فناوري پس از برداشت عبارت
است از حمل و نقل ، سورتينگ ، ذخيره سازي ، بازاريابي و مديريت فرآورده هاي
بيولوژيك از زمان برداشت تا زمان مصرف و عرضه به مصرف كننده. ميزان ضايعات ميوه ها
و سبزيجات پس از برداشت از حدود 5 تا 50% با توجه به نوع فرآورده متغييرمي باشد.
در كشورهاي در حال توسعه بدليل فقدان روش ها و تكنيك هاي مناسب حمل و نقل و ذخيره
سازي ، ميزان ضايعات اين فرآورده ها بسيار زياد مي باشد كه سبب وارد آمدن زيان هاي
مالي جبران ناپذيري مي شود. بدين منظور بررسي و كنترل دقيق فرآيند رسيدن ميوه ها و
سبزيجات از زمان برداشت تا عرضه آنها به مصرف كننده جهت به حداقل رساندن ضايعات و
ضررهاي اقتصادي ، ضروري مي باشد. زمينه هاي كاربردي كامپيوتر و الكترونيك در
فناوري پس از برداشت ، شامل كنترل محيطي و ذخيره سازي ، بررسي كيفيت ، مديريت
كيفيت ، سيستم هاي طبقه بندي و درجه بندي ، كنترل موجودي و مديريت فرآورده ها
هستند.
ذخيره سازي
دما مهمترين فاكتور محيطي در
ابقاء كيفيت مي باشد. تا پيش از بكارگيري سيستم هاي كنترل الكترونيكي ، كنترل و
نظارت بر انبارهاي سرد ، كاري پر هزينه و بسيار مشكل بود. سيستم هاي پيشرفته كنترل
قادر مي باشند كه تغييرات دمايي را در محدوده اي معين به خوبي كنترل كنند. كنترل
كننده هاي خود تنظيمي(
Self-tuning controllers
) قادراند تغييرات دماي انبار را در ميزان ثابتي تنظيم
كنند. امروزه سيستم هاي كامپيوتري با يك كنترل كننده مركزي جهت كنترل اين محيط ها
بسيار توانمند ظاهر شده اند. رطوبت نيز همانند دما بايستي بمنظور حفظ كيفيت ميوه و
سبزيجات در طي انبارداري تحت كنترل باشد. در سال هاي اخير از طريق نگهداري ميوه ها
و سبزيجات در انبارهاي با اتمسفر كنترل شده (
Controlled
Atmosphere Storage
) ، مان
نگهداري فرآورده ها به حدود 12 ماه افزايش يافته است. در اين سيستم ها ، اتمسفر
انبار سرد از طريق افزايش ميزان دي اكسيد كربن و كاهش ميزان اكسيژن به حدود %3-2 ،
تغيير داده مي شود. با بكارگيري سيستم هاي كنترل الكترونيكي مي توان به خوبي بر
اين نوع انبارها نظارت داشت.
كنترل
موجودي و مديريت فرآورده
در بازارهاي بين المللي
مديريت كيفيت يك فاكتور كليدي در حفظ بازار مي باشد كه خود مستلزم مديريت موثر
موجودي و ثبت مشخصات هر محصول مي باشد. از طريق ثبت جزئيات مربوط به توليد كننده
محصول ، تاريخ برداشت ، تاريخ تحويل به بخش بسته بندي و انبار و همچنين جزئيات
كامل محصول و نوع آفت كش هاي بكار رفته در طي رشد آن مي توان به اين هدف دست يافت.
با بكارگيري سيستم هاي الكترونيكي ثبت اطلاعات مي توان براي هر محصول مشخصات آن را
بر روي بسته بندي و كانتينرها به صورت باركدهاي الكترونيكي كه توسط باركد خوان هاي
دستي و قابل حمل براحتي ثبت مي شوند، درج كرد. بعضي فرآورده هاي فاسد شدني طبق
استانداردهاي كيفيت نيازمند كاهش سريع دماي آنها پس از برداشت مي باشند تا بتوان
آنها را وارد چرخه حمل و نقل و فروش كرد. ثبت كننده هاي الكترونيكي كه در داخل
محموله ميوه و سبزيجات تعبيه مي شوند ، از ابزارهاي مهم جهت شناسايي و بررسي
نيازمندي هاي محموله در هر زمان بويژه در دوره هاي طولاني مدت حمل و نقل و نگهداري
هستند.
سورتينگ و
توزين
عموما" ذائقه مصرف كننده
براي محصولاتي است كه از لحاظ اندازه و شكل يكسان باشند كه در اين رابطه اندازه بويژه
براي اهداف بسته بندي و عرضه به مصرف كننده ، كليدي مي باشد. سيستم هاي توزين
الكترونيكي در اين زمينه بسيار كارا و دقيق هستند. در اين نوع سيستم ها فرآورده ها
توزين شده ، سپس داده هاي حاصله به كامپيوتر داده شده تا از طريق آنها گزينش و
برنامه ريزي براي جداسازي فرآورده انجام گيرد. فرآورده هايي كه طبق برنامه ريزي
بايستي خارج شوند ، در يك مسير فرعي بر روي نوار نقاله قرار گرفته و از طريق يك
ناودان جمع آوري ، كه در مكان مناسب قرار گرفته ، جمع آوري مي شوند. با استفاده از
اين سيستم الكترونيكي سورتينگ ، ميزان تغييرات وزن محصول به حداقل رسانيده مي شود.
مزاياي سيستم هاي الكترونيكي نسبت به سيستم هاي مكانيكي عبارتند از:
-
افزايش دقت و كارايي
توزين
-
امكان افزايش ظرفيت
ورودي
-
كاهش پر كردن بيش از
اندازه بسته ها
-
پردازش و ذخيره سازي
داده ها توسط كامپيوتر همزمان با انجام عمليات
-
تشخيص سريع معايب كيفي و
سرعت بخشيدن به برطرف كردن آنها(صرفه جويي در مواد بسته بندي)
معايب اين سيستم ها شامل بالا
بودن هزينه ها و نياز به پرسنل متخصص و كارآزموده و آشنا به كامپيوتر و الكترونيك
است. پردازش تصوير(
Computer vision
)
نيز جهت سورت كردن ، طبقه بندي و درجه بندي ميوه ها و سبزيجات بكار مي رود. دراين
روش با استفاده از دوربين هايي با منابع نوري مختلف(مرئي و غير مرئي) ، تصاويري از
محصول گرفته مي شود و بسته به نوع الگوريتم مورد استفاده ، محصول با توجه به
فاكتورهاي مورد نظر (مانند شكل ، رنگ و ...) سورت و درجه بندي مي شود. مثال هايي
از اين سيستم ها در جدول (1) آمده است.
حمل و نقل
سيستم هاي حمل و نقل پيشرفته
مرهون كامپيوتر و الكترونيك مي باشند. از موارد كاربرد اين سيستم ها در فناوري پس
از برداشت ، سيستم هايي هستند كه اجازه سرد كردن سريع ، حمل و نقل در شرائط سرد و
به حداقل رساندن آسيب هاي ناشي
جدول (1) موارد عملي كاربرد تصويرنگاري كامپيوتري براي ميوه
ها و سبزيجات مختلف
|
نوع محصول
|
پارامترهاي اندازه گيري شده
|
منبع
|
|
ميوه ها
|
|
|
|
گيلاس
|
عيوب سطحي
|
Guyer et al, 2000
|
|
سيب
|
كوفتگي(سورتينگ)
|
Heinemann et al, 1995
|
|
-
|
ميزان هسته (درجه بندي)
|
Yang et al, 1996
|
|
واريته گولدن دليشز
|
بخش هاي فاسد شده
|
Leemans et al,1998
|
|
واريته گولدن دليشز
|
سفتي و استحكام بافت و مواد
بودار
|
Saevels et al, 2004
|
|
واريته جوناگولد
|
بخش هاي فاسد شده
|
Leemans et al,1998
|
|
-
|
رنگ(درجه بندي)
|
Leemans et al, 2004
|
|
-
|
شكل(طبقه بندي)
|
Paulus et al, 1999
|
|
-
|
ميزان قند موجود
|
Steinmetz et al, 1999
|
|
زيتون
|
عيوب سطحي(طبقه بندي)
|
Diaz et al, 2004
|
|
پرتقال
|
ارزيابي كيفيت
|
Kondo, 1995
|
|
-
|
شكل(طبقه بندي)
|
Ruiz et al, 1996
|
|
توت فرنگي
|
اندازه و شكل(سورتينگ)
|
Nagata et al, 1997
Bato et al, 2000
|
|
گوجه فرنگي
|
شكل ، رنگ ، شكل و ناهنجاري
ها
|
Nielsen et al, 1998
|
|
-
|
كيفيت نشاء
|
Ling et al, 1996
|
|
هلو
|
رنگ (رسيدگي)
|
Miller et al, 1989
|
|
گلابي
|
سفتي بافت
|
Dewulf et al, 1999
|
|
-
|
كوفتگي سطحي
|
Zhang et al, 1999
|
|
پالم روغني
|
رنگ (درجه بندي)
|
Abdullah et al, 2004
|
|
هندوانه
|
حجم
|
Jarimopas et al, 2005
|
|
خيار
|
حجم
|
Jarimopas et al, 2005
|
|
سبزيجات
|
|
|
|
قارچ خوراكي
|
ارزيابي كيفيت
|
Heinemann et al, 1994
|
|
-
|
اندازه (درجه بندي)
|
Reed et al, 1995
|
|
-
|
تشخيص بيماري
|
Vizhanyo et al, 1998
|
|
سيب زميني
|
درجه بندي
|
Tao et al, 1995
Wooten et al, 2000
|
|
فلفل زنگوله اي
|
درجه بندي
|
Shearer et al, 1990
|
|
هويج
|
رنگ و شكل(طبقه بندي)
|
Howarth et al, 1992
|
|
پياز
|
فساد داخلي
|
Tollner et al, 1999
|
از حمل و نقل را مي دهند. در
مورد اخير شناسايي عوامل بوجود آورنده اين آسيب ها مهم مي باشد. طبق بررسي هاي
انجام گرفته ، گزارش شده كه بيشترين آسيب وارده در حمل و نقل ناشي از برخورد
محصولات به هم مي باشد. برنامه هاي نرم افزاري طراحي بسته بندي به كمك كامپيوتر
توسط بسياري توليد كنندگان در سراسر دنيا براي بهينه سازي بسته بندي مورد استفاده
قرار مي گيرند. سيستم هاي اندازه گيري فشار فوايد بسياري را جهت افزايش كارايي
بسته بندي فراهم آورده اند.
بررسي
رسيدگي ميوه ها و سبزيجات
بسياري از ويژگي هاي پس از
برداشت (مانند زمان ماندگاري و كيفيت خوراكي) ، وابسته به مناسب بودن زمان برداشت هستند
و از طريق مشخص كردن آن مي توان بطور غير مستقيم كيفيت محصولات را پيش بيني كرد. روش
هاي متداول براي بررسي ميزان رسيدگي محصولات شامل مشاهده ، احساس و يا نمونه گيري
مي باشند. رنگ ،شكل و سفتي مكانيكي نيز به تناوب مورد استفاده قرار مي گيرند. جهت
بررسي دقيق ميزان رسيدگي در مزرعه ، بايستي تكنيك هاي نمونه گيري به كار گرفته
شوند كه در اين رابطه بسته هاي نرم افزاري آماري كامپيوتري بسيار كارا عمل مي
نمايند. روش هاي متداول عمدتا" به ميوه ها و سبزيجات آسيب وارد مي كنند در
حاليكه روش هاي كامپيوتري هيچ آسيبي به محصول وارد نمي نمايند.
اندازه و
شكل
با توجه به اينكه شكل و
اندازه ميوه و سبزيجات در طي رشد تغيير مي يابد ،بررسي اين پارامترها يكي از ساده
ترين روشهاي بررسي ميزان رسيدگي محصول مي
باشد . سيستم هاي پردازش تصوير پتانسيل بكارگيري در برداشت انتخابي ربوتيك (هوشمند)
ميوه و سبزيجات را دارند . در مزرعه ميتوان بوسيله سيستم هاي كامپيوتري و ابزارهاي
اندازه گيري رنگ و سفتي محصول ، به سادگي زمان برداشت را مشخص كرد . در حال حاضر
بر روي پروژه اي كار مي شود كه يك دست الكترونيكي ساخته شود كه بتواند ميزان سفتي
بافت ، رنگ و ويژگي هاي شيميايي محصولات در حال رشد را اندازه گيري كند بعلاوه در
حالت كلي مي توان از طريق تصوير نگاري ماهواره اي ميزان رسيدگي را مورد بررسي قرار
داد .
بررسي بافت
اندازه گيري سفتي بافت ميوه و
سبزيجات هنوز هم روشي جهت بررسي كيفيت محصولات مي باشد . فوايد بكارگيري سيستمهاي
كامپيوتري شامل افزايش قابليت اعتماد ، تكرار پذيري اندازه گيري و پتانسيل روشهاي
آزمايشي غير تخريبي مي باشند . سفتي بافت معمولاً از طريق پنترومتر(
Penetrometer
) اندازه گيري مي شود كه يك پروب استوانه اي است كه با
فشار به داخل شيء مورد آزمايش فرو برده مي شود. نيروي لازم براي نفوذ به يك عمق
معين ثبت مي شود. انجام اين آزمايش سريع است ولي مقادير بدست آمده بستگي زيادي به
شخص انجام دهنده آزمايش(اپراتور) دارد تا حدي كه اختلاف هاي مشاهده شده تا حدود
%200 نيز براي اپراتورهاي مختلف گزارش شده اند. تست كننده هاي خودكار يا ماشين هاي
تست كننده عمومي اين اختلاف هاي ناشي از اپراتور را حذف مي كنند.
روش هاي
صوتي
در اين روش كه در سال 1942
توسط كلارك و ميكلسون ارائه شد صوت به داخل ماده غذايي نفوذ كرده و در ماده غذايي
سبب ايجاد ارتعاش مي شود كه اين سيگنال توسط يك ميكروفون دريافت شده و سپس فركانس
اصلي ارتعاش توسط قانون انتقال فوريه محاسبه مي شود . در اصل فركانس رزونانسي يك
شئ ارتباط مستقيم به شكل هندسي آن ، جرم و مدول الاستيسيته ماده اي كه ازآن ساخته
شده دارد . در مورد ميوه ها مدول الاستيسيته با پيشرفت رسيدگي آن تغيير مي كند (
مثلاً براي سيب كال
MPa
5 و براي سيب كاملاً رسيده
MPa
5/0) اين تكنيك براي پيش بيني رسيدگي خربزه با موفقيت همراه بوده است . در اين روش
، مشكل تفسير نتايج بدست آمده وجود دارد .
سيستم هاي
اندازه گيري نوري خودكار
در بسياري از محصولات ، رنگ
مهمترين فاكتور در پيش بيني يا تخمين كيفيت و رسيدگي مي باشد. (مانند خربزه و انبه)
شيوه رويت رنگ توسط انسان متفاوت با تجهيزات الكترونيكي است و مقياس هاي
متفاوتي دارند . رنگ سطحي به طور گسترده
اي جهت بررسي رسيدگي و كيفيت مورد استفاده قرار مي گيرد و احتمالاً معمول ترين
ويژگي مورد استفاده جهت گزينش و بر داشت بسياري از ميوه ها مي باشد . اساساً بررسي
رنگ پيچيده مي باشد و خطاي انساني در بررسي رنگ سطحي مواد براي سورت كردن زياد مي
باشد . سيستم هاي تصويرنگاري كامپيوتري به سرعت در حال پيشرفت مي باشند و دقت و
كارايي آنها به طور روز افزون افزايش مي يابد . محققان زيادي بكارگيري تشعشع
الكترومغناطيسي از طيف فرا بنفش تا مادون قرمز را بررسي كرده اند . توسط انعكاس نزديك
مادون قرمز(
NIR
)
فاكتورهاي كيفي اي مانند ميزان قند، سفتي ، ميزان كربوهيدرات ها و اسيديته در ميوه
هاي مختلفي مانند سيب ، گوجه فرنگي و انبه مورد بررسي قرار گرفته اند. اشعه هاي
X
وگاما نيز براي تشخيص ناهنجاري هاي داخلي ميوه ها و
سبزيجات مورد استفاده قرار گرفته اند.
بكارگيري
ويژگي هاي الكتريكي و حسگرهاي زيستي
اندازه گيري هدايت الكتريكي
ميوه ها و سبزيجات در سطح آزمايشگاهي مورد مطالعه قرار گرفته اند ولي هنوز بطور
گسترده به عنوان معيار كيفيت مورد استفاده قرار نگرفته اند. اندازه گيري هاي خازني
و قياسي را مي توان توسط سيگنال هاي الكتريكي با فركانس بالا انجام داد. طبق بررسي
هاي انجام گرفته مشخص شده كه تفاوت در اين پارامترها بستگي به درجه رسيدگي محصول
دارد. ميزان هدايت الكتريكي با استفاده از دو پروب استيل ضد زنگ يا پلاتين كه به
داخل فرآورده فشرده مي شوند ، اندازه گيري مي شود و يك ولتاژ ثابت يا متناوب بر آن
اعمال مي شود. موفقيت هاي اندكي در رابطه با بكارگيري ويژگي هاي الكتريكي ميوه ها
و سبزيجات براي بررسي غير تخريبي كيفيت حاصل شده اند. شواهدي موجود است كه ميزان
هدايت الكتريكي توسط صدمه هاي مكانيكي يا فيزيولوژيكي تحت تاثير قرار مي گيرد.
رزونانس مغناطيسي هسته (
NMR
) اثرات بالقوه اي را براي تشخيص صدمه هاي داخلي در
سيب ، هلو ، گلابي ، پياز و زيتون را ظاهر
ساخته است. اين روش جهت تعيين ميزان قند موز ، سيب زميني ، انگور و هويج بكار رفته
است. همچنين تصوير نگاري رزونانس مغناطيسي(
MRI
) مي تواند يك تصوير سه بعدي را كه جهت تشخيص صدمه ها در
سيب و ساير ميوه ها مي تواند بكار رود ، مي دهد. حسگرهاي زيستي كه طعم و بو را مي
توانند بطور تقليدي حس كنند ، پتانسيل زيادي را براي بررسي كيفيت دارند. اين حسگر
زيستي داراي فيلم پوششي آنزيم يا آنتي بادي بر روي الكترودهاي شيشه اي مي باشد كه
به يون هاي هيدروژن حساس مي باشد.
نتيجه گيري
در اين مقاله مروري بر حوزه
هاي كاربردي كامپيوتر و الكترونيك در فناوري پس از برداشت كه داراي اثرات ويژه اي
مي باشند ، داشتيم. حوزه هاي كاربردي شامل كنترل محيطي و انباري ، مانيتورينگ
كيفيت ، مديريت كيفيت ، سيستم هاي درجه بندي ، كنترل موجودي و مديريت محصول مي
باشند. مثال هاي ويژه اي از كاربردهاي سيستم هاي الكترونيكي جهت اثبات وضعيت فعلي
فناوري پس از برداشت و پتانسيل آينده آنها ارائه شدند.
