Thực tập kỹ thuật thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP BÁO CÁO THỰC HÀNH TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA NÔNG SẢN THỰC PHẨM NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÃ SỐ HỌC PHẦN NNP612 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN THỰC HIỆN PGS TS VÕ TẤN THÀN.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO THỰC HÀNH TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA NÔNG SẢN THỰC PHẨM

NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

MÃ SỐ HỌC PHẦN: NNP612

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: HỌC VIÊN THỰC HIỆN:

PGS TS VÕ TẤN THÀNH

ThS NGUYÊN THI HOÀNG MINH

NGUYÊN THI NGỌC HƯƠNG – M2221015

LỚP CAO HỌC CNTP - K28

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH iii

DANH MỤC BẢNG iv

Bài 1: XÁC ĐINH ĐỘ NHỚT DUNG DICH BẰNG NHỚT KẾ MAO QUẢN 1

1.1 Cơ sở lý thuyết 1

1.2 Mục tiêu thí nghiệm 2

1.3 Phương tiện thí nghiệm 2

1.3.1 Vật liệu 2

1.3.2 Dụng cụ 2

1.4 Tiến hành thí nghiệm 2

1.5 Kết quả thí nghiệm 3

1.6 Nhận xét và giải thích 3

Bài 2 XÁC ĐINH NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA THỰC PHẨM 4

2.1 Cơ sở lý thuyết 4

2.2 Mục tiêu thí nghiệm 5

2.3 Phương tiện thí nghiệm 5

2.3.1 Vật liệu 5

2.3.2 Dụng cụ 5

2.4 Tiến hành thí nghiệm 5

2.5 Kết quả thí nghiệm 5

2.6 Nhận xét và giải thích 8

Bài 3 XÁC ĐINH HẰNG SỐ TỐC ĐỘ GIA NHIỆT f h VÀ HỆ SỐ HIỆU CHỈNH j h TRONG QUÁ TRÌNH THANH TRÙNG ĐỒ HỘP 9

3.1 Cơ sở lý thuyết 9

3.2 Mục tiêu thí nghiệm 9

3.3 Phương tiện thí nghiệm 9

3.3.1 Vật liệu 9

3.3.2 Dụng cụ 10

3.6 Nhận xét và giải thích 12

Bài 4: XÁC ĐINH HỆ SỐ LÀM LẠNH TRONG QUÁ TRÌNH LÀM MÁT THỰC PHẨM 13

4.1 Cơ sở lý thuyết 13

4.2 Mục tiêu thí nghiệm 13

4.3 Phương tiện thí nghiệm 13

4.3.1 Vật liệu 13

4.3.2 Dụng cụ 14

4.4 Tiến hành thí nghiệm 14

4.5 Kết quả thí nghiệm 14

4.6 Nhận xét và giải thích 16

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Buret dùng trong thí nghiệm 2

Hình 3.1 Thiết bị ghi nhiệt độ tự động có thẻ nhớ 10

Hình 3.2 Nhiệt độ tâm của 4 sản phẩm trong quá trình gia nhiệt và làm nguội 11

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn nhiệt độ sản phẩm trong giai đoạn gia nhiệt 11

Hình 4.1 Thiết bị ghi nhiệt độ tự động có thẻ nhớ 14

Hình 4.1 Nhiệt độ tâm các mẫu táo theo thời gian của các môi trường làm lạnh 15

Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn nhiệt độ của táo theo thời gian 15

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tính chất của nước cất 3

Bảng 1.2 Độ nhớt của 3 dung dịch đường 20%, 40% và 60% 3

Bảng 2.1 Sự biến đổi nhiệt độ của 3 mẫu thí nghiệm theo thời gian truyền nhiệt 6

Bảng 3.1 Kết quả giá trị fhcủa 4 mẫu thực phẩm thí nghiệm 11

Bảng 4.1 Kết quả giá trị CR 15

Bài 1: XÁC ĐINH ĐỘ NHỚT DUNG DICH BẰNG

NHỚT KẾ MAO QUẢN1.1 Cơ sở lý thuyết

Độ nhớt (Viscosity) là một đại lượng vật lý đặc trưng cho lực ma sát nội tại được sinh

ra giữa các phân tử bên trong dung dịch để chống lại sự di chuyển dưới tác dụng củangoại lực

Độ nhớt có ảnh hưởng rất lớn đến việc vận chuyển lưu chất (sự chảy của các chất lưu

có vận tốc khác nhau khi cùng tác dụng một lực, chịu ảnh hưởng của độ nhớt của lưuchất) Chất lỏng không biến dạng thuận nghịch sẽ chảy khi có một lực tác dụng, vậntốc chảy càng tăng khi lực càng tăng Các chất lỏng khác nhau sẽ chảy với tốc độ khácnhau với cùng một lực tác dụng

Một số phương pháp xác định độ nhớt:

- Phương pháp đo bằng nhớt kế mao quản

- Phương pháp đo bằng nhớt kê quay

- Phương pháp đo thời gian rơi của trái cầu

Phương pháp xác định độ nhớt của chất lỏng bằng nhớt kế mao quản:

- Công thức tính độ nhớt của chất lỏng trong trường hợp sử dụng nhớt kế mao quản:

Dựa vào phương trình tính toán độ nhớt bằng nhớt kế mao quản, với dung dịch biếttrước độ nhớt và khối lượng riêng có thể tính hằng số dụng cụ K.

- Biết xác định độ nhớt dung dịch bằng buret

- Đánh giá sự ảnh hưởng của nồng độ chất tan đến độ nhớt của dung dịch

1.3 Phương tiện thí nghiệm

µ

ƿ= � �

- Các mẫu dung dịch đường: được tiến hành tương tự mẫu nước cất, dùng đồng hồbấm giây ghi nhận thời gian chảy hết từng loại dung dịch (t), xác định khối lượngriêng dung dịch (ρ), hằng số dụng cụ K và tính được độ nhớt (μ) của dung dịch theocông thức:

(℃) Khối lượng riêng (ƿ) Thời gian chảy (t) Độ nhớt (µ) Hằng số K

30,1 995,7 9,94 792,377.10-6 8.10-8

Bảng 1.2 Độ nhớt của 3 dung dịch đường 20%, 40% và 60%

Stt Mẫu Nhiệt độ dd (℃) Khối lượng riêng (ƿ) Thời gian chảy (t) Độ nhớt (µ)

Từ các kết quả thí nghiệm thu được cho thấy có sự khác biệt rõ rệt về các thông

số như khối lượng riêng, thời gian chảy và độ nhớt giữa các mẫu dung dịch thí nghiệm Các thông số này có xu hướng tăng lên khi tăng nồng độ chất tan trong dung dịch.

Tăng nồng độ các chất hòa tan làm tăng số lượng các cấu tử phân tán trong dung dịch, từ đó tăng sự tương tác giữ các cấu tử này làm tăng lực ma sát, làm hạn chế tốc độ dòng chảy Tuy nhiên, độ nhớt của dung dịch lại phụ thuộc vào nhiệt

độ của môi trường, khi tăng nhiệt độ độ nhớt của dung dịch giảm xuống Sự biến đổi này có tính thuận nghịch.

Bài 2 XÁC ĐINH NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA THỰC PHẨM

�� =� ∆��Trong đó:

Q: nhiệt lượng trao đổi của quá trình (kJ)

ΔT: sự thay đổi nhiệt độ của thực phẩm (0C hoặc K)

m: khối lượng của thực phẩm (kg)

CP: nhiệt dung riêng đẳng áp của thực phẩm (kJ/[kg.0C])

- Có nhiều phương pháp để xác định nhiệt dung riêng của thực phẩm: sử dụng phươngtrình toán học, sử dụng các phương pháp thực nghiệm…

Phương pháp “hỗn hợp” là phương pháp được sử dụng rộng rãi để đo nhiệt dung riêngcủa thực phẩm do thực hiện đơn giản và chính xác Trong phương pháp này, mẫu thử

có khối lượng và nhiệt độ đã biết được đặt vào một nhiệt lượng kế có nhiệt dung riêng

đã biết có chứa nước (hoặc chất lỏng) có nhiệt độ và khối lượng đã biết Quá trình traođổi nhiệt sẽ diễn ra cho đến khi đạt trạng thái cân bằng

Nhiệt dung riêng của mẫu được tính bằng cách sử dụng phương trình cân bằng nhiệtgiữa nhiệt lượng thu được hoặc mất đi của nước (hoặc chất lỏng) và nhiệt lượng kế vànhiệt lượng bị mất hoặc thu được của mẫu:

�� =��� ���+ � ���− ���

� ��� − ���

Trong đó:

CP: nhiệt dung riêng của mẫu trong khoảng nhiệt độ Tosvà Tem(kJ/[kg.oC])

CPw: nhiệt dung riêng của nước trong khoảng nhiệt độ Tocvà Tem(kJ/[kg.oC])

mw: khối lượng của nước (kg)

ms: khối lượng của mẫu (kg)

W: khối lượng nước đối chứng của hệ thống (kg)

Toc: nhiệt độ ban đầu của nước (oC)

Tos: nhiệt độ ban đầu của mẫu (oC)

Tem: nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp (oC)

2.2 Mục tiêu thí nghiệm

- Biết cách xác định nhiệt dung riêng của thực phẩm

- Biết tính toán cân bằng năng lượng cho hệ thống xác định nhiệt dung riêng

2.3 Phương tiện thí nghiệm

- Nước được gia nhiệt bằng bếp điện cho đến khi đạt trên 90℃ (đảm bảo khi cho vàobình giữ nhiệt, nhiệt độ nước khoảng 90℃)

Tiến hành thí nghiệm:

- Bước 1: Xác định nhiệt độ ban đầu của mẫu thanh long đã xay nhuyễn

- Bước 2: Chuẩn bị 3 bình giữ nhiệt có gắng cảm biến đo nhiệt độ

- Bước 3: Cho 250 mL nước nóng (>90℃) vào mỗi bình

- Bước 4: Đậy nắp bình, ghi nhận nhiệt độ của nước sau 5 phút nhằm đảm bảo quátrình truyền nhiệt giữ nước và thành bình đã cân bằng

- Bước 5: Cho 30 g mẫu thanh long đã chuẩn bị vào 2 trong 3 bình nước nóng, đậy kínnắp, lắc đều và để để yên

- Bước 6: Ghi nhận dữ liệu cứ 5 phút/lần, thời gian thí nghiệm kéo dài 165 phút và tínhtoán kết quả

2.5 Kết quả thí nghiệm

Các thông số của nguyên liệu thanh long ruột đỏ:

+ Mẫu 1: 29,9℃

+ Mẫu 2: 30,0℃

Các thông số của nước nóng

- Nước nóng sử dụng: 91,6℃

- Nước nóng đã cân bằng nhiệt với thành bình: 86,4℃

Sự biến đổi nhiệt độ của 3 mẫu thí nghiệm theo thời gian truyền nhiệt:

Nhiệt độ của 3 mẫu thí nghiệm trong quá trình truyền nhiệt được trình bày trong Bảng2.1

Bảng 2.1 Sự biến đổi nhiệt độ của 3 mẫu thí nghiệm theo thời gian truyền nhiệt Thời gian

(phút)

Nhiệt độ các mẫu (℃) Nước nóng Nước nóng + mẫu 1 Nước nóng + mẫu 2

Tính toán giá trị Cƿcủa mẫu thực phẩm thí nghiệm:

Nhiệt độ nước nóng ban đầu T = 86,4℃ → tra bảng thu được giá trị nhiệt dung riêng

CρH20là 4199,12 kJ/kg.℃

Khối lượng của nước: 0,25 985,7.10-3= 0,246425 kg

Áp dụng công thức xác định tổn thất năng lượng (cốc nước nóng):

Qloss= M CƿH2O (T1 − T2)

Trong đó:

M: khối lượng nước nóng

CρH20: nhiệt dung riêng của nước

T1: nhiệt độ ban đầu của nước nóng

Nhiệt lượng truyền từ nước nóng đến mẫu:

H20 1 3 H20 3 2 psample

S 3 i

M.C T T M.C T TC

M T T



Trong đó:

M: khối lượng nước nóng

CρH20: nhiệt dung riêng của nước

T1: nhiệt độ ban đầu của nước nóng

T3: nhiệt độ cuối của nước nóng + mẫu

T2: nhiệt độ cuối của nước nóng

MS: khối lượng mẫu

Ti: nhiệt độ ban đầu của mẫu

Nhiệt dung riêng mẫu 1:

H20 1 3 H20 3 2 psample

S 3 i

M.C T T M.C T TC

S 3 i

M.C T T M.C T TC

Nhiệt dung riêng của các sản phẩm thực phẩm rất khác nhau phụ thuộc vào thành phầnhóa học của nguyên liệu Việc xác định giá trị nhiệt dung riêng cho từng loại nguyênliệu là việc làm rất có ý nghĩa, cung cấp cơ sở cho việc tính toán các thông số ký thuậtcác quá trình truyền nhiệt

Bài 3 XÁC ĐINH HẰNG SỐ TỐC ĐỘ GIA NHIỆT fhVÀ HỆ SỐ

RT: nhiệt độ thiết bị thanh trùng hoặc tiệt trùng (°C, F)

IT: nhiệt độ ban đầu của sản phẩm (°C, F)

T: nhiệt độ sản phẩm tại thời điểm t (°C, F)

t: thời gian (min, s)

fh: hằng số tố độ gia nhiệt (min-1, s-1)

a

 

0

a h

- Biết cách thu thập dữ liệu của quá trình chế biến nhiệt

- Biết cách tính toán hằng số tốc độ gia nhiệt fh và hệ số điều chỉnh jh của quá trìnhthanh trùng hoặc tiệt trùng bằng phương pháp Ball dựa trên dữ liệu thu nhận từ thínghiệm

- Ảnh hưởng của môi trường gia nhiệt (sự đối lưu của môi trường gia nhiệt) và các đặctính của thực phẩm đến fh, jhtừ thí nghiệm

3.3 Phương tiện thí nghiệm

3.3.1 Vật liệu

- Nước cốt dâu tằm

- Bắp Mỹ nguyên hạt trong nước đường 5%

3.3.2 Dụng cụ

- Lọ thủy tinh có nắp kim loại đã gắn cảm biến nhiệt độ

- Thiết bị gia nhiệt (Water bath) có thể điều chỉnh nhiệt độ

- Thiết bị nhiệt kế tự ghi

Hình 3.1 Thiết bị ghi nhiệt độ tự động có thẻ nhớ 3.4 Tiến hành thí nghiệm

- Bốn loại nguyên liệu: nước cốt dâu tằm, tương ớt, giò sống, bắp Mỹ nguyên hạt trongnước đường 5% được lần lượt cho vào đầy các lọ thủy tinh

- Xác định nhiệt độ ban dầu của từng loại nguyên liệu

- Đóng chặt nắp kim loại đã gắn sẵn thiết bị cảm biến nhiệt, đặt sao cho đầu cảm biếnbằng kim loại nằm ở tâm của lọ đồ hộp Kết nối với analog và máy tính

- Gắn thẻ nhớ và thiết bị ghi nhiệt độ tự động

- Cho 4 lọ đồ hộp vào bể điều nhiệt chứa nước đang ở 90℃, đảm bảo mực nước gầnsát với nắp lọ, không làm ngã lọ đồ hộp gây hỏng cảm biến nhiệt

- Bắt đầu ghi nhận nhiệt độ cứ 30s/lần, quá trình gia nhiệt kết thúc khi nhiệt độ tâmcủa cả 4 sản phẩm đạt ≥80℃

Sự thay đổi nhiệt độ của sản phẩm theo thời gian:

Nhiệt độ của tâm 4 mẫu sản phẩm thanh trùng trong quá trình gia nhiệt và làm nguộiđược trình bày trong Hình 3.2

Hình 3.2 Nhiệt độ tâm của 4 sản phẩm trong quá trình gia nhiệt và làm nguội

3.6 Nhận xét và giải thích

Thông qua kết quả thí nghiệm cho thấy hằng số tốc độ gia nhiệt của 4 mẫu thí nghiệm

là rất khác nhau Thứ tự sắp xếp các mẫu có hằng số tốc độ gia nhiệt từ lớn đến bé là:giò sống > tương ớt > bắp hạt > nước cốt dâu tằm

Mẫu thực phẩm dạng dỏng có hằng số tốc độ gia nhiệt thấp thơn so với thực phẩmdạng paste hoặc rắn Mẫu thực phẩm có nồng độ chất khô thấp có hằng số tốc độ gianhiệt thấp thơn so với thực phẩm có nồng độ chất khô cao hơn Do đó, có thể kết luậnrằng hằng số tốc độ gia nhiệt của các loại thực phẩm phụ thuộc vào tính chất và thànhphần hóa học của chưng

Bài 4: XÁC ĐINH HỆ SỐ LÀM LẠNH TRONG QUÁ TRÌNH LÀM MÁT THỰC PHẨM4.1 Cơ sở lý thuyết

Từ phương trình cân bằng nhiệt áp dụng trong trường hợp dẫn nhiệt ở trạng thái không

ổn định

Quá trình truyền nhiệt không có biến đổi pha

Bỏ qua nhiệt trở do dẫn nhiệt (Bi < 0,1 đồng nhất nhiệt độ sản phẩm trong quá trìnhlàm lạnh)

Nhiệt độ môi trường làm lạnh không thay đổi trong quá trình làm mát

Tm: nhiệt độ môi trường (°C)

T: nhiệt độ vật thể tại thời điểm t (°C)

t: thời gian xử lý nhiệt (s)

ρ: khối lượng riêng của vật liệu (kg/m3)

V: thể tích vật thể (m3)

A: diện tích bề mặt của vật thể (m2)

Cρ: nhiệt dung riêng của vật thể (J/kg K)

Thêm hệ số hiệu chỉnh ban đầu j (do giai đoạn đầu quan hệ dữ liệu không thẳng)

- Biết ghi nhận dữ liệu và tính toán hệ số làm lạnh

- So sánh ảnh hưởng của các hình thức làm lạnh khác nhau đến hệ số làm lạnh CR(Cooling rate) tương ứng

- Biết cách phỏng đoán các tham số từ phương trình làm lạnh

4.3 Phương tiện thí nghiệm

4.3.1 Vật liệu

Chuẩn bị 4 thùng cách nhiệt có các môi trường làm lạnh như sau:

- Thùng 1: Môi trường làm lạnh là nước: sử dụng hỗn hợp nước và nước đá

- Thùng 2: Môi trường làm lạnh là nước có đối lưu: sử dụng hỗn hợp nước và nước đátrong thùng có đặt bơm

- Thùng 3: Môi trường làm lạnh là không khí: sử dụng nước đá để làm lạnh không khí

- Thùng 4: Môi trường làm lạnh là không khí đối lưu: sử dụng nước đá trong thùng cóquạt

+ Không khí lạnh có đối lưu: 6,4℃

Sự thay đổi nhiệt độ của táo theo thời gian:

Sự thay đổi nhiệt độ của táo theo thời gian được biểu diễn trong Hình 4.1

Hình 4.1 Nhiệt độ tâm các mẫu táo theo thời gian của các môi trường làm lạnh

Áp dụng phương trình để tính các giá trị CR và j:

Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn nhiệt độ của táo theo thời gian

Từ các phương trình hồi quy tính được các giá trị CR và j của các môi trường làm lạnh: