فهرست مطالب

مهندسی بیوسیستم ایران - سال پنجاه و چهارم شماره 2 (تابستان 1402)

نشریه مهندسی بیوسیستم ایران
سال پنجاه و چهارم شماره 2 (تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/07/04
  • تعداد عناوین: 6
|
  • حافظ ازگلی، سید سعید محتسبی*، سلیمان حسین پور، محمد حسین پور زرنق صفحات 1-14
    ناگت مرغ یک محصول فراوریشده از گوشت مرغ است و به دلیل عطر، طعم و رنگ خاص آن مورد توجه مصرفکنندگان است. گوشت سالم از فاکتورهای مهم کیفی ناگت هستند. در فرایند تولید، محصول به مدت 1 دقیقه با دمای 185 درجه سلسیوس و به شکل عمیق سرخشده و به همین دلیل سلامت روغن مصرفی اثر معنی داری بر سلامت مصرف کننده دارد. در این تحقیق برای اولین بار با استفاده از روش های خودکار و غیر مخرب بویایی الکترونیکی و بینایی ماشین کیفیت گوشت و روغن مصرف شده در ناگت مرغ بررسی شد. ویژگی سلامت گوشت (سالم و فاسد) و روغن مصرفی (سالم و سوخته) به عنوان شاخص کیفیت در نظر گرفته شد. پس از سرخ کردن تیمارها، روغن اضافی از نمونه ها گرفته شده، سپس نمونه ها عکس برداری شده و با ماشین بویایی مورد ارزیابی قرار گرفتند. در این تحقیق مقادیر بهینه پارامترهای مهم در سامانه بویایی الکترونیکی از جمله زمان های مورد نیاز جهت تشخیص بو و پاک کردن آن از سنسورها تعیین شده و همچنین اثر پاسخ هر حسگر بررسی شد. برای تحلیل و طبقه بندی داده ها روش تحلیل مولفه اصلی (PCA)، تحلیل تفکیک خطی (LDA) و شبکه عصبی مصنوعی (ANN) استفاده شدند. نتایج تحلیل داده های هر دو سامانه بینایی و بویایی مشابهت داشتند و تفکیک سلامت گوشت و روغن با دقت بالای 90 درصد انجام شد. نتایج ارزیابی بخش سامانه ماشین بویایی با نتایج سامانه ماشین بینایی همخوانی داشته است و می توان از ترکیب دو روش در برآورد ویژگی های رنگ و عطر ناگت مرغ استفاده کرد.
    کلیدواژگان: تحلیل تفکیک خطی، تحلیل مولفه اصلی، ماشین بویایی، ماشین بینایی، کیفیت روغن
  • شمسی سودمندمقدم، محمد شریفی*، مجید خانعلی، هما حسین زاده بندبافها صفحات 15-31
    سامانه های فرآوری گوشت مرغ با توجه به تولید حجم زیادی از ضایعات، منبع عظیمی از مواد با ارزش هستند. یکی از کارآمدترین رویکردها برای مدیریت صحیح و تبدیل ضایعات به مواد با ارزش افزوده، اجرای رویکرد اقتصاد زیستی چرخه ای تحت چارچوب پالایشگاه های زیستی است. پژوهش حاضر دو پالایشگاه زیستی مبتنی بر ضایعات مرغ را بررسی می کند. مسیر اول به تولید گوشت مرغ و تولید عایق صوتی از پر مرغ می پردازد. مسیر دوم به تولید گوشت مرغ، عایق صوتی و تولید بیودیزل و گلیسرول از ضایعات چربی مرغ تمرکز دارد. در این پژوهش برای ارزیابی چرخه زندگی از نرم افزار سیماپرو و روش رسپی استفاده شد. نتایج این پژوهش نشان داد که دومین مسیر، عملکرد زیست محیطی بهتری را در مقایسه با مسیر اول نشان می دهد. این مسیر در مقایسه با مسیر اول یک کاهش 92/21 درصدی را  در کل اثرات منفی زیست محیطی ناشی از تولید گوشت مرغ از خود نشان داده است. تولید هر تن گوشت مرغ در راستای مسیر اول منجر به خسارت 3-10×83/6 دالی به سلامت انسان، 5-10×81/6 گونه در سال به زیست بوم و 101 دلار به منابع می شود. این در حالی است که تولید در راستای مسیر دوم منجر به کاهش 26/23 درصدی در خسارت به سلامت انسان، 48/24 درصدی در خسارت به زیست بوم و 76/17 درصدی در خسارت به منابع شده است. بنابراین، حرکت به سمت تولید تحت مسیر دوم یعنی تولید مواد متنوع تر، علاوه بر مدیریت ضایعات، به شکل قابل ملاحظه ای در کاهش خسارت های زیست محیطی ناشی از تولید گوشت مرغ نقش دارد.
    کلیدواژگان: ارزیابی چرخه زندگی، اقتصاد زیستی چرخه ای، پالایشگاه زیستی، پایداری زیست محیطی، ضایعات مرغ گوشتی
  • ساناز صدریان، حسین جوادی کیا، ناهید عقیلی ناطق*، لیلا ندرلو، روح الله شریفی صفحات 33-47
    حفظ کیفیت رب گوجه فرنگی برای صنعت فرآوری بسیار مهم است. باکتری ها، سموم قارچی و کپک ها عواملی هستند که می توانند موجب آلودگی و فساد مواد غذایی شوند. هدف از این پژوهش بررسی عملکرد بینی الکترونیکی در تشخیص فساد در رب گوجه فرنگی و همچنین بررسی تغییرات برخی از خواص فیزیکوشیمیایی مهم در اثر فساد در رب گوجه فرنگی بود. به منظور ایجاد فساد در رب گوجه فرنگی از باکتری باسیلوس سوبتیلیس و قارچ های پنیسیلیوم و آسپرژیلوس استفاده گردید. نمونه برداری برای نمونه آلوده به باکتری در بازه های زمانی 4 ساعته و به مدت 24 ساعت و برای نمونه های آلوده به قارچ به صورت روزانه و در طول یک هفته به طول انجامید. تفکیک درجه دوم (QDA)، شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و بردار پشتیبان رگرسیون (SVR) روش هایی بودند که برای رسیدن به این هدف مورد استفاده قرار گرفتند. روش QDA عملکرد خوبی در طبقه بندی باکتری و قارچ از خود نشان داد و توانست رشد باکتری و فساد رب گوجه فرنگی را در 6 زمان نمونه برداری با دقت 100 درصدی تشخیص دهد. دقت طبقه بندی به کمک شبکه عصبی برای باکتری بر اساس زمان نمونه برداری 86.7 درصد و برای نمونه های آلوده به قارچ بر اساس نوع قارچ 90 درصد به دست آمد. بهترین پیش بینی خواص فیزیکوشیمیایی نمونه آلوده به باکتری و قارچ توسط مدل ANN به ترتیب متعلق به خواص درصد وزنی رسوب و اسیدیته و در مدل SVR به ترتیب متعلق به خواص pH و اسیدیته بود.
    کلیدواژگان: باکتری باسیلوس سوبتیلیس، بینی الکترونیکی، رب گوجه فرنگی، قارچ آسپرژیلوس، قارچ پنیسیلیوم
  • هاوین علی پناهی، ناصر بهروزی*، کاوه ملازاده، حسین درویشی صفحات 49-66
    مدل سازی میزان رطوبت خروجی از خشک کن های تسمه نقاله ای یک از مهمترین پارامترها برای کنترل فرایند خشک کردن در این نوع خشک کن ها می باشد. بدین منظور، در این پژوهش یک خشک کن تسمه نقاله ای جریان هوای گرم مجهز به سامانه بینایی ماشین  به منظور مدل سازی و پیش بینی محتوای رطوبتی محصول خروجی از خشک کن توسعه داده شد. خشک کن مورد نظر دارای بخش های کنترل دمای هوا، سرعت تسمه نقاله، سامانه تصویربرداری و نورپردازی می باشد. بخش کنترل دمای هوا و سرعت تسمه نقاله شامل رله های SSR و الگوریتم برنامه نویسی شده در محیط نرم افزار MATLAB می باشد.  بخش بینایی ماشین شامل سه دوربین که در ابتدا، وسط و انتهای تسمه نقاله قرار گرفته است، می باشد. در این پژوهش، آزمایش ها در دو سطح دمای 50 و 60 درجه سلسیوس و سه سطح سرعت حرکت تسمه نقاله برای هر تیمار انجام شدند. سپس به کمک الگوریتم پردازش تصویر توسعه داده شده در محیط MATLAB، تغییرات چروکیدگی استخراج و مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت، محتوای رطوبت نهایی محصول به کمک یک مدل شبکه عصبی مصنوعی مدل سازی شد. نتایج حاصل از این پژوهش حاکی از آن بود که محتوای رطوبت نهایی و میزان چروکیدگی محصول خشک شده وابسته به دمای خشک کن و سرعت حرکت تسمه نقاله می باشد. بدین صورت که، با افزایش دما و کاهش سرعت حرکت تسمه نقاله، میزان چروکیدگی افزایش می یافت. شبکه با ساختار 1-12-4 بهترین مدل با RMSE، 6-e06/1، 6-e24/1و 7-e46/9و R، 9999/0، 9999/0 و 9999/0 به ترتیب برای داده های آموزش، ارزیابی و تست بدست آمد.
    کلیدواژگان: محتوای رطوبتی، بینایی ماشین، چروکیدگی، شبکه عصبی مصنوعی، پردازش تصویر
  • محمود صفری*، ابوالفضل هدایتی پور، سعید ظریف نشاط، هومن شریف نسب صفحات 67-80
    لوبیا (Phaseolus vulgaris) یکی از حبوبات می باشد که مصرف زیادی در جهان دارد و حدود 50 درصد آن مستقیما به مصرف انسان می رسد. در حال حاضر برداشت این محصول با دست و هزینه های کارگری بالا انجام می شود و تا رسیدن رطوبت دانه ها به 12 درصد، در سطح مزرعه باقی مانده و سپس در خرمنگاه خرمن کوبی می شود. در این تحقیق، روش های مختلف برداشت لوبیای قرمز در منطقه استان مرکزی (شهرستان خمین)، ازنظر فنی و اقتصادی مورد ارزیابی قرار گرفت. تیمارها شامل: استفاده از ماشین بردارنده محصول (پیک آپ)، ماشین ریشه زن، ماشین برداشت مرسوم (استفاده از چرخ وفلک و شانه برش شانه ای) و روش دستی در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی و در سه تکرار بود. نتایج تحقیق نشان داد استفاده از ماشین بردارنده محصول برای برداشت لوبیای خشک از کارایی لازم برخوردار نیست. بین سایر تیمارها ازنظر ظرفیت و بازده مزرعه ای و تلفات برداشت، در سطح 5% اختلاف معنی داری مشاهده شد و بر اساس آزمون چند دامنه ای دانکن، در ماشین ریشه زن، ماشین برداشت مرسوم و روش دستی به ترتیب ظرفیت نظری 63/. ، 37/0 و 15/0 هکتار بر ساعت، ظرفیت موثر مزرعه ای 56/0 ، 28/0 و 11/0 هکتار بر ساعت، بازده مزرعه ای 95/87، 59/76 و 01/76 درصد و تلفات برداشت 48/1، 35/3 و 07/7 درصد (بر اساس وزن تر) بود که ماشین ریشه زن دارای ظرفیت و بازده مزرعه ای بالاتر و تلفات برداشت کمتری بود. ازنظر اقتصادی بین روش ها، اختلاف  معنی داری در سطح 5% وجود نداشت و نسبت سود به.هزینه به ترتیب 48/2، 61/2 و 26/2 بود. با توجه به این نتایج، ازنظر فنی و اقتصادی استفاده از ماشین ریشه زن قابل توصیه است.
    کلیدواژگان: حبوبات، مکانیزاسیون برداشت حبوبات، ماشین برداشت
  • مریم رواقی*، آذرخش عزیزی، لیلا بهبهانی صفحات 81-95
    مدیریت صحیح پس از برداشت یکی از مهم ترین مراحل در کاهش تلفات و ضایعات کشاورزی است. این پژوهش به منظور بررسی اثر یک پیش خنک کن ساده با امکانات موجود و در دسترس به خصوص برای کشاورزان مناطق گرم اجرا شد و کارایی آن در کنار سردخانه گذاری و بسته بندی برای محصول شوید ارزیابی گردید. بدین منظور یک چارچوب فلزی با ابعاد 1×1×2 متر با فوم پلی اتیلن پوشانده شد و یک کولر گازی مجهز به کنترل کننده به یک انتهای محفظه متصل گردید. شوید بدون بسته بندی یا پس از بسته بندی در کارتن دارای آستر پلاستیکی در سه شرایط متفاوت بدون پیش خنک کردن و نگهداری در محیط، با پیش خنک کردن و نگهداری در محیط و با پیش خنک کردن و نگهداری در سردخانه قرار گرفت. نتایج نشان داد طی 4 روز اول نگهداری، شویدی که بدون بسته بندی در دمای محیط نگهداری شود تلفات بیشتری (60-50 درصد) داشت اما پس از آن بسته بندی به دلیل تجمع رطوبت باعث افزایش ناگهانی تلفات (100 درصد) شد. چنانچه مرحله پیش خنک کردن بدون اعمال سردخانه گذاری رها شود، مقدار تلفات افزایش خواهد یافت. بدین تریب شوید پیش خنک شده که در یک زنجیره درست و پس از بسته بندی در سردخانه قرار گرفت دارای کمترین مقدار تلفات کل (03/1±95/8 درصد)، افت آب فیزیولوژیک (78/1±16/5 درصد)، pH (16/0±16/6)، a* (45/1±29/20-) و بیشترین مقدار رطوبت (76/3±60/87 درصد)، سفتی (50±764)، اسید آسکوربیک (05/0±74/2 میلی گرم به ازای گرم وزن خشک شوید)، پذیرش کلی (65/0±10/4)، L* (39/6±44/43) و b* (31/4±09/20) بود.
    کلیدواژگان: بسته بندی، تلفات، زنجیره سرد، سبزی، ضایعات
|
  • Hafez Ozgoli, Seyed Saeid Mohtasebi *, Soleiman Hosseinpour, Mohammad Hosseinpour-Zarnaq Pages 1-14
    Chicken nugget is a popular processed form of chicken meat. Nugget’s special flavor and color are interesting for consumers. Healthy meat is an important quality factor of nuggets. In the production process, the nugget is deeply fried for 1 minute at 185 °C. So, oil quality has an important effect on the final quality and healthy aspects. In this research, for the first time, the meat and oil quality used in chicken nuggets was checked using automatic and non-destructive techniques including an electronic nose (E-nose) and machine vision system. Meat health (healthy and spoiled) and consumed oil (healthy and burnt) were considered quality indicators. After frying, the excess oil was removed, and then the samples were subjected to machine vision and electronic nose systems for quality evaluations. In this research, the optimum of important parameters in the E-nose and the required times for sensing and removing the odor were determined. Also, the sensors' response was investigated. Principal component analysis (PCA), linear discriminant analysis (LDA) and artificial neural network (ANN) were used to analyze and classify the data. The accuracy results of both machine vision and electronic nose systems were similar and healthy meat and healthy oil classes were detected with up to 90 % accuracy. The evaluation results of the E-nose were similar to the machine vision system. Therefore, the combination of the two methods can be used in the measurement of color and smell characteristics.
    Keywords: electronic nose, linear discriminant analysis, Machine Vision, Oil quality, Principal component analysis
  • Shamsi Soodmand-Moghaddam, Mohammad Sharifi *, Majid Khanali, Homa Hosseinzadeh-Bandbafha Pages 15-31
    A chicken meat processing systems are a primary source of valuable materials because of the considerable amount of waste they generate. Among the most effective methods for managing and converting waste into higher-value materials is the adoption of a circular bioeconomy strategy within biorefineries. this study examines two biorefineries that utilize chicken waste. In the initial pathway, chicken meat and sound insulation from chicken feathers are manufactured while the second pathway also involves the production of chicken meat, sound insulation, as well as biodiesel and glycerol from chicken fat waste. In this research, Simapro software and ReCiPe method were used to evaluate the life cycle assessment. The findings from this research indicated that the second pathway offers superior environmental performance when compared to the first pathway. Based on the findings, the second pathway presents a decrease of 21.92% in the overall environmental impact caused by producing chicken meat when compared to the first pathway. Following the first pathway, the production of one ton of chicken meat can leads to damages of 6.83E-03 DALY to human health, 6.81E-05 species.yr to ecosystems, and $101 to resources. Following the second pathway, production leads to a reduction of 23.26% in human health damage, 24.48% in ecosystem damage, and 17.76% in resource depletion. As such, moving toward production along the second pathway, i.e. diverse materials production, represents a promising strategy for managing the existing waste and reducing the environmental damage caused by chicken meat production.
    Keywords: Biorefinery, Broiler waste, Circular Bioeconomy, Environmental Sustainability, Life Cycle Assessment
  • Sanaz Sadriyan, Hossein Javadikia, Nahid Aghili Nategh *, Leila Naderloo, Rouhallah Sharifi Pages 33-47
    Maintaining the quality of tomato paste is very important for processing industry. Bacteria, fungal toxins and molds are factors that can cause food contamination and spoilage. The purpose of this research was to investigate the performance of electronic nose in detecting spoilage in tomato paste and also to investigate the changes of some important physicochemical properties due to spoilage in tomato paste. Bacillus subtilis bacteria and Penicillium and Aspergillus fungi were used to spoil tomato paste. Sampling for samples infected with bacteria was carried out in 4-hour intervals for 24 hours, and for samples infected with fungi, it was taken daily for one week. . Quadratic Discretion Analysis (QDA), Artificial Neural Network (ANN), Supppport Vector Regression (SVR), were the methods used to achieve this goal. The QDA method showed a good performance in the classification of bacteria and fungi and was able to detect bacterial growth and spoilage of tomato paste in 6 sampling times with 100% accuracy. Classification accuracy with the help of neural network for bacteria based on sampling time was 86.7% and for samples infected with fungi based on the type of fungus was 90%. The best prediction of the physicochemical properties of the sample infected with bacteria and fungi by the ANN model related to the properties of sediment weight percentage and acidity, respectively, and in the SVR model, it related to the properties of pH and acidity, respectively.
    Keywords: Aspergillus fungi, Bacillus subtilis bacteria, electronic nose, Penicillium fungi, Tomato paste
  • Hawin Alipanahi, Nasser Behroozi-Khazaei *, Kaveh Mollazade, Hosain Darvishi Pages 49-66
    Predicting the output moisture content of product from the conveyor belt hot air dryer for controlling the drying process is one of important parameters. Therefore, in this research, a conveyor belt dryer with a hot air flow equipped with a machine vision system was developed. Dryer also consists of air temperature and conveyor belt speed controlling section, lighting and imaging system. The control sections for air temperature and conveyor belt speed include SSR relays and a programmed algorithm in MATLAB software environment. The machine vision section comprises three cameras placed at the beginning, middle, and end of the conveyor belt. In this study, experiments were conducted at two temperature levels of 50 and 60 °C and three levels of conveyor belt speed for each treatment. Then, using the developed image processing algorithm in MATLAB, the changes in shrinkage were extracted and analyzed. Finally, the out moisture content of the product from dryer was modeled using the ANN. The results of this study indicated that the out moisture content and shrinkage of the dried product are dependent on temperature of dryer and speed of the conveyor belt. Specifically, with an increase in temperature and a decrease in conveyor belt speed, the degree of shrinkage increases Finally, results revealed that the ANN with 4-12-1 structure had best prediction performance with 1.06e-6, 1.24e-6, 9.46e-7 of RMSE and 0.9999, 0.9999, 0.9999 of R, respectively for training, validation and testing data.
    Keywords: Artificial Neural Network, Moisture content, Machine Vision, Shrinkage, image processing
  • Mahmood Safari *, Abolfazl Hedayatipor, Saeed Zarifneshat, Hooman Sharifnasab Pages 67-80
    Bean (Phaseolus vulgaris) is one of the legumes that has high consumption in the world that about 50% of it directly is consumed by humans. Currently, the harvest of this crop is done by hand with high labor cost and after harvesting, it leaves in the field. When the humidity of the seeds reached about 12% (on the wet basis) and the pods became dry, they are transferred to the threshing. In this research, harvesting methods of different red dry been were evaluated in terms of technical and economic terms in Markazi province (Khomein region). The treatments was included: the cutter bar equipped with pick up, rooting machine, conventional harvesting machine, and the manual method in the form of a randomized block design with three replications. The results of the research showed that the use of the cutter bar mechanism along with the pickup unit for harvesting of the dry bean crop did not suitable. There was a significant difference between the other experimental treatments in terms of field capacity, field efficiency and harvesting losses. In the rooting machine, the conventional harvesting machine and the manual method, the theoretical capacity was 0.63, 0.37 and 0.15 hectares per hour, effective field capacity was 0.56, 0.28 and 0.11 hectares per hour, field efficiency was 87.9, 76.59 and 76.01 percent and harvesting losses was 1.48, 3.35 and 7.07 percent respectively. Economically, the difference between the methods was not significant at the 5% level, and the benefit-cost ratio was 2.48, 2.61, and 2.26, respectively. According to these results, the use of a rooting machine was recommended in terms of technical and economic point of view.
    Keywords: Dry been, Harvesting machine, Legumes, Mechanization of harvesting legumes
  • مریم Ravaghi *, Azarakhsh Azizi, Leila Behbahani Pages 81-95
    Proper management of post-harvest systems is one of the most crucial steps in reducing agricultural losses and waste. This study was aimed to find the effect of forced air pre-cooling of dill using a window air conditioner on its shelf life. For this purpose, a metal frame with dimensions of 2×1×1 m was covered with a polyethylene foam sheet and a window air conditioner (after removing its thermostat) equipped with a controller was connected to one end of this chamber. In the next step, bunches of dill without packaging and the cardboard packaging with polyethylene liner were placed in three different conditions, including without pre-cooling and keeping at ambient temperature, with pre-cooling and keeping at ambient temperature, with pre-cooling and keeping under refrigeration. The results showed that during 4 days of storage, bunches of dill kept at ambient temperature had more total loss (50-60%) but after that, packaging caused severe loss (100%) due to moisture accumulation. If cold storage and packaging was ignored after pre-cooling, total loss would increase swiftly. For this reason pre-cooled dill with proper packaging and refrigeration showed the least amount of total loss (8.95±1.03%), physiological water loss (5.16±1.78%), pH (6.16±0.16), a*(-20.29±1.45) and the highest amount of moisture content (87.60±3.76), hardness (764±50 N), ascorbic acid (2.74±0.05 mg. g-1 of dill dry weight basis), total acceptance (4.1±0.65), L* (43.44±6.39), and b* (20.09±4.31).
    Keywords: cold chain, loss, packaging, vegetable, waste