NHÓM 2 - SCN - BÀI 1

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM − Lựa chọn phương pháp phù hợp với mẫu hành tây − Xác định được thể tích, khối lượng riêng và độ xốp của 3 giống hành.. CƠ SỞ LÍ THUYẾT Thể tích là lượng không gian

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & THỰC PHẨM

BÀI THỰC HÀNH CHỦ ĐỀ: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG VÀ ĐỘ XỐP CỦA HÀNH

MÔN: Vật Lý Thực Phẩm

GVHD: Đoàn Như Khuê

Nhóm 2–Lớp DHTP15B ( Sáng chủ nhật)

Thành Phố Hồ Chí Minh, Năm 2021

2

BẢNG PHÂN CHIA CÔNG VIỆC

Huỳnh Thị Kim Ngọc Phần phương pháp xử lý nguyên liệu Nguyễn Thị Thuỳ Linh Nội dung phương pháp đo

3

MỤC LỤC

BẢNG PHÂN CHIA CÔNG VIỆC 2

MỤC LỤC 3

1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 4

2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT 4

2.1 Các phương pháp xác định thể tích: 4

2.2 Xác định khối lượng riêng: 6

2.3 Xác định độ rỗng, độ xốp 8

3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU 9

3.1 Hành tây 9

3.2 Chuẩn bị mẫu 9

3.3 Phân tích thành phần hành tây 9

4 CÁCH TIẾN HÀNH: 11

4.1 Xác định thể tích bằng phương pháp thay thế chất lỏng: 11

4.2 Xác định độ rỗng hành tây: 11

5 KẾT QUẢ- BIỆN LUẬN 12

5.1 Kết quả- biện luận 12

5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm 15

5.3 Phương pháp hạn chế sai số 15

TÀI LIỆU THAM KHẢO 16

4

1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

− Lựa chọn phương pháp phù hợp với mẫu hành tây

− Xác định được thể tích, khối lượng riêng và độ xốp của 3 giống hành

− Đánh giá sự khác nhau của từng giống hành về khối lượng riêng và độ xốp

2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Thể tích là lượng không gian ba chiều mà vật chiếm chỗ, đơn vị inches3, m3 hoặc gallon, lít (dùng cho chất lỏng)

Có nhiều phương pháp xác định thể tích vật thể, đề cập đến các phương pháp xác định thể tích bằng thực nghiệm như phương pháp thay thế lỏng, rắn và khí

2.1 Các phương pháp xác định thể tích:

❖ Phương pháp thay thế chất rắn

Nếu mẫu rắn không hấp thụ chất lỏng nhanh, phương pháp thay thế chất lỏng có thể được dung để đo thể tích Trong phương pháp này thể tích của vật liệu thực phẩm có thể được

đo bằng tỉ trọng kế hoặc ống khắc độ (Ống đong) Tỉ trọng kế có 1 lỗ nhỏ trong nắp cho phép nước thoát ra khi đầy ngang cổ chai Tỉ trọng kế được cân chính xác và được đổ đầy một chất lỏng biết trước khối lượng riêng Sau đó đậy nắp tỉ trọng kế để chất lỏng dư được đẩy ra ngoài và cân lại khối lượng tỉ trọng kế Sau đó, sấy khô tỉ trọng kế, đổ các vật rắn cần xác định thể tích vào rồi cân lại Tiếp tục đổ chất lỏng vào ngang vạch, cân lại, thể tích vật rắn được xác định như sau:

VS = khối lượng chất lỏng bị chất rắn thay thế

𝑘ℎố𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑟𝑖ê𝑛𝑔 𝑐ủ𝑎 𝑐ℎấ𝑡 𝑙ỏ𝑛𝑔 = [(Wpl − Wp) − (Wpls − Wps)] / ρT Trong đó:

Vs: thể tích chất rắn cần xác định thể tích (m3 )

Wpl: khối lượng của tỷ trọng kế khi chứa đầy chất lỏng (kg)

Wp: khối lượng của tỷ trọng kế (kg)

Wpls: khối lượng của tỷ trọng kế chứa mẫu rắn và được đổ đầy chất lỏng (kg)

5

Wps: khối lượng của tỷ trọng kế chứa mẫu rắn (kg)

ρT: khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3 )

Trong phương pháp này, chất lỏng nên có sức căng bề mặt thấp và ít bị mẫu rắn hấp thụ Chất lỏng thường được sử dụng là nước, cồn, toluene, tetrachloroethylene, thủy ngân hoặc mẫu có lớp ngoài có màng để ngăn hấp thu nước

❖ Phương pháp thay thế chất lỏng

Phương pháp này thường được sử dụng để xác định thể tích bánh nướng như bánh mì Trong phương pháp sử dụng hạt rắn, khối lượng riêng của hạt rắn được xác định bằng cách lấp đầy vật chứa đã biết thể tích chính xác bằng cách gõ và gạt phẳng bề mặt bằng một cây thước Việc đo lường được thực hiện đúng khi khối lượng giữa những lần đo liên tiếp không đổi Khối lượng riêng của hạt được tính dựa trên việc đo khối lượng hạt và thể tích vật chứa

Sau đó, mẫu và hạt rắn cùng được cho vào vật chứa Vật chứa được vỗ và làm phẳng bề mặt bằng một cây thước Sau đó tiếp tục vỗ và gạt phẳng cho đến khi khối lượng giữa ba lần cân không đổi Thể tích mẫu được tính như sau:

Whạt = Wtổng – Wmẫu – Wvật chứa

Vhạt = Whạt / ρhạt

Vmẫu = Vvật chứa – Vhạt

❖ Phương pháp thay thế chất khí:

Hình 1: Sơ đồ phương pháp thay thế chất khí

6

Trong đó:

V1 , V2 : thể tích hai buồng

Va2: là thể tích không gian trống trong buồng 2

Vs: thể tích mẫu rắn

Cách xác định:

Mở van 1, đóng van 2, 3 cho khí vào đạt áp suất cân bằng (P1)

Đóng van 1, mở van 2, khí chuyển qua bình 2 (P2)

Định luật bảo toàn khí lý tưởng: PV = nRT

m = m1 + m2

Giả sử hệ thống đẳng nhiệt : P1 V2 = 𝑃2 𝑉2 + P2 Va2

VS = 𝑉2– 𝑉a2

VS =( 𝑉2 – 𝑉1 ) * (P1-P2)/P2

2.2 Xác định khối lượng riêng:

❖ Phương pháp xác định thực nghiệm:

Khối lượng riêng có thể được xác định bằng nhiều cách

Định nghĩa thông dụng nhất về khối lượng riêng là:

- Khối lượng riêng thực (ρT) là khối lượng riêng của chất tinh khiết hoặc hỗn hợp nguyên liệu được tính từ khối lượng riêng của từng cấu tử và được xem như bảo toàn về khối lượng

và thể tích Nếu biết khối lượng riêng, thể tích, hoặc khối lượng của từng cấu tử thì sẽ tính được khối lượng riêng của chất hoặc hợp chất

𝑇 = ∑ 𝑋𝑖𝑉

𝑛

𝑖=1

∑𝑛𝑖=1𝑋𝑖𝑊/𝑖 Trong đó

i: khối lượng riêng của cấu tử i (kg/m3)

7

Xiv: thể tích của cấu tử i

Xiw: khối lượng của cấu tử i

n: số cấu tử

- Khối lượng riêng biểu kiến (ρapp) là khối lượng riêng của vật chất bao gồm tất cả các lỗ trống bên trong vật liệu Khối lượng riêng biểu kiến của những vật thể có hình dạng hình học xác định được tính dựa vào thể tích và khối lượng Khối lượng riêng biểu kiến của những mẫu có hình dạng không xác định có thể được xác định bằng phương pháp thế chỗ chất rắn hay chất lỏng

Khối lượng riêng khối (bulk density/ρbulk) là khối lượng riêng của vật liệu khi đóng gói hoặc xếp chồng lên nhau Khối lượng riêng khối của chất rắn được đo bằng cách đổ mẫu trong vật chứa biết trước kích thước Khối lượng riêng khối được tính bằng cách lấy khối lượng mẫu chia cho thể tích khối

❖ Phương pháp xác định theo mô hình của Rapusas and Driscoll (1995): Được nghiên cứu tính cho khối lượng riêng và độ xốp của các giống hành có hàm lượng

ẩm khác nhau

Niz

= 1322 – 715X +1268X2 – 1004X2(0.99)

 = 0.193 - 0.39X +0.25X3

Spirit

 = 1154 - 318X + 744X2 - 656X3(0.95)

 = 0.255 -0.43X + 0.25X3

Sweet Vidalia

 = 1010 + 282X – 762X2 + 399X3(0.95)

 = 0.37 - 0.46X + 0.25X3

8

2.3 Xác định độ rỗng, độ xốp

Độ xốp (ε) được định nghĩa là thể tích của không khí hay khoảng trống trong mẫu và được thể hiện như sau:

Có nhiều phương pháp xác định độ xốp, được tóm tắt như sau:

- Phương pháp trực tiếp: Trong phương pháp này, độ xốp được xác định bằng hiệu của tổng thể tích toàn khối vật liệu và thể tích của nó sau khi đã phá hủy cấu trúc các lỗ rỗng (không còn lỗ rỗng) bằng cách nén Có thể áp dụng phương pháp này nếu vật liệu mềm và không có lực hút hay đẩy giữa các hạt vật chất khô

- Phương pháp quang: trong phương pháp này, độ xốp được xác định dựa vào hình ảnh của kính hiển vi Phương pháp này được sử dụng nếu độ rỗng của mẫu đồng nhất

- Phương pháp khối lượng riêng: Trong phương pháp này, độ xốp được tính thông qua việc

đo khối lượng riêng Độ xốp do phần không khí chiếm chỗ bên trong hạt được gọi là độ xốp biểu kiến (εapp) và được định nghĩa là tỉ lệ giữa phần không gian bị không khí chiếm giữ hay thể tích lỗ trống so với thể tích tổng Nó cũng có thể được gọi là độ xốp bên trong (độ xốp nội) Độ xốp biểu kiến được tính thông qua việc đo khối lượng riêng chất rắn và khối lượng riêng biểu kiến, biểu diễn như sau:

𝑎𝑝𝑝 = 1 −𝑎𝑝𝑝

𝑠

Hình 2: Các loại độ rỗng khác nhau Hoặc từ thể tích chất rắn riêng (Vs), thể tích biểu kiến (Vapp) như sau:

9

𝑎𝑝𝑝 = 1 − 𝑉𝑠

𝑉𝑎𝑝𝑝

Độ xốp khối (εbulk) có thể được gọi là độ xốp ngoài hoặc độ xốp giữa các hạt bao gồm thể tích lỗ rỗng bên ngoài mỗi hạt khi các hạt được xếp chồng chất lên và được tính dựa vào khối lượng riêng khối, khối lượng riêng biểu kiến:

𝑏𝑢𝑙𝑘 = 1 −𝑏𝑢𝑙𝑘

𝑎𝑝𝑝 Hoặc từ thể tích khối Vbulk và thể tích biểu kiến Vapp:

𝑏𝑢𝑙𝑘 = 1 − V𝑎𝑝𝑝

𝑉𝑏𝑢𝑙𝑘 Vậy độ xốp tổng là: 𝑡𝑜𝑙 = 𝑎𝑝𝑝 + 𝑏𝑢𝑙𝑘

3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU

3.1 Hành tây

Ba giống hành tây là Sweet Vidalia, Spirit và Niz, được trồng tại trang trại của viện đã được sử dụng trong nghiên cứu Hành tây được thu hoạch hàng năm vào tháng 8, và được lưu trữ trong khoảng thời gian một năm trong phòng lạnh (4°C) Hàm lượng chất khô của hành tây được lưu trữ trong một năm thấp hơn 3% so với mới thu hoạch

3.2 Chuẩn bị mẫu

- Hành tây được bóc vỏ thủ công bằng cách loại bỏ da và lớp đầu tiên

- Cắt lát dày 3 mm, sau đó đặt trên các khay đục lỗ làm bằng kim loại và sấy khô trong lò không khí nóng thông gió ở 55°C để lấy các mẫu có hàm lượng độ ẩm khác nhau

- Hành khô được làm mát đến nhiệt độ phòng (25°C) và sau đó mỗi mẫu được chia thành hai phần, một phần được sử dụng để xác định tính chất vật lý và phần còn lại được sử dụng

để xác định độ ẩm

3.3 Phân tích thành phần hành tây

- Độ ẩm: 7g hạt mịn được sấy khô trong lò chân không ở 70°C trong 7 giờ

- Hàm lượng protein: Phương pháp Kjeldahl đã được sử dụng để xác định hàm lượng protein của một mẫu 15 g

10

- Hàm lượng chất béo: 2 gram mẫu được chuyển trên giấy lọc lọc được đặt trong Becher, sau đó rửa sạch bằng 20 ml nước cất Lặp lại 3 lần, các mẫu được sấy khô ở 70°C trong lò chân không Sau đó, lipid trong mẫu được chiết xuất thành ether khan (ether nồng độ 100%, không có nước) bằng cách sử dụng máy chiết xuất Soxlet Sau thời gian chiết xuất khoảng

4 giờ , dung môi đã được bốc hơi với sự trợ giúp của thiết bị cô quay chân không làm mát đến nhiệt độ phòng và đem cân

- Tro: 10 gram hành tây đã được đốt cháy trong lò nung ở 550°C trong 7 giờ

- Hàm lượng carbohydrate: hàm lượng carbohydrate được tính là sự chênh lệch giữa tổng chất khô, protein và chất béo

Phương pháp chiết Kjeldahl Phương pháp chiết Soxlet

Hình 3 Một số phương pháp chiết

Các yếu tố khi sử dụng phương pháp chiết Kjeldahl

− Điều kiện vô cơ hóa mẫu

− Thứ tự cho mẫu và hóa chất vào bình Kjeldalh

− Thiết lập nồng cho NaOH

− Thử quá trình chưng cất là hoàn toàn

− Làm mẫu trắng để loại bỏ ảnh hưởng của môi trường

% Protein = %N x 6,25 Quá trình chiết Soxhtet: 3 giai đoạn

11

+ Giai đoạn một mẫu được ngâm trong dung môi đun sôi

+ Giai đoạn hai, túi chứa mẫu được nhấc ra khỏi pha dung môi, tiến trình thực hiện như chiết Soxhlet

+ Giai đoạn 3 thu hồi dung môi

Tùy vào bản chất của từng quá trình mà thời gian thực hiện cho từng quá trình là khác nhau

Sự kết hợp tiến trình xãy ra qua 3 giai đoạn làm cho hiệu quả trích ly tăng cao so với chiết Soxhlet

4 CÁCH TIẾN HÀNH:

4.1 Xác định thể tích bằng phương pháp thay thế chất lỏng:

Khối lượng riêng biểu kiến được đo bằng phương pháp thay thế chất lỏng Toluene được

sử dụng làm chất lỏng vì miếng hành tây nổi trên mặt nước Tiến hành:

− Cân tỉ trọng kế rỗng (m0)

− Mẫu hành: Khoảng 10 g trong số hành tây cắt mịn được cân chính xác

− Để hành vào và cân khối lượng của tỉ trọng kế + hành (m2)

− Cho toluen vào bình đến vạch xác định, cân khối lượng của bình và chất lỏng (m1)

− Cho hành vào nghiêng ống một góc vừa phải thả nhẹ hành vào (tránh văng toluen

ra ngoài làm sai số kết quả) và cân khối lượng (m3)

− Thực hiện thí nghiệm 3 lần

4.2 Xác định độ rỗng hành tây:

Bước 1: Chuẩn bị một mẫu hành tây, cắt theo kích thước nhất định

Bước 2: Tiến hành đo thể tích của mẫu hành tây trên

Bước 3: Dùng thiết bị cơ lý với đầu đo nén ép, nén ép mẫu hành tây

Bước 4: Đo lại thể tích của mẫu hành sau khi nén ép

Ghi nhận các thông số và tính toán độ xốp, báo cáo kết quả Các giá trị đo được lặp lại 3 lần

12

5 KẾT QUẢ- BIỆN LUẬN

5.1 Kết quả- biện luận

❖ Thành phần hóa học

Dựa vào thành thần hóa học, thành phần chính của hành là nước, protein, chất béo, tro, carbohydrates

Bảng 1: Thành phần hóa học hành Sweet, Vidalia, Spirit có trong 100g

Sweet Vidalia

Vidalia

Spirit Niz

Water 92 0,23 88  0:56 83  0,51

Reducing

Flavor

❖ Thể tích của 3 giống hành

− Thể tích trung bình của picnoflask: Vpf = 58,63 ml = 58,63.10-6 m3

− Khối lượng riêng của toluene: ρtoluene = 865,23 ± 0,9 kg/ m3

− Khối lượng của hành: Wonion = 10 g = 0,01 kg

Bảng 2: Thể tích của ba giống hành được sử dụng trong nghiên cứu Phần trăm của nước

(cơ sở ướt)

KLR biểu kiến (kg/m3)

Khối lượng (kg)

Thể tích (m3)

Sweet Vidalia

13

Phần trăm của nước

(cơ sở ướt)

KLR biểu kiến (kg/m3)

Khối lượng (kg)

Thể tích (m3)

Spirit

Niz

❖ Khối lượng riêng và độ xốp

Khối lượng riêng trung bình của chất béo, carbohydrate, protein và nước tương ứng là 930; 1550; 1380 và 995 kg/ m3

14

Bảng 5: Đặc tính cấu trúc của 3 giống hành Sweet Vidalia, Spirit, Niz

Water percentage (wet basis)

Apparent density (kg/m3)

True density (kg/m3)

Porosity

Sweet

Spirit

Niz

Độ lệch chuẩn thay đổi từ 3–41 đến các giá trị mật độ biểu kiến

Nhìn vào bảng ta thấy, độ rỗng (xốp) của 2 loại Sweet Vidalia và Spirit tương đương nhau và cao hơn giống Niz

Khối lượng riêng tăng dần theo sự giảm xuống của % cơ sở ướt của hành

15

Như vậy, ba giống hành tây (Sweet Vidalia, Spirit và Niz) được nghiên cứu dựa trên lượng chất khô của chúng nằm trong khoảng 7 – 18%

Việc tính toán tính chất vật lý của hành đóng một vai trò quan trọng trong việc mô hình hóa và tính toán khối lượng trong các hoạt động chế biến thực phẩm cơ bản, như: chế biến, bảo quản, vận chuyển,cung cấp thông tin dữ liệu thực phẩm Ngoài ra, việc xác định tính chất vật lí của các giống hành thông qua mô hình tính toán, cũng cung cấp mô hình tính toán chính xác ( với giá trị R2 khá cao) cho các nghiên cứu thực phẩm khác cũng có thể áp dụng

5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm

− Trong quá trình làm thí nghiệm

− Sai số do dụng cụ đo, số trên dụng cụ đo bị mờ đục hoặc ngoại cảnh tác động đến dụng cụ đo dẫn đến việc xem xét ghi nhận số liệu sai lệch và sai số hệ thống

− Do người thực hiện thí nghiệm có lỗi, thiếu cẩn trọng các thao tác thí nghiệm có thể dẫn đến sai số sai lầm

− Do sự phân tán kết quả khi thực hiện thí nghiệm lặp lại nhiều lần

− Tính toán, xử lý số liệu nhầm lẫn

5.3 Phương pháp hạn chế sai số

− Người thực hiện phải có thao tác chính xác cao, nhẹ nhàng, cẩn thận trong quá trình cân mẫu, cân tỉ trọng kế ( phải nhấn nút rate trước khi cân); khi cho toluen phải đong đến vạch định mức; khi cho mẫu vào ống đong phải nghiêng một góc vừa phải để tránh mẫu bị thất thoát mẫu cũng như toluen dẫn đến sai số

− Hạn chế sai số do dụng cụ đo: Kiểm định, hiệu chỉnh độ chính xác của dụng cụ đo; lau khô dụng cụ đo trước khi thí nghiệm; thực hiện thao tác đo nhiều lần

− Sai số ngẫu nhiên ta tiến hành đo đạc nhiều lần trong những điều kiện khác nhau nhất định rồi lấy kết quả trung bình của các thí nghiệm có tính tin cậy

16

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Abhayawick, L., Laguerre, J ., Tauzin, V., & Duquenoy, A (2002) Physical properties

of three onion varieties as affected by the moisture content Journal of Food Engineering, 55(3), 253–262 doi:10.1016/s0260-8774(02)00099-7