تعیین خواص مکانیکی خیار گلخانه‌ای تحت شرایط تغذیه‌ای متفاوت و مدل‌سازی رفتار آن تحت بارگذاری شبه‌استاتیکی

STUDENT

DEGREE

YEAR

Cucumber is one of the most consumed greenhouse products; and in Iran, fresh cucumbers capita consumption as a table fruit is a few times higher than the average per capita consumption of the world. At present time, Iran with an annual production of over two million tons of cucumbers after China and Turkey ranks third in the world production. Therefore, it is necessary to increase the quantity and quality of cucumber fruits, to retain and promote his place among producing countries. Texture is an important quality of cucumbers and consumers prefer a firm, crisp and crunchy cucumber. Among the issues that will reduce the quality and marketability of cucumber and in the terms of trade is very important, is occurrence of cucumber with a soft center, especially in large-sized fruits. Therefore, recognizing the textural changes in different parts of the cucumber fruit and trying to fix this problem is of great importance. The main objective of this study was (a) to determine the mechanical properties of greenhouse cucumbers, especially fruit firmness affected by various nutritional treatments and also (b) finding a way that enable us to evaluate the stiffness of internal parts by testing the whole cucumber fruit. In this study, four nutritional treatments including (1) calcium nitrate, (2) potassium nitrate, (3) calcium-amino chelates and (4) potassium-amino chelates were applied as foliar application on plants and their effects on fruit mechanical properties were studied. To evaluate the effect of nutritional treatment on the mechanical properties of fruits, slice puncture tests on different parts of the fruit (as a standard for accreditation for other tests), radial compression on cutting specimens and whole cucumber and axial compression on cutting specimens were performed. In each experiment, the parameters of the force-strain or stress-strain curves, such as fracture force, strain to fracture point, slope of the curve in elastic region and modulus of elasticity were determined. Also in this study, the changes in mechanical properties of different longitudinal and transverse parts of each fruit using slice puncture test, were determined. in order to achieve a method which can describe the characteristics of the inner parts of the fruit by testing the whole cucumber fruit, Parameters from various experiments conducted on whole fruit and cut specimens were compared with each other and the relationships between them were investigated. All statistical analyses were performed using SAS software and MSTATC program. The results showed that all four applied nutritional treatments, improved the mechanical properties associated with fruit quality compared to the control. The amino- chelate calcium and potassium nitrate treatments were most and least effective, respectively, in increasing fruit firmness. Often, the mechanical properties of the cucumbers treated by calcium-amino chelates or potassium- amino chelates had no significant differences but they were significantly higher than the nitrate treatments. Treatment rankings were similar in all experiments. The maximum puncture force in flesh tissue was 4.6 times greater than of the seed cavity. The maximum puncture force of stem end was significantly higher than of the middle and the blossom end parts. Comparisons of results show that although the failure mechanisms were different in different tests, but there was a significant correlation between

خیار از جمله پرمصرف‌ترین محصولات گلخانه‌ای به شمار می‌رود و سرانه مصرف آن در ایران به دلیل تازه‌خوری به عنوان یک میوه رومیزی چند برابر متوسط سرانه مصرف دنیاست. هم اکنون ایران با تولید سالانه بیش از 2 میلیون تن خیار پس از چین و ترکیه در رتبه سوم تولید این محصول در جهان قرار دارد. بنابراین لازم است با افزایش کمیت و کیفیت میوه خیار، جایگاه خود را بین کشورهای تولید کننده این محصول حفظ نموده و ارتقا دهد. بافت یک ویژگی مهم برای خیار است و معمولاٌ مصرف کننده‌ها یک خیار سفت، ترد و با صدا خرد شونده را ترجیح می‌دهند. از جمله مسائلی که باعث کاهش کیفیت و بازارپسندی خیار می‌شود و از لحاظ تجاری بسیار مهم است، پدیده خیار با وسط نرم مخصوصاٌ در میوه‌های با اندازه بزرگ می‌باشد. بنابراین بیان تغییرات بافت (Texture) در بخش‌های مختلف میوه خیار و تلاش برای رفع این مشکل از اهمیت فراوان برخوردار است. هدف اصلی این پژوهش عبارت است از تعیین خواص مکانیکی خیار گلخانه‌ای، به ویژه سفتی میوه تحت تاثیر تیمارهای مختلف تغذیه‌ای و هم‌چنین دستیابی به روشی که بتوان با آزمایش میوه کامل، سفتی بخش‌های درونی میوه را ارزیابی کرد. در این پژوهش 4 تیمار تغذیه‌ای نیترات کلسیم، نیترات پتاسیم، آمینوکلات کلسیم و آمینوکلات پتاسیم به صورت محلول‌پاشی روی بوته‌ها اعمال شد و اثرات آن‌ها بر کیفیت میوه مورد بررسی قرارگرفت. به منظور بررسی اثر تیمارها بر ویژگی‌های مکانیکی میوه، آزمایشات پانچ در بخش‌های مختلف میوه (به عنوان استانداردی برای اعتبارسنجی سایر آزمایشات)، فشردگی شعاعی نمونه‌های بریده شده و نمونه‌های کامل و فشردگی محوری نمونه بریده شده انجام شد. در هر آزمایش، متغیرهای نمودار نیرو- کرنش و یا نمودار تنش- کرنش مانند نیروی شکست، کرنش متناظر با نیروی شکست، شیب نمودار در ناحیه الاستیک و مدول الاستیسیته تعیین شد، و برای هر 4 تیمار اعمال شده و تیمار شاهد مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. علاوه برا ین، به منظور دست‌یابی به روشی که توانایی توصیف ویژگی‌ بخش‌های درونی میوه از طریق آزمودن میوه کامل را داشته باشد، پارامترهای حاصل از آزمایشات مختلف انجام شده بر روی میوه کامل و نمونه‌های بریده شده با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفتند و ارتباط بین آن‌ها بررسی شد.کلیه تحلیل‌های آماری با استفاده از نرم‌افزار SAS و برنامه MSTATC انجام شد. نتایج آزمایش ها نشان داد که هر 4 تیمار تغذیه‌ای اعمال شده سبب بهبود ویژگی‌های مکانیکی مرتبط با خواص مکانیکی میوه نسبت به تیمار شاهد شده‌اند. تیمار آمینوکلات کلسیم بیش‌ترین اثر و تیمار نیترات پتاسیم کم‌ترین اثر را در افزایش سفتی میوه داشتند. غالباٌ، بین ویژگی های مکانیکی خیارهای تیمار شده با آمینوکلات کلسیم و آمینوکلات پتاسیم تفاوت معنی داری وجود نداشت، اما اثر آن‌ها از تیمارهای نیتراتی به طور معنی‌داری بیشتر بود.همچنین در این تحقیق، تغییرات ویژگی‌های مکانیکی بخش‌های مختلف طولی و عرضی میوه با استفاده از آزمون پانچ ورقه‌های خیار تعیین شد. نیروی بیشینه پانچ در بخش گوشت 6/4 برابر این نیرو برای بخش محفظه دانه بود. همچنین نیروی بیشینه پانچ در قسمت ساقه‌گاه به صورت معنی‌داری بیش‌تر از نیروی بیشینه قسمت میانی و گل‌گاه بود. نتایج مقایسات نشان دادند که هرچند مکانیسم‌های شکست در هر آزمایش متفاوت بود اما بین نتایج حاصل از آن‌ها ارتباط معنی‌دار وجود داشت. بین نیروی شکست آزمون فشردگی شعاعی در هر دو حالت نمونه بریده‌شده و کامل با نتایج آزمون پانچ همبستگی مثبت و معنی‌داری مشاهده شد که بیان‌گر قابلیت آزمون‌ فشردگی شعاعی در پیش‌بینی ویژگی‌ بخش‌های درونی میوه است. به منظور بررسی اثر بخش پوست بر ویژگی های مکانیکی میوه، آزمایشات در دو حالت باپوست و بی‌پوست انجام شدند. نتایج آزمایشات نشان دادند که حذف بخش پوست سبب کاهش نیروی شکست، کرنش شکست، مدول الاستیسیته و شیب ناحیه الاستیک می‌گردد. هم‌چنین رفتار میوه در آزمایش فشردگی محوری نمونه استوانه‌ای در نرم‌افزار آباکوس شبیه سازی شد. نتایج شبیه‌سازی با نتایج تجربی مطابقت داشتند. کلمات کلیدی: ویژگی مکانیکی، سفتی، فشردگی شعاعی، فشردگی محوری، تغذیه، آمینوکلات کلسیم، آمینوکلات پتاسیم، خیار