بخشی از مقاله
چکیده
تعیین آن دسته از ویژگیهای محصول، که منجر به کسب اطلاعاتی از خصوصیات محصول نهایی گردد، میتواند سبب افزایش کیفیت فرآورده نهایی شود که خود تأثیر عمدهای بر کاهش ضایعات و افزایش ارزش افزوده محصول خواهد داشت. در این رابطه، استفاده از ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی، به ویژه در محصولات دانه ای، جهت تشخیص کیفیت دانه و طبقه بندی آن میتواند بسیار مفید باشد.
لذا در این پژوهش 10 رقم گندم خالص که در تهیه نان بیشتر کاربرد دارند انتخاب شدند. خواص فیزیکی تعیین شده ارقام گندم ابعاد سه گانه، ضریب کرویت، سطح مقطع، مساحت سطح و وزن هزار دانه بود. خواص مکانیکی ارقام گندم که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفت شامل مقاومت به ضربه، سختی و تعیین روابط نیرو به تغییر شکل بود.
برای بدست آوردن میزان مقاومت به ضربه دانه گندم از دستگاه اندازهگیری مقاومت به ضربه غلات که در بخش مکانیک ماشین های کشاورزی دانشگاه شیراز ساخته شده، استفاده شد. به منظور تعیین برخی فاکتورهای مکانیکی گندم نظیر، بار بیشینه در نقطه گسیختگی، تغییر شکل در بار بیشینه، شیب خطی منحنی تا نقطه گسیختگی و چقرمگی از دستگاه اینستران استفاده شد. آزمایشها به صورت طرح کاملا تصادفی در سه تکرار انجام گردید. نتایج بدست آمده از این پژوهش نشان داد که رقم اثر معنیداری - در سطح احتمال - %1 بر خواص فیزیکی، مقاومت به شکست، مقاومت به فشار و سختی دانه گندم دارد.
در بین ارقام استفاده شده در بارگذاری ضربهای، ارقام کراس عدل و بهار به ترتیب دارای بیشترین و کمترین مقادیر انرژی شکست، انرژی ویژه شکست و چقرمگی شکست بودند. در بین ارقام مورد استفاده در آزمون فشاری، رقم کراس عدل و بهار به ترتیب بیشترین و کم-ترین مقادیر شیب خطی، چقرمگی و بیشینه نیروی گسیختگی را دارا بودند. در رقمهای مورد استفاده، از نظر کیفیت سختی، رقم کراس عدل به عنوان سخت ترین و رقم بم به عنوان نرم ترین تعیین شد. بنابراین بر اساس نتایج این پژوهش رقم کراس عدل به عنوان سخت ترین رقم تعیین شد که می-توان از این رقم به منظور تهیه نان مرغوب استفاده کرد. رقم بم نیز به عنوان نرم ترین رقم تعیین شد که میتواند به منظور تهیه بیسکویت و کیک و ... مورد استفاده قرار گیرد.
مقدمه
غلات به عنوان مهم ترین گیاهان زراعی محسوب میشوند و در بین غلات گندم به عنوان یک محصول استراتژیک در جهان مورد توجه میباشد. گندم نان با نام علمی Triticum aestivum از گروه گندم های هگزاپلوئید، گیاهی یکساله از تیره غلات - گرامینه - و جنس تریتیکوم که دارای گونههای مختلف است
گندم محصولی میباشد که بیشترین سطح زیر کشت و بالاترین میزان تولید را در گیاهان مختلف زراعی دنیا دارا است و در جیره غذایی سه چهارم مردم جهان قرار گرفته است - بینام، . - 1374 گندم مهمترین غله تولیدی ایران است که تولید آن در سال 2010 میلادی با افزایش 5/1 میلیون تنی نسبت به سال قبل از آن به 5/14 میلیون تن رسیده است
اندازه گیری میزان پروتئین، سختی دانه، وزن هزار دانه و همچنین آزمونهای فارینوگراف، میکسوگراف، آلووگراف و اسپکتروسکوپی انعکاسی نور مادون قرمز - - NIR، از روشهای غیرمستقیم برای تعیین کیفیت نانوایی ارقام گندم می باشند
خواص مکانیکی مواد به عنوان هر خاصیتی که رفتار مواد را تحت اثر نیروهای وارده بیان کند، تعریف میشود. به طور کلی از آزمون " نیرو- تغییر شکل" - تنش- کرنش - برای تعیین و توصیف ویژگیهای رفتار مکانیکی استفاده میشود
خواص مکانیکی میتواند شامل سختی، مقاومت خمشی، مقاومت فشاری، مقاومت به ضربه، مقاومت به برش، ضریب کشسانی، انرژی شکست، ضریب اصطکاک ایستایی و لغزشی، ضریب اصطکاک داخلی و غیره باشد.
به منظور استخراج ویژگی های مکانیکی دانه غلات تا کنون آزمایشهای مختلفی انجام شده است. یکی از سادهترین این آزمایشها، آزمون فشاری بر روی دانه دست نخورده می باشد که میتوان با کمک یک دستگاه اندازه گیری مناسب، منحنی نیرو- تغییرشکل و منحنی تنش آسایی را از آن به دست آورد.چ در این رابطه تحقیقات راهبردی آرنولد و روبرت - 1969 - و آرنولد و محسنین - 1971 - منجر به ارائه روش استانداردی شد، که بر اساس آن میتوان برخی فاکتورهای اصلی همچون ضریب کشسانی و تنش تماسی را بطور مستقیم از بارگذاری روی دانه کامل بدست آورد. در تحقیق دیگری محسنین - 1996 - به این نتیجه رسید که خواص مکانیکی محصولات دانهای به طور کلی وابسته به زمان میباشند.
پالسن - 1978 - گزارش داد که نیرو و انرژی شکست میتواند معیار مناسبی برای طراحی ماشینهای مرتبط با عملیات کشاورزی باشد. ایشان نشان دادند که دانه ها با نیروی مقاومتی شکست زیاد، کمتر آسیب میبینند. افزایش نیروی شکست دانه تحت بارگذاری شبه استاتیک باعث کاهش درصد دانه های صدمه دیده در جریان عملیات کشاورزی شامل حمل و نقل، فرآوری و انبارداری می شود.
افکاری سیاح - 1382 - آزمایش تنش آسایی را بر روی پنج رقم مختلف گندم، در دو سطح کرنش 10% و 20% و سطوح رطوبتی 9% ، 13% و 15% مورد بررسی قرار داد. در نتیجه بر اساس آنالیز واریانس دادهها مشخص گردید که عامل رطوبت تأثیر معنیداری بر روی خواص ویسکوالاستیک دانه گندم دارد، به طوری که با افزایش رطوبت اثر عامل نیرو کاهش و نسبت کاهش نیرو به طور خطی افزایش مییابد.
چون خواص مکانیکی دانه گندم تأثیر بسزایی در کیفیت محصول نهایی - نان - دارد، آگاهی از چگونگی بررسی خواص مکانیکی دانه گندم با خواص آسیابانی آن می تواند اطلاعات مفیدی در زمینه آرد حاصله در اختیار ما قرار دهد.
مواد و روشها در این پژوهش 10 رقم گندم خالص، شامل آذر2، الموت، بم، بهار، چمران، شیراز، فلات، کراس عدل، مرودشت و نیک نژاد، که به طور معمول برای تهیه ی آرد نانوایی مورد استفاده قرار میگیرند از بخش زراعت دانشکده کشاورزی دانشگاه شیراز به میزان 250 گرم از هر رقم تهیه شد.
میزان رطوبت اولیه هر رقم گندم با استفاده از کوره آزمایشگاهی اندازه گیری شد. خواص فیزیکی تعیین شده شامل ابعاد سه گانه، ضریب کرویت، سطح مقطع، مساحت سطح و وزن هزار دانه بود. قبل از انجام آزمایشها، نمونههای گندم به منظور هم دما شدن با محیط آزمایش از یخچال خارج شدند و به مدت حدود 12 ساعت در دمای اتاق - حدود - 25 قرار گرفتند. ابعاد دانه به منظور مقایسه تیمارها و همچنین محاسبه سطح مقطع دانه برای محاسبه انرژی شکست ویژهی دانهها اندازهگیری شدند. از هر رقم 30 عدد گندم به صورت تصادفی انتخاب شدند. سپس ابعاد سه گانه آنها اندازهگیری گردید. میانگین قطر هندسی - GMD - با استفاده از روابط مربوط محاسبه شد
خواص مکانیکی ارقام گندم که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفت شامل مقاومت به ضربه، سختی و تعیین روابط نیرو به تغییر شکل بود. از آنجایی که تعیین استحکام غلات و دانه ها در زمانی که آنها در جابجایی مکانیکی و فرآوری و سایر شرایط بارگذاری دینامیکی مانند خرمن کوبی و آسیاب کردن تحت ضربه قرار میگیرند، مورد نظر است، تعیین سختی دینامیکی در اثر آزمایش ضربه نیز در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفت. برای بدست آوردن میزان مقاومت به ضربه دانه گندم از دستگاه اندازهگیری مقاومت به ضربه غلات که در بخش مکانیک ماشین های کشاورزی ساخته شده است استفاده شد
همچنین مقدار چقرمگی از نسبت انرژی شکست به حجم دانه رابطه - 1 - محاسبه شد.
سختی دانه یکی از مهمترین خصوصیات کیفی گندم نان است که به وسیله آن طبقه بندی تجاری و نوع فرآورده نهایی تعیین میگردد. در این تحقیق میزان سختی دانه گندم با استفاده از روش توزیع اندازه ذرات - PSI - و مطابق با استاندارد AACC 55-30 به دست آمد
به منظور تعیین برخی فاکتورهای مکانیکی غلات نظیر، بار بیشینه در نقطه گسیختگی، تغییر شکل در بار بیشینه، شیب خطی منحنی تا نقطه گسیختگی و چقرمگی - بر مبنای سطح زیر منحنی تا نقطه گسیختگی - از دستگاه اینستران - - Santam STM-20 ساخت ایران استفاده شد که دارای نیروسنجی - Bongshin DBBP-SO - با ظرفیت 50kgf و ساخت کشور تایوان میباشد.
آزمایشها به صورت طرح کاملا تصادفی انجام گردید. در پایان هر آزمایش دادههای اندازهگیری شده به نرم افزار Excel منتقل و محاسبات انجام شد. این اطلاعات شامل مقادیر میانگین و انحراف معیار بودند. نتایج با استفاده از نرم افزار SPSS 16 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. میانگین تیمارهای معنیدار با استفاده از آزمون دانکن مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برای ترسیم نمودارها از نرم افزار Excel استفاده شد.
نتایج و بحث نتایج این پژوهش نشان داد که میانگین رطوبت اولیه دانههای ارقام آذر 2، الموت، بم، بهار، چمران، شیراز، فلات، کراس عدل، فلات، مرودشت و نیک نژاد به ترتیب حدود 83/8، 28/8، 42/8، 46/8، 13/8، 8، 85/8، 51/8، 08/8 و 39/8 درصد بر پایه تر بود.
از نظر وزن هزار دانه، ارقام چمران و نیک نژاد با 91/38 و 98/27 گرم به ترتیب دارای بالاترین و پایین ترین مقادیر وزن هزار دانه بودند. برای تعیین قطر مؤثر مخزن کارندهها در تخمین حجم نظری مورد نیاز دانه از وزن هزار دانه استفاده میشود
متفاوت بودن خواص فیزیکی در ارقام مختلف، بیانگر اختلاف در شکل ظاهری دانه بین ارقام است. این موضوع در طراحی دستگاههایی که به نحوی با شکل دانه سر و کار دارند، کاربرد دارد. نتایج نشان میدهد ارقام مختلف گندم در خواص فیزیکی با هم متفاوت هستند. از بین ارقام مورد استفاده، رقم کراس عدل دارای بیشترین مقادیر طول و نسبت طول به عرض و همچنین دارای کمترین مقدار ضریب کرویت میباشد.
رقم چمران دارای بیشترین مقادیر عرض، ضخامت، سطح مقطع، قطر معادل، ضریب کرویت، مساحت سطح، حجم و وزن هزار دانه و همچنین دارای کمترین مقدار نسبت طول به عرض بود. رقم نیک نژاد دارای کمترین مقادیر سطح مقطع، مساحت سطح و وزن هزار دانه میباشد. کمترین مقادیر ضخامت، قطر معادل و حجم دانه مربوط به رقم شیراز بود. رقم فلات دارای کمتریم مقدار طول در بین ارقام مورد استفاده شناخته شد. به نظر می-رسد علت تفاوت در ابعاد و اندازه دانه-ها، خصوصیات ذاتی هر یک از ارقام میباشد.
با توجه به مطالعات محدودی که با هدف اندازهگیری خصوصیات مکانیکی دانه گندم به کمک آزمایش ضربه انجام پذیرفته است، مقایسه نتایج به سختی صورت میگیرد. نمودار ستونی مقایسه میانگین اثر رقم بر روی خواص مقاومت به ضربه در نرم افزار Excel رسم شد و سپس مقادیر میانگین به روش آزمون دانکن در نرم افزار SPSS 16 بر روی داده ها انجام گردید
در شکل های زیر حروف غیر مشابه نشان دهنده اختلاف معنی دار بین مقادیر میانگین در سطح احتمال %5 میباشد. باید توجه کرد که حتی در مواد همگن، نظیر مواد فلزی به هنگام بارگذاری ضربه-ای، پراکندگی مقادیر اندازهگیری شده زیاد است. مواد دانهای حتی در بارگذاری های شبه استاتیک دچار پراکندگی بالایی هستند و این از مشکلات عمده آزمونهای مکانیکی به ویژه در مواد ترد است
شکل-1 مقایسه میانگین اثر رقم بر انرژی شکست دانه
شکل -2 مقایسه میانگین اثر رقم بر انرژی ویژه شکست دانه
شکل-3 مقایسه میانگین اثر رقم بر چقرمگی شکست دانه
نتایج نشان میدهد، ارقام گندم در خواص مقاومت به ضربه با هم متفاوت هستند. در بین ارقام مورد استفاده، رقم کراس عدل دارای بیشترین مقادیر انرژی شکست، انرژی ویژه شکست و چقرمگی شکست و همچنین رقم بهار دارای کمترین مقادیر انرژی شکست، انرژی ویژه شکست و چقرمگی شکست بود. بنابراین رقم کراس عدل، مقاومترین رقم نسبت به بارگذاری ضربهای میباشد، همچنین از لحاظ چقرمگی شکست رقم بهار حساس ترین رقم نسبت به بارگذاری ضربهای است، به طوری که چقرمگی شکست رقم کراس عدل، حدود 49/1 برابر رقم بهار میباشد و لذا میتوان آن را انعطاف پذیرتر - چقرمهتر - از ارقام دیگر دانست. دلیل آن را میتوان، تفاوت در ترکیب ساختمانی بافت آندوسپرم و خصوصیات فیزیکی دانه بیان نمود. نتایج فوق بیان-گر تفاوت ارقام مختلف از لحاظ سختی بافت و نیز میزان تنش قابل تحمل با یکدیگر بود. میانگین انرژی شکست ضربهای ارقام مورد مطالعه در دامنه 33/36 تا 19/50 میلیژول تعیین شد.
پارامترهای مکانیکی استخراج شده در این آزمایش، شامل بار بیشینه در نقطه گسیختگی دانه، شیب خطی منحنی تنش - کرنش تا نقطه گسیختگی و چقرمگی - بر مبنای سطح زیر منحنی تا نقطه گسیختگی - میباشد که نمودار ستونی مقایسه میانگین اثر رقم بر روی خواص آزمون فشاری در نرم افزار Excel رسم شد و سپس مقادیر میانگین به روش آزمون دانکن در نرم افزار SPSS 16 بر روی داده ها انجام گردید
