خواص فیزیکی و مکانیکی محصولات کشاورزی

2. خواص فیزیکی و مکانیکی محصولات کشاورزی دانشگاه کردستان دانشکده کشاورزی گروه مهندسی بیوسیستم Physical and Mechanical Properties of Agricultural Products فصل سوم: فیزیک ذخیره آب مدرس: دکتر کاوه ملازاده

3. مقدمه • سفتی چگالی واقعی • مقاومت الکتریکی • ابعاد رطوبت • هدایت الکتریکی • هدایت حرارتی 1

4. 70 تا 95 درصد میوه ها، سبزیجات 60 تا 80 درصد گوشت 14 درصد و کمتر دانه ها، بذرها، تولیدات غذایی خشک • محدوده رطوبت محصولات مختلف 2

5. مفاهیم اساسی در بحث رطوبت مواد کشاورزی و غذایی محتوای رطوبت تعادلی پتانسیل آبی فعالیت آبی برای توصیف اثرات تغییر رطوبت بر روی تغییر حجم و رفتار نیرو-تغییر شکل میوه و سبزیجات به کار می رود. برای توصیف نرخ فاسد شدن محصولات کشاورزی و غذایی در طول انبارداری به کار می رود. برای توصیف رطوبت نهایی و نرخ خشک کردن در طول خشک کردن محصولات کشاورزی و غذایی به کار می رود. 3

6. روابط مربوط به محتوای رطوبتی Mw.b.: محتوای رطوبتی بر پایه تر Md.b.: محتوای رطوبتی بر پایه خشک Ww: جرم آب موجود در محصول Wd: جرم ماده خشک موجود در محصول Wt : جرم کل نمونه • روابط منتج: 4

7. مسئله • یک تن ذرت پوست شده با رطوبت 21 درصد تا رسیدن به رطوبت 14/5 درصد، خشک شده است. وزن نهایی ذرت چقدر می باشد و چند کیلوگرم آب در طول فرآیند خشک کردن تبخیر می گردد؟ 5

8. حل مقدار ماده جامد قبل و بعد از خشک شدن ثابت می ماند. مقدار آب گرفته شده در طول فرآیند خشک شدن 6

9. روش های اندازه گیری رطوبت • روش های نوری • (NIR، MRI و...) آون روش های اندازه گیری رطوبت • رطوبت سنج خازنی • کارل فیشر • رطوبت سنج مقاومتی • تقطیر 7

10. روش آون Oven Drying Method • در این روش نمونه ها را پس از توزین (جرم کل) در ظرف های آلومینیومی قرار می دهند. پس از گذشت مدت زمان معین، نمونه ها را از آون خارج نموده و مجدداً وزن می نمایند (جرم ماده خشک). مقدار رطوبت (بر پایه تر یا خشک) با توجه به روابط مربوط به محتوای رطوبتی به دست می آید. • برای یافتن ترکیب مناسب زمان و دما برای تعیین رطوبت محصولات مختلف به روش آون از استانداردهای ASABE استفاده می شود. • مثال: C° 1±105 به مدت 24 ساعت برای بذرها. 8

11. روش کارل فیشر Karl Fischer Method • این روش به عنوان استاندارد برای ارزیابی روش های دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. • این روش را می توان برای تمام مواد کشاورزی در حالت جامد و نیمه جامد و برای تمام محصولات غذایی به کار برد. • ابتدا محصول را به صورت کاملاً نرم و پودر شده در می آورند. سپس از محلول شیمیایی متانول ضد آب (Anhydrous Methanol) به منظور استخراج آب موجود در نمونه ها پس از گذشت مدت زمان معین، استفاده می شود. پس از عمل استخراج آب، مواد جامد توسط فیلترکردن جدا گردیده و عیار مایع باقی مانده توسط محلول Fischer (ید، دی اکسید سولفور و Pyridine) مشخص می شود. 9

12. روش تقطیر Distillation Method • این روش نمونه را بعد از مخلوط کردن با یک ماده شیمیایی که دارای نقطه جوش بالاتری نسبت به آب است (تولوئن)، در دستگاه تقطیر حرارت می دهند. آب نمونه پس از تبخیر شدن در ظرفی جداگانه جمع آوری می شود. حرارت دادن تا زمانی ادامه می یابد که حجم مایع جمع آوری شده در طول 15 دقیقه ثابت بماند. • منبع خطا : • برخی ترکیبات فرار درون نمونه مانند الکل، گلیسیرل و استن در طول فرآیند با آب تبخیر می شوند. 10

13. رطوبت سنج مقاومتی Resistance Moisture Meter • از این وسیله برای تعیین سریع رطوبت محصولات کشاورزی بویژه دانه ها و نمونه های کوچک علوفه، استفاده می شود. • این وسیله از اصل رسانایی و هدایت پذیری محصولات بهره می گیرد. • مقاومت الکتریکی نمونه به فشاری که صفحات به نمونه وارد می سازند، بستگی دارد. بنابراین اکثر مقاومت سنج ها مجهز به مکانیزم بارگذاری فنردار هستند. • دمای محیط تاثیر مستقیم بر اندازه گیری دارد. این تاثیر به صورت الکترونیکی و یا توسط نمودار قابل جبران است. 11

14. رطوبت سنج خازنی Capacitance Moisture Meter • رایج ترین وسیله برای تعیین سریع رطوبت دانه ها و بذرها می باشد. • دانه ها هنگامی که مابین دو صفحه و یا دو سیلندر فلزی هم مرکز قرار می گیرند، به صورت یک دی الکتریک عمل کرده و تشکیل یک خازن می دهند. • در دامنه 7 تا 23 درصد از رطوبت، مقدار ضریب دی الکتریک دنه ها به طور عمده با درصد رطوبت، تغییر می نماید. • دمای محیط تاثیر مستقیم بر اندازه گیری دارد. این تاثیر به صورت الکترونیکی و یا توسط نمودار قابل جبران است. 12

15. محتوای رطوبت تعادلی Equilibrium Moisture Content (EMC) • رطوبتی را که در آن تعادل بین محتوای رطوبتی محصول و رطوبت نسبی هوا (رطوبت نسبی تعادلی) به وجود می آید، محتوای رطوبتی تعادلی گویند. • برای یک محصول مشخص، رطوبت تعادلی در یک رطوبت نسبی معین، با دما تغییر می نماید. • منحنی رطوبت محصول در برابر رطوبت نسبی در دمای ثابت، منحنی رطوبتی تعادلی (EMC) نامیده می شود. 13

16. پسماند رطوبتی Moisture Hysterics • منحنی EMC مشخص شده توسط خشک کردن یک محصول مرطوب (پس دهی یا دفع) از منحنی بدست آمده بوسیله دوباره خیس کردن محصول خشک (جذب یا دوباره جذبی) متفاوت است. به این پدیده پسماند رطوبتی گویند. • برای یک رطوبت نسبی مشخص، محتوای رطوبتی دوباره جذبی همیشه پایین تر از رطوبت در دفع می باشد. • با افزایش درجه حرارت، اثر پسماند کاهش می یابد. دفع جذب 14

17. معادله هندرسون اصلاح شده برای پیش بینی EMC Modified Henderson Equation Md.b.: محتوای رطوبتی بر پایه خشک RH: رطوبت نسبی (بر حسب اعشار) T: دما (°C) K،Nو C: ثابت با توجه به جدول 15

18. معادله چانگ-فاوست برای پیش بینی EMC Chung-Pfost Equation Md.b.: محتوای رطوبتی بر پایه خشک RH: رطوبت نسبی (بر حسب اعشار) T: دما (°C) A،B،C،Eو F: ثابت با توجه به جدول 16

19. کپک ها 0/7 < فعالیت آبی مورد نیاز فعالیت آبی Water Activity • فعالیت آبی برای بررسی فساد محصولات در طی انبارداری به کار می رود. مخمرها 0/8 < واکنش قهوه ای شدن 0/8 < باکتری ها 0/9 < واکنش های اکسیداسیون 0/4 < 17

20. فعالیت آبی Water Activity • فعالیت آبی از مفهوم ترمودینامیکی پتانسیل شیمیایی مشتق می شود. پتانسیل شیمیایی محلول در حالت E < پتانسیل شیمیایی محلول در حالت D محلول (سیستم) از حالت D به حالت E تغییر می نماید. 18

21. فعالیت آبی Water Activity • محاسبه فعالیت آبی با استفاده از پتانسیل شیمیایی آب aw : فعالیت آبی µ1: پتانسیل شیمیایی آب در محلول (mol.J-1) µ0: پتانسیل شیمیایی آب در حالت استاندارد (آب خالص در فشار اتمسفر) (mol.J-1) T: دما (°K) R: ثابت گازها (J.mol-1.°K-1 8/313) • محاسبه فعالیت آبی با استفاده از فشار بخار آب فشار بخار آب بالای محلول فشار بخار آب خالص 19

22. پتانسیل آبی Water Potential Ψtissue : پتانسیل آبی (Pa) Vw: حجم یک مول آب (m3.mol -16 -10×18) RH: رطوبت نسبی فضای محتوی هوا و دربرگیرنده اطراف بافت T: دمای نمونه (°K) R: ثابت گازها (J.mol-1.°K-1 8/313) 20

23. Thank You !