Tính chất vật lý thông thường của thực phẩm dạng rắn các phương pháp đo phổ biến ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

Tính chất vật lý thông thường của thực phẩm dạng rắn các phương pháp đo phổ biến ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm...................................................................................................................................................................

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

TÍNH CHẤT VẬT LÝ THÔNG THƯỜNG CỦA

THỰC PHẨM DẠNG RẮN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO PHỔ BIẾN ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

GIẢNG VIÊN: T.s NGUYỄN MINH THUỶ HỌC VIÊN: NHÓM 1 LỚP CHCNTP & ĐỒ UỐNG

Trang 3

2 Tính chất lưu biến của thực phẩm rắn.

3 Tính truyền dẫn nhiệt của thực phẩm rắn.

4 Tính chất điện từ của thực phẩm rắn.

Trang 4

• cần thiết trong tính toán vận chuyển, truyền nhiệt, truyền khối.

• Biểu diễn bằng nhiều đơn vị

Trang 5

2.1 Kích thước

• Kích thước có thể quyết định bằng phương pháp đo diện tích

Trong cách này có 3 đặc tính đường kính được xác định:

• Đường kính lớn (a) là kích thước lớn nhất của phần diện tích lớn nhất nhô ra

• Đường kính trung gian (b) là đường kính nhỏ nhất của phần diện tích lớn nhất hoặc đường kính lớn nhất của phần diện tích nhỏ nhất

• Đường kính nhỏ (c) là kích thước nhỏ nhất của phần diện tích lớn nhất

• Chiều dài, chiều rộng và chiều dầy thường dùng như tương đương với đường kính lớn, trung gian và đường kính nhỏ

1 KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH

TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT

Trang 6

2.2 Hình dạng

• Quan trọng trong tính toán truyền nhiệt và truyền khối.

• Dựa vào để phân cỡ, phân loại, đánh giá chất lượng.

• Được biểu thị qua tính cầu (tròn) và tỉ lệ mặt (diện tích bề mặt).

Tính cầu (Sphericity): - là thông số vật lý quan trọng.

Trang 7

• Vật thể có dạng Ellipsoid 3 trục, tính cầu φ được tính:

Trang 8

• Tính theo diện tích bề mặt (McCabe, Smith and Harriot, 1993 ):

Với: Dp: Đường kính tương đương hoặc đường kính danh nghĩa của hạt (m)

(m 2 )

Trang 9

D : Đường kính trung bình hay tương đương (m).

N : Số lượng đo được (N càng nhiều càng chính xác).

Trang 10

• Tính theo tỉ số hướng (cạnh) Ra (Maduako & Faborode, 1990):

• là thuật ngữ khác dùng để biểu diễn hình dạng vật thể

• Được tính toán dựa trên chiều dài (a) và chiều rộng (b) của mẫu.

• Bán kính của đường cong:

Hình 2 Thiết bị đo đường kính của đường cong

Trang 11

2.3 Thể tích

• Là thông số rất quan trọng trong công nghiệp thực phẩm.

• Dễ thấy và liên quan đến thông số chất lượng khác.

Trang 12

2.3 Thể tích

2.3.1 Phương pháp chất lỏng chiếm chỗ:

Hình 3 Bình Pycnometer (bình đo trọng lượng riêng)

• Sử dụng được khi mẫu rắn không hoặc hấp thụ chất lỏng rất chậm

• Bình được đổ đầy chất lỏng biết trước khối lượng riêng Cân lọ rỗng riêng, cân lọ đầy chất lỏng riêng

• Mẫu rắn được cho vào lọ và cân lại Làm đầy lọ với chất lỏng, lượng chất lỏng thừa

sẽ theo lỗ nhỏ trên nắp thoát ra ngoài Tính được thể tích chất rắn

Trang 13

Wpls: Trọng lượng pycnometer chứa mẫu rắn làm đầy với chất lỏng (kg).

Wps: Trọng lượng pycnometer chứa mẫu rắn, không có chất lỏng (kg)

pl: Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)

Trang 14

2.3 Thể tích

• Đo vật thể lớn hơn (Mohsenin, 1970), sử dụng thiết bị:

Hình 4 Thiết bị dĩa cân đo thể tích vật thể lớn

Trang 15

2.3 Thể tích

• Mẫu được chìm hoàn toàn trong chất lỏng mà không chạm vào thành hay đáy cốc.

• Phần lỏng biết trước khối lượng riêng bị chiếm chỗ bởi mẫu rắn.

• Phương pháp này dựa trên nguyên lý Archimedes.

• Mẫu ngập trong chất lỏng đến khi cân bằng về trọng lượng.

• Lực nổi cân bằng với trọng lượng của chất lỏng bị chiếm chỗ.

Trang 18

• Vật thể cần đo đặt trong buồng 2 Valve thoát khí (valve 3) và valve

2 giữa 2 buồng được khoá lại

• Valve 1 mở cho khí vào buồng 1 cho đến khi máy đo áp suất báo tăng đến giá trị thích hợp

• Đóng valve 1 lại và áp suất cân bằng được ghi nhận

• Giả sử khí tuân theo phương trình khí lí tưởng

Trang 19

2.3 Thể tích

2.3.2 Phương pháp kh í chiếm chỗ:

• Phương trình khí lí tưởng

• Với

• Sau khi áp suất cân bằng được ghi nhận, valve 2 giữa 2 buồng

được mở, khí từ buồng 1 tràn đầy vào khoảng trống buồng 2

• Áp suất mới P2 được ghi nhận

Trang 21

• Khối hạt nho dùng đo được thể tích bánh mì nướng.

• Đầu tiên, trọng lượng khối hạt nho được xác định bởi phương pháp làm đầy hộp chứa biết trước thể tích

•Mật độ hạt (khối lượng riêng) được tính toán từ khối lượng hạt vàthể tích hộp chứa Sau đó mẫu được cho vào thế chỗ khối hạt nho

Trang 22

2.4 Tỷ trọng

Hình 6: Hydrometer

Trang 24

2.6 Sự co lại (Shrinkage):

• Là sự giảm thể tích thực phẩm trong lúc chế biến (sấy)

• Khi nước bị loại khỏi thực phẩm trong quá trình sấy, có sự mất cân bằng áp suất giữa mặt trong và ngoài của thực phẩm

• Điều này làm áp lực thu nhỏ lại dẫn đến thực phẩm co lại và bị xẹp (Mayor and Sereno, 2004)

Vapp: Thể tích biểu kiến có phần ẩm (m3).Vapp0: Thể tích bên ngoài lúc đầu(m3)

Trang 26

2 TÍNH CHẤT LƯU BIẾN

• Tiến hành thí nghiệm đo sự biến dạng của cà chua

Hình 9: Thí nghiệm đo lực gây biến dạng cà chua chín

Trang 27

Từ số liệu đo đạc, máy tính vẽ được đồ thị biểu diễn mối

quan hệ giữa lực tác động và sự biến dạng

Hình 10: Đồ thị lực gây biến dạng qua các giai đoạn

Trang 28

• Khi lực đầu tiên tác động, sự biến dạng tăng theo lực tác động và cóquan hệ tuyến tính (Linear)

• Tiếp tục tác động lực, sự biến dạng tăng theo

• Cuối cùng, khi lực tác động lớn đến một mức nào đó, sự biến dạng

xảy ra cực đại và tạo ra một lỷ lệ cân xứng tới hạn (Proportional limit).

• Khi lực tác động vượt qua điểm tới hạn này, quan hệ đường thẳng

trên đồ thị chuyển sang đường cong (lesser slope) và ngay đó xuất hiện điểm cong (yield point).

• Yield point: là điểm mà nơi đó tạo ra sự biến dạng mãi mãi

• Tiếp tục tác động lực theo thời gian, khi vượt ra khỏi vị trí điểm cong,

cấu trúc thực phẩm sẽ bị nứt, gãy được gọi là điểm vỡ (rupture point).

• Mỗi thực phẩm có điểm vỡ khác nhau Điều này tuỳ thuộc vào cấu

trúc, hình dạng, thể tích, cách thu hoạch, chế biến, hoạt động bốc dỡ vàvận chuyển đến nơi tiêu thụ

Trang 31

2.2.2 Tính dão:

Hình 13: Đồ thị đường cong dãn ra và đàn hồi của chất dẻo

Trang 32

• Nếu tác động 1 lực cố định vào vật liệu sinh học, sẽ tạo ra 1 lực nén lớn lên bề mặt, vật liệu sẽ bị biến dạng theo thời gian Đó gọi

là thực phẩm có tính dão.

• Khi tác động lực nén cố định lên thực phẩm dẻo, sức căng được

đo theo thời gian dt Có hiện tượng xảy ra khi lực nén tạo ra, vật liệu bị dão có khuynh hướng thu trở lại hình dáng ban đầu.

• Đường cong tính dão có tính đàn hồi và tính sệt.

Trang 33

đường thực phẩm di chuyển không đổi.

• Phương pháp thử này thường thấy khi người tiêu dùng ấn vào thực phẩm rắn trước khi mua

• Cấu trúc thực phẩm rất quan trọng khi sử dụng với lò vi ba.

Trang 34

2.3.1 Sức nén

Hình 14: Độ cứng của bánh ở là nướng thường và microwave theo

tg bảo quản

Trang 35

2.3.2 Tính giòn:

Hình 15: Minh hoạ sức cong của vật thể

Trang 36

• Công thức tính độ lêch do lực tác động tại điểm trung tâm mẫu:

Với: F: lực đo (N).

L: quãng đường con lăn di chuyển (m)

E: giá trị tuyệt đối của Young

I: diện tích moment thứ 2 (m2)

Trang 37

2.3.3 Sự cắt thực phẩm rắn:

• Phương pháp này giống phương pháp đo độ cứng, nhưng đầu đo

được thay bằng lưỡi dao cắt, và quãng đường là độ dầy lưỡi dao cắt đi qua

2.3.4 Sự đâm thủng:

• Tương tự như phương pháp đo độ cứng

• Dùng đo trái cây, gel, rau, các loại thịt và thực phẩm hàng ngày

• Không dùng phương pháp đo này đối với các loại ngũ cốc hay thực phẩm nướng cứng (bánh nướng )

Trang 38

2.3.5 Phân tích cấu trúc bề mặt:

Hình 16: Xuyên độ kế dùng đo bề mặt vật thể.

Trang 39

2.3.5 Phân tích cấu trúc bề mặt :

Hình 17: Bề mặt cấu trúc tổng quát của vật thể.

Trang 40

3 TÍNH TRUYỀN DẪN NHIỆT

3.1 Định luật Fourier về dẫn nhiệt:

Với bất kỳ quá trình truyền (moment, nhiệt, nhiệt lượng, và khối lượng) có phương trình tổng quát là:

Với:

• Rate of a transfer process: Tốc độquá trình truyền (J/s)

• Driving force: Lực truyền dẫn

• Resistance: Nhiệt trở (điện trở) (W/m.k)

Hình 18: Truyền nhiệt qua vách tường phẳng.

Trang 41

3.1 Định luật Fourier về dẫn nhiệt:

Xem như tường có chiều dầy X, diện tích bề mặt A, nhiệt độ T1 > T0

và nhiệt độ mỗi bên tường là đồng nhất, hệ số dẫn nhiệt k Quá trình truyền nhiệt là ổn định

• Lực truyền trong truyền nhiệt có chênh lệch nhiệt độ được tính:

Lực truyền = T1 – T0Nhiệt trở = X / (kA)

• Tốc độ dòng nhiệt Q (lượng nhiệt) qua tường được tính:

Phương trình truyền nhiệt tổng quát theo Fourier:

Trang 42

3.2 Dẫn nhiệt:

• Sự dẫn nhiệt của vật liệu được định nghĩa là khả năng dẫn nhiệt

đo được và có đơn vị là W/m.K trong hệ đo lường SI.

• Một chất rắn gồm các electron tự do và nguyên tử bên ngoài sắp xếp theo một mạng lưới Năng lượng nhiệt di chuyển xuyên qua các phân tử có 2 ảnh hưởng: tính chất sóng và electron tự do.

• Hệ số dẫn nhiệt gồm:

Trang 43

Hình 19: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ở 27 o C.

Trang 44

3.2.1 Dự đoán sự dẫn nhiệt:

• Sự dẫn nhiệt tuỳ thuộc vào các thành phần thực phẩm Choi và Okos (1986) đề nghị phương trình:

• Phương trình của Choi và Okos sử dụng được khi:

Hệ số dẫn nhiệt k (W/m0C), và nhiệt độ trong khoảng 0 - 90 0C

Trang 45

3.2.1 Dự đoán sự dẫn nhiệt:

• Rahman (1995) đưa ra hệ số dẫn nhiệt tương quan của không khí

ẩm ở nhiệt độ khác nhau từ dữ liệu của Lukoi (1964):

Với RH: Độ ảm tương đối, thay đổi từ 0 – 1 và nhiệt độ 20 - 60 0C

Tổng quát:

• Với hệ thống đa pha, ảnh hưởng của sự phân phối pha theo hình học có ảnh hưởng đến quá trình truyền dẫn nhiệt Có nhiều

mô hình nổi tiếng đưa ra cấu trúc vật lý đẳng hướng mô tả sự

truyền nhiệt như mô hình truyền song song,truyền tuần tự

Krischer, mô hình Maxwell-Eucken và Kopelman.

Trang 46

3.2.2 Tính toán sự dẫn nhiệt: Giả sử truyền nhiệt ổn định a) Phương pháp truyền dòng nhiệt theo chiều dọc:

k: Hệ số dẫn nhiệt (W/m.K).

Q: Tốc độ lượng nhiệt vào đo được (W).

L: chiều dầy mẫu (m).

A: Diện tích mẫu (m2).

Trang 47

T1: Nhiệt độ bên ngoài mẫu (0C).

T2: Nhiệt độ bên trong mẫu (0C).

Trang 48

ii) Phương pháp truyền nhiệt vào trung tâm vật hình cầu:

Q: Năng lượng đo được ngay trung tâm (W).

r1, r2: Bán kính ngoài và trong của hình cầu (m).

T1: Nhiệt độ bên ngoài mẫu (0C).

T2: Nhiệt độ bên trong mẫu (0C).

Trang 49

iii) Phương pháp DSC:

L: Chiều dầy mẫu (m)

ΔQ: Chênh lệnh nhiệt lượng ghi

nhận bởi thermogram (J)

A: Diện tích mẫu (m2)

ΔT1,ΔT2: Chênh lệch nhiệt độ

bên trong và bên ngoài (0C)

Hình 20: Thiết bị đo sự dẫn nhiệt vật thể bằng phương pháp DSC.

Trang 51

Hình 21: Thí nghiệm đo sự dẫn nhiệt của vật thể online.

Trang 52

Hình 22: Thiết bị đo sự dẫn nhiệt online bằng pp DSC.

Trang 53

4 TÍNH CHẤT ĐIỆN TỪ

4.1 Ảnh hưởng của tia sáng lên vật thể:

•Khi bức xạ điện tử chạm vào vật thể, có sự ảnh hưởng đến tính chất thực phẩm như: màu sắc, hư hỏng vật lý và có thể thay đổi bề mặt

• Các kiểu bức xạ điện tử có thể dùng kiểm soát chất lượng thực phẩm

• Ví dụ: tia hồng ngoại dùng đo độ ẩm, tia X dùng kiểm tra sâu bên

trong thực phẩm

• Bức xạ điện tử di chuyển bởi tính chất sóng - hạt và phân loại bởi độdài sóng và tần số

Hình 23: Quang phổ điện từ

Trang 54

h: hằng số Plank (6,626.10-34 J.s).

• Khi bức xạ của một bước sóng các định chạm vào vật thể, nó có thể bịphản xạ, truyền đi, hay bị hấp thu Các tỷ lệ cân xứng của các kiểu bức

xạ trên cho biết hình dạng vật thể

• Một vật thể được xem là trong suốt khi ánh sáng chạm vào và xuyên qua với độ hấp thu hay phản xạ nhỏ nhất Một vật xem là mờ đục khi không cho ánh sáng truyền qua, nhưng hấp thu hay phản chiếu tất cảtia sáng chạm đến gọi là chắn sáng giới hạn

(m/s)

Trang 57

4.2 Đo màu sắc thực phẩm:

Hình 26: Đồ thị đường cong quang phổ

Trang 58

4.3 Thiết bị đo màu sắc:

4.3.1 Máy quang phổ (Spectrophotometer)

Hình 27: Đường cong quan sát ở điều kiện chuẩn.

Trang 59

4.3.2 Máy đo màu (Colorimeter):

Trang 60

Hình 29: Không gian màu theo hệ màu CIE.

4.3.3 Không gian màu CIE L*,a*,b*

Trang 61

4.3.4 Không gian màu Hunter L,a,b

Hình 30: Không gian màu theo hệ màu L, a, b.

Trang 62

4.4 Tính chất điện môi của thực phẩm:

Hình 31: Hằng số điện môi của thực phẩm ở 25 o C.

Trang 63

PHẦN 2

CÁC ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

THỰC PHẨM

Trang 64

PHẦN 2

CÁC ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

THỰC PHẨM

Trang 65

PHẦN 2

CÁC ỨNG DỤNG ĐO THỰC PHẨM RẮN

• Dựa trên tính chất lưu biến của thực phẩm, ta tính được giới hạn biến dạng của thực phẩm, ứng dụng vào quá trình vận

chuyển, chế biến và bảo quản thực phẩm.

• So sánh được khả năng chịu lực khác nhau của rau quả dựa trên các yếu tố ảnh hưởng

• Nghiên cứu ứng dụng CMC và CaCl2 làm gia tăng khả năng chịu lực của thực phẩm rắn

• Cấu trúc thực phẩm ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm (khoai tây chiên ) Dựa vào đó tính được độ dòn và xác định bao bì chứa đựng phù hợp

Trang 66

PHẦN 2

• Dựa vào tính chất dẫn nhiệt, tính toán thời gian truyền nhiệt và

phỏng đoán tiến trình trong hoạt động chế biến và tồn trữ

• Quyết định tốc độ truyền nhiệt vào tâm sản phẩm với các quan

hệ thành phần nước, protein, carbohydrat, lipid, tro và không khí

• Quyết định tốc độ truyền nhiệt vào tâm sản phẩm với các quan

hệ thành phần Nước, protein, lipid, carbohydrat, tro và không khí

• Thiết kế các tiến trình xử lý nhiệt thực phẩm, vô hoạt enzyme, tiêu diệt vi sinh vật

• Dựa vào tính chất dẫn điện và điện dung đo được, giúp xác định độ

ẩm nguyên liệu

Trang 67

PHẦN 2

• Tính chất điện từ giúp đo màu sắc, cấu trúc và sắp xếp không gian của thực phẩm rắn trong hoạt động phân loại theo màu sắc, độ chín

và trạng thái bên trong của rau quả

• Dựa trên màu sắc để biết được chất lượng bên trong và bên ngoài của thực phẩm rắn

• Ảnh hưởng đến tính chất cảm quan thực phẩm

• Giúp xác định độ tuổi của rau quả

Trang 68

PHẦN 2

Định dạng
Số trang	68
Dung lượng	1,67 MB