bài thực hành máy đo cấu trúc bằng thiết bị textrure

Các đầu đo sau đây thường sử dụng trong phương pháp nén tùy theo mức độ nén: - Các đầu đo dạng xylanh đường kính thường lớn hơn 10 mm - Các đầu đo dạng hình cầu - Thiết bị Ottawa - Các đ

BÀI THỰC HÀNH MÁY ĐO CẤU TRÚC BẰNG THIẾT BỊ TEXTRURE–

ANALYZER

1 Mục đích, yêu cầu

Giúp sinh viên sử dụng được máy đo cấu trúc, hiểu được các nguyên lý đo cấu trúc Nắm được các thông số Lực (Force), Khoảng cách (Distance) và thời gian (Time) của sản phẩm

2 Cơ sở lý thuyết

1.1 Các nguyên tắc đo cấu trúc

Nén

Đây là phép đo đơn giản nhất trong phương pháp đo cấu trúc Mẫu được làm biến dạng và mức độ biến dạng và/hoặc sức bền của mẫu được ghi nhận và sử dụng như một chỉ số cấu trúc thực phẩm

Trong quá trình đo, đầu đo di chuyển đến điểm tiếp xúc với mẫu, tác dụng lực lên mẫu Đầu đo thường có dạng hình trụ hoặc đĩa phẳng, đường kính bằng hoặc lớn hơn mẫu (phụ thuộc vào mức độ biến dạng) Nếu mẫu có bề mặt lớn hơn đầu đo thì đầu đo có thể đâm thủng hay xuyên vào mẫu

Các phép đo nén đơn giản thường gọi là nén một trục, nghĩa là mẫu được nén theo một hướng và không bị giới hạn theo hai hướng khác Nguyên tắc nén này làm thay đổi hình dạng mẫu và áp dụng phổ biến cho các loại thực phẩm dạng rắn (Bourne, 2002)

Khi mẫu bị nén theo ba hướng, thường bằng áp suất thủy lực thì gọi là nén khối Nguyên tắc này làm thay đổi thể tích mẫu nhưng không làm thay đổi hình dạng Nén khối ít sử dụng trong đo thực phẩm vì quá trình tiến hành thường chậm và khó khăn (dùng áp suất thủy lực) Các đầu đo sau đây thường sử dụng trong phương pháp nén (tùy theo mức độ nén):

- Các đầu đo dạng xylanh (đường kính thường lớn hơn 10 mm)

- Các đầu đo dạng hình cầu

- Thiết bị Ottawa

- Các đầu nén phẳng

Đâm xuyên

Trong phép đo này, đầu đo đâm xuyên vào mẫu và giá trị lực cần thiết để đạt một chiều sâu xuyên vào hoặc chiều sâu xuyên được trong một khoảng thời gian nhất định, dưới những điều kiện xác định được đo và ghi nhận là độ cứng, độ chắc, độ dai hay các tính chất cấu trúc khác của thực phẩm

Phép đo này làm mẫu biến đổi không thuận nghịch Mẫu đo phải có diện tích bề mặt lớn hơn diện tích tiếp xúc với đầu đo sử dụng, nếu mẫu nhỏ hơn diện tích tiếp xúc đầu đo thì trở thành nguyên tắc nén

Giá trị lực đo được (hoặc chiều sâu đâm xuyên – trường hợp lực không đổi) càng lớn thì vật liệu có sức bền càng lớn

Các đầu đo thường sử dụng trong phương pháp đâm xuyên là:

- Các đầu đo dạng xylanh (đường kính thưởng nhỏ hơn 10 mm)

- Các đầu đo dạng mũi kim

- Các đầu đo dạng hình cầu

Cắt

Nhiều thiết bị ngoại vi có một hay nhiều lưỡi dao dùng để cắt mẫu dưới những điều kiện nhất định Lực cực đại cần thiết và/hoặc công suất cần thiết (thí dụ như diện tích đường cong) để cắt mẫu ghi nhận là độ chắc, độ dai … của mẫu

Mặc dù thuật ngữ cắt được dùng để mô tả phép đo này nhưng nó bao gồm một

mô hình phức tạp của nhiều lực tác dụng: lực nén, lực kéo cũng như lực cắt Do đó, các kết quả không thể diễn tả bằng các thuật ngữ ứng suất cắt mà có thể xem như sự so sánh sức bền của mẫu trong những điều kiện biến dạng nhất định

Các thiết bị cắt thường sử dụng cho thực phẩm có thớ, sợi như thịt, các sản phẩm thịt hay rau quả (măng tây) như:

- Thiết bị cắt Warner-Brazler

- Các lưỡi dao cắt/xén

- Volodkevich Bite Jaws – Thiết bị này là mô hình hóa răng người khi cắn mẫu thực phẩm, bao gồm quá trình cắt và nén

- Thiết bị cắt Kramer

Nén – đẩy

Phép đo nén – đẩy gồm có lực tác dụng lên thực phẩm đến khi nó chảy qua lối thoát là một hay nhiều rãnh hoặc lỗ trong thiết bị đo Thực phẩm bị nén đến khi cấu trúc bị phá vỡ và đẩy ra ngoài qua những lối thoát đó Mô hình các lực torng phép đo này rất phức tạp Thông thường giá trị lực cực đại cần thiết để thực hiện việc nén đẩy được đo và sử dụng như một chỉ số tính chất cấu trúc

Phép đo này áp dụng cho các loại chất lỏng nhớt, các loại gel, bơ, bơ thực vật, các loại rau quả Thiết bị Ottawa thường được sử dụng trong phép đo này

Kéo căng

Sức căng được xác định như là một lực trực giao với bề mặt mà nó tác dụng, và hướng ra ngoài vật thể

Sức căng cơ bản của vật vật liệu được xác định là tải trọng cực đại có thể đạt được, tác động lên mẫu đo, được phân chia bởi diện tích mặt cắt ngang ban đầu cảu mẫu

Một phép đo sức căng thông thường, mẫu đứt gãy gần như ngay lập tức trong một mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng chứa lực tác dụng Lực cực đại là sức căng của vật liệu

Các phép đo kéo căng không ứng dụng nhiều cho thực phẩm bởi vì quá trình nhai đòi hỏi có lực nén thực phẩm giữa các răng hàm, mà không cần sức căng Các phép đo này được sử dụng để độ bám dính của thực phẩm đối với một bề mặt nào đó, chẳng hạn như tính đàn hồi của mỳ ống, độ giãn dài của bột nhào Đầu đo nén trên mẫu thực phẩm, khi đó giá trị lực cần thiết để kéo mẫu ra khỏi sẽ được đo

Các thiết bị ngoại vi sử dụng trong các phép đo này bao gồm:

- Thiết bị đo độ kéo giãn bột nhào và gluten SMS/Kieffer

- Thiết bị đo mỳ ống/mỳ sợi

- Hàm kẹp để kéo giãn

Bẻ gãy và uốn cong

Khả năng gãy vỡ còn gọi là độ giòn, đó là lực làm mẫu vỡ vụn Thực phẩm có tính giòn là những sản phẩm có độ cứng lớn và độ dính thấp Độ giòn của thực phẩm được đo bởi lực có phương ngang mà với lực ấy mẫu di chuyển khỏi điểm có lực tác dụng theo phương thẳng đứng

Uốn cong là sự kết hợp của lực nén, lực kéo và lực cắt Các phép đo uốn cong thường sử dụng trong đo vật liệu vì chúng dễ thực hiện và không cần đặt mẫu trên dụng cụ Sự gãy vỡ bắt đầu chủ yếu ở phía ngoải của phần mẫu bị căng ra

Vật liệu dễ bị vỡ có một đường cong lực – biến dạng đặc trưng, từ đó có thể xác định độ dốc của đoạn từ điểm bắt đầu đi đến đỉnh đường cong, sau đỉnh này (sau khi vỡ) lực giảm nhanh

Các phép đo thường áp dụng cho thực phẩm có dạng thanh hay mảnh

Các thiết bị ngoại vi thường sử dụng trong các phép đo này bao gồm:

- Thiết bị đo độ giòn

- Thiết bị uốn cong ba điểm

2.1 Các loại đầu đo cấu trúc

Kích thước: 2 - 50mm, dùng để

kiểm tra mẫu có bản đo rộng

Nguyên lý đo: chọc thủng hoặc

đâm xuyên gel, trái cây, yaourt

và magarin

Ứng dụng: xác định các chỉ số

về độ cứng, độ chắc hoặc là

điểm oằn

Mở rộng: có thể đo cả lực nén

ép và lực xé Các tính chất như

nhớt, dẻo và ứng suất nghỉ cũng

có thể xác định

Ứng dụng: đo sức bền của vở

quả hay bề mặt vỏ bánh của các loại bánh nướng hoặc sản phẩm kẹo

Ứng dụng: kiểm tra khả năng tự

chịu đựng của các sản phẩm như gel, trái cây, phomai và bánh

Yêu cầu: mẫu đo phải nhỏ hơn

đĩa nén của đo đầu

Mô tả: Bloom jar là dạng thỏi

chai tiêu chuẩn quốc tế, đường kính 59mm, dung tích 155ml

Ứng dụng: dùng để kiểm tra gelatine

Yêu cầu: có cái để để giữ

Bloom jar cho đúng vị trí, thay đổi nhanh khi cần kiểm tra nhiều mẫu

Kích thước: dạng cầu đường

kính 6.25 – 25.4 mm hoặc bán

cầu

Ứng dụng: đo độ gãy, nứt của

chip và các sản phẩm snack;

Kích thước: bộ 4 cái đầu đo

góc từ 30o đến 60o

Ứng dụng: đi xuyên vào dạng

hình nón để kiểm tra bơ, margarine và các sản phẩm

Ứng dụng: xác định độ chắc và

cứng của các loại sản phẩm nhiều lớp như họ cam quýt, hoặc kem, loại mà có chứa hạt bên trong (như bánh trứng, chocola, lát trái cây) Các loại sản phẩm

Ứng dụng: lắp trên máy đo

cấu trúc, để định vị trí chính xác của mẫu và probe Loại PTFE có cột cách điện làm giảm nhiệt truyền giữa mẫu

dùng kiểm tra tính lồi lõm ở bề

mặt trái cây, phômai, các loại

nguyên liệu đóng gói; dùng đâm

xuyên vào các mẫu có bề mặt gồ

ghề

tương tự có tính dẻo khó đo về số lượng, kích cỡ,

hình dạng hoặc có nhiều hạt phân bố thì thường cho vào đồ đựng riêng

Lưu ý: dễ xác định cho những

mẫu đồng nhất, khó cho các mẫu có chứa hạt Test đâm xuyên chuẩn trên các sản phẩm

ko đồng nhất yêu cầu phải mô phỏng

Sử dụng đầu đo nhiều chức năng thì chỉ đâm vào 1 số vùng của mẫuvà tính và tính giá trị trung bình, do vậy mà cần lặp lại nhiều

với máy đo

Một số loại phụ tùng tổng quát

Đồ giữ bánh kẹo Thiết bị chịu sự gãy do dòn,

cứng Thiết bị kiểm tra nhiều lúc hạt đậu Thiết bị kiểm tra nhiều lúc lát, khoanh

Ứng dụng: dùng để đánh giá độ

dính của các sản phẩm như bánh

mứt

Ứng dụng: thiết bị này dùng

để đo sự gãy của snack và chip khoai tây, nó cho phép định vị

Cấu tạo và họat động: thiết bị này đo cùng lúc lực đâm xuyên của 18 mẫu Thiết bị này có 18

Ưng dụng: Thiết bị dùng đo

lực bằng cách đâm xuyên cùng lúc nhiều mẫu chip Có

Họat động: các sản phẩm cần

được giữ xuống nếu không thì

mẫu sẽ bị nâng lên khi probe rút

ra khỏi mẫu Đồ giữ này gồm 1

đĩa chính trên đó đặt 1 đĩa phụ

được giữ chặt bằng các ốc vít

Mẫu bánh mứt được đặt vào

giữa 2 cái đĩa, chỉ lộ ra phần cần

được đo, cái probe đâm vào và

rút ra xuyên qua cái lỗ trên đĩa,

tránh được việc mẫu bị di

chuyển

Lỗ ở đĩa trên là 9mm, do vậy

đường kính tối đa của đầu đo là

8mm

chính xác các mẫu, phải sử dụng thêm cái đế đựng

Hoạt động: đầu đo hình cầu đường kính 0.25inch di chuyển xuống tới mẫu, ngay trung tâm của đồ đựng hình tròn tới điểm làm gãy Thường 1 mẻ đo

12 mẫu, lấy giá trị trung bình lực lớn nhất của 12 mẫu này và giá trị khỏang cách lúc gãy để cho ra giá trị đo

lỗ lõm xung quanh cái côn để dễ dàng cho mẫu vào vị trí khi đo

Cường độ đâm và lực đâm xuyên được đo và khỏang cách đâm được cài để các probe xuyên hòan tòan vào mẫu đo

Ưng dụng: dùng đo đậu và các mẫu bánh mứt

thể kiểm tra cùng lúc trên 10 mẫu, bảo đảm là các mẫu hòan tòan bị đâm xuyên bởi đầu đo đường kính 2mm

Cấu tạo: đầu của cái probe

có cái ống nối có thể tháo lắp

ra nhanh để làm sạch đầu đo

và đặt nó trở lại đúng vị trí,

có 3 vị trí chốt để kiểm tra 3 chỗ dọc theo chiều dài của mẫu Có 2 cái que bằng thép không rỉ được dùng để giữ mẫu

Thiết bị TTC Spreadability Forward extrusion cell Back extrusion rig Thiết bị kiểm tra độ dãn

của pho mai

Ứng dụng: TTC Spreadability

để đo các sản phẩm như

margarine, dùng cho những lớp

đo mỏng và bằng phẳng

Cấu tạo: nó bao gồm 1 cái đế

Cấu tạo và họat động: Loại

này dùng để đo lực nén nhờ vào 1 đĩa piston nén sản phẩm xuyên qua đầu ra có kích thước chuẩn vào trong cốc chứa mẫu

Cấu tạo và họat động: bao gồm

1 đồ chứa mẫu, ở giữa nó, phía dưới có 1 cái đĩa piston Piston

sẽ thực hiện 1 lực nén ép sản phẩm đi lên vòng quanh cạnh

Cấu tạo và hoạt động: thiết

bị kiểm tra độ giãn của phômai gồm 1 lọ chứa có sóng cực ngắn và đầu đo có chia nỉa ở cả 2 mặt Bộ lọ và

hình cone 90 cứng chắc và 5 cái

cone phức tạp được làm tỉ mỉ có

hình dạng như cái đế giữ

Họat động: mẫu được cho vào

thấp hơn mức chứa của cone

hoặc cũng có thể cho đầy rồi

đánh bằng bề mặt mẫu giữ có

thể làm lạnh, đông lạnh hoặc để

ở nhiềt độ thường trước khi đưa

vào đo

Trong quá trình đo, thực phẩm

được đẩy ra 1 góc 45o khi đầu

đo tiếp xúc với cone chứa, dễ

dàng cho thấy được mức độ lan

rộng của sản phẩm Khi đầu đo

rút ra khỏi mẫu sẽ cho thông tin

về tính dính của sản phẩm

Cốc chứa có đi kèm cái đĩa với đường kính đầu ra khỏang 3, 5,

7, 10mm, việc lựa chọn này tùy thuộc vào độ chắc của mẫu

Cốc chứa mẫu được đặt vừa khít ngay chính giữa của đế và cái đĩa piston được gắn vào chỗ gắn Probe

Ứng dụng: Các loại sản phẩm kiểm tra: chất béo, sauce, paste, gel và các chất lỏng có

độ nhớt

của đĩa

Ứng dụng: Test này dùng để đo

độ chắc của các sản phẩm có tính nhớt như yaourt, kem, sốt,

và các sản phẩm chế biến từ rau quả kết quả có liên quan đến tính nhớt Bộ đĩa có 3 cái với đường kính khác nhau Việc sử dụng tùy thuộc vào sản phẩm cần kiểm tra và nó có chứa hạt như là được tìm thấy trong soup hoặc jam

đầu đo được đổ đầy với 1 khối lượng phô mai được biết trước rồi dùng sóng cực ngắn cho đến khi phô mai tan chảy hết Cái nĩa được nối với máy thông qua một ống nối

Máy đo đẩy cái nĩa xuyên qua phô mai nóng chảy cho phép

nó giãn ra rồi đo khả năng chịu giãn Độ chắc và tính giãn của phô mai rất quan trọng góp phần trogn kết cấu thực phẩm đặc biệt là phô mai

Cấu tạo và hoạt động: Cái này

gồm 1 lưỡi dao nhỏ bằng nhựa

dẻo được gắn trực tiếp vào lỗ

gắn ở máy Nó sử dụng cho các

mẫu có yêu cầu giới hạn về lực

Cấu tạo và hoạt động: Cái

chuẩn rộng 50mm thay thế cho craft blade và đủ cắt chính xác nhiều mẫu Do độ sắc bén của lưỡi dao, các sản phẩm cứng vẫn

Cấu tạo và hoạt động: Cái

này gồm lưỡi dao dày 0.9mm gắn trên cái khung rộng 115mm Lọai này phổ biến, cần thiết để cắt các mẫu sâu

cắt hoặc lực gãy vỡ Mẫu có thể

được đặt trên đế đo hoặc đặt

trực tiếp trên bệ máy Lưỡi dao

này lý tưởng thay đổi thành

knife edge blade, which is

included in the Blade set

bị cắt khi chọn cái dao dùng 1 lần Bề dày của dao là 0.6mm đủ

để cắt chính xác các mẫu rất nhỏ, ví dụ như hạt hoặc đậu, hoặc cắt ko chính xác các mẫu mềm và giòn như bột nhào cán mỏng

Một cái thớt cắt bằng polythene được cung cấpđể giữ mẫu Cái thớt cắt có thể đặt trên đế chịu mẫu hoặc đặt trực tiếp trên bệ của máy Bộ được cung cấp 10 lưỡi dao dự trữ

và rộng Mẫu rộng tối đa là 100mm

Kramer shear cell Miniature kramer

shear/ottawa cell Volodkevich bite jaws Fracture wedge set

Cấu tạo và hoạt động: Kramer

shear cell có 2 kiểu Loại 10

lưỡi dao phải được dùng với tay

tải 50kg hoặc hơn Loại 5 lưỡi

dao có thể sử dụng với tay tải

25kg hoặc 30 kg dùng cho các

sản phẩm mềm nhưng tay tải

50kg hoặc hơn được khuyến cáo

Cấu tạo: Miniature kramer

shear/ottawa cell đặc biệt thích hợp để giảm bớt lực cắt, néncủa nhiều sản phẩm nhỏ hoặc không đồng nhất Nó phải dùng thêm cái đế để mẫu Một con dao 5 mũi hoặc compression platen được gắn

Cấu tạo và hoạt động: Cái này

thiết lập test mô phỏng bằng cách tái tạo họat động của răng cửa cắn vào thực phẩm Nó bao gồm 1 hàm trên và 1 hàm dưới vừa khít với loadcell và đế để mẫu Mẫu được đặt vào vị trí của hàm dưới và hàm trên di

Cấu tạo : Cái này bao gồm 2

cái nêm trên và dưới với góc cắt là 30o và bề rộng là 30mm Cái chêm dưới được

cố định trực tiếp vào bệ đo còn cái chêm trên gắn vào loadcell Những mẫu thường

đo là phô mai và rau quả, nó

sử dụng Vị trí của ổng nối đảm

bảo là dao tháo lắp ra nhanh để

vệ sinh và thay thế khi đo Cell

có kính nhựa dẻo phía trước cái

panel để định vị chính xác các

lưỡi dao gần với mẫu và dễ dàng

di chuyển để lau chùi cell

Ứng dụng: Cell được sử dụng

để phân tích các sản phẩm nhỏ

như ngũ cốc hoặc nước dầm rau

quả Test này là ứng dụng kết

hợp của lực nén, cắt, ép

với cánh tay của máy đo tùy thuộc vào kiểm tra lực cắt, nén hoặc ép

Ứng dụng: Nhờ vào việc giảm

thể tích sử dụng trong thiết bị này, một lực nhỏ được sinh ra trong quá trình kiểm tra vì thế

nó lý tưởng dùng cho máy đo 1 cột đơn

chuyển thực hiện 1 lực nén cắt đứt mẫu

Ứng dụng: Các hàm này đã

được phát triển cách đây vài thập kỷ nhằm đánh giá độ dai, chắc và mềm của thịt và tính có

xơ của rau quả như là cây đại hòang, măng tây, cần tây Kích thước của mẫu đo là khỏang 1cm

được đặt ở cái chêm dưới rồi

đo lực gãy Chiều rộng tối đa của mẫu là 30mm

Bread V squeeze rig Bộ chuẩn bị bột nhào SMS/Miller-hoseney toughness

rig

Kieffer dough & gluten extensibility rig

Ứng dụng: Bread V squeeze rig

để kiểm tra tính mềm và đàn hồi

của bánh mì có bao gói hoặc

không, đưa ra dấu hiệu tốt của

bánh mì tươi

Cấu tạo và hoạt động: Cách

đơn giản để kiểm tra độ tươi của

bánh mì là cầm bóp nó giữa 2

ngón tay, tạo thành hình chữ V

Ứng dụng: Dùng để đo đặc

tính của bột nhào làm bánh biscuit

Cấu tạo và hoạt động: Nó bao

gồm 1 piston để thông hơi và 1 piston để san bằng

Mẫu được cho vào cell, không khí phân bổ ngẫu nhiên được

Ứng dụng: Thiết bị này là phát

minh của giáo sư Hoseney và Tiến sĩ thuộc đại học Kansas

Nó dùng để xác định độ chắc và dai của bánh mì và các sản phẩm dạng lát

Cấu tạo và hoạt động: Thiết bị

này gồm 2 miếng phẳng tạo thành góc có thể điều chỉnh

Ứng dụng: Thiết bị này do

TS.Kieffer, viện Kurt-Hess, Munich làm ra, là phương pháp cải tiến để xác định chính xác độ kéo giãn của bột nhào và gluten Song song đó, việc kiểm tra bột nhào và gluten có thể phát hiện ra các đặc tính có liên quan do sự

Thiết bị này mô phỏng quá trình

này và cho phép lặp lại, , phân

tích 1 cách khoa học về độ tươi

và hấp dẫn của bánh mì Nó bao

gồm 1 hình chữ V ôm quanh các

ngón tay, hạ thấp xuống, ôm lấy

cái bánh mì có hoặc không bao

gói rồi đo lực nén bánh mì

Tính tóan sau khi đo để chỉ ra

dấu hiệu của bánh mì tươi: lực

càng thấpthì bánh mì càng đàn

hồi và càng tươi Test này không

phá vỡ cấu trúc mẫu, đơn giản,

không cần chuẩn bị mẫu và có

thể phân tích ngay khi mẫu còn

trong gói

di chuyển nhờ vào nhờ vào piston thông hơi có gắn đinh,

bề mặt được san bằng nhờ vào cái piston làm phẳng Cái probe dạng cylanh được dùng

để đo độ chắc của bột nhào

được được đặt cố định trên máy

đo cấu trúc và khung đỡ, khung kim loại bằng thép không rỉ, được nối trực tiếp với loadcell

Nó sẽ đo lực cắt xuyên qua mẫu

đồng nhất, thời gian nghỉ lâu hoặc do oxy hóa, muối, tác nhân tạo nhũ hoặc enzyme… Trong làm bánh, việc đo độ kéo giãn của bột nhào và gluten rất quan trọng để định trước chất lượgn và cấu trúc của sản phẩm làm ra Sẽ đo lực tối đa (trở lực khi kéo) và khỏang cách làm đứt

Thiết bị đo sức căng của pizza SMS/CHEN-HOSENEY

dough stickiness rig

Tortilla/pastry burst rig Dobraszczyk-roberts dough

inflation system

Cấu tạo và hoạt động: Thiết bị

này gồm 2 đồ gá là cái chĩa 4

Đồ gá trên được dắn trực tiếp

vào loadcell và cái dưới được

đặt trên máy Mẫu đo hình chữ

nhật được gắn vào đồ gá Lực

Cấu tạo và hoạt động: Cái

này được cải tiến, có nhiều ưu điểm hơn bản cũ, thêm vào đó

nó bền, dễ sử dụng và dễ lau chùi

Cấu tạo và hoạt động: Thiết bị

này dùng để đo độ giãn và đàn hồi của miếng bột nhào Nó đảm bảo đặt nhanh và siết chặt nhiều loại mẫu mỏng hoặc có dạng phiến Thiết bị này gồm 2 miếng

Ứng dụng: đo độ giãn lưu

biến của bột nhào dưới các điều kiện của sức căng tương

tự như việc giãn ra khi nướng bánh, đặc tính lưu biến của cả bột nhào và gluten được đo