طراحی و ساخت محفظه طبیعی برای نگهداری میوه ها با قابلیت تبدیل اتیلن به اتانول

سیزدهمین دوره از پروژه های دانش آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پر شور شما دوستان و علاقمندان به پایان رسید اما کار ما هنوز تمام نشده است! این دوره نیز همچون سال های گذشته دوستان بسیاری با ثبت طرح ها و ایده های خلاقانه خود در منوی "پیشنهاد موضوع" ما را در ارتقای تنوع پروژه ها یاری نموده اند. هم چون گذشته بر آن شدیم تا با گردآوری این ایده های جالب، علاوه بر قدر دانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم. فراموش نکنید که ما همیشه منتظر طرح های جدید شما عزیزان هستیم.

نام ایده: طراحی و ساخت محفظه طبیعی برای نگهداری میوه ها با قابلیت تبدیل اتیلن به اتانول
نام ارائه دهنده/دهند گان: فاطمه مینوییان و ریحانه ساکنی
زمینه و نوع پروژه: صنایع غذایی- محیط زیست
درجه سختی: دشوار
نام مدرسه: دبیرستان فرزانگان 4

 چکیده پروژه
هدف از طراحی و ساخت محفظه زیستی برای نگهداری میوه ها این است که میوه ها برای مدت بیشتری سالم بمانند و در تولید بی رویه پسماند صرفه جویی شود و زحمت کشاورز بیهوده نباشد این کار باعث جلوگیری از هدر رفتن وقت و سرمایه ای که کشاورز برای تولید محصول به کار می برد می شود و همین طور به اقتصاد کشور کمک می کند و باعث حذف هزینه های اضافه های کشور می شود زیرا اگر کشاورز بخواهد برای نگهداری میوه ها از روش های پر هزینه استفاده کند باعث می شود که کشور مجبور به واردات میوه های ارزان تر شود که این امر موجب کساد شدن کار کشاورزان و در نتیجه باعث لطمه وارد شدن به اقتصاد کشور می شود پژوهش حاضر تلاشی در استفاده از مواد طبیعی و فاقد تاثیر مضر نظیر خاک رس، کاه سنگ، زئولیت طبیعی و سنگ پا که تا به کاهش دمای محفظه و جذب اتیلن و تبدیل آن به اتانول کمک نماید.

مقدمه
فساد غذا عبارت است از تغییرات مواد غذایی به صورتی که آن را برای انسان غیر قابل مصرف نماید. این تغییرات می‌تواند سبب کاهش یا از بین رفتن ارزش غذایی شده یا موجب مسمومیت و بیماری در انسان گردد. به عبارت دیگر زمانی که یک ماده غذایی از نظر رنگ، بو، طعم و مزه دچار تغییراتی گردد به طوری که ارزش غذایی آن از بین رفته یا کاهش یابد، در این صورت چنین ماده غذایی را فاسد می نامند. آلودگی و فساد مواد غذایی هر دو باعث کاهش کیفیت یا غیرقابل مصرف شدن مواد غذایی می گردد. از آنجا که نگهداری صحیح مواد غذایی از اصول مهم بهداشت مواد غذایی است، هرگونه کوتاهی در تامین شرایط لازم برای نگهداری آن ها، رشد و تکثیر باکتری ها، کپک ها، تغییر رنگ، فساد آنزیمی و شیمیایی را به دنبال خواهد داشت. لذا شناخت عوامل موثر بر فساد مواد غذایی برای پیش بینی شرایط فساد و جلوگیری از آن ضروری است. به طور کلی بیشتر میوه ها به علت داشتن آب زیاد فساد پذیر هستند و بیشتر آنان پس از برداشت باید بلافاصله مصرف شوند و یا این که به روش های خاصی نگهداری شوند. تاخیر در ایجاد شرایط مناسب برای نگهداری این فراورده ها منجر به ضایعات فراوانی می شود افزاش تقاضا برای فراورده های تازه کشاورزی به دلیل ارزش غذایی بالاتر ایجاب می کند که بازنگری دقیق تری در فرایند ارسال به بازار آن ها انجام گیرد. بازار رسانی نادرست می تواند باعث از بین رفتن مقدار زیادی از محصول شود که برای تولید آن وقت و سرمایه های زیادی مصرف شده است این ضایعات طبق برآورد مراجع گوناگون 25 تا 80 درصد از میوه و سبزی های تازه را شامل می شود.

امروزه فرآیند پس از برداشت از مهمترین چالش های مهندسین و محققین می باشد. یکی از این چالش ها، در اختیار قراردادن میوه ها و سبزی های تازه و بدون ضایعات به دست مصرف کننده و همچنین حفظ ماندگاری بیشتر آن ها می باشد. میوه ها و سبزی ها حتی پس از برداشت نیز تنفس می کنند. سرعت تنفس میوه ها و سبزی ها بسیار بیشتر از دانه ها است. در سبزی ها و میوه ها به واسطه فعال بودن آنزیم ها و استفاده از ذخایر غذایی برای فعالیت های متابولیکی، محصول شروع به رسیدن می کند و در نتیجه تولید گاز اتیلن فرایند رسیدگی تسریع می گردد. در طی فرآیند رسیدگی، شرایط اتمسفری اطراف میوه ابتدا کیفیت میوه را بهبود می بخشد اما به سرعت رو به زوال می رود.

 اتیلن یك هورمون رشد است كه كاركرد آن جوانه زدن گیاه، رشد گیاه و رشد میوه است. اتیلن به افزایش سرعت رسیدن میوه و همچنین به دنبال آن به پیروی نابودی محصول كمك می كند. وقتی گاز اتیلن از اطراف میوه تازه و سبزیجات حذف شود، فرآیند رسیدن و تخریب محصولات كاهش و عمر نگهداری آن افزایش می یابد.

سیب از محصولات باغی مهم و استراتژیک کشور است که از نظر صادرات نیز اهمیت زیادی دارد. براساس آخرین آمار منتشر شده از سوی فائو در سال 2012 ایران با تولید ١،662،430 تن انواع سیب درختی در بین تولیدکنندگان سیب، رتبۀ هشتم جهانی را کسب کرده است سیب میوه ای فرازگرا است که در مرحلۀ رسیدگی، تنفس میوه افزایش شدیدی نشان می دهد. چنین افزایشی در تنفس را تنفس فرازگرا یا تنفس کلیماکتریک می گویند. کاهش شدت تنفس میوه به ویژه در این مرحله، نقش مهمی بر عمر انباری و ماندگاری میوه دارد.

یکی از مهم ترین راه های تولید اتیلن در گیاهان و به خصوص در میوه های برداشت شده قرار دادن بافت در برابر دماهای پایین می باشد که به این نوع اتیلن، اتیلن تولید شده در اثر سرما گفته می شود برخی از محصولات مانند سیب و گلابی می توانند در اثر دماهای پایین قابلیت تولید اتیلن را به دست آورند سرما با تاثیر بر میزان ACC و تغییر در فعالیت آنزیم های کیلیدی بیوسنتز اتیلن سبب تحریک و تسریع تولید اتیلن می شود. موادی وجود دارند که باعث اکسید شدن یا کمک به اکسید شدن گاز اتیلن می شوند مانند پتاسیم پرمنگنات (اکساینده) و زئولیت (کمک به اکسایش) و ... پتاسیم پرمنگنات حذف کننده گاز اتیلن می باشد و اتیلن را اكسید می كند كه در طی این فرآیند، رنگ آن از ارغوانی به قهوه ای تغییر می یابد مسئله ای که استفاده از این ماده را محدود می کند سمی بودن آن است بنا بر این از این ماده به گونه ای باید استفاده کرد که در تماس مستقیم با ماده غذایی نباشد.

هدف
هدف از طراحی و ساخت محفظه زیستی برای نگهداری میوه ها این است که میوه ها برای مدت بیشتری سالم بمانند و در تولید بی رویه پسماند صرفه جویی شود و زحمت کشاورز بیهوده نباشد این کار باعث جلوگیری از هدر رفتن وقت و سرمایه ای که کشاورز برای تولید محصول به کار می برد می شود و همین طور به اقتصاد کشور کمک می کند و باعث حذف هزینه های اضافه های کشور می شود زیرا اگر کشاورز بخواهد برای نگهداری میوه ها از روش های پر هزینه استفاده کند باعث می شود که کشور مجبور به واردات میوه های ارزان تر شود که این امر موجب کساد شدن کار کشاورزان و در نتیجه باعث لطمه وارد شدن به اقتصاد کشور می شود پژوهش حاضر تلاشی در استفاده از مواد طبیعی و فاقد تاثیر مضر نظیر خاک رس، کاه سنگ، زئولیت طبیعی و سنگ پا ک تا به کاهش دمای محفظه و جذب اتیلن و تبدیل آن به اتانول کمک نماید.

 روش
دانش آموزان برای تهیه محفظه زیستی و طبیعی نگهداری میوه با استفاده از یک ظرف پلاستیکی، کاه و خاک رس دیواره ظرف را آغشته به کاه گل نمودند. این امر منجر به کاهش دمای طرف به دلیل خاصیت گرماگیر بودن کاه گل گردید. همچینین از نکم برای خاصیت ضد عفونی کردن و ضد قارچ در ساخت کاه گل استفاده گردید. در کف ظرف از چندین عدد سنگ پا به عنوان جاذب اتیلن تولید شده توسط میوه استفاده گردید. همچنین این سنگ پاها در محیط حاوی ماده اکساینده پرمنگنات پتاسیم قرار گرفته شد. کف طرف از سنگ های موجود در باغچه برای کاهش دما استفاده شد. همچنین دماسنج نیز برای کنترل دما در هر یک از محفظه های شاهد (فاقد هرگونه مواد اکساینده و جاذب اتیلن و سنگ) و محفظه مورد آزمایش قرار داده شد. بررسی میزان نگهداری میوه: دمای محیط و میزان پوسیدگی میوه ها به مدت چندین هفته (7 هفته) مورد بررسی قرار گرفت و با نمونه های شاهد مقایسه شد.

دانش آموزان برای تعیین اتانول از اتیلن موجود در میوه از دستگاه تقطیر استفاده کردند. در این روش اتانول تولید شده به دلیل آن که در دمای 70 درجه تبخیر می شود زودتر از ماده آب و اکساینده پرمنگنات پتاسیم تبخیر و تقطیر گردید و جدا شد. جهت شناسایی این ماده از آب و دیگر ترکیبات از کربنات پتاسیم استفاده شد که قابلیت جذب اب و ایجاد دو فاز را دارد.

  مهارت های کسب شده
1. آشنایی با شیوه انجام کار گروهی
2. آشنایی با شیوه های جستجو در اینترنت
3. آشنایی با شیوه انجام پژوهش و نوشتن مقاله
4. آشنایی با نحوه ارائه گزارش عملکرد
5. آشنایی با روش ایده یابی (توفان مغزی)
6. آشنایی با مهارت کاربرد ابزار و وسایل مورد نیاز
7.آشنایی با پروپوزال نویسی
8. آشنایی با نحوه انجام آزمایش
9. آشنایی با انواع میوه ها
10. آشنایی با راهکارهای جلوگیری از فاسد شدن میوه ها

 در پژوهش حاضر دانش آموزان برای انجام آزمایش خود از چه میوه ای استفاده کردند؟ سیب
1. سیب
2. پرتقال
3.گلابی
4. انار

مطالب مرتبط:
سنتز اتانول از مواد زاید
یخچال طبیعی و محافظ میوه
ساخت ظروف بسته بندی بر پایه پلی ساکاریدهای طبیعی

تهیه کننده: مهدی رحمانی - تنظیم کننده: محبوبه همت