بخشی از مقاله
چکیده
تعیین رسیدگی و بازسازی مهمترین قسمت در ارزیابی کیفیت درونی میوه ها است . بیشتر روش ها برای اندازه گیری این عوامل مخرب، وقتگیر و گران میباشند. بنابراین توسعه روش غیر مخرب برای تعیین کیفیت میوه ها ضروری به نظر میرسد. بافت میوه در مراحل مختلف رشد و انبارداری تغییر کرده و می توان با بررسی خصوصیات آن و عبور امواج فراصوت از داخل بافت میوه، بسته به نوع بافت و تراکم آن، تضعیف گردیده و سرعت آن نیز تغییر می یابد. لذا ممکن است بتوان با تصویر برداری سهبعدی، به صورت غیرمخرب، خصوصیات میوه را تعیین نمود .
درجه بندی میوهها از جهت اندازه در صنعت غذایی جهت فرایندهای مورد نیاز ماشین الات و یا مراحل درجه بندی، ضروری میباشد. برای مثال استخراج شیره - عصاره - گیاهان مرکبات براساس اندازه میوه طراحی میشود. در این تحقیق از تکنیک هدایت الکتریکی جهت تعیین اندازه - حجم، وزن و قطر - تولیدات باغی براساس آزمون غیرمخرب در راستای محورها، محیط و مساحت بررسی می گردد.
تعیین سرعت و دقت در اندازهگیری حجم شکل های نا منظم، نیازمند تعیین بررسی دانسیته درونی محصولات است و مهمترین کاربرد اندازه گیری دانسیته در ذخیره محتوا ی مواد جامد محلول - SSC - است. چنانچه طیف وسیعی SSC در یک دسته بندی با دامنه کم و تعداد زیادی از طبقه بندی ها توصیف شوند، در اینصورت اندازه گیری حجم دقیق اهمیت پیدا می کند.
همچنین جایگزین خوبی برای بازسازی سطح سه بعدی میوه ها از حجم و مساحت آنها است که ترکیبی از ارتفاع پروفایل میوه از محدوده سنسور با تصویر دو بعدی - تصاویر روشن - و یا از محدوده حسگر خود میوه - تصویر اولیه - میباشد. با این حال یکی از نوید بخشترین تکنولوژی ها در ارتباط با تصویر پردازی سه بعدی است که ترکیبی از داده سنجی طیف نوری و مدل های سه-بعدی سطوح می باشد.
مقدمه
طبق تعریف، آزمون غیر مخرب عبارت است از اندازه گیری پارامترهای کیفی و کمی محصولات کشاورزی به گونه-ای که میوه یا محصول مورد نظر هیچ گونه آسیبی ندیده و دوباره به چرخه مصرف برگردد . در واقع، آزمایشاتی غیرمخرب محسوب میشوند که اثرات مخرب فتوفیزیکی، حرارتی، شیمیایی، مکانیکی و فتوشیمیایی نداشته باشند . تاکنون روشهای متعددی برای کیفیت سنجی غیر مخرب محصولات کشاورزی ابداع شدهاست که تنها برخی از آنها توانسته شرایط فوق را برآورده ساخته و از لحاظ فنی و صنعتی و حتی اقتصادی توجیه داشته باشند .
بطور کلی خصوصیات ظاهری اعم از شکل، سایز - وزن، حجم و ابعاد فیزیکی - ، رنگ و عیوب ظاهری در کنار خصوصیات داخلی محصول مانند خصوصیات حسی - بافت، طعم، بو - ، ارزش غذایی و عیوب داخلی از مهمترین فاکتورهای اثرگذار بر بازار تولید و مصرف محصولات کشاورزی به شمار می روند . از اینرو، هر سیستم اندازه گیری کیفی بایستی این قابلیت را داشته باشد تا به تناسب هر محصول، فاکتورهای مهم آن محصول را کاوش نماید. روش های نوری، مکانیکی، شیمیایی و امواج الکترومغناطیسی و صوتی در توسعه آزمون های غیرمخرب نقش اساسی داشته - اند. اما این روش ها تنها قادرند پارامترهای محدودی از میوهها و محصولاعت کشاورزی را کاوش کنند .
بنابراین، لازم است شرایط حاکم در این روشها به دقت بررسی شده و در گزارش یا ثبت نتایج آزمایش لحاظ شوند . همچنین در روشهای غیرمخرب کاوش خصوصیات محصولات، ممکن است بیش از یک فاکتور بر داده ها و نتایج بدست آمده تأثیر بگذارد که در چنین مواردی اندازه گیری با خطا همراه خواهد بود و به همین دلیل این سیستمها برای داشتن کارایی نیازمند کالیبراسیون قوی خواهند بود . طی سالهای اخیر روشهای متعددی ا ز جمله ماشین بینایی، طیف سنجی های مختلف، صوت و فراصوت، به رشد سریع سخت افزاری همراه بوده و همین مساله باعث بکارگیری آنها در ارزیابی کیفی غیر مخرب شده است
روشن است که بخش صنعت نیز تمایل به سرمایه گذاری در این حوزه ها داشته و هم اکنون بسیاری از کارخانجات درجه بندی و فراوری از این قبیل تکنیک ها بهره می برند. در این مقاله سعی بر این بوده تا به بررسی تکنیک های مختلف غیر مخرب در کشاورزی پرداخته و بخصوص آن دسته از تکنیک هایی که در فرایند تعیین خصوصیات ظاهری میوه ها و سبزیجات بکار گرفته شده اند، پرداخته شود.
مواد و روش ها
روش صوتی
در این روش که در سال 1942 توسط کلارک و میکلسون ارائه شد صوت به داخل ماده غذایی نفوذ کرده و در ماده غذایی سبب ایجاد ارتعاش می شود که این سیگنال توسط یک میکروفون دریافت شده و سپس فرکانس اصلی ارتعاش توسط قانون انتقال فوریه محاسبه می شود. در اصل فرکانس رزونانسی یک شئ ارتباط مستقیم به شکل هندسی آن، جرم و مدول الاستیسیته مادهای که ازآن ساخته شده دارد . در مورد میوه ها مدول الاستیسی ته با پیشرفت رسیدگی آن تغییر میکندمثلاً - برای سیب کال 5 MPaو برای سیب کاملاً رس یده . - 0/5 MPa این تکنیک برای پیشبینی رسیدگی برخی میوه ها مانند خربزه با موفقیت همراه بوده است . از مهمترین معایب این روش، دشوار بودن تفسیر نتایج بدست آمده است.
دستگاه سیستم تشدیدگر هولمتز برخط برای اندازه گیری حجم مواد غذایی، با استفاده از امواج صوتی
روش طیف سنجی مادون قرمز نزدیک
سیستم های نوین اندازه گیری کیفیت محصولات کشاورزی در یک طبقهبندی کلی به سیستمهای مکانیکی و نوری تقسیمبندی میشوند. اصول روشهای مکانیکی بر مبنای ارتعاش یک محیط مادی مانند هوا، کریستال و استفاده از امواج حاصل از این ارتعاش استوار است؛ در حالیکه روشهای نوری از طیف امواج الکترومغناطی س و حالت های گوناگون این امواج در برخورد با محصول بهره می گیرند. محققان زیادی بکارگیری تشعشع الکترومغناطیسی از طیف فرابنفش تا مادون قرمز را بررسی کرده اند.
توسط انعکاس مادون قرمز نزدیک - NIR - فاکتورهای کیفی ای مانند میزان قند، سفتی، میزان کربوهیدرات ها و اسیدیته در میوه های مختلفی مانند سیب، گوجهفرنگی و انبه مورد بررسی قرار گرفتهاند. با اینکه، ناحیه مادون قرمز برای اندازهگیری کیفی و کمی محصولات کشاورزی و غذایی ، مناسبترین ناحیه به شمار می رود؛ اما به دلیل جذب قوی آب، استفاده از تکنی کهای مادون قرمز نزدیک در ارزیابی کیفی محصولات کشاورزی محصولات آبدار و تازهخوری محدود شده است .
هر چند فیبرهای نوری و سیستمهای پیشرفته سنسوری تا حدودی این مشکل را بر طرف کردهاند به نحوی که از این تکنیک در کارخانجات و شرکتهای فرآوری، درجهبندی و کیفیت سنجی محصولات کشاورزی به طور گسترده استفاده می شود . اما مهمترین عیب این روش مدلهای کالیبراسیون و نرمافزارها هستندکه در حقیقت، ارتباط و نگاشت طول موج های جذبی در طیف حاصله را با عناصر و ترکیبات کیفی موج مورد نظر برقرار میسازند
روش طیف سنجی رامان
از دیگر روشهای طیف سنجی موجود، طیف سنجی لیزری رامان است که براساس تغییرات فرکانسی نور فرودی عمل میکند. این تغییر فرکانس ناشی از پراکندگی غیرالاستیک در اندرکنش بین فوتون های نور تابشی با مولکول های ماده است. اثر رامان برای اولین بار توسط فیزیکدان هندی C. V. Raman در سال 1928 کشف شد . هر چند که این تکنیک در کشاورزی و سایر حوزهها تا اختراع لیزرهای ارزان و سیستمهای سخت افزاری مورد نیاز چندان رونق نداشت، اما آغاز کاربرد انبوه و گسترده این تکنیک با ورود سخت افزارها و تجهیزات پیشرفته اپتیکی در اوایل دهه 90 میلادی همراه شد. به خصوص ساخت لیزرهای فشرده و ارزان قیمت، توسعه آشکارسازهای CCD و در کنار آن پیشرفت فیلترها و تکفام کننده ها کاربرد طیف سنجی رامان در زمینه های مختلف را توسعه داده است
یک طیف رامان می تواند حاوی اطلاعات با ارزشی از گونه ها، ساختارها و ترکیبات مولکولی ماده مورد نظر باشد و از مزایای این طیف می توان به حساسیت بالا، زمان کوتاه آزمایش، عدم نیاز به آماده سازی نمونه و غیرمخرب بودن این تکنیک اشاره کرد که بر ج ذابیت استفاده از طیف سنجی پراکندگی رامان افزودهاند . - Zhang et al ., 2006 - هرچند این روش نقایصی هم دارد که سیگنال ضعیف و احتمال پایین وقوع پراکندگی رامان در شرایط طبیعی از آن جمله اند.
روش طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته
این تکنیک برای اولین بار توسط I. W. Pauli در سال 1924 به صورت تئوری ارائه شد . این طیف سنجی بر مبنای اندازهگیری تابش الکترومغناطیس در ناحیه فرکانسی تقریبا 4 تا 600 مگاهرتز استوار است
