پایان نامه درمورد شبیه سازی، ناسازگاری، منطق فازی، مجموعه های فازی

عضویت تبدیل می کند، که این عمل با جستجو در یک یا چند تابع عضویت مختلف صورت می گیرد. به جای تعلق کامل یک مقدار ورودی به یک مجموعه، در سیستم منطق فازی تعلق نسبی ورودی ها به هر یک از زیرمجموعه ها مد نظر قرار می گیرد. یک تابع عضویت به صورت یک عدد بین ۰ و ۱، میزان تعلق نسبی یک مقدار ورودی به زیر مجموعه ها را بیان می کند. توابع عضویت را به صورت های مختلفی می توان نشان داد، ولی معمولاً برای کار های آزمایشگاهی و کاربردی مدل های خطی آن مانند توابع مثلثی بسیار پرکاربردتر است که در این تحقیق نیز، این شکل از تابع عضویت بکار برده شد. در این پژوهش از جدول جستجوی فازی برای تخمین میزان رهایش گلوکز در روده شبیه سازی شده استفاده شد. برای دستیابی به این مهم مراحل زیر تحت نرم افزار برنامه نویسی مطلب ۷ و جعبه ابزار منطق فازی۶۶ انجام پذیرفت.
مرحله اول: تعریف کردن مجموعه های فازی به طوری که تمام فضای ورودی و خروجی داده ها را بپوشاند: ورودی های فازی برای هر نوع نشاسته شامل حجم، غلظت و زمان هضم در روده شبیه سازی شده بود که به ترتیب به۳ ، ۳، و ۱۳ مجموعه فازی تقسیم شدند (شکل ۳-۳). به علاوه یک خروجی (میزان گلوکز رهایش یافته در شرایط روده شبیه سازی شده) شامل ۳۴ مجموعه فازی طراحی شد (شکل ۳-۳ قسمت (د)).
مرحله دوم) تولید یک قانون فازی به صورت ترکیبی از ورودی ها و خروجی:
رابطه زیر نشان می دهد که جفت های ورودی-خروجی به وسیله یک قانون فازی قابل تولید شدن هستند.
۳-۱۷
که x1 تا x3 متغییر های ورودی و y متغیر خروجی و p تعداد جفت های ورودی-خروجی می باشد. برای جلوگیری از اثر همپوشانی مجموعه ها، متغیر ها به توابع عضویتی منتسب شدند که درجه عضویت بالاتری را تولید می کردند.

شکل ۳-۴ اجزای سیستم فازی ممدانی استفاده شده در این تحقیق را نشان می دهد که اجزای ورودی و خروجی سیستم در آن نشان داده شده است.

شکل ۳-۴٫ سیستم استنتاج ممدانی استفاده شده جهت تخمین میزان گلوکز رهایش یافته در شرایط روده شبیه سازی شده.

مرحله سوم) محاسبه درجه قوانین فازی ایجاد شده در مرحله دوم:
در برخی از موارد قانون های ناسازگاری ایجاد می شود که باید با اعمال درجه قانون، ناسازگاری ایجاد شده را برطرف کرد. قوانین ناسازگار به قوانینی اطلاق می شود که در آن قانون ها قسمت مقدم۶۷ قانون که شامل IF می باشد یک عبارت مشترک بوده در حالی که قسمت تالی۶۸ که شامل THEN می باشد با یکدیگر تفاوت دارند. در این حالت با بدست آوردن درجه قانون مطابق با رابطه زیر، قانون دارای بالاترین درجه حفظ و مابقی قوانین ناسازگار حذف می شوند.
۳-۱۸

در این رابطه ،j-امین تابع عضویتِ i-امین ورودی، B قانون خروجی، l یعنیl-امین خروجی مدل، p شاخص قانون،

و به ترتیبi-امین ورودی ازp-امین قانون وp-امین قانون از متغیر خروجی می باشند. مقدار درجه قانون از۰ تا ۱ متغیر است.
مرحله چهارم-ایجاد پایگاه قوانین فازی: با نوشتن مجزای هر قانون در نهایت پایگاه قوانین فازی تشکیل شد. در این پژوهش سیستم استنتاج Mamdani به دلیل سادگی آن مورد استفاده قرار گرفت. به علاوه عملگر T-norm حداقل۶۹(معادله ۳-۱۹) و تکنیک نافازی کننده درجه کشش مرکزیت۷۰ بر هر قانون اعمال شد.
۳- ۱۹
نافازی کننده درجه کشش مرکزیت میزان y* را به عنوان مرکز سطح پوشش داده شده با تابع عضویتB’ معرفی می کند که مقدار آن از معادله ۳-۲۰ بدست می آید:
۳-۲۰
که یک انتگرال قراردادی است (وانگ، ۱۹۹۷).

۳-۲۲٫ آنالیز آماری
برای مقایسه میانگین داده ها ی گروه های مختلف، از آنالیز واریانس (ANOVA) با استفاده از آزمون چند دامنه ای دانکن در سطح خطای ۵ درصد استفاده شد. برای مقایسه میانگین داده های دو گروه از آزمون t-test مستقل و در سطح خطای ۵ درصد استفاده گردید. تمام آنالیز های آماری توسط نرم افزار SPSS نسخه ۲۱ انجام پذیرفت. برای ارزیابی کیفیت مدلسازی صورت گرفته به وسیله مدل های استفاده شده، پارامترهای R2 و RMSE بکار گرفته شدند. آزمون ها در حداقل دو تکرار انجام شدند و داده های نمایش داده شده در شکل ها به صورت میانگین داده ها ± انحراف معیار آن ها بود.

فصل چهارم: نتایج و بحث

۴-۱٫ درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل و فسفر در نشاسته هیدروکسی پروپیله و فسفریله گندم
میزان محتوای هر نوع استخلاف شیمیایی اعمال شده در نشاسته های اصلاح شده، تاثیر زیادی بر خواص آن نشاسته می گذارد، به طوری که با تغییر درصد یک نوع استخلاف شیمیایی بر روی یک نوع نشاسته خاص ممکن است خصوصیات متفاوتی قابل مشاهده باشد (سینگ و همکاران، ۲۰۰۷). از این رو میزان محتوای گروه هیدروکسی پروپیل و فسفر در نشاسته های هیدروکسی پروپیله و فسفریله گندم با استفاده از روش های ذکر شده تعیین شد، که میزان آن به ترتیب ۱۰۶/۲ و ۰۹۶/۰ درصد (۰۱/۰DS =) بود. ون هانگ و موریتا (۲۰۰۵) از نشاسته های نوع A و B گندم جهت تولید نشاسته هیدروکسی پروپیله با بکار بردن روشی کمی متفاوت تر از آنچه دراین تحقیق بیان شد، استفاده کردند. درجه جانشینی استخلاف بدست آمده توسط آنها برای این دو نوع نشاسته به ترتیب ۷/۴ و ۸/۳ درصد بود. چانگ و همکاران (۲۰۰۸) در روشی مشابه، نشاسته های اصلاح شده هیدروکسی پروپیله و فسفریله ذرت معمولی تولید ک
ردند. آنها میزان استخلاف جانشین شده را به ترتیب ۰۹/۲ و ۱۴/۰ درصد بیان کردند. سانگ و همکاران (۲۰۱۰) نشاسته فسفریله گندم تولید کردند و اثر pH های قلیایی ۹، ۱۰، ۱۱ و ۱۲ را بر خصوصیات این نوع نشاسته بررسی کردند. دراین تحقیق برای اندازه گیری درصد فسفر موجود در نشاسته های فسفریله شده از تکنیک ۳۱P NMR استفاده شد و میزان محتوای فسفر را در pH خنثی ۳۷/۰ درصد بدست آمد. همچنین آنها به این نتیجه رسیدند که افزایش pH محیط حاوی نشاسته فسفریله شده سبب کاهش محتوای فسفر آن می شود، بطوریکه در pH 12، میزان محتوای فسفر ۲۹/۰ درصد تعیین شد. چنین به نظر می رسد که تفاوت محتوای گروه های استخلاف شده بر روی نشاسته ها به تفاوت در روش تولید مانند تفاوت در نوع مواد اضافه شده، pH، دما و شرایط همخوردن و همچنین تکنیک اندازه گیری میزان استخلاف ایجاد شده می باشد (ون هانگ و موریتا، ۲۰۰۵).

۴-۲٫ مقدار رطوبت انواع نشاسته ها
محتوای رطوبت نمونه های نشاسته (بر حسب وزن مرطوب) در شکل ۴-۱ نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می شود، نشاسته های طبیعی و فسفریله به ترتیب دارای بیشترین و کمترین میزان رطوبت بودند. نتایج آنالیز آماری نشان داد که بین محتوای رطوبت انواع نشاسته ها تفاوت معنی دار آماری وجود دارد (۰۵/۰p). بر اساس ماده خشک بدست آمده برای هر نشاسته که به ترتیب ۸۸/۸۶، ۵۸/۸۹ و ۳۹/۹۰ درصد برای نشاسته های طبیعی، هیدروکسی پروپیله و فسفریله بود، گرم ماده ی لازم از هر نشاسته برای انجام سایر آزمایش ها تعیین شد.

شکل۴-۱٫ محتوای رطوبت نمونه های نشاسته برحسب مرطوب.

۴-۳٫ طیف سنجی FT-IR
طیف مادون قرمز FT-IR بدست آمده برای نشاسته های طبیعی و فسفریله در شکل ۴-۲ نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می شود، تمام پیک های جذب بدست آمده برای گروه های شیمیایی موجود در این دو نشاسته مشابه می باشد، که نشان می دهد طی فرایند فسفریله کردن هیچ گروه شیمیایی جدیدی در نشاسته فسفریله ایجاد نشده است. شدت پیک های ظاهر شده در طول موج ۳۳۹۳ معکوس سانتیمتر مربوط به جذب پیوند گروه هیدروکسیل، جذب پیوند هیدروژنی درون مولکولی در طول موج ۱۶۳۹ معکوس سانتیمتر و جذب پیوند گروه C-O مربوط به الکل های نوع اول در طول موج ۱۰۲۴ معکوس سانتیمتر، تغییرات بیشتری را نشان دادند. تغییری که در این میان معناداری خاصی را نشان می دهد مربوط به جذب بدست آمده در طول موج های بین ۱۶۳۹-۱۶۴۳ معکوس سانتیمتر می باشد، زیرا بدین معنی است که با جایگزینی جزئی فسفر در نشاسته فسفریله شده احتمالاً از میزان پیوند های هیدروژنی موجود در نشاسته طبیعی کاسته شده است و یا در واقع از میزان کریستاله بودن مولکول کم شده و بخش آمورف آن افزایش یافته است. سینگ و نس (۲۰۱۱) نتایج مشابهی را در مورد نشاسته فسفریله شده Phaseolus aconitifolius گزارش کردند. برعکس آنچه در طیف FT-IR مربوط به نشاسته فسفریله مشاهده شد، در نتیجه ی هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته طبیعی گندم یک پیک جذبی جدید به وجود آمد که این پیک در طول موج ۲۹۷۴ معکوس سانتیمتر دیده شد (شکل ۴-۳). فارست (۱۹۹۲) بیان کرد که این پیک جدید بدست آمده مربوط به پیوند C-H غیر متقارن موجود در گروه متیل استخلاف هیدروکسی پروپیل می باشد. او همچنین بیان کرد که با افزایش درجه جانشینی این استخلاف، شدت پیک ذکر شده بیشتر خواهد بود.

شکل۴-۲٫ طیف سنجی FT-IR نمونه های A) نشاسته طبیعی گندم B) نشاسته فسفریله گندم با درجه جایگزینی ۰۹۶/۰ درصد.

شکل۴-۳٫ طیف سنجی FT-IR نمونه های A) نشاسته هیدروکسی پروپیله گندم با درجه جایگزینی ۱۰۶/۲ درصد B) نشاسته طبیعی گندم.

۴-۴٫ افتراق سنجی اشعه ایکس (XRD71)
الگوی بدست آمده از افتراق اشعه ایکس نمونه های نشاسته های طبیعی و اصلاح شده گندم در شکل ۴-۴ نشان داده شده است. ساختار بدست آمده برای سه نوع نشاسته، ساختاری شبه کریستال می باشد که قسمتی از آن مربوط به منطقه آمورف شکل بوده و در محل های پیک ساختار کریستالی مشاهده می گردد. پیک های اصلی بدست آمده در فاصله های d شامل ۸/۵، ۲/۵، ۸/۴، ۴/۴ و ۸/۳ برای گرانول های انواع نشاسته نشان می دهد که ساختار کریستالی بدست آمده برای آن ها مطابق با تقسیم بندی زوبل (۱۹۸۸) از نوع A 72 می باشد. لازم به ذکر است که زاویه ۲-تتا مربوط به این پیک ها به ترتیب ۱۵، ۱۷، ۱۸، ۲۰ و ۲۳ درجه بود. آمیلوز های خطی تشکیل شده از واحد های آلفا-۱و۴ گلوکوپیرانوز مسئول تشکیل منطقه آمورف شکل می باشند، در حالی که آمیلوپکتین شاخه دار تشکیل شده از واحد های آلفا-۱و۴ و آلفا-۱و۶ گلوکوپیرانوز در منطقه کریستالی وجود دارند (ژو و همکاران، ۲۰۰۴). پیوند های هیدروژنی درون و بین مولکولی سبب تشکیل ساختار های بسیار منظم کریستالی می شوند. ون هانگ و موریتا (۲۰۰۵) ساختار مشابهی را برای گرانول های نشاسته گندم نوع A و B گزارش کردند. لوپز و همکاران (۲۰۱۰) ساختار مشابه نیمه کریستالی از نوع A را برای نشاسته های طبیعی و اصلاح شده ذرت بدست آوردند، با این تفاوت که آن ها سه پیک بدست آمده در زاویه ۲-تتای ۱۵، ۱۸ و ۲۳ درجه را پیک های اصلی تشخیص دادند. متیو و آبراهام (۲۰۰۷) ساختار کریستالی نوع B را برای نشاسته طبیعی سیب زمینی گزارش کردند. بر اساس معادله ۳-۴ میزان کریستاله بودن نمونه های نشاسته طبیعی، هیدروکسی پروپیله و فسفریله به ترتیب ۳۶/۱۷، ۳۱/۱۶ و ۱۴/۱۶ درصد تعیین شد. ایسلام و ازمی (۱۹۹۸) بیان کردند که هیدروکسی پروپیله کردن نشاسته سبب کاهش میزان کریستالینیته آن می گردد. نتایج مشابهی توسط لوپز و همکاران (۲۰۱۰) گزارش شد، به طوری که آنها بیان کردندکه نشاسته هیدروکسی پروپیله-فسفریله دارای کمترین
میزان کریستالی بودن (۳۹/۱۵ درصد) در بین نمونه های نشاسته طبیعی (۲/۱۹ درصد) و سایر نشاسته های اصلاح شده ذرت بود. متیو و آبراهام (۲۰۰۷) نیز بیان کردند که فرولات نشاسته سیب زمینی نسبت به نشاسته سیب زمینی طبیعی دارای کریستالینیته کمتری می باشد.

شکل ۴-۴٫ الگوی XRD بدست آمده برای A) نشاسته طبیعی، B) نشاسته هیدروکسی پروپیله و C) نشاسته فسفریله گندم.

۴-۵٫ قدرت تورم
شکل ۴-۵، قدرت تورم انواع نشاسته های طبیعی و اصلاح شده را در دماهای ۵۰-۹۰ درجه سانتیگراد نشان می دهد. همانطور که در شکل مشاهده می شود، قدرت تورم انواع نشاسته گندم با افزایش دما افزایش یافته است و در تمامی دماهای مورد بررسی نشاسته هیدروکسی پروپیله و فسفریله به ترتیب دارای بیشترین و کمترین