Báo cáo TH Vật lý thực phẩm

báo cáo vật lý thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

Tp Hồ Chí Minh, ngày 5 tháng 6 năm 2013

MỤC LỤC

PHẦN A: “TÌM HIỂU VỀ CHẾ ĐỘ ĐÂM XUYÊN THỰC PHẨM” 3

I Giới thiệu về phương pháp đâm xuyên 3

II Mục đích của phương pháp đâm xuyên 3

III Các sản phẩm tiêu biểu được thử nghiệm 3

IV Cơ sở của phương pháp đo: 3

V Nguyên tắc hoạt động của thiết bị đo đâm xuyên 3

VI Cách tiến hành 4

1 Chuẩn bị mẫu 4

2 Dụng cụ thí nghiệm 4

3 Cách vận hành máy 4

VII Quan hệ giữa phương pháp đâm xuyên và phương pháp khác 5

VIII Các yếu tố ảnh hưởng đến phép thử 6

1 Độ đồng đều của mẫu đo 6

2 Ảnh hưởng của vận tốc nén 6

3 Tốc độ thu nhận dữ liệu của máy tính 6

IX Ưu và nhược điểm của phương pháp đâm xuyên 7

1 Ưu điểm của phép thử đâm xuyên 7

2 Nhược điểm: 7

X Giới thiệu về các loại đầu dò 7

XI Ví dụ về ứng dụng của thiết bị đâm xuyên 9

PHẦN B: BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM 11

1 Bài thực hành 1: Đâm xuyên 11

1.1 Biểu đồ và bảng số liệu thu nhận: 11

1.2 Nhận xét: 13

1.3 Thảo luận: 14

2 Bài thực hành 2:Back Extrusion 14

2.1 biểu đồ và bảng số liệu 14

2.2 Nhận xét: 16

3 Bài thực hành 3:Kramer and warner 17

3.1 Biểu đồ và bảng số liệu 17

3.2 Nhận xét về kết quả thí nghiệm 18

4 Báo cáo bài 4: TPA 19

4.1 Biểu đồ và bảng số liệu 19

4.2 Nhận xét kết quả thực hành 22

5 Báo cáo bài 5: Kéo đứt 22

5.1 Biểu đồ và bảng số liệu: 22

5.2 Nhận xét: 25

PHẦN A: “TÌM HIỂU VỀ CHẾ ĐỘ ĐÂM XUYÊN THỰC PHẨM”

I Giới thiệu về phương pháp đâm xuyên

 Thiết bị sử dụng gồm một máy đo được điều khiển bằng máy tính Kết quả đo sẽđược máy tính tiếp nhận xử lý, tự động vẽ ra biểu đồ và cho ta bảng số liệu về nhữngthông số cần tính toán đã được lập trình trước đó trong máy tính

 Thiết bị đo có đầu dò là que kim loại hình trụ dài, được gắn với trục của máy, trục

đó có thể chuyển động tịnh tiến lên xuống khi ta đièu khiển trên máy tính Khi que đochạm vào bề mặt của mẫu, bộ phận phân tích cấu trúc nhận được thông tin liên quan tớiđặc điểm cấu trúc của mẫu

 Khi đầu dò ấn xuống mạnh hơn, nó sẽ xuyên qua sản phẩm, bộ phận phân tích cấutrúc sẽ chuyển thông tin tới phần mềm xử lý để thực hiện đánh giá tính chất của mẫu Khiđầu dò trở lại vị trí ban đầu và đánh giá thông tin trong bộ phận phân tích với chỉ mộtthông tin đầy đủ đã được chọn

 Trong phân tích cấu trúc bánh biscuit thường sử dụng các phương pháp thuộcnhóm phương pháp thực nghiệm như: đâm xuyên (puncture), nén ép (compression), bađiểm uốn cong (the three-point bending test), ba điểm phá vỡ (three-point break)

 Các phương pháp này đều tác dụng lực lên bánh, nhưng cách thức tác dụng lại

khác nhau, đối với phương pháp đâm xuyên cũng gần giống như phương pháp nén ép

nhưng trụ tác dụng lực chỉ là một que có tiết diện nhỏ

II Mục đích của phương pháp đâm xuyên

 Đo độ cứng các loại thực phẩm (ví dụ trái cây xem chúng chín đến đâu)

 Xác định lực đâm xuyên cần thiết cho quá trình liên quan đến tính chất cấu trúc của mẫu như: độ cứng và độ chắc của mẫu

III Các sản phẩm tiêu biểu được thử nghiệm

- Kiểm tra độ cứng của trái cây, trước và sau khi chín

- Kiểm tra độ rắn chắc của đậu hủ sản xuất theo kiểu truyền thống không bổ sung ion Ca2+ làm chất tạo đông và mẫu đậu hủ bổ sung Ca2+

IV Cơ sở của phương pháp đo:

 Cơ sở của phương pháp đo này là dựa vào định luật tương tác luật Khi đầu dò tác

dụng lên mẫu một lực thì mẫu có khả năng tác dụng lại đầu dò một lực hoặc dựa vào tổng

độ sâu đâm xuyên khi dùng một que có tiết diện nhỏ đâm xuyên qua sản phẩm để xácđịnh độ cứng của mẫu

 Phân tích cấu trúc có liên quan đến việc đo các đặc điểm cơ học của mẫu khi mẫuchịu những tác động đã được kiểm soát.Máy đo phân tích cấu trúc ghi lại sự chống lại lựccủa sản phẩm

V Nguyên tắc hoạt động của thiết bị đo đâm xuyên

 Các que đâm xuyên (đáy phẳng) tạo ra ứng suất nén lên mẫu kiểm tra Lực cầnthiết để tạo ra sự biến dạng khi que đâm xuyên thủng mẫu liên quan đến tính chất cấu trúcnhư độ cứng và độ chắc của mẫu Các que đâm xuyên Magness-Taylor được sử dụng đotính chất cấu trúc của thịt quả Tuy nhiên, vỏ mẫu được loại bỏ và lực cần thiết để đưaque đâm xuyên tới độ sâu 8.8mm được ghi nhận là ứng suất dư sinh học (bioyeld force)

 Các que đâm xuyên hình côn tạo ra sự biến dạng trên mẫu chạy song song với bềmặt côn Lực cần thiết cho quá trình này liên quan đến cấu trúc của mẫu bán rắn nhưkem, bơ, pho mát…

VI Cách tiến hành

1 Chuẩn bị mẫu

Chuẩn bị mẫu để khảo sát là một công việc quan trọng vì nó ảnh hưởng đến kết quả thínghiệm Chuẩn bị sáu mẫu đậu hủ khác loại ( 3 đậu hủ cứng và 3 đậu hủ mềm ), các mẩunày được cắt bằng nhau và có cùng chiều cao là 1,5 cm, chú ý là mẫu phải có đường kínhlớn hơn hoặc bằng đường kính của đầu dò

Tiến hành nén thì không được làm phá vỡ cấu trúc của đậu hủ

Đậu hủ cứng Đậu hủ mềm

2 Dụng cụ thí nghiệm

Thiết bị INSTRON

Đầu dò hình trụ để nén mẫu, có đường kính 12mm

Một đĩa phẳng để đỡ và chịu lực nén Đĩa có hình vuông kích thước 10  10 cm

3 Cách vận hành máy

Lắp đầu dò và đĩa vào vị trí trên thiết bị đo

Sau đó đặt mẫu vào đĩa, sao cho đầu dò hướng thẳng vào giữa mẫu.

Khởi động phần mềm Bluehill, đặt các thông số cần thiết để thực hiện quá trình nén

Cân bằng lực trước khi bấm nút “start” trong phần Test.

VII Quan hệ giữa phương pháp đâm xuyên và phương pháp khác

 Phương pháp này chủ yếu liên quan với phương pháp đánh giá cảm quan Để xácđịnh độ cứng của sản phẩm con người có thể cảm nhận qua các giác quan khác nhau bằngnhiều cách khác nhau như dung tay, chân tác dụng lực lên mẫu hoặc dung răng cắn, nhai

 Khi ta ăn thử một sản phẩm nào đó thì do trong miệng ta có tiết nươc bọt kèm theođiều kiện nhiệt độ của cơ thể thường cao hơn nhiệt độ bình thường của môi trường đó lànguyên nhân dẫn đến sự thay đổi phần nào tính chất vật lý, hóa học của mẫu với sự cómặt của của nước bọt trong miệng làm hòa tan những nguyên liệu tan trong nước Trongnước bọt có chứa enzyme tiêu hóa (amylase) cũng như những protein và polypeptidekhông phổ biến Nước bọt hoạt động như một chất bôi trơn hay dung môi làm cho cácthực phẩm bị hòa tan và vỡ ra trong quá trình nhai

 Trong khi đó, các thiết bị phân tích dựa vào bộ chuyển đổi để chuyển những sự đolường vật chất, vật lý thành những tín hiệu điện hoặc tín hiệu có thể nhìn thấy; những tínhiệu này có thể thu được ngay hoặc cung cấp cho thiết bị thu nhận dữ liệu thiết bị đo đạcphụ thuộc vào loại phương pháp kiểm tra sử dụng

 Điều quyết định loại phương pháp kiểm tra được áp dụng là tính chất hình học củamẫu kiểm tra và việc mẫu được giữ như thế nào Các phép kiểm tra thực hiện trên nguyênliệu rắn hoặc dai thì thường được làm dưới lực ép, trượt Phương pháp này cho ta kết quảchính xác hơn về mẫu.

VIII Các yếu tố ảnh hưởng đến phép thử

1 Độ đồng đều của mẫu đo

Sự đa dạng về cấu trúc là vấn đề thường gặp ở thực phẩm Đầu tiên ta phải tìm cáchxác định mức độ đa dạng của sản phẩm kể đến là chú ý đến sự phân bố cấu trúc trongmột mẫu thực phẩm cụ thể Thông thường những mẫu không đồng nhất sẽ cho kết quả íttương quan với cảm quan

Một số kĩ thuật giúp làm đồng đều mẫu

- Nếu sản phẩm có cấu trúc khác nhau đáng lưu ý nên chia sản phẩm đó làm haithành phần Ví dụ như bỏ phần bề mặt của gel, nếu cần thiết có thể đo phần bề mặtgel riêng

- Nếu sản phẩm có cấu trúc đa dạng đã biết, ta luôn lấy mẫu ở cùng một vị trí, ví dụnhư lấy lát chính giữa của ổ bánh mì hoặc với phomat thì nên lấy mẫu cả ở giữa và

ở gấn cạnh, nhưng không trộn lẫn mẫu lấy ở góc với mẫu lấy ở chính giữa

Cho dù đã chọn được mẫu đồng đều thì vấn đề về sự đa dạng của mẫu có thể vẫn còn làmột vấn đề lớn trong những trường hợp này thì cần phải thực hiện lặp lại phép thử nhiềulần Số lần lặp cần thiết phụ thuộc vào mức độ biến đổi của mẫu và mức độ tin cậy cầnthiết để đạt được giá trị có ý nghĩa

2 Ảnh hưởng của vận tốc nén

Đối với vật liệu có tính đàn hồi hay gần như đàn hồi thì vận tốc tiến hành đo có ảnhhưởng ít đến kết quả nhưng đối với thực phẩm có tính nhớt dẻo thì vận tốc đo gây ra ảnhhưởng đáng kể

3 Tốc độ thu nhận dữ liệu của máy tính

Ta cần một khoảng thời gian xác định để ghi nhận lại dữ liệu về lực sinh ra khi thựcphẩm bị nén Máy tính cần có thời gian để ghi nhận dữ liệu và do đó sai số có thể xảy ra,đặc biệt khi lực thay đổi khá nhanh

Máy tính có thể ghi nhận dữ liệu rất nhanh, lưu lại, vẽ đồ thị và tính toán kết quả.Thay vào việc sử dụng thời gian hồi đáp thì ngành điện tử và hệ thống đo ngày nay đượcđặc trưng bởi độ rộng của bước sóng với đơn vị là Hz Độ rộng bước sóng càng cao thìtốc độ hồi đáp càng nhanh

Ngoài ra phép đo còn chịu ảnh hưởng của nhiệt độ

IX Ưu và nhược điểm của phương pháp đâm xuyên

1 Ưu điểm của phép thử đâm xuyên

 Thiết bị đơn giản và cho kết quả nhanh

 Dễ biểu diễn, cho dù sử dụng bằng tay hay bằng motơ máy

 Sử dụng được ở hầu hết các nơi

 Có thể phân biệt nhanh chóng giữa các mẫu thử

 Thích hợp cho nhiều loại thực phẩm khác nhau nếu lựa chọn được đầu đo thíchhợp Điểm đặc biệt của phép thử đâm xuyên là rất hữu dụng trong trường hợp kích thước

và hình dạng của mẫu rất khác nhau Ví dụ như cấu trúc của các loại mì ống có hình dạngkhác nhau không thể so sanh được với nhau khi sử dụng phép thử cắt-trượt nhưng có thể

so sánh được nếu sử dụng đầu đâm xuyên có cùng đường kính do kích thước mẫu khôngảnh hưởng đến lực đâm xuyên quá nhiều khi mẫu đạt được dạng hình học bán vôhạn( kích thước mẫu lớn hơn nhiều so với đầu đo)

 Phép thử này cũng thích hợp đối với các loại thực phẩm không đồng nhất do mỗihợp phần có thể bị đâm xuyên riêng biệt

 Chi phí mua thiết bị khá cao

 Năng suất làm việc không cao do mỗi lần chỉ tiến hành trên một mẫu

X Giới thiệu về các loại đầu dò

 Que đâm xuyên phẳng sử dụng cho phép thử đâm xuyên

 Que đâm xuyên Magness-Taylor sử dụng cho rau quả

 Ba ngàm không khóa nhằm gắn và thay đổi que đâm xuyên

 Các que đâm xuyên được làm bằng thép có phủ nikel hoặc thép không gỉ tránh sự

ăn mòn

 Que đâm xuyên hình cầu hoặc hình côn sử dụng cho các vật liệu khác nhau

 Đầu đâm hình trụ, hình nón và đầu dò hình kim

Nguyên tắc hoạt động của đầu đâm:

Kết cấu của bộ đầu dò đâm xuyên bao gồm một loạt các đầu đâm hình trụ bằngphẳng có đường kính khác nhau Một mâm cặp khoan được cung cấp để gắn kết một đầu

dò được chọn riêng Bộ bao gồm bảy đầu dò mà trong phạm vi đường kính từ 0,06 inchđến 0,5 inch

Đầu đâm có đường kính nhỏ, đầu đâm hình nón được sử dụng để đâm và xuyên qua

bề mặt mẫu Các lực được tạo ra trong mẫu phụ thuộc vào hình học của đầu đo được sửdụng và có thể được điều chỉnh để phù hợp những vi phạm mẫu, hoặc tạo lại các điềukiện quan trong quá trình tiêu thụ Đầu dò có diện tích bề mặt nhỏ hơn so với mẫu Đầu

dò có đặc điểm sẽ đâm mẫu khi đủ ứng suất đạt được, dẫn đến phá huỷ cấu trúc của mẫu

mà không thể khôi phục lại

XI Ví dụ về ứng dụng của thiết bị đâm xuyên

ĐO ĐỘ CỨNG CỦA SẢN PHẨM TRÁI CÂY

Đặc tính thiết bị

 Que đâm xuyên phẳng sử dụng cho

phép thử đâm xuyên

 Que đâm xuyên Magness-Taylor sử

dụng cho rau quả

 Ba ngàm không khóa nhằm gắn và

thay đổi que đâm xuyên

 Các que đâm xuyên được làm bằng

thép có phủ nikel hoặc thép không gỉ tránh

sự ăn mòn

 Que đâm xuyên hình cầu hoặc hình

côn sử dụng cho các vật liệu khác nhau

Mô tả thiết bị

Thiết bị catalog số 2830-005 là một

bộ bao gồm đầu dò hình trụ có đáy phẳng

cho phép thử đâm xuyên Đường kính của

đầu dò từ 1.57 mm đến 12.7 mm

Đầu dò dài 152 mm được làm từ hợp kim có nickel tăng độ bền và chống ăn mòn.Loại catalogue 2830-015 là bộ đầu dò Magness-Taylor Bộ que đâm xuyên này gồm 2que dò có đường kính 7.9 mm và 11.1 mm Mỗi que dò có rãnh khoảng 8.8 mm tính từ

vị trí cuối cùng để xác định độ đâm sâu Que dò 7.9 mm có bán kính cuối khoảng 4.95

mm Que dò 11.1 mm có bán kính cuối là 8.8 mm Cá que dò với góc côn khác nhau vàhình cầu có trong bộ thiết bị Nhóm có catalog số 2830-036 có 3 ngàm nhằm móc vàoque đâm xuyên gắn vào hệ thống Ngàm có thể cắm sâu vào que đâm xuyên đến 13 mmtheo đường kính Kiểu thiết kế không có ngàm bám tiện lợi cho thay đổi que đâm xuyên

Nguyên tắc vận hành

Các que đâm xuyên (đáy phẳng) tạo ra ứng suất nén lên mẫu kiểm tra Lực cần thiết

để tạo ra sự biến dạng khi que đâm xuyên đâm thủng mẫu liên quan đến tính chất cấu trúcnhư độ cứng và độ chắc của mẫu Các que đâm xuyên Magness-Taylor được sử dụng đotính chất cấu trúc của thịt quả Tuy nhiên, vỏ mẫu được loại bỏ và lực cần thiết để đo đưaque đâm xuyên tới độ sâu 8.8 mm được ghi nhận là ứng suất dư sinh học (bioyield force).Các que đâm xuyên hình côn tạo ra sự biến dạng trên mẫu chạy song song với vềmặt côn Lực cần thiết cho quá trình này liên quan đến cấu trúc của mẫu bán rắn nhưkem, bơ, pho mát…

Phạm vi ứng dụng

- Bơ và margarine - Kẹo dạng gel

Dụng cụ đi kèm

PHẦN B: BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM

1 Bài thực hành 1: Đâm xuyên

1.1 Biểu đồ và bảng số liệu thu nhận:

 Biểu đồ 1: Mẫu chuối bom.

0.0 0.5 1.0 1.5

Specimenlabel

Maximu

m load(N)

Extension atMaximumComp load(mm)

MaximumComp load(sec)

Energy atMaximu

m Comp

load (J)

Rate 1(mm/sec)

 Biểu đồ 2: Mẫu chuối già

-1.0 0.0 1.0 2.0

Specimenlabel

Maximu

m load(N)

Extension atMaximumComp load(mm)

MaximumComp load(sec)

Energy atMaximu

m Comp

load (J)

Rate 1(mm/sec)

 Biểu đồ 3: Mẫu chuối cau.

-1 0 1 2 3 4

Specimenlabel

Maximu

m load(N)

Extension atMaximumComp load(mm)

MaximumComp load(sec)

Energy atMaximu

m Comp

load (J)

Rate 1(mm/sec)

1.3 Thảo luận:

 Nguyên nhân là do ngoài những đặc diểm chung của các loại chuối thì mỗi loạikhác nhau sẽ có đặc điểm riêng biệt nhau, khác nhau về tỉ lệ thành phần các chất cấu tạonên quả Đồng thời do độ chin của mỗi mẫu cùng không đồng nhất tất cả những điều đó

là nguyên nhân làm cho các kết quả đo sau mỗi thí nghiệm đều khác nhau Mỗi một mẫu

có một độ cúng khác nhau nhung cùng một loại chuối thì chênh lêch không nhiều do đặcđiểm cấu tạo tương tự nhau và trong quá trình chuẩn bị mẫu thì ta cũng đã chọn nhữngtrái chuối có độ chín gần bằng nhau

 Trong đó thành phần chủ yếu quyết định đến độ cứng của chuối là chất pectatcanxi, tinh bột và protopectin do vậy các loại chuối khác nhau có tỉ lệ thành phần nàykhác nhau nên độ cứng khác nhau khi chín.Chất pectat canxi gắn chặt các tế bào với nhau

bị phân hủy dưới tác dụng của enzyme pectinase, kết quả là làm giảm cường lực liên kếtcác tế bào, vỏ tế bào trở nên mỏng, tế bào và quả bị mềm dần

 Khi bắt đầu chín trong quả thì hàm lượng pectin cao nhất, sau đó bị thủy phândemetoxin và depolime hóa, hàm lượng pectin giảm dần.Trong quá trình bảo quản, tinhbột chuyển hóa thành đường làm giảm độ cứng của chuối Khi quả chín các đường đơnxuất hiện độ ngọt quả tăng lên, các phản ứng thủy phân xảy ra rất mạnh tạo thành đườngsaccarose, tinh bột giảm để chuyển thành đường đơn, lipit cũng bị phân hủy thành đườngđơn

Trong quả xanh có nhiều protopectin không tan trong nước, làm cho quả cứng trongquá trình chín một phần protopectin bị phân hủy chuyển thành pectin hòa tan ( quá trìnhnày có thể xảy ra do men protopectinaza hoặc do axit hữu cơ

2 Bài thực hành 2:Back Extrusion

2.1 biểu đồ và bảng số liệu

Biểu đồ của mứt xoài ở nhiệt độ thường