การศึกษากรดจากน้ำผลไม้ที่มีผลต่อเคซีนพลาสติก

     ผลไม้บางชนิดที่พบเห็นในชีวิตประจำวัน สกัดได้สารที่มีฤทธิ์เป็นกรดเรียกว่า กรดผลไม้ ในผลไม้แต่ละชนิดจะมีชนิดของกรดแตกต่างกันออกไป เช่น กรดซิตริก กรดทาร์ทาริก กรดมาลิก กรดเหล่านี้มีประโยชน์แตกต่างกันออกไป แต่ที่นิยมมากคือ นำไปใช้ในการดูแลผิวพรรณ เป็นส่วนผสมของสกินแคร์และเครื่องสำอางต่าง ๆ เนื่องจากมีคุณสมบัติในการรักษาสิว ฝ้า รอยด่างดำ นอกจากนี้ หากนำกรดผลไม้ไปผสมกับนมจะทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่ส่งผลให้พอลิเมอร์ของนมคลายตัว และสามารถนำไปขึ้นรูปใหม่เป็นพลาสติกได้ โดยพลาสติกเป็นวัสดุที่คิดค้นขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการของมนุษย์ ให้มีความสะดวกสบายขึ้นจากเดิม ในอดีตใช้วัสดุที่มาจากธรรมชาติผลิตเป็นภาชนะทั้งสิ้น เช่น จานจากใบตอง หม้อจากดินเผา เครื่องสังคโลก แต่ในปัจจุบันล้วนถูกแทนที่ด้วยพลาสติก ทำให้เกิดปัญหาต่อสิ่งแวดล้อม เช่น พลาสติกใช้ระยะเวลาในการย่อยสลายเองตามธรรมชาตินาน มนุษย์จึงจัดการด้วยวิธีการฝังกลบ ทำให้ดินเสื่อมคุณภาพ หากเผาทำให้เกิดเป็นมลพิษทางอากาศ รวมไปถึงการทิ้งขยะไม่ถูกที่ ทิ้งตามพื้นที่สาธารณะ แหล่งน้ำ จนส่งผลต่อสภาพแวดล้อม และสิ่งมีชีวิตตามมาด้วย

     หน่วยงานต่าง ๆ ทั้งภาครัฐและเอกชนเล็งเห็นปัญหาจากพลาสติกที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ในปัจจุบันจึงได้มีการผลิตบรรจุภัณฑ์ที่ผลิตจากพลาสติกชีวภาพ (Bioplastic) เนื่องจากเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม โดยสามารถย่อยสลายได้ง่ายและรวดเร็ว และง่ายต่อการรีไซเคิล พลาสติกชีวภาพผลิตจากวัตถุดิบทางการเกษตรหรือจากธรรมชาติ สามารถปลูกหมุนเวียนและทดแทนได้ เช่น ข้าวโพด อ้อย มันสำปะหลัง ทำให้ลดปัญหาที่ส่งผลต่อสิ่งแวดล้อมได้ดีขึ้น

     นอกจากข้าวโพดและมันสำปะหลังแล้ว ยังสามารถนำนมมาผลิตเป็นพลาสติกชีวภาพได้ เนื่องจากนมมีโมเลกุลของโปรตีนที่เรียกว่า เคซีน (Casein) เมื่อมีการเติมกรดลงในนม เช่น กรดซิตริก ค่า pH ของนมจะเปลี่ยนไป ทำให้โมเลกุลของเคซีนแยกตัว เมื่อแยกเคซีนออกมา สามารถนำไปขึ้นรูปเป็นพลาสติกได้ เรียกพลาสติกชนิดนี้ว่า เคซีนพลาสติก นักเรียนและครูจึงเห็นว่าหากมีการศึกษาเกี่ยวกับพลาสติกชีวภาพ จะช่วยแก้ปัญหาพลาสติกที่ส่งผลกระทบต่อโลกและสิ่งแวดล้อมได้ จึงได้จัดทำโครงงาน “การศึกษากรดจากผลไม้ที่มีผลต่อเคซีนพลาสติก” โดยนักเรียนได้ใช้กรดผลไม้ 5 ชนิด คือ ฝรั่ง สับปะรด มะละกอ ส้ม และมะนาว แทนกรดแอซิติกหรือกรดซิตริกที่เป็นสารเคมี เพื่อลดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม และเพื่อให้ผลการทดลองที่ได้เป็นพลาสติกชีวภาพที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้จริง

ขั้นตอนการทำโครงงาน

     1. สมมติฐาน : ถ้ากรดจากน้ำผลไม้มีผลทำให้โมเลกุลของเคซีนในนมแยกตัว ดังนั้น กรดจากมะนาวที่มีค่าความเป็นกรด-เบส (pH) อยู่ในช่วง 2 - 3 ทำให้โมเลกุลของเคซีนในนมคลายตัวได้ดีที่สุด

     2. วัตถุประสงค์

          1) เพื่อศึกษากรดจากน้ำผลไม้ชนิดต่าง ๆ ที่มีผลต่อมวลของเคซีนพลาสติก

          2) เพื่อเปรียบเทียบมวลของเคซีนพลาสติกที่ได้จากการผสมกรดจากน้ำผลไม้ชนิดต่าง ๆ ในนม

     3. ตัวแปรที่ศึกษา

ตอนที่ 1 เปรียบเทียบปริมาตรของกรดซิตริกที่มีผลต่อเคซีนพลาสติก

          1) ตัวแปรต้น คือ ปริมาตรของกรดซิตริก

          2) ตัวแปรตาม คือ มวลของเคซีนพลาสติก

          3) ตัวแปรควบคุม คือ อุณหภูมิห้องทดลอง 25 องศาเซลเซียส อุณหภูมิของนมขณะต้ม 50 องศาเซลเซียส ปริมาตรของนม และความเข้มข้นของกรดซิตริก

ตอนที่ 2 เปรียบเทียบชนิดของผลไม้ที่มีผลต่อเคซีนพลาสติก

          1) ตัวแปรต้น คือ กรดจากน้ำผลไม้ (ฝรั่ง สับปะรด มะละกอ ส้ม และมะนาว)

          2) ตัวแปรตาม คือ มวลของเคซีนพลาสติก

          3) ตัวแปรควบคุม คือ อุณหภูมิห้องทดลอง 25 องศาเซลเซียส อุณหภูมิของนมขณะต้ม 50 องศาเซลเซียส ปริมาตรของนม และปริมาตรของน้ำผลไม้

     4. ขอบเขตของการศึกษา

          1) ใช้นมโรงเรียนซึ่งเป็นนมวัวในการทดลอง

          2) ใช้ผลไม้ 5 ชนิด คือ ฝรั่ง สับปะรด มะละกอ ส้ม และมะนาว

     5. ผลที่คาดว่าจะได้รับ

          1) ทราบว่ากรดจากผลไม้ชนิดใดสามารถทำให้ได้เคซีนพลาสติกมากที่สุด

          2) พบวิธีการผลิตเคซีนพลาสติกโดยใช้วัสดุธรรมชาติ

     6. นิยามศัพท์เฉพาะ

          1) เคซีน คือ โปรตีนชนิดหนึ่งที่พบในน้ำนมเท่านั้น และมีประมาณร้อยละ 80 ของโปรตีนทั้งหมดในน้ำนม ลักษณะของเคซีนเป็นเมล็ดสีขาวเหลือง ในสภาพบริสุทธิ์มีสีขาว ไม่มีกลิ่นและรส สามารถแยกเคซีนออกจากน้ำนมได้ด้วยวิธีการตกตะกอนนมในช่วง pH 2 - 4 อุณหภูมิ 50 - 60 องศาเซลเซียส

          2) เคซีนพลาสติก คือ พลาสติกที่เกิดจากการแข็งตัวของเคซีนหลังการเติมกรดลงไปในนม

          3) พลาสติกชีวภาพ คือ พลาสติกที่ผลิตขึ้นจากวัสดุธรรมชาติ เช่น เซลลูโลส (ที่ได้จากพืช) แป้ง น้ำตาล (ที่ได้จากมันสำปะหลัง) และเคซีนจากนม โดยพลาสติกชีวภาพเป็นพลาสติกที่สามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ หรือนำไปผ่านกระบวนการหมักทางชีวภาพ

          4) พอลิเมอร์ คือ มอนอเมอร์ที่เป็นโมเลกุลเดี่ยว หากมอนอเมอร์หลาย ๆ โมเลกุลยึดต่อกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ จนกลายเป็นสารประกอบที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ เรียกว่า พอลิเมอร์

          5) พลาสติก คือ วัสดุสังเคราะห์ที่มนุษย์สร้างขึ้นเพื่อทดแทนการใช้วัสดุธรรมชาติ เป็นฉนวนความร้อน และฉนวนไฟฟ้า น้ำหนักเบา ทนน้ำ

          6) กรดซิตริก หรือกรดมะนาว เป็นกรดอินทรีย์อ่อน อยู่ในกลุ่มของกรดอัลฟาไฮดรอกซี (Alpha Hydroxy Acid) ที่นิยมนำมาใช้เป็นผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดผิวและบำรุงผิวหลายชนิด

          7) กรดผลไม้ คือ ความเป็นกรดที่พบในผลไม้ ทราบได้จากการวัดค่า pH (ค่า pH ในช่วง 0 - 6 มีความเป็นกรด ยิ่งค่าเข้าใกล้ 0 จะบ่งบอกว่ามีความเป็นกรดสูง) ตัวอย่างของกรดผลไม้ตามธรรมชาติที่พบในผลไม้ชนิดต่าง ๆ เช่น กรดมาลิก พบในแอปเปิล กล้วย เชอร์รี กรดซิตริก พบในเชอร์รี มะนาว สตรอว์เบอร์รี แอปเปิล กล้วย และกรดทาร์ทาริก พบในอะโวคาโด กล้วย เชอร์รี องุ่น มะนาว หากเปรียบเทียบค่า pH ของผลไม้ชนิดต่าง ๆ จะได้ผลดังตาราง

ที่มา : https://www.tools.in.th/ph/ph-of-fruits/ 

ผลไม้ทั้ง 5 ชนิด เป็นผลไม้ที่มีค่า pH อยู่ในช่วง 2 - 6 ซึ่งเป็นค่าที่เหมาะสมในการทดลอง เนื่องจากมีความเป็นกรด และสามารถหาได้ง่ายในชีวิตประจำวัน มีราคาไม่สูง จึงเลือกมาใช้ในการศึกษาและทดลอง

     7. วัสดุอุปกรณ์ที่ใช้

          1) นมโรงเรียน

          2) กรดผลไม้ 5 ชนิด

          3) บีกเกอร์

          4) ขวดรูปชมพู่

          5) กรวยกรอง

          6) แท่งแก้ว

          7) เตาให้ความร้อน

          8) เทอร์มอมิเตอร์

          9) ถุงมือ

          10) แม่พิมพ์

          11) กระดาษกรอง

          12) ภาชนะใส่ผลการทดลอง

          13)กล้องถ่ายภาพ

          14) เครื่องชั่งน้ำหนัก

8. วิธีการทดลองและผลการทดลองตอนที่ 1 เปรียบเทียบปริมาณของกรดซิตริกที่มีผลต่อเคซีนพลาสติก

          8.1) วิธีการทดลอง

          8.2) ผลการทดลองตอนที่ 1

ผลการเปรียบเทียบปริมาตรของกรดซิตริกในชุดการทดลองต่างๆ

     การแยกเคซีนในนมโดยใช้กรดซิตริกความเข้มข้น 5% w/v ในปริมาตร 5, 10, 15, 20 และ 25 มิลลิลิตร ผสมในนมปริมาตร 50 มิลลิลิตร ผลการทดลองพบว่า ชุดการทดลองที่ 2 ซึ่งใช้นมปริมาตร 50 มิลลิลิตร กับกรดซิตริก 10 มิลลิลิตร สามารถแยกเคซีนได้ปริมาตรมากที่สุด ดังนั้น ในการทดลองตอนที่ 2 จึงได้นำนมปริมาตร 50 มิลลิลิตร ผสมกับกรดผลไม้แต่ละชนิดในปริมาตรเท่ากัน คือ 10 มิลลิลิตร

     9. วิธีการทดลองและผลการทดลองตอนที่ 2 เปรียบเทียบชนิดของกรดจากน้ำ ผลไม้ที่มีผลต่อเคซีนพลาสติก

          9.1) วิธีการทดลอง

9.2) ผลการทดลองตอนที่ 2

กล่าวโดยสรุป การแยกเคซีนในนมโดยใช้กรดจากน้ำผลไม้ (ฝรั่ง สับปะรด มะละกอ ส้ม และมะนาว) ปริมาตร 10 มิลลิลิตร ผสมในนมปริมาตร 50 มิลลิลิตร ผลการทดลองพบว่า

          1) น้ำมะนาว มีค่า pH ในช่วง 0 - 3.0 แยกเคซีนได้ดีที่สุด และน้ำส้ม มีค่า pH ในช่วง 3.0 - 4.0 แยกเคซีนได้ดีในลำดับรองลงมา จึงสรุปผลได้ว่ายิ่งมีค่าความเป็นกรดสูง จะสามารถแยกปริมาณเคซีนได้ดี และสามารถนำมาปั้นหรือขึ้นรูปเป็นพลาสติกได้

          2) น้ำสับปะรด มีค่า pH ในช่วง 2 - 4.1 ใกล้เคียงกับน้ำส้ม สามารถแยกเคซีนออกจากนมได้ แต่ไม่สามารถนำมาปั้นหรือขึ้นรูปได้ เนื่องจากเมื่อแยกเคซีนออกมา เคซีนดังกล่าวรวมตัวเป็นก้อนคล้ายวุ้น ไม่ยึดติดกัน จึงไม่สามารถนำมาปั้นหรือขึ้นรูปให้เป็นพลาสติกได้ (ส่วนเหตุที่ทำให้เคซีนมีลักษณะเป็นวุ้น จะต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมในครั้งถัดไป)

          3) น้ำผลไม้อีก 2 ชนิด คือ ฝรั่ง และมะละกอ ไม่สามารถแยกเคซีนออกจากนมได้ เนื่องจากมีค่า pH สูงกว่าผลไม้ชนิดอื่น (มีความเป็นกรดต่ำ) จึงทำให้อัตราส่วนไม่เหมาะสม คือ ปริมาตรนมมาก แต่กรดผลไม้มีไม่เพียงพอสำหรับการแยกเคซีน

     เมื่อได้เคซีนจากการใช้กรดผลไม้เติมลงไปในนมแล้ว จากนั้นนำเคซีนพลาสติกนี้ไปขึ้นรูปและนำไปใช้ประโยชน์ได้ เช่น ที่ห้อยโทรศัพท์ เข็มกลัด จี้ห้อยคอ กำไลข้อมือ โดยมีตัวอย่างผลงานนักเรียน ดังภาพ

     พลาสติกที่ได้มาจากนมนั้นมีข้อดีคือ เป็นพลาสติกชีวภาพ ผลิตขึ้นจากวัสดุธรรมชาติ ได้แก่ นมวัว และกรดจากผลไม้ชนิดต่าง ๆ ทำให้สามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ ไม่ว่าจะเป็นการฝังกลบหรือนำไปผ่านกระบวนการหมักทางชีวภาพ โดยไม่มีสารเคมีตกค้าง ไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม และยังสามารถเพิ่มมูลค่าของพลาสติกได้อีกด้วย

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของนิตยสาร สสวท. ปีที่ 52 ฉบับที่ 246 มกราคม – กุมภาพันธ์ 2567

ผู้อ่านสามารถติดตามบทความที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ที่ https://emagazine.ipst.ac.th/246/44/

บรรณานุกรม

neonics. (2024). Turn Milk into Plastic. สืบค้นเมื่อ 29 January, 2024, จาก https://www.tools.in.th/ph/ph-of-fruits/

Sandra Slutz. (2020). Turn Milk into Plastic. สืบค้นเมื่อ 29 January, 2024, จาก https://golink.icu/p0Ed3NK.

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ. (2561). หนังสือเรียนรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เล่ม 2 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์. กรุงเทพมหานคร: สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี.