“กาแฟ”เป็นเครื่องดื่มที่ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายจนได้กลายมาเป็นส่วนหนึ่งของวัฒนธรรมในสังคมปัจจุบัน การบริโภคกาแฟนอกเหนือจากความต้องการสารคาเฟอีนที่ช่วยกระตุ้นระบบประสาทส่วนกลางเพื่อทำให้ร่างกายเกิดความตื่นตัว และลดความง่วงได้แล้วนั้น  รสชาติของกาแฟตลอดจนบรรยากาศของร้านกาแฟก็ยังเป็นสิ่งดึงดูดผู้บริโภคได้อีกด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง “กลิ่น” ที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะของกาแฟที่ทำให้กาแฟของแต่ละแก้วแตกต่างกันออกไป  โดยกลิ่นของกาแฟจะแปรเปลี่ยนไปตามปัจจัยต่างๆ เช่น พันธุ์ของกาแฟ  แหล่งที่ปลูก  และกรรมวิธีการคั่ว ซึ่งปัจจัยเหล่านี้ส่งผลต่อราคาเมล็ดกาแฟที่จำหน่ายกันในท้อง ตลาด

           กลิ่นในกาแฟนั้นเกิดจากสารอินทรีย์ระเหยง่าย (Volatile Organic Compounds, VOCs) หลากหลายชนิดที่สามารถทำให้ประสาทการรับรู้ของมนุษย์ เกิดความพึงพอใจต่อกลิ่นโดยรวม ซึ่งการประเมินคุณภาพ โดยอาศัยข้อมูลจากประสาทรับรู้กลิ่นของมนุษย์นั้นทำได้ยาก เนื่องจากเป็นความพึงพอใจของแต่ละบุคคล  อย่างไรก็ตาม เราสามารถประเมินคุณภาพของเมล็ดกาแฟจากการวิเคราะห์ชนิด และจำนวนของสารอินทรีย์ระเหยง่ายที่มีในเมล็ดกาแฟโดยใช้เครื่องมือวิเคราะห์ที่มีประสิทธิภาพ  เพื่อนำผลที่ได้มาเป็นข้อมูลในการคัดเลือกหรือควบคุมคุณภาพของเมล็ดกาแฟ

          สำหรับเทคนิคการวิเคราะห์สาร VOCs ที่นิยมใช้กันคือเทคนิคแก๊สโครมาโทกราฟี (Gas Chromatography, GC) โดยใช้ตัวตรวจวัดชนิดเฟลมไอออไนเซชันดีเทคเตอร์ (Flame Ionization Detector, FID)  แต่เทคนิคนี้จำเป็นต้องแยกสารอินทรีย์ระเหยง่าย ที่มีจำนวนมากในเมล็ดกาแฟออกจากกันให้ได้มากที่สุด  ซึ่งโดยปรกติก็จะใช้การเพิ่มความยาวของคอลัมน์ จึงส่งผลให้ใช้ระยะเวลาในการวิเคราะห์นานขึ้นไปด้วย  ดังนั้นจึงต้องมีเทคนิคที่สามารถแยกสาร VOCs ได้ดีแต่ยังคงไว้ซึ่งระยะเวลาในการวิเคราะห์สั้น เทคนิคนี้คือ Ion Mobility Spectrometry (IMS) 

รูปแสดงการทำงานของเครื่อง GC-IMS

            GC-IMS     เป็นเทคนิคการแยก และวิเคราะห์สารผสมที่อยู่ในรูปของสารระเหย  โดยขั้นตอนการทำงานงานจะเริ่มจากนำตัวอย่างที่อยู่ในรูปสารระเหยเข้าสู่ระบบที่ส่วนฉีดสาร จากนั้นสารตัวอย่างจะถูกพาเข้าสู่คอลัมน์ เพื่อทำการแยกสารผสมออกจากกันและเข้าสู่ IMS เพื่อแยกไอออนของสารผสม  (ที่อาจจะไม่แยกที่คอลัมน์) ทำให้เกิดการแยกสารแบบสองขั้น ช่วยให้การวิเคราะห์สารผสมทำได้ง่ายมากยิ่งขึ้น ก่อนเข้าสู่ดีเทคเตอร์ต่อไป

           เฮดสเปซ (Headspace) เป็นเทคนิคนิยมใช้สำหรับการสกัดสาร VOCs โดยขั้นตอนการทำงานเริ่มการให้ความร้อนกับขวดใส่ตัวอย่างที่ปิดสนิท เพื่อให้สาร VOCs ระเหย จากนั้นจึงนำไอระเหยของสารที่สนใจเข้าสู่เครื่อง GC-IMS เพื่อแยกและวิเคราะห์ถัดไป  วิธีการนี้ช่วยลดขั้นตอนการเตรียมตัวอย่างให้สามารถทำได้รวดเร็วและไม่ยุ่งยากลดการใช้สารละลายในการสกัด และลดสารละลายของเสียอีกด้วย

รูปแสดงการขั้นตอนการเตรียมตัวอย่างด้วยเทคนิคเฮดสเปซ

           เมื่อได้ทำการวิเคราะห์ตัวอย่าง เปรียบเทียบความไวในการวิเคราะห์ (Sensitivity) ระหว่างเทคนิค GC-IMS และ GC-FID พบว่าการวิเคราะห์ด้วยเทคนิค  GC-IMS พบสารอินทรีย์ระเหยง่ายจำนวนมากกว่า 60 ชนิด ในขณะที่เทคนิค GC-FID พบสารอินทรีย์ระเหยง่ายเพียง 18 ชนิดแสดงให้เห็นถึงความไวในการวิเคราะห์ของตัวตรวจวัดชนิด IMS ว่ามีความไวสูงกว่าเมื่อเทียบกับตัวตรวจวัดชนิด FID

          ดังนั้นเทคนิค GC-IMS จึงเป็นเทคนิคและวิธีที่เหมาะสมในการวิเคราะห์โปรไฟล์ของสาร VOCs ในตัวอย่าง เพื่อนำผลการวิเคราะห์ ไปใช้ในการควบคุมคุณภาพและการคัดเลือกวัตถุดิบได้ นอกจากการวิเคราะห์ VOCs ในตัวอย่างเมล็ดกาแฟแล้วยังสามารถประยุกต์ไปใช้ในการวิเคราะห์ในตัวอย่างที่หลากหลาย

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานเครื่อง GC-IMS

          1) การจำแนกชนิดของน้ำมันมะกอกบริสุทธิ์

          2) การจำแนกน้ำผึ้งตามแหล่งที่มาเพื่อจำหน่าย

          3) การควบคุมคุณภาพของวัตถุดิบ

          4) การควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์

          5) การตรวจติดตามคุณภาพของผลิตภัณฑ์หลังบรรจุ

 อ่านบทความฉบับเต็มได้ที่ : www.scispec.co.th/app/2021TH/AN21_GCIMS_Coffee.pdf