Bài giảng Vật lý thực phẩm - Dương Văn Trường

Nội dung text: Bài giảng Vật lý thực phẩm - Dương Văn Trường

1. TRNG I HC CÔNG NGHIP TP H CHÍ MINH VIN CÔNG NGH SINH HC&THC PHM - - - - - - - - - - - - - - - BÀI GING VT LÝ THC PHM Ngi biên son : Dơng Vn Trng TP Hồ Chí Mính, tháng 12-2015
2. VẬT LÝ TH ỰC PH ẨM (Food Physics) CBGD: D ươ ng V ăn Tr ườ ng Vi ện Công ngh ệ Sinh h ọc và Th ực ph ẩm Đạ i h ọc Công nghi ệp TP HCM Nội dung ch ươ ng trình Ch ươ ng 1: Các thông s ố v ật lý và tính ch ất c ủa th ực ph ẩm Ch ươ ng 2: tính ch ất b ề m ặt c ủa th ực ph ẩm Ch ươ ng 3 : tính ch ất nhi ệt, điện c ủa th ực ph ẩm Ch ươ ng 4: Các tính ch ất l ưu bi ến c ủa th ực ph ẩm Ch ươ ng 5 : Ho ạt độ n ướ c Tài li ệu tham kh ảo • Bài gi ảng VLTP : thuc-pham/vat-ly-thuc-pham • Wilhelm, Luther R., Dwayne A. Suter, and Gerald H. Brusewitz. 2004. Physical Properties of Food Materials . Chapter 2 in Food & Process Engineering Technology, 23-52. St. • James F. Steffe, 1996, Reological methods in food process engineering (second edition), Freeman Press, USA. • Jasim Ahmed Hosahalli S. Ramaswamy, Stefan Kasapis Joyce I. Boye, Novel Food Processing (Effects on Rheological and Functional Properties), CRC Press • Physical Chemistry of Foods 1
3. TÀI LI ỆU THAM KH ẢO (References ) [1].Andrew J. Rosenthal (1999). Food Texture Measurement and Perception . ISBN 0-8342-1238-2, Aspen Publishers, Inc., Printed in the United States of America [2]. Ignacio Arana (2012). Physical Properties of Foods- Novel Measurement Techniques and Applications . CRC Press. ISBN - 13: 978-1-4398-3537-1 [3]. Ludger Figura and Arthur A. Teixeira (2007). Physics Food . ISBN 978-3-540-341918, Springer- Verlag Berlin – Heidelberg. [4]. Tharwat F. Tadros (2005). Applied Surfactants- Principles and Applications. ISBN-13: 978-3-527-30629-9, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. [5]. Serpil Sahin and Servet Gülüm Sumnu (2006). Physical Properties of Foods . ISBN-13: 978-0387-30780-0, Springer, Printed in the United States of America. Tại sao ph ải nghiên c ứu tính ch ất v ật lý c ủa th ực ph ẩm? TP có ngu ồn g ốc sinh học : t ươ i s ống ho ặc qua ch ế bi ến - Phân tích thi ết Thay đổ i c ủa quá bị trình ch bi n: ế Mục đích ế ế bi n - XD h ệ th ống đổ ơ ọ ệ i c h c, nhi t, thi ết b ị phù đ ệ i n, quang, âm và hợp điện t ừ ỨNG DỤNG CỦA CÁC TÍNH CH ẤT V ẬT LÝ (Physical Properties Applications) • xác đị nh, l ượ ng hóa vi ệc mô tả v ật li ệu th ực ph ẩm • cung c ấp d ữ li ệu cho ngành kỹ thu ật th ực ph ẩm • tiên đoán tính ch ất c ủa v ật li ệu m ới t ừ đó đa d ạng hóa th ực ph ẩm 2
4. Ch ươ ng 1: thông s ố v ật lý th ực ph ẩm Caùc thoâng soá vaät lyù cuûa thöïc phaåm • Ñoä daøi : L (m) • Dieän tích : S (m 2) • Theå tích : V (m 3) • Khoái löôïng : m (kg) • Khoái löôïng rieâng: ρ (kg/m 3) • AÙp suaát : P (N/m 2) • Vaän toác : v (m/s) Caùc thoâng soá vaät lyù cuûa thöïc phaåm (tt) • Ñoä nhôùt : µ (Ns/m 2) • Nhieät löôïng rieâng : i, I (J/kg) • Nhieät dung rieâng : c (J/kg.ñoä) • Heä soá daãn nhieät : λ (W/m.ñoä) • Heä soá truyeàn nhieät : k (W/m 2.ñoä) • Nhieät ñoä : T (ñoä C, ñoä F, ñoä K) 3
5. Dimensions (Thöù nguyeân) Dimensions are represented as symbols (kyù hieäu) by: • length [L], • mass [M], • time [t], • temperature [T] • force [F]. All engineering quantities can be expressed in terms of these fundamental dimensions Dimensions (Thöù nguyeân) • Length = [L], area = [L] 2 , volume = [L ]3. • Velocity = length travelled per unit time=[L]/[t] • Acceleration = rate of change of velocity=[L]/[t]x1/[t]=[L]/[t][t]=[L]/ [t] 2 • Pressure = force per unit area=[F]/[L] 2 • Density = mass per unit volume=[M]/[L] 3 • Energy = force times length=[F] x [L]. • Power = energy per unit time=[F] x [L]/[t] UNITS AND CONVERSION FACTORS Ñôn vò vaø heä soá chuyeån ñoåi • Length 1 inch= 0.0254 m 1 ft= 0.3048 m •Area 1 ft 2 = 0.0929m2 • Volume 1 ft 3 = 0.0283 m3 1 liter= 0.001 m3 4
6. UNITS AND CONVERSION FACTORS (cont) • Mass 1 lb= 0.4536 kg 1 mole = molecular weight in kg • Density 1 lb/ft 3= 16.01 kg m -3 • Velocity 1 ft/sec= 0.3048 m s -1 • Pressure 1 lb/m 2= 6894 Pa 1 torr= 1 mm Hg • 1 atm= 1.013 x 10 5 Pa = 760 mm Hg • 1 atm= 9,81 x 10 4 N/m². UNITS AND CONVERSION FACTORS (cont) Force 1 Newton= 1 kg m s -2 Viscosity Dynamic ( độ nh ớt độ ng l ực h ọc, độ nh ớt tuy ệt đố i, độ nh ớt) - Pa.s = kg.m -1.s -1 , Pa.s = Ns/m², - Poise : 1 cP= 0.001 N.s.m -2 = 0.001 Pa.s = 1 mPa.s 1P = 100 cP - Dyne/cm² : 1 dyne = 10 -5 N, dyn/cm² = 0,10 N/m² Kinematic ( độ nh ớt độ ng h ọc) Đơ n v ị : St (stock), cSt, m²/s, mm²/s 1 cSt = 1 mm²/s; 1 St = 1 cm²/s 1 lb/ft sec= 1.49 N s m -2 = 1.49 kg m -1 s-2 Energy 1 Btu= 1055 J 1 cal= 4.186 J Power 1 kW= 1 kJ s -1 1 horsepower (HP) = 745.7 W = 745.7 J s -1 1 ton refrigeration= 3.519 kW UNITS AND CONVERSION FACTORS (cont) • (M) Mega = 10 6, (k) kilo = 10 3 g (m) milli = 10 -3, • 1 m = 10 9 nm = 10 10 Å • (µ) micro = 10 -6 m • Ñoä F = 32 + 9/5.ñoä C • Ñoä K = 273,15 + ñoä C 5
7. Các đặ c tr ưng v ật lý của v ật li ệu th ực ph ẩm 1. Hình d ạng, kích th ướ c Mục đích: • Đánh giá ch ất lượ ng??? • Phân lo ại • Quy ết định giá thành Cách xác đị nh th ể tích • Ph ươ ng pháp cân ch ất l ỏng • Dùng ống đong : đo tr ực ti ếp ph ần l ỏng tăng lên 6
8. Ph ươ ng pháp dùng t ỷ tr ọng k ế dạng khí V V1 2 Vs • PV = n RT m = m 1 + m 2 • Nén phòng 1 : lên áp P 1 và gi ữ P1V1 = P 2V1 + P 2Va2 nguyên Vs = V 2 –Va2 •Mở van 2, áp su ất là P 2. Xác định kích th ướ c Hình học c ơ bản Dưa h ấu Đậ u Hà Lan Xác định kích th ướ c (tt) Hình dạng khác Củ cà rốt Qu ả chu ối Qu ả lê 7
9. Các lo ại hạt: gạo, bắp Hạt gạo Hạt b ắp Hạt tiêu Các lo ại con: tôm, cá, cua Một s ố vật li ệu có hình dạng ph ức tạp không xác định kích th ướ c ⇒??? Kỹ thu ật scan 3D : xác đị nh chính xác kích th ướ c và kh ối l ượ ng c ủa th ực ph ẩm - ph ục v ụ cho quá trình phân chia chính xác nh ất. Các đặ c tr ưng v ật lý của v ật li ệu th ực ph ẩm 2. Kh ối l ượ ng riêng (Density) ρ = m/v, kg/m³. Quan h ệ kh ối l ượ ng và th ể tích?? ứng d ụng : đị nh l ượ ng??? 8
10. Tính toán kh ối l ượ ng riêng • Xv : ph ần th ể tích, m³/m³ • Xw: ph ần kh ối l ượ ng, kg/kg Kh ối l ượ ng riêng c ủa các ch ất tinh khi ết, kg/m³: T : nhi ệt độ c ủa th ực ph ẩm, °C ( ứng d ụng -40
    150°C) Tính toán kh ối l ượ ng riêng Bài t ập: tính kh ối l ượ ng riêng c ủa bánh Spinach ở 20°C, T ổng kh ối l ượ ng c ủa bánh là 100 g, bi ết thành ph ần c ủa chúng nh ư sau Đáp s ố : 1030,53 kg/m³. Các lo ại kh ối l ượ ng riêng • Kh ối l ượ ng riêng ch ất r ắn (solid density) ρρρs: kh ối l ượ ng/th ể tích (th ể tích đượ c xác đị nh b ằng cách đuổi h ết khí t ồn t ại trong các pore c ủa v ật li ệu r ắn), không tính đế n các khí trong ch ất r ắn. • Kh ối l ượ ng riêng v ật li ệu (ch ất)- material (susbtance) density ρρρm – là kh ối l ượ ng riêng đượ c xác đị nh b ằng kh ối l ượ ng/th ể tích (th ể tích đượ c xác đị nh b ằng vi ệc nghi ền nh ỏ các h ạt thành bột m ịn) • Kh ối l ượ ng riêng h ạt (particle density) ρρρp : kh ối l ượ ng h ạt/th ể tích c ủa h ạt, th ể tích đượ c xác đị nh là các pore đóng, không tính đế n các pore m ở. • Kh ối l ượ ng riêng bi ểu ki ến (apparent density) ρρρapp : kh ối lượ ng/th ể tích c ủa v ật li ệu, th ể tích c ủa t ất c ả các pores trong vật li ệu, đượ c xác đị nh b ằng kích th ướ c hình h ọc, ho ặc s ử dụng ph ươ ng pháp m ực ch ất l ỏng dâng lên khi thêm ch ất r ắn vào: = kh ối l ượ ng/th ể tích hình h ọc. • Kh ối l ượ ng riêng t ổng th ể (bulk density) ρρρbulk : là kh ối l ượ ng riêng tính cho các v ật li ệu đóng gói ho ặc x ếp ch ồng ch ất lên nhau, th ể tích c ủa chúng đượ c xác đị nh b ằng t ổng th ể th ể tích của chúng (k ể c ả ph ần r ỗng do x ếp ch ồng lên nhau). 9
11. Bài t ập 1 Một nghiên c ứu trên 130 gram ngô cho th ấy các thành ph ần kh ối l ượ ng c ủa chúng nh ư sau: cacbonhydrat : 62 g, protein : 8 g, lipit : 30 g, ch ất tro : 4 g Ph ần còn l ại là n ướ c Hãy xác đị nh kh ối l ượ ng riêng ch ất r ắn c ủa ngô ở 20 o C. Đáp s ố : 1232,72 kg/m3 - Đố i v ới th ực ph ẩm dạng l ỏng : hay dùng đơ n v ị là t ỷ tr ọng. Tỷ tr ọng c ủa th ực ph ẩm: là t ỷ s ố gi ữa kh ối l ượ ng riêng c ủa ch ất l ỏng so với kh ối l ượ ng riêng c ủa nướ c ở 4°C. ứng d ụng : quá trình r ửa th ực ph ẩm, phân lo ại, Bài t ập 2 về t ỷ tr ọng Trong 200 ml s ản ph ẩm n ướ c d ứa cô đặ c có các thành ph ần th ể tích nh ư sau: cacbonhydrat : 150 ml protein : 17 ml lipit : 2 ml ch ất tro : 0,7 ml Ph ần còn l ại là n ướ c Hãy xác đị nh t ỷ tr ọng c ủa n ướ c d ứa cô đặ c ở 4oC. Đáp s ố :1,48 10
12. Độ xốp (Porosity) • Độ x ốp : là t ỷ l ệ ph ần tr ăm không khí chi ếm ch ỗ c ủa kh ối hạt so v ới m ột đơ n v ị th ể tích của c ả kh ối th ực ph ẩm. • Độ x ốp = th ể tích c ủa khí/th ể tích c ủa toàn b ộ TP. • Độ x ốp: khu ếch tán v ật ch ất??? • Độ x ốp c ủa th ực ph ẩm càng nh ỏ thì gây nhi ều c ản tr ở cho quá trình s ấy, đun nóng, Cách xác đị nh độ x ốp 1: • Dùng ph ần m ềm Image J : – Ch ụp ảnh b ằng kính hi ển vi –Sử d ụng ph ần m ềm phân tích hình ảnh của các pore, b ọt khí, – Xác đị nh t ỷ l ệ v ề kích th ướ c b ọt, bán kính trung bình và ph ần tr ăm di ện tích c ủa Hình ảnh độ x ốp c ủa bánh mì khí chi ếm ch ỗ. (1 cm²) Image J • ImageJ : Kết qu ả phân tích độ x ốp trên ImageJ Phân b ố kích th ướ c c ủa các b ọt khí Kết qu ả đượ c xác đị nh : 0,348 11
13. Cách xác đị nh độ x ốp 2: • Độ x ốp c ủa kh ối th ực ph ẩm εtotal = εapp + εbulk Cách xác đị nh độ x ốp 2: • Độ x ốp c ủa kh ối th ực ph ẩm εtotal = εapp + εbulk Ph ươ ng pháp dùng t ỷ tr ọng k ế dạng khí P1V1 = P 2V1 + P 2Va2 Vs = V 2 –Va2 Va2 = V 2 –Vs V1 V2 Vs SAI S Ố ????? 12
14. Bài t ập 1 V1 V2 Vs Khi đo độ xốp của mẫu táo sấy, mẫu đặ t trong phòng 2. Khi van 2 đóng thì áp su ất tại phòng 1 là 1020 mmHg. Khi van 2 mở thì áp su ất cân bằng của hai phòng là 520 mmHg. Bi ết th ể tích V1 = V2 = 1000 ml. Tính th ể tích và độ xốp của mi ếng táo sấy? Đáp s ố: V = 40; 38 ml, độ x ốp = 0,96. Bài t ập 2 Trái sơri có độ ẩm là 80% (kg/kg). Kh ối lượ ng riêng bi ểu ki ến (apparent) và kh ối lượ ng riêng toàn kh ối (bulk) lần lượ t là 615 kg/m³ và 511 kg/m³ ở 25°C. bi ết rằng thành ph ần của trái sơri ch ỉ có cacbonhydrat và nướ c, tính độ xốp của trái sơri khi xếp ch ồng ch ất lên nhau (εtotal ). Bi ết rằng, kh ối lượ ng riêng của cácbonhydrat là 1586 kg/m³ và của nướ c là 997 kg/m³. Đáp số : Bài t ập 2 Trái sơri có độ ẩm là 80% (kg/kg). Kh ối lượ ng riêng bi ểu ki ến (apparent) và kh ối lượ ng riêng toàn kh ối (bulk) lần lượ t là 615 kg/m³ và 511 kg/m³ ở 25°C. bi ết rằng thành ph ần của trái sơri ch ỉ có cacbonhydrat và nướ c, tính độ xốp của trái sơri khi xếp ch ồng ch ất lên nhau (εtotal ). Đáp số : 0,6 13
15. Bài t ập 3 Tính độ x ốp táo s ấy có kh ối l ượ ng 510 g ch ứa đủ trong 500 ml bình ch ứa. Bi ết r ằng táo ch ỉ ch ứa CHO, Protein và n ướ c v ới các ph ần kh ối l ượ ng l ần l ượ t là 0,7; 0,11 và 0,19 ở 25 độ C, Cho kh ối l ượ ng riêng bi ểu ki ến là 0.8 lần kh ối lượ ng riêng ch ất r ắn. Đáp s ố: MAØU SAÉC VAØ HÌNH DAÏNG Maøu saéc: Caûm giaùc maøu nhaän ñöôïc laø do taùc ñoäïng cuûa chuøm ta saùng leân maét. Maét ngöôøi nhaän chuøm tia saùng coù böôùc soùng trong khoaûng 380nm - 740nm. Töû ngoaïi maïnh Nhìn thaáy Hoàng ngoaïi (naêng löôïng yeáu) 380nm (tím) 740nm (ñoû) 41 Sù t¹o ¶nh vµ nhËn biÕt mµu ë m¾t 42 14
16. Tính ch ất màu c ủa th ực ph ẩm • Các y ếu t ố ảnh h ưở ng đế n vi ệc hình thành màu s ắc – Ngu ồn sáng –Hướ ng nhìn – Kích th ướ c c ủa v ật –Nền – Độ tu ổi – Trí nh ớ v ề màu Hệ màu • CIE (commission internationale de l’Eclairage) Bao g ồm XYZ (Yxy) color system Hunter Lab color system L*a*b* color system Hệ Yxy • Y đặ c tr ưng cho độ sáng c ủa ph ản x ạ • Yx đặ c tr ưng cho c ườ ng độ màu s ắc 15
17. Hệ L*a*b* L: ch ỉ độ sáng đế n t ối (+100 đế n 0) -a* (xanh lá cây -68, -128 ) => +a* ( đỏ +68, +128) -b* (xanh da tr ời) => +b* (vàng cam) Hệ L*C*h • Đây là h ệ màu tươ ng đươ ng h ệ L*a*b* nh ưng h ệ này s ửu d ụng các thông s ố • L : độ sáng • C: c ườ ng độ màu h : góc thay đổ i màu 16
18. Mối quan h ệ L*a*b* và L*C*h Nh ư v ậy khi màu sắc thay đổ i thì vả a và b đề u thay đổ i Nh ưng n ếu dùng hệ LCh Ph ươ ng pháp ch ụp màu Sử dụng hệ th ống màu để đánh giá sự bi ến đổ i màu của th ực ph ẩm 3 thông số : L, a, b đượ c xác đị nh nh ư 3 thông số cơ bản để xác đị nh sự bi ến đổ i màu trong quá trình ch ế bi ến. 3.4. Ki ểm tra độ màu c ủa th ực ph ẩm Các ph ươ ng pháp đo màu th ực ph ẩm 17
19. Câu h ỏi ôn t ập • Nêu các ph ươ ng pháp xác đị nh th ể tích của th ực ph ẩm • Ý ngh ĩa c ủa các d ạng kh ối l ượ ng riêng và cách xác đị nh chúng? • Độ x ốp là gì? Ý ngh ĩa c ủa độ x ốp trong ch ế bi ến th ực ph ẩm? • Bài t ập 18
20. 12/30/2015 Chương 2 : Tính chất bề mặt của thực phẩm Bề mặt riêng (interfacial tension) - Khi chúngở trên bề mặt phân chia pha, thì lực hút của chúng khác với chúng nằm trong pha - Lực hútphântử làmcho các chất bị hútvào lòng của nólàm cho chất lỏng có xu hướng làm giảm bề mặt tối thiểu trong điều kiện nhất định
    giọt luôn có hình cầu - Khi đường kính của hạt càng lớn thì chúngkhôngcòn hình cầu nữa Sức căng bề mặt • Là công tác dụng trên một đơn vị bề mặt, hay là công cần thiết để thay đổi diện tích bề mặt ở điều kiện nhiệt độ nhất định. Chất Chất lỏng L: là khoảng chạy khi kéo lực F, m lỏng 2 1 D: khoảng cách từ A
    B 2: chỉ rằng có 2 chất lỏng ở hai bên. 1
21. 12/30/2015 Phương trình LAPLACE • Giọt nước có áp suất P1, môi trường có áp suất P2. • Lực căng bề mặt Nửa giọt nước ở trong • Lực này duy trì sức căng không khí bề mặt 2
22. 12/30/2015 Do khối lượng riêng của khí rất nhỏ nên ta có sức căng bề mặt là h is the height of the column, m ρl is the density of the liquid, kg/m3 rt is the capillary tube radius, m ϴ is the contact angle, độ Example • Calculate the height of rise of water in a clean capillary tube of radius 0.001 cm if the density of water is 997 kg/m 3, surface tension is 73 dynes/cm, and the contact angle of water to the glass is 10 0. 1dyne = 10 -5N 1dyne/cm=10 -3 N/m 3
23. 12/30/2015 Chất hoạt động bề mặt Hình 1: (a)Giọt nước trên bề mặt ghét nước (hydrophobic) (b) giọt nước trên bề mặt thích nước (hydrophilic). Hoạt nh bề mặt Khái niệm : Những chất mà khi cho một lượng rất nhỏ sẽ làm giảm sức căng bề mặt gọi là chất có hoạt nh bề mặt - Chất hoạt động bề mặt (Surfactant ) là các tác nhân thấm ướt làm giảm sức căngbề mặt của một chất lỏng. - Là chất mà phân tử của nó phân cực: mộtđầu ưa nước và mộtđuôi kị nước. - Những chất này tan được trong nước và trong dung môi hữu cơ 4
24. 12/30/2015 Khi cho chất hoạt động bề mặt vào trong dung dịch, nó sẽ tạo thành các hạt mixen (micelle) -Tùy theo môi trường mà mixen có đầu quay ra ngoài hay quay vào trong VD: Một mixen với phần đầu kị nước hoà tan trong dầu, trong khi phần ưa nước hướng ra phía ngoài, như là Liner Alkyl Benzen Sunfunat Acid, xà phòng Phân loại chất hoạt động bề mặt • Ion âm • Ion dương • Không mang điện ch • Mang cả hai điện ch Trong quá trình hoạt động của chất hoạt động bề mặt liên quan đến chuyển động lực học của hệ thống, liên quan đến mức độ trật tự, hỗn độn của hệ thống. 5
25. 12/30/2015 Ứng dụng • Chất hoạt hóa bề mặt ứng dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày. Ứng dụng phổ biến nhất là bột giặt,nước rửa chén, sơn, nhuộm • Trong công nghiệp thực phẩm: Chất nhũ hóa cho bánh kẹo, bơ sữa và đồ hộp : chocolat, sữa chua, kem. • Tính chất bề mặt vô cùng quan trọng trong công đoạn rửa, những chất tẩy rửa làm giảm sức căng bề mặt làm cho các chất bẩn ở dạng rắn dễ tách ra khỏi bề mặt • Trong công nghiệp mỹ phẩm: Chất tẩy rửa, nhũ hóa, chất tạo bọt • Trong ngành in: Chất trợ ngấm và phân tán mực in • Trong nông nghiệp: Chất để gia công thuốc bảo vệ thực vật, • Trong xây dựng: Dùng để nhũ hóa nhựa đường, tăng cường độ đóng rắn của bê tông Ngoài ra những ứng dụng trong các lĩnh vực khác như • Trong công nghiệp dệt nhuộm: Chất làm mềm cho vải sợi, chất trợ nhuộm • Trong dầu khí: Chất nhũ hóa dung dịch khoan • Trong công nghiệp khoáng sản: Làm thuốc tuyển nổi, chất nhũ hóa, chất tạo bọt để làm giàu khoáng sản • Trong công nghiệp thực phẩm: Chất nhũ hóa cho bánh kẹo, bơ sữa và đồ hộp 6
26. 12/30/2015 Xà phòng hay xà bông là một chất tẩy rửa các vết bẩn, vết dầu mỡ. • Thành phần của xà phòng là muối natri hoặc kali của axít béo. • Xà phòng được dùng dưới dạng bánh, bột hoặc chất lỏng. • Một là đầu hiđrocacbon kị nước, còn một đầu là ion kim loại ưa nước. • Đối với các vết bẩn, dầu mỡ bám trên mặt vải thì đuôi kị nước sẽ quay vào trong vết bẩn, đầu ưa nước hướng ra ngoài. Sau đó sẽ tạo thành mixen là một khối dạng cầu có đầu ưa nước quay ra ngoài tách vết bẩn ra khỏi bề mặt vải. 7
27. 12/30/2015 Chương 3 : tính chất nhiệt, điện của thực phẩm TÍNH CHẤT NHIỆT (Thermal Properties) Vật liệu thực phẩm phải trải qua các công đoạn: từ thu hái, vận chuyển, xử lý, chế biến, bảo quản, lưu trữ để chuẩn bị cho khâu tiêu thụ Chỉ có rất ít thực phẩm tươi: trái cây, rau đi từ cánh đồng tới nơi tiêu thụ (ăn) mà không có xử lý nhiệt. Mục đích của xử lý nhiệt để: duy trì chất lượng, kéo dài thời gian bảo quản và tạo độ ngon riêng. Vd : Chế biến thủy sản: Các quá trình nhiệt bao gồm: - làm lạnh, làm đông, nung nóng ⇒ lấy nhiệt ra hoặc cung cấp nhiệt, muốn được chính xác phải có thông số nhiệt Các hình thức truyền nhiệt: Dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ • Dẫn nhiệt: là phương thức truyền nhiệt có sự ếp xúc giữa hai vật với nhau • Đối lưu: nhiệt truyền từ môi trường khí hoặc lỏng đến thực phẩm rắn • Bức xạ: là nhiệt truyền cho thực phẩm bằng sóng điện từ 1
28. 12/30/2015 • Sự truyền nhiệt vào trong thực phẩm phụ thuộc đầu ên vào sự chênh lệch nhiệt độ, nh chất vật lý (hình dạng, kích thước, thông số nhiệt) của thực phẩm • Mỗi cơ chế truyền nhiệt gắn liền với thông số nhiệt liên quan • Tính chất nhiệt được xác định thông qua đo lường trực ếp bằng các thí nghiệm hoặc nh toán thông qua các thành phần thực phẩm (nước, protein, carbon) HỆ SỐ DẪN NHIỆT • Ở trạng thái ổn định, sự dẫn nhiệt xuyên qua vật rắn , khi đó nh chất nhiệt quan trọng nhất là hệ số dẫn nhiệt (λ) • λ: lượng nhiệt dẫn qua 1 đơn vị chiều dài khi có sự chênh nhau 1 độ • λ được dùng để đánh giá nhiệt truyền qua vật thể dễ hay khó • Nhiệt truyền nhanh qua miếng kim loại nhưng lại chậm qua gỗ, khi đó ta nói hệ số dẫn nhiệt của kim loại lớn hơn của gỗ Vd: đồng: λ= 400 w/m.độ; nhôm: λ= 120w/m.độ; inox λ= 40 - 50w/m.độ • Vật liệu có hệ số dẫn nhiệt nhỏ sẽ trở thành vật liệu cách nhiệt: bông thủy tinh, polyurethane, • Hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm rất nhỏ và nằm trong dải hẹp: 0,2 – 0,5 W/m.độ • For fruits and vegetables with water content greater than 60%, thermal conductivity can be computed by the equation (Sweat, 1974): 2
29. 12/30/2015 carbohydrate ( c); protein ( p); fat ( f); ash ( a); and water ( w). Thời gian nấu thực phẩm nhanh hay chậm là do bản thân thực phẩm chứ không phải là do dụng cụ Nhiệt dung riêng: • Nhiệt dung riêng: nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho 1kg vật chất để nhiệt độ của nó tăng lên 1 độ, Cp(p- NDR của chất rắn và lỏng được xác định ở áp suất không đổi) • NRD liên quan trực ếp đến năng lượng cung cấp cho vật thể. • NDR của nước là lớn nhất: Cp = 4,186 kj/kg.độ, • Thực phẩm có hàm lượng nước càng lớn thì Cp càng lớn 3
30. 12/30/2015 3684,38 J/kg.K 1865,38 J/kg.°C = + NDR của thực phẩm có dạng C p bX w a a, b hệ số thực nghiệm Xw: hàm lượng ẩm của thực phẩm. Cp = 1,67 + 2,51 Xw, kJ/kg.độ 4
31. 12/30/2015 Có thể nh C p theo chất khô (pr, li, khoáng ) = + Cp a ∑bi X i carbohydrate ( c); protein ( p); fat ( f); ash ( a); and water ( w). Hệ số khuếch tán nhiệt (Thermal diffusivity ) • Hệ số khuếch tán nhiệt ( Thermal diffusivity ) cho biết trường nhiệt độ trong thực phẩm biến thiên nhanh hay chậm α λ = /ρcp của thực phẩm α = 1 × 10 -7 to 2 × 10 -7 m2/s TÍNH CHẤT ĐIỆN TỪ CỦA THỰC PHẨM 5
32. 12/30/2015 Phổ điện từ Phổ điện từ chia ra thành 3 vùng : Vùng tử ngoại trở xuống (có bước sóng nhỏ), vùng ánh sáng khả kiến (bước sóng từ 400 – 700 nm và vùng hồng ngoại trở lên (bước sóng lớn hơn 700 nm). Năng lượng tử ngoại và năng lượng hồng ngoại là hai dạng của sóng điện từ, có thể truyền đi trong không gian, xuyên thấu trong thực phẩm và chuyển thành năng lượng nhiệt nung nóng thực phẩm ứng dụng - ánh sáng khả kiến : đánh giá cảm quan - vùng tử ngoại trở xuống : tia cực m (vô trùng), chiếu xạ thực phẩm (bảo quản), tia X (chụp X quang), tia bức xạ (xạ trị – điều trị ung thư, bướu cổ ) - vùng hồng ngoại trở lên : ứng dụng cho quá trình sấy, dạng truyền thông tin như: rada, radio,TV, vệ tinh nhân tạo - Giữa năng lượng vi sóng và năng lượng hồng ngoại có những điểm khác nhau Năng lượng hồng ngoại Năng lượng vi sóng Bước sóng : lớn hơn 700 nm -Bước sóng : dải hẹp f khoảng 2450 MHz và bước sóng dài hơn -Không có khả năng đâm xuyên thực hồng ngoại phẩm mà chỉ làm nóng bề mặt thực phẩm -Có khả năng đâm xuyên thực phẩm nên nó làm nóng trong -Quá trình làm nóng phụ thuộc vào đặc lòng thực phẩm nhanh chóng. trưng bề mặt của thực phẩm, màu sắc của thực phẩm -ứng dụng trong quá trình thanh trùng, nấu chín hoặc làm nóng -Quá trình dẫn nhiệt vào trong phụ thực phẩm thuộc vào hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm (phụ thuộc vào lượng ẩm của -Quá trình làm nóng phụ thuộc thực phẩm) vào hàm lượng ẩm của vật liệu, ẩm càng cao thì làm nóng càng -Áp dụng trong quá trình sấy, làm nóng nhanh bề mặt của thực phẩm, ít làm hư hỏng trong lòng thực phẩm. 6
33. 12/30/2015 Nung nóng thực phẩm bằng lò vi sóng (lò viba), f= 2450 MHz - Phân tử nước gồm 1 nguyên tử oxy và 2 nguyên tử Hydro, do oxy có độ âm điện lớn làm cho nước trở thành phân tử lưỡng cực. - Khi thực phẩm được đặt trong một trường điện từ thì các lưỡng cực nước sẽ định hướng theo hướng của trường điện từ và khi trường điện từ dao động nhanh thì các phân tử nước cũng bị dao động theo - Do sự biến dạng của các cấu trúc phân tử gây nên khi nó sắp xếp định hướng trở lại theo trường điện từ mà nó chuyển năng lượng vi sóng thành nhiệt, trong quá trình đó nó cũng chịu ảnh hưởng bởi độ nhớt của thực phẩm - Số lượng lưỡng cực và sự thay đổi của nó theo trường điện từ được xác định thông qua hằng số điện môi của thực phẩm - Khi thực phẩm đặt trong một trường điện từ như vậy nó sẽ hấp thu sóng và chuyển thành nhiệt, lượng nhiệt được hấp thu đó đựơc gọi là “lose factor” – hệ số tổn thất. Thực phẩm có độ ẩm càng cao thì “lose factor” càng lớn do đó nó hấp thu nhiệt nhanh hơn - Do cấu trúc thực phẩm không đồng nhất nên sự hấp thu năng lượng vi sóng không đồng đều, do đó xảy ra sự dẫn nhiệt từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ thấp - Thủy nh và giấy và polymer có hệ số “lose factor” rất thấp, năng lượng vi sóng xuyên thấu rất dễ nên nó không bị đun nóng - Kim loại làm cho năng lượng vi sóng bị phản xạ 7
34. 12/30/2015 - Độ xuyên thấu của vi sóng Th c ph m Lose factor Chu i (tư i) 17 Th t bò 16 Bánh mì 0,005 B 0,1 Cá nu r i 12 Nư c 9,2 Du n 0,2 Th y tinh 0,1 Gi y 0,1 Khoai 6,7 Khi nung nóng thực phẩm bằng lò vi sóng thỉnh thoảng ta gặp hiện tượng thực phẩm vỡ tung ra (nung nóng cục bộ) Ứng dụng: - Vi sóng có tốc độ truyền nhiệt, đun nóng nhanh không cần có những bề mặt truyền nhiệt vì vậy việc nung nóng bằng lò vi sóng được áp dụng cho nhiều loại thực phẩm: - Tan giá, sấy, nướng, hâm nóng • Theo các phương pháp tan giá truyền thống, mất rất nhiều thời gian, sự tan giá diễn ra ở lớp bên ngoài rồi từ từ đi vào bên trong, nếu không có kinh nghiệm thì sẽ không kiểm soát được tan giá • Khi tan giá bằng lò vi sóng: Năng lượng vi sóng đi xuyên vào trong thực phẩm làm cho quá trình tan giá diễn ra rất nhanh, người ta cũng dùng quá trình này để làm nóng chảy các loại mỡ, chất béo, tuy nhiên cũng nảy sinh những khó khăn: 8
35. 12/30/2015 • Đối với loại thực phẩm đông block có kích thước lớn • Khi tan giá,vì nước có hệ số tổn thất lớn hơn nước đá nên khi nó tan ra, nó sẽ hấp thu năng lượng lớn hơn nước đá rất nhiều, với quá trình diễn biến ếp theo, phần tan ra bị nung nóng qúa mức, có những phần bị nấu lên trong khi có những phần khác vẫn bị đóng băng ⇒ Tan giá không đều • Khắc phục: - Giảm năng lượng vi sóng - Tác dụng dưới dạng xung (thời gian tan giá sẽ kéo dài) 9
36. CH NG 4 CÁC TÍNH CH T L U BI N CA TH C PH M (Rheology of food Products) Lưu bi ến Vật ch ất chuy ển độ ng nh ư th ế nào •Lưu bi ến h ọc là nghiên c ứu s ự bi ến d ạng và dòng ch ảy Sự thay đổ i hình d ạng ng dng tính toán ky thu t thi t kê ́ tính ch t phát hi n (các quá Ki m tra ư c cm quan ch t lư ng ra trình máy móc, sn ph m các sn truy n thi t b nhi t : tính giòn, ph m mi chính xác àn hi, va ̀ ng va ̀ ti t ki m do, lư ng), nng liên kt, lư ng 1
37. NG SU T VÀ BI N DNG (Stress and Deformation) Ứng su ất ( Stress ) là lực tác dụng (theo ph ươ ng bất kỳ) trên m ột đơ n vị di ện tích. σp F σ= F/A Stress = F/A [Pa, N/m2] σt A Phân lo i ng su t • Ứng su ất pháp (nén hay kéo): lực tác dụng theo ph ươ ng vuông góc với bề mặt ⇒ bề dài hay th ể tích của vật thay đổi • Ứng su ất tr ượ t (hay ứng su ất ti ếp): lực tác dụng theo ph ươ ng song song (ti ếp xúc) với bề mặt ⇒ lớp bề mặt dịch chuy ển so với lớp phía dướ i Bi ến dạng - Bi ến dạng dài + Độ bi ến dạng Cauchy + Độ bi ến dạng Hencky 2
38. - Bi ến dạng góc khi γ nh ỏ thì Định lu ật Hookean - Ch t r n àn h i (Elastic Solids) Dướ i tác dụng của ứng su ất kéo ho ặc ứng su ất nén σσσ = E* εεεc E: modun đàn hồi của ch ất rắn (Young ’s or elasticity module ) (độ cứng) 3
39. •Dướ i tác dụng của ứng su ất tr ượ t σij = G* γ γ : shear strain G: modun tr ượ t •Dướ i tác dụng của áp su ất th ủy tĩnh P = K* εεευυυ K: modun kh ối ευ=∆V/V Ví d bài t p Mô đun đàn h ồi của táo là 0,6.10 7Pa 4
40. Ñoä bieán daïng cuûa thöïc phaåm theo chieàu daøi, chieàu roäng hoaëc ñöôøng kính = Ñoä bieán daïng cuûa thöïc phaåm theo chieàu cao x Tæ soá Poisson cuûa thöïc phaåm ñoù Bài t ập 1 Một mi ếng th ịt hình tr ụ tròn có kích th ướ c Do x Ho = 7x5 cm. dùng m ột l ực tác độ ng vào mi ếng th ịt làm cho đườ ng kính của mi ếng th ịt t ăng lên là 7,8 cm. Ho 1. Tính chi ều cao c ủa mi ếng Ho th ịt sau nén bi ết h ệ s ố poisson là 0,32. Do 2. Tính l ực tác độ ng vào mi ếng th ịt? Bi ết E = 10 4 Pa 6
41. Bài t ập 2 dùng một vật nặng có kh ối lượ ng tươ ng đươ ng 200 ml nướ c kéo một sợi ph ở có kích th ướ c ban đầ u là Lo x Ro x Ho = 5x0,5x0,2 cm. Sau khi kéo chi ều dài giãn ra là 7 cm. bi ết hệ số poisson của Lo ph ở là 0,12. 1. Tính môdun đàn hồi của sợi ph ở? 2. Tính độ bi ến dạng của sợi ph ở 3. Tính chi ều rộng, chi ều dày sau Ho khi kéo? Ro Ba ì taäp 3 Một mieáng phoâ mai hình khoái ch ữ nhaät coù kích thöôùc daøi x roäng x cao = L x W x H= 0.5x 0.4 x 0.3 inch. Duøng 1 vaät coù khoái löôïng 0.1 lb Ho neùn leân mieáng phoâ mai naøy. Sau khi neùn, mieáng phoâ mai coù chieàu Wo daøi laø 0.043 ft. Xaùc ñònh ñoä cöùng Lo (modun dan hoi), chieàu roäng, chieàu cao cuûa phoâ mai sau neùn. Bieát tæ soá Poisson cuûa phoâ mai laø 0.25. 1 inch = 2,54 cm, 1 lb = 0,453 kg, 1 ft = 0,3048 m nh t - Viscosity • Độ nh ớt là một đạ i lượ ng vật lý đặ c tr ưng cho tr ở lực do ma sát nội tại sinh ra gi ữa các phân tử khi chúng có sự chuy ển độ ng tr ượ t lên nhau. • Phân lo ại độ nh ớt: – Độ nh ớt độ ng học: St (stock),cSt, cm 2/s – Độ nh ớt th ực (độ nh ớt độ ng lực học, độ nh ớt bi ểu ki ến). Pa.s (kg/m.s), mPa.s, Poise (g/cm.s), cP, 7
42. Ch t lng Newton Có 2 tấm ph ẳng, ở gi ữa là ch ất lỏng, tấm ở dướ i cố định. Khi ta tác dụng 1 lực lên tấm ở trên, nó sẽ tr ượ t đi kéo theo lớp ch ất lỏng ch ạy theo. Tốc độ tr ượ t gi ảm dần từ trên xu ống dướ i hình thành một gi ản đồ véc tơ. • Ch t lng Newton σ = µ ∗γ     • dx dv d dx d dx  dγ vp = =  =  = =γ dt dy dy dt  dt dy  dt ∂µ • = 0 ∂ γ • Định lu ật Newton v ề độ nh ớt • σ = µ ∗γ • µ: hệ số th ực nghi ệm ph ụ thu ộc vào đặc tính của th ực ph ẩm (độ nh ớt) • Ch ất lỏng mà độ nh ớt không ph ụ thu ộc vào tốc độ tr ượ t gọi là ch ất lỏng Newton và ng ượ c lại nếu độ nh ớt ph ụ thu ộc vào tốc độ tr ượ t thì gọi là ch ất lỏng phi Newton 8
43. Ch ất lỏng Newton • Ph ươ ng trình bi ến dạng tuân theo đẳng th ức Newton Hàm liên hệ gi ữa ứng su ất tr ượ t và tốc độ tr ượ t là hàm tuy ến tính: VD: nướ c, trà, cà phê, bia, rượ u vang, các lo ại đồ uống và nướ c ép trái cây, mật ong Sữa: là nh ũ tươ ng có ch ứa các các gi ọt bơ nh ỏ có đườ ng kính 0,0015 – 0,001mm, ch ứa 87% nướ c, 4% ch ất béo, 5% đườ ng, 3% protein – là ch ất lỏng Newton Độ nh ớt của sữa tăng theo hàm lượ ng ch ất béo, nh ưng lại gi ảm khi nhi ệt độ tăng Dầu cũng là ch ất lỏng Newton. Cấu trúc phân tử của nó có mạch dài, chi ều dài mạch cácbon của các acid béo càng lớn thì độ nh ớt càng lớn. Độ nh ớt của dầu tăng cùng với mức độ bão hòa của liên kết cácbon nối đôi. • Bài t ập Một t ấm g ỗ ph ẳng đượ c ph ủ m ột l ớp ch ất bao ph ủ có chi ều dày là 1,4 mm, t ấm g ỗ hình vuông có chi ều dài x chi ều r ộng là : 20 cm x 10 cm, dùng m ột l ực 6 N tác độ ng vào b ề m ặt song song v ới t ấm g ỗ. tính v ận tốc chuy ển độ ng c ủa b ề m ặt t ấm g ỗ ? bi ết rằng độ nh ớt c ủa ch ất bao ph ủ là 100 cP. Đáp s ố : v = 4,2 m/s Tốc độ tr ượ t u : v ận t ốc dài (m/s) Và . σ 21 µ = f (y) = . γ 9
44. Ch t lng phi Newton ∂ µ • ≠ 0 Độ c l ập v ới th ời gian – Time – independent fluid ∂ γ • Pseudoplastic (shear thinning): Khi tốc độ tr ượ t càng tăng, độ dốc của đườ ng cong càng gi ảm, độ nh ớt gi ảm – càng khu ấy càng loãng : VD: các sản ph ẩm nh ư : puré chu ối, sốt táo đườ ng, nướ c cam ép cô đặ c, kem, máu, các lo ại sơn và sơn móng tay. • Dilatant (shear thickening): Khi tốc độ tr ượ t càng tăng, độ dốc của đườ ng cong càng tăng, độ nh ớt tăng – càng khu ấy càng đặc, tr ươ ng nở Ví dụ : mật ong (m ột số lo ại riêng bi ệt), tinh bột ngô sống chi ếm 40% 10
45. • Ch ất lỏng dạng Bingham: Nếu ứng su ất tác dụng nh ỏ hơn ứng su ất ng ưỡ ng (σ0) ch ất lỏng ch ưa ch ảy. Khi ứng su ất tác dụng lớn hơn ứng su ất ng ưỡ ng (σ0) ch ất lỏng ch ảy và có động thái ch ảy gi ống ch ất lỏng Newton VD: kem đánh răng, sốt cà chua • Pseudoplastic fluids with yield stress : Khi ứng su ất tr ượ t vượ t qua giá tr ị ng ưỡ ng thì ch ất lỏng ch ảy và có động thái ch ảy gi ống với Pseudoplastic ví dụ : th ịt nghi ền Mô hình Herschel - Bulkley • n σ = k ∗γ +σ 0 σ: shear stress (ứng su ất tr ượ t) (Pa) K: consistency index (ch ỉ số độ nh ớt) γ: shear rate (tốc độ tr ượ t) (1/s) σ0: ứng su ất ng ưỡ ng (là ứng su ất nh ỏ nh ất để dòng b ắt đầ u ch ảy) n: index of flow behavior (ch ỉ số về động thái ch ảy), khi n thay đổi thì dáng điệu của đườ ng cong thay đổi Mô tả động thái ch ảy của các dạng ch ất lỏng Non-newton thông qua mô hình Herschel - Bulkley σo 11
46. Với ch ất lỏng phi newton độc lập với th ời gian, các dạng của động thái ch ảy luôn ổn định hay độc lập với th ời gian Dựa vào mô hình Herschel – Bulkley ta th ấy: - Ch ất lỏng newton, pseudoplastic (ch ất gi ả dẻo ), ch ất dilatant (tr ươ ng, nở) không có ứng su ất ng ưỡ ng ⇒ khi có lực tác dụng nó ch ảy ngay - Nh ững ch ất lỏng có độ nh ớt ph ụ thu ộc vào tốc độ tr ượ t ch ứng tỏ nó tồn tại một cấu trúc bên trong hệ th ống • Khi ta tác dụng ứng su ất làm cho nó ch ảy thì trong quá trình chuy ển động có sự bẻ gãy và phân bố lại cấu trúc Pseudoplastic (ch ất gi ả dẻo) có đặc điểm 1. Hợp ch ất có kh ối lượ ng phân tử lớn hay hạt dài 2. Gi ữa các phân tử có tươ ng tác mạnh với nhau tạo nên sự kết hợp bằng các liên kết th ứ cấp 3. Trong phân tử có một tr ục dài Hydroxyethyl-cellulose và phân tử không đối xứng do đó nó định hướ ng theo dòng ch ảy làm cho độ nh ớt gi ảm 4. Hình dạng và kích th ướ c của hạt không đồng nh ất cho phép chúng ch ồng ch ất lên nhau. 5. Các phân tử của nó mềm dẻo, có th ể làm thay đổi hình dạng của chúng, dãn ra ho ặc thu lại tùy theo lực kéo 12
47. Các y u t nh h ư ng n nh t • Ảnh hưở ng của nhi ệt độ - Nhi ệt độ càng tăng thì độ nh ớt của ch ất lỏng newton càng gi ảm Các y u t nh h ư ng n nh t Các y u t nh h ư ng n nh t • Ảnh hưở ng của áp su ất - Áp su ất càng tăng thì độ nh ớt của ch ất lỏng newton càng tăng • ảnh hưở ng của nồng độ : tỷ lệ • ảnh hưở ng của kh ối lượ ng phân tử : tỷ lệ 13
48. Ch ưa khu ấy khu ấy Ch ưa khu ấy khu ấy 14
49. Bài t ập Khi đo độ nh ớt c ủa ch ất l ỏng có ph ươ ng trình nh ư sau : σ = 5000.γ1,25 ; (Pa) • đây là ch ất l ỏng nào, gi ải thích ? • tính độ nh ớt th ực c ủa ch ất l ỏng t ại th ời điểm đo đượ c v ận t ốc ch ảy trong ống là 0,012 m/s trong ống có đườ ng kính 2 mm. 15
50. Ki m tra nh t c a th c ph m b ng nh t k -Nh ớt kế ch ữ U đượ c điền đầ y ch ất lỏng trong các ống mao dẫn và bầu ch ứa. Nh ớt kế đượ c đặ t th ẳng đứ ng và trong thi ết bị ổn nhi ệt. 3.3. Ki m tra nh t c a th c ph m b ng nh t k -quá trình đo độ nh ớt đượ c th ực hi ện bằng vi ệc xác đị nh th ời gian ch ảy của ch ất lỏng qua ống mao dẫn. Khi ch ất lỏng ch ảy đế n vị trí trên của bầu ch ứa là th ời điểm tính th ời gian ch ảy, ch ất lỏng chuy ển độ ng đế n vạch dướ i của bầu ch ứa là th ời điểm kết thúc tính th ời gian 3.3. Ki m tra nh t c a th c ph m b ng nh t k -Từ th ời gian ch ảy từ điểm 1 đế n 2, tính toán ra các giá tr ị về độ nh ớt 1 và các thông số vật lý khác nh ư kh ối lượ ng phân tử của ch ất đo. 2 16
51. 3.3. Ki m tra nh t c a th c ph m b ng nh t k Ch ất lỏng Newton Ch ất lỏng ch ảy trong ống mao qu ản có vận tốc v và lưu lượ ng Q, với vận tốc v, sinh ra một tốc độ tr ượ t y’, -Dướ i tác dụng của lực làm cho ch ất lỏng ch ảy (l ực sinh ra từ áp su ất th ủy tĩnh). F -Lực đó đượ c tính F = P.A trong đó P : áp su ất (N/m²) F : lực tác dụng làm cho ch ất lỏng ch ảy (N) A : di ện tích bề mặt (tròn), Mà A = πR², m². 3.3. Ki m tra nh t c a th c ph m b ng nh t k -Khi ch ất lỏng ch ảy sinh ra một ứng su ất tr ượ t xung quanh ống mao qu ản và thay đổ i dọc theo đườ ng ống mao qu ản Lực đó tình bằng : σ. 2πR. L Nh ư vậy áp su ất sinh ra ứng su ất, ta có cân bằng δP.πR2 = σ 2. πR.L δP.R do đó σ = 2L 3.3. Ki m tra nh t c a th c ph m b ng nh t k Theo đị nh ngh ĩa về độ nh ớt thì v γ . = R Mà Q = v.πR², nên ta có . Q γ = 3 δP.R πR Kết hợp với σ = 2L δP.R 4 2L δP.πR Ta có : µ = = Q Q 2. L πR³ 17
52. 3.3. Ki m tra nh t c a th c ph m b ng nh t k Mà Q = V/t; trong đó V :th ể tích của dịch lỏng (ml) và t là th ời gian ch ảy của ch ất lỏng qua ống mao qu ản (s). -Sự mất mát áp su ất th ủy tĩnh do cột ch ất lỏng gi ảm là δP = ρ.g.h ρgh .πR4 µ = .t Ta có : V.2L µ gh .πR4 Suy ra : = .t ρ V 2. L 3.3. Ki m tra nh t c a th c ph m b ng nh t k Đặ t η = µ/ρ : độ nh ớt độ ng học Và gh .πR4 η = .t V.2L Đặ t gh .πR4 k = V.2L Do đó η = k .t Khi đó mu ốn xác đị nh độ nh ớt độ ng học thì ch ỉ cần xác đị nh th ời gian ch ảy của ch ất lỏng Newton, vì k = const với các thông số đã cho. Bài t p Một nh ớt kế dạng ống có công th ức tính độ nh ớt theo công th ức sau µ = (π.R4g/8V).ρ.t (V : th ể tích của ch ất lỏng, R : bán kính của ống, µ : độ nh ớt của ch ất lỏng, ρ : kh ối lượ ng riêng của ch ất lỏng). Coi nh ư µ = K. ρ.t, trong đó K : hằng số của nh ớt kế. 1. Ng ườ i đo đượ c độ nh ớt của dịch đườ ng 20 cP (1 cP = 1 mPa.s = 10 -3 Pa.s) ở 20°C. ở nhi ệt độ này đo đượ c th ời gian ch ảy của ch ất lỏng qua ống là 4phút 55 giây. Tính hằng số K của nh ớt kế bi ết rằng ch ất tan có bản ch ất là Cacbonhydrate có nồng độ 0,5%. 2. th ể tích của bầu ch ứa là 10 ml a. tính lưu lượ ng của ch ất lỏng (Q) b. tính bán kính R của ống mao (g = 9,81 m/s²) c. tính vận tốc v của ch ất lỏng (m/s) d. tính Re của quá trình ch ảy 18
53. 3.3. Ki m tra nh t c a th c ph m b ng nh t k - nh ớt kế đĩ a quay : Nh ớt kế tr ụ đồ ng tâm : tr ục quay với tốc độ không đổ i trong chi ếc cốc cố đị nh, thi ết bị đo mômen đạ t đượ c để duy trì vận góc của tr ục quay không đổ i. sự đố i kháng momen đế n từ ứng su ất tr ượ t tạo nên trên tr ục bởi ch ất lỏng. 3.3. Ki m tra nh t c a th c ph m b ng nh t k Momen đượ c tính (M = F.d) M = 2πr h r σ = 2 π r² h σ Với ch ất l ỏng Newton thì độ nh ớt đượ c tính : Trong đó : M : momen đo đượ c Ω : v ận t ốc góc quay c ủa tr ụ µ: độ nh ớt c ủa ch ất l ỏng H : chi ều cao c ủa tr ụ quay Rb : bán kính c ủa tr ụ quay Rc: bán kính c ủa c ốc ch ứa Máy đo độ nh ớt t ầm th ấp từ 15cp đế n 20 000 P • Cách ho ạt độ ng 1. Ki ểm tra c ần b ằng máy : nút trên đỉ nh có b ọt bóng n ằm đúng ở v ị trí tâm. 2. Chuy ển sang ch ế độ speed ho ặc spindre, bằng cách g ạt c ần g ạt trên b ảng điều khi ển. 3. Khi ch ọn t ốc độ thì đặ t ở Speed, xoay nút ch ỉnh t ốc độ , khi đó sô t ốc độ t ừ 0-100 sẽ hi ện trên màn hình. Các lo ại cánh khu ấy S61, S62, S63 và S64 có th ể tích gi ảm d ần. Ch ọn t ốc độ và mã hi ệu cánh khu ấy. ứng v ới mỗi t ốc độ và cánh khu ấy khác nhau thì có một gi ới h ạn đo khác nhau, b ạn b ấm vào nút Autorange máy s ẽ hi ện ra gi ới h ạn thang đo. 4. Sau đó g ạt c ần v ề gi ữa để ch ạy máy. 19
54. Máy đo độ nh ớt t ầm th ấp từ 15cp đế n 20 000 P 5. Dùng c ốc ch ứa d ịch c ần đo đã hi ệu ch ỉnh về nhi ệt độ c ố đị nh cho vào khung c ủa cánh khu ấy sao cho n ướ c ng ập đế n v ạch c ủa cánh khu ấy. 6. Lắp cánh khu ấy: ren v ặn ng ượ c, m ột tay gi ữ cánh khu ấy, m ột tay gi ữ tr ục, đẩ y tr ục lên trên để ch ống quay tr ục, xoay ng ượ c chi ều kim đồ ng h ồ để cánh khu ấy đi vào tr ục quay. L ưu ý khi đư a cánh khu ấy vào cốc thì cho b ề m ặt cánh khu ấy ti ếp xúc v ới ch ất l ỏng ít nh ất b ằng cách nghiêng cánh khu ấy, nhúng chìm vào ch ất l ỏng, h ạn ch ế vi ệc t ạo b ọt bám trên thành cánh khu ấy 7. Bấm Motor on để ch ạy máy 8. Ghi nh ận k ết qu ả khi giá tr ị độ nh ớt không đổ i (cP). 9. Kết qu ả = giá tr ị đo ± sai s ố (1%giá tr ị + 1% gi ới h ạn thang đo) PHÂN TÍCH C U TRÚC TH C PH M Tầm quan tr ọng (t ại sao chúng ta ph ải phân tích c ấu trúc th ực ph ẩm?) •Hươ ng v ị, c ấu trúc, hình th ức bên ngoài c ủa s ản ph ẩm là ba y ếu t ố chính quy ết đị nh s ản ph ẩm có đượ c ch ấp nh ận trên th ị tr ườ ng hay không. •Cấu trúc th ực ph ẩm là m ột tính ch ất hi ển nhiên đượ c khách hàng đòi h ỏi ph ải đượ c xác đị nh •Cấu trúc ảnh h ưở ng đế n s ự c ảm nh ận mùi v ị c ũng nh ư đế n hình th ức bên ngoài c ủa s ản ph ẩm • Là m ột thu ộc tính quan tr ọng, tuy nhiên, nó m ới đượ c nhìn nh ận m ột cách nghiêm túc trong th ời gian g ần đây. 20
55. ÁP D NG • Nó là m t ph n không th thi u c a ki m soát ch t l ư ng (Quality Control) FACTORY • Ki m tra ch t l ư ng thi t l p m t quy trình ti m n ng • D oán tính l ưu bi n c a s n ph m (quy trình phát tri n) • Dùng thi t l p các tiêu chu n ch t l ư ng RESEARCH • Phù h p v i nhu c u ch t l ư ng c a khách hàng • Phát tri n s n ph m m i • S t ươ ng quan v i c m quan CORRELATION CU TRÚC TH C PH M • “All the mechanical, geometrical and surface attributes of a product perceptible by means of mechanical, tactile and, where appropriate, visual and auditory receptors.” •Tất c ả nh ững thu ộc tính c ơ h ọc, hình h ọc và b ề m ặt c ủa sản ph ẩm có th ể đượ c nh ận bi ết, đánh giá b ằng các c ơ quan c ảm nh ận c ơ h ọc, xúc giác, th ị giác hay thính giác » (ISO 5492: 1992, t ừ v ựng trong đánh giá c ảm quan) c ng (hardness): thu ộc tính c ơ h ọc c ủa cấu trúc liên quan t ới cườ ng độ lực c ần để làm cho s ản ph ẩm bi ến d ạng ho ặc để có th ể đâm xuyên qua s ản ph ẩm. Trong mi ệng, chúng đượ c c ảm nh ận b ằng vi ệc nén s ản ph ẩm gi ữa hai hàm r ăng (ch ất r ắn) ho ặc gi ữa l ưỡ i và vòm mi ệng (ch ất bán r ắn) •Mềm (soft) : c ườ ng độ l ực th ấp, vd cream cheese • Ch ắc (firm) : c ườ ng độ l ực v ừa ph ải, vd olive •Cứng (hard) : c ườ ng độ l ực cao, vd k ẹo (ISO 5492 : 1992) 21
56. c k t (cohesiveness): thu ộc tính c ơ học c ủa c ấu trúc liên quan t ới m ức độ bi ến dạng mà s ản ph ẩm có th ể ch ịu đượ c tr ướ c khi gãy v ỡ (ISO 5492 : 1992) giòn (fracturability): thu ộc tính c ơ h ọc c ủa c ấu trúc liên quan t ới l ực c ố k ết và l ực c ần để làm v ỡ m ột s ản ph ẩm thành nh ững m ảnh nh ỏ. Chúng đượ c đánh giá b ằng cách nén độ t ng ột s ản ph ẩm bằng r ăng c ửa ho ặc b ằng các ngón tay •Dễ v ỡ v ụn (crumbly): m ức độ l ực th ấp, vd bánh n ướ ng xốp • Giòn (crunchy): m ức độ l ực v ừa ph ải, vd táo, cà r ốt • Giòn (brittle): m ức độ l ực cao, vd đậ u ph ộng rang • Giòn (crispy): m ức độ l ực cao, vd khoai tây chiên •Cứng giòn (crusty): m ức độ l ực cao, vd v ỏ bánh mì Pháp (ISO 5492 : 1992) Gumminess: thu ộc tính c ơ h ọc c ủa c ấu trúc liên quan t ới l ực c ố k ết c ủa m ột s ản ph ẩm mềm b ở (tender). Trong mi ệng, chúng liên quan đế n l ực c ần để nghi ền nát s ản ph ẩm thành d ạng s ẵn sàng cho vi ệc nu ốt • xốp giòn (short) : c ườ ng độ th ấp, vd bánh quy x ốp •Bột (mealy, powdery) : c ườ ng độ v ừa ph ải, vd khoai tây, đậ u Hà Lan khô lu ộc •Sệt, nhão (pasty) : c ườ ng độ v ừa ph ải, vd b ột nhào c ủa h ạt dẻ nghi ền • Dính (gummy) : c ườ ng độ cao, vd gelatin th ực ph ẩm (ISO 5492 : 1992) 22
57. dai (Chewiness): thu ộc tính c ơ h ọc c ủa cấu trúc liên quan t ới l ực c ố k ết, độ c ứng ho ặc s ố l ần nhai c ần thi ết để m ột s ản ph ẩm rắn tr ở thành d ạng s ẵn sàng cho vi ệc nu ốt •Mềm, b ở (tender) : c ườ ng độ th ấp, vd h ạt đậ u non • Chewy : c ườ ng độ v ừa ph ải, vd fruit gums • Dai (tough) : c ườ ng độ cao, vd th ịt bò già, da heo (ISO 5492 : 1992) Ph ươ ng pháp phân tích cu trúc th c ph m - Ph ươ ng pháp phân tích cảm quan : các cơ quan cảm giác của con ng ườ i để tìm hi ểu, mô tả và đị nh lượ ng các tính ch ất cảm giác của một sản ph ẩm th ực ph ẩm nh ư màu sắc, hình thái, mùi, vị và cấu trúc. Ng ườ i phân tích ph ải tập luy ện và th ống nh ất các thu ật ng ữ cảm quan. - Ph ươ ng pháp phân tích b ằng thi ết b ị : - Ph ươ ng pháp c ơ b ản (fundamental methods): - Ph ươ ng pháp th ực nghi ệm (empirical methods) - Ph ươ ng pháp mô ph ỏng (imitative methods): VVVí d m t test ơ n gi n Phân tích c u trúc có liên quan n vi c o các c im c ơ h c ca m u khi m u ch u nh ng tác ng ã ư c ki m soát Hãy t ưở ng t ượ ng r ằng ngón tay c ủa bạn là m ột đầ u đo g ắn v ới b ạn, m ột lo ại máy phân tích c ấu trúc. Não c ủa bạn đóng vai trò nh ư m ột ph ần m ềm tính toán các thông tin t ừ ngón tay và cơ th ể c ủa b ạn. Đầ u tiên ngón tay c ủa bạn di chuy ển đế n b ề m ặt c ủa m ẫu 23
58. VVVí d Mt ngón tay c a b n ( u o) ch m vào b m t c a m u, c ơ th ca b n (b ph n phân tích c u trúc) b t u nh n ư c thông tin liên quan t i các c im c u trúc c a m u LFRA TEXTURE ANALYSER 345 Mt lo i máy phân tích c u trúc ghi li s ch ng l i lc c a s n ph m VVVí d Khi ngón tay c a b n ( u o) n xu ng m u m nh h ơn, nó s i xuyên qua s n ph m, và cơ th c a b n (b ph n phân tích c u trúc) s chuy n thông tin chung t i não (ph n mm x lý) th c hi n vi c ánh giá c tính tính ch t ca m u VVVí d Bn di chuy n ngón tay c a mình ( u o) tr l i v trí ban u và ánh giá thông tin trong não c a b n v i ch m t thông tin y d ã ư c ch n COMPRESS COMPUTE INTERPRET LFRA TEXTURE ANALYSER 345 24
59. Cấu t ạo c ủa thi ết b ị Bi ểu đồ : nguyên t ắc đo l ực nén Ba ph ươ ng pháp o c u trúc (ngoài ph ươ ng pháp ánh giá c m quan ra ) • fundamental : –Sử d ụng nh ững đị nh ngh ĩa – Ít b ị ảnh h ưở ng b ởi d ụng c ụ –Dễ dàng so sánh k ết qu ả gi ữa nh ững s ản ph ẩm có ngu ồn g ốc khác nhau – Vd : đo các tính ch ất nh ư độ nh ớt, độ cứng, tính d ễ gãy c ủa s ản ph ẩm • Empirical – Dùng để đo nh ững thông s ố không th ể bi ểu di ễn đượ c b ởi đị nh l ượ ng l ưu bi ến c ơ b ản. – Nh ững k ỹ thu ật này d ựa trên ba nguyên t ắc cơ b ản c ủa s ự bi ến d ạng : s ự u ốn, c ắt và nén. – Cho k ết qu ả nhanh và d ễ s ử d ụng. Th ườ ng đượ c s ử d ụng nh ất trong công nghi ệp – Ch ỉ có th ể dùng đượ c ở m ột vài điều ki ện nh ất đị nh 25
60. Ph ươ ng pháp xác đị nh BiBi n s : dạng đầ u đo Lc i xu ng Nén: Đầ u đo (hình tr ụ ho ặc t ấm kim lo ại ph ẳng) đi xu ống đế n khi ti ếp xúc v ới m ẫu và tác độ ng lên nó m ột l ực Bánh ng t FFF Độ c ứng Di ện tích đầ u đo Vết n ứt bằng ho ặc l ớn h ơn đầ u tiên di ện tích c ủa m ẫu UP DOWN STROKE STROKE ttt BiBi n s : dạng đầ u đo Lc i xu ng âm th ng và xuyên qua : Đầ u đo đi xu ống đế n khi ti ếp xúc v ới b ề m ặt,khi xuyên qua v ật, nó t ạo ra c ả l ực nén và l ực c ắt Ki m tra kh i GELATIN Giá tr ị kh ối (Bloom) là l ực t ối F đa đạ t đượ c t ại th ời điểm gây ra s ự bi ến d ạng Di ện tích = Di ện tích âm = s ự tác độ ng để dính k ết (adhesion) đạ t t ới s ự của m ẫu gelatin bi ến d ạng Lực âm = độ nh ớt t (Tackiness) c ủa m ẫu gelatin 26
61. Bi n s : lo i u o Lc i xu ng âm th ng và xuyên qua : đầ u đo hình côn đi xu ống và ti ếp xúc v ới b ề m ặt m ẫu. Tác độ ng c ủa l ực s ẽ t ăng khi di ện tích ti ếp xúc gi ữa đầ u đo và m ẫu t ăng.(b ơ, phomai) o phomai m m F Độ c ứng Độ đặ c t Đặ c tính dính k ết Bi n s : Lo i u dò Lc i xu ng Ct (CUT) và xén (SHEAR): l ư i dao ho c thanh c t i xu ng n khi ti p xúc, l c c t m u t o ra khi kho ng cách u o t ng . o phomai Cheddar Độ c ứng F t Đặ c tính dính k ết Bi n s : lo i u o Lc i xu ng u o hình c u : dùng đầ u đo tròn để nén. Đầ u đo đi xu ống đế n khi ti ếp xúc v ới b ề m ặt, t ạo ra ch ủ y ếu l ực nén đế n khi điểm đó b ị c ắt ho ặc đế n khi đợ t ki ểm tra k ết thúc. Ki m tra b m t pho mai Brie F APPARENT Độ c ứng MODULUS Di ện tích th ể hi ện lực tác độ ng, th ể hi ện độ đặ c t 27
62. Bi n s : TEST ACCESSORIES Lc i xu ng Ct b ng m t thanh kim lo i: thanh kim loai c ố đị nh ho ạt độ ng gi ống nh ư hành độ ng c ắt lát (slicing or cutting) Lc c t th t heo mu i Reformed
    Th t và s n Modulus is ph m t th t generated from Độ c ứng initial slope
    Cá
    Thc v t Di ện tích th ể hi ện
    Phomai độ đặ c c ủa s ản ph ẩm
    M ph m VARIABLE: TEST ACCESSORIES Lc i xu ng Ct (CUT) b ng thanh WARNER-BRATZLER : s dng m t thanh ư c khoét m t l hình tr gi a. Lo i v t khoét này làm t ng di n tích ti p xúc, k t qu ki m tra s n nh h ơn Ct xúc xích b ng thanh Warner-Bratzler Vết gãy đầ u tiên F Ở các v ết gãy ti ếp theo, lực gi ảm d ần. Di ện tích th ể hi ện độ đặ c c ủa s ản ph ẩm t VARIABLE: TEST ph ụ Lc i xu ng Ct (CUT) b ng công c VOLODKEVICH : nguyên t c ho t ng t ươ ng t nh ư ho t ng nghi n c a r ng ca. ây, ng ư i ta quan tâm ch y u n nh l c
    Ng c c Lc c t c a m u cà r t
    Th t Độ c ứng Điểm
    Trái cây và rau Bio-Yield qu
    Bánh k o Di ện tích th ể hi ện độ đặ c c ủa s ản ph ẩm 28
63. VARIABLE: TEST ACCESSORIES Lc i xu ng Ct ki u KRAMER : Cấu trúc gồm có chính xác 10 tấm kim lo ại, chúng xuyên qua m ột cái h ộp ch ứa th ực ph ẩm, nén, c ắt và đẩ y th ực ph ẩm ra ngoài •Nhi ều l ưỡ i c ắt x ếp song song đặ c bi ệt thích hợp để đánh giá t ừ nhi ều ph ần nh ỏ c ủa s ản ph ẩm hay để đánh giá nh ững s ản ph ẩm có nhi ều ph ần có tính ch ất khác nhau, nêu lên tính ch ất tiêu bi ểu c ủa s ản ph ẩm
    Ng c c cho
    Go, u ã ba sáng ch bi n
    Bt nhão
    Th t VARIABLE: TEST ACCESSORIES Lc i xu ng BACK EXTRUSION : Ki u Ép – ùn ho t ng b ng cách tác d ng m t l c lên th c ph m n khi th c ph m ch y qua m t li thoát. B y lên trên theo l i thoát X và Y trong minh ho d ư i ây . X Y •Lực tham gia c ực k ỳ ph ức t ạp •Lực t ối đa ph ụ thu ộc vào l ực nén và th ời gian nén. VARIABLE: TEST ACCESSORIES BACK EXTRUSION: Test này c bi t thích h p v i s n ph m s t, nh t nh ư :
    Gel m m và s a chua
    Trái cây và rau c nghi n
    M ph m
    Nư c s t và patê
    Du m Standard Mayonnaise F Độ c ứng Light Mayonnaise Di ện tích âm c ủa đồ Modulus th ị gây ra b ởi kh ối (Gradient) lượ ng c ủa m ẫu trên Độ đặ c t đầ u đo và b ởi đặ c tính dính k ết (adhesive). Lực dính k ết 29
64. VARIABLE: TEST ACCESSORIES Lc i xu ng FORWARD EXTRUSION: Đo l ực nén c ần để “piston” tròn ph ẳng có th ể đẩ y s ản ph ẩm ch ảy qua m ột cái l ỗ có kích c ỡ chu ẩn ở bên d ướ i v ật ch ứa. •Đượ c s ử d ụng cho r ất nhi ều lo ại m ẫu: - Gel và s n ph m bán r n -Bt nhão - Trái cây và rau c nghi n - Kem và s n ph m ch m sóc tóc VARIABLE: TEST ACCESSORIES Lc i xu ng Un ba im: Test này o c im gãy và cong c a nhi u d ng v t ch t khác nhau nh ư:
    Biscuits
    Ch t d o
    Th c v t
    Ko
    M ph m
    Polyme Đầ u đo c tính c a son môi Độ c ứng Mẫu F Độ d ốc ban đầ u Lực gi ảm ngay khi v ật Chân đỡ có bị gãy th ể điều ch ỉnh t VARIABLE: TEST DIRECTION Lc h ư ng lên: Lực dính k ết (Adhesion) đượ c tính toán t ừ l ực c ần để kéo giãn m ẫu đế n khi m ẫu v ẫn còn ti ếp xúc đủ v ới đầ u đo. •Hướ ng đế n c ả hai đặ c tính âm và d ươ ng • Bi ểu th ị l ực kéo gi ữa m ẫu và m ột v ật khác mà nó ti ếp xúc • Đị nh l ượ ng c ổ điển, để tính toán l ực kéo c ủa b ề mặt phân gi ới c ủa :
    Ko gôm , b t nhão và
    Keo h gel
    Bánh k o
    Go và mì s i 30
65. VARIABLE: TTEST DIRECTION C TÍNH DÍNH K T C A S A CHUA F Th ời gian mà ph ần m ẫu v ẫn dính v ới đầ u đo t Tác độ ng c ần để c ắt đứ t b ề Lực c ần để c ắt đứ t b ề mặt chung gi ữa m ẫu và đầ u mặt chung gi ữa m ẫu và đo ( Adhesiveness) đầ u đo (tackiness) • Imitative – Dụng c ụ mô ph ỏng các d ạng tác độ ng c ủa khách hàng lên th ực ph ẩm ví d ụ : b ắt ch ướ c ho ạt độ ng c ủa r ăng. – Trong m ột vài tr ườ ng h ợp, các k ết qu ả đo nh ận đượ c t ừ d ụng c ụ phân tích có th ể liên hệ v ới các giá tr ị c ảm quan, ng ườ i ta g ọi đó là spychorhéologie VARIABLE: TEST CONFIGURATION Lực tác độ ng lên xu ống nhi ều l ần  TEXTURE PROFILE ANALYSIS (TPA kỹ thu ật s ử dụng đườ ng cong c ủa l ực, đườ ng cong c ủa s ự bi ến dạng để phân lo ại các đặ c tính c ấu trúc then ch ốt c ủa mẫu, là c ầu n ối v ới c ảm quan.  Ch ỉ dùng l ực nén, 2 lần nén trên cùng m ột di ện tích.  Vi ệc l ặp l ại thao tác nhi ều l ần giúp ta có th ể tính toán đượ c các đặ c tính c ấu trúc  Đa ch ức n ăng, có nhi ều ứng d ụng trong công nghi ệp 31
66. Các thông s v cu trúc (t m d ch) - Độ giòn (Fracturability ,N ) - Độ cứng ( Hardness , N) - Đô c ố k ết ( Cohesivement ) - Độ đàn h ồi ( Springiness , m) - Độ dính b ề m ặt ( Adhesivement , J) - Độ d ẻo ( Gumminess,N) - Độ dai (l ực nhai) ( Chewiness, J) • Hardness : Độ cứng (N): Là lực nén l ớn nh ất • p1 • Fracturability : Độ giòn (N): Là lực b ắt đầu làm n ứt gãy th ực ph ẩm. • Phim 1 • Phim 2 32
67. • Cohesivement : Độ cố k ết của th ực ph ẩm: Là t ỉ số gi ữa công nén lần 2/lần 1 = area2/area1. • P1 • P2 • Adhesivement : độ dính b ề mặt của th ực ph ẩm: Là công c ần thi ết kéo đầu dò ra kh ỏi th ực ph ẩm = area 3. • P1 • Độ ph ục h ồi (resilience) của th ực ph ẩm: là kh ả năng ph ục h ồi tr ở l ại v ị trí ban đầ u. Là t ỉ số area 5/area4 33
68. • Springiness của th ực ph ẩm: Là t ỉ số kho ảng cách nén l ần 2/kho ảng cách nén lần 1 (distance 2/distance1) • P1 TEXTURE PROFILE ANALYSIS • Hardness • Adhesiveness Gumminess: The energy required to • Cohesiveness disintegrate a semisolid food so that it is ready for swallowing • Compressibility Gumminess = Hardness x cohesiveness • Elasticity • Resilience • Fracturability Chewiness : The energy required • Gumminess to chew a solid food until it is ready for swallowing. • Chewiness Chewiness = hardness x cohesiveness x springenes Gumminess : độ d ẻo (N) Chewiness : l ực nhai (N.mm) ; N.mm = mmJ, J 34
69. Cho quá trình nén TPA nh ư sau : công nén vùng A = 8 j, vùng B = 4j, vùng C = 7 J và vùng D = 0,003 J. Tính độ c ứng, độ c ố k ết, độ dính b ề m ặt, springiness ( độ đàn h ồi), độ dẻo (Gum), độ dai (Chewiness) c ủa SP F(N) 8 6 C AB 7 2 5 D 9 12 14 15 S, mm 35
70. 12/30/2015 CHƯƠNG 5: HOẠT ĐỘ NƯỚC Physical Chemical Food Characteristics Biological & Microbiological Sensory Physical Shape Color Appearance Food Size Characteristics Surface condition Texture Freshness Defects Total solids, etc 1
71. 12/30/2015 Chemical Nutritional value Food Moisture content Characteristics Functional value pH Food additives Chem contaminants Etc Biological & Microbiological Total bacteria Food Total coliform bacteria Characteristics Total mold Free from pathogenic mos Etc Sensory Flavor Food Characteristics Aroma Taste Texture Etc 2
72. 12/30/2015 Activity of Water = Water Potential Độ ẩm của thực phẩm 1. Wet basic (wb) 2. Dry basic (db) water 20 g wb = 20% Dry matter 80 g db = 25% 3
73. 12/30/2015 Khái niệm →Nước trong thực phẩm tạo nên mộtáp suất hơi • Độlớn của ápsuấthơituỳthuộcvào: - lượng nước hiện diện, - nhiệt độ và nồng độ chất tan (muối,đường) trongnước. • Trong thực phẩm, aw là tỷ số giữa áp suất hơi riêng phần của nước cân bằng trong thực phẩm với áp suất hơi nước riêng phần bão hòa của hơi nước trongkhông khí ở cùng mộtnhiệt độ • Hoạt độ nước, aw xác định như sau: aw = p w /pws (0 ÷÷÷ 1) Khái niệm
    Tỷ số của áp suất riêng phần của nước với áp suất hơi nước ở cùng nhiệt độ. Nó được thể hiện bằng phần trăm pw xw ERH = p x 100 % = x 100 % ws xws Với: Xw - phần mole của hơi nước Xws - phần mole của hơi nước bão hòa
    Độ ẩm tương đối của không khí ở trạngthái cân bằng với TP: aw = % ERH / 100 Ví dụ: aw = 0 (khô) và aw= 1.00 (nước tinh khiết). * Thể hiện ở dạng thập phân của độ ẩm tương đối cân bằng (ERH ) của vật chất * Nghĩa là, một mẫu có độ họat động là 0,91 thì tương ứng với (ERH) đọc được là 91% 4
74. 12/30/2015 Overview • Physical part – Effect of temperature – Effect of pressure • Chemical part – Effects of solutes – Effects of hydrophilic solids • Combining to get water potential – Potential to do “work” (push, move) Absolute Zero air water NO MOVEMENT Cold Temperature air water SLOW MOVEMENT 5
75. 12/30/2015 Medium Temperature air water MEDIUM MOVEMENT Hot Temperature air water FAST MOVEMENT Effect of Pressure P P P • Low • Medium • High pressure pressure pressure 6
76. 12/30/2015 Low Pressure air water P SLOW MOVEMENT Medium Temperature air water P MEDIUM MOVEMENT High Pressure air water P FAST MOVEMENT 7
77. 12/30/2015 To increase or decrease activity • Increase or decrease pressure • Temperature also counts, but minor effect over short distances Chemical activity of molecules • Based on chemical environment – Determines what a molecule interacts with – Determines the effect of the interactions 8
78. 12/30/2015 Physical and chemical effects • Molecules have physical activity • Also chemical activity – Interact with other chemicals – Each molecule behaves in its own way • Water acts like water • Ca acts like Ca – What affects the chemical activity? – How much? 9
79. 12/30/2015 H2Og H2Og H2Og H2Ol H2Ol H2Ol H2Ol H2Ol H2Ol Add solutes air water _ _ _ + + + + H2Og H2Og H2Og solute H2Ol solute H2Ol solute solute H2Ol H2Ol 10
80. 12/30/2015 To decrease water activity • Decrease (temperature or) pressure • And Tie the water up chemically – Add solutes – Water partly busy with solutes – Not fully free to act like water – Lower chemical activity Change Water Activity • Increase – ↑ temperature – ↑ pressure • Decrease – ↓ temperature – ↓ pressure – add solutes • More solutes = more effect • But we are still focusing on water activity, not solute activity Two solutions/One container 11
81. 12/30/2015 The typical water activity of some foodstuffs Type of product Water Activity (aw) Fresh meat and fish .99 Bread .95 Aged cheddar .85 Jams and jellies .8 Plum pudding .8 Dried fruit .6 Cookies .3 Milk powder .2 Instant coffee .2 Undissolved solute Bảng 1.3. Các ch ất chu ẩn dùng xác đị nh a w 12
82. 12/30/2015 Bng. Ho t n c c a dd H 2SO 4 các n ng và nhi t khác nhau Bng . Các giá tr ho t n c c a dd Glycerol nhi t 20 0C 13
83. 12/30/2015 Xác đị nh đườ ng đẳ ng nhi ệt hấp thu * mu vt trong bu ng kín hay bình hút m (a closed champer ) (to m tơ ng i khác nhau) có hi n t ng hp thu hay bay hơi n c. D i áy bình có ch t hút m chu n (humidity standard ). * Sau th i gian khi ho t n c c a m u và áp su t trong bình cân b ng (m u không thu hay hút m, cân nhi u l n n khi kh i l ng không i) ta ti n hành xác nh hàm l ng m (db). Moisture Sorption Isotherm Moisture content (d.w.b.) content Moisture aw Moisture Sorption Isotherm Moisture content (d.w.b.) content Moisture aw 14
84. 12/30/2015 Temperature Dependency cold hot Moisture content (d.w.b.) content Moisture aw Sorption and Desorption desorption sorption Moisture content (d.w.b.) content Moisture Moisture Sorption Isotherms • Highly product specific (physical and chemical structure) • Highly temperature dependant • Show sorption/desorption hysteresis • Affect both physical/chemical reactivity of the food and the dynamics of water transport 15
85. 12/30/2015 Zone 3: Bulk water Moisture Sorption Zone 2: Loosely bound water Zone 1: Tightly bound water. Isotherm Zone 2 1 Zone Zone 3 Moisture content (d.w.b.) content Moisture aw Reaction Rates and Water Activity log (RATE) log Moisture content (d.w.b.) content Moisture Microbial growth aw 16
86. 12/30/2015 Texture Changes Crispy/crunchy Soft Moisture content (d.w.b.) content Moisture 0.2-0.5 Powder Changes Free flowing Agglomerated Moisture content (d.w.b.) content Moisture ~0.4 Dynamics of Moisture Exchange 17
87. 12/30/2015 Moisture Sorption Isotherm Moisture content (d.w.b.) content Moisture aw Moisture Sorption Isotherm Moisture content (d.w.b.) content Moisture aw Multicomponent Foods • Cheese and crackers • Baked products and filling • Cereal and fruit • Yogurt and cereal • Ice cream and cone 18
88. 12/30/2015 Phương trình BET 1 aW 1 C −1 . = + . aW (1.3) xW 1− aW xW ,a .C xW ,a .C C −1 1 Với a = , b = xW ,a.C xW ,a .C Tính được giá trị của hằng số BET (C) và lượng nước đơn phân xW,a a a Suy ra: =C −1 hay C = +1 b b 1 a . W x 1− a Và lượng nước đơn phân (x W,a ) là: W W 1 1 x = = (1.4) W ,a a a b b.( + )1 + b aW Bảo quản bằng phương pháp vật lý và hoạt độ nước aw * Cung cấp một cơ chế bảo quản mà không có việc bổ sung các chất bảo quản kháng vi sinh vật * Được công nhận như một phương tiện để giải thích các phươngpháp bảo quản khác nhau mà nhà sản xuất đã sử dụng trong công nghiệp thực phẩm - Evaporation (cô đặc) - Drying (sấy) - Freezing (lạnh đông) - Syruping (ướp đường) - Salting (ướp muối) - Brining (ngâm trong nước muối) Ảnhhưởngcủa chất tan đối với sự thayđổi aw Theo Raoult´s Law : a w bằng tỷ lệ phần mol của nước trong dd W XW - Với chất tan không điện ly: aW = (1.5) W  MW  W XW +  .X S  M S  X W - Với chất tan điện ly: W (1.6) aW = W  MW  W XW +ψ . .X S  M S  Xw: tỷlệkhốilượng; M: Khốilượngphântử w: nước s: chất rắn ψ: mức độ ion hóa= số ion chất tan 19
89. 12/30/2015 VD 4 Dung d ch NaCl, sucrose ho c các dung d ch g m NaCl- sucrose th ng c s d ng kh n c c a khoai tây. (a) Tính ho t n c trong dung d ch sucrose 20%. (b) Tính ho t n c trong dung d ch NaCl 20% (c) Tính ho t n c trong dung d ch có ch a 10%NaCl và sucrose 10%. (d) Theo b n lo i dung d ch nào s có hi u qu cao khi dùng kh n c ca khoai tây có ho t n c =0,942? Cho M(NaCl)=58,44 kg/kg.mol; M(sucrose C 12 H22 O11 )=342 kg/kg.mol Macaroni into 2-cup microwavable cereal bowl. Add 2/3 cup water. Macaroni and water, uncovered, on HIGH 3-1/2 to 4 minutes or until Macaroni is tender. DO NOT DRAIN. Some water remaining in bowl is desirable and necessary to make cheese sauce. CAUTION: Bowl will be Very Hot. Cheese Sauce Mix; mix well. If cheese sauce appears thin, do not put back in microwave. Cheese sauce will thicken upon standing. Raisin Bran Kellogg's ® Whole wheat, raisins, wheat bran, sugar, high fructose corn syrup, salt, malt flavoring, niacinamide, reduced iron, zinc oxide, pyridoxine hydrochloride (vitamin B6), riboflavin (vitamin B2), thiamin hydrochloride (vitamin B1), vitamin A palmitate, folic acid, vitamin B12 and vitamin D. Shelf Life 12 Months Did you know results from a recent in-home taste test with raisin bran users - like you - showed that our flakes are crispier than Kellogg's ® Raisin Bran's and stay crispier longer in milk? 20
90. 12/30/2015 Humectants • e.g.: sucrose, propylene glycol, glycerol • Be careful of: – Solubility, MW – Flavor – Crystallization on storage – Chemical reactivity – Toxicity Điều chỉnh họatđộ nước? Các chất có tác dụng làm giảm hoạt độ nước bao gồm – Rượu đa chức (propylene glycol ) – Rượu đơn chức – Đường (sorbitol, syrup bắp ) – Muối calci và natri – Glyxerin – Gums ( xanthan ) – Các chế phẩm protein → Một phần nước trong TP liên kết mạnh với các chất trên tại các vị trí đặc trưng VD 5 Mt m u bánh sandwich cùng v i mi ng Cheese n ng 60g và mi ng Bread (bánh mì)n ng 110g, t t c c t trong m t h p kín. m ban u (% wb ) ca Cheese va Bread ln l t là 47 và 42. (a) Tính m cân b ng c a mi ng sandwich. (b) Cho hàm l ng m c a Cheese và Bread t i các giá tr ho t n c khác nhau nh b ng sau. Hãy v ng ng nhi t h p thu ca Sandwich, Cheese và Bread Moiture Content (%wb) Water activity Cheese Bread 0,331 10 3,29 0,432 11 4,63 0,544 13 6,71 0,699 18 10,93 0,755 23 12,9 0,813 27 15,18 0,851 30 16,79 0,964 40 20,94 0,976 49 24,17 21