Khảo sát một số yếu tố bản ảnh hưởng đến quá trình thẩm thấu như nồng độ dung dịch thẩm thấu, loại nguyên liệu, kích thước nguyên liệu Quan sát sự biến đổi của thực phẩm trong quá trình ngâm đường. Tránh lượng nước trong nguyên liệu thoát ra làm ảnh hưởng đến nồng độ ban đầu của dung dịch thì thời gian ngâm nguyên liệu phải tương đối lâu. Nồng độ dung dịch không bị giảm nhiều so với nồng độ ban đầu vì khi sử dụng một lượng dung dịch lớn hơn nhiều so với lượng nguyên liệu cho vào.
Trang 1Bài 6 HIỆN TƯỢNG THẨM THẤU
I- MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:
- Khảo sát một số yếu tố bản ảnh hưởng đến quá trình thẩm thấu như nồng
độ dung dịch thẩm thấu, loại nguyên liệu, kích thước nguyên liệu
- Quan sát sự biến đổi của thực phẩm trong quá trình ngâm đường
II- NGUYÊN LIỆU:
- Đường sucrose (đường tinh luyện RE)
- Củ cải trắng
III- TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM:
- Cố định nồng độ dung dịch ngâm là 30%, thay đổi kích thước nguyên liệu
củ cải trắng
- Pha dung dịch đường có nồng độ 30% sau đó kiểm tra lại độ chính xác bằng Brix kế
- Cắt rau quả (củ cải trắng) thành hình trụ với đường kính là từ 1-2cm và chiều cao là 3cm
- Cân để lựa chọn các mẫu có khối lượng gần bằng nhau, ghi chính xác khối lượng từng mẫu trước khi ngâm
- Phân tích độ ẩm, độ Brix ban đầu của nguyên liệu trước khi ngâm
- Cho mẫu vào dung dịch đường với tỷ lệ 1kg mẫu/5lít dung dịch Gài nén ở
bề mặt dụng cụ ngâm nhằm đảm bảo mẫu được ngâm ngập hoàn toàn trong dung dịch đường
- Ứng với từng nồng độ đường trong dung dịch ngâm sau 30 phút ngâm lấy
3 mẫu/nồng độ đường (hay một loại nguyên liệu) Rửa nhanh mặt ngoài mẫu để loại đường bám và dùng giấy thấm khô bề mặt mẫu
- Cân khối lượng mẫu sau đó nghiền nát vắt lấy nước dịch và đo nồng độ chất khô hòa tan trong dung dịch bằng chiết quang kế
- Dừng thí nghiệm khi không có sự thay đổi sự đáng kể chất khô hòa tan trong mẫu ngâm
IV- BÁO CÁO KẾT QUẢ:
1 Các thông số ban đầu:
- Độ Brix = 3,6 và độ ẩm = 96,4%
Trang 22 Kết quả thí nghiệm: Với nồng độ đường là 40%.
3 Tính toán và xử lí kết quả
Mẫu Khối
lượng
ban
đầu
(g)
Sự thay đổi khối lượng và độ Brix theo thời gian ngâm (phút)
KL Brix KL Brix KL Brix KL Brix KL Brix KL Brix
Kích thước lớn
1 11,1 9,6 8,4
13 11,51 10,21 8,9
14 11,70 10,23 9,4
Kích thước nhỏ
19 6,39 5,15 11
20 6,69 5,74 10,8
30 7,14 6,21 10,2
Trang 3- Khối lượng ẩm mất đi/g nguyên liệu tươi ( WLt)
w w WL
o
o t t o t
) (
)
=
- Tốc độ mất ẩm(g/g.phút)
w w WL
o
o t t o t
t
) (
)
- Sự gia tăng chất tan/100g nguyên liệu(SGt)
s SG
o
o t t
) ( −
=
Thí dụ:
Ở 30 phút đầu lấy ra 3 mẫu 1;13;14 có kích thước lớn nồng độ 40% có kết quả như sau:
- Tính khối lượng ẩm mất đi/g nguyên liệu tươi ( WLt)
1717 , 0 1
, 11
)) 036 0 1 , 11 ( ) 84 0 6 9 ((
) 6 9 1 11 ( ) (
) (
)
1
w w
WL
o
o t t o t
1558 , 0 51
, 11
)) 036 0 51 , 11 ( ) 89 0 21 , 10 ((
) 21 , 10 51 , 11 ( ) (
) (
)
13
w w
WL
o
o t t o t
1718 0 70
11
)) 036 0 70 , 11 ( ) 94 0 23 , 10 ((
) 23 , 10 70 , 11 ( ) (
) (
)
14
w w
WL
o
o t t o t
1665 , 0 3
1718 , 0 1558 , 0 1717 ,
=
- Tốc độ giảm ẩm (g/g.phút)
0056 0 30
1665 ,
=
t
- Sự gia tăng chất tan/100g nguyên liệu(SGt)
0366 , 0 1
, 11
) 036 0 1 , 11 ( ) 84 0 6 , 9 ( ) (
) 1
s SG
o
o t t
0429 , 0 51
, 11
) 036 0 51 , 11 ( ) 89 0 21 , 10 ( ) (
)
13
s
SG
o
o t t
0462 , 0 70
, 11
) 036 0 70 , 11 ( ) 94 0 23 , 10 ( ) (
) 14
s SG
o
o t t
0419 , 0 3
0462 , 0 0429 , 0 0366 ,
=
Các mẫu còn lại tính toán tương tự ta thu được kết quả tổng hợp trong bảng sau:
Trang 4+ Kích thước lớn:
Thông số
Thời gian ngâm (phút)
0,234 8
0,284
5 0,3225 0,3725 0,384
Độ tăng chất tan SG 0 0,0419
0,051
3 0,0469
0,055
4 0,0391 0,0426 + Kích thước nhỏ:
Thông số
Thời gian ngâm (phút)
0,406
1 0,3992
Độ tăng chất tan SG 0 0,054
0,057 1
0,052
7 0,061 0,0599 0,057
* Đồ thị thể hiện sự biến đổi, độ giảm ẩm và độ tăng chất tan (tăng đường) của mẫu theo thời gian ứng với kích thước của nguyên liệu
Trang 5* Qui luật thẩm thấu dựa trên tốc độ giảm ẩm và tăng chất tan được tính công thức nêu trên: Thẩm thấu xảy ra nhanh khi tốc độ giảm ẩm cao và độ tăng chất tan lớn
* Xác định hệ số khuyếch tán
Trang 6Từ 2 đồ thị trên ta tìm được hệ số góc S của :
+ Nguyên liệu có kích thước nhỏ là: S1 = 0,0009
+ Nguyên liệu có kích thước lớn là: S2 = -0,0007
+ Đối với nguyên liệu có kích thước nhỏ:
Ta có: S= 22
R
I
D ∞
−
Nếu R = 1cm =0,01 m, S1 = 0,0009
D = - R2 *S/I 2
∞ = - (0,01)2*0,0009/(2,4048)2
= -1.5563 x 10-8 m2/s
+ Đối với nguyên liệu có kích thước lớn:
Nếu R = 1cm =0,01 m, S2 = -0,0007
Trang 7 D = - R2 *S/I 2
∞ = - (0,01)2*(-0,0007)/(2,4048)2
= 1.2104 x 10-8 m2/s
Vậy hệ số khuyếch tán D đối với mẫu có bán kính 1cm và nồng độ đường ngâm 40%, nguyên liệu có kích thước nhỏ là: -1.5563 x 10-8 m2/s và nguyên liệu có kích thước lớn là: 1.2104 x 10-8 m2/s
V- TRẢ LỜI CÂU HỎI:
1 Lí do ngâm mẫu trong dung dịch đường với tỉ lệ 1kg : 5 lít dung dịch ?
Trả lời:
Để tránh lượng nước trong nguyên liệu thoát ra làm ảnh hưởng đến nồng độ ban đầu của dung dịch thì thời gian ngâm nguyên nhiệu phải tương đối lâu Nồng độ dung dịch không bị giảm nhiều so với nồng độ ban đầu vì khi sử dụng một lượng dung dịch lớn hơn nhiều so với lượng nguyên liệu cho vào
2 Xác định khối lượng mẫu trước và sau từng thời gian ngâm có ý nghĩa ?
Trả lời:
Có thể so sánh về tốc độ thẩm thấu khi ngâm mẫu trong hai dung dịch đường có độ Brix khác nhau trong cùng một khoảng thời gian và xác định khối lượng mẫu trước và sau từng thời gian ngâm để tính toán sự thay đổi khối lượng,
độ ẩm, của mẫu theo thời gian Thông qua tốc độ ngấm đường vào nguyên liệu nên
có thể xác định tốc độ truyền khối của thực phẩm
3 Giải thích lý do của các biến đổi khối lượng, nước và đường ?
Trả lời:
Khối lượng giảm, lượng nước giảm, lượng đường tăng lên khi ngâm củ cải trắng vào dung dịch nước đường Là kết quả của quá trình thảm thấu Đường sẽ
di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp (Từ dung dịch đường vào trong nguyên liệu.), đồng thời nước sẽ di chuyển từ nơi có nồng độ thấp đến nơi có nồng độ cao (Từ nguyên liệu ra môi trường.) để cân bằng nồng độ chất tan giữa dung dịch thẩm thấu và nguyên liệu Kết quả là lượng nước trong nguyên liệu giảm, lượng đường trong nguyên liệu tăng và khối lượng của nguyên liệu giảm do lượng đường thẩm thấu vào nhỏ hơn lượng nước đi ra, đường có phân tử lượng lớn
Trang 8và kích thước lớn hơn nước vì các phân tử đường sẽ thay thế các phân tử nước trong nguyên liệu
* Trong các biến đổi này, biến đổi nào là chính, biến đổi nào là phụ thuộc, các biến đổi có xảy ra đồng thời không ?
Trả lời:
Trong các biến đổi trên thì biến đổi về khối lượng, hình dạng chỉ là phụ thuộc và biến đổi về lượng nước, nồng độ đường mới là chính Các biến đổi xảy ra đồng thời trong quá trình thẩm thấu Tiền đề cho biến đổi khối lượng nguyên liệu chính là biến đổi về khối lượng nước và đường
4 Biến đổi hình dạng sản phẩm trong quá trình thí nghiệm ? Lý do ?
Trả lời:
Mẫu củ cải bị teo nhỏ từ từ do ngâm trong dung dịch ưu trương trong suốt quá trình thí nghiệm Nguyên nhân là nồng độ đường trong mẫu củ cải thấp hơn môi trường, hình dạng sản phẩm bị teo nhỏ lại do nước sẽ di chuyển từ mẫu ra môi trường dẫn đến hiện tượng mất nước (Co nguyên sinh.)
5 Ảnh hưởng của sự thay đổi kích thước và sự thay đổi nồng độ đường ngâm đến tốc độ truyền khối ?
Trả lởi:
Tốc độ truyền khối chậm lại, kích thước nhỏ và mỏng thì tốc độ truyền khối nhanh do kích thước nguyên liệu dày và lớn Tốc độ truyền khối càng nhỏ do nồng độ đường càng thấp Tốc độ truyền khối càng lớn do nồng độ đường càng cao
sự chênh lệch áp suất thẩm thấu càng lớn
6 Trong trường hợp các mẫu có đường kính bằng nhau nhưng chiều dài thay đổi tốc độ truyền khối ở cùng một điều kiện ngâm có khác nhau không ? tại sao?
Trả lời:
Trang 9Trong trường hợp các mẫu có đường kính bằng nhau nhưng chiều dài thay đổi tốc độ truyền khối ở cùng một điều kiện ngâm có khác nhau Vì khuếch tán theo phương vuông góc (Xuyên tâm.)