สวทช. พัฒนาเทคโนโลยียกระดับอุตสาหกรรมการผลิตอ้อยและน้ำตาล สู่การทำน้อยแต่ได้มาก

อุตสาหกรรมการผลิตอ้อยเพื่อการแปรรูปเป็นน้ำตาลของประเทศไทยมีศักยภาพในการแข่งขันระดับโลก เนื่องจากมีข้อได้เปรียบเรื่องต้นทุนการผลิตอ้อยต่ำ และยังมีทำเลที่ตั้งของประเทศอยู่ในภูมิภาคที่มีความต้องการบริโภคน้ำตาลสูง ทำให้ต้นทุนการส่งออกถูกกว่าผู้ผลิตในทวีปอื่น ส่งผลให้ไทยมีสถิติการส่งออกน้ำตาลเป็นอันดับต้นของโลก

สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ร่วมเป็นส่วนหนึ่งในการสนับสนุนการเติบโตของอุตสาหกรรมการผลิตอ้อยและน้ำตาลจากต้นน้ำสู่ปลายน้ำ ด้วยการทำวิจัยเพื่อพัฒนาองค์ความรู้และเทคโนโลยี ทั้งการพัฒนาสายพันธุ์อ้อย การทำเกษตรสมัยใหม่ด้วยเทคโนโลยีเกษตรแม่นยำ และการพัฒนาชุดตรวจเพื่อควบคุมคุณภาพการผลิตน้ำตาลระดับอุตสาหกรรม ฯลฯ

พัฒนาสายพันธุ์อ้อยความหวานสูง เพื่อความคุ้มค่าสูงสุดในการลงทุน

อ้อยเป็นพืชเศรษฐกิจที่ปลูกและเก็บเกี่ยวได้เพียงปีละครั้ง เพื่อให้การเพาะปลูกอ้อยในแต่ละรอบการผลิตเกิดประโยชน์สูงสุด สวทช. ได้วิจัยและพัฒนาสายพันธุ์อ้อยที่ให้ความหวานสูง แปรรูปเป็นน้ำตาลได้มาก เพื่อช่วยเพิ่มผลกำไรให้แก่เกษตรกรและผู้ประกอบการ

สวทช. โดยศูนย์โอมิกส์แห่งชาติ (NOC) นำเทคโนโลยี Marker Assisted Selection หรือ MAS ที่มีประสิทธิภาพในการคัดเลือกพันธุ์สูง มาใช้ในการคัดเลือกพันธุ์อ้อยที่เหมาะสมให้แก่เกษตรกรและผู้ประกอบการ ทำให้ระยะเวลาในการคัดเลือกพันธุ์จาก 10-12 ปี ตามวิธีมาตรฐาน ลดลงเหลือเพียง 6 ปี และมีความแม่นยำในการคัดเลือกที่สูงกว่ามาก โดย NOC ยังได้ร่วมกับ บริษัทมิตรผลวิจัย พัฒนาอ้อยและน้ำตาล จำกัด ดำเนิน “โครงการปรับปรุงพันธุ์อ้อยแบบบูรณาการเพื่อเพิ่มผลผลิตน้ำตาล” เพื่อศึกษาและค้นหาเครื่องหมายโมเลกุลที่สัมพันธ์กับความหวานในอ้อยสำหรับใช้คัดเลือกพันธุ์อ้อยลูกผสม โดยได้ค้นพบเครื่องหมายโมเลกุล 3 เครื่องหมาย ที่มีศักยภาพสัมพันธ์กับความหวาน คือ SEM358, ILP10 และ ILP82 นำไปสู่การพัฒนา “ชุดไพรเมอร์เครื่องหมายดีเอ็นเอที่มีความจำเพาะต่อเครื่องหมายยีนในวิถีเมแทบอลิซึมของน้ำตาลในอ้อย” และ “กระบวนการคัดเลือกสายพันธุ์อ้อยที่มีพันธุกรรมหวานโดยใช้ชุดไพรเมอร์เครื่องหมายดีเอ็นเอดังกล่าว” ในการปรับปรุงพันธุ์อ้อย ซึ่งได้จดสิทธิบัตรเป็นที่เรียบร้อยแล้ว

ผลการวิจัยดังกล่าวทำให้คณะวิจัยสามารถพัฒนาพันธุ์อ้อยที่มีศักยภาพจำนวน 9 สายพันธุ์ และมี 2 สายพันธุ์ที่ได้รับการขึ้นทะเบียนพันธุ์แล้ว คือ ภูเขียว 2 (14-1-772) และภูเขียว 3 (14-1-188) ทั้งนี้ในปี พ.ศ. 2563 มีการนำอ้อยทั้ง 9 สายพันธุ์ ไปใช้ประโยชน์ในพื้นที่แล้ว 550 ไร่ และจะมีการขยายผลเป็น 5,500 ไร่ ในปี พ.ศ. 2564 นอกจากนี้ในการทำโครงการฯ ทีมวิจัยยังได้ฐานข้อมูล Transcriptome ของอ้อย ซึ่งประกอบด้วยยีนมากกว่า 46,000 transcripts ที่ไม่เพียงนำไปใช้พัฒนาเครื่องหมายโมเลกุล แต่ฐานข้อมูลนี้ยังมีความสำคัญอย่างมากในการค้นหายีนใหม่ๆ ในโครงการวิจัยในอนาคต เช่น การค้นหายีนที่เกี่ยวข้องกับผลผลิตทางชีวมวล (biomass productivity), การแตกกอ, การตอบสนองต่อภาวะแล้ง เป็นต้น ที่สำคัญในกระบวนการวิจัยยังได้พัฒนาโปรแกรมวิเคราะห์และประมวลภาพ Gel electrophoresis และแปลงข้อมูล Genotype profile เป็นข้อมูลดิจิทัลที่สามารถนำไปวิเคราะห์ทางสถิติได้ง่าย ซึ่งจดสิทธิบัตรแล้วในชื่อ “การวิเคราะห์แถบภาพของอิเล็กโทรโฟรีซิสเจลด้วยเทคนิคการประมวลภาพ”

ก้าวสู่การทำเกษตรสมัยใหม่ ด้วยเทคโนโลยีเกษตรแม่นยำ (Precision farming)

ในปี พ.ศ. 2562 สวทช. ดำเนินงานยกระดับการปลูกอ้อยของไทยสู่การทำเกษตรสมัยใหม่ โดยร่วมมือกับพันธมิตรนำเทคโนโลยีต่างๆ อาทิ ปัญญาประดิษฐ์ (AI) Internet of Things (IoTs) และเทคโนโลยีการวิเคราะห์และประมวลผล ฯลฯ มาพัฒนาให้การทำการเกษตรมีความแม่นยำและมีประสิทธิภาพสูง (Precision farming)

ตัวอย่างโครงการแรก คือ ความร่วมมือในการ “พลิกโฉมการทำไร่อ้อยสู่ระบบเกษตรแม่นยำ” สวทช. โดย ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค) ร่วมกับไอบีเอ็ม และกลุ่มมิตรผล พัฒนาแดชบอร์ดอัจฉริยะและแอปพลิเคชันบนมือถือ เพื่อรวบรวมข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับสุขภาพอ้อยให้แก่ผู้ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิต โดยได้นำเทคโนโลยีชั้นนำของโลกมาใช้ในการรวบรวมข้อมูลบิ๊กเดต้า (Big data) วิเคราะห์ และประมวลผล ทำให้ผู้ที่เกี่ยวข้องสามารถเข้าถึงข้อมูลประเมินการปลูกและการจัดการความเสี่ยงแบบจำเพาะเจาะจงกับพื้นที่ได้สะดวกและทันต่อสถานการณ์ อีกทั้งยังมีข้อมูลสำหรับวางแผนการพัฒนาประสิทธิภาพการเพาะปลูกในรอบต่อไป ด้วยการสนับสนุนเทคโนโลยีนี้จะทำให้เกษตรกรสามารถปรับเปลี่ยนการทำการเกษตรแบบเดิมสู่การทำเกษตรสมัยใหม่ได้รวดเร็วขึ้น

อีกตัวอย่างโครงการหนึ่ง คือ “การพัฒนาเทคโนโลยีประเมินผลผลิตอ้อย (Field Practice Solutions หรือ FPS)” สวทช. ร่วมกับคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น และบริษัทเอกชนได้แก่ บริษัท HG Robotics จำกัด บริษัท Global crop จำกัด บริษัทอุตสาหกรรมน้ำตาลบ้านไร่ จำกัด บริษัทน้ำตาลสระบุรี จำกัด และบริษัทเกษตรไทย อินเตอร์เนชั่นแนล ชูการ์ คอร์ปอเรชั่น จำกัด (มหาชน) นำเทคโนโลยีอากาศยานไร้คนขับ ซอฟต์แวร์ภาพถ่ายดาวเทียม และ AI มาพัฒนาเป็นเทคโนโลยีสำหรับวิเคราะห์การเติบโตของอ้อยในพื้นที่เพาะปลูก โรคพืช ค่าความหวาน และระยะการเก็บเกี่ยวที่เหมาะสม โดยเทคโนโลยีนี้สามารถวิเคราะห์ข้อมูลไร่อ้อยได้รวดเร็วและมีความแม่นยำสูง

ชุดตรวจเดกซ์แทรน ป้องกันการปนเปื้อนในกระบวนการผลิตน้ำตาล

เดกซ์แทรน (Dextran) คือ สายพอลิเมอร์ของกลูโคสที่เกิดจากการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ในน้ำอ้อย ซึ่งส่งผลเสียต่อกระบวนการผลิตน้ำตาลเป็นอย่างมาก เนื่องจากทำให้เกิดการสูญเสียปริมาณผลผลิตน้ำตาลทรายของโรงงาน โดยพบว่าหากมีการปนเปื้อนของเดกซ์แทรน 1,000 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมน้ำอ้อย จะสูญเสียน้ำตาลถึง 1.123 กิโลกรัมต่อตันอ้อย ส่งผลกระทบต่อรายได้ของโรงงาน และยังต่อเนื่องไปถึงรายได้ของเกษตรกรผู้ปลูกอ้อยตลอดจนเศรษฐกิจของประเทศ ทำให้ผู้ผลิตน้ำตาลจำเป็นต้องตรวจการปนเปื้อนของเดกซ์แทรนในน้ำอ้อยอยู่เสมอ เพื่อกำจัดเดกซ์แทรนที่ตรวจพบก่อนนำน้ำอ้อยเข้าสู่กระบวนการผลิต

ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (นาโนเทค) โดยทีมนักวิจัยห้องปฏิบัติการวินิจฉัยระดับนาโน กลุ่มวิจัยวัสดุตอบสนองและเซนเซอร์ระดับนาโน พัฒนา “ชุดตรวจเดกซ์แทรน (Dextran) ปนเปื้อนในกระบวนการผลิตน้ำตาล” โดยใช้หลักการ Competitive immunoassay ทำให้สามารถวิเคราะห์ปริมาณเดกซ์แทรนได้รวดเร็ว มีค่าคัตออฟของชุดตรวจที่ 1,000 ppm/brix มีความไว ความจำเพาะ และความถูกต้องในการตรวจวัดมากกว่าร้อยละ 90 การใช้งานชุดตรวจทำได้ง่าย พนักงานสามารถตรวจสอบและอ่านผลการตรวจได้จากแถบสีที่แสดงบนชุดตรวจโดยไม่จำเป็นต้องใช้ผู้เชี่ยวชาญในการวิเคราะห์ผล

ปัจจุบันนาโนเทคได้ส่งมอบชุดตรวจให้แก่ผู้ประกอบการอุตสาหกรรมน้ำตาลเพื่อใช้ควบคุมคุณภาพการผลิตของโรงงานแล้วตั้งแต่ปี พ.ศ. 2555 สามารถช่วยลดการสูญเสียในกระบวนการผลิตและสร้างผลกระทบทางเศรษฐกิจกว่า 100 ล้านบาทต่อปี