‘ผักที่เรากินปลอดภัยจริงไหม ?’ เซนเซอร์ให้คำตอบคุณได้

เราจะรู้ได้อย่างไรว่าผักที่รับประทานมีไนเทรตสูงเกินมาตรฐานหรือไม่ ? กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) โดย ศูนย์เทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ (ทีเมค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) พัฒนาเซนเซอร์ตรวจวัดปริมาณไนเทรต (nitrate) ในผักและสมุนไพร รวมถึงน้ำที่ใช้ในการเพาะปลูกพืชแบบไฮโดรโพนิกส์ (hydroponics) หรือระบบรางน้ำ เพื่อการผลิตอาหารทางเลือกเพื่อสุขภาพ สมุนไพรมูลค่าสูง และการดูแลสิ่งแวดล้อม

ดร.วิน บรรจงปรุ หัวหน้าทีมวิจัยเทคโนโลยีอิสเฟต ทีเมค สวทช. อธิบายว่า การเพาะปลูกพืชแบบไฮโดรโพนิกส์เป็นการปลูกพืชด้วยสารละลายน้ำที่มีธาตุอาหารและปุ๋ยเป็นส่วนประกอบทดแทนการปลูกด้วยดิน โดยในการปลูกผู้เพาะปลูกอาจให้ไนเทรต (ธาตุอาหารรูปแบบหนึ่งของไนโตรเจน) ซึ่งเป็นสารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืชในปริมาณมาก เพื่อบำรุงพืชให้เจริญเติบโตได้อย่างเต็มที่ แต่การให้ไนเทรตปริมาณมากเกินจำเป็นอาจทำให้พืชนำไปใช้ประโยชน์ได้ไม่หมด ส่งผลให้มีไนเทรตตกค้างอยู่ทั้งในพืชและสารลายน้ำที่ใช้ในการปลูกมาก โดยหากผู้บริโภครับประทานผักหรือสมุนไพรที่มีปริมาณไนเทรตสูงเป็นปริมาณมาก แบคทีเรียในระบบทางเดินอาหารอาจเปลี่ยนไนเทรตให้เป็นไนไทรต์ (nitrite) ซึ่งเป็นสารอันตรายได้

“ในกรณีทารกได้รับสารไนไทรต์ปริมาณมากอาจทำให้เกิดภาวะ Blue baby syndrome หรือภาวะเมทเฮโมโกลบินีเมีย (Methemoglobinemia) ซึ่งทำให้เลือดขนส่งออกซิเจนได้น้อยลงจนผิวหนังมีสีฟ้าหรือน้ำเงิน หากไม่ได้รับการรักษาอย่างทันท่วงทีก็อาจส่งผลกระทบต่อสมองและระบบประสาทถึงขั้นเสียชีวิตได้ ส่วนในผู้ใหญ่หากได้รับไนไทรต์ปริมาณมาก ไนไทรต์อาจทำปฏิกิริยากับสารเอมีนในร่างกายก่อให้เกิดสารไนโทรซามีน (N-nitrosamines) ซึ่งเป็นสารก่อมะเร็ง ทั้งนี้องค์การอนามัยโลก (World Health Organization: WHO) ได้กำหนดปริมาณที่บริโภคได้ต่อวัน (Acceptable Daily Intake: ADI) ของผู้ใหญ่ไว้ที่ 3.7 มิลลิกรัมต่อน้ำหนักตัว 1 กิโลกรัม โดยผักใบเขียว เช่น คะน้า, ปวยเล้ง, ผักกาดหอม อาจมีไนเทรตประมาณ 200-4,800 มิลลิกรัมต่อน้ำหนักสด 1 กิโลกรัม ขึ้นอยู่กับชนิดของผัก รวมถึงสภาพและรูปแบบวิธีการเพาะปลูก

“ด้านสิ่งแวดล้อม ไนเทรตเป็นสารที่มีอัตราการละลายน้ำสูง หากปล่อยน้ำที่มีไนเทรตเจือปนสูงลงดิน แล้วพืชในบริเวณนั้นดูดซึมสารไปใช้ได้ไม่ทัน ก็อาจทำให้ไนเทรตไหลลงสู่แหล่งน้ำจนเกิดปัญหายูโทรฟิเคชัน (eutrophication) หรือภาวะแพลงก์ตอนพืชและสาหร่ายเจริญเติบโตเพิ่มจำนวนอย่างรวดเร็ว ทำให้ออกซิเจนในน้ำลดลงจนสิ่งมีชีวิตไม่สามารถอาศัยอยู่ น้ำในแหล่งน้ำเน่าเสีย และส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศในที่สุด”

จากความสำคัญดังกล่าว นักวิจัยทีเมคได้นำความเชี่ยวชาญด้านการพัฒนาเซนเซอร์ชนิด ISFET (Ion-Sensitive Field-Effect Transistor) หรืออิสเฟต ซึ่งเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ชนิดไวต่อประจุ (ion) ที่อยู่ในสารละลายหรือของเหลว มาพัฒนาเป็นเซนเซอร์ไนเทรตบนโครงสร้างทรานสดิวเซอร์แบบ ISFETสำหรับตรวจสอบปริมาณไนเทรตที่เจือปนอยู่ในใบพืชและน้ำที่ใช้ในระบบเพาะปลูก เพื่อเป็นอีกหนึ่งทางเลือกในการตรวจสอบปริมาณไนเทรตแบบแม่นยำ แทนวิธีการที่ผู้ประกอบการรายย่อยมักเลือกใช้ คือ การตรวจสอบค่าการนำไฟฟ้า (Electrical Conductivity: EC) ของน้ำที่ใช้ในการเพาะปลูกแบบไฮโดรโพนิกส์ เพื่อชี้วัดถึงปริมาณธาตุอาหารที่คงเหลือ แต่จะไม่สามารถระบุได้ว่ามีธาตุชนิดไหนคงเหลืออยู่ในปริมาณเท่าไหร่

ดร.วิน อธิบายว่า ปัจจุบันทีมวิจัยพัฒนาเซนเซอร์ตรวจวัดปริมาณไนเทรตในของเหลวสำเร็จเรียบร้อยแล้ว ใช้ตรวจได้ทั้งปริมาณไนเทรตที่อยู่ในใบและน้ำที่ใช้ในการเพาะปลูก (กรณีใบพืชจะใช้การนำใบไปปั่นกับน้ำเพื่อให้อยู่ในรูปของเหลว) โดยทีมวิจัยได้พัฒนาเป็นอุปกรณ์ 2 รูปแบบ คือ อุปกรณ์แบบพกพา และอุปกรณ์แบบระบบอัตโนมัติสำหรับติดตั้ง ณ​ จุดเพาะปลูกหรือห้องปฏิบัติการ อุปกรณ์ทั้งสองใช้เทคโนโลยีเดียวกันในการตรวจวัด แตกต่างกันที่ระบบอัตโนมัติมีฟังก์ชันปรับเทียบ (calibrate) ค่าการนำไฟฟ้าก่อนใช้งานอัตโนมัติ ผู้ใช้งานไม่จำเป็นต้องปรับเทียบด้วยตัวเองทุกครั้งก่อนใช้งานเหมือนอุปกรณ์พกพา และแบบอัตโนมัติยังเป็นอุปกรณ์ IoT (Internet of Thing) ที่มีฟังก์ชันจัดเก็บข้อมูลตรวจวัดเข้าสู่ระบบคลาวด์โดยอัตโนมัติ เพื่ออำนวยความสะดวกแก่ผู้ใช้งานด้วย

“ตัวอย่างการนำเซนเซอร์ไปใช้งาน เช่น ใช้วัดปริมาณสารไนเทรตในการเพาะปลูกระบบไฮโดรโพนิกส์ เพื่อวางแผนลดการให้สารไนเทรตเกินความจำเป็น และลดปริมาณสารไนเทรตในผักและผลไม้ก่อนเก็บเกี่ยวให้คงเหลือในปริมาณที่เหมาะสม ใช้วัดปริมาณสารไนเทรตในผักก่อนจำหน่าย เพื่อเป็นข้อมูลทางเลือกเพื่อสุขภาพให้แก่ผู้บริโภค โดยเฉพาะผู้บริโภคที่จำเป็นต้องควบคุมปริมาณไนเทรต เช่น ผู้ป่วยโรคหัวใจและหลอดเลือด ผู้ป่วยโรคไต ผู้ป่วยโรคโลหิตจาง ใช้ควบคุมสารไนเทรตในการเพาะปลูกพืชสมุนไพรมูลค่าสูง เพราะปริมาณสารไนเทรตที่ไม่เหมาะสมอาจส่งผลกระทบต่อปริมาณสารสำคัญของพืชสมุนไพรบางประเภทได้ ใช้ตรวจสอบปริมาณสารไนเทรตในดินบริเวณพื้นที่เพาะปลูก เพื่อควบคุมปริมาณการให้ปุ๋ยอย่างเหมาะสม ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ใช้ตรวจสอบปริมาณสารไนเทรตในน้ำบาดาล เพื่อควบคุมคุณภาพน้ำที่ใช้ในการดื่ม โดย WHO ได้กำหนดมาตรฐานไว้ว่าควรมีไนเทรตไม่เกิน 50 มิลลิกรัมต่อลิตร

“นอกจากนี้ยังมีบางประเทศที่ห้ามจำหน่ายผักใบเขียวที่มีปริมาณสารไนเทรตเกินกำหนดเพื่อความปลอดภัยของผู้บริโภค เช่น สหภาพยุโรป (ตามประกาศ Commission Regulation (EU) No 1258/2011 และ 1258/2011) ดังนั้นหากผู้ผลิตไทยควบคุมปริมาณไนเทรตในผักใบเขียวให้อยู่ในปริมาณที่เหมาะสมได้ก็จะเป็นประโยชน์ต่อการส่งออกสินค้าไปจำหน่าย”

ปัจจุบันทีมวิจัยร่วมกับผู้ประกอบการที่เพาะปลูกพืชระบบไฮโดรโพนิกส์ นักวิจัยระบบสมาร์ตฟาร์ม นักวิจัยกระบวนการเพาะปลูกสมุนไพรมูลค่าสูง ​และหน่วยงานที่รับตรวจสอบคุณภาพดินทดสอบการใช้งานอุปกรณ์เพื่อพัฒนาต่อยอดให้พร้อมใช้งานและเป็นประโยชน์ต่อการดำเนินงานแต่ละประเภทมากที่สุด ผู้ที่สนใจ ติดต่อสอบถามรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้ได้ที่ ดร.วิน บรรจงปรุ อีเมล info-tmec@nectec.or.th

เรียบเรียงโดย ภัทรา สัปปินันทน์ ฝ่ายสร้างสรรค์สื่อและผลิตภัณฑ์ สวทช.
อาร์ตเวิร์กโดย ภัทรา สัปปินันทน์
ภาพประกอบโดย TMEC สวทช. และจาก Adobe Stock