การศึกษาการสกัดน้ำมันจากเมล็ดชาเมี่ยง และเมล็ดชาพื้นเมืองภาคเหนือ โดยใช้เทคนิคการสกัดแบบบีบเย็น และการสกัดด้วยของไหลที่สภาวะต่ำและสูงกว่าจุดวิกฤติ รวมถึงการออกแบบเครื่องสกัดต้นแบบ

บทคัดย่อ

เมล็ดชาอบแห้งมีปริมาณความชื้น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน เส้นใย และเถ้ามีค่าเฉลี่ย 7.40, 62.82, 11.24, 14.88, 15.37 และ 3.66 % ตามลำดับ นำมาสกัดน้ำมันด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะสูงกว่าจุดวิกฤติ (อุณหภูมิ 40, 50 และ 60 ?C ความดัน 175, 200 และ 225 bar เป็นเวลา 1, 3 และ 5 hr) และสกัดด้วยเครื่องบีบอัดแบบสกรูเดี่ยว (อุณหภูมิบีบอัด 65, 75 และ 85 ?C) ผลการทดลองพบว่าการสกัดน้ำมันด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะสูงกว่าจุดวิกฤติ (อุณหภูมิ 40, 50 และ 60 ?C ความดัน 175, 200 และ 225 bar เป็นเวลา 1, 3 และ 5 hr) ได้ %oil yield และ และ % oil recovery ในช่วง 0.32-17.08% และ 1.88-99.33% ตามลำดับ จากการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการสกัดน้ำมันจากเมล็ดชาด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะสูงกว่าจุดวิกฤติด้วยวิธีการพื้นผิวตอบสนอง (Response Surface Methodology, RSM) เพื่อให้ได้ %oil yield สูงที่สุด พบว่าสภาวะที่เหมาะสมที่สุดคืออุณหภูมิสกัด 48.69 ?C ความดันสกัด 175 bar เป็นเวลา 5 hr ได้ % oil yield ประมาณ 13.55 และอุณหภูมิสกัด 48.72 ?C ความดันสกัด 175 bar เป็นเวลา 5 hr ได้ % oil recovery ประมาณ 78.80 ดังนั้นงานวิจัยนี้นำข้อมูลการวิเคราะห์สภาวะที่เหมาะสมดังกล่าวไปเปรียบเทียบกับการทดลองที่อุณหภูมิในการสกัด 50 ?C ความดันสกัด 175 bar เป็นเวลา 5 hr ซึ่งได้ % oil yield และ % oil recovery ประมาณ 12.20 และ 70.90 ตามลำดับ การสกัดน้ำมันจากเมล็ดชาด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะสูงกว่าจุดวิกฤติ ผลการทดลองพบว่าน้ำมันสกัดมีค่าสี L* ค่า a* และค่า b* ของตัวอย่างน้ำมันสกัดที่ได้อยู่ในช่วง 31.74-47.93, 3.70-47.93 และ 45.27-65.52 ตามลำดับ เมื่ออุณหภูมิ ความดัน และเวลาในการสกัดที่มากขึ้นมีผลให้ค่า L* ค่า a* และ ค่า b* มีแนวโน้มที่สูงขึ้น ปริมาณความชื้นในน้ำมันสกัดมีค่าน้อยกว่า 1 %wb ปริมาณของแข็งที่ละลายได้ทั้งหมดมีค่าเฉลี่ยประมาณ 70.1-71 oBrix และมีค่าความหนาแน่นปนะมาณ 0.86-0.92 g/cm3 น้ำมันสกัดมี total flavonoid content, total tannin content และ total sapponin content ประมาณ 0.87-1.76 ?g/ml QE, 17.83-36.30 ?g/ml TE และ 20.04-25.08 mg saponin equivalent/g oil sample ตามลำดับ และกรดไขมันที่พบในตัวอย่างน้ำมันสกัดส่วนใหญ่ได้แก่ oleic acid (48.44-55.47%) linoleic acid (14.31-25.52%) palmtic acid (18.85-23.05%) และ steric acid (3.97-4.47%) นอกจากนี้ยังพบ gondoic acid (0.75-0.87%), ?-Linolenic acid (0.44-0.96%), palmitoleic acid (0.29-0.34%), margaric acid (0.12-0.23%), myristic acid (0.08-0.12%), eicosapentaenoic acid (0.06-0.13%) และ nervonic acid (0.09-0.10%) นอกจากนี้น้ำมันสกัดมีค่าความเป็นกรด (acid value) อยู่ในช่วง 1.44-5.65 mg KOH/g oil มีค่า free fatty acid ประมาณ 0.73-2.83% มีค่า TBARS ในช่วง 0.25-1.82 ?MDA/g มีค่า peroxide value ในช่วง 11.26-29.07 mEq O2/kg oil ค่า saponification value ประมาณ 105-234.92 mgKOH/g oil และค่า iodine value ประมาณ 35.48-59.66 g I2/100 g ผลการวิเคราะห์ความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ DPPH และ ABTS ของน้ำมันเมล็ดชาที่สกัดด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะสูงกว่าจุดวิกฤติ มีค่าความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ DPPH (IC50) ของน้ำมันที่สกัดได้มีค่าในช่วง 7.37-26.86 g/l oil sample น้ำมันที่สกัดได้ด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะสูงกว่าจุดวิกฤติที่สภาวะอุณหภูมิสกัด 50 ?C ความดันสกัด 200 bar และเวลาในการสกัด 5 hr มีความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ DPPH สูงที่สุด (7.37 g/l oil sample) ขณะที่ความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ ABTS (IC50) ของน้ำมันที่สกัดได้มีค่าในช่วง 22.01-979.9 g/l oil sample โดยน้ำมันที่สกัดได้ด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะสูงกว่าจุดวิกฤติที่สภาวะอุณหภูมิสกัด 40 ?C ความดันสกัด 175 bar และเวลาในการสกัด 3 hr มีความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ ABTS สูงที่สุด (22.01 g/l oil sample) นอกจากนี้น้ำมันเมล็ดชาที่สกัดด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะสูงกว่าจุดวิกฤติมีปริมาณฟีนอลิกทั้งหมดของมีค่าในเฉลี่ย 38.99-275.30 mg of GAE/100g การประเมินงบประมาณและระยะเวลาคืนทุนค่าสร้างเครื่องสกัดน้ำมันชาต้นแบบเครื่องสกัดน้ำมันเมล็ดชาด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะสูงกว่าจุดวิกฤติ เมื่อค่าใช้จ่ายในการลงทุนการผลิตเป็นค่าใช้จ่ายคงที่เพื่อเตรียมการสำหรับการผลิต ได้แก่ ค่าปรับปรุงอาคารสถานที่ ค่าเครื่องจักรที่ใช้ในการผลิต ค่าอุปกรณ์สำนักงาน ค่าใช้จ่ายในการเริ่มโครงการ (Start-up expense) และค่าเงินทุนหมุนเวียนในการดำเนินการ (Working capital) รวม 5,400,000 บาท ค่าใช้จ่ายในการดำเนินการผลิต 20850.05 บาทต่อรอบการผลิต (24 ชั่วโมง) ความสามารถในการสกัดน้ำมันด้วยเครื่องสกัดด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะสูงกว่าจุดวิกฤติจะได้ปริมาณน้ำมันต่อน้ำหนักเมล็ดชาแห้งที่อุณหภูมิในการสกัด 50 ?C ความดันสกัด 200 bar เป็นเวลา 3 ชั่วโมงโดยจะได้ผลผลิตน้ำมันเมล็ดชาออกมา 170.8 กรัมน้ำมันต่อเมล็ดชาอบแห้ง 1 กิโลกรัม ซึ่งคิดเป็น 189.8 มิลลิลิตรต่อเมล็ดชาแห้ง 1 กิโลกรัม มีระยะเวลาคืนทุน 5.05 ปีในการผลิตน้ำมันเมล็ดชาด้วยการสกัดด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะสูงกว่าจุดวิกฤติเมื่อใช้เมล็ดชา 4 kgต่อรอบการผลิต ได้ปริมาณน้ำมัน 759.2 mlต่อรอบารผลิต และขายน้ำมันในราคา 3 บาท/ml หรือ) ระยะเวลาคืนทุน 9.07 ปีสำหรับการผลิตน้ำมันเมล็ดชาด้วยการสกัดด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ที่สภาวะสูงกว่าจุดวิกฤติเมื่อใช้เมล็ดชา 3 kgต่อรอบการผลิต ได้ปริมาณน้ำมัน 569.4 mlต่อรอบารผลิต และขายน้ำมันในราคา 3 บาท/ml การสกัดน้ำมันจากเมล็ดชาด้วยเครื่องบีบอัดแบบสกรูเดี่ยว ผลการทดลองพบว่าน้ำมันสกัดมีค่าสี L* ค่า a* และค่า b* ของตัวอย่างน้ำมันสกัดที่ได้อยู่ในช่วง 38.30-47.93, 3.70-5.27 และ 55.19-63.44 ตามลำดับ ปริมาณความชื้นในน้ำมันสกัดมีค่าน้อยกว่า 1 %wb (0.15-0.28 %wb) ปริมาณของแข็งที่ละลายได้ทั้งหมดมีค่าเฉลี่ยประมาณ 70.7-71.0 oBrix และมีค่าความหนาแน่นประมาณ 0.91-0.93 g/cm3 น้ำมันจากเมล็ดชาที่ได้จากเครื่องบีบอัดแบบสกรูเดี่ยวที่อุณหภูมิในการบีบอัด 65, 75 และ 85 ?C มี total flavonoid content, total tannin content และ total sapponin content ในช่วง 1.02-1.07 ?g/ml QE, 29.49-32.12 ?g/ml TE และ 35.60-39.20 mg saponin equivalent/g oil sample ตามลำดับ กรดไขมันที่พบในตัวอย่างน้ำมันสกัดด้วยเครื่องบีบอัดแบบสกรูเดี่ยวส่วนใหญ่ได้แก่ oleic acid (49.84-50.14%) linoleic acid (24.14-24.45%) palmtic acid (18.74-19.19%) และ steric acid (4.16-4.36%) นอกจากนี้ยังพบ gondoic acid (0.91-0.92%), ?-Linolenic acid (0.52%), palmitoleic acid (0.27%), margaric acid (0.14%), myristic acid (0.08-0.09%), eicosapentaenoic acid (0.04-0.10%) และ nervonic acid (0.12-0.14%) และน้ำมันสกัดมีค่าความเป็นกรด (acid value) ในช่วง 0.91-1.10 mg KOH/g oil มีค่า free fatty acid ประมาณ 0.46-0.55% และค่า TBARS ในช่วง 1.06-1.84 ?MDA/g ขณะที่น้ำมันสกัดมีค่า peroxide value ในช่วง 9.45-20.69 mEq O2/kg oil ค่า saponification value ประมาณ 122.54-204.88 mgKOH/g oil และค่า iodine value ประมาณ 34.74-44.87 g I2/100 g ผลการวิเคราะห์ความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ DPPH และ ABTS ของน้ำมันจากเมล็ดชาที่ได้จากเครื่องบีบอัดแบบสกรูเดี่ยวมีค่าความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ DPPH (IC50) ของน้ำมันที่สกัดได้มีค่าในช่วง 22.06-24.38 g/l oil sample น้ำมันจากเมล็ดชาที่ได้จากเครื่องบีบอัดแบบสกรูเดี่ยวที่อุณหภูมิ 85 oC มีความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ DPPH สูงที่สุด (22.06 g/l oil sample) ขณะที่ความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ ABTS (IC50) ของน้ำมันที่สกัดได้มีค่าในช่วง 40.11-54.03 g/l oil sample โดยน้ำมันจากเมล็ดชาที่ได้จากเครื่องบีบอัดแบบสกรูเดี่ยวที่อุณหภูมิ 85 oC มีความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ ABTS สูงที่สุด (40.11 g/l oil sample) ปริมาณฟีนอลิกทั้งหมดของของน้ำมันจากเมล็ดชาที่ได้จากเครื่องบีบอัดแบบสกรูเดี่ยวมีค่าในเฉลี่ยประมาณ 293.07-322.11 mg of GAE/100g น้ำมันจากเมล็ดชาที่ได้จากเครื่องบีบอัดแบบสกรูเดี่ยวที่อุณหภูมิ 65 oC มีปริมาณฟีนอลิกทั้งหมดสูงที่สุด การประเมินงบประมาณและระยะเวลาคืนทุนค่าสร้างเครื่องสกัดน้ำมันเมล็ดชาด้วยสกรูเดี่ยว เมื่อค่าใช้จ่ายในการลงทุนการผลิตเป็นค่าใช้จ่ายคงที่เพื่อเตรียมการสำหรับการผลิต ได้แก่ ค่าปรับปรุงอาคารสถานที่ ค่าเครื่องจักรที่ใช้ในการผลิต ค่าอุปกรณ์สำนักงาน ค่าใช้จ่ายในการเริ่มโครงการ (Start-up expense) และค่าเงินทุนหมุนเวียนในการดำเนินการ (Working capital) รวม 800,000 บาท ค่าใช้จ่ายในการดำเนินการผลิต 21,416.15 บาทต่อรอบการผลิต (24 ชั่วโมง) ความสามารถในการทำงานของเครื่องจักรในกระบวนการผลิต ความสามารถในการสกัดน้ำมันด้วยเครื่องสกัดแบบสกรูเดี่ยวจะได้น้ำมันเมล็ดชา 75.55 กรัมต่อเนื้อเมล็ดชาแห้ง 1 กิโลกรัมต่อชั่วโมงการทำงาน ซึ่งความสามารถในการทำงานของเครื่องสกัดทั้งหมดรวมกันจะได้ปริมาณน้ำมัน 755.5 กรัมต่อชั่วโมง คิดเป็น 839.4 มิลลิลิตรต่อชั่วโมง มีระยะเวลาคืนทุน 3.01 ปีในการผลิตน้ำมันเมล็ดชา 9 hr/day ได้ปริมาณน้ำมัน 7554.6 ml/day และขายน้ำมันในราคา 3 บาท/ml หรือ ระยะเวลาคืนทุน 3.33 ปีในการผลิตน้ำมันเมล็ดชา 10 hr/day ได้ปริมาณน้ำมัน 8394 ml/day และขายน้ำมันในราคา 3 บาท/ml หรือระยะเวลาคืนทุน 4.24 ปีในการผลิตน้ำมันเมล็ดชา 12 hr/day ได้ปริมาณน้ำมัน 10072.8 ml/day และขายน้ำมันในราคา 3 บาท/ml

คำสำคัญ