การใช้แสงซินโครตรอนวิเคราะห์การยุบตัวของเซลล์ในไม้ปาล์มน้ำมันเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการแปรรูป

บทคัดย่อ

การแปรรูปไม้เพื่อเพิ่มมูลค่าทางเศรษฐกิจนั้นต้องอาศัยเทคโนโลยีการอบแห้ง ซึ่งสำหรับไม้เนื้อแข็งนั้น มีโครงสร้างไม้ที่มีความหนาแน่นสูงและความชื้นต่ำ จึงมักไม่เกิดปัญหาในการอบแห้ง แต่สำหรับไม้ปาล์มน้ำมันนั้น เป็นไม้ความชื้นสูง มีโครงสร้างส่วนใหญ่เป็นกลุ่มเซลล์พาเรนไคมาล้อมรอบส่วนของไมโครไฟบริล ทำให้เนื้อไม้มีลักษณะเป็นรูพรุน มีความหนาแน่นต่ำ การอบแห้งจึงเกิดปัญหาการยุบตัวและบิดเบี้ยวของไม้ ทำให้การแปรรูปไม้ปาล์มน้ำมันมีความยุ่งยากและขาดความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ ไม้ปาล์มน้ำมันที่ถูกโค่นเนื่องจากสิ้นสุดระยะการให้ผลผลิตจึงกลายเป็นขยะเหลือทิ้งทางการเกษตร ที่มักถูกกำจัดทิ้งโดยการเผา ซึ่งสร้างมลภาวะ และก่อปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม การปรับปรุงเทคโนโลยีการอบแห้งเพื่อแก้ปัญหาการยุบตัวของไม้ปาล์มน้ำมัน จะสามารถทำให้สามารถแปรรูปไม้ปาล์มน้ำมันจำนวนมหาศาล เพิ่มมูลค่าทางเศรษฐกิจ และแก้ปัญหาการสร้างมลภาวะ โดยการปรับปรุงกระบวนการอบแห้งไม้ปาล์มน้ำมันจำเป็นต้องเข้าใจการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในระดับไมโคร และระดับนาโน ของเนื้อไม้ในขณะอบ ซึ่งเทคนิคการศึกษาโครงสร้างระดับไมโครและนาโนด้วยรังสีเอกซ์จากแสงซินโครตรอนจะทำให้สามารถติดตามกลไกการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในเนื้อไม้ในขณะอบแห้งได้ งานวิจัยนี้จึงได้ออกแบบและจัดสร้างระบบ in-situ สำหรับศึกษาการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างไม้ในขณะมีการอบแห้ง โดยศึกษาการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของไม้สดที่อบแห้ง เทียบกับไม้ที่ผ่านกระบวนการแช่แข็งก่อนอบแห้ง โดยศึกษาการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างระดับไมโครด้วยเทคนิค Synchrotron X-ray Tomographic Microscopy และติดตามการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างระดับนาโนด้วยเทคนิค Synchrotron Small and Wide Angle X-ray Scattering พบว่าไม้ที่ผ่านการแช่แข็งก่อนอบแห้งสามารถคงรูปโครงสร้างระดับไมโคร คือคงลักษณะเซลล์พาเรนไคมาเมื่อมีการอบแห้งและไม่เกิดการยุบตัวของไม้ ในขณะที่ไม้สดที่ไม่ผ่านการแช่แข็งเกิดเสียรูปของเซลล์พาเรนไคมา และเกิดการยุบตัวของไม้ ในขณะที่โครงสร้างระดับนาโนของไม้ ซึ่งเป็นโครงสร้างการจัดเรียงตัวของโมเลกุลเซลลูโลสในไมโครไฟบริลมีการเปลี่ยนแปลงขณะอบแห้งไปในลักษณะเดียวกันระหว่างไม้สด และไม้ที่ผ่านการแช่แข็ง คือมีการหดตัวของผลึกเซลลูโลสในแนวแกนของไมโครไฟบริล และมีการยืดออกของโครงสร้างผลึกในแนวตั้งฉากกับแนวแกนไมโครไฟบริล โดยผลการศึกษา แสดงให้เห็นว่าการยุบตัวของไม้ปาล์มน้ำมันไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในระดับนาโนเมตรในไมโครไฟบริล แต่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในระดับไมครอนของกลุ่มเซลล์พาเรนไคมา และการทำ pre-treatment โดยการแช่แข็งไม้ก่อนการอบ สามารถทำให้เกิดการคงรูปของเซลล์พาเรนไคมา หลังการอบได้

คำสำคัญ