یش بینی برخی خصوصیات فیزیکی، مکانیکی و خشک کردن بنه (پسته وحشی) به کمک شبکه های عصبی مصنوعی

خشک کردن، حذف حداکثر آب از محصول با هدف افزایش مدت نگهداری است و از قدیمی ترین روش های حفظ مواد غذایی و محصولات کشاورزی می باشد. سالانه میلیون ها تن فراورده های زراعی، باغی، دامی، شیلاتی، و غیره توسط روش های مختلف خشک کردن، خشک می شوند که ضمن ایجاد تنوع در محصول و افزایش زمان ماندگاری، باعث کاهش قابل توجهی در هزینه های حمل ونقل و انبار داری می شود (توکلی پور، 1385؛ آغباشلو و همکاران، 2009). در طی فرآیند خشک‎کردن، آب از ماده غذایی خارج شده و در نتیجه امکان رشد میکروارگانیسم‎ها و ایجاد واکنش های شیمیایی نامطلوب به حداقل رسیده و مدت زمان نگهداری مواد غذایی افزایش می یابد (حسن بیگی و همکاران، 2009؛ آروموگاناتان و همکاران؛ 2009). بنه((pistasia atlantica l درختی است با عمر طولانی که ارتفاعش به 9 متر می رسد (دیویس، 1967). از درخت بنه شیره سقز تولید می شود که از این شیره در تهیه آدامس، عطر، خوشبوکننده ها، حشره کش ها و در صنعت دارو سازی در تهیه نرم کننده ها و ضدعفونی کننده ها استفاده می شود. همچنین در صنعت پلاستیک سازی، تهیه واکس کفش، چرم و صنعت چاپ مورد استفاده قرار می گیرد (مظفریان، 1379؛ دیویس ، 1967). امروزه از پوست و برگ درخت بنه به علت دارا بودن تانن زیاد در مصارف پزشکی استفاده می-شود ( زرگری، 1368). میوه بنه دارای کابردهای پزشکی از جمله: کاهش چربی های خون، نشاط آور و تقویت کننده کبد وطحال می باشد. روغن و عصاره این میوه برای سلامتی و بیماری های قلبی و عروقی مفید است (قنبری نیاکی و همکاران، 1390). در گذشته، از انرژی خورشید برای خشک‎کردن انواع محصولات کشاورزی و مواد غذایی استفاده می‎شد اما مشکلات زیادی در استفاده از این روش وجود دارد که عبارتند از: تغییرات نامناسب در کیفیت غذا، عدم کنترل کافی در فرآیند خشک کردن، طولانی بودن زمان خشک‎شدن و غیر بهداشتی بودن محصول. مشکلاتی از این قبیل استفاده از تکنولوژی جدید در فرآیند خشک کردن را ضروری می سازد. خشک‎کن های صنعتی مزایایی نسبت به روش های سنتی دارند که عبارتند از: برداشت به موقع محصول، کاهش تلفات در مزرعه، برنامه ریزی برای برداشت در شرایط نامطلوب آب و هوایی، افزایش مدت انبارداری مواد غذایی و محصولات کشاورزی(یوسیوب و همکاران؛ 2010؛ کاکماک و یالدیز ، a2011). مدت زمان ذخیره مواد غذایی تابع دو عامل فیزیکی دما و مقدار رطوبت محصول می باشد. با کاهش دما، کاهش رطوبت و یا هر دو، می توان به میزان قابل ملاحظه ای زمان این دوره را افزایش داد. کاهش دادن رطوبت به وسیله عملیات خشک کردن ممکن می باشد. این عمل معمولا با استفاده از وارد کردن هوای نسبتاً گرم و یا با افزایش حرارت در درون محفظه حاوی محصول صورت می گیرد. انجام این عملیات در دستگاه های خشک کن امکان پذیر می باشد. در واقع خشک کردن مواد غذایی روشی مناسب و قابل اطمینان برای نگهداری و ذخیره سازی آنها می-باشد (زمردیان، 1387؛ پیرا فلورس و همکاران، 2012). خشک کردن مواد غذایی و محصولات کشاورزی دلایل و مزایایی دارد که عبارتند از (دویماز و اسماعیل ، 2011): 1- نگهداری و ذخیره سازی محصولات کشاورزی و مواد غذایی خشک شده برای مدت طولانی و با حداقل امکانات، 2- کاهش وزن و حجم مواد غذایی به منظور سهولت و کاهش هزینه های بسته بندی، حمل و نقل و انبارداری و 3- جلوگیری از فساد و حفظ خصوصیات کیفی مواد غذایی و محصولات کشاورزی مانند طعم و ارزش غذایی. از نظر اقتصادی بررسی راندمان فرایند خشک‎کردن علاوه بر جنبه مصرف انرژی از نظر زمانی نیز بسیار اهمیت دارد (مهاجران، 1383). در حال حاضر روش متداول خشک‎کردن صنعتی، استفاده از خشک‎کن‎های جریان هوای داغ است که به دلایلی سعی به جایگزینی خشک‎کن‎های دیگری است که از روش‎های دیگر خشک‎کردن بهره می‎گیرند. یکی از روش های جدید در خشک کردن مواد غذایی، روش بستر سیال می باشد. خشک کردن به روش بستر سیال و سیال سازی در صنایع غذایی معمول است و توسط این روش امکان خشک کردن مواد غذایی و محصولات کشاورزی به طور پیوسته در مقادیر زیاد، بدون این که از حد خشک شدن مطلوب فراتر رود، فراهم می شود. آهنگ انتقال حرارت بالا، آن را به صورت یک فرایند اقتصادی جلوه گر می سازد و عدم وجود بخش های مکانیکی زیاد، اطمینان از هزینه نگهداری پایین را به وجود می آورد. اختلاط شدید در بستر سیال، شرایطی بسیار نزدیک به شرایط همدما، را در فرایند خشک کردن به وجود می آورد (توکلی پور، 1385). برخی ویژگی های مواد مورد استفاده از خشک کن بستر سیال عبارتند از (توکلی پور، 1385): 1- متوسط اندازه ذره ها باید بین 20 میکرومتر تا 10 میلی متر باشد، 2- توزیع اندازه ذره ها باید کوچک باشد و 3- بهتر است ذره ها شکل کروی یا نزدیک به کره داشته باشند. روش دیگر در خشک کردن محصولات کشاورزی و مواد غذایی استفاده از انرژی خورشیدی می باشد. پتانسیل استفاده از انرژی خورشیدی در بخش کشاورزی با توجه به نوسانات در قیمت سوخت های فسیلی، نگرانی های محیط زیست وکاهش سوخت فسیلی مرسوم افزایش یافته است. سیستم خشک کردن خورشیدی به کمک سیستم انرژی خورشیدی، یکی از بهترین و امیدوار کننده ترین برنامه های کاربردی درمناطق استوایی و کشورهای نیمه گرمسیری می باشد. به طور سنتی تمام محصولات کشاورزی در برابر آفتاب خشک می شدند. یکی از روش‎های جدید در خشک‎کردن مواد غذایی و محصولات کشاورزی، استفاده از انرژی توان تابش مادون قرمز است. وقتی که اشعه مادون قرمز به سمت محصول تابانده شود، بسته به نوع محصول و طول موج اشعه تابیده شده، قسمتی از اشعه از محصول عبور کرده، درصدی از آن منعکس می‎شود و بالاخره بخشی هم جذب شده و به داخل محصول نفوذ می‎کند و به انرژی حرارتی تبدیل می گردد. سپس محصول به شدت گرم شده و گرادیان حرارتی در داخل جسم در طی یک مدت کوتاهی به شدت افزایش پیدا می‎کند. از آنجایی که هوا انرژی تشعشعی مادون قرمز را از خود عبور می‎دهد، بدون اینکه هوای محیط گرم شود، انرژی تابش مادون قرمز، محصول مورد نظر را گرم می‎کند (نوواک و لویسکی ، 2004؛ خیر و همکاران 2011). از این رو یک روش برای کاهش زمان خشک‎کردن، انتقال حرارت با استفاده از توان تابش مادون قرمز است (شارما و همکاران، 2004). این روش به خصوص برای لایه‎های نازک محصول که در معرض تابش می‎باشند، مناسب است و استفاده از آن در سال‎های اخیر به واسطه‎ی پیشرفت در نوع تابشگرهای مادون قرمز رو به افزایش است. در این روش عمل حرارت‎دهی به مواد بدون تغییر در ساختمان آن انجام می‎گیرد، بنابراین کیفیت مواد بهبود یافته و هزینه فرآیند کاهش می‎یابد (پهلوانزاده،1377). شناخت خواص فیزیکی و مکانیکی محصولات کشاورزی و مواد غذایی همواره مورد توجه و علاقه متخصصین کشاورزی و صنایع غذایی بوده است. این مساله بویژه در رابطه با ماشین های کشاورزی، از لحاظ تاثیری که در بخشهای مختلف ماشین در مراحل برداشت، حمل و نقل، ذخیره سازی و فرآوری بر محصول ایجاد می کند، اهمیت دارد (کاشانی نژاد و همکاران، 2005؛ کیلیکان و گونر ، 2008). خواص مکانیکی ویژگیهایی هستند که بر رفتار ماده کشاورزی که تحت نیرویی قرار گرفته است تاثیر می گذارند. همچنین عملیات مختلف فرآوری محصولات کشاورزی بر خواص مکانیکی تاثیر زیادی دارند. اطلاعات مربوط به این خواص برای استفاده در طراحی تجهیزات آسیاب کردن، جابجایی ، انبار کردن، حمل و نقل و فرآوری مفید می باشند (تانیگاکی و همکاران، 2008). یکی دیگر از ویژگی های خواص مکانیکی جلوگیری از آسیب های مکانیکی وارد بر محصول است که در مرحله خرمن کوبی و عملیات جابه جایی دانه به آن وارد می شود. آسیب های وارد شده بر محصول سبب کاهش قدرت جوانه زنی و فعالیت بذرها شده و احتمال هجوم حشرات و آفات را افزایش می دهد. این امر بر کیفیت نهایی محصول تاثیر می گذارد (کلیکان و گونر، 2008). مقاومت به فشار محصولات دانه ای اهمیت ویژه ای دارد، زیرا اطلاعات بدست آمده برای روش های مناسب خرد کردن، له کردن و آسیاب کردن دانه ها مورد نیاز هستند. همچنین خصوصیات مکانیکی دانه نقش مهمی در مقاومت دانه به شکسته شدن در اثر شرایط مختلف برداشت و مراحل فرآوری دارند (مانووا و محمد ، 2011). یکی از مهمترین روش های هوش مصنوعی، شبکه های عصبی مصنوعی می باشد که با الهام گرفتن از مدل مغز انسان، ضمن اجرای فرآیند آموزش، اطلاعات مربوط به داده را در قالب وزن های شبکه ذخیره می کنند. در واقع شبکه های عصبی مصنوعی روشی مبتنی بر پردازش اطلاعات و داده ها است (سوریانارایانا و همکاران، 2008). استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی در سطح وسیعی برای شبیه سازی و پیش بینی پارامترهای مورد نیاز در فرآیندهای خشک-کردن در حال رشد و توسعه است. مدلهای شبکه عصبی مصنوعی در مورد فرآیندهایی که تعریف دقیق و درک خاصی از آنها وجود ندارد، بسیار موثر عمل می کنند و قادر هستند که متغییرهای مجهول را با دقت قابل قبولی تخمین بزنند (تریپاتی و کومار ، 2008) کاهش تاثیر خطای آزمایش ها و داده های از دست رفته و توانایی پیش بینی دو یا چند متغیر وابسته به طور همزمان از جمله مزیت های شبکه های عصبی است. همچنین نیاز به محاسبات طولانی برای حل معادلات دیفرانسیل با استفاده از روش های عددی نیست، در حالی که در یک شبکه عصبی مصنوعی، نتایج به صورت ضرب ساده ورودی در ماتریس وزن به دست می آید (اسلام و همکاران، 2003). اهداف پژوهش: با توجه به ضرورت های بیان شده در مورد خشک کردن میوه بنه و نیز ویژگی های خشک کن های بستر سیال، خورشیدی و مادون قرمز، اهداف این پژوهش عبارتند از: 1- تعیین سینتیک خشک‎کردن میوه بنه و انتخاب مدل مناسب برای سینتیک خشک کردن آن در سه روش خشک کردن بستر سیال، خورشیدی و مادون قرمز. 2- محاسبه پارامترهای ضریب پخش موثر رطوبت، انرژی فعال سازی، انرژی مصرفی ویژه، رنگ، چروکیدگی، نیرو و انرژی شکست بنه در سه روش خشک کردن بستر سیال، خورشیدی و مادون قرمز. 3- پیش بینی برخی خصوصیات فیزیکی، مکانیکی و حرارتی خشک کردن بنه به کمک شبکه های عصبی مصنوعی.