بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این تحقیق پیشبینی روند تغییرات محتوای رطوبتی برگه های چای سبز در طی خشک کردن با جریان هوای گرم به عنوان تابعی از دما و سرعت جریان هوا با استفاده از تکنیک ANFIS است. به منظور خشک کردن برگه های چای سبز، از یک خشک کن آزمایشگاهی استفاده شد که توسط سیستم HMI، تنضیمات اولیه دستگاه صورت می پذیرد و از استنباط ترکیبی فازی عصبی به منظور پیش بینی سینتیک تغییرات جرم برگه های چای سبز به کار گرفته شد که داده های حاصل از آزمایش ها، جهت ایجاد قواعد فازی بکار برده شده و برای اصلاح این قواعد از شبکه های عصبی مصنوعی استفاده گردیده است.
آزمایش های خشک کردن در دماهای 50، 60، 70، 80 و 90 درجه سانتیگراد و سرعت جریان هوای 0/5، 1 و 1/5 متربرثانیه انجام گرفت . پس از ایجاد مدل پیش بینی کننده، از داده های حاصل از کل آزمایش ها، جهت تعیین میزان کارایی مدل استفاده شد . با در نظر گرفتن سه پارامتر ورودی : دمای هوای خشک کردن، سرعت جریان هوای خشک کردن و م دت زمان خشک شدن و یک پارامتر خروجی : محتوای رطوبتی، نتایج بدست آمده از مدل با میزان محتوای رطوبتی حاصل از آزمایش ها مقایسه شد. مقادیر ضریب تبیین و میانگین مربعات خطا برای این پیش بینی بترتیب 0.996 و -4 2/1053×10 بدست آمد . این تحقیق در آذر ماه 1390 در گروه م اشینهای کشاورزی دانشکده مهندسی و فناوری دانشگاه تهران انجام گرفت.
مقدمه
بوته چای اولین بار هزاران سال پیش درچین درحالی پیدا شد که، بطور خودرو میروئید و استفاده ای برای انسان نداشت، ولی بعداً بصورت دم کرده برای رفع خستگی مورد استفاده قرارگرفت. این گیاه درحدود صد سال پیش توسط مرحوم کاشف السلطنه چایکار وارد ایران شد . چای محصول برگ های جوانه Camelia sinensis است و به فرم های تخمیری - چای سیاه - ، غیرتخمیری - چای سبز - ونیمه تخمیری - اولونگ - 1 مصرف میشود ]نجفی و همکاران، .[1385 بیش از 200 ترکیب در چای سبز موجود است .
اکثر خواص بیولوژیکی ثابت شده برای چای سبز از جمله خواص آنتی اکسیدانی، ضد سرطانی، ضد جهش زایی، آنتی باکتریال، ضد التهابی و نیز جلوگیری از بیماری های قلبی و عروقی تا حد زیادی به پلی فنل های موجود در چای سبز نسبت داده م ی شود که عمده آنها را کاتچین ها تشکیل میدهند .[Dufresne and Farnworth, 2001] از دیگر مصارف و خواص پزشکی چای سبز را می توان به کاهنده قند خون و تغییرات هورمونی، جلوگیری از پیری سلولی و التهابات پوستی، اثرات ضد میکروبی و کرو خوردگی دندان اشاره نمود ]مقبل و عباسپور، .[1388
یکی از فر آیندهای مهم پس از برداشت محصولات کشاورزی ، خشک کردن آن ها می باشد. خشک کردن، فر آیند گرفتن رطوبت از ماده در اثر انتقال حرارت و رطوبت است . بنابراین دو فرآیند انتقال حرارت و انتقال جرم صورت می پذیرد. خشک کردن مصنوعی تولیدات کشاورزی، یکی از روش های متداول برای نگهداری آن ها است. خشک کردن یکی از قدیمیترین روشهای نگهداری مواد غذایی میباشد که به علت امکان تغییرات نامطلوب در کیفیت مواد غذایی در اثر خشک شدن، کنترل آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
در نتیجه برای نگهداری مطمئن م واد غذایی لازم است آنها را به رطوبت مشخصی رساند و استراتژی مهندسی صنایع غذایی این است که با هدف به کارگیری مجموعه عملیات واحد جهت افزایش زمان ماندگاری محصول، پاسخ سریع به نیازهای بازار مصرف، کاهش هزینه ها، افزایش راندمان و کیفیت محصول را داشته باشد . از آنجا که نحوه و مدت زمان خشک کردن بر بازده اقتصادی و میزان مصرف انرژی تاثیر بهسزائی دارد ، لذا مدل سازی سینتیک خشک کردن یکی از راه های مناسب برای کنترل زمان و شرایط خشک کردن به حساب میآید.
جهت دستیابی به این هدف، باید سینتیک خشک شدن مدلسازی گردد تا بتوا ن روند خشک کردن را به طور صحیح پیش بینی نمود، تا از بیش خشک شدن محصولات کشاورزی که باعث کاهش کیفیت، تغییر رنگ، مزه و همچنین اتلاف زمان و انرژی می گردد جلوگیری شود. منطق فازی مساله نسبی بودن و وابستگی به موضوع را نشان می دهد . تفاوت منطق کلاسیک و فازی چنین است که منطق کلاسیک سعی می کند بیان کننده استدلال دقیق و صریح باشد، در حالی که منطق فازی سعی می کند بیان کننده استدلال تقریبی باشد .
اولین مقاله در ارتباط با منطق فازی در سال 1965 با عنوان مجموعه فازی - Fuzzy sets - توسط دکتر لطفی عسگرزاده استاد ایرانی الاصل دانشگاه برکلی کالیفرنیا در مجله اطلاعات و کنترل بود که آغازگر تحول قابل توجه در علوم ریاضی و فنی بود و همچنین اولین کسی که از قواعد فازی در کنترل یک سیستم مهندسی استفاده کرد، ممدانی [Mamdani and Assilian, 1975] بود که از قواعد اگر آنگاه فازی استفاده نمود.
سیستم فازی سوگینو که در این تحقیق نیز استفاده شده است، حالت خاصی از سیستم فازی ممدانی است که دارای خروجی "آنگاه" یگانه ای است . یکی از مهمترین دستاوردهای مبحث فازی، امکان بیان مفاهیم کلامی در قالب روابط و معادلات ریاضی است . روش های کلاسیک در تحلیل سیستمها، به طور بارز برای بیان مفاهیمی که با سیستم های انسانی سروکار دارند، ناتوان و نامناسب است.
استفاده از روش ارائه شده در این پژوهش که پیش بینی محتوای رطوبتی است و از پارامترهای کیفی مربوط به صنایع غذایی می باشد، از روش های نوین در این حوزه بوده است، بطوریکه تحقیقات مشابه آن در صنایع خشک کردن محصولات غذایی محدود می باشد. پیشبینی سرعت تغییرات جرم گوشت شترمرغ ناشی از سرخ کردن توسط مایکرویو براساس سیستم استنتاج فازی- عصبی تطبیقی بررسی گردیده شده است .
در این تحقیق تغییرات جرم ناشی از بخار شدن آب موجود در چ ربی است که رطوبت و چربی از شاخص های مهم در سلامت و طعم غذا می باشد. خوشه بندی داده ها از طریق روش som صورت گرفته و سپس قواعد استنباط فازی هر خوشه به طور مستقل با استفاده از مدل anfis استخراج گردید. توابع عضویت به کار برده شده از نوع مثلثی و برای آموزش و اصلاح پارامترهای توابع عضویت از روش هیبریدی کاهش مربعات خطا - ls - و پس انتشار خطا - bp - استفاده شد.
[Amiryousefi et al, 2011] استفاده از روش پیشبینی Anfis در علوم مهندسی نیز صورت پذیرفته است. در تحقیق صورت گرفته در مورد پیش بینی زبری سطح در تراش کاری خشک به کمک شبکه های فازی عصبی تطبیقی که یک پیش نیاز اساسی برای ایجاد یک مرکز ماشین کاری خودکار می باشد، نشان داد که مدل ایجاد شده نسبت به سایر مدل های موجود در زمینه زبری سطح، کارائی بهتری دارد. برای آموزش شبکه ها نیز مجددا از همان روش پس بازخورد هیبریدی که در تحقیق قبلی اشاره گردید، استفاده شده است - مهدوی نژاد و تمیمی، . - 1388 اکثر کاربرهای این روش پیش بینی در سطح کشور در زمینه هواشناسی می باشد و تا به حال تحقیقات بسیاری با استفاده از این روش در این حوزه صورت گرفته است.
استفاده از سیستم استنتاج فازی عصبی در پیشگویی اقلیمی پارامترهای هواشناسی صورت گرفته است . در این تحقیق یک سیستم پیچیده دینامیکی که دارا ی اطلاعات عددی می باشد، مدلسازی گردید. الگوریتم یادگیری برای این سیستم، الگوریتم آموزش حداقل مربعات بوده که موجب رسیدن سریعتر به هدف گشته است. برای بالا بردن دقت پیش گویی می بایست تعداد قواعد موجود در مجموعه قواعد فازی را افزایش داد ]تشنه لب و منشی، .[1382
مواد و روشها تهیه محصول اولیه و آزمایشهای خشک کردن
برای شروع آزمایش، برگه های تازه چای سبز از مزارع واقع در شهر تنکابن، ایران 230 - کیلومتری ساری - تهیه گردید. با توجه به اینکه در مراحل تهیه چای سبز عملیات تخمیر صورت نمی پذیرد، جهت جلوگیری از تغییر رنگ و پژمردگی برگه، در کمترین فاصله زمانی بلافاصله پس از برداشت محصول، آزمایشهای خشک کردن انجام گرفت.
روش انجام آزمایش های خشک کردن بصورت لایه نازک بوده که در این روش توده لایه نازک محصول، ضخامتی از محصول می باشد که دما و رطوبت نسبی هوای خشک کننده در هنگام عبور از آن تغییر نمی کند .[Jayas et al, 1991] برای انجام آزمایش ها، از یک خشک کن لایه نازک آزمایشگاهی ساخته شده در گروه مهندسی مکانیک ماشین های کشاورزی دانشگاه تهران استفاده شد [Hosseinpour et al, 2011] - شکل . - 1
