فهرست مطالب

نشریه مهندسی بیوسیستم ایران
سال پنجاه و سوم شماره 4 (زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/11/01
  • تعداد عناوین: 5
|
  • محمدصادق امیرمجاهدی، حسین مقصودی*، محمد بلوردی، علیرضا گنجویی، مجید تراز صفحات 327-340
    آلودگی میکروبی میوه خرما، به عنوان یکی از محصولات کشاورزی مهم و استراتژیک ایران، از عوامل مهم ضایعات این محصول به شمار می رود. لذا در این پژوهش تاثیر پلاسمای سرد به عنوان یکی از فناوری های نوین بر حفظ کیفیت و ماندگاری خرمای مضافتی با استفاده از دستگاه تخلیه قوس چرخشی لغزان، برای دو متغیر مدت زمان اعمال پلاسمادهی در 5 سطح (30، 60، 120، 180 و 240 ثانیه)، با هدف رسیدن به زمان بهینه و گاز های مختلف در 3 سطح (هوا، آرگون و اکسیژن)، با هدف مشخص نمودن بهترین نوع گاز، بررسی شد و سپس ارزیابی بار میکروبی با روش شمارش میکروبی در روزهای صفر، 3، 6 و 9 پس از تیمار پلاسما انجام گرفت. ارزیابی حسی نمونه های خرما نیز پس از گذشت 9 روز از اعمال تیمار پلاسما با روش هدونیک 5 نقطه ای انجام گرفت. نتایج آنالیز میکروبی کاهش 48/0 سیکل لگاریتمی باکتری های مزوفیل هوازی در نمونه پلاسمادهی شده با هوا و همچنین کاهش 35/0 سیکل لگاریتمی باکتری های مزوفیل هوازی در نمونه پلاسمادهی شده با گاز اکسیژن در مقایسه با نمونه کنترل را نشان داد. اعمال پلاسما با تخلیه قوسی موجب کاهش معنی دار بار میکروبی شد، به طوری که گاز های هوا و اکسیژن با مدت زمان اعمال پلاسمای 240 ثانیه بیشترین تاثیر را در کاهش شمارش کلی باکتری های مزوفیل هوازی داشتند. همچنین زمان نگهداری نیز اثر معنی داری بر بار میکروبی داشت و شمارش کلی باکتری های مزوفیل هوازی در روز آخر به صورت معنی داری (p<0.05) بیشتر از روز های دیگر بود. همچنین ارزیابی حسی تفاوت معنی داری بین مشخصه های حسی نمونه های تیمار شده با پلاسما و نمونه شاهد نشان داد. بر اساس امتیازدهی ارزیاب ها، نمونه های پلاسمادهی شده با هوا در مشخصه های عطر و طعم، بافت، رنگ و پذیرش کلی به ترتیب دارای 59، 45، 8 و 39 درصد امتیاز بیشتر نسبت به نمونه کنترل بودند که این موضوع بیانگر موثر بودن روش پلاسمادهی در حفظ کیفیت خرمای مضافتی می باشد.
    کلیدواژگان: خرمای مضافتی، پلاسمای سرد، ماندگاری، بار میکروبی، ارزیابی حسی
  • فائزه بهزادی پور، محمود قاسمی نژاد رائینی*، سامان آبدانان مهدی زاده، مرتضی تاکی، بیژن خلیلی مقدم، محمدرضا زارع بوانی صفحات 341-356
    رطوبت خاک یکی از اصلی‏ترین عوامل تعیین کننده برای رشد بهتر گیاهان به ویژه در گلخانه‏ها که امروزه بصورت گسترده‏ای مورد استقبال قرار گرفته‏اند، می‏باشد. اندازه‏گیری‏ رطوبت خاک و عوامل محیطی بصورت پیوسته و سالانه، علاوه بر وقتگیر بودن، هزینه‏های زیادی را در پی دارد. از این‏رو یکی از ابزارهای پیش‏بینی کننده هوشمند که امروزه با کمترین میزان خطا جایگاه وسیعی در علم کشاورزی به خود اختصاص داده، ابزار شبکه عصبی می‏باشد. در این پژوهش به منظور کنترل رطوبت خاک توسط نقشه پیش‏بینی رطوبت مبتنی بر شبکه عصبی مصنوعی، درصد رطوبت و دمای خاک، میزان نور، دما و رطوبت محیط در گلخانه‏ای واقع در شمال شرقی خوزستان، طی دو فصل زمستان و بهار اندازه‏گیری و ثبت گردید. نتایج نشان از پیش‏بینی دقیق نقشه رطوبتی خاک در فصل زمستان و بهار به ترتیب با کمترین میزان خطای استاندارد (12/1 و 71/1) و بالاترین ضریب تعیین (R2) به ترتیب 94/0 و 78/0 بین مقادیر اندازه‎‏گیری شده واقعی و مقادیر پیش‏بینی شده در مرحله آموزش و بالاترین ضریب تعیین در مرحله آزمایش برای فصل زمستان و بهار به ترتیب 87/0 و 93/0 توسط شبکه عصبی مصنوعی داشتند. بنابراین دقت قابل توجه در پیش‏بینی رطوبت خاک توسط این نرم‏افزار نشان از اهمیت و قابلیت اطمینان بالای آن در امور کشاورزی و گلخانه‏ای دارد که به موجب آن، کنترل رطوبت خاک آسان‏تر گردیده و تنش‏های رطوبتی کمتری برای خاک و به تبع آن برای گیاه رخ می‏دهد.
    کلیدواژگان: پیش &rlm، بینی، شبکه عصبی مصنوعی، گلخانه، نقشه رطوبت خاک، هوشمند
  • محمد علی هرمزی، حسن ذکی دیزجی*، هوشنگ بهرامی، مهدی شریف یزدی، نسیم منجزی صفحات 357-378
    انجام عملیات کشاورزی تحت سامانه های مختلف مکانیزاسیون، اثرات متفاوت اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی را بر جای می گذارد. تعارضات به وجود آمده در این ابعاد، انتخاب و سطح بندی سامانه های مکانیزاسیون پایدار را بحث برانگیز و مشکل می کند. در این مطالعه، روشی در دستیابی به سطوح بهینه سامانه های محلول پاشی و برداشت شلتوک در شهرستان رامهرمز به کار رفته است تا به وسیله آن بتوان به کاربرد مکانیزاسیون در راستای پایداری کشاورزی دست یافت. شاخص ها شامل رضایت، سهولت کار، سلامتی و ایمنی، اشتغال در بخش ماشینی، نیروی کارگری، مصرف سوخت دیزل، مصرف سموم، شدت بار مزرعه و هزینه های عملیاتی در نظر گرفته شدند. سه سامانه محلول پاشی با سمپاش پشتی، تراکتوری و پهپاد و سه سامانه برداشت دومرحله ای (درو و تغذیه دستی به کمباین غلات)، برداشت مستقیم با کمباین غلات و برداشت مستقیم با کمباین برنج در مدل قرار گرفتند. با ترکیب روش های  AHP و TOPSIS شاخص شباهت برای ابعاد اجتماعی و زیست محیطی محاسبه شد. همچنین هزینه هر سامانه به عنوان ضرایب توابع هدف در بهینه سازی چندهدفه منظور شدند. بر اساس چارچوب ارایه شده، ترکیب های مکانیزاسیون بهینه سامانه های محلول پاشی و برداشت شلتوک شهرستان رامهرمز ارایه گردیدند. نتایج بهینه پارتو نشان داد در صورت نبود محدودیت های ماشینی موجود، توسعه توان اجرایی سامانه های نوین محلول پاشی با پهپاد تا 2000 هکتار و برداشت مستقیم با کمباین برنج تا 1000 هکتار به عنوان سناریوهای بهینه در راستای پایداری کشاورزی خواهند بود. با به کارگیری چارچوب ارایه شده، نه تنها می توان اهداف پایداری در شناسایی بهترین سطح بندی سامانه های مکانیزاسیون را تامین کرد، بلکه امکان بررسی اثر سناریوهای مختلف نیز وجود دارد.
    کلیدواژگان: مکانیزاسیون، پایداری، بهینه سازی، محلول پاشی، برداشت
  • مصطفی رضایی مهر، رسول معمار دستجردی*، مهدی سعادتفرد صفحات 379-393
    سیب زمینی (Solanum tuberosum)  یکی از محصولات راهبردی است که در اغلب مناطق ایران کشت می شود. پوست گیری یکی از مراحل اولیه و مهم در فرآوری این محصول است. کیفیت و کمیت محصول فرآوری شده تحت تاثیر این مرحله می باشد. در این مطالعه، ابتدا دستگاه پوست گیری سیب زمینی به روش تلفیقی مکانیکی و شیمیایی طراحی و ساخته شد. دستگاه از قسمت های شاسی، موتور، استوانه پوست گیری، حمام محلول شیمیایی، سیستم انتقال نیرو و سه نوع تیغه تشکیل شده است. پس از ساخت دستگاه تاثیر عوامل نوع تیغه (چاقویی، سایشی و برسی)، میزان تغذیه در چهار سطح 1، 2، 3 و 4 کیلوگرم و غلظت محلول شیمیایی هیدروکسید سدیم در چهار سطح 0، 1، 2 و 3 درصد روی میزان پوست گرفته شده و تلفات پوست گیری بررسی شد. آزمایش‏ها به صورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی با سه تکرار انجام گرفت. نتایج آزمایش ها نشان داد تاثیر نوع تیغه، میزان تغذیه و غلظت محلول شیمیایی و اثر متقابل آن‏ها بر درصد پوست گرفته شده و تلفات پوست گیری در سطح %1 معنی‏دار می باشند. بیشترین میزان پوست گیری در تیغه برسی در میزان تغذیه 1 کیلوگرم و غلظت محلول شیمیایی 3 درصد به دست آمد. نتایج نشان داد در هر سه نوع تیغه و در هر میزان تغذیه‏ای، با افزایش غلظت محلول شیمیایی هیدروکسید سدیم درصد پوست گرفته شده افزایش می یابد. به طور کلی مشخص شد تلفیق پوست‏گیری شیمیایی و مکانیکی باعث افزایش میزان پوست گرفته شده، کاهش تلفات و بهبود عملکرد دستگاه می گردد.
    کلیدواژگان: پوست گیری، سیب&rlm، زمینی، تیغه، محلول شیمیایی، عملکرد
  • محمدرضا حمیدی، احمد محمدی*، حمید مشهدی، فهیمه محمودنیا صفحات 395-409
    ریزجلبک ها قادر هستند محصولات متنوعی نظیر سوخت زیستی، پروتیین ها و بتاکاروتن را تولید کنند. آگاهی از شرایط بهینه برای تولید این محصولات اهمیت بسیاری دارد. در این پژوهش تاثیر پارامترهای محیطی بر میزان تولید هر یک از محصولات در ریزجلبک دونالیلا سالینا بررسی گردید. مقادیر شوری 1 ، 2 و 3 مولار، pH بالاتر و پایین تر از 7، غلظت نیترات 25/0 و 5/0 گرم در لیتر،  شدت تابش نور 2500 و 5000 لوکس و درجه حرارت 25 و30 درجه سلسیوس مورد مطالعه قرار گرفتند. طبق نتایج این مطالعه بالاترین تراکم سلولی جلبک در شوری 3 مولار، pH بالاتر از 7 ، غلظت نیترات برابر با 25/0، شدت تابش نور 5000 لوکس و دمای 25 درجه سلسیوس بود. همین شرایط یعنی شوری 3 مولار، pH بیش از 7، غلظت نیترات 25/0، شدت تابش نور 5000 لوکس و دمای 25 درجه سلسیوس برای حداکثر تولید زیست توده ریزجلبک حاکم بود. تحت همین شرایط بالاترین میزان پروتیین در ریزجلبک دونالیلا سالینا تولید گردید. اما جهت تولید لیپید شرایط بهینه شوری 2 مولار، pH بیش از 7، غلظت نیترات 25/0 گرم در لیتر، شدت تابش نور 5000 لوکس و دمای 25 درجه سلسیوس بود. تولید بهینه بتاکاروتن نیز در شوری 3 مولار، pH بیش از 7، غلظت 25/0 نیترات، شدت تابش نور 5000 لوکس و دمای 30 درجه سلسیوس رخ داد. با آگاهی از این شرایط می توان با کمترین هزینه به بیشترین میزان تولید محصولاتی مانند سوخت زیستی، پروتیین و بتاکاروتن از ریزجلبک دونالیلا سالینا دست یافت.
    کلیدواژگان: ریزجلبک، سوخت زیستی، شدت تابش نور، شوری
|
  • Mohammad-Sadegh Amir-Mojahedi, Hossein Maghsoudi *, Mohammad Balvardi, Alireza Ganjovi, Majid Taraz Pages 327-340
    Microbial contamination of date fruit, as one of the important and strategic agricultural products of Iran, is one of the important causes of waste of this product. Therefore, in this research, the effect of cold plasma as one of the new technologies for maintaining the quality and durability of Mazafati date using a sliding rotary arc discharge device, in two treatments of plasma application time in 5 levels (30, 60, 120, 180, and 240 s), with the aim of achieving the optimal time and different gases at 3 levels (air, argon and oxygen), with the aim of determining the best type of gas, was investigated. Microbial load evaluation by microbial counting method on 0, 3, 6 and 9 days after plasma treatment were performed. Sensory evaluation of date samples was performed after 9 days of plasma treatment by 5-point hedonic method. The results of microbial analysis showed a reduction of 0.48 logarithmic cycles of aerobic mesophilic bacteria in air-plasma samples and also a reduction of 0.35 logarithmic cycles of aerobic mesophilic bacteria in oxygen-plasma samples compared to the control sample. The lowest mean growth of aerobic mesophilic bacteria was observed in the sample with plasma treated time of 240 s. Plasma treatment with arc discharge device significantly reduced the microbial load, so air and oxygen with duration of plasma treatment of 240 s had the highest effect in reducing the total count of aerobic mesophilic bacteria. Also, storage time had a significant effect on microbial load and the total number of aerobic mesophilic bacteria on the last day of storage was significantly (p <0.05) higher than other days. Sensory evaluation also showed a significant difference between the sensory characteristics of plasma-treated samples and the control sample. Based on the scores of the evaluators, plasma-treated samples with air in the characteristics of flavor, texture, color and overall acceptance had 59, 45, 8 and 39% more scores than the control sample, respectively, which indicates the effectiveness of the plasma-treatment method in maintaining the quality of Mazafati dates.
    Keywords: Mazafati dates, Cold plasma, Shelf life, Microbial load, sensory evaluation
  • Faeze Behzadipour, Mahmoud Ghaseminezhad *, Saman Abdanan Mehdizadeh, Morteza Taki, Bijan Khalili Moghadam, Mohammad Reza Zare Bavani Pages 341-356
    Soil moisture is one of the main factors determining the better growth of plants which are widely well-received today, especially in greenhouses. Measuring the soil moisture and the environmental factors has high costs continuously and annually, in addition to being time-consuming. Therefore, one of the intelligent predictive tools that have a vast position in agricultural science is the neural network tool with the least amount of error. In this study, soil moisture and temperature percentage, light, ambient temperature, and humidity in a greenhouse located in northeastern Khuzestan were Measured and recorded during two seasons of winter and spring to control soil moisture by a moisture prediction map based on an artificial neural network. The results show an accurate forecast of soil moisture map in winter and spring between actual values that were measured and values that were predicted with the lowest standard error (1.12 and 1.71) and the highest coefficient of determination (R2) of 0.94 and 0.78, respectively, and the highest coefficient of determination were 0.87 and 0.93, respectively, by the artificial neural network in the experimental stage for winter and spring. Therefore, the remarkable accuracy in the prediction of soil moisture by this software shows its importance and high reliability in agriculture and greenhouses which makes it easier to control soil moisture and less moisture stress occurs for soil and the plant consequently.
    Keywords: Forecast, Artificial Neural Network, Greenhouse, Soil Moisture Map, smart
  • Mohammad Ali Hormozi, Hassan Zaki Dizaji *, Hoshang Bahrami, Mahdi Sharifyazdi, Nasim Monjezi Pages 357-378
    Applying agricultural operations under different mechanization systems has different economic, social, and environmental consequences. Conflicts among these dimensions complicate the selection and allocation of sustainable mechanization systems. In this study, a method was used to allocate optimal patterns of spraying and harvesting systems in the Ramhormoz region to achieve agricultural sustainability. Indices included satisfaction, ease of work, health and safety, employment in the machine sector, labor force, diesel fuel consumption, pesticide consumption, farm load intensity, and operating costs. Three spraying systems namely backpack, tractor, and unmanned aerial vehicle (UAV), and three harvesting systems namely two-stage (harvesting and manual feeding to grain combine), direct harvesting with a grain combine harvester, and harvesting with rice combine harvester were included in the model. Combining AHP and TOPSIS methods, the similarity index for social and environmental dimensions was calculated and this value along with the cost of each system was used as coefficients of objective functions. The multi-objective optimization model to achieve sustainable agricultural mechanization was analyzed using a genetic algorithm. Pareto optimal results showed that in the absence of existing machine constraints, the development of the operational capacity of modern systems like spraying with UAV up to 2000 hectares and direct harvesting with rice harvesters up to 1000 hectares will be optimal scenarios for agricultural sustainability. Using the proposed method, not only can sustainable goals be achieved in identifying the best patterns of mechanization systems, but it is also possible to examine the effect of different scenarios under different constraints.
    Keywords: Mechanization, sustainability, Optimization, spraying, harvesting
  • Mostafa Rezaiemehr, Rasoul Meamar Dastjerdi *, Mahdi Saadatfard Pages 379-393
    Potato )Solanum tuberosum (is one of the strategic products which is cultivated in most of the regions in Iran. Peeling is one of the primary processes of this product and plays an important role in other processing steps. In this research, a combination of mechanical and chemical potato peelers was designed and manufactured. The peeler consists of a chasse, a motor, a power transfer system, and a drum equipped with three types of blades. Various experiments were carried out to determine the amount of losses and performance evaluation. The experiment was performed at three levels of blade type (knife, brush and carborundum type), four levels of feed rate (1, 2, 3 and 4 kg) and four levels of concentration of the chemical solution (0, 1, 2 and 3%, w/w). The experiment was factorial based on a completely randomized design with three replications. The results of the experiments showed that the effects of blade type, feed rate, and concentration of the chemical solution on the amount of losses and performance evaluation were significant (p>0.01). Maximum rate of peeling was achieved by applying the brush-type blade with a 1 kg feed rate and the 3% concentration of the chemical solution. The results showed that in all three types of blades and at each feed rate, the percentage of peeling increases with the increase in the concentration of sodium hydroxide chemical solution. Also, it was found that the combined chemical and mechanical peeling increases peeling, reduce the peeling losses, and improves the performance of the device.
    Keywords: peeling, potato, blades, Chemical Solution, Performance
  • Mohamadreza Hamidi, Ahmad Mohammadi *, Hamid Mashhadi, Fahimeh Mahmoudnia Pages 395-409
    Microalgae can produce various products such as biofuel, proteins, and beta-carotene. Knowing the optimal conditions to produce these products is very important. In this research, the effect of environmental parameters on the production rate of each product in Dunaliella salina microalgae was investigated. saltiness (1, 2, and 3 M), pH above and below 7, nitrate concentrations of 0.25 and 0.5 g/L, light intensities of 2500 and 5000 lux, and temperature levels of 25 and 30 °C were studied. According to the results of this study, the highest cell density of algae was at 3 M salinity and pH higher than 7, nitrate concentration equal to 0.25 g/L, light intensity 5000 lux, and temperature 25°C. The same conditions of salinity 3 M, pH of more than 7, nitrate concentration of 0.25 M, light intensity of 5000 lux, and temperature of 25°C prevailed for the maximum production of microalgae biomass. Under these conditions, the highest amount of protein was produced in Dunaliella salina microalgae. But for lipid production, the optimal conditions were at a salinity of 2 M, pH more than 7, nitrate concentration of 0.25 g/L, light intensity of 5000 lux, and temperature of 25°C. Optimum production of betacarotene also occurred at 3 M salinity, pH more than 7, nitrate concentration 0.25 g/L, a light intensity of 5000 lux, and temperature of 30°C. By knowing these conditions, it is possible to achieve the maximum amount of production of products such as biofuel, protein, and betacarotene from Dunaliella salina microalgae.
    Keywords: microalgae, Biofuel, Light intensity, salinity