بخشی از مقاله
چکیده:
خشککن خورشیدی شامل یک واحد جذب انرژی خورشیدی، فن برای ایجاد جریان هوای گرم در خشک کن، محفظه استقرارسینیهای محصول، دیفیوزر - کانال ارتباطی بین واحد جذب و محفظه - ، مکانیزم دریافت مستقیم تابش خورشید برای محصولا ت مقاوم به گرما و مکانیزم کنترل دما در نقاط مختلف خشککن است. از محدودیتهای خشککن خورشیدی وابسته بودن آن به عرض جغرافیایی منطقه و زاویه تابش خورشید است لذا دراین تحقیق به منظور فراهمآوری شرایط مناسب برای کاربرد خشککن در مناطق مختلف و فصول مختلف سال نسبت به طراحی و ساخت مکانیزم خاص برای تغییر زاویه واحد جذب انرژی خورشیدی اقدام شد.
محصول انتخابی میوه سیب گلاب بوده و ارزیابی خشککن در 3 سطح ضخامت 3 - ، 6 و 9 میلیمتر - ، 3 سطح دبی هوا 0/018 - ، 0/036 و 0/054 متر مکعب بر ثانیه - و زاویه تابش 45 درجه در فصل تابستان انجام شد. در زمان های مختلف در طی زمان خشک شدن از ورقه ها عکس گرفته شد و میزان رطوبت در همان زمان برای نمونه ها مشخص شد. خصوصیات مورفولوژیکی استخراج شده از عکس های تهیه شده از میوه در رطوبت های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت.
تحلیل رگرسیونی برای بررسی وجود روابط بین خصوصیات فوق و میزان رطوبت میوه و زمان، مورد استفاده قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمایشات انجام شده در این تحقیق نشان داد که در هریک از سطوح ضخامت و دبی هوا از میان خصوصیات قابل استخراج از تصاویر، برخی ویژگی ها ارتباط محکمی با تغییرات رطوبت میوه دارند.
در ضخامت 3 میلیمتر و دبی هوای 0/018 متر مکعب بر ثانیه، مساحت و قطر بزرگ در سینی های بالا و پایین از سری خصوصیات شکلی، و a از سری خصوصیات رنگی از آن جمله اند. بر اساس این ویژگی ها می توان تنها با نظارت ظاهر محصول محتوای رطوبت محصول را تعیین نمود. محتوای رطوبت محصول حین فرآیند خشک شدن را می توان با برخی از خصوصیات فیزیکی ظاهری - مرفولوژیکی - توسط معادلات ساده یا چند متغیره نشان داد.
مقدمه:
خشککن خورشیدی یکی از فنآوریهای جدید در کشور برای خشککردن میوه، افزایش بازارپسندی و طول عمر انبارمانی میوهها در بازارهای داخلی و خارجی است. در استان فارس محصولات باغی از جمله مرکبات، خرما، انگور، انجیر، سیب، آلو، زردآلو و هلو تولید میشود. بر اساس آمار سازمان جهاد کشاورزی فارس، میزان تولید سیب در استان حدود 320000 تن در سال بوده که حدود 60000 تن آن اختصاص به سیب گلاب دارد - بی نام، . - 1389 تعیین محتوای رطوبتی مطلوب در جریان خشک کردن محصول بخاطر این که تحت تاثیر چندین پارامتر متغیر که رابطه غیر خطی با آنها دارد، سخت و زمانبر است.
عزت الهی و همکاران - 1380 - بر روی درجه بندی پرتقال بر اساس پردازش تصویر کار کردند. آنها برنامه ای به زبان ویژوال بیسیک برای تعیین قطر های بزرگ، متوسط، کوچک و مساحت سطوح تصویر شده پرتقال نوشتند. عباسقلی پور و همکاران - 1384 - بر روی جداسازی کشمش صادراتی کار کردند. آنها الگوریتمی را برای تعیین طول و عرض کشمش و همچنین مساحت لکه ها ارائه نمودند. لوکا و همکاران - 2004 - با استفاده از پردازش تصویر، فرایند های مختلف خشک کردن ماهی را مورد مقایسه قرار دادند. آنها از مقادیر میانگین و انحراف معیار مقادیر رنگی در فضای رنگی L*a*b و آنالیز تشخیصی برای مقایسه استفاده کردند.
آنها اختلاف مشخصه های رنگی را تنها راه جداسازی آماری - توسط آنالیز واریانس - نمونه ها بر اساس تکنیک خشک کردن معرفی کرده و این روش را در مقایسه با آنالیز حسی روشی قابل اطمینان و موثر اعلام نمودند. کیت و همکاران - 2004 - عکس های دیجیتال گرفته شده از سطح غذاها را مورد آنالیز قرار دادند. آنها از سه مدل RGB، L*a*b و CMYK در بررسیهای خود استفاده کردند.
نتایج تحلیل آنها نشان داد که تحلیل رنگ از سطح غذا در تعیین کیفیت آن مفید بوده است و توزیع مقادیر رنگی و میانگین آنها بخصوص در L*a*b به راحتی قابل اندازه گیری بوده و تطبیق پذیری خوبی داشتند. فرناندز و همکاران - 2005 - اثر زمان را در فرایند خشک شدن بر روی چروکیدگی، رنگ و بافت عکس با استفاده از ماشین بینایی و توسط نرم افزار متلب تحلیل نمودند. آنها عکسهایی از ورقه های سیب که در زمانهای مختلف در طی فرایند خشک شدن دریافت کرده بودند را از RGB به فضای L*a*b تبدیل نمودند و نمودارهای پارامتر های قطر میانگین، مساحت ، محیط، قطر فرت - ماکزیمم طول محصول - و گردی را نسبت به زمان برای عکسها بدست آوردند.
نتایج نشان داد که فرایند خشک شدن تاثیر شدیدی بر روی شکل، رنگ و بافت عکس های ورقه های سیب داشت. پدرسچی و همکاران - 2006 - روند توسعه رنگ و محتوای اکریل آمید ورقههای چیپس سیب زمینی را با استفاده از ماشین بینایی مورد ارزیابی قرار دادند. آنها ورقههای سیب زمینی را قبل از سرخ کردن به مدت 3/5 دقیقه در آب با دمای 85 درجه سلسیوس قرار دادند. سپس رطوبت ورقه ها را با استفاده از جریان هوا تا میزان رطوبت 60 درصد مبنای خشک رساندند. این نمونه ها نمونه های پیش خشک شده نامیده شدند. برای تعیین کیفیت رنگ، ورقه های سیب زمینی در دما های 120، 140، 160 و 180 درجه سلسیوس تا رسیدن به رطوبت تقریبی 1/8 درصد سرخ شدند.
برای تعیین میزان اکریلآمید تنها نمونه های نهایی حاصل از سرخ کردن در دماهای 120، 150 و 180 درجه سلسیوس با دو مارک متفاوت چیپس در شیلی مقایسه شدند. تهیه عکس ها در پایان فرایند خشک شدن تحت دماهای ذکر شده انجام گرفت. سپس عکس های گرفته شده از نمونه ها از فضای رنگی RGB به L*a*b برده شد و مقادیر رنگی در این فضا تعیین گردید. نتایج کار آنها نشان داد که پیش سرخ کردن تاثیر معنی داری بر روی رنگ چیپس نداشت در حالی که سرخ کردن آن در دمای 180 درجه سلسیوس منجر به کاهش معنی دار میزان اکریل آمید نسبت به نمونه شاهد و دو نمونه مارک چیپس شد.
محبی و همکاران - 2009 - روشی را بر اساس سیستم بینایی رایانه - CVS - برای تخمین میزان رطوبت میگو در طی فرایند آبزدایی را با استفاده از آنالیز رنگ ارائه نمودند. فرایند در این تحقیق تجزیه و تحلیل دادها توسط از طرح بلوک کاملاً تصادفی انجام شد و میانگینها با آزمون چند دامنه ای دانکن مقایسه شدند. از رگرسیون چند متغیره و شبکه عصبی مصنوعی برای به دست آوردن رابطه بین رنگ و محتوای رطوبتی میگو در فرایند خشک شدن استفاده کردند.
مدل های به دست آمده در این تحقیق به ترتیب دارای ضرایب همبستگی 0/8 و 0/86 بودند و در P<0/05 اختلاف معنی داری بین دو روش مدل سازی رگرسیون چند متغیره و شبکه عصبی مصنوعی مشاهده نشد. یدالهی نیا و همکاران - 2009 - اثر خشک شدن را بر روی چروکیدگی سیب زمینی با استفاده از ماشین بینایی مورد بررسی قرار دادند. آنها میزان تغییرات در سطح، محیط، بزرگ ترین و کوچک ترین قطر ها، قطر فرت و گردی پره های سیب زمینی را در فواصل زمانی در طی خشک شدن اندازه گیری نمودند. تحقیق آنها نشان داد که همه خصوصیات فیزیکی به طور یکنواخت در طی زمان خشک شدن کاهش یافتند. با کاهش رطوبت، چروکیدگی تقریبا ًبا یک رابطه خطی افزایش یافت. هدف از این تحقیق بررسی رابطه بین خصوصیات ظاهری قابل استخراج توسط ماشین بینایی با خصوصیات میزان رطوبت محصول - برگه سیب گلاب - در طی فرایند خشک شدن می باشد.
مواد و روش ها:
آزمایش های خشک کردن ورقه های سیب گلاب در یک خشک کن خورشیدی ترکیبی که جریان هوا در آن توسط یک فن مکنده گریز از مرکز برقرار میگردید، انجام شد. ظرفیت این خشک کن 10 کیلوگرم بوده و شامل واحد جمع کننده، هدایت کننده هوا، مخزن و مکنده هوا می باشد. واحد جمع کننده شامل صفحه جاذب از جنس آلومینیوم که توسط رنگ مشکی مات پوشش داده شده و سازه از جنس نئوپان و شیشه پوشش دهنده صفحه جاذب می باشد. هوا فقط مکش از پائین دارد و در طرفین صفحه جاذب محبوس می شود. بنابراین طی عبور جریان از طرفین صفحه جاذب، هوا گرم شده و توسط واحد هدایت کننده به داخل مخزن خشک کن ارسال می شود. مخزن خشک کن دارای دو ردیف سینی مشبک می باشد.
هوای گرم به صورت متقاطع از زیر سینی ها وارد مخزن شده و از انتهای آن توسط یک لوله به قطر 154 میلی متر خارج میگردد. مخزن خشک کن توسط یک جداره شیشه ای پوشش داده شده و توانایی جذب مستقیم انرژی خورشید را دارا می باشد. این پوشش شیشه ای تحت زاویه 45 درجه بر روی مخزن نصب شده است. دمای هوا در قسمت های مختلف خشک کن توسط حسگر های دمای نوع K قرائت شده و با استفاده از سخت افزار اخذ داده ها ثبت و توسط نرم افزار Lab view در کامپیوتر قابل رویت می باشد.
برای ثبت و کنترل تغییرات دما دو عدد ترموکوپل در ورودی و یک عدد در خروجی واحد جمع کننده، سه عدد در مخزن و یک عدد در لوله خروجی از مخزن تعبیه شده است. سرعت جریان هوا در خشک کن توسط یک مبدل دور سه فاز که با یک تغییر دور محور مکنده می شود، قابل تغییر می باشد. آزمایش های مورد مطالعه در این طرح در زاویه جذب 45 درجه، سه سطح دبی هوای 0/018، 0/036 و 0/054 متر مکعب بر ثانیه و ضخامت 3، 6 و 9 میلیمتر بر روی ورقه های سیب گلاب صورت گرفت.
تصاویر جهت پردازش توسط نرم افزار مطلب به کامپیوتر انتقال داده شد. ابتدا هیستوگرام رنگ خاکستری تصویر رسم شد و سپس با استفاده از مقادیر حد آستانه مناسب، ورقه های به از زمینه جدا شدند. نویز تصاویر با استفاده از فیلتر های مناسب حدف شدند و سپس تصاویر نهایی به تصاویر باینری - سیاه و سفید - تبدیل شدند و در نهایت خصوصیات فیزیکی مورد نظر از تصاویر استخراج گردید. در بحث خصوصیات شکلی تصاویر، ویژگی هایی از تصاویر مورد بررسی قرار گرفتند که بیانگر تغییرات در اندازه نمونه های میوه سیب در طی فرایند خشک شدن باشند. برنامه شش ویژگی مختلف را در این زمینه از تصاویر استخراج نمود.
این خصوصیات، مساحت سطح نمونه ها - Area - ، محیط نمونه ها - Perimeter - ، بزرگترین قطر نمونه ها - Major Axis Length - ، کوچکترین قطر نمونه ها - Minor Axis Length - ، قطر معادل نمونه ها - Equivalent Diameter - و گردی نمونه ها - Roundness - میباشند. در بخش استخراج ویژگی های شکلی، عملیات پردازش مستقیماً بر روی تصویر سیاه و سفید حاصل از قسمت قطعه بندی استفاده شد - Mitchell, . - 1994 اما برای برای استخراج داده های رنگی از تصویر رنگی نمونه ها استفاده گردید.
از طرفی چون زمینه تصاویر نیز دارای مقادیر رنگی می باشد و باعث ایجاد خطا در مقادیر داده های رنگی می شود، از ترکیبی از شکل رنگی اولیه و تصویر سیاه و سفید به گونه ای استفاده شد که در آن مقادیر رنگی مربوط به نمونه هارابر با مقدار واقعی آن و مقادیر پیکسل های زمینه برابر با صفر باشد. بنابراین تصویری به دست آمد که در آن نمونه رنگی کاملاً از زمینه جدا شده و زمینه تصویر کاملاً سیاه می باشد. تصاویر حاصله از فضای RGB به فضای رنگی L*a*b تبدیل شدند و سپس مولفه های L*، a* و b*از تصویر مربوط به ورقه های میوه که زمینه تصویر در آن ها کاملاً سیاه شده اند - مقدار عددی صفر برای زمینه تصویر - ، استخراج گردیدند.
با تقسیم حاصل جمع مقادیر هر یک از این مؤلفه ها بر مساحت میوه ها - که برابر با تعداد پیکسل میوه در تصویر می باشد - مقدار میانگین هر کدام از مؤلفه ها محاسبه شد. داده های استخراج شده از تصاویر با نوشتن برنامه ای به نرم افزار Excel فرستاده شدند تا در مراحل بعدی در این نرم افزار و نرم افزار های آماری MINITAB و SPSS مورد تحلیل و بررسی قرار گیرند. برای مدلسازی رابطه بین مشخصات ظاهری محصول با رطوبت آن از تکنیک رگرسیون خطی تک متغیره و چند متغیره استفاده شد. 70 درصد داده ها برای به دست آوردن مدل و 30 درصد دیگر داده ها برای ارزیابی معادلات مورد استفاده قرار گرفتند.
نتایج و بحث:
جدول 1 ویژگی های مساحت، محیط، قطر معادل، قطر بزرگ، قطر کوچک و گردی محصول را در ضخامت ها و دبی های مختلف برای سینی بالا نشان می دهد. نتایج نشان داد که ضخامت 3 میلی متر دارای کمترین مقادیر مساحت، محیط، قطر معادل و قطر کوچک بود.
جدول :1 خصوصیات ظاهری مستخرج از پردازش تصویر ورقه های سیب در سینی بالا
در ضخامت های 3، 6 و 9 میلی متر و دبی هوای 0/018 متر مکعب بر ثانیه، مقادیر میانگین خصوصیات ظاهری سینی بالا بیشتر از سینی پایین، در طی فرآیند خشک شدن می باشد. در این شرایط به علت کم بودن دبی هوا، دپوی حرارتی بر روی نمونه بیشتر بوده، رطوبت بیشتری توسط هوای خروجی از واحد جمع کننده در سینی پایین جذب شده و در هنگام رسیدن به سینی بالا توانایی کمتری در جذب رطوبت از نمونه ها دارد. اما در دبی هوای بالاتر هوای خروجی از واحد جمع کننده در هنگام رسیدن به سینی بالا توانایی بیشتری در جذب رطوبت از نمونه ها دارد.
جدول 2 ویژگی های رنگی ورقههای سیب را در ضخامت ها و دبی های مختلف برای سینی بالا نشان می دهد. همان طور که مشاهده میشود ضخامت 3 میلیمتر و دبی هوای 0/018 دارای کمترین میزان L - روشنایی - می باشد. همان طور که مشاهده می شود ضخامت 3 میلیمتر و دبی هوای 0/018 دارای کمترین میزان L - روشنایی - می باشد در این شرایط دپوی حرارتی بر روی نمونه بیشتر بوده، همچنین ضخامت کم نمونه باعث آسیب دیدن سطح محصول و کدر شدن آن در اثر حرارت شده است، این در حالی است که این تیمار دارای بیشترین مقادیر a و b بوده و اختلاف معنیداری با دیگر تیمار ها دارد یعنی تمایل به قرمزی و زردی در طول زمان خشک شدن در این تیمار نسبت به سایر تیمار ها بیشتر می باشد.
جدول :2 خصوصیات رنگی مستخرج از پردازش تصویر ورقه های سیب در سینی بالا
در ابتدا رابطه همبستگی بین محتوای رطوبتی و هرکدام از خصوصیات ظاهری مساحت، محیط، قطر معادل، قطر بزرگ، قطر کوچک و گردی برای سینیهای بالا و سینی پایین مورد بررسی قرار گرفتند - جداول 3 و . - 4 ضریب همبستگی شاخصی است که میزان رابطه بین متغیرها را نشان میدهد. هرچه این ضریب به یک نزدیک تر باشد میزان وابستگی دو متغیر بیشتر میباشد. به همین دلیل مواردی که ضریب همبستگی زیر 0/8 دارد با رنگ زرد مشخص شده است که در بررسیهای بعدی حذف گردد. همانطور که مشاهده می شود همبستگی بالایی بین پارامترهای ذکر شده و محتوای رطوبتی وجود دارد.
جدول :3 ضریب همبستگی بین محتوای رطوبتی و خصوصیات شکلی در سینی بالا
