فیزیک ذخیره آب در محصولات کشاورزی

فیزیک ذخیره آب در محصولات کشاورزی

اسلاید 1: دانشگاه کردستاندانشکده کشاورزیگروه مهندسی بیوسیستمخواص فیزیکی و مکانیکی محصولات کشاورزیPhysical and Mechanical Properties of Agricultural Productsفصل سوم: فیزیک ذخیره آبمدرس: دکتر کاوه ملازاده

اسلاید 2: مقدمه1رطوبتچگالی واقعیابعادسفتیهدایت حرارتیمقاومت الکتریکیهدایت الکتریکی

اسلاید 3: محدوده رطوبت محصولات مختلف2میوه ها، سبزیجاتگوشتدانه ها، بذرها، تولیدات غذایی خشک70 تا 95 درصد60 تا 80 درصد14 درصد و کمتر

اسلاید 4: مفاهیم اساسی در بحث رطوبت مواد کشاورزی و غذایی3محتوای رطوبت تعادلیبرای توصیف رطوبت نهایی و نرخ خشک کردن در طول خشک کردن محصولات کشاورزی و غذایی به کار می رود.فعالیت آبیپتانسیل آبیبرای توصیف نرخ فاسد شدن محصولات کشاورزی و غذایی در طول انبارداری به کار می رود.برای توصیف اثرات تغییر رطوبت بر روی تغییر حجم و رفتار نیرو-تغییر شکل میوه و سبزیجات به کار می رود.

اسلاید 5: روابط مربوط به محتوای رطوبتی4Mw.b.: محتوای رطوبتی بر پایه ترMd.b.: محتوای رطوبتی بر پایه خشکWw : جرم آب موجود در محصولWd: جرم ماده خشک موجود در محصولWt : جرم کل نمونه روابط منتج:

اسلاید 6: مسئله5 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؟

اسلاید 7: حل6مقدار ماده جامد قبل و بعد از خشک شدن ثابت می ماند.مقدار آب گرفته شده در طول فرآیند خشک شدن

اسلاید 8: روش های اندازه گیری رطوبت7روش های اندازه گیری رطوبتآونکارل فیشرروش های نوری (NIR، MRI و...)تقطیررطوبت سنج خازنیرطوبت سنج مقاومتی

اسلاید 9: روش آون Oven Drying Method8 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.

اسلاید 10: روش کارل فیشر Karl Fischer Method9 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.

اسلاید 11: روش تقطیر Distillation Method10 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.

اسلاید 12: رطوبت سنج مقاومتی Resistance Moisture Meter11 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.

اسلاید 13: رطوبت سنج خازنی Capacitance Moisture Meter 12 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.

اسلاید 14: محتوای رطوبت تعادلی Equilibrium Moisture Content (EMC)13 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.

اسلاید 15: پسماند رطوبتی Moisture Hysterics14 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.دفعجذب

اسلاید 16: معادله هندرسون اصلاح شده برای پیش بینی EMC Modified Henderson Equation15Md.b.: محتوای رطوبتی بر پایه خشکRH : رطوبت نسبی (بر حسب اعشار)T: دما (°C)K، N و C: ثابت با توجه به جدول

اسلاید 17: 16معادله چانگ-فاوست برای پیش بینی EMC Chung-Pfost EquationMd.b.: محتوای رطوبتی بر پایه خشکRH : رطوبت نسبی (بر حسب اعشار)T: دما (°C)A، B، C، E و F : ثابت با توجه به جدول

اسلاید 18: فعالیت آبی Water Activity17 فعالیت آبی برای بررسی فساد محصولات در طی انبارداری به کار می رود. کپک ها0/7 <فعالیت آبی مورد نیازمخمرها0/8 <باکتری ها0/9 <واکنش های اکسیداسیون0/4 <واکنش قهوه ای شدن0/8 <

اسلاید 19: فعالیت آبی Water Activity18 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.

اسلاید 20: 19فعالیت آبی Water Activity محاسبه فعالیت آبی با استفاده از پتانسیل شیمیایی آب محاسبه فعالیت آبی با استفاده از فشار بخار آبفشار بخار آب بالای محلولفشار بخار آب خالصaw : فعالیت آبیµ1: 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)

اسلاید 21: پتانسیل آبی Water Potential20Ψtissue : پتانسیل آبی (Pa)Vw: حجم یک مول آب (m3.mol -1 6 -10×18)RH : رطوبت نسبی فضای محتوی هوا و دربرگیرنده اطراف بافتT: دمای نمونه (°K)R : ثابت گازها (J.mol-1.°K-1 8/313)

اسلاید 22: Thank You !