وزارت علوم،تحقيقات وفناوري
دانشگاه علوم وفنون مازندران
پايان نامه
مقطع کارشناسي ارشد
رشته : مهندسي شيمي
عنوان : مدل سازي سينتيک خشک کردن چاي با استفاده از شبکه هاي عصبي مصنوعي
استاد راهنما : دکتر حسين قنادزاده
استاد مشاور : دکتر بهروز عباسي سورکي
دانشجو : مليحه قويدل
(مرداد 1392)
تقديم به
خانواده عزيزم که هميشه پشتيبانم بودند
سپاس تنها او را سزاست
با تشکر از
کليه عزيزاني که همراهي نمودند تا درخت دانشمان به بار بنشيند.
ازاساتيدگرامي دکترحسين قنادزاده گيلاني ودکتربهروزعباسي سورکي که از درخت دانش شان ميوه هاي گراني چيده وموجبات جمع آوري وبه کمال رسيدن چنين اثري گرديده،کمال تشکرو تقدير را دارم .
چکيده
چاي امروزه يکي از پرطرفدارترين نوشيدني ها در بين مردم جهان به خصوص ايران است به همين دليل خشک کردنبرگ چاي براي نگهداري طولاني مدت از ملزومات مي باشد. در اين تحقيق هم يک برگ چاي وهم توده اي از آن مورد بررسي و خشک شدن قرار گرفتند. برگ سبز چاي درمحدوده دمايي 35تا55 درجه سلسيوس وسرعت هاي5/0و7/0متربرثانيه هواي ورودي وبازه ي زماني 0تا 140 دقيقه در يک فرآيند خشک کن بستر ثابت آزمايشگاهي خشک شد.بدين منظور،4 نمونه براي هر دما درنظر گرفته شد.درهرآزمايش وزن نمونه ها طي فرآيند خشک شدن به طور پيوسته ثبت مي شود،تا زماني که تغييرات جرم نمونه ها به صفر نزديک شود.سينتيک خشک شدن چاي مورد بررسي قرار گرفت و تأثير پارامترهايي مثل دما و سرعت بر نرخ خشک شدن با رسم نمودارهايي نشان داده شده است .سپس فرآيند خشک کردن چاي به روش شبکه هاي عصبي با چهار بردار ورودي (زمان،دما،سرعت و رطوبت) و يک بردار خروجي (نسبت رطوبت) مدلسازي شده است.اين رويه براي توده اي از چاي هم انجام گرفته است .نتايج به دست آمده از شبکه با داده هاي تجربي مقايسه شدند.بهترين نتيجه براي خشک کردن يک برگ چاي توسط شبکه عصبي پس انتشار پيشخوربا الگوريتم آموزش لونبرگ-مارکوارت وتابع فعالسازي تانژانت سيگموئيدبا چهارنرون ورودي و يازده نرون در لايه ي پنهان و يک نرون خروجي به دست آمد ودرصد خطاي نسبي ميانگين وضريب تعيين ومجذورخطاي مربعات ميانگين به ترتيب 30/1،9998/0 و 000084/0 مي باشدو بهترين نتيجه براي خشک کردن توده اي از چاي توسط شبکه ي عصبي پس انتشار پيشخور با چهار نرون ورودي و بيست نرون در لايه ي پنهان و يک خروجي و درصدخطاينسبي ميانگين وضريب تعيين و مجذور خطاي مربعات ميانگينوخطاي مربعات ميانگين به ترتيب 42/5 ،9996/0 ،000082/0 و000170/0 به دست آمد که نشان دهنده ي دقت بالاي شبکه عصبي است .
کلمات کليدي: خشک کردن برگچاي، شبکه عصبي پس انتشار پيشخور و پيشرو، الگوريتم لونبرگ-مارکوارت
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فهرست جداول……………………………………………………………………………………………………………………ز
فهرست تصاوير و نمودارها …………………………………………………………………………………………………ح
فهرست علائم اختصاري……………………………………………………………………………………………………..ک
فصل اول: مقدمه وکليات تحقيق 1
1-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………….2
1-2 تاريخچه پيدايش چاي………………………………………………………………………………………………….3
1-3 مشخصات گياه شناسي………………………………………………………………………………………………….4
1-4 ترکيبات چاي……………………………………………………………………………………………………………….5
1-5چگونگي پرورش چاي در ايران……………………………………………………………………………………..5
1-6ارقام چاي قابل کشت در ايران………………………………………………………………………………………6
1-7 کاشت چاي………………………………………………………………………………………………………………….6
1-8عوامل مؤثر در رويش گياه چاي……………………………………………………………………………………..6
1-8-1درجه حرارت……………………………………………………………………………………………………………6
1-8-2 نور…………………………………………………………………………………………………………………………7
1-8-3ميزان آب…………………………………………………………………………………………………………………7
1-8-4کود…………………………………………………………………………………………………………………………7
1-9برداشت محصول (برگ چيني)……………………………………………………………………………………….7
1-9-1انواع برداشت (چين)…………………………………………………………………………………………………9
1-9-2طول مدت برداشت (دوره برگ چيني )……………………………………………………………………….9
1-10نکاتي براي داشتن چاي مطلوب…………………………………………………………………………………..11
1-11خشک کردن ……………………………………………………………………………………………………………13
1-11-1انواع چاي بر حسب خشک شدن……………………………………………………………………………14
1-11-2روش هاي توليد چاي…………………………………………………………………………………………….15
1-11-3مراحل خشک کردن چاي در کارخانه……………………………………………………………………….16
1-11-3-1پلاس……………………………………………………………………………………………………………….16
1-11-3-2مالش………………………………………………………………………………………………………………18
1-11-3-3 تخمير……………………………………………………………………………………………………………..19
1-11-3-4 خشک…………………………………………………………………………………………………………….19
1-12نحوه کار با خشک کن آزمايشگاهي…………………………………………………………………………….24
1-13شبکه عصبي مصنوعي……………………………………………………………………………………………….26
1-14بيان مسئله………………………………………………………………………………………………………………..27
1-15اهداف تحقيق…………………………………………………………………………………………………………..27
1-16مراحل انجام تحقيق………………………………………………………………………………………………….28
1-17ساختار تحقيق………………………………………………………………………………………………………….29
فصل دوم: ادبيات وپيشينه تحقيق 30
2-1پيشينه تحقيق……………………………………………………………………………………………………………..31
فصل سوم: روش تحقيق 36
3-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………..37
3-2تاريخچه پيدايش شبکه هاي عصبي مصنوعي………………………………………………………………….37
3-3مزاياي استفاده از شبکه هاي عصبي ……………………………………………………………………………..40
3-4شبکه عصبي چندلايه……………………………………………………………………………………………………41
3-4-1-1 الگوريتم پس انتشار خطا……………………………………………………………………………………..42
3-4-2 مدلسازي خشک کردن چاي توسط شبکه عصبي پرسپترون………………………………………….44
3-4-2-1 انتخاب داده هاي ورودي به شبکه…………………………………………………………………………45
3-4-2-2 پيکربندي شبکه عصبي………………………………………………………………………………………..45
3-4-3توابع فعالسازي……………………………………………………………………………………………………….48
3-4-4توپولوژي………………………………………………………………………………………………………………..49
3-4- 5روش الگوريتم لونبرگ – مارکوارت ………………………………………………………………………..49
3-5 بررسي عملکرد شبکه………………………………………………………………………………………………….49 3-6 جمع بندي…………………………………………………………………………………………………………………50
فصل چهارم :محاسبات و يافته هاي تحقيق 52
4-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………..53
4-2 تأثير متغيرها بر خشک شدن…………………………………………………………………………………………53
4-3نتايج حاصل از مدلسازي توسط شبکه عصبي پيشخور و پيشرو……………………………………….63
4-4 جمع بندي…………………………………………………………………………………………………………………84
فصل پنجم:نتيجه گيري و پيشنهادها 85
5-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………….86
5-2 نتايج تحقيق………………………………………………………………………………………………………………86
5-3 پيشنهادهايي براي تحقيقات آتي……………………………………………………………………………………87
مراجع 88
چکيده انگليسي 93
فهرست جدول ها
4-1برخي از معادلات ترموديناميکي……………………………………………………………………………………59
4-2ميزان تغييرضريب نفوذبا افزايش دما………………………………………………………………………………60
4-3 معماري شبکه هاي عصبي مدل سازي شده براي يک برگ چاي و توده اي از چاي…………..62
4-4نتايج آناليز شبکه پس انتشار پيشخور براي يک برگ چاي با تعدادلايه هاي پنهان وتعداد
نرون هاي متفاوت درهرلايه دردماهاوسرعت هاي متفاوت هواي خشک کردن………………………..63
4-5نتايج آناليز شبکه پس انتشار پيشرو براي يک برگ چاي با تعدادلايه هاي پنهان وتعداد
نرون هاي متفاوت درهرلايه دردماهاوسرعت هاي متفاوت هواي خشک کردن………………………..65
4-6نتايج آناليز شبکه پس انتشار پيشخور براي توده اي ازچاي با تعدادلايه هاي پنهان وتعداد
نرون هاي متفاوت درهرلايه دردماهاوسرعت هاي متفاوت هواي خشک کردن………………………..67
4-7نتايج آناليز شبکه پس انتشار پيشرو براي توده اي از چاي با تعدادلايه هاي پنهان وتعداد
نرون هاي متفاوت درهرلايه دردماهاوسرعت هاي متفاوت هواي خشک کردن………………………..69
4-8 نتايج مراحل تست و آموزش……………………………………………………………………………………..81
4-9مقايسه بين نتايج شبکه عصبي با روابط تجربي………………………………………………………………82
4-10نتايج حاصل از دو نوع شبکه عصبي…………………………………………………………………………..82
فهرست تصاوير ونمودارها
1-1 گل چاي کامليا……………………………………………………………………………………………………………4
1-2 نمايي از يک شاخساره ……………………………………………………………………………………………….10
1-3نمايي ازدستگاه پلاس…………………………………………………………………………………………………..17
1-4نمايي از دستگاه مالش…………………………………………………………………………………………………..18
1-5 شمايي از خشک کن بستر سيال……………………………………………………………………………………23
1-6 نمونه برگ سبز چاي…………………………………………………………………………………………………..25
1-7 عکس (الف) و نماي شماتيک (ب) خشک کن پيشتاز ساخته شده جهت انجام…………………28
1-8دستگاه سرعت سنج هوا……………………………………………………………………………………………….29
1-9ترازوي ديجيتال با سه رقم اعشار…………………………………………………………………………………..29
1-10دماسنج اشعه اي………………………………………………………………………………………………………..30
1-11آون (کوره) خشک کن……………………………………………………………………………………………….30
3-1 مدل نرون(دموث و بيل)………………………………………………………………………………………………41
3-2 طرحواره کلي از شبکه عصبي مورد استفاده…………………………………………………………………….44
3-3 تابع فعال سازي تانژانت سيگموئيد………………………………………………………………………………..48
4-1 تغييرات کاهش وزن چهارنمونه با زمان خشک شدن در دماي 35 درجه و سرعت 0.7 متر برثانيه براي يک برگ چاي …………………………………………………………………………………………………54
4-2 تغييرات کاهش وزن ميانگين نمونه ها بازمان خشک شدن دردماي 35 درجه و سرعت0.7
متر برثانيه براي يک برگ چاي…………………………………………………………………………………………….54
4-3 تغييرات کاهش وزن چهارنمونه بازمان خشک شدن در دماي 45 درجه و سرعت0.7 متربر
ثانيه براي يک برگ چاي ……………………………………………………………………………………………………55
4-4 تغييرات کاهش وزن ميانگين نمونه ها بازمان خشک شدن در دماي 45 درجه و سرعت0.7
متربرثانيه براي يک برگ چاي…………………………………………………………………………………………….55
4-5 تغييرات کاهش وزن چهارنمونه بازمان خشک شدن در دماي 55 درجه و سرعت0.7 متر بر
ثانيه براي يک برگ چاي……………………………………………………………………………………………………56
4-6 تغييرات کاهش وزن ميانگين نمونه ها با زمان خشک شدن در دماي 55 درجه و سرعت0.7
متر برثانيه براي يک برگ چاي……………………………………………………………………………………………56
4-7 تغييرات رطوبت (kg/kg) با زمان در سرعت 7/0 متر بر ثانيه براي يک برگ چاي………………57
4-8 تغييرات نسبت رطوبت (بي بعد ) با زمان در سرعت 7/0 متر برثانيه براي يک برگ چاي……….57
4-9تغييرات نسبت رطوبت (بي بعد)بازمان درسرعت هاي متفاوت ودردماي ثابت 35درجه براي
يک برگ چاي…………………………………………………………………………………………………………………..58
4-10تغييرات ln(MR)بازمان در سرعت7/0 متر بر ثانيه ودر سه دماي متفاوت براي يک برگ چاي…………………………………………………………………………………………………………………………………59
4-11 نمودارln(MR)برحسب زمان در دماي 35 درجه و سرعت 0.7متر بر ثانيه براي يک
برگ چاي………………………………………………………………………………………………………………………60
4-12 نمودارln(MR)برحسب زمان در دماي 45 درجه و سرعت 0.7 متر بر ثانيه براي يک
برگ چاي……………………………………………………………………………………………………………………….61
4-13 نمودارln(MR)برحسب زمان در دماي 55 درجه و سرعت 0.7متر بر ثانيه براي يک
برگ چاي……………………………………………………………………………………………………………………….61
4-14 تغييرات رطوبت (kg/kg) با زمان براي توده اي از چاي در سرعت 7/0 متربرثانيه……………67
4-15 تغييرات نسبت رطوبت (بي بعد) با زمان براي توده اي از چاي در سرعت 7/0 متر
برثانيه ……………………………………………………………………………………………………………………………67
4-16 تغييرات رطوبت (kg/kg) با زمان براي توده اي از چاي در سرعت1 متربرثانيه……………….68
4-17 تغييرات نسبت رطوبت (بي بعد) با زمان براي توده اي از چاي در سرعت 1 متر
برثانيه……………………………………………………………………………………………………………………………..68
4-18 تغييرات نسبت رطوبت با زمان در دو سرعت متفاوت ودماي ثابت 55 درجه براي
توده اي از چاي……………………………………………………………………………………………………………….69
4-19چگونگي يادگيري شبکهءFFBP براي يک برگ چاي ،الگوريتم يادگيري LM ،تابع آستانه TANSIG با توپولوژي1-11-4………………………………………………………………………………………….74
4-20مقايسه نسبت رطوبت پيش بيني شده با نسبت رطوبت تجربي در مرحلهء آموزش
براي يک برگ چاي……………………………………………………………………………………………………….75
4-21مقايسه نسبت رطوبت پيش بيني شده با نسبت رطوبت تجربي در مرحلهء ارزيابي براي
يک برگ چاي……………………………………………………………………………………………………………….75
4-22مقايسه نسبت رطوبت پيش بيني شده با نسبت رطوبت تجربي در مرحلهءاعتبارسنجي
براي يک برگ چاي……………………………………………………………………………………………………….76
4-23مقايسه نسبت رطوبت پيش بيني شده با نسبت رطوبت تجربي درکل مراحل براي يک
برگ چاي………………………………………………………………………………………………………………………76
4-24 مقايسه نتايج داده هاي تجربي با خروجي شبکه عصبي براي يک برگ چاي با تعداد
نرون هاي بهينه يازده در لايه پنهان…………………………………………………………………………………..77
4-25 چگونگي يادگيري شبکهءFFBP براي توده اي از چاي ،الگوريتم يادگيري LM ،تابع آستانه TANSIG با توپولوژي1-20-4…………………………………………………………………………………………78
4-26مقايسه نسبت رطوبت پيش بيني شده بانسبت رطوبت تجربي درمرحلهء آموزش براي
توده اي از چاي…………………………………………………………………………………………………………….79
4-27مقايسه نسبت رطوبت پيش بيني شده بانسبت رطوبت تجربي درمرحلهء ارزيابي براي
توده اي از چاي……………………………………………………………………………………………………………..79
4-28مقايسه نسبت رطوبت پيش بيني شده با نسبت رطوبت تجربي در مرحلهء اعتبارسنجي
براي توده اي از چاي…………………………………………………………………………………………………….80
4-29مقايسه نسبت رطوبت پيش بيني شده با نسبت رطوبت تجربي در کل مراحل براي
توده اي از چاي……………………………………………………………………………………………………………80
4-30 مقايسه نتايج داده هاي تجربي با خروجي شبکه عصبي براي توده اي از چاي با تعداد
نرون هاي بهينه بيست در لايه پنهان…………………………………………………………………………………81
4-31مقاديرMSEبراي يک برگ از چاي باالگوريتم يادگيري LMوبرخي ازتوپولوژي هاي
شبکه FFBPو……………………………………………………………………………CFBP83
4-32مقاديرMSEبراي توده اي از چاي باالگوريتم يادگيري LMوبرخي ازتوپولوژي هاي
شبکهFFBPو CFBP………………………………………………………………………………………………………83
فهرست علائم اختصاري
زمان………………………………………………………………………………………………………………………. (min)t
دما…………………………………………………………………………………………………………………………. T (°c)
رطوبت……………………………………………………………………………………………………………… X(kg/kg)
رطوبت اوليه(در لحظه صفر)…………………………………………………………………………………………. X_o
رطوبت تعادلي……………………………………………………………………………………………………………. X_e
نسبت رطوبت…………………………………………………………………………………………… (بدون بعد) MR
سرعت…………………………………………………………………………………………………………………. m/s))V
وزن نمونه در هر لحظه…………………………………………………………………………………………. kg)) M_t
وزن نمونه خشک شده…………………………………………………………………………………………. kg)) M_d
لايه پنهان……………………………………………………………………………………………………………………… Z ورودي لايه مخفي………………………………………………………………………………………………. z _? in?_j
خروجي لايه مخفي………………………………………………………………………………………………………..z_j
ورودي به لايه خروجي……………………………………………………………………………………… y _ ?in?_k
خروجي لايه خروجي………………………………………………………………………………………………….. y_k
باياس در لايه مخفي …………………………………………………………………………………………………… v_oj
باياس در لايه خروجي…………………………………………………………………………………………………w_ok
پس انتشار خطا……………………………………………………………………………………………………………. BP
ورودي شبکه(تجربي)……………………………………………………………………………………………..MR_expi
خروجي شبکه(پيش بيني شده)………………………………………………………………………………….MR_pre
تابع سيگموئيد………………………………………………………………………………………………………….. F(X)
ضريب نفوذ…………………………………………………………………………………………………………. (m/s)D
ثابت تعادل…………………………………………………………………………………………………………………… K
ورودي هاي خطا(دلتا(…………………………………………………………………………………………….. ?_?in?_j
وزن هر نرون……………………………………………………………………………………………………………….. W
خطا……………………………………………………………………………………………………………………………?_k
فصل اول
مقدمه و کليات تحقيق
1-1 مقدمه:
محصولات کشاورزي در مقادير بالا توليد مي شوند ولي بلافاصله مصرف نمي شوند با اين حال بسياري از اين محصولات را مي توان با استفاده از پردازش هاي خاص حفظ کرد.يکي از اين روش ها خشک کردن است .]21[
خشک کردن قديمي ترين روش براي جلوگيري از فساد غذاست .خشک کردن فرآيندي است براي افزايش عمر مفيد محصولات کشاورزي بدون از دست دادن خواص مغذي قبل ازمصرف. خشک کردن به عنوان يک روش کاربردي نگهداري در مقياس صنعتي به منظور به حداقل رساندن فساد بيوشيميائي ،شيميائي و ميکرو بيولوژي با کاهش مقدار آب و فعاليت آب از مواد تعريف ميشود. در فرآيند خشک کردن،آب از درون مواد غذايي توسط نفوذ به سطح مواد به وسيله ي هوا منتقل مي شود و از آنجا به وسيله ي جابجايي به جريان هوا منتقل مي شود .]21،22[
ماده اي که در اين تحقيق مورد مطالعه قرار گرفته است چاي مي باشد .چاي ،بهترين نوشيدني پس از آب است .امروزه چاي دم کرده يکي از پرطرفدارترين نوشيدني هاي غيرالکلي در جهان است وتقريباً مصرف آن هم رديف بامصرف قهوه (کافه)است.]23[
چاي ارزش غذائي فراواني دارد زيرا علاوه بر کافئين و پلي فنول هاي اکسيد شده ،مقاديري مواد پروتئيني وهيدرات هاي کربن نيز دارد و به همين سبب ارزش واقعي گرمازائي يک فنجان چاي حدود 4کيلوکالري (170گرم) است .چاي ويتامين هاي متعددي دارد که جزو ويتامين Bمرکب محسوب مي شوند .چاي بر حسب خشک کردن انواع مختلفي دارد چاي سبز،چاي سياه ونيمه تخميري]5[
مصرف تيانين موجود در چاي، در کاهش ميزان فشارخون بالا مؤثراست.چاي واژه اي است چيني و در گويش چيني جنوبي چاي تلفظ مي شود وبا همان تلفظ چاي وارد زبان فارسي شده است.در گويش چيني شمالي،تي تلفظ مي شودو ارتفاع آن گاهي تا8 متر مي رسد.چاي تقريباً بدون چربي است وداراي طعمي کمي تلخ و گس است ومهم ترين خواص آن عبارتند ازضدافسردگي ضدقند خون،ضد باکتري ،ضد سرطان ،ضد ويروس ،مقوي قلب،محافظ کبد ،کاهنده ي پرفشاري خون ،کاهش دهنده ي چربي خون ،کاهش دهنده ي تري گليسيريد و جلوگيري از پوسيدگي دندان]4[
1-2تاريخچه پيدايش چاي
بر اساس قوانين بين المللي ،نامگذاري گياهي ،نام علمي صحيح چاي ،کامليا سينن سيس Camellia sinen sis ميباشد ،بدين ترتيب تمام انواع چاي را متعلق به يک گونه ميدانستند که در آن دو واريته1 به نام چاي چيني شناخته شده بود ،متعاقب اين اقدامات Kitamura در سال 1950 واريته چيني راCamellia sinen sis Var sinensis و واريته آسامي را Camellia sinensis Var assamia نام گذاري نمود.آنچه براي چايسازي کشت مي شوند عبارتند از چاي آسامي ،چاي چيني،چاي کامبوجي.]1[
چاي در چين از زمان هاي بسيار دور مورد استفاده قرار مي گرفته است وشهرتش متوجه اين کشور مي باشد . چاي در چين قبل از تاريخ مسيح شناخته شده است ،داستان اکتشاف اتفاقي چاي بدين شرح است که زماني يک دانشمند دوره ي باستان مشغول جوشاندن آب براي غذاي بعدازظهرش بود که ضمن قراردادن هيزم درآتش(شاخه ها يي از يک بوته چاي ) مقداري از برگهاي شاخه ،داخل ظرف آب افتاد ،پس از اينکه اين شخص جرعه اي از آن رانوشيد احساس نشاط به اودست داد که تأثيرآن اورا وادار به استفاده مداوم از اين نوشيدني نمود .از اين رو ،اين دست يافته،دست به دست گشت تا اينکه در سراسرکشور رواج يافت.
براي اولين بار توسط کينگ لونگ درقرن 4، خواص پزشکي اين گياه کشف و بررسي شد.در ابتدا ،چاي بين عوام مرسوم نبود و به عنوان نوعي دارو در طبقات بالاتر اجتماع مورد مصرف قرار مي گرفت .
پس از اينکه ويکويو،طرز تهيه چاي را به مرحله ي اجرا در آورد اين نوشيدني به تدريج از طبقات بالاتر به عوام انتقال يافت .مصرف سالانهء جهان در حدود چهار ميليون تن مي باشد که 70% آن را چاي سياه و 30% آن را چاي سبز تشکيل مي دهد . ]5[
1-3مشخصات گياه شناسي
چاي ،گياهي است از شاخه نهاندانگان2،يک پايه و از رده دولپه اي ها واز راسته پارتيال و از خانواده تياسه وجنس کامليا، خزان ناپذير و هميشه سبز که در حالت طبيعي خود به صورت ديپلوئيد مي باشد .چاي در مناطقي که هواي گرم داشته باشد رشد مي نمايد ،از اين نظرميتوان چاي را از لحاظ سازگاري با اقليم، گياهي گرمسيري به حساب آورد.چاي که به زبان انگليسي teaو به زبان چيني tay،chai ناميده ميشود به صورت درخت يا درختچه است و مخصوص مناطق استوايي و يا اطراف آن است .]1[
گل چاي که در شکل2-1نشان داده شده است به صورت تک تک يا دوتايي و گاهي به صورت دسته هاي پنج تايي ديده مي شوند. رنگ گلها سفيد است و کاسه گل براق و داراي 5-7کاسبرگ است.گلبرگ ها به تعداد 5تا7 و به شکل بيضي و محدب به خارج است و در پايه با هم وبا پرچم متصلند .تعداد زيادي پرچم و تخمدان وجود دارد.]1[
شکل1-1 :گل چاي کامليا[1]
1-4ترکيبات چاي
چاي دم کرده نه تنها داراي طعم وبوي خاصي است،آن هم چنين اثرات فيزيولوژيکي وعملکردي فراواني دارد.باتوجه به ترکيباتي که درون آن وجود دارد مانند پلي فنول ها(اصطلاحي است جامع و شامل تعداد زيادي ازترکيبات آلي معطر يا سري بنزن )،آمينواسيدها ويتامينها،کربوهيدرات ها ،کافئين وتيانين ها.
زماني که چاي با غلظت مناسب دم بکشد ،تنها محتوي نيمي از کافئين يک فنجان قهوه است فعالترين ترکيبات موجود در چاي ،پلي فنول ها هستند که خواص درماني چاي ،ناشي از وجودآنهاست.]23[
غلظت ترکيبات شيميائي در برگهاي جوانتر براي توليد چاي سياه ،ايده آل است . برگهاي ضخيم تر و ساقه ها داراي غلظت کمتري از آنزيمها و ساير ترکيبات مي باشد ،اين مطلب بيانگر اين است که برگهاي خيلي ضخيم و خشبي براي توليدچاي سياه استاندارد مناسب نيست.]1[
1-5چگونگي پرورش آن در ايران
کشت چاي در ايران به وسيله حاج محمدحسين اصفهاني در سال 1261 هجري شمسي مقارن با سلطنت ناصرالدين شاه آغاز گرديد ولي به عللي رواج نيافت .سرفصل شروع کشت چاي در ايران در سال 1279 هجري شمسي به همت و کوشش شخصي به نام محمد ميرزا ملقب به کاشف السلطنه ارتباط دارد ودر واقع نامبرده ، باني کشت چاي در ايران مي باشد .
در ابتداي توسعه کشت چاي، کارخانه اي وجود نداشت و کشاورزان با وسايل بسيار ساده و ابتدائي و با دست ،برگ سبز چاي را تبديل به چاي خشک مي نمودند .به تدريج با توسعه سطح زير کشت و افزايش محصول، دولت درصدد احداث کارخانه بر آمد ودر سال 1311 شمسي اولين کارخانه چايسازي در شهر لاهيجان (کارخانه کنوني فجر لاهيجان )احداث شد و پس از آن نيز هفت کارخانه دولتي ديگر در مناطق مختلف چايکاري ومتعاقب آن چندين کارخانه ديگر توسط بخش خصوصي احداث گرديد.]1[
1-6 ارقام چاي قابل کاشت در ايران
چاي گياهي است که در همه نوع آب وهوا به شرط عدم وجود خشکي هاي فوق العاده و همچنين عدم وجود سرماي زياد رشد مي نمايد .اين گياه در جهان از ارتفاع 2 متر سطح زير درياي آزاد تا ارتفاع 2500متر از سطح دريا قابل رويش مي باشد . ارقام چاي موجود در ايران از نوع هيبريدهاي چيني وآسامي است که با شرايط آب و هواي شمال کشور سازگاري پيدا نموده اند و اصولاً نوع چيني گياه چاي به علت هماهنگي بيش تر با شرايط جوي در شمال ايران انتشار يافته است .
1-7 کاشت چاي
جهت احداث باغ چاي مي بايستي وضعيت منطقه ، مورد مطالعه قرار گرفته و در انتخاب مکان براي چايکاري بايد به شرايط آب و هوايي و وضعيت خاک دقيقاً توجه نمود چه آنکه چاي گياهي است دائمي و وقتي يکبار کشت گردد ميتواند تا حدود يکصد سال عمر نمايد .
در حاشيه درياي خزر به علت رطوبت نسبي بالا و پوشش ابر مداوم ، کمي ارتفاع ، دماي هواي معتدل وچون دامنه گرماي آن محدود ميباشد وداراي تابستان هاي گرم و مرطوب (شرجي)و زمستانهاي معتدل است ويخبندان طولاني به ندرت اتفاق مي افتد بنا براين اين منطقه ازلحاظ آب و هوايي ،منطقه اي مناسب جهت کشت چاي مي باشد. مناطق چايکاري ايران منحصراً در شمال کشور وحدود 85 درصد از باغات چاي در استان گيلان که داراي آب وهواي معتدل خزري است و مابقي در استان مازندران قرار دارد .
1-7-1 عوامل موثر در رويش گياه چاي
1-7-1-1 درجه حرارت
يکي از عوامل مؤثردر آب و هواي منطقه کشت چاي ،درجه حرارت محيط است چنانچه بررسي ها نشان مي دهد اگر اختلاف درجه حرارت در ماه هاي گرم سال با ماه هاي سرد سال بيش تر از 11 درجه باشد بوته هاي چاي داراي يک دوره توقف رشد خواهند بود و يا رشد آنها کمترخواهد بود. حداقل رطوبت نسبي براي رشدچاي 65 الي 70 درصد ، حداکثر 90 الي 95 درصد و حداقل درجه حرارت در طي دوره برداشت 10 و حداکثر 32 درجه سانتيگراد مي باشد .
1-7-1-2 نور
علاوه بر درجه حرارت ،نور نيز در رشد گياه چاي اهميت زيادي دارد .در ايران در طي دوره برداشت اگر حرارت و رطوبت کافي و نور لازم براي رشد گياه تأمين باشد به فاصله هر 10 الي 12 روز يک بار جوانه ها آماده برگ چيني مي شوند .
2-7-1-3 ميزان آب
حداقل بارندگي سا لانه که براي کشت موفقيت آميز چاي کافي شمرده مي شود درحدود1200 ميليمتر مي باشد . چاي همانند ساير گياهان به آب کافي نياز دارد .بهترين روش آبياري باغات چاي سيستم آبياري باراني است وهمچنين چاي نياز به هواي گرم و مرطوب دارد و هرچه رطوبت بيش تر باشد محصول بيش ترخواهد شد.
1-7-1-4 کود
با توجه به محصول چاي که شاخساره هاي3 لطيف و آبدار (يک غنچه انتهايي و دو يا سه برگ پاييني) مي باشد و دفعات برداشت ( دورهاي برگ چيني ) گياه چاي ،ضرورت مقدار و نحوه استفاده از کودهاي ازته حائز اهميت مي باشد .کود مورد مصرف در تمام دنيا براي چايکاري ، کودهاي اسيدزاي سولفات آمونيوم ،سولفات پتاسيم و سوپر سولفات است .عامل و عنصر کودي براي افزايش محصول چاي ازت است .عموماً کود ازته مصرفي در باغ هاي چاي ايران ،اوره با 46% ازت مي باشد .]1[
1-8 برداشت محصول(برگ چيني):
برگ چيني يکي از مهمترين عمليات در کشت و تهيه چاي است که ميزان محصول نيز بستگي زيادي به آن دارد . حدود 42 درصد از عمليات توليد برگ سبز چاي به برگ چيني اختصاص دارد و اين امر نشانگر اهميت اين بخش از فعاليت هاي زراعي در افزايش کيفيت محصول است .
براي چايسازي فقط بايد از جوانه هاي لطيف ، جوان و شاداب استفاده نمود ،بدين جهت در موقع برگ چيني بايد منحصراً جوانه هايي راچيد که در فاصله معين در سطح بوته ظاهر مي شود . در هر دوره برگ چيني بايستي توجه گردد که تعدادي از برگهاي مغذي در روي بوته باقي بماند چون اين برگها حداکثر عمليات فتوسنتز را انجام مي دهند . هر چه تعداد آنها بيش تر باشد به مثابه افزايش واحد هاي غذاسازي بوته مي باشد .
در برداشت، اصولي است که بايد مورد توجه و دقت نظر قرار بگيرد که يکي از آنها ،سطح برگ چيني ميباشد که بايستي يکدست باشد تا کار به آساني انجام بگيرد . مسئله بعدي ارتفاع برگ چيني است که خود مسئله مهمي است .تجربيات نشان مي دهد که ارتفاع برگ چيني حدود 70 سانتي متر،مناسب بوده و کار را براي کارگران راحت تر مي کند وديگري باقي گذاشتن برگهاي مغذي و نگهدارنده بوته است که از برداشت آنها بايستي خودداري کرد زيرا آنها در واقع واحد غذاسازي بوته هستند ومناسب ترين روش برگ چيني به وسيله دست است .
معمولاً برگ چيني در ايران فقط در 6 ماه از سال انجام ميشود زيرا به علت کوتاه بودن طول روز و توأم با کاهش درجه حرارت در اوايل پاييز، رشد متوقف مي شود . برگ چيني از اوايل ارديبهشت که پس از عمل هرس، جوانه در روي ساقه ظاهر مي شود به تدريج انجام ميشود ، اگر جوانه هاي آماده براي برداشت به موقع برگ چيني نشوند ساقه به تدريج چوبي شده و از لطافت و مرغوبيت برگها کاسته مي شود واگر نور وحرارت و رطوبت (شرايط جوي) مساعد باشد هر 10-12 روز يک بار مي توان برگ چيني نمود .
1-8-1انواع برداشت (چين)
در ايران برداشت محصول در سه چين عمده بهاره ،تابستانه و پاييزه صورت مي گيرد .
چين بهاره
چين بهاره که از اوايل ارديبهشت ماه آغاز و تا پايان خرداد ماه ادامه دارد از نقطه نظر لطافت و عطر و طعم چاي استحصالي معروف است .به طور کلي 45 درصد کل محصول ساليانه در فصل بهار به دست مي آيد.
چين تابستانه
چين تابستانه که بلافاصله پس از دوره استراحت بهاره آغاز ميشود و از اواسط تير ماه آغاز وتااواخر شهريورماه ادامه دارد.48 درصد کل محصول ساليانه درطي اين برداشت جمع آوري ميگردد و بهترين چاي (زرين و پررنگ ) در سال در طي فصل تابستان به دست مي آيد.
چين پاييزه
برداشت پائيزه که از اوايل مهر ماه تا اوايل آبان ماه ادامه دارد به علت سرد شدن هوا ،مدت چين کوتاه و جوانه ها عموماً کوچک ،سبک و مقدار آن کمتر از دو چين ديگر است وازنظر کمي و کيفي نسبت به دو چين ديگر داراي ارزش کمتري است . به طور کلي در اين مدت بين 6-7 درصد کل محصول ساليانه برداشت مي شود .]1[
1-8-2 طول مدت برداشت( دوره برگ چيني )
شاخساره(شکل 1-2) که شامل يک غنچه و دو برگ است و از درختچه چاي چيده مي شود درفصل ها وماه هاي مختلف سال داراي رطوبت متفاوتي است.]24[
محصول چاي حاصل رشد سرشاخه هاي جوان بوته هاي چاي است که در فواصل زماني معين و با توجه به شرايط جوي برداشت مي شود .چنانچه شرايط جوي مناسب و رطوبت نيز به مقدار کافي در مناطق چايکاري شمال کشور تأمين باشد به فاصله هر 10الي 12 روز يک بار جوانه ها مجدداً آماده برگ چيني مي شوند .
در جنوب هند و سريلانکا و کشور هاي آفريقائي که از خط استوا زياد دور نيستند به علت کم بودن اختلاف حداکثر و حداقل حرارت ساليانه ،دوره بهره برداردي و توليد برگ سبز طولاني تر بوده و تقريباً در طول 12 ماه از سال مي توان محصول برداشت کرد. در صورتي که در کشورهايي مانند ايران، ژاپن ، چين ، شوروي و ترکيه به علت اختلاف بيشتر بين حداکثر و حداقل درجه حرارت ساليانه،طول مدت برداشت محصول در سال حدود 6-7 ماه است .دوره هاي برگ چيني به طور عمومي در طول آب و هواي مرطوب کوتاهتر و در آب و هواي خشک طولاني ترهستند.
شکل1-2 :نمايي از يک شاخساره[1]
1-9 نکاتي براي داشتن چاي مطلوب
متأسفانه در سال هاي اخير افزايش ميزان برگ سبز برداشت شده از باغ هاي چاي کشور حالت تصنعي داشته و همراه با افت کيفيت بوده است .برداشت نادرست محصول چاي سبب گرديده که نه تنها بوته هاي چاي دچار آسيب جدي شوند بلکه برگي روانه کارخانه مي گردد که داراي ساقه هاي خشکيده و برگ هاي خشبي و پير گياه است . بديهي است که براي توليد يک محصول استاندارد و ارائه چاي با کيفيت ،بايد ماده خام ( برگ سبز) مناسبي فراهم نمود .
از آنجا که چاي نوشيدني مورد علاقه اکثر مردم است براي تهيه يک چاي خوب کارهاي مختلفي بايد انجام شود . يکي ازمهم ترين اين کارها ،چيدن برگهاي چاي و بردن آنها به کارخانه چايسازي است .اگر در اين کار دقت نشود برگ سبز چاي صدمه ديده وتا رسيدن به کارخانه ضايع مي شود . از برگهاي آسيب ديده هم نمي توان چاي خوبي آماده کرد .برگ سبز چاي از لحظه چيدن تا بردن به کارخانه ممکن است آسيب ببيند .در سه مرحله ممکن است اين اتفاق بيفتد .
برگ چيني
در مرحله ي برگ چيني اگر شاخساره ها ي چيده شده به جاي آنکه تک تک برداشت شوند، مشت مشت و با هم چيده شوند برگ هاي لطيف آسيب مي بينند . کارگران برگ چين تعداد زيادي شاخساره را در دست نگه مي دارند تادر زمان کمتر،برگ بيش تري چيده باشند با اين کار ،برگها بر اثر فشار آسيب مي بينندومواد شيميايي درون آنها که باعث ايجاد عطر وطعم در چاي خشک ميشود از بين مي رود .هم چنين وقتي سبد برگ چيني مناسب نباشد.
در مرحله جمع آوري برگهاي چيده شده
چايکاران بعد از برگ چيني ،برگها را روي زمين پخش مي کنند تا آن ها را داخل کيسه ها يا زنبيل هاي مخصوص حمل برگ بريزند و به کارخانه ببرند.اگردر اين شرايط برگ ها ، مدتي درمعرض تابش آفتاب قرار بگيرند ،تاحدي پلاسيده مي شوند .همچنين ممکن است ريختن وجمع کردن برگ ها از روي زمين باعث مخلوط شدن سنگ ريزه و مواد ديگر با برگ هاي چاي شود .
بعضي اوقات مقدار زيادي برگ را با فشار درون کيسه ها جاي مي دهند و با اين کار مانع ورود هوا به درون کيسه وزخمي شدن برگ ها مي گردند ،در اين صورت دما در داخل اين کيسه ها بالا مي رود که اگر مراقبت نکنند باعث داغ زدگي و قرمز شدن برگ ها خواهد شد .حداکثر دماي داخل اين کيسه ها نبايد از 35 درجه سانتي گراد بيش تر شود .
اضافه کردن آب به برگها در اين مرحله براي ايجاد شادابي ظاهري در برگها ياجبران کاهش وزن کيسه ها در کارخانه ، اشتباه بزرگي است که هم چاي را آلوده مي کند و هم ضرراقتصادي آن از خريد چند کيسه يا کسر وزن برگها بيش تر است .
در مرحله حمل ونقل برگهاي چاي به کارخانه
چون اکثر باغ هاي چاي در نقاط مختلف پراکنده هستند(70درصد از باغ هادر مناطق کوهپايه قرار دارند) و مساحت آنها کوچک است ،توجه به شرايط وسيله نقليه ،کيسه هاي حمل برگ ،مسافت ومقدار برگي که بارگيري مي کنند در آسيب ديدن برگها مهم است .
اگر کيسه هاي حمل برگ را به تعداد زياد روي هم قرار دهند يا آنها را به صورت فله روي سطح بارگيري وسيله نقليه بريزند به برگها به شدت آسيب واردمي شود.بايستي توجه کرد کيسه هاي حمل برگ ، زبر وبدون منفذ نباشد .
گاهي رقابت بر سر حمل برگهاي چاي باعث مي شود مقداري از برگها بعد از گذشت زمان طولاني به کارخانه برسند و شادابي و طراوت خود را از دست بدهند ،به اين ترتيب وقت و هزينه سوخت وسيله نقليه هدر مي رود .ضمن اين که کارخانه چاي سازي مجبور مي شود بيش تراز ظرفيت خود برگ تحويل بگيرد و نتواند چاي خوبي بسازد .]1[
1-10 خشک کردن
هدف اصلي از خشک کردن مواد اين است که بتوان آنها را براي مدت طولاني تري ذخيره کرد وامکانات بسته بندي را به حداقل رساندوهم چنين کاهش وزن آن است.
يکي از روش هاي قديمي خشک کردن ،خشک کردن در فضاي باز به کمک خورشيد بود که براي خشک کردن سبزيجات ،ميوه ها وساير محصولات کشاورزي استفاده مي شد.اما اين روش همواره براي توليد در مقياس بزرگ مناسب نبود ومشکلات بسياري وجود داشت که مهم ترين آنها،نداشتن توانايي کنترل کردن کامل عمليات خشک کردن،طولاني بودن زمان خشک کردن ،آب وهواي نامعلوم ،هجوم حشرات و مخلوط شدن با گردوغبار وساير مواد خارجي بود .اما امروزه فرآيند خشک کردن صنعتي اين مشکلات را برطرف کرده است.]22[
خشک کردن به عنوان يک فرآيند حذف رطوبت به دليل انتقال همزمان جرم وحرارت ،تعريف مي شود .اين فرآيند پيچيده به عامل هاي متفاوتي مانند سرعت و دماي هوا ،رطوبت نسبي هوا،شدت جريان هوا،ماهيت فيزيکي وميزان رطوبت اوليه مواد خشک شونده بستگي دارد .]3[
در طي عمل خشک کردن مواد،که فرآيندي پيچيده است ، انتقال حرارت و جرم به صورت همزمان در داخل مواد جامد و در لايه ي مرزي عامل خشک انجام مي شود. در حالت کلي شرايط خارجي و ساختار داخلي مواد تري که خشک مي شوند ، اثر مهمي در عمل خشک کردن دارند.اين عوامل در مراحل مختلف خشک کردن ، اثر متفاوتي دارند.فرآيند خشک کردن معمولاً به معني تبخير رطوبت مواد است.]3[
سينيتيک خشک شدن درباره ي تغييرات زماني مقادير متوسط رطوبت و درجه حرارت ماده بحث مي کند. سينيتيک خشک شدن،مقدار رطوبت تبخيرشده ،زمان خشک شدن ،انرژي مصرفي وساير مشخصات راتا حدامکان فقط به کمک خواص فيزيکي – شيميايي مواد تعيين مي کند.
شدت خشک شدن که منعکس کننده تغييرات مقداررطوبت ماده نسبت به زمان است، شديداً تحت تأثير پارامتر هايي ازفرآيند خشک شدن، ماننددرجه حرارت، رطوبت وسرعت هوا ميباشد.]3[
گرم کردن مواد تر شديداً به سينتيک خشک کردن بستگي دارد . حرارت داده شده به موادي که بايد خشک شوند عموماً از طريق جابجايي ،هدايتي و تشعشعي تأمين مي شود وبراي تبخير رطوبت و بالابردن درجه حرارت مواد مصرف مي شود .
مقدار رطوبت مواد در فرآيند خشک کردن و به خصوص رطوبت نهايي ، يکي از پارامترهاي بسيار مهم در فن آوري خشک کردن است . کم خشک شدن مواد ممکن است باعث تشکيل کپک،رشد باکتريها و کلوخه شدن ذرات شود و بيش از حد خشک کردن ممکن است باعث از بين رفتن کيفيت مواد و مصرف زيادانرژي گردد.
آگاهي از رفتارخشک کردن،در طراحي،شبيه سازي وبهينه سازي فرآيندخشک کردن اهميت دارند.]3[
1-10 -1 انواع چاي
قبل از بررسي مراحل خشک کردن چاي ،مختصري در مورد انواع چاي توضيح ميدهيم.چاي براساس نحوه ي خشک کردن به چنددسته تقسيم ميشود.
1-چاي سبز2-چاي نيمه تخميري43-چاي سياه .اختلاف بين نوع چاي ،نه به خاطر انواع آن ها ،بلکه بيش تر براساس مراحل خشک کردن آن است.چاي سبز ،چاي بدون تخميربوده که رنگ آن بدون ترديد سبز بوده ، به جهت اينکه کلروفيل آن توسط آنزيم تجزيه نشده است .لذا چاي سبز بدون استفاده از آنزيم توليد مي شود.



قیمت: تومان


پاسخ دهید