Shannon entropy on near-infrared spectroscopy for nondestructively determining water content in oil palm

Indonesia is the world’s largest producer of palm oil. To preserve its competitive advantages, the Indonesian oil palm sector must expand high-quality palm oil output. In oil palm quality control, the water content is a crucial parameter as it can be used as a reference to determine the right harvest time. Thus, this study proposed a near-infrared (NIR) spectroscopy as a fast and non-destructive analysis to assess oil palm water content. NIR spectra were processed using Shannon entropy to describe the characteristics at each wavelength. In this study, oil palm fruit samples at various maturity levels were collected with eight different maturity fractions. Based on the analysis, the Shannon entropy value is closely related to any changes in the water content of palm oil. The entropy value has a decreasing trend as the water content increases. The proposed technique can predict the water content of an oil palm with satisfactory performance with values of 0.9746 of coefficient of determination (R2) and 2,487 of root mean square error (RMSE). Application of this model will lead to a fast and accurate prediction system related to oil palm water content

Comparative Study of Carotenoids Content in Ripe and Unripe Oil Palm Fresh Fruit Bunches

Currently Elaies Guineensis or oil palm is the most widely planted commodity crop in Malaysia and has a very large impact to the country’s economy. At the same time, the industry also produces huge amount of oil palm waste materials such as Unripe Fresh Fruit Bunche (FFB). Each year million tons of Unripe FFB could not be processed in the mill and were disposed-off and thus posed additional threats to the environment. The objective of this study was to recycle the Unripe FFB and compared the carotenoids content with the Ripe FFB. Carotenoids is the natural chemical compounds which gives palm oil its orange red color. The compound is good for human health as it can strengthen body immunity system and act as antioxidant The experiment was conducted by collecting fruits from three (3) samples of Ripe FFB and Unripe FFB. The selected fruits were then sterilized, and Crude Palm Oil (CPO) was extracted. The analysis of oil samples was conducted using Near Infrared Spectroscopy Diode Array (NIRS DA) 1650. Result for the carotenoids showed that mean for the Ripe FFB was 968.07 ppm and for the Unripe FFB was 927.37 ppm. The Free Fatty Acids (FFA) were 22.08 and 14.47 respectively which indicated that the fruits were badly bruised during the processing. This study showed that the carotenoids content in Unripe FFB is comparable with the Ripe FFB and thus it can be concluded that Crude Palm Oil (CPO) from Unripe FFB can be used for carotenoids extraction instead of rejected or disposed-off to the environment

Comparative Study of Carotenoids Content in Ripe and Unripe Oil Palm Fresh Fruit Bunches

Currently Elaies Guineensis or oil palm is the most widely planted commodity crop in Malaysia and has a very large impact to the country’s economy. At the same time, the industry also produces huge amount of oil palm waste materials such as Unripe Fresh Fruit Bunche (FFB). Each year million tons of Unripe FFB could not be processed in the mill and were disposed-off and thus posed additional threats to the environment. The objective of this study was to recycle the Unripe FFB and compared the carotenoids content with the Ripe FFB. Carotenoids is the natural chemical compounds which gives palm oil its orange red color. The compound is good for human health as it can strengthen body immunity system and act as antioxidant The experiment was conducted by collecting fruits from three (3) samples of Ripe FFB and Unripe FFB. The selected fruits were then sterilized, and Crude Palm Oil (CPO) was extracted. The analysis of oil samples was conducted using Near Infrared Spectroscopy Diode Array (NIRS DA) 1650. Result for the carotenoids showed that mean for the Ripe FFB was 968.07 ppm and for the Unripe FFB was 927.37 ppm. The Free Fatty Acids (FFA) were 22.08 and 14.47 respectively which indicated that the fruits were badly bruised during the processing. This study showed that the carotenoids content in Unripe FFB is comparable with the Ripe FFB and thus it can be concluded that Crude Palm Oil (CPO) from Unripe FFB can be used for carotenoids extraction instead of rejected or disposed-off to the environment

EVALUASI NON DESTRUKTIF KUALITAS TANDAN BUAH SEGAR (TBS) KELAPA SAWIT (Elaeis guineensis Jack) BERDASARKAN SIFAT TERMAL

Indonesia termasuk salah satu negara dengan produk perkebunan unggulan berupa kelapa sawit Pencapaian produktivitas kelapa sawit dengan kualitas optimum dipengaruhi oleh waktu panen. Penentuan waktu panen kelapa sawit biasanya dilakukan berdasarkan tingkat kematangan buah (fraksi: jumlah buah yang memberondol). Pada studi ini dilakukan evaluasi non destruktif kualitas tandan buah segar (TBS) kelapa sawit (Elaeis guineensis jack) berdasarkan sifat termal. Sampel pada penelitian ini adalah TBS kelapa sawit varietas Tenera pada lima tingkat kematangan yaitu 110-140 HSP, 131-150 HSP, 151-170 HSP, 171-190 HSP, dan 191- 200 HSP. Citra termal TBS direkam menggunakan kamera termal dan diuji parameter kualitasnya yang terdiri dari kadar air, kandungan minyak, Asam Lemak Bebas (ALB), Deterioration of Bleachability Index (DOBI), dan karoten. Citra yang direkam diolah menggunakan perangkat lunak pengolahan citra digital. Data hasil pengolahan citra termal berupa nilai Red (R), Green (G), Blue (B), dan Suhu. Hasil ekstrakksi citra berupa karakteristik termal, selanjutnya dibandingkan dengan hasil uji laboratorium dan dianalisis nilai korelasinya. Nilai korelasi karakteristik termal terhadap parameter kualitas yang terdiri dari kadar air, kandungan minyak, ALB, DOBI, dan karoten memiliki nilai R2 masing-masing yaitu 0.8715, 0.8039, 0.6553, 0.6045, dan 0.4676. Parameter kualitas dengan katagori terbaik terdapat pada TBS dengan tingkat kematangan 171-190 HSP dengan nilai kadar air 29.02%, kandungan minyak 24.51%, ALB, 0.26%, DOBI 2.49%, dan karoten 530.61 ppm serta nilai suhu 28.90 oC. Selanjutnya dilakukan pembangunan model prediksi menggunakan Jaringan Saraf Tiruan (JST), Multi Layer Perceptron (MLP) untuk mendapatkan model prediksi kualitas TBS berdasarkan karakteristik termal. Jumlah hidden layer yang dibentuk pada model adalah satu hidden layer dengan jumlah node masing-masing untuk kadar air, kandungan minyak, ALB, DOBI, dan karoten adalah 2, 2, 2, 2, dan 5. Hasil pembangunan model memberikan nilai R2 untuk kalibrasi masing-masing 0.9920, 0.9800, 0.9890, 0.9990, dan 0.7780 dengan hasil validasi 0.9664, 0.9183, 0.6878, 0.8378, dan 0.7942 untuk kadar air, kandungan minyak ALB, DOBI, dan karoten. Alat dapat digunakan untuk mengukur TBS dengan rentang kadar air 23.751-85.879 %, kandungan minyak 9.980-28.483 %, ALB 0.009-0.543%, DOBI 0.727-3.374, dan karoten 166.924-2785.368 ppm

Artificial Neural Networks in Agriculture

Modern agriculture needs to have high production efficiency combined with a high quality of obtained products. This applies to both crop and livestock production. To meet these requirements, advanced methods of data analysis are more and more frequently used, including those derived from artificial intelligence methods. Artificial neural networks (ANNs) are one of the most popular tools of this kind. They are widely used in solving various classification and prediction tasks, for some time also in the broadly defined field of agriculture. They can form part of precision farming and decision support systems. Artificial neural networks can replace the classical methods of modelling many issues, and are one of the main alternatives to classical mathematical models. The spectrum of applications of artificial neural networks is very wide. For a long time now, researchers from all over the world have been using these tools to support agricultural production, making it more efficient and providing the highest-quality products possible

Modeling oil palm monoculture and its associated impacts on land-atmosphere carbon, water and energy fluxes in Indonesia

In dieser Studie wird ein neues Modul “CLM-Palm” für mehrjährige Nutzpflanzen zur Modellierung einer funktionellen Gruppe (plant functional type) für Ölpalmen im Rahmen des Community Land Models (CLM4.5) entwickelt, um die Auswirkungen der Transformation eines tropischen Waldes in eine Ölpalmenplantage auf die Kohlenstoff-, Wasser- und Energieflüsse zwischen Land und Atmosphäre zu quantifizieren. Um die Morphologie der Ölpalme möglichst detailgetreu darzustellen (das heißt, dass ungefähr 40 Phytomere einen mehrschichtigen Kronenraum formen), wird in dem Modul CLM-Palm eine phänologische und  physiologische Parametrisierung auf Skalen unterhalb des Kronraums eingeführt, so dass jedem Phytomer sein eigenes prognostisches Blattwachstum und seine Erntekapazität zugeordnet wird, während Stamm und Wurzeln gemeinsam genutzt werden. Das Modul CLM-Palm wurde ausschließlich für Ölpalmen getestet, ist aber auch für andere Palmarten (z. B. Kokospalmen) interessant.  Im ersten Kapitel dieser Arbeit werden Hintergrund und Motivation dieser Arbeit vorgestellt. In Kapitel 2 wird die Entwicklung des Haupt- bzw. Kernmodells beschrieben,  inklusive Phänologie und Allokationsfunktionen zur Simulation des Wachstums und des Ertrags der Palme PFT, wodurch die Basis zur Modellierung  der biophysikalischen und biogeochemicalischen Kreisläufe innerhalb dieser Monokultur bereitgestellt wird. Die neuen Parameter für die Phänologie und die Allokation wurden sorgfältig mit Feldmessungen des Blattflächenindexes (LAI), des Ertrags und der Nettoprimärproduktion (NPP) verschiedener Ölpalmenplantagen auf Sumatra (Indonesien) kalibriert und validiert. Die Validierung zeigte die Eignung von CLM-Palm zur adäquaten Vorhersage des mittleren Blattwachstums und Ertrags für verschiedene Standorte und repräsentiert in ausreichendem Maß die signifikante Variabilität bezüglich des Stickstoffs und Alters von Standort zu Standort.  In Kapitel 3 wird die weitere Modellentwicklung und die Implementierung eines Norman-Mehrschichtmodells für den Strahlungstransport vorgestellt, das an den  mehrschichtigen Kronenraum der Ölpalme angepasst ist. Dieses Norman-Mehrschichtmodell des Strahlungstransports zeigte im Vergleich zu dem in CLM4.5 implementierten Standardmodell (basierend auf großen Blättern) bei der Simulation der Licht-Photosynthese-Kurve leichte Verbesserungen und hat  lediglich marginale Vorteile gegenüber dem ebenfalls in CLM4.5 implementierten alternativen statistischen Mehrschichtmodell.  Dennoch liefert das Norman-Modell eine detailliertere und realistischere Repräsentation des Belaubungszustands wie etwa dem dynamischen LAI, der Blattwinkelverteilung in verschiedenen Höhen, und ein ausgewogeneres Profil der absorbierten photosynthetisch aktiven Strahlung (PAR). Die Validierung mit Hilfe der Eddy-Kovarianz Flussdaten zeigte die Stärke von CLM-Palm bei der Simulation der Kohlenstoffflüsse, offenbarte aber auch Abweichungen in der simulierten Evapotranspiration (ET), dem sensiblen und dem latenten Wärmefluss (H und LE). Eine Reihe von hydrologischen Messungen im Kronenraum wird in Kapitel 4 beschrieben. Dies beinhaltet eine Adaption des in CLM4.5 eingebauten Standardmodells für Niederschlag, Interzeption und Speicherfunktionen für die speziellen Merkmale eines Ölpalmen-Kronenraums. Die überarbeitete Hydrologie des Kronenraums behob die Probleme bei der Simulation der Wasserflüsse (ET und Transpiration im Kronenraum) und verbesserte die Energieaufteilung zwischen H und LE. Kapitel 5 dokumentiert die Implementierung eines neuen dynamischen Modells für Stickstoff (nitrogen, N) in CLM-Palm zur Verbesserung der Simulation der C- und N-Dynamik, insbesondere mit Bezug auf den N-Düngeeffekte in landwirtschaftlich genutzten Systemen. Das dynamische N-Modell durchbricht die Limitierung des Standardmodells in CLM4.5, mit fixierter C-N-Stöchiometrie und erlaubt die Variation des C:N-Verhältnisses in lebendem Gewebe in Abhängigkeit der N-Verfügbarkeit und dem N-Bedarf der Pflanze.  Eine Reihe von Tests bezüglich der Düngung zeigte beispielhaft die Vorteile des dynamischen N-Modells, wie zum Beispiel die Verbesserung des Netto-Ökosystemaustauschs (net ecosystem exchange, NEE), ein realistischeres C:N-Verhältnis im Blatt, eine verbesserte Repräsentation der Effizienz des Stickstoffeinsatzes (nitrogen-use efficiency, NUE), sowie der Effekte von Düngung auf Wachstum und Ertrag. Abschließend wird in Kapitel 6 eine Anwendungsstudie gezeigt, in der die zentralen Modellentwicklungen aus den vorangegangenen Kapiteln verwendet werden. Eine junge und eine  erntereife Ölpalmenplantage sowie ein Primärregenwald wurden simuliert und verglichen. Sie wiesen klare Unterschiede in den C-Flüssen und in den biophysikalischen Merkmalen (z.B. ET und Oberflächentemperatur) auf. Ölpalmenplantagen können durch Wachstumsentwicklung (im Alter von etwa 4 Jahren)  ebenso hohe und darüber hinausgehende C-Assimilation und Wassernutzungsraten erreichen wie Regenwälder, haben jedoch im Allgemeinen eine höhere Oberflächentemperatur als eine bewaldete Fläche – dies gilt auch für erntereife Plantagen. Eine Simulation des Übergangs, die zwei Rotationsperioden mit Neubepflanzungen alle 25 Jahre umspannt, zeigte dass der Anbau von Ölpalmen auf längeren Zeitskalen lediglich in etwa die Hälfte des ursprünglichen C-Speichers der bewaldeten Fläche vor dem Kahlschlag  rückspeichern kann. Das im Boden gespeicherte C nimmt in einer bewirtschafteten Plantage aufgrund des begrenzten Streurücklaufs langsam und graduell ab. Insgesamt reduziert die Umwandlung eines Regenwaldes in eine Ölpalmenplantage die langfristigen C-Speicher und die Kapazität der Fläche zur C-Sequestrierung und trägt potentiell zur Erwärmung der Landoberfläche bei – trotz des schnellen Wachstums und der hohen C-Assimilationsrate einer stark gedüngten Plantage. Zur Einschätzung der regionalen und globalen Effekte der Ausbreitung der Kultivierung von Ölpalmen auf die Austauschprozesse zwischen Land und Atmosphäre und auf das Klima ist es notwendig eine Upscaling-Studie durchzuführen

Effect of water on electrical properties of Refined, Bleached, and Deodorized Palm Oil (RBDPO) as electrical insulating material

This paper describes the properties of refined, bleached, deodorized palm oil (RBDPO) as having the potential to be used as insulating liquid. There are several important properties such as electrical breakdown, dielectric dissipation factor, specific gravity, flash point, viscosity and pour point of RBDPO that was measured and compared to commercial mineral oil which is largely in current use as insulating liquid in power transformers. Experimental results of the electrical properties revealed that the average breakdown voltage of the RBDPO sample, without the addition of water at room temperature, is 13.368 kV. The result also revealed that due to effect of water, the breakdown voltage is lower than that of commercial mineral oil (Hyrax). However, the flash point and the pour point of RBDPO is very high compared to mineral oil thus giving it advantageous possibility to be used safely as insulating liquid. The results showed that RBDPO is greatly influenced by water, causing the breakdown voltage to decrease and the dissipation factor to increase; this is attributable to the high amounts of dissolved water

Determination of Time Dependent Stress Distribution on Potato Tubers at Mechanical Collision

This study focuses on determining internal stress progression and the realistic representation of time dependent deformation behaviour of potato tubers under a sample mechanical collision case. A reverse engineering approach, physical material tests and finite element method (FEM)-based explicit dynamics simulations were utilised to investigate the collision based deformation characteristics of the potato tubers. Useful numerical data and deformation visuals were obtained from the simulation results. The numerical results are presented in a format that can be used for the determination of bruise susceptibility magnitude on solid-like agricultural products. The modulus of elasticity was calculated from experimental data as 3.12 [MPa] and simulation results showed that the maximum equivalent stress was 1.40 [MPa] and 3.13 [MPa] on the impacting and impacted tubers respectively. These stress values indicate that bruising is likely on the tubers. This study contributes to further research on the usage of numerical-methods-based nonlinear explicit dynamics simulation techniques in complicated deformation and bruising investigations and industrial applications related to solid-like agricultural products