بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تعیین مدول الاستیسیته و نسبت پواسون بخشی های مختلف میوه ی خیار
چکیده
خیار یکی از پرمصرف ترین محصولات گلخانه ای است که ایران با تولید سالانه بیش از دو میلیون تن خیار پس از چین و ترکیه در رتبه سوم تولید این محصول در جهان قرار دارد لذا توجه به حفظ کیفیت میوه در مراحل برداشت و پس از آن امری ضروری است. تحقیقی حاضر به منظور تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی میوهی خیار جهت تعیین پارامترهای تشخیص کیفیت و پارامترهای مورد نیاز در طراحی و ساخت ماشین های برداشت، حمل و نقل ، فرآوری و انبارداری صورت گرفته است. آزمایشات در قالب طرح کاملا تصادفی انجام شد. متغیرهای جرم، حجم، طول، چگالی و قطر بخش های مختلف خیار برای تعیین خواص فیزیکی اندازهگیری شدند. همچنین متغیرهای مدول الاستیسیته و ضریب پواسون به منظور تعیین خواص مکانیکی خیار، تعیین شدند. برای تعیین این پارامترهای مکانیکی آزمایش فشردگی تک محوری در دو حالت محصور و غیرمحصور انجام شد. تفاوت بین مدول الاستیسیته بخش گوشت و دانه در سطح احتمال ۰/۰۱ و نسبت پواسون آنها در سطح احتمال ۰/۰۵ معنی دار بود. واژگان کلیدی: خیار، ضریب الاستیسیته، نسبت پواسون
مقدمه
خیار از گونهای و متعلق به خانوادهی کدوئیان محصولی بسیار پرمصرف است، چرا که هم به صورت تازه خوری (به عنوان میوه و سالاد) و هم برای مصارف فرآوری مثل تهیه خیارشور مورد استفاده قرار می گیرد. خیار گیاهی یک ساله و محصول فصل گرم است و چون دمای هوا در کل سال برای کشت آن مطلوب نیست، پرورش گلخانه ای آن به منظور تولید و عرضه در تمام طول سال مورد توجه قرار گرفته است (مبلی و عقدک، ۱۳۹۰). ایران با تولید سالانه بیش از دو میلیون تن خیار پس از چین و ترکیه در رتبه ی سوم تولید این محصول در جهان قرار دارد. حدود ۴ هزار هکتار گلخانه ی سبزی و صیفی در مناطق مختلف کشور وجود دارد و بیش از ۶۵۲ هزار تن محصولات سبزی و صیفی از آنها برداشت می شود که خیار بالاترین میزان تولید محصولات گلخانه ای را به خود اختصاص داده است (خبر آنلاین، ۱۳۹۱). از این رو لازم است که با افزایش تولید این محصول کیفیت آن نیز ارتقا یابد، چرا که کیفیت میوه و سبزیجات از مسائل اساسی در مورد ارزش محصول هستند.
خیار محصولی است که دارای اقسام بسیار زیادی میباشد با تفاوتهای ساختاری بسیار متنوع، که دانستن این تفاوتهای ساختاری و کیفی ارقام مختلف می تواند کمک مفیدی برای تولیدکنندگان و حتی مصرف کنندگان باشد ولی متاسفانه با وجود تفاوت میان ارقام خیار، برداشت، حمل و نقل و فرآوری آن ها به روش های کاملا یکسانی انجام میگیرد. همچنین خیار از بافتهای مختلفی تشکیل شده که عبارتند از: پوست، بخش میانی یا گوشت و بخش داخلی یا محفظه دانه ها"، که ویژگیهای این بافتها نیز با هم متفاوت است. با توجه به فقدان اطلاعات علمی کافی در مورد ویژگی های کیفی میوه که نقش مهمی را در طراحی تجهیزات مورد نیاز برداشت، انتقال، انبارداری و فرآوری محصول ایفا می کند، تلاش برای تعیین این ویژگی ها به منظور کاهش صدمات و تلفات در حین هر یک از مراحل مذکور، ضروری به نظر میرسد. از اینرو تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی میوه ی خیار ضروری می باشد. غالب تحقیقاتی که در گذشته در زمینه خواص مکانیکی انجام گرفته از نوع مخرب و با هدف تعیین کیفیت بافت خیار بوده است. بافت میوهی خیار تحت تاثیر بافت اجزا سازنده ی آن است، مخصوصا سه بافت اصلی پوست، گوشت و محفظه دانه ها. به منظور تحلیل عینی بافت خیار، آزمایشهای فشاری بر روی تمام سطح مقطع خیار انجام گرفت Breeneet al. 1972: Jeon and) (1973 .Brcene. فشردهسازی مقطع اثرات مرکبی از سه بافت را نشان میدهد اما تمایزی بین اثرات بافتهای مختلف قائل Thompson et al., 1982 as متداولترین روش تحلیل بافت خیار استفاده از آزمون نفوذ می باشد. (۱۹۸۲) .Thompson et al با انجام آزمون نفوذ به وسیلهای دستگاه تست جامع کششی و فشار و با استفاده از پرابی به قطر ۳/۲ میلیمتر بر روی اسلایسیهایی به ضخامت ۴/۸ میلیمتر از خیارهای رقم Chipper، گزارش کردند که نیروی نفوذ در بخش گوشت خیار تقریبا ۵ برابر بزرگتر از آن در بخش دانه ها در خیارهایی با قطر ۴۰-۵۰ میلیمتر بود. (2004) .Dan et al با استفاده از سنسور صفحه ای چند نقطه ای (سیستم MSS) که میتواند فشار اعمالی در هر نقطه را تعیین کند، به بررسی توزیع دوبعدی تنش در طی تغییر شکل قبل از شکست و در اولین شکست چهار رقم خیار ژاپنی پرداختند. این بررسی نشان داد که شدت تنش برای بافتهای تشکیل دهنده ی خیار متفاوت است و الگوهای توزیع تنش ارقام با هم متفاوت است. (2008) .KOhyamael Clil با استفاده از همین سنسورهای صفحهای چند نقطهای به بررسی بافت خیار ازدو روش گاز گرفتن با دندان و دستگاه پانچ و مقایسه ی دو روش پرداختند. آنها دریافتند که با استفاده از هر دو روش، فشار لازم برای گسیختگی در قسمت گوشت میوه بیشتر، و فشار گسیختگی بخش هسته کمتر از فشار گسیختگی خیار کامل است. در طی دو دهه ی اخیر، علاقه به کنترل ویژگی های بافت غذاهای گیاهی چه برای مصارف تازه و چه برای غذاهای فرآوری شده، افزایش یافته است علاوه بر طعم و مزه، سفتی یکی از فاکتورهای مهم در تعیین ویژگیهای غذاست مصرف کنندهها معمولا یک خیار سفت و ترد را ترجیح میدهند Thompsonn et 1982 .Clil. یکی از روشهای حسی تعیین سفتی خیار فشار دادن میوه توسط انگشتان دست و توجه به مقدار فرورفتگی میوه است و چون این تغییر شکل برگشت پذیر است، نیروی وارده در محدوده ی رفتار الاستیک بوده است. حال اگر بخواهیم به صورت دستگاهی سفتی بافت را تعیین کنیم باید خواص الاستیک میوه را تعیین کنیم که از جمله خواص الاستیک جسم می توان به ضریب الاستیسیته و نسبت پواسون اشاره کرد. باتوجه به این که تا کنون اطلاعاتی در مورد تعیین این پارامترها گزارش نشده است، بنابراین در مقاله ی حاضر به تعیین ضریب الاستیسیته و نسبت پواسون بخشهای مختلف خیار می پردازیم. مواد و روش ها این پژوهشی در تابستان سال ۱۳۹۲ در محل آزمایشگاه مکانیک ماشینهای کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان انجام شد. میوههای خیار متعلق به رقم خصیب ۲۲۷۵، از گلخانه ای واقع در شهر ابریشم که به صورت نشتی آبیاری شده و عملیات داشت در آن به طور منظم صورت گرفته، برداشت شد. تعداد هشت بوته به صورت تصادفی انتخاب شدند و از هر بوته، سه میوهی تقریبا یکنواخت انتخاب شد. میوه ها در ساعات آغازین روز برداشت و به یخچال آزمایشگاه مذکور منتقل شدند. دو ساعت قبل از انجام آزمایشات خیارها از یخچال خارج شدند تا به دمای محیط برسند. خواص فیزیکی نمونه ها شامل قطر (در سه قسمت نزدیک گلگاه، میانی و نزدیک ساقه گاه)، طول، جرم و حجم اندازهگیری شد. وزن هر نمونه توسط ترازوی دیجیتالی با دقت ۰/۰۱ گرم و طول و قطر نمونه ها توسط یک کولیس دیجیتال با دقت ۰/۰۱ میلیمتر اندازهگیری شد. حجم هر نمونه با استفاده از روش جابجایی سیال توسط مزوری با دقت ۵ میلیلیتر اندازه گرفته شد. در تحقیق حاضر برای تعین ضریب پواسون آزمایش فشار تک محوری در دو حالت محصور و غیرمحصور انجام شد و به دلیل بافت غیرهمگن میوه، آزمایشات هم در بخش گوشت و هم در بخش دانه ها به صورت جداگانه انجام شد. از بافت گوشت هر خیار دو نمونهای استوانهای با قطر ۷/۵ میلیمتر و طول ۱۱ میلیمتر توسط نمونه گیر خارج شد که یکی برای آزمایش فشار تک محوری غیرمحصور و دیگری برای آزمایش محصور بکار برده شد. از بافت حفره ی دانه نیز دو نمونه ی استوانه ای با قطر ۱۲/۵
میلیمتر و طول ۱۵ میلیمتر توسط نمونه گیر خارج شد. دو طرف هر نمونهای استوانهای با استفاده از یک دستگاه برش با تیغه هایی تیز به صورت کاملا صاف و تخت برش داده شد. برای انجام آزمایشهای محصور بخش گوشت از یک استوانه ی توخالی با قطر داخلی ۷/۵ میلیمتر و قطر خارجی ۳۰ میلیمتر و یک سنبه ی فولادی هم اندازه ی قطر داخلی آن برای اعمال بارگذاری، استفاده شد. کف استوانه برای خارج کردن نمونه قابل جدا شدن بود و همچنین سوراخ ریزی در کف آن ایجاد گردید تا آب نمونه بتواند حین بارگذاری خارج شود (شکل ۱). همچنین برای انجام آزمایش های مربوط به بخش دانه از استوانهای توخالی با قطر داخلی ۱۲/۵ میلیمتر و قطر خارجی ۳۰ میلیمتر و سنبه ای فولادی هم اندازہی قطر داخلی استفاره شد. با توجه به این امر که بخش دانه ها آب بیشتری دارد، در این استوانه علاوه بر یک سوراخ در کف، ۴ سوراخ ریز در محیط استوانه و نزدیک به کف آن، ایجاد شد تا از خطا حین بارگذاری به دلیل تجمع شیرابه و ایجاد فشار در مایع، جلوگیری شود (شکل ۱).
نمونه های تهیه شده برای آزمایش غیرمحصور مطابق شکل ۲ توسط دستگاه جامع کشش و فشار سنتام در بین دو عدد صفحه تخت فولادی تحت بارگذاری با سرعت ۱۵ میلیمتر بر دقیقه قرار گرفتند و به طور همزمان نمودار نیرو - تغییر شکل برای هر نمونه در نرم افزار رایانهای مربوطه ترسیم گردید. سپس با تقسیم نیرو بر مساحت قاعده نمونه ی استوانه ای، تنشی؛ و با تقسیم تغییر شکل نمونه بر طول اولیه نمونه کرنش محوری محاسبه شد. نمونه ای از منحنی های تنش-کرنش بافتها در شکل ۳ نشان داده شده است. با استفاده از منحنی تنش-کرنش نمونه غیر محصور، ضریب الاستیسیته تعیین گردید. ضریب الاستیسیته (MPa) از
شیب نمودار تنش-کرنش در یک مقدار تنش کوچک بدست آمد.
نمونه های مورد نظر در آزمایش محصور، درون استوانه قرار گرفت و با سرعت ۱۵ میلیمتر بر دقیقه بارگذاری شد و نمودارهای نیرو- تغییر شکل رسم شد. سپس نمودار تنش-کرنش آزمایش های غیر محصور و محصور در یک شکل رسم گردید و در یک تنش کم که نمونه هنوز الاستیک بود، شیب دو نمودار محاسبه گردید (شکل ۳). سپس نسبت پواسون محاسبه شد که در ادامه به نحوه ی به دست آوردن آن پرداخته میشود.
برای بدست آوردن نسبت پواسون از روش قیا همکاران (۱۹۸۱) استفاده شد ( 1981 .GyaSiet al) که معادله ی آن طبق رابطه ی ۱ میباشد.
که مقدار ضریب الاستیسیته مقید (شیب منحنی تنش - کرنش) در آزمایش فشردگی محصور و E مقدار ضریب الاستیسيته در آزمایش فشاری غیر محصور است. آنالیزهای آماری با استفاده .3 نرمافزار SAS ورژن ۹ انجام شد.
نتایج و بحت مقادیر اندازه گیری شده ی برخی خواص فیزیکی خیار رقم خصیب ۲۲۷۵ در جدول شمارهی ۱ آورده شده است. نسبت قطر در قسمت میانی میوه به قطر حفره ی بذر را اختصارا نسبت قطری ذکر کردیم.
