การวิจัยและพัฒนานวัตกรรมระบบการผลิตสาหร่ายขนาดเล็กอย่างเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและยั่งยืน (ระยะที่ 3)

การระบาดของไวรัสโคโรนา หรือ โรคโควิด-19 ก่อให้เกิดผลกระทบทั่วโลก เกิดการเปลี่ยนแปลงในหลาย ๆ ด้าน รวมทั้งการปรับตัวต่อวิถีชีวิตใหม่ของทุกคน เกิดกระแสความตระหนักถึงสุขภาพของตนเองและสิ่งแวดล้อมเพิ่มมากขึ้น ทำให้พฤติกรรมการบริโภคของผู้คนเริ่มปรับเปลี่ยนไป การบริโภคอาหารที่ผลิตจากพืชเพื่อทดแทนเนื้อสัตว์กำลังได้รับความนิยม เพราะนอกจากจะเป็นทางเลือกที่มีผลดีต่อสุขภาพแล้ว การบริโภคโปรตีนจากพืชยังถือว่าเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมอีกด้วย ส่งผลให้เกิดแนวโน้มการเลือกรับประทานโปรตีนจากพืช การบริโภคอาหารและเครื่องดื่มเพื่อสุขภาพคาดว่า ในปี 2562 จะมีมูลค่าประมาณ 88,731 ล้านบาท สาหร่ายขนาดเล็กจัดเป็นหนึ่งในแหล่งโปรตีนทางเลือก ที่ได้รับความสนใจ และถูกนำมาใช้เป็นอาหารเพื่อสุขภาพ และอาหารฟังก์ชั่น รวมทั้งยังสามารถนำมาใช้เป็นส่วนผสมอาหารที่มีมูลค่าสูง  และแหล่งวัตถุดิบของสารชีวเคมีมูลค่าสูง เช่น กรดไขมันจำเป็นชนิดไม่อิ่มตัว (ชนิดโอเมก้า 3 และโอเมก้า 6) สารสีธรรมชาติ เช่น สารสีน้ำเงินจากไฟโคไซยานิน  และสารออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรม เช่น ไบโอแอคทีฟเปปไทด์ และสาร Phytochemical เป็นต้น นอกจากนี้สาหร่ายยังมีศักยภาพช่วยลดภาวะโลกร้อนได้ เนื่องจากสาหร่ายใช้ CO₂ ได้สูงกว่าพืชทั่ว ๆ ไป สาหร่ายจึงเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ทางเลือกของกลุ่มClimatarian ซึ่งเป็นกลุ่มผู้บริโภคที่ต้องการลดการก่อคาร์บอนซึ่งมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ที่เป็นกระแสนิยมมากขึ้นในปัจจุบัน

       ประเทศไทยมีสภาพภูมิอากาศที่เหมาะสมสำหรับการเจริญเติบโตของสาหร่าย ทำให้ปัจจุบันมีผู้เพาะเลี้ยงและผลิตสาหร่ายขนาดเล็กหลายราย ทั้งนี้สาหร่ายได้ถูกนำมาใช้ในการบริโภคและใช้ในอุตสาหกรรมอาหารสัตว์ภายในประเทศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสาหร่ายอาร์โธรสไปร่า หรือสไปรูลิน่า ซึ่งเป็นสาหร่ายที่มีปริมาณโปรตีนสูง และมีสารมูลค่าสูงหลายชนิดรวมถึงสาร Phytochemical  อย่างไรก็ตาม กำลังการผลิตของสาหร่ายชนิดนี้ยังไม่เพียงพอต่อความต้องการภายในประเทศ จึงต้องมีการนำเข้าจากต่างประเทศ  ยิ่งไปกว่านั้นราคาสาหร่ายที่นำเข้ายังถูกกว่าสาหร่ายที่ผลิตได้ในประเทศ จากการวิเคราะห์ต้นทุนการผลิต พบว่า ค่าใช้จ่ายด้านสารเคมีหรือปุ๋ยที่ใช้เป็นสารอาหารในการผลิตสาหร่ายในไทยสูงกว่าประเทศผู้ส่งออกรายอื่น ๆ เพราะสารเคมีหรือปุ๋ยที่ใช้จำเป็นต้องนำเข้าจากต่างประเทศ รวมทั้งในกระบวนการผลิตสาหร่ายนั้นมีการใช้สารเคมีหรือปุ๋ยในปริมาณที่มากเกินความจำเป็นกว่าที่สาหร่ายต้องการ จึงทำให้มีปริมาณสารเคมีหลังจากผ่านการเพาะเลี้ยงสาหร่ายเหลือทิ้งจำนวนมากซึ่งเป็นการสิ้นเปลือง และอาจส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย จากปัญหาดังกล่าว หากนำองค์ความรู้ด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมาช่วยจัดการและควบคุมปริมาณการให้สารอาหารแก่ระบบเพาะเลี้ยงได้อย่างเหมาะสมต่อการผลิตชีวมวลสาหร่าย ร่วมกับการพัฒนาระบบการเพาะเลี้ยงและสายพันธุ์สาหร่ายให้ดียิ่งขึ้นแล้ว จะนำไปสู่การเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตสาหร่ายที่มีคุณภาพสำหรับใช้ในอาหารเพื่อสุขภาพและส่วนผสมอาหารที่มีมูลค่าสูง อย่างเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ในราคาที่แข่งขันได้

       ดังนั้นในงานวิจัยนี้จะสร้างองค์ความรู้และพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตชีวมวลสาหร่ายขนาดเล็ก เพื่อใช้เป็นผลิตภัณฑ์อาหารสุขภาพ อาหารฟังก์ชั่น และสารสกัดจากธรรมชาติ ด้วยการใช้ทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม โดยดำเนินการผ่านชุดโครงการวิจัยเรื่อง “การวิจัยและพัฒนานวัตกรรมระบบการผลิตสาหร่ายขนาดเล็กอย่างเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและยั่งยืน” โดย ปีงบประมาณ 2564 ได้ดำเนินงานผ่านโครงการย่อย 5 โครงการ ได้แก่ โครงการย่อยที่ 1 “การศึกษาการใช้สารอาหารและพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อทำนายการให้สารอาหารและผลผลิตชีวมวลในระบบการเพาะเลี้ยงสาหร่ายระดับต้นแบบ”  โครงการย่อยที่ 2 “การใช้น้ำทะเลเพื่อเป็นอาหารสำหรับการผลิตชีวมวลและสารมูลค่าสูงของสาหร่าย”  โครงการย่อยที่ 3 “การพัฒนาอาร์โธรสไปร่าสายพันธุ์กลายโดยเทคนิคทางชีวโมเลกุลเพื่อสร้างสารมูลค่าสูง”  โครงการย่อยที่ 4 “การพัฒนาระบบการผลิตชีวมวลสาหร่ายในถังปฏิกรณ์ชีวภาพเพื่อผลิตสารมูลค่าสูง”  และ โครงการย่อยที่ 5 “นวัตกรรมการจัดการระบบเพาะเลี้ยงสาหร่ายเพื่อเพิ่มผลผลิตชีวมวลอย่างยั่งยืน” จากงานวิจัยที่ผ่านมา ได้ดำเนินการผ่านโครงการย่อยที่ 1 - 4  ซึ่งก่อให้เกิดองค์ความรู้ด้านการใช้สารอาหารของสาหร่ายในการสร้างชีวมวล และองค์ความรู้นี้ถูกนำมาใช้ในการสร้างและพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ เพื่อนำไปใช้ในการทำนายผลผลิตชีวมวลของสาหร่ายและควบคุมปริมาณการให้สารอาหารได้อย่างเหมาะสม และได้พัฒนาสูตรอาหารสำหรับการผลิตชีวมวลจากสาหร่ายที่ใช้น้ำทะเลเพื่อทดแทนสารอาหารและน้ำจืด โดยสูตรอาหารนี้สามารถให้ผลผลิตชีวมวลภายใต้สภาวะควบคุมในระดับห้องปฏิบัติการได้ไม่แตกต่างจากอาหารสูตรเดิม รวมทั้งได้พัฒนาเทคนิคทางชีวโมเลกุล เพื่อสร้างสาหร่ายอาร์โธรสไปร่าสายพันธุ์ใหม่ที่เป็นแหล่งผลิตกรดไขมันไม่อิ่มตัวชนิดโอเมก้า 3 ได้ 1 สายพันธุ์ รวมทั้งได้พัฒนาและร่างต้นแบบถังปฏิกรณ์ชีวภาพที่จะช่วยลดปัญหาการเกิด dead zone และเพิ่มประสิทธิภาพการเคลื่อนที่ของเซลล์ในระบบ ซึ่งจะมีส่วนช่วยให้การผลิตสาหร่ายในระบบถังปฏิกรณ์ชีวภาพทำได้ในระยะเวลาที่นานขึ้น จึงจะเป็นการลดภาระเรื่องการจัดการระบบและลดปัญหาการปนเปื้อนของสาหร่ายจากแบคทีเรียชนิดอื่น ๆ จากองค์ความรู้ดังกล่าวจึงได้พัฒนาต่อยอดงานวิจัย โดยมุ่งเน้นการพัฒนาในส่วนการออกแบบและพัฒนานวัตกรรมระบบการผลิตสาหร่ายขนาดเล็กบนพื้นฐานการใช้ทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพ และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม โดยปีงบประมาณ 2565 ได้ดำเนินงานผ่านโครงการย่อย 3 โครงการดังนี้ โครงการย่อยที่ 1 “การศึกษาการใช้สารอาหารและพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อทำนายการให้สารอาหารและผลผลิตชีวมวลในระบบการเพาะเลี้ยงสาหร่ายระดับต้นแบบ”  โครงการย่อยที่ 2 “นวัตกรรมการจัดการระบบเพาะเลี้ยงสาหร่ายเพื่อเพิ่มผลผลิตชีวมวลอย่างยั่งยืน” และ โครงการย่อยที่ 3 “การพัฒนาระบบการผลิตชีวมวลสาหร่ายในถังปฏิกรณ์ชีวภาพเพื่อผลิตสารมูลค่าสูง” เพื่อพัฒนาต่อยอดและทดสอบแบบจำลองคณิตศาสตร์ที่ทำนายการใช้สารอาหารเพื่อการสร้างชีวมวลของสาหร่ายในสภาวะกลางแจ้ง และวิธีการ/รูปแบบการให้สารอาหารไนโตรเจนร่วมกับคาร์บอน ที่เหมาะสมต่อการเพิ่มชีวมวลของสาหร่าย และออกแบบระบบควบคุมและติดตามปัจจัยทางกายภาพของอาหารในบ่อเพาะเลี้ยงแบบกึ่งอัตโนมัติหรืออัตโนมัติที่มีการเชื่อมต่อเครื่องมือวัดปริมาณสารอาหารในบ่อเพาะเลี้ยง รวมทั้งสร้างและพัฒนาระบบถังปฏิกรณ์ชีวภาพให้มีประสิทธิภาพในการผลิตชีวมวลเพิ่มขึ้นและประหยัดพลังงาน

            องค์ความรู้ที่ได้จากการวิจัยที่ผ่านมาจะนำมาบูรณาการในงานวิจัยนี้ เพื่อพัฒนาระบบการเพาะเลี้ยงสาหร่ายและระบบควบคุมการให้สารอาหารที่ตอบสนองความต้องการของสาหร่ายเพื่อผลิตชีวมวล ช่วยลดต้นทุนการผลิตด้านสารเคมีและลดการปลดปล่อยสารเคมีสู่สิ่งแวดล้อม และนำไปสู่การสร้างนวัตกรรมระบบการผลิตสาหร่ายขนาดเล็กบนพื้นฐานการใช้ทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ภายใต้แนวคิดเศรษฐกิจชีวภาพ เศรษฐกิจหมุนเวียน และเศรษฐกิจสีเขียว (Bio-Circular-Green Economy: BCG Economy)  ซึ่งจะเป็นส่วนสำคัญในการยกระดับความสามารถการแข่งขันวางรากฐานเศรษฐกิจ และต่อยอดอุตสาหกรรมอาหาร เพื่อรองรับความต้องการตลาดของการใช้ชีวมวลสาหร่ายขนาดเล็กมาเป็นอาหารเพื่อสุขภาพ อาหารฟังก์ชั่น และส่วนผสมอาหารที่มีมูลค่าสูง  ในรูปแบบ Plant-Based Protein หรือโปรตีนจากพืช และโปรตีนทางเลือกที่เพิ่มขึ้น และการใช้ชีวมวลของสาหร่ายยังเป็นอีกทางเลือกเพื่อเป็นแหล่งวัตถุดิบสำหรับสารสกัดมูลค่าสูงจากธรรมชาติ รวมทั้งยังเป็นการตอบรับกระแสการบริโภคอาหารที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ภายใต้วิถีชีวิตใหม่ของผู้บริโภคอีกด้วย