การสังเคราะห์และประยุกต์ใช้สารคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสที่ได้จากผักตบชวาเพื่อยืดอายุและป้องกันผลผลิตทางการเกษตรหลังการเก็บเกี่ยวของข้าวพันธุ์พื้นเมือง กข06

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ณัฐพร สิงหกำ, นวพัตร์ พุฒิมา

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

สุรศักดิ์ บุญธิมา, เกียรติศักดิ์ รัตนคุณศาสน์

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนวิทยาศาสตร์จุฬาภรณราชวิทยาลัย เลย

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2561

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

  1. หลักการและเหตุผล

ปัจจุบันประเทศไทยเป็นประเทศทางการเกษตร ซึ่งผลผลิตทางการเกษตร คือ เมล็ดพันธุ์พืช ได้แก่ เมล็ดข้าว ถั่วเมล็ดแห้ง และถั่วจากพืชยืนต้น จะถูกเก็บเกี่ยวเมื่อแก่จัด เมล็ดพืชเหล่านี้ เป็นผลประเภทผลแห้ง ซึ่งมีความชื้นต่ำ แต่ภายหลังการเก็บเกี่ยวแล้วจะมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ปัจจัยที่มีผลต่อคุณภาพและอายุการเก็บรักษาของเมล็ดพืช ได้แก่ ความชื้นของเมล็ดพืชอุณหภูมิที่ใช้การเก็บรักษา ความชื้นสัมพัทธ์ การถูกรบกวนโดยแมลง เช่น มอด มด ซึ่งสภาวะการเก็บรักษามีผลกับคุณภาพในด้านต่างๆ ทั้งทางกายภาพ เคมี และการเสื่อมเสียเนื่องจากจุลินทรีย์ เมื่อเกิดการเก็บรักษาที่ไม่ดี จะทำให้เมล็ดพืชถูกจุลินทรีย์ และแบคทีเรียทำลาย นำไปสู่ปัญหาในการเพาะปลูก และผลผลิตที่ได้รับ

เมื่อปลูกพืชด้วยเมล็ดที่มีเชื้อโรคติดมาด้วย เชื้อโรคนั้นจะเป็นสาเหตุทำให้พืชที่งอกและเจริญเติบโตอยู่ได้รับความเสียหายจากโรคอย่างมาก เช่น โรคที่ติดมากับเมล็ดของข้าวฟ่าง ได้ทำความเสียหายในไร่ส่วนตัวถึง 5% และบางครั้งสูงขึ้นถึง 50% นอกจากต้นกล้าที่เป็นโรค เชื้อยังแพร่สปอร์ระบาดไปยังต้นปกติอื่นๆ ในไร่หรือไปสู่ท้องถิ่นที่ไม่มีโรคนี้มาก่อน เช่น โรคแอนแทรคโนสของพริก โรคเหี่ยวที่เกิดจาก Fusarium ของพืช โรครานํ้าค้างของข้าวโพด ข้าวฟ่าง เป็นต้น การระบาดของโรคโดยเชื้อติดไปกับเมล็ดที่ใช้ทำพันธุ์ โรคจะสามารถระบาดได้อย่างแน่นอนและสู่ท้องถิ่นอื่นๆ ได้ไกล

คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส หรือที่เรียกกันว่า ซีเอ็มซี (carboxymethylcellulose, CMC) ซึ่งจัดเป็นโพลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้ วิธีการสังเคราะห์ซีเอ็มซีทำได ้โดยการนำเซลลูโลส มาทำปฏิกิริยากับ โซเดียมไฮดรอกไซด์ และกรดโมโนคลอโรแอซีติก ผลิตภัณฑ์ซีเอ็มซีที่สังเคราะห์ ได้จากวัสดุธรรมชาติมีสมบัติคือ เป็นสารที่เพิ่มความหนืด และช่วยในการยึดเกาะ ละลายได้ในน้ำ ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส ไม่เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ ไม่เปลี่ยนแปลงความหนืด เมื่อทิ้งไว้นานๆ ทำหน้าที่เป็นตัวคงสภาพ สารแขวนลอยและสารยึดเกาะ ให้ฟิล์มที่ใสและแข็งแรง ไม่ละลายในน้ำมัน ไขมันและสารอินทรีย์ มีความคงทนต่อสารเคมี และเชื้อจุลินทรีย์สูงกว่าสารธรรมชาติ ไม่เปลี่ยนแปลงสมบัติแม้เก็บไว้เป็นเวลานาน

ดังนั้นจากคุณสมบัติของคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส ทำให้คณะผู้จัดทำมีแนวคิดเพื่อที่จะยืดอายุของผลผลิตทางการเกษตรหลังเก็บเกี่ยว คือ การป้องกันเชื้อจุลินทรีย์และแบคทีเรียที่อาจทำลายเมล็ดพันธุ์พืช ส่งผลทำให้ต้นพืชติดโรคและไม่ได้ผลผลิตตามที่ต้องการ โดยการนำวัสดุที่เหลือใช้ในท้องถิ่น คือ ผักตบชวา มาสกัดเป็นสารคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสที่ใช้ในการเคลือบเมล็ดพันธุ์ ซึ่งผักตบชวาเป็นวัชพืชทางน้ำที่พบเห็นได้ในท้องถิ่น

  1. วัตถุประสงค์

  1. เพื่อยืดอายุของผลผลิตทางการเกษตรหลังการเก็บเกี่ยวของพันธุ์ข้าว กข6

  2. เพื่อป้องกันการติดเชื้อของเมล็ดพันธุ์พืชหลังเก็บเกี่ยวของพันธุ์ข้าว กข6

  3. เป้าหมายและขอบเขตของโครงงาน

3.1 เป้าหมาย

  1. เพื่อยืดอายุของผลผลิตทางการเกษตรหลังเก็บเกี่ยวของพันธุ์ข้าว กข6 ให้มีระยะเวลาที่นานขึ้น เพียงพอต่อการเพาะปลูกของเกษตรกรในแต่ละปี โดยไม่ต้องซื้อเมล็ดพันธุ์พืชใหม่ในการเพาะปลูก

  2. เพื่อป้องกันการกลายพันธุ์ของพืชพื้นเมือง เนื่องจากพืชพื้นเมืองมีลักษณะเฉพาะตัว เมื่อถูกจุลินทรีย์ หรือแบคทีเรียทำลาย ส่งผลให้พืชกลายพันธุ์

3.2 ขอบเขตโครงงาน

เมล็ดพันธุ์พืชที่ใช้ในการทดลอง คือ เมล็ดข้าวพันธุ์พื้นเมือง กข6 ได้จากการปรับปรุงพันธุ์ โดยการใช้รังสีชักนำให้เกิดการกลายพันธุ์ โดยใช้รังสีแกมมาปริมาณ 20 กิโลแรด อาบเมล็ดพันธุ์ข้าวขาวดอกมะลิ 105 แล้วนำมาปลูกคัดเลือกที่สถานีทดลองข้าวบางเขนและสถานีทดลองข้าวพิมาย จากการคัดเลือกได้ข้าวเหนียวหลายสายพันธุ์ในข้าวชั่วที่ 2 นำไปปลูกคัดเลือกจนอยู่ตัวได้สายพันธุ์ที่ให้ผลผลิตสูงสุดคือ สายพันธุ์ KDML105'65-G2U-68-254

  1. วิธีการดำเนินงาน

  1. สกัดสารคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสจากผักตบชวา โดยมีขั้นตอนดังนี้

1.1 กระบวนการสกัดสารสี

1.2 กระบวนการย่อยเซลลูโลส

1.3 กระบวนการฟอกสี

1.4 กระบวนการสังเคราะห์สารคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส

  1. กระบวนการเคลือบเมล็ดข้าวพันธุ์พื้นเมือง กข06 นำสารคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสมาเคลือบเมล็ดข้าวพันธุ์พื้นเมือง กข06 โดยใช้เครื่องเคลือบเมล็ดพันธุ์

  2. กระบวนการทดสอบประสิทธิภาพของการเคลือบ

  • ตรวจสอบสี

  • ตรวจสอบความชื้น

  • เปรียบเทียบน้ำหนักระหว่างเมล็ดพันธุ์ข้าวที่ถูกเคลือบและไม่เคลือบ

  • ส่องกล้องจุลทรรศน์เปรียบเทียบระหว่างเมล็ดพันธุ์ข้าวที่ถูกเคลือบและไม่เคลือบ

  • เปรียบเทียบการเจริญเติบโตของเชื้อราระหว่างเมล็ดพันธุ์ข้าวที่ถูกเคลือบและไม่เคลือบ

ทำการทดลอง 5 ซ้ำ โดยบันทึกผลการทดลองทุกวันเป็นระยะเวลา 1 เดือน บันทึกผลการทดลอง

  1. นำข้อมูลที่ได้มาวิเคราะห์ค่าความเชื่อมั่นทางสถิติ

  2. อภิปรายและสรุปผล