นักวิทยศาสตร์ชาวบราซิลสามารถคัดแยกเมล็ดกาแฟพิเศษและแบบทั่วไปโดยใช้การถ่ายภาพสเปกตรัมและปัญญาประดิษฐ์

อย่างที่ทราบกันดีว่าการประเมินคุณภาพกาแฟนั้นต้องผ่านกระบวนการที่เป็นมาตรฐานและยอมรับในระดับสากล โดยประเมินผ่านผู้เชี่ยวชาญ หรือ Q arabica grader ที่จะลงคะแนนในแต่ละขั้นตอนตั้งแต่ Green Bฺean ไปจนถึงขั้นตอนของการชิม (Cupping) เพื่อต้องการผลคะแนนและสรุปได้ว่ากาแฟแต่ละตัวผ่านเกณฑ์ของการได้เป็นกาแฟพิเศษหรือไม่

แต่เมื่อไม่นานมานี้นักวิทยศาสตร์ชาวบราซิล Winston Pinheiro Claro Gomes จากศูนย์พลังงานนิวเคลียร์ในการเกษตรของมหาวิทยาลัยเซาเปาโล (University of São Paulo’s Center for Nuclear Energy in Agriculture (CENA-USP)) ร่วมมือกับวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ Luiz de Queiroz และศูนย์คอมพิวเตอร์ที่ Federal University of Pernambuco ได้พัฒนาวิธีการคัดเลือกเมล็ดกาแฟโดยใช้การถ่ายภาพแบบหลายสเปกตรัม (Multispectral imaging : เซนเซอร์ที่มีช่องสัญญาณหลายช่อง ซึ่งในแต่ละช่องสัญญาณจะครอบคลุมในแต่ละช่วงย่านความยาวคลื่น ดังนั้นภาพผลลัพธ์ที่ได้จะประกอบด้วยข้อมูลภาพหลายชั้นของแต่ละช่องสัญญาณ) และ Machine Learning (การทำให้ระบบคอมพิวเตอร์เรียนรู้ได้ด้วยตนเองโดยใช้ข้อมูล หรือการเรียนรู้ของโปรแกรมด้วยตนเอง) ซึ่งสามารถทำได้แบบเรียลไทม์ในระหว่างกระบวนการผลิต และช่วยหลีกเลี่ยงความผิดพลาดจากมนุษย์ที่อาจเกิดขึ้นได้ ยิ่งไปกว่านั้นวิธีการนี้ไม่จำเป็นต้องอาศัยขั้นตอนของการคั่วอีกด้วย เรียกได้ว่าเป็นอีกวิธีการที่ค่อนข้างสะเทือนวงการกาแฟเลยทีเดียว ซึ่งการใช้การถ่ายภาพแบบหลายสเปกตรัม (MSI) ในอุตสาหกรรมกาแฟนั้นถือได้ว่าเป็นเรื่องใหม่ เพราะส่วนใหญ่มักถูกนำไปใช้ในการทำแผนที่ไนโตรเจนในสวนกาแฟ ตรวจสอบความเสียหายหรือการตายของเซลล์ในเมล็ดกาแฟ (Necrosis) และตรวจหาศัตรูพืชและโรคในพืช ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่น่าจับตามองสำหรับวงการอุตสาหกรรมกาแฟในปัจจุบันที่มีทั้งวิทยาศาสตร์และเทคโนลีเข้ามาเป็นส่วนเกี่ยวข้อง

นักวิจัยได้วิเคราะห์ตัวอย่างกาแฟสาร 16 ตัวอย่างที่เป็นเมล็ดกาแฟพิเศษและเมล็ดทั่วไป (Standard commercial) ซึ่งปลูกในรัฐ Minas Gerais และ São Paulo โดยเมล็ดกาแฟพิเศษ 10 ตัวอย่าง มาจากผลผลิตในปี 2016/17 ที่ปลูกในภูมิภาค Alta Mogiana และได้รับการจัดหาโดยสมาคมผู้ผลิตกาแฟพิเศษของภูมิภาคอีกด้วย ในส่วนของเมล็ดกาแฟทั่วไปอีก 6 ตัวอย่างนั้น มาจากผลผลิตเชิงพาณิชย์ที่ถูกซื้อเป็นจำนวนมากในตลาดท้องถิ่น

หลังจากได้ตัวอย่างมาเรียบร้อยแล้ว ทีมวิจัยจะใช้เทคนิคของการถ่ายภาพหลายสเปกตรัมบนพื้นฐานของการสะท้อนแสง (Reflectance) และการเรืองแสงอัตโนมัติ (Autofluorescence : การเปล่งแสงตามธรรมชาติโดยโครงสร้างทางชีววิทยา) ซึ่งภาพของวัตถุเดียวกันจะถูกถ่ายที่ความยาวคลื่นต่างกัน ซึ่งจะตามมาด้วย Machine Learning Model (โมเดลที่เกิดจากการเรียนรู้ของ AI ไม่ได้เกิดจากการเขียนโดยใช้มนุษย์) เพื่อจำแนกเมล็ดตามข้อมูลที่รวบรวมได้จากภาพ

Winston Gomes อธิบายถึงวิธีการและการทำงานว่า “หลังจากวางเมล็ดกาแฟในจานเพาะเชื้อ (Petri dish) และใส่ลงอุปกรณ์ที่เป็นทรงกลมที่มีไฟ LED, ตัวกรองสัญญาณแสง (Optical Filters) และกล้องแล้ว จากนั้นกล้องจะเลื่อนลงมาอยู่บนตัวอย่างจนปิดสนิท แล้วจะทำการจับภาพหลังจากที่แสงรวมกัน และกระจายแสงที่ความยาวคลื่นต่างกัน ในขั้นตอนแรกจะใช้ภาพสะท้อนแสงขาวดำ จากนั้นจึงใช้ภาพเรืองแสงอัตโนมัติ ซึ่งซอฟต์แวร์ออนบอร์ดจะดึงข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับบริเวณนั้น ๆ เพื่อใช้สร้างอัลกอริธึม (Algorithm : กระบวนการแก้ปัญหาที่สามารถอธิบายออกมาเป็นขั้นตอนชัดเจน) ที่จำแนกกลุ่มตัวอย่าง และให้ผลลัพธ์กับเราในที่สุด ”

ผลการทดสอบพบว่า เมล็ดกาแฟพิเศษจะมีรูปร่างที่ค่อนข้างสม่ำเสมอกว่าในภาพสเปกตรัมที่มองเห็นได้ ในขณะที่เมล็ดกาแฟทั่วไปตามตลาดท้องถิ่นนั้นจะเข้มข้นกว่าต่อเมื่ออยู่ในภาพเรืองแสงอัตโนมัติ ซึ่งสัญญาณเรืองแสงที่เข้มข้นมากหรือน้อยนั้น นักวิจัยระบุว่า อาจเกี่ยวข้องกับการแปรผันในความเข้มข้นของสารประกอบในเมล็ดกาแฟ โดยสารเรืองแสงสีเขียวที่เป็นเครื่องหมายทางชีวภาพจะแสดงด้วยแสงสีเขียวในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ ซึ่งจะวิเคราะห์หาสารประกอบฟีนอล (Phenolic Compounds เป็นสารที่พบตามธรรมชาติในพืชหลายชนิด) 10 ตัว และข้อมูลพบว่าแคทีชิน (Catechin) คาเฟอีน และกรดบางชนิดตอบสนองอย่างรุนแรงหลังจากถูกแสงสีฟ้า ดังนั้นข้อมูลหรือวิธีการของการเรืองแสงอัตโนมัติจึงมีส่วนสำคัญในการแยกแยะสารกาแฟพิเศษออกจากสารกาแฟทั่วไป โดยความแตกต่างในระดับของสารประกอบเหล่านี้มักใช้เพื่อแยกความแตกต่างระหว่างเมล็ดกาแฟชนิดพิเศษและกาแฟทั่วไปอยู่ก่อนแล้ว

ก่อนจบสนทนา Winston Gomes ยังกล่าวถึงการวิจัยที่จะพัฒนาต่อไว้ให้ได้รอติดตามว่า “หลังจากที่ได้ศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของตัวอย่างเหล่านี้ แม้จะไม่มีความแตกต่างกันในชนิดของสารเคมี แต่เราพบว่าความเข้มข้นของเมล็ดในแต่ละตัวอย่างนั้นแตกต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระดับของกรดคลอโรจีนิก (Chlorogenic Acid) และคาเฟอีน นอกจากนี้เรากำลังทำการวิจัยโดยการพยายามจำแนกเมล็ดกาแฟตามภาพเอ็กซเรย์ รวมถึงเพิ่มจำนวนตัวอย่าง และความกว้างของการวิเคราะห์โดยรวม ผ่านเมล็ดกาแฟนำเข้าอีกด้วย”

เรียกได้ว่าทิ้งทวนเนื้อหาให้ได้ติดตามอย่างใจจดใจจ่อเลยทีเดียว ซึ่งการวิจัยครั้งนี้ทำให้เห็นว่า ในปัจจุบันเทคโนโลยีและวิทยาศาสตร์เข้ามามีบทบาทในโลกของกาแฟค่อนข้างมาก และส่งผลให้ในอนาคตวงการกาแฟบ้านเราก็อาจจะต้องรับมือและปรับตัวกับความเปลี่ยนแปลงเพื่อพัฒนาวงการกาแฟไทยต่อไป

_________________________________________________

แหล่งที่มา

https://bit.ly/3T2pdIZ

_________________________________________________

Coffee Traveler

เป็นนิตยสารรายสองเดือน ที่จัดพิมพ์ขึ้นเพื่อเป็นการส่งผ่านความรู้ทางด้านกาแฟ

และเสริมมุมความคิดในด้านธุรกิจกาแฟ

- - -

สมัครสมาชิกนิตยสารได้ที่ : IN BOX Facebook Coffee Traveler

Instagram : coffeetraveler_magazine

Youtube : Coffee Traveler

Blockdit : I am Coffee Traveler / coffeetravelermag