فهرست مطالب

مهندسی بیوسیستم ایران - سال پنجاه و دوم شماره 1 (بهار 1400)

نشریه مهندسی بیوسیستم ایران
سال پنجاه و دوم شماره 1 (بهار 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/02/28
  • تعداد عناوین: 12
|
  • حبیب الله عباسی، نرگس لایقی نیا، فاطمه بی باک، صفورا کریمی* صفحات 1-12

    موسیر یکی از گیاهان بومی ایران با خواص آنتی‏اکسیدانی و ضدمیکروبی است. در این پژوهش، تاثیر روش مایکروویو (در توان های 450، 600، 750 و 900 وات) بر مشخصه‏های خشک‏کردن موسیر بررسی گردید. بررسی سینتیک فرآیند نشان داد که از بین 10 مدل ریاضی متداول، مدل دو جمله‏ای بهترین انتخاب در محدوده ی توان450 وات تا 900 وات بود. با افزایش توان مایکرویو، زمان خشک‏شدن کاهش و سرعت آن افزایش یافت. کمترین زمان خشک کردن در 900 وات و برابر 18 دقیقه بود که در مقایسه با خشک کردن با هوای گرم (400 دقیقه) 5/95 % کاهش داشت. نتایج نشان داد با افزایش توان مایکرویو ضریب نفوذ افزایش و انرژی فعال سازی کاهش می یابد. بیشترین ضریب نفوذ، 7-10×2/1 مترمربع بر ثانیه و کمترین انرژی فعالسازی، 3/5 وات بر گرم برای توان 900 وات به دست آمد. توان بهینه از لحاظ تغییر رنگ کل 450 وات و از نظر شاخص قهوه‏ای شدن 900 وات بود.

    کلیدواژگان: انرژی فعالسازی، پارامترهای رنگ، روش مایکروویو، سینتیک خشک‏کردن، نفوذپذیری
  • کامران خیرعلی پور*، حجت احمدی، علی رجبی پور، شاهین رفیعی، محمد جوان نیکخواه، دیگویر جایاس، کالیرامش سیلیوریو، علی ملیحی پور صفحات 13-25

    فناوری تصویربرداری فراطیفی به عنوان روشی نوین و موثر در تشخیص آلودگی محصولات کشاورزی به کار می رود. این روش برای تشخیص پسته سالم و آلوده به قارچ Aspergillus flavus با و بدون در نظر گرفتن مراحل آلودگی، مورد استفاده قرار گرفت. جدایه های R5 وKK11  به ترتیب با و بدون قابلیت تولید سم آفلاتوکسین، به طور جداگانه، برای آلوده سازی پسته استفاده شد. از بین طول موج های 960 تا 1700 نانومتر، سه طول موج موثر 1090، 1280، و 1700 نانومتر با استفاده از روش تحلیل مولفه های اصلی انتخاب شد. پس از استخراج ویژگی ، از روش های اعتبارسنجی K-بخشی، ماشین بردار پشتیبان، و شبکه عصبی مصنوعی برای طبقه بندی استفاده شد. نتایج نشان داد که دقت روش اعتبارسنجی K-بخشی در طبقه بندی نمونه های پسته سالم و آلوده بدون در نظر گرفتن مراحل آلودگی و نوع جدایه (71/99 درصد) بالاتر بود. حداکثر دقت طبقه بندی الگوریتم های توسعه یافته در تشخیص نوع جدایه و مراحل آلودگی 69 تا 91 درصد به دست آمد.

    کلیدواژگان: پسته، آلودگی قارچی، مرحله آلودگی، فناوری تصویربرداری فراطیفی، پردازش تصویر
  • محمد شریفی*، شمسی سودمندمقدم، اسدالله اکرم صفحات 27-36

    در این مطالعه مصرف انرژی و اثرات زیست محیطی ناشی از تولید کدوحلوایی در شهرستان بروجرد مورد بررسی قرار گرفته است. برای ارزیابی انرژی، شاخص های نسبت انرژی، بهره وری انرژی، شدت انرژی و افزوده ی خالص انرژی مورد استفاده قرار گرفته است و به ترتیب مقادیر 6/1، 1/2 کیلوگرم بر مگاژول، 4/0 مگاژول بر کیلوگرم و 10,952 مگاژول بر هکتار به دست آمد. نتایج نشان داد که کل انرژی ورودی و خروجی به ترتیب برابر با 16,191 و 27,143 مگاژول بر هکتار بود. کودهای شیمیایی و سوخت دیزل، بیشترین میزان مصرف انرژی در بین نهاده ها را داشتند. ارزیابی اثرات زیست محیطی با رویکرد چرخه ی زندگی و با استفاده از مدل CML انجام شد. نهاده کود نیتروژن با 48 درصد در بخش اسیدی شدن و نهاده سم با 90 درصد در بخش گرمایش جهانی بالاترین سهم را در این بخش های اثر به خود اختصاص دادند. پیشنهاد می شود، میزان مصرف کودها و سموم شیمیایی را از طریق آگاهی دادن به کشاورزان، مدیریت نمود تا علاوه بر جنبه انرژی، در جنبه های اقتصادی و زیست محیطی نیز موجب تعادل گردد.

    کلیدواژگان: ارزیابی چرخه ی زندگی، انرژی مصرفی، سموم شیمیایی، کود ارگانیک
  • مرضیه قربانی، محمدحسین کیانمهر*، اکبر عرب حسینی، علی اسدی الموتی، رضا صادقی صفحات 37-53
    کاه گندم به طور گسترده برای خوراک دام و در پالایشگاه های زیستی برای تولید قند استفاده می شود. با این حال، سلولز به عنوان منبع اصلی قند، توسط لیگنین محافظت شده است. ازن اکسیدکننده ای قوی است که می تواند لیگنین را تجزیه و سلولز را برای هضم آنزیمی در دسترس قرار دهد. هدف از این پژوهش لیگنین زدایی کاه گندم با فن آوری ازن کافت به عنوان یک فرآیند سبز، محیط زیست پسند و انرژی کارآمد است. مدلسازی و بهینه سازی با استفاده از روش سطح پاسخ و با بررسی اثرات پنج عامل نرخ تولید ازن (1، 2 و 3 گرم بر ساعت)، زمان ازن دهی (15، 30 و 45 دقیقه)، نرخ جریان (0، 3 و 6 لیتر بر دقیقه)، محتوای رطوبت (100، 200 و 300 درصد وزنی) و مقدار اوره (0، 5/1 و 3 درصد وزنی) انجام شد. یافته های این پژوهش بیشینه لیگنین زدایی (50 درصد) را در بیشترین سطوح عامل های نرخ تولید ازن، زمان، نرخ جریان، اوره و کمترین سطح رطوبت نشان داد. عامل های نرخ جریان و محتوای رطوبت به ترتیب با بیشترین تاثیرگذاری (36 و 20 درصد)، موثرترین پارامترها در فرآیند لیگنین زدایی بودند. در شرایط بهینه، 8/49 درصد لیگنین زدایی در نرخ تولید ازن دهی 3 گرم بر ساعت، زمان 45 دقیقه، نرخ جریان 7/5 لیتر بر دقیقه، رطوبت 100 درصد وزنی و مقدار اوره 3 درصد وزنی با شاخص مطلوبیت 99/0 حاصل شد. روش سطح پاسخ توانست برازش بالایی بین داده های آزمایشی و پیش بینی شده با ضریب تبیین 90/0 ایجاد کند. یافته ها نشان داد که فرآیند ازن کافت با استفاده از عامل های پیشنهادی می تواند برای لیگنین زدایی کاه گندم مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: کاه گندم، ازن کافت، لیگنین زدایی، آنالیز مطلوبیت، روش سطح پاسخ
  • رضا امیری چایجان*، بهنام علایی، محمدحسین عزیزی صفحات 55-65

    در این پژوهش یک دستگاه تغلیظ امواج فراصوت-حرارتی تحت شرایط خلاء ساخته شد و اثر متغیرهای این دستگاه برای فرآیند تولید کنسانتره آب هندوانه بهینه سازی شد. فرآیند تغلیظ نمونه ها در سه سطح دمایی 40، 50 و °C60، سه سطح فشار خلاء 20، 40 و kPa60 و سه سطح توان امواج فراصوت 36، 60 و  W84 صورت گرفت. تجزیه و تحلیل آماری داده ها و بهینه سازی فرآیند تغلیظ با استفاده از روش سطح پاسخ انجام شد. نتایج نشان داد افزایش دمای تغلیظ بر زمان فرآیند تغلیظ و انرژی مصرفی کل اثر مثبت و بر محتوای لیکوپن و تغییرات کلی رنگ اثر منفی داشت. کاهش فشار خلاء سبب افزایش محتوای لیکوپن و کاهش تغییرات کلی رنگ، زمان و انرژی مصرفی شد. افزایش توان امواج فراصوت نیز سبب افزایش محتوای لیکوپن، تغییرات کلی رنگ، انرژی مصرفی کل و کاهش زمان فرآیند تغلیظ گردید. نقطه بهینه کنسانتره آب هندوانه در دمای تغلیظ °C40، فشار خلاء kPa 20 و توان امواج فراصوت W 5/46 به دست آمد. مقادیر بهینه متغیرهای پاسخ در این شرایط شامل محتوای لیکوپن، تغییرات کلی رنگ، زمان فرآیند تغلیظ و انرژی مصرفی کل به ترتیب برابر mg/kg 238، 7/25، min 5/94 و kWh 727/0 به دست آمدند.به کارگیری امواج فراصوت در کنار دمای تغلیظ و فشار خلاء توانست نتایج مثبتی بر فرآیند تغلیظ آب هندوانه داشته باشد.

    کلیدواژگان: لیکوپن، تغییرات کلی رنگ، زمان فرآیند تغلیظ، انرژی مصرفی کل، کنسانتره
  • رضا فرهمندفر*، ابراهیم سهرابی صفحات 67-77
    خشک کردن یکی از مهمترین روش های فرآوری مواد غذایی است. در این مطالعه، اثر روش های مختلف خشک کردن همچون خشک کردن هوای داغ (40 و 50 درجه سلسیوس) و خشک کردن مایکرویو (180 و 360 وات) بر خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و آنتی اکسیدانی پوست پرتقال سانگین (Citrus sinensis) مورد بررسی قرار گرفت. د-لیمونن (5/78-3/72 درصد)، β-میرسین (0/8-9/6 درصد)، لینانول (6/4-3/1 درصد) و α-پینن (7/2-7/1 درصد) مهمترین ترکیبات اسانس پوست پرتقال سانگین بودند. روش های مختلف خشک کردن برخی از ترکیبات را کاهش یا افزایش می دهد. خشک کردن روشنی، زردی و قرمزی پوست سانگین را کاهش داد. خشک کردن باعث افزایش راندمان، دانسیته توده، محتوی فنول و فعالیت آنتی اکسیدانی اسانس در مقایسه با نمونه های تازه  شد. از طرف دیگر، خشک کردن 180 وات بیشترین میزان فنول، فعالیت مهارکنندگی رادیکال آزاد DPPH و قدرت آنتی اکسیدانی کاهش آهن (FRAP) را داشت. بنابراین، با توجه به کیفیت اسانس ها، استفاده از مایکرویو برای خشک کردن پوست پرتقال سانگین توصیه می شود.
    کلیدواژگان: اسانس، خشک کردن، کروماتوگرافی گازی، فعالیت آنتی اکسیدانی، مرکبات
  • نرگس نوری، عباس عساکره*، محسن سلیمانی صفحات 79-93
    در این مطالعه به منظور تولید زیست گاز از پساب لبنی و کاهش آلودگی آن، از هاضم های بی هوازی ناپیوسته در مقیاس آزمایشگاهی در دو دمای 35 و 55 درجه سلسیوس و با نسبت های صفر، 10، 20، 30، 40 و 100 درصد لجن تلقیحی با پساب لبنی استفاده گردید. اثر متقابل درصد لجن و دما در سطح یک درصد بر شاخص های حجمی تولید زیست گاز به ازای مقدار جامدات فرار اولیه، جامدات فرار حذف شده و اکسیژن خواهی شیمیایی حذف شده در سطح یک درصد معنادار شد. با افزایش درصد لجن مقدار زیست گاز تولیدی به ازای حجم اولیه و به ازای COD حذف شده افزایش یافت ولی به ازای جامدات فرار اولیه کاهش یافت. بیشترین بازده تولید زیست گاز بر اساس جامدات فرار حذف شده، در دمای ترموفیل و نسبت 40 درصد لجن، با حذف 7/47 درصد جامدات فرار و به مقدار 5/266 میلی لیتر، به ازای گرم جامدات فرار حذف شده به دست آمد. با توجه به نتایج، مقدار تولید زیست گاز در دمای مزوفیل، در نسبت های کمتر لجن افزوده شده، بیشتر از مقدار گاز حاصله در دمای ترموفیل است و با توجه به حجم کم تولید لجن در صنایع لبنی و مصرف بیشتر انرژی در شرایط ترموفیل، هضم بی هوازی و تولید زیست گاز در دمای 35 درجه سلسیوس مناسب تر می باشد. همچنین با توجه به نتایج حاصله، با هضم بی هوازی هر مترمکعب پساب لبنی می توان 83/20 مگاژول انرژی تولید کرد.
    کلیدواژگان: ارزش حرارتی، اکسیژن خواهی شیمیایی، انرژی، جامدات فرار، فسفر
  • جعفر قرگوزلو، انوشه رحمانی، مسعود هماپور، لادن رشیدی* صفحات 95-106
    در این پژوهش، بهترین زمان برداشت میوه زیتون رقم روغنی استان گلستان، با بررسی ویژگی‏های فیزیکی وشیمیایی روغن استحصال شده از آن در ماه‏های مهر، آبان و آذر تعیین شد. بیشترین نسبت میوه به هسته و میزان اسید اولییک (60/62 درصد)، در دوره سوم برداشت به دست آمد. پس از آن، به ترتیب، اسید پالمیتیک (66/18 درصد)، اسید لینولییک (33/16 درصد) و اسید استیاریک (3 درصد) بیشترین میزان اسیدهای چرب را داشتند. نسبت اسید اولییک به اسید لینولییک، میزان اسیدیته و مقدار فنول کل طی دوان رسیدگی روند افزایشی داشت. بیشترین ترکیب استرولی بتاسیتواسترول (از 22/83 الی 08/90 درصد) بود که به همراه عدد پراکسید (از 05/2 الی 05/7 (meqO2/kg oil)) طی سه دوره برداشت روند نزولی داشت. با توجه به افزایش نسبت اسید اولییک به اسید لینولییک و نیز بالابودن نسبت کمپسترول به استیگمااسترول، بهترین زمان برداشت زیتون رقم روغنی استان گلستان، دوره سوم برداشت (آذر) تعیین شد.
    کلیدواژگان: دوره رسیدگی، روغن زیتون بکر، زیتون، زمان برداشت
  • حمیدرضا خلیفه، مجید رهنما*، نواب کاظمی، رسول معمار دستجردی صفحات 107-117
    خرفه یک سبزی و گیاه دارویی مهم است که در مناطق جنوبی کشور تولید و مصرف می‏شود. اخیرا نیز در صنایع تبدیلی و دارویی به آن توجه خاصی می‏شود. در فرآوری این محصول، عملیات جداسازی دانه‏ی خرفه یکی از مراحل مهم و مشکل به شمار می‏رود. در این پژوهش یک ماشین جدا‏کننده‏ی دانه‏ی خرفه در راستای مکانیزه کردن برداشت این محصول ساخته ارزیابی و آزمایش شد. مهمترین اجزای این ماشین شاسی، موتور، واحد کوبنده لاستیکی، تسمه نقاله حمل محصول و واحد تمیز کننده می‏باشد. پس از طراحی و ساخت دستگاه شاخص تلفات مورد بررسی قرار گرفت. این شاخص به صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش مذکور اثر فاکتورهای سرعت دورانی کوبنده در سه سطح 35، 80 و 120 (rpm)، سرعت نوسان الک در سه سطح 180، 200 و 220 (rpm) و نرخ تغذیه در سه سطح 2، 3 و 5 (kg/min) بر درصد تلفات کل را تعیین می کند. نتایج نشان داد اثر هر سه عامل سرعت دورانی کوبنده، نوسان الک و نرخ تغذیه بر درصد تلفات دانه و غلا‏ف‏ها در سطح احتمال 1 درصد معنی‏دار بود. کمترین میزان تلفات در سرعت دورانی 80 (rpm) کوبنده، سرعت نوسان الک 200 (rpm) با نرخ تغذیه 2 (kg/min) برابر 39/9 درصد و بیشترین آن در سرعت دورانی 120 (rpm)، سرعت نوسان الک 220 (rpm) و نرخ تغذیه 5 (kg/min)، با 8/27 درصد مشاهده شد. بازدهی کوبنده در کمترین سطح از تلفات ماشین 92 درصد محاسبه شد. بیشترین ظرفیت خروجی ماشین در کمترین سطح از تلفات 7/2 کیلوگرم بر ساعت بدست آمد و در این سطح از ظرفیت خروجی، انرژی مصرفی ویژه ماشین برابر 1408 (KJ/kg) اندازه گیری شد.
    کلیدواژگان: گیاه دارویی، خرفه، تلفات، کوبنده لاستیکی
  • رسول لقمانپور زرینی، داود کلانتری*، اسدالله اکرم، سامان ملاپور صفحات 119-129

    امروزه با پیشرفت علوم مختلف و ورود نرم افزارها و سیستم های تصمیم یار، تصمیم گیری در کشاورزی از حالت سعی و خطا خارج شده و به سمت پیش بینی آینده نگر و هدفمند درآمده است. لذا در پژوهش حاضر، از روش تحلیل سلسله مراتبی به کمک نرم افزار EXPERT CHOICE11 برای انتخاب مناسب ترین نوع سم پاش جهت کاربری در باغات مرکبات استان مازندران استفاده شده است. در این تحقیق چهار نوع سم پاش پرکاربرد و معمول منطقه شامل پشتی موتوری لانسی، اتومایزر، فرغونی و بادبزنی تراکتوری مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. معیارهای انتخاب شامل حجم مخزن، هزینه ها (خرید، سرویس و نگهداری و عملیات)، کیفیت سم پاشی، ظرفیت مزرعه ای و میزان محلول مصرفی در هکتار بود. این معیارها و نحوه اولویت بندی و وزن دهی آن ها با استفاده از مطالعات کتاب خانه ای و مذاکره با کارشناسان کشاورزی، صاحب نظران دانشگاه، فروشندگان و باغ داران مجرب در قالب پرسش نامه صورت گرفت. نتایج نشان داد که وزن معیارهای کیفیت سم پاشی، میزان محلول مصرفی در هکتار، هزینه ها، حجم مخزن و ظرفیت مزرعه ای به ترتیب برابر با 481/0، 302/0، 102/0، 073/0 و 042/0 می باشد. و سم پاش اتومایزر با ارزش نهایی 504/0 به عنوان مناسب ترین گزینه انتخاب و معرفی شد. نرخ ناسازگاری برابر 04/0 بود که مقدار قابل قبولی بوده و نیازی به تجدیدنظر در قضاوت ها نبود.

    کلیدواژگان: اتومایزر، تحلیل سلسله مراتبی، سم پاش، مرکبات، نرم افزار
  • سید جواد سجادی، سلیمان حسین پور*، شاهین رفیعی صفحات 131-145
    مدل سازی ریاضی ابزاری قدرتمند جهت پیش بینی پاسخ ترانزیستور اثرمیدان حساس به یون (ISFET) و بهینه سازی پارامترهای موثر بر عملکرد آن است. در این پژوهش مقادیر بهینه پارامترهای جریان درین، ولتاژ درین، غلظت اولیه سوبسترا و غلظت اولیه آنزیم به منظور به دست آوردن پاسخ ماکزیمم ISFET در تشخیص آفلاتوکسین B1 (AFB1) تعیین شدند. بهینه سازی با به کارگیری الگوریتم ژنتیک و بر پایه حل عددی معادله های دیفرانسیل حاکم ISFET به روش المان محدود در نرم افزار کامسول انجام شد. تابع هدف مورد استفاده در الگوریتم ژنتیک نیز با جایگزینی مدل شبیه سازی شده توسط فرامدل شبکه عصبی مصنوعی تعریف شد. نتایج به دست آمده نشان داد مدل شبیه سازی شده  ISFET با استفاده از روش المان محدود در مقایسه با آزمایش تجربی، دارای میانگین درصد خطای مطلق (MAPE) برابر با 06/1 درصد در پیش بینی پاسخ ISFET است. با استفاده از مدل المان محدود، 1296 آزمایش برای دست یابی به پایگاه داده مورد نیاز جهت آموزش شبکه عصبی شبیه سازی شد. پس از ارزیابی ساختار های مختلف شبکه عصبی مشخص شد شبکه عصبی آموزش دیده با ساختار (4-45-1) دارای میانگین درصد خطای مطلق (MAPE) برابر با 04/0، 07/0 و 05/0 درصد به ترتیب در فازهای آموزش، اعتبارسنجی و آزمایش است. نتایج بهینه سازی ISFET نشان داد با استفاده از مقادیر بهینه پارامتر های جریان درین، ولتاژ درین، غلظت اولیه سوبسترا و غلظت اولیه آنزیم تعیین شده توسط الگوریتم ژنتیک حداکثر پاسخ ISFET برابر با 440/44 درصد به دست آمده است.
    کلیدواژگان: ISFET، الگوریتم ژنتیک، المان محدود، شبکه عصبی مصنوعی، مدل سازی ریاضی
  • نگار راوش*، جواد حصاری صفحات 147-168

    داروهای دامپزشکی علیرغم مزیتی که در جهت درمان بیماری های دامی دارند، می توانند در مواد غذایی با منشاء دامی باقی بمانند و خطرات قابل توجهی برای سلامت مصرف کننده ایجاد کنند. آنتی بیوتیک ها، ضد انگل/کرم ها، ضد کوکسیدیال ها و داروهای ضدالتهاب غیراستروییدی عمده ترین داروهای دامپزشکی هستند که قابلیت آلوده کردن مواد غذایی را دارند. فرآیند مواد غذایی می تواند به عنوان یک راهکار برای حذف باقیمانده های دارویی مواد غذایی در نظر گرفته شود. آگاهی از محتوای باقیمانده های دارویی و میزان کاهش آن ها در طی فرآیندهای مختلف می تواند از نقطه نظر سلامت مصرف کننده حایز اهمیت باشد. هدف از مقاله حاضر مرور پژوهش های انجام گرفته در مورد میزان باقیمانده داروهای دامپزشکی در مواد غذایی با منشاء دامی از قبیل شیر و فرآورده های شیر، تخم مرغ و فرآورده های گوشتی؛ و همچنین اثر فرآیندهای مختلف بر پایداری این باقیمانده های دارویی بود. برای این منظور کلیه مقالات و پایان نامه های مرتبط با موضوع از پایگاه های داخلی شامل SID، Irandoc و MagIran و پایگاه های اطلاعات خارجی از جمله Science Direct، Google Scholar، Scopus و Pub Med مورد بررسی قرار گرفتند. بر اساس مطالعات انجام گرفته اکثر فرآورده های غذایی با منشاء دامی داخل کشور آلوده به بقایای آنتی بیوتیکی بودند. همچنین فرآورده های غذایی با منشاء دامی سایر کشورها نیز حاوی مقادیر مختلفی از باقیمانده های دارویی بودند. از طرفی براساس یافته های علمی فرآیند حرارتی توانست باقیمانده تتراسایکلین ها، ماکرولیدها، آمینوگلیکوزیدها و سولفونامیدهای موجود در شیر؛ باقیمانده های تتراسایکلین، سیپروفلوکساسین، آنروفلوکساسین، سولفانیل آمید و کلرپیریفوس موجود در تخم مرغ؛ و باقیمانده های اکسی تتراسایکلین، آمپی سیلین و کلرامفنیکل، سولفونامیدها، ضد هلمینتیک ها را در فرآورد ه های گوشتی کاهش دهد. همچنین فرآیندهای مایکروویو، انجماد و تخمیر نیز در کاهش باقیمانده های دارویی مواد غذایی موثر واقع شدند.

    کلیدواژگان: باقیمانده های دارویی، آنتی بیوتیک، شیر و فرآورده های شیر، تخم مرغ، گوشت و فرآورده های گوشتی
|
  • Habib Abbasi, Narges Layeghiniya, Fatemeh Bibak, Safoora Karimi * Pages 1-12

    Shallot (Allium stipitatum) is one of the native plants of Iran with antioxidant and antimicrobial properties. In this study, the effect of microwave method (in the powers of 450, 600, 750 and 900W) on drying characteristics of Shallot was investigated. Process kinetics study showed that among 10 common mathematical models, two term model was the best choice in the power range of 450 to 900W. As the power of the microwave increased, the drying time was decreased and its drying rate was increased. The minimum drying time was 18 minutes at 900 W, which was 95.5% less than hot air drying time (400 minutes). The results showed that with increasing microwave power, the diffusion coefficient increases and the activation energy decreases. The maximum effective moisture diffusivity was obtained 1.2×10-7 (m2/s) and the minimum activation energy was obtained 5.3 W/g for microwave power of 900 W. The optimum power was 450W in terms of total color change (∆E) and 900W in terms of browning index (BI).

    Keywords: Activation energy, Color parameters, Microwave method, Drying kinetics, diffusivity
  • Kamran Kheiralipour *, Hojjat Ahmadi, Ali Rajabipour, Shahin Rafiee, Mohammad Javan Nikkhah, Jayas Digvir, Kaliramesh Siliveru, Ali Malihipour Pages 13-25

    Hyperspectral imaging technique as a new and efficient method is applied for detecting infection in agricultural products. It was used for classification of healthy and infected pistachio kernels by Aspergillus flavus fungus with and without considering infection stages. Two different fungus isolates, R5 and KK11 with and without capable of producing aflatoxin, respectively, were individually used to infect the pistachio kernel samples. From 960 to 1700 nm, three effective wavelengths of 1090, 1280, and 1700 nm were selected by principle component analysis method. After feature extraction, K-fold cross validation, support vector machine, and artificial neural network methods were used for classification. The results showed that the classification accuracy of the K-fold cross validation method was higher for classifying the healthy and infected pistachios without considering the infection stages and isolate type (99.71%). The maximum accuracy of the developed algorithms in classification of isolate type and infection stage was obtained as 69-91%.

    Keywords: Pistachio, Fungal Infection, Infection stage, Hyperspectral imaging technique, image processing
  • Mohammad Sharifi *, Shamsi Soodmand Moghaddam, Asadollah Akram Pages 27-36

    In this study, the energy consumption and environmental effects of pumpkin production in Boroujerd county have been investigated. To evaluate energy in pumpkin production, energy ratio (ER), energy productivity (EP), energy intensity (EI) and net energy gain (NEG) indices were obtained. The values ​​of 1.6, 2.1 kg.MJ-1, 0.4 MJ.kg-1, 10,952 MJ.ha-1 were obtained, respectively. The results showed total input and output energy was 16,191 and 27,143 MJ.ha-1, respectively. Chemical fertilizers and diesel fuel had the highest energy consumption among the inputs. Environmental effects were assessed with a life cycle approach using the CML model. Nitrogen fertilizer with 48% in acidification and pesticides with 90% in global warming accounted for the highest share of these impact categories. It is suggested that the use of fertilizers and chemical pesticides be managed by educating farmers to save energy, economic and environmental benefits.

    Keywords: Life Cycle Assessment, Energy consumption, Chemical Toxins, Organic fertilizer
  • Marzieh Ghorbani, Mohammad Hossein Kianmehr *, Akbar Arabhosseini, Ali Asadi Alamouti, Reza Sadeghi Pages 37-53
    Wheat straw is widely used for animal feed and biorefinery to sugar production. However, cellulose, which is the major source of sugar, is protected by lignin. Ozone is a powerful oxidizer that can deconstruct lignin and makes cellulose accessible to enzymatic digestion. The aim of this study is the delignification of wheat straw using ozonolysis technology as a green, environmentally friendly, and energy-efficient process. Modeling and optimization were performed by response surface methodology and the effects of five factors including ozone production rate (1, 2, and 3 g/h), reaction time (15, 30, and 45 min), the flow rate of ozone/oxygen (0, 3, and 6 L/min), moisture content (100, 200, and 300% w/w) and urea (0, 1.5, and 3% w/w) were investigated. The results of this study showed that the highest delignification (50%) was observed in the highest levels of ozone amount, time, flow rate, urea, and the lowest level of moisture content. The flow rate and moisture content factors were the most contributing factors in the delignification process with 36 and 20%, respectively. Under optimal conditions, 49.8% of delignification was obtained at an ozone amount (3 g/h), time (45 min), flow rate (5.7 L/min), moisture content (100% w/w), and urea amount (3% w/w) with a desirability index of 0.99. The response surface method creates a desirable fitness between the experimental and predicted responses with R2=0.90. The results showed that the ozonolysis process using the proposed factors can be used to delignification of wheat straw.
    Keywords: wheat straw, Ozonolysis, Delignification, Desirability Analysis, response surface methodology
  • Reza Amiri Chayjan *, Behnam Alaei, MohammadHossein Azizi Tabriz Zad Pages 55-65

    In this study, an ultrasonic-thermal concentrator under vacuum conditions was fabricated and the effect of concentration variables for watermelon juice concentration was optimized. Concentration temperature process in three levels (40, 50 and 60°C), vacuum pressure in three levels (20, 40 and 60kPa) and ultrasonic waves power in three levels (36, 60 and 84W) were conducted. Statistical analysis of data and optimization of concentration process were performed using response surface method and central composite design. Results showed that the increase of concentration temperature has a positive effect on concentration process time and total energy consumption and negative effect on lycopene content and the total color difference. Decrease of vacuum pressure to caused increased lycopene content and decrease the total color difference, concentration process time and total energy consumption. Also increased ultrasonic waves power caused increase in lycopene content, total color difference, total energy consumption and decrease in concentration process time. Optimization of watermelon juice concentration point was obtained on concentration temperature 40°C, vacuum pressure 20 kPa and ultrasonic waves power 46.5W. Optimal values of response variables in this condition include lycopene content, the total color difference, concentration process time and total energy consumption in equal order 238 mg/kg, 25.7, 94.5 min and 0.727 kWh. The use of ultrasound waves along with the concentration temperature and vacuum pressure could have positive results on the watermelon juice concentration process.

    Keywords: lycopene, total color difference, concentration time, total energy consumption, concentrator
  • Reza Farahmandfar *, Ebrahim Sohrabi Pages 67-77
    Drying is one of the most important methods of food processing. In this study, the effect of different drying methods, like hot air drying (40 and 50 °C) and microwave drying (180 and 360 W), on physical, chemical and antioxidative properties of peel of sanguine orange (Citrus sinensis) was investigated. D-limonene (72.3-78.5 percentage), β-Myrcene (6.9-8.0 percentage), Linalool (1.3-4.6 percentage), and α-Pinene (1.7-2.7 percentage) were main components of essential oil of sanguine orange peel. The different drying methods reduced or increased some components. Drying decreased Lightness, yellowness, and redness of sanguine peel powders. Drying brought about increase in the yield, bulk density, phenol content, and antioxidant activity of essential in comparison with fresh samples. On the other hand, microwave drying 180W showed the highest amount of phenol, DPPH radical scavenging activity and ferric reducing antioxidant power (FRAP) tests. Therefore, considering about the quality of essential oils, the use of microwaves for drying sanguine oranges could be suggested.
    Keywords: Essential oil, Drying, Gas chromatography, Antioxidant activity, citrus
  • Narges Nouri, Abbas Asakereh *, Mohsen Soleymani Pages 79-93
    In this study, batch series of laboratory-scale anaerobic digesters at 35 and 55 ° C were used to investigate the production of biogas from dairy effluents and reduce its pollution. Dairy effluent sludge with ratios of zero, 10, 20, 30, 40 and 100% was used for inoculation. The interaction effect of sludge percentage and temperature at the level of one percent on the volumetric indices of biogas production was significant for the amount of initial volatile solids, volatile solids removed and chemical oxygen demand removed at the level of one percent. With increasing sludge percentage, the amount of biogas produced per initial volume increased for the removed COD but decreased for the initial volatile solids. The highest biogas production efficiency was obtained based on the removed volatile solids at thermophilic temperature and 40% sludge ratio, with the removal of 47.7% volatile solids and 266.5 ml per gram of removed volatile solids. According to the results, the amount of biogas production at mesophilic temperature, in lower proportions of added sludge, is more than the amount of gas produced at thermophilic temperature, and due to the low volume of sludge production in the dairy industry and higher energy consumption under thermophilic conditions, anaerobic digestion and biogas production are more favorable at 35 ° C. The results also showed that by anaerobic digestion of each m3 of dairy effluent, 20.83 MJ of heat energy can be produced.
    Keywords: Chemical oxygen demand, Energy, Heating value, Volatile solids
  • Jafar Gharagozlo, Anosheh Rahmani, Masoud Homapour, Ladan Rashidi * Pages 95-106
    In this study, the best time to harvest olive oil of Roughani variety in Golestan province was determined by examining the physicochemical properties in the months of October, November and December. The highest fruit-to-core ratio and the amount of oleic acid (62.60%) were obtained in the third harvest period. After that, palmitic acid (18.66%), linoleic acid (16.33%) and stearic acid (3%), respectively, accounted for the largest amount of fatty acids. The ratio of oleic acid to linoleic acid, the amount of acidity, and the amount of total phenol increased during fruit ripening. The highest sterol compound was beta-sitosterol (from 83.22 to 90.02%), which, along with peroxide ((2.05 to 7.05 (meqO2/kg oil)), declined over three harvesting periods. Due to increasing the ratio of oleic acid to linoleic acid and also the high ratio of cholesterol to stigmasterol, the best time to harvest olives for Roughani variety of Golestan province was determined in the third period of harvest (December).
    Keywords: maturity, Virgin Olive Oil, olives, Harvest time
  • Hamidreza Khalifeh, Majid Rahnama *, Navab Kazemi, Rasoul Meamar Dastjerdi Pages 107-117
    Purslane is an important vegetable and medicinal plant that is produced and consumed in the southern regions of Iran. Recently, special attention for processing and pharmaceutical industries of purslane has been paid. Seed separation procedure, is one of the most important and difficult steps in purslane processing. In this Research, a seed threshing unit for mechanization of purslane seed harvesting, was built, evaluated and tested. The most important components of this thresher are the shaft, the rubber thresher and the rubber concave. This machine was designed and manufactured and then the losses were determined. The losses evaluation was carried out under randomized factorial analysis. Experiments were conducted at three levels of drum speed (35, 80 and 120 rpm), feed rate (2, 3 and 5 kgmin-1) and sieve swing speed (180, 200, 220 rpm). The results showed that the impact of drum rotational speed, oscillation of sieve and feed rate on seed separation percentage and unopened sheath is significant at 1% level. The lowest amounts of losses (9.39%) were obtained at 80 rpm drum rotational speed and 2 kgmin-1 feed rate and also 200 rpm sieves swing speed, respectively. Highest percentage of losses (27.83%) was obtained at 120 rpm drum rotational speed, 5 kgmin-1 feed rate and 220 sieves swing speed, respectively. Threshing efficiency at lowest level of machine losses, was 92%. Maximum output capacity (at lowest level of losses) and energy consumption were obtained 2.7kgh-1 and 14084 KJ, respectively.
    Keywords: medicinal plants, purslane, losses, rubber thresher
  • Rasoul Loghmanpour Zarini, Davoud Kalantari *, Asadollah Akram, Saman Mollapour Pages 119-129

    Nowadays, with progress in different sciences and entering logging software and Decision Support Systems, decision has been deviated from trial and error in agriculture mechanization and aimed to predict prospective and targeted accordingly. Therefore, in this research, the Analytic Hierarchy Process (AHP) with the help of EXPERT CHOICE11 software was employed to select the best kind of sprayer for usage in citrus gardens of Mazandaran. Four different sprayers including Motorized Backpack sprayer, Atomizer sprayer, Wheelbarrow sprayer and Air blast sprayer were evaluated in this study. The criteria of selection consisted of the tank capacity, costs, spray quality, field capacity and amount of consumable solution per hectare. The importance of spray quality, amount of consumable solution per hectare, costs, tank capacity and finally field capacity were equal to 0.481, 0.302, 0.102, 0.073 and 0.042, respectively. The atomizer sprayer is selected and introduced with 0.504 final value as the most appropriate choice option. Inconsistency ratio was calculated equal to 0.04 that is acceptable amount in satays' opinion.

    Keywords: Analytical Hierarchy process, atomizer, citrus, Software, Sprayer
  • Sayed Javad Sajadi, Soleyman Hosseinpour *, Shahin Rafiee Pages 131-145
    Mathematical modeling is a powerful tool for prediction of Ion Sensitive Field Effect Trnsistor (ISFET) response and optimization of its functional parameters. In this study the optimal values of drain current, drain voltage and initial concentrations of substrate and enzyme parameters were determined to achieve maximum of ISFET response for detection of Aflatoxin B1 (AFB1). Optimization was performed by using Genetic Algorithm (GA) and based on numerical solution of ISFET governing differential equations by means of Finite Element Method (FEM) and COMSOL Multiphysics software. The objective function of GA was defined through substituting simulated model by Artificial Neural Network (ANN) metamodel. The results showed that ISFET simulated FEM model has a MAPE equal to 1.06 % in prediction of ISFET response compared with experimental results. With FEM model, 1296 virtual experiments were simulated to achieve necessary data base for train ANN metamodel. By evaluation of different ANN structures, trained ANN with 4-45-1 structure was selected which has MAPE equal to 0.04 %, 0.07% and 0.05% at train, validation and test phase respectively. ISFET optimization results states that by using of GA determined optimal values of drain current, drain voltage and initial concentrations of substrate and enzyme parameters, extremum response of ISFET equal to 44.44 % was achieved.
    Keywords: Artificial Neural Network, finite element method, Genetic Algorithm, ISFET, Mathematical Modeling
  • Negar Ravash *, Javad Hesari Pages 147-168

    In spite of their advantages in the treatment of animal diseases, veterinary drugs can remain in foods of animal origin and cause considerable threats to the consumer health. Antibiotics, anthelminthics, Anticoccidial drugs, and nonsteroidal anti-inflammatory drugs are the major veterinary drugs that can contaminate food products. Food processing can be considered as a strategy for the removal of drug residues in foods. Awareness of drug residues and their reductions during different processes can be important in terms of the consumer health. This paper, therefore, reviews the literature on veterinary drug residues in foods of animal origin, including milk and milk products, eggs, meat, and meat products, as well as the effect of different processes on the stability of these drug residues. To this end, all related articles and theses were reviewed from national (SID, Irandoc, and MagIran) and international (Science Direct, Google Scholar, Scopus, and Pub Med) databases. According to reviewed studies, most of foods of animal origin in Iran were contaminated with antibiotic residues. In other countries, foods of animal origin contained different levels of drug residues. Based on scientific findings, heat processing could reduce the residues of tetracycline, macrolides, aminoglycosides, and sulfonamides in milk, residues of tetracycline, ciprofloxacin, enrofloxacin, sulfanilamide, and chlorpyrifos in eggs, and residues of oxytetracycline, ampicillin, chloramphenicol, sulfonamides, and anthelminthics in meat products. The microwave, freezing, and fermentation processes were also effective in the reduction of drug residues in foods.

    Keywords: Drug residues, Antibiotic, Milk, Milk Products, egg, Meat, Meat Products