SUPERVISOR
Hamid Hashemalhosseini,Seyed Ahmad Mireei,Abbas Hemmat
حمید هاشم الحسینی (استاد مشاور) سیداحمد میره ای (استاد مشاور) عباس همت (استاد راهنما)
STUDENT
Alihossein Habibirad
علی حسین حبیبی راد
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Susceptibility of apple to bruising under impact loading
According to FAO, Iran is one of the most important apple producers in the world, with annual average production of two million tons. Furthermore, based on FAO reports, apple export by the country has had an increasing trend during recent years. To preserve this trend and raise the income, using mechanical equipments for harvesting, traorting, handling, sorting, and packing processes of apples is required. Nevertheless, these unit operations are performed manually in our country. On the other hand, apple is too delicate and preserving its quality during these processes is essential. So researchers are endeavoring to find strategies to design these systems and decrease damages in both harvesting and post harvesting, by studying the causes of mechanical damages. Bruising is the most important mechanical damage to apples. The majority of such damages is caused by dynamic forces resulting from impacts. Therefore, it is justifiable to investigate fruit behavior under impact. In this study, an impact test device specialized for free fall (drop) was fabricated. The experiments were conducted in two ways. In the first one, after measuring the apple mass, it was dropped from different heights on an aluminum plate equipped with a load cell and then the force-time curve was recorded. In the second method, halved apples were stabilized on a rigid steel plate, and then spherical impactors with different masses dropped on them from different heights. The two methods were applied on two varieties, Jonagold and Fuji, harvested at three different dates. The flesh stiffness near the impact area was measured for all apples using penetration test with a universal tension and compression testing machine. The radius of curvature of the apple surface at the impact area was measured by a curvature meter before impact test. Bruise volume and area of apples were measured 24 hours after impact test by measuring their dimensions. To study the effect of variety and harvest date on bruising, the results were analyzed using a factorial experiment in a completely randomized design. Analysis of variance and the mean comparison indicated that the effects of the variety, harvest date, and their interaction on bruise volume and area were significant ( P 0.05). The results illustrated that Jonagold variety was more sensitive to damages caused by impact than Fuji ones. With delayed in harvesting time, the average bruise volume and area were generally increased. Afterward, the bruising threshold was obtained as the allowable falling height and initial energy of impact producing bruise area of less than 100 mm 2 . The allowable falling height was calculated for the first, second and third harvesting times which were respectively 9.6, 4.3 and 2.7 cm for Jonagold apple and 6.0, 5.1 and 8.5 cm for Fuji apple. Furtheremore, the allowable initial energy of impact was obtained for the first, second and third harvesting times which were respectively 100.1, 46.9, and 23.1 mJ for Jonagold apple and 61.5, 49.1, and 70.2 mJ for Fuji apple. Finally, several multiple linear regression models were developed to predict bruise volume and bruise area of both Jonagold and Fuji in collision with flat plate and spherical aluminum impactor. Keywords: Apple, Jonagold, Fuji, mechanical damage, bruising, impact, stiffness, bruise threshold
بر اساس آمار فائو، ایران در سالهای اخیر با میانگین تولید دو میلیون تن سیب در سال، از مهمترین تولیدکنندگان این محصول در جهان به شمار میرود. طبق آمار همین سازمان صادرات این محصول توسط کشورمان در سالهای اخیر روندی افزایشی داشته است. حفظ این روند و به تبع آن کسب درآمد بیشتر نیازمند استفاده از تجهیزات مکانیکی در مراحل برداشت، حمل و نقل، جابجایی، درجهبندی و بستهبندی این محصول میباشد. در حالی که این مراحل همچنان در کشورمان به صورت دستی انجام میشود. از طرفی سیب میوهای بسیار آسیبپذیر بوده و حفظ کیفیت آن در تمامی مراحل ذکر شده امری ضروری است. این موضوع محققان را بر آن میدارد تا با مطالعات بیشتر پیرامون آسیبهای مکانیکی وارد بر سیب در طی مراحل برداشت و پس از برداشت، ملاحظاتی را برای طراحی این سیستمها و کاهش آسیبها ارائه دهند. کوفتگی مهمترین نوع آسیب در سیبها میباشد. دلیل بیشتر این نوع آسیب نیز نیروهای دینامیکی حاصل از ضربه میباشد. بنابراین مطالعه و بررسی رفتار این میوه در برابر ضربه کاملاً توجیهپذیر است. در این پژوهش ابتدا دستگاه آزمون ضربهای از نوع سقوط آزاد ساخته شد. آزمایشهای ضربه با استفاده از دستگاه ساخته شده به دو روش انجام شد. در روش اول سیبها پس اندازهگیری جرمشان، از ارتفاعهای مختلف بر روی یک صفحهی آلومینیومی مجهز به لودسل رها گردید و منحنی نیرو-زمان حاصل از ضربه استخراج شد. در روش دوم سیبهای نیم شده بر روی یک صفحهی صلب فولادی ثابت شده و جرمهایی از جنس آلومینیوم با انحناهای مختلف از ارتفاعات گوناگون بر روی آن رها شدند. آزمایشها به هر دو روش برای دو رقم سیب جوناگلد و فوجی، هر کدام در سه تاریخ برداشت انجام شد. برای تمامی سیبهای مورد آزمایش سفتی گوشت سیب در نزدیکی محل ضربه به وسیلهی آزمون نفوذ، با استفاده از دستگاه جامع کشش-فشار استخراج شد. شعاع انحنای سطح سیب در محل ضربه نیز قبل از انجام آزمون ضربه به وسیلهی دستگاه انحناسنج اندازهگیری شد. حجم و سطح کوفتگی ایجاد شده در سیبها، پس از گذشت 24 ساعت از انجام آزمونهای ضربه به وسیلهی ایجاد مقطع در محل کوفتگی و اندازهگیری ابعاد آنها، محاسبه گردید. برای بررسی اثر رقم و تاریخ برداشت بر کوفتگی، نتایج آزمایشهای انجام شده به روش اول به صورت آزمون فاکتوریل 3×2 (2 رقم و 3 تاریخ برداشت) در قالب طرح کاملاً تصادفی، مورد تحلیل قرار گرفتند. تجزیه واریانس و مقایسه میانگینها برای حجم و سطح کوفتگی نشان داد که اثر رقم و تاریخ برداشت و اثر متقابل آنها بر حجم و سطح کوفتگی در سطح احتمال خطای 5 درصد معنیدار است. نتایج نشان داد که سیب جوناگلد در مقایسه با سیب فوجی حساسیت بیشتری به صدمات حاصل از ضربه دارد. همچنین میانگین حجم و سطح کوفتگی با تأخیر در برداشت، به طور کلی روندی افزایشی را نشان داد. در ادامه با استفاده از دادههای روش اول آزمایشها آستانهی کوفتگی برای ایجاد سطح کوفتگی کمتر از 100 میلیمتر مربع، برای دو رقم سیب جوناگلد و فوجی در سه تاریخ برداشت آنها بدست آمد. بدین ترتیب ارتفاع مجاز سقوط برای برداشت اول تا سوم سیب جوناگلد به ترتیب 6/9، 3/4 و 7/2 سانتیمتر و برای سیب فوجی0/6، 1/5 و 5/8 سانتیمتر بدست آمد. همچنین انرژی اولیهی مجاز ضربه در برداشت اول تا سوم به ترتیب برای سیب جوناگلد 1/100، 9/46 و 1/23 میلیژول و برای سیب فوجی 5/61، 1/49 و 2/70 میلیژول بود. در نهایت با استفاده از دادههای هر دو روش آزمایش چندین مدل رگرسیونی خطی چندمتغیره برای پیشبینی حجم و سطح کوفتگی سیبهای جوناگلد و فوجی در برخورد با صفحات تخت و کروی آلومینیومی استخراج گردید. همچنین اعتبارسنجی انجام شده برای مدلهای استخراج شده نشان از اعتبار نسبتاً خوب آنها داشت. واژگان کلیدی: سیب، جوناگلد، فوجی، آسیب مکانیکی، کوفتگی، ضربه، سفتی، آستانهی کوفتگی