مهندسی بیوسیستم ایران
سال:1390 | دوره:42 | شماره:2 |تعداد مقالات:13

استفاده از الیاف گیاهی در تولید محصولات مختلف توجه محققان زیادی را به خود جلب کرده است. الیاف گیاهی نسبت به الیاف صنعتی ارزان بوده، بهتر در طبیعت تجزیه شده و آلایندگی کمتری در محیط زیست ایجاد می کنند.الیاف خرما یکی از الیاف های گیاهی بوده و از کاربردهای عمده سنتی آن تهیه طناب می باشد.طناب ها اصولا تحت تاثیر تنش های کششی قرار می گیرند. از طرفی سطح طناب های تهیه شده از الیاف گیاهی زبر بوده و در نتیجه کار کردن با آن ها مشکل است. با کاستن لیگنین و پوشاندن سطح الیاف با مواد پلیمری می توان اصطکاک این الیاف را کاهش داد.در این پژوهش ابتدا از الیاف خام و رزین شده خرما طناب تهیه شده و سپس خصوصیات مکانیکی آن ها را شامل استحکام کششی، مدول الاستیسیته و کرنش اندازه گیری شدند.توزیع تنش و کرنش در این الیاف با استفاده از معادلات مکانیک جامدات در نرم افزار ANSYS مدلسازی شد. در آزمایش کشش، حداکثر نیرویی که طناب تهیه شده از 10 لیف خام تحمل نمود 172 نیوتن بود که با افزودن رزین به 400 نیوتن افزایش پیدا کرد. مدول الاستیک برای این طناب ها به ترتیب 600 و 250 مگاپاسکال بود که نشان داد با افزودن رزین الیاف حالت ارتجاعی بیشتری پیدا می کنند. تنش و کرنش های به دست آمده توسط نرم افزار برای طناب های مختلف با نتایج آزمون کشش مطابقت داشتند. در بررسی توزیع تنش و کرنش توسط مدل نشان داده شد که نقطه گسیختگی طناب ها در نقطه ای نزدیک فک ثابت با فاصله ای حدود 30% طول طناب رخ می دهد و آزمایش های عملی با دستگاه کشش نیز این نتیجه را تایید کرد.

یکی از گزینه های مناسب جهت ساخت بسته بندی های عبور ناپذیر، استفاده از نانو ذرات رس و نقره می باشد. این مواد ضمن ایجاد عبورناپذیری نسبی مطلوب و فرآیند پذیری، سایر ویژگی ها را بهبود بخشیده و با حفظ رطوبت نان بسته بندی شده و جلوگیری از خروج بخار آب، باعث کاهش میزان بیات شدن نان می شود. در این تحقیق، اثر هفت نوع فیلم نانویی با درصدهای متفاوت نقره و رس، بر عبور پذیری بخار آب مورد بررسی قرار گرفت. سپس میزان عبورپذیری با تعیین درصد رطوبت نان بسته بندی شده بررسی شد. در پایان کلیه داده ها با استفاده از نرم افزار SPSS (آزمون دانکن)، مورد تجزیه و تحلیل و مقایسه با نمونه شاهد (بدون ذرات نانو) قرار گرفت. نتایج حاکی از آن بود که با کاهش 3.1 تا 4.9 برابری میزان عبورپذیری بخار آب از فیلم های نانویی، رطوبت نان بسته بندی شده، 14 تا 25 درصد افزایش یافته و این امر باعث کاهش بیاتی نان به میزان 40 تا 60درصد می شود. فیلم های نانویی به ویژه فیلم های شامل نانو نقره، با کاهش عبورپذیری رطوبت، به طور معنی دار در سطح 99 درصد، میزان بیاتی نان های نگهداری شده را 40تا60 درصد کاهش داد. در بین فیلم ها، فیلم نانو نقره 2 درصد (S2) به عنوان مناسب ترین فیلم شناخته شد.

شهرستان ساوجبلاغ مهم ترین منطقه تولید محصولات گلخانه ای هیدروپونیک در ایران است و بالاترین سطح زیر کشت توت فرنگی گلخانه ای را دارا می باشد.هدف این مطالعه بررسی الگوی مصرف انرژی و تعیین ارتباط بین انرژی ورودی در کشت توت فرنگی گلخانه ای و عملکرد با استقرار مدل برنامه ریزی خطی بر اساس تحلیل پوششی داده ها است. در ادامه کارایی فنی گلخانه ها تعیین و انرژی معادل نهاده های انرژی در تولید بهینه سازی شد. پس از تجزیه و تحلیل داده ها میزان انرژی کل برای محصول توت فرنگی800 گیگاژول بر هکتار و مقدار انرژی مصرفی برای تولید یک کیلوگرم توت فرنگی (انرژی ویژه) 12.5 مگاژول محاسبه گردید. با انجام تحلیل رگرسیون خطی، اثر انرژی نهاده های سوخت، کودشیمیایی، الکتریسیته و نیروی کارگری بر روی عملکرد محصول معنی دار بود، در حالی که سایر نهاده ها اثر معنی داری بر روی عملکرد توت فرنگی نشان ندادند. این چهار نهاده اثرگذار به عنوان ورودی و عملکرد محصول به عنوان خروجی مدل در نظر گرفته شد، و کارایی گلخانه ها با فرض بازدهی به مقیاس متغیر ورودی محور محاسبه گردید. کارایی فنی انرژی برای گلخانه های توت فرنگی 0.93 محاسبه شد که بیشترین میزان ناکارایی (61% از کل انرژی) مربوط به انرژی سوخت می باشد. بعد از محاسبه تفاوت مقدار واقعی و بهینه در مصرف نهاده های گلخانه های ناکارا مشخص شد، به طور متوسط می توان به میزان 16% در مصرف انرژی صرفه جویی کرد.

استفاده کارا از انرژی در کشاورزی به خاطر صرفه جویی های اقتصادی، حفظ منابع نفتی و کاهش آلودگی هوا، یکی از شاخص های کشاورزی پایدار به شمار می رود. به منظور مقایسه عملکرد و مصرف انرژی در روش های مختلف خاک ورزی و کولتیواتورزنی ذرت علوفه ای و تاثیر آن بر شاخص های رشد این محصول به عنوان محصول دوم پس از برداشت کلزا، این آزمایش در مزرعه آموزشی دانشگاه زنجان انجام گرفت.طرح پایه در این آزمایش اسپلیت بلوک با چهار تکرار بود، که در آن (A1): شخم با گاوآهن برگرداندار + دیسک، (A2): شخم با سیکلوتیلر، (A3): شخم حداقل به عنوان فاکتورهای اصلی و سه روش کولتیواتورزنی، (B1):کولتیواتور کودکارکامل با فاروئر، (B2): کولتیواتور کودکار بدون فاروئر با تیغه های برش متمایل به داخل و (B3):کولتیواتور کودکار بدون فاروئر با تیغه های متمایل به خارج به عنوان فاکتورهای فرعی بودند. برای این مقایسه سرعت پیشروی، مدت زمان لازم برای شخم هر کرت و مصرف سوخت در هر کرت اندازه گیری شد. برای اعمال هر سه روش شخم وضعیت خاک از نظر رطوبت و بقایای گیاهی یکسان بود. نتایج نشان داد که بین تیمارهای اصلی از نظر عملکرد اختلاف معنی داری در سطح 5% وجود ندارد. میانگین مصرف انرژی در سه تیمار اصلی به ترتیب 1990.6 و 1157.2، 558.7 MJ ha-1 به دست آمد که از نظر آماری اختلاف معنی داری در سطح 5% بین سه روش از نظر مصرف انرژی وجود نداشت. همچنین بین اثر متقابل شخم x کولتیواتور اختلاف معنی داری در سطح 5% مشاهده گردید. در نهایت با توجه به نتایج به دست آمده توصیه می شود از روش شخم حداقل برای خاک ورزی در منطقه مورد مطالعه استفاده شود.

یک روش برای قرار دادن بذر در داخل خاک در سیستم های بدون خاکورزی استفاده از کاشت پانچی یا سمبه ای می باشد که می تواند به راحتی در زمین هایی با بقایای انبوه کار کند. در این تحقیق از طرح کرت های خرد شده (3×2) شامل کارنده در دو سطح (کارنده حفره ساز نیوماتیکی لولایی و کارنده مرسوم) و بقایای گندم در سه سطح (0، 30 و 60 %) به منظور تعیین اثرات نوع کارنده و بقایای گندم بر شاخص های کاشت ذرت استفاده شد. نتایج به دست آمده برای شاخص های کارنده نشان داد که نوع دستگاه و سطوح مختلف بقایای گندم بر شاخص های نکاشت، دقت و کیفیت تغذیه دارای اثر معنی داری است (P<0.05). به علاوه نتایج نشان داد که با افزایش میزان بقایای گندم، شاخص های نکاشت و دقت افزایش و شاخص کیفیت تغذیه کاهش یافته است و شاخص چندتایی اثر معنی داری از خود نشان نداد. همچنین نتایج به دست آمده برای شاخص های رشد گیاه نشان داد که سطوح مختلف بقایای گندم بر شاخص های درصد کل سبزشدن، طول ساقه چه و ریشه چه، وزن خشک ساقه چه و ریشه چه، بنیه بذر 1 و 2 و سرعت رشد نسبی دارای اثر معنی داری است (P<0.05). نوع کارنده اثر معنی داری بر شاخص های درصد کل سبزشدن، طول ریشه چه و وزن خشک ریشه چه داشت (P<0.05). همچنین بهترین عملکرد گیاه در زمین با بقایای 30% حاصل شده و کارنده حفره ساز نیوماتیکی لولایی شرایط بهتری را برای استقرار و رشد گیاه نسبت به نوع مرسوم فراهم کرده است.

به منظور طراحی تجهیزات نگهداری و انبارداری انار، گرمای ویژه و هدایت حرارتی قسمت های مختلف (رقم آلک) اندازه گیری شد. گرمای ویژه پوست، پی و دانه انار در سه سطح رطوبتی بر پایه تر (30، 50 و 76% برای دانه و پی، 15، 35 و 52% برای پوست) و در چهار سطح دمای (3، 8، 13و 18 درجه سلسیوس)، همچنین هدایت گرمایی اجزای مذکور در سه سطح رطوبتی بر پایه تر (25، 50 و 73% برای دانه، 20، 40 و 60% برای پی، 15، 35 و 52% برای پوست) و در سه دمای (5، 13 و 18 درجه سلسیوس) بررسی شد. روش مخلوط برای اندازه گیری گرمای ویژه، روش پراب به منظور تعیین هدایت حرارتی پوست و پی انار و روش سیم داغ برای اندازه گیری هدایت حرارتی دانه انار استفاده شد. با افزایش دما و رطوبت، گرمای ویژه به طور خطی به ترتیب برای دانه، پوست و پی انار در محدوده 1.127 تا 2.789، 1.516 تا 3.411، 0.931 تا 3.066 کیلوژول بر کیلوگرم درجه سلسیوس افزایش یافت. مقادیر هدایت گرمایی برای پوست، پی و دانه به ترتیب در محدوده 0.152 تا 0.422، 0.148 تا 0.412 و 0.131 تا 0.372 وات بر متر درجه سلسیوس تعیین شد. نتایج نشان داد که محتوای رطوبتی و دما تاثیر معنی داری بر روی گرمای ویژه و هدایت گرمایی تمامی قسمت های انار داشتند. برای پیش بینی تغییرات گرمای ویژه و هدایت حرارتی انار بر حسب توابعی دما و رطوبت از مدل های رگرسیونی با مقادیر بالای ضریب تعیین (R2) استفاده شد.

در این مطالعه، رفتار خشک شدن ورقه های نازک لیمو شیرین رقم جهرم در خشک کن لایه نازک آزمایشگاهی بر اساس مدل ریاضی پیج مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها در پنج سطح دمایی 40، 50، 60، 70 و 80 درجه سلسیوس و در دو ضخامت 3 و 6 میلی متر و سرعت هوای 0.5 متر بر ثانیه با سه تکرار انجام گرفت. رفتار خشک شدن لایه نازک لیمو شیرین بر اساس داده های آزمایشگاهی برازش شد و ثابت ها و ضرایب مدل پیج استخراج شد. دقت مدل بر اساس سه شاخص آماری ضریب تعیین (R2)، مربع کای (χ2) و ریشه متوسط مربع خطای داده ها (RMSE) ارائه شد. متوسط شاخص آماری R2، χ2 و RMSE به ترتیب برابر 0.9981، 0.000059 و 0.00717 برای سرعت 0.5 متر بر ثانیه در ضخامت 3 میلی متر و 0.9978، 0.000072، 0.00822، برای سرعت 0.5 متر بر ثانیه در ضخامت 6 میلی متر برآورد شد. برای توضیح انتقال رطوبت از لایه های نازک لیمو شیرین، مدل فیک مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد مقدار ضریب پخش موثر در نمونه های خشک شده در دماهای بین 40 تا 80 درجه سلسیوس و در سرعت 0.5 متر بر ثانیه و ضخامت 3 میلی متر، از 9-10× 8.04 تا 8-10×2.97 متر بر ثانیه و در ضخامت 6 میلی متر، از 8-10×1.31 تا 8-10×7.63 متر مربع بر ثانیه تغییر می کند. با استفاده از رابطه آرهنیوس انرژی لازم برای فعالسازی و ثابت ضریب پخش در ضخامت 3 میلی متر به ترتیب برابر 28.53 کیلو ژول بر مول و 4-10×5.01 متر مربع بر ثانیه و در ضخامت 6 میلی متر به ترتیب برابر 39.46 کیلو ژول بر مول و 4-10×9.37 متر مربع بر ثانیه به دست آمد.

محصولات کشاورزی در مراحل مختلف برداشت، حمل و نقل و فرآوری تحت تاثیر نیروهای استاتیک و دینامیک قرار می گیرند. در بسیاری از موارد این نیروها می توانند موجب آسیب دیدگی محصول گردندکه میزان آن به نحوه بارگذاری و ویژگی های مکانیکی محصول بستگی دارد. این تحقیق به منظور تعیین برخی خواص مکانیکی میوه گوجه فرنگی تحت آزمون فشاری بر روی ارقام پتوارلی سی اچ و سوپربتا، در 4مرحله زمانی یک روز، پنج روز، ده روز و پانزده روز بعد از برداشت و دو سطح اندازه (کوچک و متوسط) به اجرا در آمد. بررسی آماری در قالب یک طرح اسپلیت پلات در زمان با طرح پایه کاملا تصادفی در 10 تکرار انجام شد. طی آزمون فشاری اثر رقم گوجه فرنگی بر میزان تغییر شکل در نقطه گسیختگی معنی دار بود. میزان تغییر شکل و نیرو در نقطه تسلیم بیولوژیکی برای رقم پتوارلی بیشتر از رقم سوپربتا به دست آمد.همچنین فاکتور اندازه در دو سطح (کوچک و متوسط) بر میزان چقرمگی، نیروی گسیختگی، تغییر شکل بیشینه، تغییر شکل در نقطه گسیختگی و نیرو در نقطه تسلیم بیولوژیک معنی دار شد. نتایج این تحقیق مشخص نمود که هرچه اندازه کوچکتر باشد میوه چقرمه تر و برای گسیختگی به نیرو کمتری نیاز دارد. و همچنین اثر فاکتور زمان نگهداری بر میزان نیرو و تغییر شکل در نقطه تسلیم بیولوژیک معنی دار بود. به طور کلی رقم پتوارلی در زمان یک روز پس از برداشت با مقایسه سایر زمان ها، در برابر فشار تک محوری مقاومت بیشتری نسبت به رقم سوپربتا دارد.

در این پژوهش از روش تحلیل پوششی داده ها به منظور برآورد عمر بهینه تراکتور و ماشین های کشاورزی، بر اساس شاخص های عملکرد و بهره وری در مزارع سیب زمینی استان همدان استفاده شد. از فاکتور عمر برای تراکتور و هفت ماشین مورد استفاده در مراحل مختلف تولید شامل: گاوآهن برگردان دار، غده کار سیب زمینی، کودپاش کود شیمیایی، سمپاش پشت تراکتوری، فاروئر، سرزن و سیب زمینی کن به عنوان ورودی ها و شاخص های بهره وری به عنوان خروجی های مدل استفاده گردید. بر اساس میزان عمر ناوگان ماشینی و تاثیر آن بر شاخص های خروجی مورد نظر، مزارع به دو دسته کارا و ناکارا تقسیم شدند، که 38% مزارع به صورت ناکارا در حال فعالیت بودند. مزارع ناکارا نتوانسته اند شاخص های عملکردی قابل قبولی (از نظر سوددهی و بهره وری) از خود بروز دهند. با جلوگیری از استفاده تراکتورها و ماشین های فرسوده، می توان میزان عملکرد و بهره وری انرژی را تا حدود 70%، و بهره وری اقتصادی را تا دو برابر افزایش داد.

در این تحقیق، اثر هیدروکلوئید زانتان در دو غلظت 0.5% و 0.1% (وزنی- وزنی بر پایه آرد) بر ویژگی های فیزیکی و حسی نان بربری تازه و در طول دوره نگهداری مورد مطالعه قرار گرفت. اثر زانتان بر خصوصیات فیزیکی نان بعد از پخت، توسط آزمون مکانیکی، رنگ سنجی پوسته نان و آزمون کالریمتری روبشی تفاضلی (DSC) مطالعه شد. همچنین آزمون حسی برای تعیین میزان مقبولیت نان بربری انجام شد. تمام آزمون های انجام شده بر روی نان، به غیر از آزمون رنگ سنجی، همگی در یک روز، دو روز و چهار روز پس از پخت انجام شدند. به طور کلی، با افزودن زانتان، خواص فیزیکی و مقبولیت کلی نان بهبود یافت. زانتان موجب افزایش قوام خمیر، بالا رفتن میزان جذب آب، افزایش زمان گسترش خمیر و نرم شدن آن شد. همچنین موجب زردتر و روشن تر شدن پوسته و نرم شدن مغز نان شد. نمونه های حاوی 0.5 درصد صمغ زانتان، بالاترین کیفیت و کمترین تغییرات نامطلوب را طی دوره نگهداری نشان دادند.

روش سطح پاسخ به منظور تعیین نقاط بهینه فرآیند خشک کردن اسمزی، جهت دستیابی به بیشینه کاهش محتوای رطوبتی ماده غذایی، کاهش وزن و همچنین کمینه جذب مواد جامد از محلول اسمزی و فعالیت آبی طی خشک کردن اسمزی قطعات مکعبی شکل هویج مورد استفاده قرار گرفت. درجه حرارت (30-50°C)، مدت زمان فرآیند (240- 120 دقیقه)، غلظت شربت گلوکز با معادل دکستروز 42 (50-30% وزنی/ وزنی) و غلظت نمک (15- 5% وزنی/ وزنی)، فاکتورهایی بودند که تاثیر آنها بر متغیرهای وابسته طی خشک کردن اسمزی مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمایش ها بر اساس طرح کامپوزیت مرکزی با در نظر گرفتن سه سطح شامل نقاط مرکزی و محوری برای هر یک از فاکتورهای یاد شده، انجام شد. در آزمایش های انجام شده دور همزنی برابر 200 دور در دقیقه و نسبت محلول اسمزی به نمونه 10 به 1 وزنی/ وزنی در نظر گرفته شد. نتایج به دست آمده حاکی از این بود که تاثیرات خطی و درجه دوم هر چهار متغیر مستقل دما، زمان، غلظت شربت گلوکز و غلظت نمک بر کاهش محتوای رطوبتی ماده غذایی، کاهش وزن، جذب مواد جامد از محلول اسمزی و فعالیت آبی معنی دار بود (p<0.001). برای هر پاسخ با استفاده از تجزیه رگرسیون خطی چندگانه، مدل های چند جمله ای درجه دوم به دست آمد. تجزیه واریانس (ANOVA) به منظور ارزیابی صحت و دقت مدل های به دست آمده اجرا گردید. شرایط بهینه فرآیند، در دمای 30ºC، زمان 227.119 دقیقه، غلظت شربت گلوکز 43.315 و غلظت نمک 5% برای دستیابی به 66.97 WL (گرم /100 گرم نمونه تازه)، 4.475 SG (گرم /100 گرم نمونه تازه)، 62.52 WR (گرم /100 گرم نمونه تازه) و 0.789aw مشخص شد.

خرما معمولا در معرض دو نوع فساد میکروبی و فیزیولوژیکی قرار می گیرد و حساسیت آن نسبت به دو نوع فساد با شرایط نامناسب نگهداری افزایش می یابد. نامناسب بودن شرایط نگهداری و نوع بسته بندی و در نتیجه تغییر خواص فیزیکوشیمیایی آن در طی زمان انبارمانی، از مهمترین مشکلات صنعت خرما است. در این تحقیق خرما (رقم کبکاب)، پس از برداشت نمونه جهت انجام آزمایش های اولیه، در بسته های پلاستیکی از جنس پلی آمید/ پلی اتیلن با ضخامت 100 میکرون، به صورت تحت خلا و با فشار اتمسفری بسته بندی شده و در دماهای 20-، 4، 25 و 40 درجه سلسیوس قرار داده شد. در طول دوره نگهداری شش ماهه، کیفیت خرماها از لحاظ رنگ و بافت بررسی گردید. بر اساس نتایج حاصله، اثر دما، زمان نگهداری و نوع بسته بندی بر شاخص های رنگی (L*, a*, b*) و خاصیت صمغی بودن و قابلیت جوندگی خرما، در سطح احتمال یک درصد معنی دار می باشد. اثرات متقابل دما، زمان نگهداری و نوع بسته بندی نیز بر ویژگی های مورد بررسی خرما معنی دار بوده است. بیشترین میزان شاخص های L* و a* به ترتیب مربوط به خرمای نگهداری شده در دمای 4 و 20- درجه سلسیوس می باشد و کمترین مقدار آنها در دمای 40 درجه سلسیوس مشاهده شده است. میزان این دو شاخص رنگی در خرماهای بسته بندی شده تحت فشار اتمسفری نسبت به خلا بیشتر بوده است. کمترین میزان شاخص b*، مربوط به خرمای نگهداری شده در دمای 40 درجه سلسیوس می باشد و بیشترین میزان این شاخص در خرمای بسته بندی شده تحت فشار اتمسفری و در آغاز دوره نگهداری (زمان صفر) مشاهده شده است. بیشترین میزان خاصیت صمغی بودن و قابلیت جوندگی مربوط به خرماهای نگهداری شده در دمای 40 درجه سلسیوس و در ماه ششم نگهداری می باشد. میزان این دو ویژگی بافتی در دماهای 20-، 4 و 25 درجه سلسیوس با شیب ملایمی رو به افزایش و در دمای 40 درجه سلسیوس شیب تندتر بود.