بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی پسته احمدآقایی و مغز آن در سطوح مختلف رطوبتی

 

طراحی و بهینه‌سازی تجهیزات فرآوری پسته، مستلزم آگاهی دقیق از خواص فیزیکی و مکانیکی محصول در شرایط مختلف رطوبتی است. **قیمت پسته احمد آقایی** در بازارهای داخلی و صادراتی، بازتابی از کیفیت محصول نهایی است که خود تحت تأثیر رفتار مکانیکی دانه در مراحل برداشت، پوست‌کنی، خشک‌کردن و درجه‌بندی قرار دارد. رقم احمدآقایی به‌دلیل شکل کشیده، پوست سفید و درصد خندانی بالا، یکی از ارقام تجاری برتر ایران محسوب می‌شود که شناخت رفتار فیزیکی و مکانیکی آن در سطوح مختلف رطوبتی، برای طراحان ماشین‌آلات و فرآوری‌کنندگان از اهمیت حیاتی برخوردار است . رطوبت محصول، پارامتری کلیدی است که از زمان برداشت (حدود ۳۵ درصد بر پایه تر) تا رطوبت نهایی نگهداری (حدود ۴/۶ درصد) تغییر می‌کند و این تغییرات، تأثیرات چشمگیری بر ابعاد هندسی، خواص ثقلی، اصطکاکی و مقاومت مکانیکی دانه و مغز دارد . این مقاله به بررسی جامع این خواص در پنج و سه سطح رطوبتی به‌ترتیب برای خواص فیزیکی و مکانیکی می‌پردازد.

 

 

 

خواص هندسی شامل طول، عرض، ضخامت، قطر متوسط هندسی (geometric mean diameter) و قطر متوسط حسابی (arithmetic mean diameter) در پنج سطح رطوبتی ۶/۴، ۱۲/۳۵، ۲۰/۱، ۲۷/۸۵ و ۳۵/۶ درصد بر پایه تر اندازه‌گیری شده است . نتایج نشان می‌دهد که اثر رطوبت بر ابعاد پسته به‌صورت غیرخطی و برای مغز به‌صورت خطی است. این تفاوت رفتار، ناشی از ساختار متفاوت پوسته استخوانی و مغز در جذب آب و تورم (swelling) است. با افزایش رطوبت، ابعاد پسته و مغز افزایش می‌یابد که در طراحی دستگاه‌های درجه‌بندی و کالیبراسیون باید مدنظر قرار گیرد.

 

 

مساحت سطح رویه (surface area) نیز از دیگر خواص هندسی مهم است که با افزایش رطوبت تغییر می‌کند. این پارامتر در محاسبات انتقال حرارت و جرم در فرآیندهای خشک‌کردن و برشته‌کاری کاربرد مستقیم دارد . با توجه به رفتار غیرخطی تغییرات ابعاد پسته، مساحت سطح نیز به‌صورت غیرخطی با رطوبت تغییر می‌کند.

 

 

 

خواص ثقلی شامل جرم (mass)، دانسیته واقعی (true density) و دانسیته توده (bulk density) با افزایش رطوبت به‌صورت خطی افزایش می‌یابند . این افزایش ناشی از جذب آب توسط بافت‌های دانه و مغز است. دانسیته توده که نسبت جرم به حجم کل (شامل فضای خالی بین دانه‌ها) را نشان می‌دهد، در طراحی سیلوها، قیف‌ها و سیستم‌های ذخیره‌سازی نقشی کلیدی دارد.

 

 

تخلخل، نسبت حجم فضای خالی به حجم کل توده دانه‌هاست که با افزایش رطوبت به‌صورت خطی کاهش می‌یابد . این کاهش به‌دلیل تورم دانه‌ها و کاهش فضای بین‌ذره‌ای (interparticle void) است. تخلخل پایین‌تر در رطوبت‌های بالا، بر جریان هوا در خشک‌کن‌ها و سیستم‌های تهویه تأثیرگذار است.

 

 

 

ضریب اصطکاک استاتیکی (static coefficient of friction) پسته و مغز روی پنج سطح اصطکاکی شامل گالوانیزه، شیشه، استیل، چوب و پلاستیک در پنج سطح رطوبتی بررسی شده است . نتایج نشان می‌دهد که رطوبت تأثیر معنی‌داری بر ضریب اصطکاک در سطح ۱% دارد و مقادیر آن با افزایش رطوبت افزایش می‌یابد. در همه سطوح رطوبتی، بیشترین ضریب اصطکاک برای چوب و کمترین آن برای آهن گالوانیزه به دست آمده است . این یافته برای انتخاب مواد ساخت سطوح تماس در خطوط فرآوری و طراحی شیب نوار نقاله‌ها ضروری است.

 

 

سرعت حد پسته و مغز آن با افزایش سطح رطوبت به‌صورت خطی افزایش می‌یابد. این پارامتر در محدوده ۱۰/۵۹ تا ۱۱/۶ متر بر ثانیه برای پسته و ۹/۱۶ تا ۱۰/۸ متر بر ثانیه برای مغز قرار می‌گیرد . سرعت حد، معیار اصلی در طراحی سیستم‌های جداسازی بادی (pneumatic separation) برای جدا کردن مغز از پوسته و حذف ناخالصی‌های سبک محسوب می‌شود.

 

 

 

خواص مکانیکی پسته و مغز شامل نیروی گسیختگی، تغییر شکل تا نقطه گسیختگی (deformation till rupture point) و انرژی گسیختگی (rupture energy) در سه سطح رطوبتی ۶/۴، ۲۰/۱ و ۳۵/۶ درصد اندازه‌گیری شده است . نمونه‌ها در راستای عرض (W-axis) بین دو صفحه تخت موازی تحت بارگذاری قرار گرفته‌اند. نتایج نشان می‌دهد که نیروی گسیختگی به‌طور معنی‌داری تحت تأثیر رطوبت قرار می‌گیرد. با افزایش رطوبت از ۴/۶ به ۳۵/۶ درصد، نیروی گسیختگی از ۱۱۲/۶۶ به ۶۵/۶۶ نیوتن برای دانه و از ۴۳/۶۷ به ۳۵/۴۶ نیوتن برای مغز کاهش می‌یابد . این کاهش، ناشی از نرم‌تر شدن بافت دانه و مغز در رطوبت‌های بالاتر است.

 

 

داده‌های نیروی گسیختگی برای طراحی دستگاه‌های شکاف‌دهی (splitting machines) و پوست‌کنی حیاتی است. با توجه به اینکه نیروی گسیختگی در رطوبت‌های پایین (حدود ۴/۶ درصد) حداکثر مقدار خود را دارد، دستگاه‌های شکاف‌دهی باید بتوانند این نیرو را در بدترین شرایط ممکن اعمال کنند . از سوی دیگر، تنظیم رطوبت ورودی به خط فرآوری می‌تواند به کاهش مصرف انرژی و افزایش راندمان دستگاه‌ها منجر شود.

 

 

 

تغییر شکل تا نقطه گسیختگی با افزایش رطوبت افزایش می‌یابد. در محدوده رطوبتی ۴/۶ تا ۳۵/۶ درصد، این پارامتر از ۲/۴۵ به ۳/۴۴ میلی‌متر برای دانه و از ۱/۲۰ به ۲/۱۷ میلی‌متر برای مغز افزایش می‌یابد . این رفتار نشان می‌دهد که در رطوبت‌های بالاتر، پسته قبل از شکستن، تغییر شکل بیشتری را تحمل می‌کند که به‌معنای انعطاف‌پذیری بیشتر و رفتار ویسکوالاستیک (viscoelastic behavior) متفاوت است.

 

 

انرژی گسیختگی نیز همانند نیروی گسیختگی با افزایش رطوبت کاهش می‌یابد. با افزایش رطوبت از ۴/۶ به ۳۵/۶ درصد، انرژی گسیختگی از ۱۱۰/۲۱ به ۹۵/۵۱ میلی‌ژول برای دانه و از ۲۹/۰۵ به ۱۹/۵۳ میلی‌ژول برای مغز کاهش می‌یابد . این کاهش در مغز چشمگیرتر است (حدود ۳۳ درصد کاهش) که نشان‌دهنده تأثیر بیشتر رطوبت بر بافت مغز نسبت به دانه کامل است.

 

 

 

داده‌های حاصل از این پژوهش‌ها، راهنمای عملی برای بهینه‌سازی فرآیندهای فرآوری پسته احمدآقایی فراهم می‌کند. انتخاب محور بارگذاری عرض (W-axis) به‌دلیل نیاز به کمترین نیرو و انرژی گسیختگی، در طراحی دستگاه‌های شکاف‌دهی توصیه می‌شود . تنظیم رطوبت محصول در محدوده بهینه می‌تواند به کاهش مصرف انرژی و افزایش راندمان فرآوری منجر شود.

 

 

خواص اصطکاکی و آیرودینامیکی برای طراحی سیستم‌های انتقال، جداسازی و بسته‌بندی ضروری است. با دانستن ضریب اصطکاک استاتیکی روی سطوح مختلف، زاویه شیب بهینه نوار نقاله‌ها و قیف‌ها تعیین می‌شود . سرعت حد نیز برای طراحی سیستم‌های جداسازی بادی و حذف ناخالصی‌ها کاربرد مستقیم دارد .

 

 

بررسی جامع خواص فیزیکی و مکانیکی پسته احمدآقایی و مغز آن در سطوح مختلف رطوبتی نشان می‌دهد که رطوبت، پارامتری تعیین‌کننده در رفتار فیزیکی و مکانیکی این رقم تجاری است. با افزایش رطوبت از ۴/۶ به ۳۵/۶ درصد، نیروی گسیختگی دانه از ۱۱۲/۶۶ به ۶۵/۶۶ نیوتن و مغز از ۴۳/۶۷ به ۳۵/۴۶ نیوتن کاهش می‌یابد، در حالی که تغییر شکل تا نقطه گسیختگی دانه از ۲/۴۵ به ۳/۴۴ میلی‌متر و مغز از ۱/۲۰ به ۲/۱۷ میلی‌متر افزایش می‌یابد . انرژی گسیختگی نیز برای دانه از ۱۱۰/۲۱ به ۹۵/۵۱ میلی‌ژول و برای مغز از ۲۹/۰۵ به ۱۹/۵۳ میلی‌ژول کاهش می‌یابد . خواص ثقلی شامل جرم و دانسیته به‌صورت خطی افزایش و تخلخل به‌صورت خطی کاهش می‌یابد . ضریب اصطکاک استاتیکی بیشترین مقدار را روی چوب و کمترین را روی آهن گالوانیزه دارد و سرعت حد پسته در محدوده ۱۰/۵۹ تا ۱۱/۶ متر بر ثانیه و مغز در محدوده ۹/۱۶ تا ۱۰/۸ متر بر ثانیه قرار می‌گیرد . این داده‌ها برای طراحی بهینه تجهیزات فرآوری، کاهش تلفات، افزایش راندمان انرژی و در نهایت بهبود کیفیت محصول نهایی که بر **قیمت پسته احمد آقایی** در بازارهای داخلی و صادراتی تأثیر مستقیم دارد، ضروری محسوب می‌شود.