تشخیص سیب‌زمینی‌های سالم از ناسالم با استفاده از امواج میکروویو

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی دانشگاه شهرکرد

2 عضو هیات علمی بازنشسته دانشگاه شهرکرد

3 دانش آموخته گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم

4 دانش آموخته کارشناسی ارشد دانشگاه شهرکرد

5 دانش آموخته کارشناسی دانشگاه شهرکرد

چکیده

سابقه و هدف: سیب‌زمینی در طول دوره رشد و انبارمانی با آفت و خرابی‌های متعددی روبه‌رو می‌شود، که برخی از این خرابی‌ها در اثر شرایط محیطی و یا تنش‌های مکانیکی به وجود می‌آیند و این صدمات هیچ‌گونه اثری در سطح محصول باقی نمی‌گذارند اما بر کیفیت محصول تأثیر منفی می‌گذارند. برای تشخیص این خرابی‌ها، چندین روش موجود است که یکی از آنها به کارگیری امواج میکروویو است. لذا پژوهش حاضر با هدف امکان سنجی جداسازی سیب زمینی سالم از ناسالم بر مبنای مقدار ثابت دی‌الکتریک انجام شد.
مواد و روش‌ها: برای تهیه نمونه‌های ناسالم، نمونه‌های اولیه در شرایط دمایی25درجه سانتی‌گراد و رطوبتی نسبی 40 درصد، درون کیسه‌های نایلونی به مدت 4 ماه نگهداری گردید تا از لحاظ ظاهری به کیفیت نامطلوب برسد. برای اندازه‌گیری امپدانس نمونه‌ها، از استوانه برنجی واقع در کانکتور به ابعاد1/13×6/20 میلی‌متر استفاده شد. امواج مخابراتی با فرکانس‌های بالا به سمت نمونه موردنظر فرستاده می‌شد که مقداری از این امواج توسط نمونه جذب‌شده و بقیه برگشت ‌داده می‌شوند. میزان جذب موج توسط نمونه، به جنس(بافت)، دمای نمونه و فرکانس موج اولیه بستگی دارد که با آنالیز آن می‌توان ثابت دی‌الکتریک نمونه را اندازه‌گیری نمود. در این تحقیق ثابت‌های دی‌الکتریک سه واریته سیب‌زمینی آگریا، آریندا و ساوالان با استفاده از سامانه خط انتقال اتصال کوتاه در پنج تکرار، دو سطح دمایی 0 و 25 درجه سانتی‌گراد و سه سطح فرکانسی 915، 1800 و 2450 هرتز اندازه‌گیری شدند.
یافته‌ها: نتایج تجزیه واریانس نشان داد کلیه پارامترهای مستقل و اثرات متقابل آنها در سطح احتمال 1% معنی دار شده است. بررسی اثر متقابل دما و رقم نشان داد که بیشترین میزان ثابت دی‌الکتریک سیب‌زمینی‌های سالم برای رقم آریندا و دمای 25 درجه سانتی‌گراد، 17/59 و کمترین میزان ثابت دی‌الکتریک برای رقم آگریا و دمای صفر درجه سانتی‌گراد،73/52 حاصل شد. این در حالیست که برای سیب‌زمینی‌های ناسالم بیشترین میزان ثابت دی‌الکتریک برای رقم آریندا و دمای 25 درجه سانتی‌گراد،61/57 و کمترین مقدار برای رقم آگریا و دمای صفر درجه سانتی‌گراد،45/51 حاصل ‌شد. نتایج مربوط به اعمال سه سطح فرکانسی نشان داد، در فرکانس915 مگاهرتز بیشترین مقدار ثابت دی‌الکتریک سیب‌زمینی سالم در دمای 25 درجه سانتی‌گراد معادل31/59 و کمترین مقدار آن در فرکانس2450 مگاهرتز و دمای صفر درجه سانتی‌گراد، 30/53 است.
نتیجه‌گیری: به طور کلی، برای سیب‌زمینی‌های ناسالم در تیمارهای متناظر، مقادیر میانگین ثابت دی‌الکتریک بین 1 الی 2 واحد کمتر است و با افزایش دما، ثابت دی الکتریک افزایش می‌یابد. اساسی‌ترین دلیل آن از دست‌دادن رطوبت (آبهای آزاد) در طی دوره انبارمانی ‌است. همچنین باتوجه به بافت ارقام مختلف سیب‌زمینی، ثابت دی‌الکتریک آریندا بیشتر از ساوالان و ساوالان بیشتر از آگریا است. براین اساس به منظور جداسازی کیفی محصول، بسته‌بندی و ... از این اختلاف ثابت‌های دی الکتریک، می‌توان به خوبی بهره‌برد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Detection of Defected Potato Tubers from Intact One Using Microwave

نویسندگان [English]

  • Ali MAleki 1
  • Mohammad Ali Ghzavi 2
  • Farzad mahdiyeh Proujeni 3
  • Mahdi Moradi 4
  • Niloufar Baghvardani 5
1 Faculty member of Shahrekord University
2 Faculty Member of Shahrekord University
3 Master Science of mechanical Engineering of Biosystems
4 Master science of Shahrekord university
5 BSc. Student of Shahrekord University
چکیده [English]

Background and objectives: Potato faced with various pests and damages during growth and storage. Some of these damages caused by environmental conditions or different mechanical tensions. Although these damages do not have any traces on potato surface, but have bad effect on potato quality. There are some methods for determining these damages. One of these methods is applying microwave. Therefore, the aim of this research was the probability of recognition of healthy and unhealthy potato by using microwave, based on dielectric constant.
Materials and methods: For preparing defected potato samples, healthy samples were stored in nylon bag at 25 0C and 40% relative air humidity for 4 months to get unfavorable surface quality. Also a 20.6 * 13.1 millimeter brazen cylindrical in connector were used for measuring the samples impedance. High-frequency wave telecom was sent to the given sample, some of these waves were absorbed by the sample and the rest were returned. The amount of wave absorption sent by the sample depended on the texture temperature and frequency of the initial wave. By analysis of this parameter, samples dielectric constant could be measured. In this research, for measuring dielectric constant of three varieties of Agria, Arinda and Savalan potato, short circuit transmission line system was used. Dielectric constants of both healthy and unhealthy potatoes were measured at two temperature levels of 0 0C and 25 0C and three frequency levels of 915, 1800, and 2450 MHz .
Results: The results showed that different levels of temperature and frequency had significant difference (p<0.01) on dielectric constant. Interaction effects of temperature and variety showed that maximum and minimum value of dielectric constant of healthy potato were 59.17 and 52.73 in Arinda at 25 0C and Agria at 0 0C respectively. Whereas maximum and minimum amount of this constant for unhealthy potato were 57.61 and 51.45 in Arinad at 25 0C and Agria at 0 0C, respectively. Results of frequency levels show that maximum amount of dielectric constant of healthy potato were 59.31 at 25 0C in 915 MHz and minimum amount of this constant were 53.30 at 0 0C in 2450 MHz.
Conclusion: Generally, for unhealthy potatoes, the mean values of dielectric constant is 1-2 units lower than that of corresponding values. The dielectric constant increases with increasing temperature. Missing of moisture content in storage period is the main reason of this behavior. Also due to different texture of potato variety, Arinda, Savalan and Agria get the maximum score of dielectric constant respectively. Therefore, this character is very good option for quality sorting, packing and so on.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Telecom wave
  • dielectric constant
  • Temperature
  • potato
  • frequency
1. Chandrasekaran, S., Ramanathan, S.,
and Basak, T. 2013. Microwave food
processing-A review. Food Research
International 52:243-261.
2. Chari, V.K., Butts, C.L., and Nelson,
S.O. 2007. Capacitance sensor for
nondestructive measurement of moisture
content in nuts and grain. IEEE
Transactions on Instrumentation and
Measurement, 56: 1809-1813.
3. Cheng, Y., and Haugh, C.G. 1994.
Detecting Hollow Heart in Potatoes
Using Ultrasound. Transactions of the
ASAE 37: 217-222.
4. Guo, W. Nelson, S.O. Trabelsi, S., and
Kays, S. 2007. 10-1800 MHz dielectric
properties of fresh apples during storage.
Journal of Food Engineering, 83:562-
569
5. Guo, W. Tiwari, G. Tang, J., and Wang,
S. 2008. Frequency, moisture and
temperature dependent dielectric
properties of chickpea flour. Biosystems
Engineering, 16: 217-224.
6. Guo, W., Zhu. X., Nelson, S.O., Yue,
R., Liu, H., and Liu, Y. 2011. Maturity
effects on dielectric properties of apples
from 10 to 4500 MHz. Food Science
and Technology, 44:224-230.
7. Majzobi, M. & Falsafi, S.R. 2015. Effect
of microwave on physicochemical
properties of maize and oat starch.
Journal of food science and industrial.
46:199-209. (in Persian)
8. Mohsenin, N.N. 1986. Physical
Properties of Plant and Animal
Materials: Structure, Physical
Characteristics and Mechanical
Properties (2nd Ed.). Gordon Breach
Science Publisher, New York.
9. Nelson, S.O. 2005. Dielectric
spectroscopy of fresh fruit and vegetable
tissues from 10 to 1800 MHz. Journal of
Microwave Power Electromagnetic
Energy, 40(1): 31-47.
10.Nelson, S.O., Guo, W., and Trabelsi, S.
2008. Investigation of dielectric sensing
for fruit quality determination. IEEE
Sensors Applications Symposium,
Atlanta, U.S.A. (12-14).
11.Nelson, S.O., Trabelsi, S., and Kays,
S.J. 2006. Correlating dielectric
properties of melons with quality. IEEE,
75: 484-492
12.Sacilik, K., Tarimci, C. and Colak, A.
2007. Moisture content and bulk density
dependence of dielectric properties of
safflower seed in the radio frequency
range. Journal of Food Engineering, 78:
1111–1116.
13.Sheen, N.I, and Woodhead, I.M. 1999.
An Open-ended Coaxial Probe for
Broadband Permittivity Measurement of
Agricultural Products. Agricultural
Engineering Research, 74:193-202
14.Venkatesh, M.S., and Raghavan G.S.V.
2005. An overview of dielectric
properties measuring techniques.
Canadian Biosystem Engineering, 47-
7:15-30.
15.Yaldagard, M., Mortazavi, S.A., and
Tabatabaie, F. 2006. The Effectiveness
of Ultrasound Treatment on the
Germination Stimulation of Barley Seed
and its Alpha- Amylase Activity.
International Journal of Chemical and
Biomolecular Engineering, 24: 425-436.
16.Zhongdong, L., Peng, L., and Kennedy,
J.F. 2005. The thchnology of molecular
manipulation and modification assisted
by microwaves as applied to starch
granules. Carbohydrate Polymers 61:
374-378.