پایش رنگ و مدل‌سازی پیش‌بینی‌کننده برش‌های خرمای شاهانی طی خشک‌کردن به روش الکتروهیدرودینامیک

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی انگلیسی

نویسندگان

سید سعید محتسبی ¹

مهدی مرادی ^{2، 3}

مهدی کرامت جهرمی ³

¹ گروه مهندسی ماشین‌های کشاورزی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

² گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

³ بخش مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

https://doi.org/10.22067/jam.2026.100880.1527

چکیده

این پژوهش با هدف بررسی اثر دمای خشک‌کردن، سرعت هوا و زمان خشک‌کردن بر تکامل رنگ برش‌های خرمای شاهانی طی خشک‌کردن به روش الکتروهیدرودینامیک (EHD) همراه با جابه‌جایی اجباری انجام شد. آزمایش‌های خشک‌کردن در دماهای 25، 35 و 60 درجه سلسیوس و سرعت‌های هوای 0.5، 1.0 و 1.5 متر بر ثانیه تا رسیدن رطوبت محصول به حدود 12 درصد (بر پایه تر) انجام شدند. یک سامانه بینایی ماشین برخط، مختصات رنگ CIELAB شامل روشنایی (L*)، قرمزی (a*) و زردی (b*)، اختلاف کلی رنگ (ΔE)، کروما، زاویه فام و شاخص قهوه‌ای شدن (BI) را در طول خشک‌کردن پایش کرد. به‌منظور تسهیل مقایسه تغییرات رنگ نسبت به حالت اولیه، از مقادیر نسبی روشنایی (L*/L₀)، قرمزی (a*/a₀)، زردی (b*/b₀) و شاخص قهوه‌ای شدن (BI/BI₀) استفاده شد. اثرات اصلی و متقابل متغیرهای خشک‌کردن با استفاده از مدل‌های خطی آمیخته و مدل‌های رگرسیون چندجمله‌ای برای پیش‌بینی توسعه یافتند. با افزایش دما و سرعت هوا، زمان خشک‌کردن به‌طور محسوسی کاهش یافت و کوتاه‌ترین زمان در دمای 60 درجه سلسیوس و سرعت هوای 1.5 متر بر ثانیه به‌دست آمد. تکامل رنگ وابسته به زمان و اختصاصی هر پارامتر بود؛ به‌طوری‌که مقادیر L*/L₀ و b*/b₀ عموماً کاهش یافتند، در حالی‌که قرمزی نسبی، ΔE و BI/BI₀ افزایش یافتند. اثرات متقابل معنی‌دار نشان دادند که اثر شرایط خشک‌کردن بر پاسخ‌های رنگی با مرحله خشک‌کردن تغییر می‌کند. مدل‌های پیش‌بینی‌کننده مبتنی بر نسبت رطوبت (MR)، دما و سرعت هوا، در مجموعه اعتبارسنجی مقادیر R² بین 0.8717 تا 0.9490 را به‌دست آوردند و مقادیر متناظر RMSE و MAE به‌ترتیب در محدوده 0.00292–0.06375 و 0.00226–0.05148 بودند. این نتایج نشان‌دهنده ظرفیت ترکیب پایش برخط رنگ با مدل‌های قابل تفسیر برای پایش غیرمخرب فرایند و بهینه‌سازی آتی خشک‌کردن به روش الکتروهیدرودینامیک است.

کلیدواژه‌ها

بینایی ماشین

تکامل رنگ

رگرسیون چندجمله‌ای

نسبت رطوبت

موضوعات

• مهندسی پس‌ از برداشت، و فرآوری محصولات کشاورزی

---

Authors retain the copyright. This is an open access article distributed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0)

مراجع

1.      Al Faik, M. A., Roy, M., Azam, M. S., Ahmmed, R., Hoque, M. M., & Alam, M. M. (2024). Comprehensive study on potato drying in convective air dryer: Experimental observations, mathematical modeling, and model validation. Measurement: Food, 14, 100170. https://doi.org/10.1016/j.meafoo.2024.100170

2.      Anukiruthika, T., Moses, P. J., & Anandharamakrishnan, P. C. (2021). Electrohydrodynamic drying of foods: Principle, applications, and prospects. Journal of Food Engineering, 295, 110449. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2020.110449

3.      Azizi Ishkooh, S. A., Zareiforoush, H., & Bakhshipour, A. (2025). Towards smart fruit dryers: Integrating machine vision and response surface methodology for multi-objective monitoring and optimization of kiwifruit drying process. Applied Food Research, 5(1), 100988. https://doi.org/10.1016/j.afres.2025.100988

4.      Bhattacharjee, S., Mohanty, P., Sahu, J. K., & Sahu, J. N. (2024). A critical review on drying of food materials: Recent progress and key challenges. International Communications in Heat and Mass Transfer, 158, 107863. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2024.107863

5.      Bulantekin, Ö., & Kuşçu, A. (2024). Evaluation of microwave vacuum drying combined with explosion puffing drying and compared with microwave vacuum drying and hot-air drying by the quality of the dried apple slices. Cogent Food & Agriculture, 10(1), 2404699. https://doi.org/10.1080/23311932.2024.2404699

6.      Chen, C., & Pan, Z. (2023). An overview of progress, challenges, needs and trends in mathematical modeling approaches in food drying. Drying Technology, 41(16), 2586–2605. https://doi.org/10.1080/07373937.2023.2207636

7.      Dajbych, O., Kabutey, A., Mizera, Č., & Herák, D. (2023). Investigation of the effects of infrared and hot air oven drying methods on drying behaviour and colour parameters of red delicious apple slices. Processes, 11(10), 3027. https://doi.org/10.3390/pr11103027

8.      Elwakeel, A. E., Wapet, D. E. M., Mahmoud, W. A. E. M., Abdallah, S. E., Mahmoud, M. M., Ardjoun, S. A. E. M., & Tantawy, A. A. (2023). Design and implementation of a PV-integrated solar dryer based on internet of things and date fruit quality monitoring and control. International Journal of Energy Research, 2023(1), 7425045. https://doi.org/10.1155/2023/7425045

9.      Getahun, E., & Ebissa, D. T. (2024). Investigation of optimal drying conditions of red chili peppers in a hot air cabinet dryer. Case Studies in Thermal Engineering, 59, 104586. https://doi.org/10.1016/j.csite.2024.104586

10.  Gonçalves, E. M., Pereira, N., Silva, M., Alvarenga, N., Ramos, A. C., Alegria, C., & Abreu, M. (2023). Influence of air-drying conditions on quality, bioactive composition and sensorial attributes of sweet potato chips. Foods, 12(6), 1198. https://doi.org/10.3390/foods12061198

11.  Guan, P., Ding, C., Lu, J., Bai, W., Liu, J., Lian, J., ... & Jia, Y. (2024). Influence of electrohydrodynamics on the drying characteristics, microstructure and volatile composition of apricot abalone mushroom (Pleurotus eryngii). Current Research in Food Science, 9, 100856. https://doi.org/10.1016/j.crfs.2024.100856

12.  Hadibi, T., Mennouche, D., Boubekri, A., Arıcı, M., Wang, Y., Li, M., ... & Shirkole, S. S. (2024). Experimental investigation, performance analysis, and optimization of hot air convective drying of date fruits via response surface methodology. Renewable Energy, 226, 120404. https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.120404

13.  Ham, J. C., Alawi, A., Rizki, Z., Boom, R. M., Garbin, V., Padding, J. T., & Schutyser, M. A. (2024). A multi-scale analysis on electrohydrodynamic drying technology for bio-based & food products. Trends in Food Science & Technology, 151, 104634. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2024.104634

14.  Han, G., Luo, C., Liu, X., Li, Y., Cheng, Y., Huang, S., & Huang, D. (2025). Drying characteristics and process optimization of banana slices using hot air-infrared combined drying. Frontiers in Heat and Mass Transfer, 23(6), 1981–1999. https://doi.org/10.32604/fhmt.2025.074593

15.  Jia, Z., Liu, Y., & Xiao, H. (2024). Deep learning prediction of moisture and color kinetics of apple slices by long short-term memory as affected by blanching and hot-air drying conditions. Processes, 12(8), 1724. https://doi.org/10.3390/pr12081724

16.  Keramat-Jahromi, M., Mohtasebi, S. S., Musazade, H., Ghasemi-Varnamkhasti, M., & Nasiri, A. (2018). Study and simulation drying kinetics of date fruit slices in a hybrid electrohydrodynamic-convective dryer. Iranian Journal of Biosystem Engineering, 49(3), 489–500. [in Persian]. https://doi.org/10.22059/ijbse.2018.246556.665013

17.  Keramat-Jahromi, M., Mohtasebi, S. S., Mousazadeh, H., Ghasemi-Varnamkhasti, M., & Rahimi-Movassagh, M. (2021). Real-time moisture ratio study of drying date fruit chips based on on-line image attributes using kNN and random forest regression methods. Measurement, 172, 108899. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.108899

18.  Kiumarsi Darbandi, F., Selahvarzi, Y., Abedy, B., Kamali, M., & Sadrnia, H. (2025). Evaluating the Effects of Grape Harvest Time and Vacuum Drying on the Physicochemical Properties of White Seedless Quchan Raisin Cultivar. Journal of Agricultural Machinery, 15(4). [in Persian]. https://doi.org/10.22067/jam.2024.87715.1241

19.  Lamadrid De Vela, R. J., & Recidocruz Elepaño, A. R. N. O. L. D. (2024). Drying and colour kinetics of decorticated queen pineapple (Ananas comosus L.) fibre bleached with a hydrogen peroxide solution. Research in Agricultural Engineering, 70(2), 73–81. https://doi.org/10.17221/47/2023-RAE

20.  Li, S., Malvandi, A., Feng, H., & Shao, C. (2025). Uncertainty-aware constrained optimization for air convective drying of thin apple slices using machine-learning-based response surface methodology. Journal of Food Engineering, 394, 112503. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2025.112503

21.  Lü, Y., Chen, Q., Li, X., Hu, J., & Bi, J. (2023). Recent progress in research on the effect of drying on the color of processed fruits and vegetables. Food Science, 44(13), 368–377. https://doi.org/10.7506/spkx1002-6630-20220802-022

22.  Martynenko, A., Bashkir, I., & Kudra, T. (2021). The energy efficiency of electrohydrodynamic (EHD) drying of foods. Trends in Food Science & Technology, 118, 744–764. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.09.002

23.  Meng, Z., Cui, X., Liu, Y., Du, C., Hu, R., Wang, S., & Wang, F. (2022). Effect of electrohydrodynamics on hot air drying characteristics of fruits and vegetables. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 53, 102716. https://doi.org/10.1016/j.seta.2022.102716

24.  Moradi, M., Fallahi, M. A., & Mousavi Khaneghah, A. (2020). Kinetics and mathematical modeling of thin layer drying of mint leaves by a hot water recirculating solar dryer. Journal of Food Process Engineering, 43(1), e13181. https://doi.org/10.1111/jfpe.13181

25.  Moradi, M., Raeesi, R., Rashidi, S., & Keramat-Jahromi, M. (2026). Predictive modeling of apple slice drying: Integrating temperature, thickness, and shrinkage dynamics. PLOS ONE, 21(3), e0341428. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0341428

26.  Namjoo, M., Moradi, M., Nematollahi, M. A., & Golbakhshi, H. (2025). Artificial neural network (ANN) modeling of plasma and ultrasound-assisted air drying of cumin seeds. Journal of Agricultural Machinery, 15(1), 1–22. https://doi.org/10.22067/jam.2024.85744.1209

27.  Nowacka, M., Matys, A., & Witrowa-Rajchert, D. (2024). Innovative technologies for improving the sustainability of the food drying industry. Current Food Science and Technology Reports, 2(2), 231–239. https://doi.org/10.1007/s43555-024-00026-8

28.  Nowicka, P., Lech, K., & Wojdyło, A. (2025). The influence of different drying techniques on polyphenols profile (LC–MS-PDA-Q/TOF) of peach fruit and their pro-health properties by in vitro. Scientific Reports, 15(1), 2623. https://doi.org/10.1038/s41598-025-87003-w

29.  Onwude, D. I., Iranshahi, K., Martynenko, A., & Defraeye, T. (2021). Electrohydrodynamic drying: Can we scale-up the technology to make dried fruits and vegetables more nutritious and appealing. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 20(5), 5283–5313. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12799

30.  Polat, A. (2024a). Analysis of drying characteristics and quality attributes in peach slices dried via electrohydrodynamic, hot air and electrohydrodynamic-hot air methods. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 149(14), 7551–7563. https://doi.org/10.1007/s10973-024-13292-4

31.  Polat, A. (2024b). Drying strawberry slices: A comparative study of electrohydrodynamic, hot air, and electrohydrodynamic-hot air techniques. Food Science & Nutrition, 12(11), 9621–9631. https://doi.org/10.1002/fsn3.4541

32.  Prakasha, R., Vinay, G. M., Pandey, H., & Bhoi, P. M. (2025). Electrohydrodynamic drying: A comprehensive review of design considerations and quality effects on dried fruits and vegetables. Journal of Food Process Engineering, 48(1), e70029. https://doi.org/10.1111/jfpe.70029

33.  Rodríguez-Ortíz, D., García-Moreira, D. P., Vidaña, E. C. L., Alanis, A. Y., & Moreno, I. (2026). Predicting color change in solar-dried fruits using neural networks: A multilayer perception approach. Journal of Stored Products Research, 115, 102803. https://doi.org/10.1016/j.jspr.2025.102803

34.  Sharifi, S., Hafezi, N., & Aghkhani, M. H. (2025). Investigation, optimization of energy consumption and yield modeling of two paddy cultivars with genetic-artificial bee colony algorithm. Journal of Agricultural Machinery, 15(2), 145–164. [in Persian]. https://doi.org/10.22067/jam.2022.77064.1108

35.  Sun, T., Wang, N., Wang, C., & Ren, J. (2024). Effect of hot air temperature and slice thickness on the drying kinetics and quality of Hami melon (Cantaloupe) slices. Scientific Reports, 14(1), 29855. https://doi.org/10.1038/s41598-024-81053-2

36.  Teymori-Omran, M., Askari Asli-Ardeh, E., Motevali, A., & Taghinezhad, E. (2026). Evaluation of Energy Parameters and Pollutant Gases for Apple Drying in Refractance Window Solar Dryer Equipped with a PTC Solar Collector. Journal of Agricultural Machinery, 16(1), 119–135. https://doi.org/10.22067/jam.2024.90300.1298

37.  Tuly, S. S., Mahiuddin, M., & Karim, A. (2023). Mathematical modeling of nutritional, color, texture, and microbial activity changes in fruit and vegetables during drying: A critical review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 63(13), 1877–1900. https://doi.org/10.1080/10408398.2021.1969533

38.  Yousefi, A. R., Niakosari, M., & Moradi, M. (2013). Microwave assisted hot air drying of papaya (Carica papaya L.) pretreated in osmotic solution. African Journal of Agricultural Research, 8(25), 3229–3235. https://doi.org/10.5897/AJAR12.180

39. Yu, S., Zheng, H., Wilson, D. I., Yu, W., & Young, B. R. (2024). Integrating image analysis and machine learning for moisture prediction and appearance quality evaluation: A case study of kiwifruit drying pretreatment. Foods, 13(12), 1789. https://doi.org/10.3390/foods13121789