Extraction of rheological-optical characteristics of rice single kernel, in order to develop an instrumental method for determining grain quality

Fazeli Burestan, Nasrollah (2020) Extraction of rheological-optical characteristics of rice single kernel, in order to develop an instrumental method for determining grain quality. Doctoral thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
رساله اصلی.pdf

Download (727kB)
Official URL: http://uma.ac.ir/

Abstract

Research Aim: To determine the chemical properties (amylose (AC), gelatinization temperature (GT), gel consistency (GC) and protein content (PC)) and physicochemical (minimum (MinV) and peak viscosity (PV), final viscosity (FV), breakdown (BDV) and viscosity setback (SBV), time required to achieve maximum viscosity (PT) and viscosity temperature (Pa.T)) rice with the use of quality analysis is expensive. The aim of this study is the predict possibility the quality properties of rice using NIR spectroscopy, machine vision and mechanical tests methods on bulk and single kernel samples. Research method: In this study, 5 rice varieties namely Demsiah, Hashemi, Khazar, Darfak and Kadous were used via three methods of mechanical, image processing on single kernel and NIRS on single kernel and bulk samples with the aim of predicting quality properties. The data the extracted from the mechanical test was applied at two moisture levels (9 and 14% b.w) during the factorial experiment in the form of a completely randomized design using SPSS software. In the image processing test, the samples were carry out at a moisture level of 9% on a more uniform basis in three treatments: exposure from above with LED lamp (A), exposure from above with LED and fluorescent lamp (B) and exposure from below (C). Extracted data were analyzed by partial least squares regression (PLSR), multivariate regression (MLR) and response surface methodology (RSM) modeling. Also, the possibility of predicting some quality properties was investigated via spectral analysis by extracting the components of NIRS in two modes of bulk and single kernel samples. Findings: The results of analysis of variance (ANOVA) of the components extracted from compression, bending and creep tests showed that moisture and variety have a significant effect (P <0.01) On energy to failure point, maximum secanti modulus, secanti modulus at 0.05 mm deformation, maximum tangential modulus, tangential modulus at 0.05 mm deformation, maximum deformation, maximum failure force, force at 0.05 mm deformation, tangential modulus in 7 seconds, tangential modulus in 30 seconds, secanti modulus in 7 seconds, secanti modulus in 30 seconds.. Duncan's multi-amplitude test showed that the moisture content whit a increased, all the properties extracted from the tests decreased. The grain strength decreases with increasing moisture. The results of ANOVA showed that all models were using the RSM to predict significant quality properties at (P <0.01) and (P <0.05). Prediction accuracy in the compression and bending tests were obtained with R2Pre ≥ 0.78 and R2Pre ≥94, respectively, and in the creep test using multiple regression with R2 ≥ 0.70. The results of the image processing test using multivariate regression (MLR) showed that predicting quality properties for the A, B and C treatments was estimated as R2 ≥ 0.90, R2 ≥ 0.83 and R2 ≥ 0.92, respectively. Based on the results obtained from the measurement of NIRS, calibration models in flour samples for chemical properties (AC, GT and PC) and physicochemical (BDV and SBV) were obtained as (R2cal ≥ 0.83) and (R2cal≥ 0.76), and prediction accurcy of (R2pre≥ 0.78) and (R2pre≥ 0.87), respectively. All PLS models, SDR index was more than 2. Calibration models in rice single kernel samples for chemical properties (AC, GT and PC) and physicochemical (MinV, BDV and SBV) were obtained as (R2 ≥ 0.85) and (R2 ≥ 0.93), and prediction as (R2pre≥ 0.79) and (R2pre≥ 0.79), respectively. SDR index for all models was more than 2. Conclusion: The values of extracted components from rice grain strength tests at two moisture levels of 9 and 14% predicted the values of rice quality properties with an high accuracy of 0.81. The conclusion of image processing test, the most suitable model for C was obtained with R2≥ 0.92. The conclusion of NIRS showed that the most appropriate of prediction model in rice flour samples for AC, GT, PC, BDV and SBV as Kadus, Hashemi, (Khazar & Kadus), Domsiah, varieties for rice flour samples with prediction accurcy were obtained as 0.81, 0.85, 0.85, 0.89, and 0.92, respectively. In rice single kernel samples for AC, GT, PC, Min.V, BDV, and SBV as Hashemi, Dorfak, Hashemi, (Khazar & Dorfak), Damsiah and (Dorfak & Kadus) varieties with prediction accurcy were obtained as 0.77, 0.90, 0.81, 0.84, 0.90, and 0.98, respectively. The correlation coefficients between the spectral data and the quality parameters of models were more than 0.60. This study usefal, appropriate and quick using from mechanical and optical tests to predict quality properties of rice.

Item Type: Thesis (Doctoral)
Persian Title: استخراج مؤلفه‌های رئولوژیکی-نوری تک‌دانه برنج، به‌منظور توسعه روش ابزاری برای تعیین کیفیت دانه
Persian Abstract: هدف: تعیین خواص شیمیایی (میزان آمیلوز (AC)، دمای ژلاتینه شدن (GT)، قوام ژل (GC) و میزان پروتئین (PC)) و فیزیکوشیمیایی (حداقل (Min.V) و حداکثر چسبندگی (PV)، چسبندگی نهایی (FV)، فروریختگی (BDV) و پس‌روی چسبندگی (SBV)، زمان لازم برای رسیدن به حداکثر چسبندگی (PT) و دمای چسبندگی (Pasting.T)) برنج با استفاده از آنالیز کیفی پرهزینه می‌باشند. هدف بررسی امکان پیش بینی خواص کیفی برنج با استفاده از روش‌های طیف سنجی (NIR)، بینایی ماشین و مکانیکی بر روی تک دانه و نمونه توده است. روش‌شناسی پژوهش: در این تحقیق از 5 رقم برنج به نام های دمسیاه، هاشمی، خزر، درفک و کادوس با استفاده از سه روش مکانیکی (آزمون فشاری، خمشی و خزشی)، تصویربرداری بر روی تک دانه و طیف‌سنجی NIR بر روی تک دانه و توده با هدف پیش‌بینی خواص کیفی انجام شد، داده‌های مستخرج از آزمون مکانیکی در دو سطح رطوبتی9 و 14% بر پایه‌تر طی آزمایش فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی با استفاده از نرم افزار SPSS انجام گردید. تصویربرداری نمونه‌ها در سطح رطوبتی 9% بر پایه‌تر به‌صورت تک‌دانه در سه تیمار نوردهی از بالا با لامپ LED (A)، نوردهی از بالا با لامپ LED و فلورسنت (B) و نوردهی از پایین (C) مورد آزمون قرار گرفتند. داده‌های مستخرج توسط روش‌های مدل‌سازی رگرسیون چند متغیره با حداقل مربعات جزئی (PLS)، رگرسیون چند متغیره (MLR) و روش سطح پاسخ (RSM) تحلیل شدند. به همین ترتیب، امکان پیش‌بینی برخی خواص کیفی از طریق تحلیل طیفی با استخراج مؤلفه‌های طیف‌سنجی NIR در دو حالت تک دانه و آرد برنج بررسی گردید. یافته‌ها: نتایج حاصل از تجزیه واریانس (ANOVA) مؤلفه‌های مستخرج از آزمون فشاری، خمشی و خزشی نشان داد که رطوبت و رقم تأثیر معنی‌داری (P<0.01) بر انرژی تا نقطه گسیختگی، مدول سکانتی بیشینه، مدول سکانتی در 05/0 میلی‌متر تغییر شکل، مدول مماسی بیشینه، مدول مماسی در 05/0 میلی‌متر تغییر شکل، تغییر شکل بیشینه، نیروی شکست بیشینه، نیرو در 05/0 میلی‌متر تغییر شکل، مدول مماسی در 7 ثانیه، مدول مماسی در 30 ثانیه، مدول سکانتی در 7 ثانیه، مدول سکانتی در 30 ثانیه دارد. مقایسه میانگین‌ها به روش دانکن نشان داد که با افزایش رطوبت تمام مقادیر خواص انرژی و نیروی شکست، مدول های مماسی و سکانتی کاهش می‌یابند. با افزایش رطوبت استحکام دانه کاهش می‌یابد. نتایج ANOVA نشان داد که تمام مدل‌ها با استفاده از روش سطح پاسخ به طور خطی معنی‌دار در (01/0 P<) و (05/0 P<) بودند. دقت پیش بینی در آزمون‌های فشاری و خمشی به ترتیب با 78/0 R2Pre ≥ و 94 R2Pre ≥ و در آزمون خزشی با استفاده از رگرسیون چندگانه 70/0 R2pre≥ به‌دست آمد. نتایج پیش‌بینی خواص کیفی در آزمون پردازش تصویر با استفاده از MLR با دقت پیش‌بینی برای تیمارهای A، B و C به ترتیب 90/0 R2 ≥ ، 83/0 R2 ≥ و 92/0 R2 ≥ تخمین زده شد. بر اساس نتایج حاصل از اندازه‌گیری NIRS، مدل‌های کالیبراسیون در نمونه‌های آرد برنج برای خواص شیمیایی (AC، GT و PC) و فیزیکوشیمیایی (BDV و SBV) به ترتیب (831/0 R2cal≥) و (76/0 R2cal≥) و پیش‌بینی به ترتیب (78/0 R2pre≥) و (87/0 R2pre≥) به دست آمد. تمام مدل‌های PLS شاخص آماری (SDR) بیشتر از 2 بوده و قابل‌اعتماد می‌باشند. مدل‌های کالیبراسیون در نمونه‌های دانه برنج برای خواص شیمیایی (AC، GT و PC) و فیزیکوشیمیایی (Min.V، BDV و SBV) به ترتیب (846/0R2cal≥) و (927/0 R2cal≥) و پیش‌بینی به ترتیب (79/0 R2pre≥) و (79/0 R2pre≥) و شاخص‌های آماری برای تمام مدل‌ها بیشتر از 2 به‌دست آمد. نتیجه‌گیری: مقادیر مولفه¬های مستخرج از آزمون¬های استحکامی دانه برنج در دو سطح رطوبتی 9 و 14% مقادیر خواص کیفی برنج را با دقت بالای 81/0 پیش¬بینی کردند. در نتیجه گیری تصویر برداری مناسب‌ترین مدل مربوط به تیمار C با 92/0R2≥ به‌دست آمد. در نتیجه‌گیری NIRS مناسب‌ترین مدل در نمونه‌های آرد برای AC، GT، PC، BDV و SBV ارقام کادوس، هاشمی، (خزر و کادوس)، دمسیاه و درفک به‌ترتیب با دقت 81/0، 85/0، 85/0، 89/0 و 92/0 به‌دست آمد. مناسب‌ترین مدل در نمونه‌های تک‌دانه برای AC، GT، PC، Min.V، BDV و SBV ارقام هاشمی، درفک، هاشمی، خزر و درفک، دمسیاه و (درفک و کادوس) به‌ترتیب با دقت 77/0، 90/0، 81/0، 84/0، 90/0 و 98/0 به‌دست آمد. ضرایب همبستگی بین داده‌های طیفی و خواص کیفی مدل‌ها بیشتر از 60/0 بود. در این مطالعه آزمون‌های مکانیکی و نوری برای پیش‌بینی خواص کیفی برنج به‌طور سریع، مناسب و مفید است
Supervisor:
SupervisorE-mail
Afkari Sayyah, Amir HossienUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Taghinezhad, EbrahimUNSPECIFIED
Safi, MahdiUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Biosystem
Divisions > Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Biosystem
Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Biosystem
Divisions: Subjects > Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Biosystem
Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Biosystem
Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Biosystem
Date Deposited: 27 Oct 2020 09:28
Last Modified: 27 Oct 2020 09:28
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/11945

Actions (login required)

View Item View Item