekin and Yaldiz (2004) ), Sharma et al. (2005), Waewsak et al. (2006)

⎞ ⎟ ⎠

= a. exp ( − k .t ) ⎟

M −M

⎞ ⎠

)⎟

= exp ( − k .t )

M −M

References

M −M

(

= exp − k .t

Model

⎞ ⎟ ⎠

Jain and Pathare (2004), Ertekin and Yaldiz (2004) ), Sharma et al. (2005), Waewsak et al. (2006)

(t = a ln ( MR ) + b [ln ( MR )] )

Ertekin and Yaldiz (2004) , Waewsak et al. (2006)

⎛ ⎜ MR = ⎝

M −M

= 1 + at + bt

⎛ ⎜ MR = ⎝ ⎛ ⎜ MR = ⎝ ⎛ ⎜ MR = ⎝

M −M

M −M 0

M −M

⎞ ⎠

= a. exp ( − k .t ) + b exp ( − gt ) + c exp ( − ht ) ⎟

M −M 0

M −M

Ertekin and Yaldiz (2004) , Waewsak et al. (2006)

⎞ ⎠

= a. exp ( − k .t ) + (1 − a ) exp ( − kbt ) ⎟

(

= a. exp − k .t

⎞ ⎠

) + bt ⎟

Ertekin and Yaldiz (2004) , Waewsak et al. (2006) Ertekin and Yaldiz (2004) , Waewsak et al. (2006)

R = คาคงทีส่ ากลของกาซ = 8.314 J/mol.K T = อุณหภูมขิ องอากาศทีใ่ ชในการอบแหง (K)

4. การทวนสอบแบบจำลอง (Validation of Model) การทวนสอบแบบจำลองการอบแหงนิยมใชเพือ่ ประเมิน ความเขากันไดของแบบจำลองกับขอมูลที่ไดจากการทดลอง หรือความกลมกลืน (Goodness of fit) ของแบบจำลอง พารามิเตอร ทีน่ ยิ มใชไดแก คาสัมประสิทธิก์ ารตัดสินใจ (R2 ) คาการลดลง ไคกำลังสอง (χ2 ) และคารากทีส่ องของความคลาดเคลือ่ นกำลัง สองเฉลีย่ (Root mean square error, RMSE) เปนพารามิเตอร ทางสถิตซิ งึ่ ชวยในการวิเคราะหการเปรียบเทียบเพือ่ หาคาความ แมนยำในการทำนายคาความชื้นที่เปลี่ยนแปลงไปในระหวาง การอบแหงดวยลมรอน (Sharma et al., 2005; Jain and Pathare, 2004; Lin et al., 2005; Waewsak et al., 2006) คา R2 เปนคาพารามิเตอรทางสถิตทิ สี่ ำคัญในการบงบอก คุณภาพของรูปแบบสมการในแบบจำลองทางคณิตศาสตร การอบแหง โดยยิง่ มีคา เขาใกล 1.0 แสดงวาแบบจำลองดังกลาว มีความแมนยำมาก ในขณะทีค่ า χ2 และคา RMSE เปนพารา มิเตอรทางสถิตทิ ใี่ ชบง บอกความผิดพลาดในการทำนายคาของ แบบจำลองทางคณิตศาสตร ดังนัน้ แบบจำลองทางคณิตศาสตร การอบแหงทีม่ คี วามแมนยำในการทำนายทีเ่ หมาะสม ควรจะมี คา R2 มากแตมคี า χ2 และคา RMSE นอย โดยสมการแสดงการ คำนวณหาพารามิเตอรดงั กลาวมีดงั นี้

⎡ ⎢ =⎢ ⎢ ⎢⎣

∑M

i ,exp

i =1

∑ i =1

i , pre

i =1

(20)

( M i , exp − M i , pre )

(21)

N −n N

RMSE =

× M i , pre

(∑ )(∑ ) N

χ =

i , exp

i =1

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦

∑ (M

− M i , pre )

i ,exp

i =1

(22)

เมื่อ Mi,exp = ความชืน้ ของวัสดุทไี่ ดจากการทดลอง (%มาตรฐานแหง) Mi,pre = ความชืน้ ของวัสดุทไี่ ดจากการทำนาย (%มาตรฐานแหง) N = จำนวนคาสังเกต n = จำนวนคาคงทีใ่ นแบบจำลอง มีงานวิจัยหลายชิ้นที่เปรียบเทียบความแมนยำของแบบ จำลองทางคณิ ต ศาสตร ก ารอบแห ง เพื่ อ อธิ บ ายพฤติ ก รรม การอบแหงวัสดุ พรุน อาทิ Ertekin and Yaldiz (2004) พบวาแบบ จำลอง Midilli et al. เหมาะสมสำหรับมะเขือหั่นชิ้นโดยมีคา RMSE และ χ2 อยใู นชวง 5 x 10-4 - 1.70 x 10-2 และ 0 - 4.33 x 10-4 ตามลำดับ Jain and Pathare (2004) พบวาแบบจำลอง Logarithmic เหมาะสำหรับหอมหัวใหญหนั่ ชิน้ โดยมีคา R2 และ χ2

ตารางที่ 2 พารามิเตอรทางสถิตใิ นแบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหงมะเขือเทศ Model name Approximation of diffusion Newton Page Henderson and Pebis Logarithmic Two term Two term exponential Wang and Singh Modified Henderson and Pablis Midilli et al.

RMSE

χ2

0.9809 0.9679 0.9735 0.9760 0.9800 0.9761 0.9789 0.9350 0.9764 0.9701

7.77 x 10-03 9.65 x 10-03 8.92 x 10-03 8.48 x 10-03 7.88 x 10-03 8.81 x 10-03 7.96 x 10-03 13.98 x 10-03 9.16 x 10-03 9.83 x 10-03

1.96 x 10-03 3.01 x 10-03 2.57 x 10-03 2.32 x 10-03 2.01 x 10-03 2.52 x 10-03 2.05 x 10-03 6.31 x 10-03 2.74 x 10-03 3.13 x 10-03

ทีม่ า : Sacilik et al., 2006 64

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

เทากับ 0.9995 และ 4.4 x 10-5 แต Sharma et al. (2005) กลับ พบวาแบบจำลอง Page เหมาะสมทีส่ ดุ โดยมีคา R2 และ χ2 เทากับ 0.999 และ 1.33 x 10-4 สวน Lin et al. (2005) ก็พบวาแบบจำลอง Page เหมาะสมที่สุดกับมันเทศหั่นเตาโดยมีคา RMSE ต่ำสุด 9.047 x 10-3 ตารางที่ 2 แสดงการเปรียบเทียบความแมนยำของแบบ จำลองการอบแหงมะเขือเทศซึง่ ชีใ้ หเห็นวาแบบจำลองการแพร ความชืน้ (Approximation of diffusion) ซึง่ เปนสมการทางทฤษฎี ทีท่ ำใหงา ยขึน้ (Lin et al., 2005) เหมาะสมทีส่ ดุ เนือ่ งมีคา R2 สูงสุด มีคา RMSE และคา χ2 ต่ำทีส่ ดุ

สรุป แบบจำลองทางคณิตศาสตรการอบแหงแบงเปน 3 สมการ คือ สมการทางทฤษฎี สมการกึง่ ทฤษฎี และสมการเอมพิรคิ ลั โดย สมการทางทฤษฎีนั้นพิจารณาวาความชื้นภายในวัสดุเคลื่อนที่ ออกมาทีผ่ วิ โดยการแพรตามกฎขอทีส่ องของ Fick ตามรูปทรง ของวั ส ดุ ทำให ส ามารถหาสั ม ประสิ ท ธิ์ ก ารแพร ค วามชื้ น ประสิทธิพล ซึ่งหากทราบอุณหภูมิอากาศที่ใชในการอบแหง ก็จะสามารถกำหนดคาพลังงานในการกระตุนได สมการกึ่ง ทฤษฎีนนั้ เกิดจากการลดรูปของคำตอบในสมการทางทฤษฎีลง สวนสมการเอมพิริคัลนั้นไดมาจากการฟตขอมูลที่ไดจากการ ทดลองเขากับแบบจำลองทางคณิตศาสตรที่เหมาะสม โดยที่ สมการใดสมการหนึ่งเหมาะสมสำหรับวัสดุและ/หรือสภาวะ การอบแหงหนึง่ ๆ นัน้ นิยมใชพารามิเตอรทางสถิติ 3 คา ไดแก สัมประสิทธิก์ ารตัดสินใจ (R2) การลดลงไคกำลังสอง (χ2 ) และ รากที่สองของความคลาดเคลื่อนกำลังสองเฉลี่ย (Root mean square error, RMSE)

เอกสารอางอิง Adedeji, A. A., T.K. Gachovska, M.O. Ngadi and G.S.V. Raghavan. 2008. Effect of pretreatments on drying characteristics of okra. Drying Tech. 26(10): 1251 - 1256. Amellal, H. and S. Benamara. 2008. Vacuum drying of common date pulp cubes. Drying Tech. 26(3): 378 - 382. ASABE Standards. 2006. Thin-layer drying of agricultural crops ANSI/ASAE S448.1 JUL2001. St. Joseph, Mich.: ASABE. Bhattacharya, S., S. Bal and R. K. Mukherjee. 1997. Kinetics of tamarind seed hydration. J. of Food Eng. 33: 129-138. Chawla, C., D. Kaur, D.P.S. Oberoi and D.S. Sogi. 2008. Drying characteristics, sorption isotherms and lycopene

retention of tomato pulp. Drying Tech. 26(10): 1257 1264. Chin, S.K, C.L. Law, C.V. Supramaniam, P.G. Cheng and A.S. Mujumdar S. 2008. Convective drying of ganoderma tsugae murrill and effect of temperature on basidiospores. Drying Tech. 26(12): 1524 - 1533. Crank, J. 1975. The mathematics of diffusion. 2nd edition. Oxford, England. 414 p. Ertekin, C. and O. Yaldiz. 2004. Drying of eggplant and selection of a suitable thin layer drying model. J. of Food Eng. 63: 349-359. Gachovska, T. K., A.A. Adedeji, M. Ngadi and G.V.S. Raghavan. 2008. Drying characteristics of pulsed electric field-treated carrot. Drying Tech. 26(10): 1244 - 1250. Jain, D. and P. B. Pathare. 2004. Selection and evaluation of thin layer drying models for infrared radiative and convection drying of onion slices. Biosystems Eng. 89(3): 289-296. Janjai, S., B.K. Bala, N. Lamlert, B. Mahayothee, M. Haewsungcharern, W. Muhlbauer and J. Muller. 2007. Moisture diffusivity determination of different parts of longan fruit. Int'l J. of Food Properties 10(3): 471 - 478. Janjai, S., N. Lamlert, P. Intawee, B. Mahayothee, M. Haewsungcharern, B. K. Bala, M. Nagle, H. Leis and J. M?ller. 2008. Finite element simulation of drying of longan fruit. Drying Tech. 26(6): 666 - 674. Kardum, J.P., A. Sander and D. Skansi. 2001. Comparison of convective, vacuum, and microwave drying chlorpropamide. Drying Tech. 19(1): 167 - 183 Khazaei, J., A. Arabhosseini and Z. Khosrobeygi. 2008. Application of superposition technique for modeling behavior of a avishan (Zataria multiflora) Leaves. Trans. ASABE 51(4): 1383-1393. Lee, G. and F. Hsieh. 2008. Thin-layer drying kinetics of strawberry fruit leather. Trans. ASABE 51(5): 1699-1705. Lee, G., W. S. Kang and F. Hsieh. 2004. Thin-layer drying characteristics of chicory root slices. Trans. ASAE 47(5): 1619-1624. Lewis, W.K. 1921. The rate of drying of solid materials. J. of Industrial Eng. Chemistry 13(5): 427-432. Lin, Y-P., J-H. Tsen and V. An-Erl King. 2005. Effects of far-

infrared radiation on the freeze-drying of sweet potato. J. of Food Eng. 68: 249-255. Maskan, M. 2000. Microwave/air microwave finish drying of banana. J. of Food Eng. 44: 71-78. Moyano, P.C. and A.Z. Berna. 2002. Modeling water loss during frying of potato strips: effect of solute impregnation. Drying Tech. 20(7): 1303 - 1318. Newman, A.B. 1931. The drying of porous solids. Trans. ASAE 27: 203-205. Opoku, A., L.G. Tabil, V. Meda and S. Panigrahi. 2007. Microwave and microwave-vacuum drying kinetics of field peas. ASABE Paper No. 076017 St. Joseph, Mich.: ASABE. Page, G. 1949. Factor influencing the maximum rates of air drying shelled corn in thin layer. MS Thesis (unpublished), Purdue University. Park, K.J. 1998. Diffusional model with and without shrinkage during salted fish muscle drying. Drying Tech. 16(3-5): 889-905 Poomsa-ad, N., S. Soponronnarit, S. Prachayawarakorn and A. Terdyothin. 2002. Effect of temperature on subsequent drying of paddy using fluidization technique. Drying Tech. 20(1): 195 - 210.

Reyes, A., P.I. Alvarez and F.H. Marquardt. 2002. Drying of carrots in a fluidized bed I. Effects of drying conditions and modeling. Drying Tech. 20(7): 1463 - 1483. Reyes, A., R. Vega, R. Bustos and C. Araneda. 2008. Effect of processing conditions on drying kinetics and particle microstructure of carrot. Drying Tech. 26(10): 1272 1285. Sacilik,K., R. Keskin and A.K. Elicin. 2006. Mathematical modeling of solar tunnel drying of thin layer organic tomato. J. of Food Eng. 73: 231-238. Sharma, G.P., R.C. Verma and P. Pathare. 2005. Mathematical modeling of infrared radiation thin layer drying of onion slices. J. of. Food Eng. 71: 282-286. Vega-GĂ lvez, A., A. Ayala-Aponte, E. Notte, L. de la Fuente and R. Lemus-Mondaca. 2008. Mathematical modeling of mass transfer during convective dehydration of brown algae macrocystis pyrifera. Drying Tech. 26(12): 1610 1616. Waewsak, J., S. Chindaruksa and C. Punlek. 2006. A mathematical modeling study of hot air drying for some agricultural producst. Thammasat Int. J. Sc. Tech. 11(1): 14-20.

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011

แบบการเขียนงานวิจัย/บทความ ชื่อเรื่อง (ภาษาไทย) ชื่อเรื่อง (ภาษาอังกฤษ) ชือ่ -นามสกุล (ผเู ขียนคนที่ 1)1) ชือ่ -นามสกุล (ผเู ขียนคนที่ 2)2) (ภาษาไทยและภาษาอังกฤษ) 1) ทีอ่ ยขู องหนวยงานของผเู ขียนคนที่ 1 (ภาษาไทยและภาษาอังกฤษ) 2) ทีอ่ ยขู องหนวยงานของผเู ขียนคนที่ 2 (ภาษาไทยและภาษาอังกฤษ) Abstract สรุปสาระสำคัญ วัตถุประสงค วิธกี าร สถานที่ และผลทีไ่ ดรบั เปนภาษาอังกฤษ บทคัดยอ สรุปสาระสำคัญ วัตถุประสงค วิธกี าร สถานที่ และผลทีไ่ ดรบั คำนำ ความสำคัญ หลักการและเหตุผล ปญหา วัตถุประสงคและเปาหมายของงานวิจยั อุปกรณและวิธีการ อธิบายเปนแบบรอยแกว การวางแผน การดำเนินงาน การบันทึกขอมูล เวลาและสถานทีท่ ำการทดลอง ผลการทดลองและวิจารณ กลาวถึงผลทีไ่ ดจากการทดลอง ควรเสนอในรูปของตาราง หรือกราฟ (แทง หรือเสนตรง 2 มิต)ิ หรือรูปภาพประกอบ หากมีการวิจารณผลทดลอง อธิบายถึงเหตุผลทีไ่ ดผลการทดลองเชนนัน้ เพือ่ สนับสนุน หรือคัดคานทฤษฎีของผูที่เสนอมากอน เปรียบเทียบกับผลการทดลองอื่นๆ หรือเนนปญหาสาระสำคัญ (ตารางหรือภาพเปนภาษาไทย หรืออังกฤษ) สรุปผลการทดลอง สรุปเนื้อหาสาระสำคัญของผลงานที่ไดรับวานำไปใชประโยชนหรือแนะนำอยางไร คำขอบคุณ เอกสารอางอิง

ตนฉบับ : สงไดที่ รศ.พินยั ทองสวัสดิว์ งศ ภาควิชาวิศวกรรมเครือ่ งกล คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร อ.คลองหลวง จ.ปทุมธานี 12121 จำนวน 3 ชุด พรอมแผน ดิสเก็ตหรือซีดรี อม โดยใชโปรแกรม Microsoft Word, ใช Font Angsana UPC 14 points มีความยาว 5-15 หนากระดาษ A4

คณะกรรมการ

สมาคมวิศวกรรมเกษตรแหงประเทศไทย ประจำป พ.ศ. 2552-2554 ทีป่ รึกษา ศ.ดร.สมชาติ โสภณรณฤทธิ์ Prof. Dr.Vilas M. Salokhe นายวิกรม วัชรคุปต ดร.สุภาพ เอือ้ วงศกลู นายสุวทิ ย เทิดเทพพิทกั ษ

ศ.ดร.อรรถพล นมุ หอม รศ.ดร.ธวัชชัย ทิวาวรรณวงศ นายทรงศักดิ์ วงศภมู วิ ฒ ั น นายสมชัย ไกรครุฑรี นายชนะธัช หยกอุบล

Prof.Dr. Chin Chen Hsieh รศ.ดร.วินติ ชินสุวรรณ นายสุรเวทย กฤษณะเศรณี นายปราโมทย คลายเนตร

กรรมการบริหาร นายกสมาคมฯ อุปนายก ประธานฝายวิชาการ ผชู ว ยประธานฝายวิชาการ เลขาธิการ เหรัญญิก นายทะเบียน ผชู ว ยนายทะเบียน สาราณียกร ปฏิคม ประชาสัมพันธ สารสนเทศ พัฒนาโครงการ ประสานความรวมมือ

นางดาเรศร กิตติโยภาส ผศ.ดร.วีระชัย อาจหาญ ศ.ดร. สมชาติ โสภณรณฤทธิ์ ผศ.ดร.ศิวลักษณ ปฐวีรตั น นายณรงค ปญญา นางสาวฐิตกิ านต กลัมพสุต นายชีรวรรธก มัน่ กิจ นายไพรัช หุตราชภักดี รศ. พินยั ทองสวัสดิว์ งศ นายนเรสน รังสิมันตศิริ นางสาวนฤมล ลดาวัลย ณ อยุธยา นายประเสริฐ วิเศษสุวรรณ นางสาววิไลวรรณ สอนพูล นายอนุรักษ เรือนหลา

กรรมการกลางและวิชาการ รศ.ดร.สมยศ เชิญอักษร รศ.ดร.ธัญญา นิยมาภา รศ.ดร.ธัญญะ เกียรติวฒ ั น รศ.ดร.ปานมนัส ศิรสิ มบูรณ ผศ.ภรต กุญชร ณ อยุธยา ดร.วสันต จอมภักดี ดร.ชูศกั ดิ์ ชวประดิษฐ ผศ.ดร.อนุพนั ธ เทิดวงศวรกุล รศ.สาทิป รัตนภาสกร ผศ.ดร.สมโภชน สุดาจันทร ผศ.ดร.เสรี วงสพเิ ชษฐ ดร.ชัยพล แกวประกายแสงกูล รศ.ดร.สัมพันธ ไชยเทพ รศ.ดร.วิชยั ศรีบญ ุ ลือ ผศ.เธียรชัย สันดุษฎี รศ.กิตติพงษ วุฒจิ ำนง นายไพศาล พันพึง่ ผศ.ฉัตรชาย ศุภจารีรกั ษ ดร.สมเกียรติ เฮงนิรนั ดร รศ.ผดุงศักดิ์ วานิชชัง รศ.จิราภรณ เบญจประกายรัตน รศ.ดร.รุงเรือง กาลศิริศิลป ผศ.ดร.ศิวลักษณ ปฐวีรตั น ผศ.ดร.วันรัฐ อับดุลลากาซิม รศ.รังสินี โสธรวิทย ดร.ประเทือง อุษาบริสทุ ธิ์ รศ.มานพ ตันตรบัณฑิตย ผศ.ดร.สุเนตร สืบคา รศ.ใจทิพย วานิชชัง นายชนะธัช หยกอุบล นายจารุวฒ ั น มงคลธนทรรศ ดร.ไมตรี แนวพนิช นายอัคคพล เสนาณรงค นายวิบลู ย เทเพนทร นายสุภาษิต เสงีย่ มพงศ ดร.อนุชติ ฉ่ำสิงห นายวีระชัย เชาวชาญกิจ นายนรเชษฐ ฉัตรมนตรี นายไมตรี ปรีชา ดร.สมชาย ชวนอุดม นายสมศักดิ์ อังกูรวัฒนานุกลู นางสาวพนิดา บุษปฤกษ นายมลฑล แสงประไพทิพย นางสาวระพี พรหมภู นายพัฒนศักดิ์ ฮนุ ตระกูล นายมรกต กลับดี นายนเรศวร ชิน้ อินทรมนู นายขุนศรี ทองยอย นายสุรสิทธิ์ บุญรักชาติ นายบุญสง หนองนา นางสาวศิระษา เจ็งสุขสวัสดิ์ นางสาววิไลวรรณ สอนพูล นางสาวนฤมล ลดาวัลย ณ อยุธยา หัวหนาภาควิชาและสาขาวิศวกรรมเกษตรของสถาบันการศึกษาทุกแหงของประเทศ 68

Thai Society of Agricultural Engineering Journal, Vol. 17 No. 1, January - December 2011