توصيفگر ها :
طيفسنج , چغندرقند , حداقل مربعات جزئي , عيار , ساكارز , پيشپردازش , مشتق اول
چكيده فارسي :
سالانه مقادير زيادي از قند و شكر در جهان با استفاده از چغندرقند توليد ميشوند كه اين نشاندهنده اهميت بسيار بالاي اين محصول است. مهمترين مؤلفه كيفي چغندرقند مقدار ساكارز موجود در آن است. روشهاي مرسوم براي اندازهگيري مقدار ساكارز چغندرقند زمانبر بوده و براي انجام آنها از مواد شيميايي مانند استات سرب و سولفات آلومينيوم استفاده ميشود كه از عوامل توليد پسماند خطرناك هستند. اين در حالي است كه روشهاي تشخيص عيار به صورت غيرمستقيم بسيار سريع بوده و باعث توليد پسماند نميشوند. يكي از اين روشها كه امروزه براي تعيين سريع و غيرمخرب كيفيت محصولات كشاورزي استفاده ميشود، روش طيفسنجي Vis/NIR است. اين روش توانايي بررسي خواص دروني و ظاهري محصولات كشاورزي را به صورت غيرمستقيم دارد. در اين پاياننامه تعداد 362 نمونه خمير چغندرقند از شركت قند اصفهان تهيه شد. در مرحله اول عيار نمونهها درون كارخانه با روش مرسوم عيارسنجي اندازهگيري شد. در ادامه نمونهها براي طيفگيري به آزمايشگاه غيرمخرب گروه مهندسي بيوسيستم منتقل شدند. سامانه طيفسنجي Vis/NIR استفاده شده در اين پژوهش شامل منبع نور (2 لامپ هالوژن)، فيبرنوري، ديمر، طيفسنجهاي Vis/SWNIR و NIR و رايانه قابل حمل بود. طيفسنج Vis/SWNIR استفاده شده در اين سامانه از نوع CCD و با قدرت تفكيك 2/0 نانومتر و طيفسنج NIR استفاده شده از نوع سنسور نقطهاي و با قدرت تفكيك 9 نانومتر بود. طيف نمونهها در سه بازه طيفي 400-1100، 950-1650 و 1650-400 نانومتر جمعآوري شد. پس از جمعآوري دادههاي طيفي، دادهها با استفاده از نرمافزار Unscramble x مورد تحليل و ارزيابي قرارگرفتند. براي آمادهسازي اطلاعات، پيشپردازشهاي مختلفي بر روي دادهها اعمال شد و از بهترين پيشپردازش براي مدلسازي در هر بازه طيفي استفاده شد. از روش حداقل مربعات جزئي (PLS) براي توسعه مدلهاي پيشگوي ساكارز استفاده شد. نتايج نشان داد كه پيشپردازش مشتق اول، بهترين پيشپردازش براي توسعه مدلهاي پيشگوي ساكارز در هر سه بازه طيفي بود. بهترين مدل در بازه طيفي 1100-400 نانومتر منجر به ضريب همبستگي (rp ) برابر 777/0، ريشه ميانگين مربعات خطا (RMSEP) برابر 87/0 (°Z) و انحراف پيشگوي باقيمانده (RPD)برابر 18/2 شد كه نشاندهنده توانايي بسيار خوب مدل پيشگوي ساكارز است. بهترين مدل در بازه طيفي 1650-950 نانومتر با rp برابر 573/0، RMSEP برابر 10/1 (°Z)و RPD برابر 72/1 همراه بود كه نشاندهنده توانايي قابل قبول مدل ساخته شده است. بهترين مدل PLS در تخمين ساكارز زماني بدست آمده كه از تركيب دادههاي دو طيفسنج (بازه طيفي 1650-400 نانومتر) براي ساخت مدل استفاده شد. مدل PLS مربوطه به همراه پيشپردازش مشتق اول توانست ميزان ساكارز را با rp برابر 817/0، RMSEP برابر 82/0 (°Z)و RPD برابر 32/2 و با يك عملكرد بسيار خوب پيشگويي كند.
چكيده انگليسي :
Vis/NIR spectroscopy is considered one of the methods used to quickly and non-destructively determine the quality of agricultural products. This method can check the internal and external properties of agricultural products indirectly. On the other hand, a large amount of sugar is produced annually in the world using sugar beet, indicating the high importance of this product. The most important quality component of sugar beet is its sucrose content. Conventional methods for measuring the sucrose content in sugar beet are time-consuming and need consuming chemical substances such as lead acetate and aluminum sulfate, regarded as dangerous waste factors. In this study, the feasibility on Vis/NIR spectroscopy was assessed in the fast determination of sucrose content in sugar beet juice. A total of 362 sugar beet juice samples were collected from Isfahan Sugar Company. In the first step, the sucrose content of the samples was measured by the conventional method. Next, the samples were transferred to the non-destructive laboratory of the Biosystems Engineering Department for spectrometry. The Vis/NIR spectroscopy system used in this study included a light source (2 halogen lamps), optical fiber, dimmer, Vis/SWNIR and NIR spectrometers, and a portable computer. The Vis/SWNIR spectrometer was a CCD-type PDA spectrometer with a resolution of 0.2 nm, and the NIR spectrometer was a point-sensor type with a resolution of 9 nm. The spectra of the samples were collected in three spectral ranges: 400-1100, 950-1650, and 400-1650 nm. After collecting the spectral data, the data were analyzed and evaluated using Unscramble x software. To prepare the data, various pre-processing methods were applied and the best pre-processing was used for modeling in each spectral range. The partial least square (PLS) method was used to develop sucrose prediction models. The results showed that the first derivative preprocessing was the best pretreatment for the development of sucrose prediction models in all three spectral ranges. The best model in the spectral range of 400-1100 nm resulted in a correlation coefficient (rp) of 0.777, root means square error (RMSEP) of 0.87, and residual predictive deviation (RPD) of 2.18, indicating a very good ability of sucrose predictive model. The best model in the spectral range of 950-1650 nm led to an rp of 0.573, RMSEP of 1.10, and RPD of 1.72, indicating the acceptable ability of the built model. The best PLS model in sucrose prediction, however, was obtained by the combination of data from two spectrometers (spectral range 400-1650 nm) as the input to the models. The corresponding PLS model along with the first derivative preprocessing was able to predict the sucrose content with an rp of 0.817, RMSEP of 0.82, and RPD of 2.32 with a very good performance.