Báo cáo thực hành vật lý thực phẩm

+ Hai phương pháp có sự tương quan với nhau + Ví dụ: đo độ cứng của trái chuối  Nếu phương pháp đâm xuyên đo được độ cứng của chuối lớn thì ứng vớiphương pháp cảm quan là màu sắc trái c

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM

Bài 1: Phương pháp đâm xuyên

Hình 1: Hình ảnh của mẫu trong quá trình tiến hành thí nghiệm.

+ Tổng quan về mẫu thí nghiệm:

− Chuối

− Thành phần, cấu tạo, kích thước, các tính chất vật lý, hoá lý, hóa học của mẫu

+ Chuối là một loại thực phẩm giầu dinh dưỡng 225g chuối cung cấp 200 Kcal, 51.4

g carbonhydrates, 2.5 g protein, 0,7 g chất béo Đường chiếm 27.5 g trong đó chủ yếu là glucose, fructose và sucrose Trong chuối có chứa nhiều vita min B6, A,C Ngoài ra còn có chứa các chất khoáng và chất chống oxi hóa

+ Chuối tiêu: Trong 100g phần ăn được, có carbonhydrate(27,7g), protein (1,1g), nước (74,1g), vitamin C (9 mg), B1 (0,03 mg), B2 (0,04 mg), Caroten (359 Unit), Calcium (11 mg), Magnéium (42 mg), Kalium (279 mg), Sắt (0,56mg), 8,6% Fructose, 4,7% Glucose, 13,7% Sacarose

+ Chuối sứ: Trong 100g ăn được chứa 20,5 g carbonhydrat, 1,2 g protein, 0,3 g lipit, còn lại là nước và các thành phần khác Nguyễn Xuân Hàn, Dương Thị Vân Trang,

1978, Cây Chuối, NXB Nông Ngiệp

− Cấu tạo của chuối gồm: vỏ ngoài, phần thịt bên trong và hạt

+ Vỏ thành phần chủ yếu là xellulose, hemicellulose, pectin Tuy nhiên thành phần này trong ban loại chuối là khác nhau dẫn đến cấu trúc vỏ chuối có khác nhau Vỏ của chuối sứ và chuối tiêu mỏng và dai (vỏ chuối sứ mỏng hơn), trong khi do vỏ chuối già rất dày, tuy nhiên kết cấu vỏ kém dai hơn

+ Phần thịt chủ yếu các chất dinh dưỡng, trong khi phần hạt rất ít và không có ý nghĩa trong việc duy trì giống cây

+ Chuối cau: quả nhỏ, tròn, có màu vàng đậm, có vị chua

2 Cơ sở lý thuyết về phương pháp đo:

• Giới thiệu về phương pháp đo:

Lực đâm xuyên mô phỏng tác dụng lực cắn của răng lên sản phẩm , xác định tính dai của sản phẩm

• Cơ sở của phép đo cấu trúc sản phẩm:

Tác dụng lực lên vật, vật bị biến dạng đến mức độ nào đó bị phá vỡ và bị xuyên qua Đo được lực lớn nhất làm vật bị xuyên qua sẽ đánh giá được tính chất dai của sản phẩm

Phương trình phân bố ứng suất theo lý thuyết do Morrow và Mohsenn (1966):

P=F/2πa(a 2 -r 2 ) 1/2

Trong đó

P là lực tại điểm bất kì nào dưới đầu đo

F là tổng lực tác dụng vào đầu đo

a là bán kính đầu đo

r là khoảng cách từ tâm đầu đo đến vùng chịu ứng suất

Theo phương trình này, ứng suất sẽ cao nhất tại những điểm thuộc chu vi và nhỏ nhất tại đầu đo Trong thực tế có thể có những sai lệch đáng kể so với phương trình lý thuyết Phương trình này chỉ áp dụng trước khi đạt đến điểm oằn, tức là chỉ trong giai đoạn bị biến dạng Điểm quan tâm chủ yếu của phương trình này là sự phân bố ứng suất không đều với ứng suất cao nhất tại chu vi của đầu đo

• Mối liên hệ với các phương pháp khác:

- Phương pháp cảm quan:

+ Phương pháp cảm quan cảm nhận cấu trúc thông qua các giác quan của conngười: thị giác, thính giác và xúc giác Trong đó xúc giác đóng vai trò quantrọng

+ Phương pháp đâm xuyên cảm nhận tính hiệu thông qua đầu dò và cung cấptính hiệu này cho thiết bị ghi nhận việc phân tích độ cứng bằng phương phápnày tương đối chính xác

+ Hai phương pháp có sự tương quan với nhau

+ Ví dụ: đo độ cứng của trái chuối

 Nếu phương pháp đâm xuyên đo được độ cứng của chuối lớn thì ứng vớiphương pháp cảm quan là màu sắc trái chuối xanh, chưa có mùi thơm, vịchat, cấu trúc cứng

 Nếu phương pháp đâm xuyên đo được độ cứng nhỏ thì ứng với phương phápcảm quan màu sắc trái chuối vàng, mùi thơm, vị ngọt, cấu trúc mềm.

+ Phương pháp đam xuyên cũng hổ trợ nhiều cho phương pháp cảm quan trongviệc xác định thuộc tính về độ cứng

- Phương pháp hóa lý:

+ Nếu phương pháp đâm xuyên đo độ cứng của sản phẩm trái cây lớn thì ứng vớicác thành phần hóa lý như sau: lipit và protein không thay đổi nhiều, gluxit cóhàm lượng cao, protopectin và phenolic có hàm lượng cao, các phản ứng màumùi chua xảy ra,…

+ Nếu phương pháp đâm xuyên đo độ cứng của trái cây nhỏ tức là trái cây đãchín thì ứng với các thành phần hóa lý như sau: protein giảm do bị phân giải,lipit thay đổi, gluxit giảm hàm lượng đường tăng tạo vị ngọt, protopectin giảmchuyển thành pectin làm mềm cấu trúc, phenolic giảm, acid hữu cơ giảm, phảnứng màu mùi xảy ra,…

• Ưu nhược điểm của phương ph áp:

Ưu điểm:

+ Đơn giản, cho kết quả nhanh chóng

+ Hoạt động liên tục

+ Chính xác, độ tin cậy cao, ít bị ảnh hưởng bởi yếu tố môi trường

+ Chi phí nguyên liệu thấp

Nhược điểm

+ Không đo được nguyên liệu có độ cứng quá lớn

+ Thiết bị không đo cùng một lúc nhiều thuộc tính

+ Các thông số cài đặc đòi hỏi chính xác

• Cách thức vận hành

- Thao tác thực hiện thí nghiệm: Tiến trình thí nghiệm được thực hiện theo các bướcsau:

Bước 1: Lắp đầu dò và giá đỡ vào thiết bị đo

Bước 2: Đặt mẫu vào đúng vị trí trên giá đỡ, điều chỉnh đầu dò tiếp xúc với bề mặtcủa mẫu

Bước 3: Cài đặt các thông số cần thiết với phần mềm trên máy vi tính

Bước 4: Điều khiển hoạt động của đầu dò bằng phần mềm trên máy vi tính và thu kết quả

- Các thông số cài đặt cho phương pháp:

Extension at Maximum (mm)

Time at Maximum Comp load (sec)

Rate 1 (mm/sec)

Extension at Maximum (mm)

Time at Maximum Comp load (sec)

Rate 1 (mm/sec)

Rate 1 (mm/sec)

Extension at Maximum (mm)

Time at Maximum Comp load (sec)

Rate 1 (mm/sec)

Extension at Maximum (mm)

Time at Maximum Comp load (sec)

Rate 1 (mm/sec)

Extension at Maximum (mm)

Time at Maximum Comp load (sec)

Rate 1 (mm/sec)

Giá trị trung bình đặc trưng cho cấu trúc thịt quả bên trong

Nhìn vào đồ thị và số liệu về giá trị lực để đâm xuyên qua thịt chuối ta thấy lực tácdụng vào chuối sứ > chuối cau > chuối già Từ đó có thể thấy rằng, thành phần và cấu trúc của mỗi loại chuối phụ thuộc vào giống chuối, mỗi giống khác nhau về tỷ lệ các thành phần khác nhau trong thịt quả và tạo nên cấu trúc, độ cứng riêng cho từng loại

Chuối chín có tỉ lệ g%: glucid 16-20; tinh bột 1,2; protid 1,32; lipid 0,5; theo tỉ lệ mg%: calcium 8, kalium 28, sắt 0,5 và các vitamin PP 0,07, vitamin C 0,6 Còn có Mg,

Na, các chlorur, phosphat, lưu huỳnh, kẽm Xét về mặt dinh dưỡng, chuối có giá trị hơn

cả khoai tây và tương đương với thịt, cứ 100g có thể cho 100 calo và dễ tiêu hoá Trong Chuối có 2 hợp chất quan trọng về mặt sinh lý là serotinin và nore-pinephrin, cùng với dopamin và một catecholamin chưa xác định Trái chuối chín thường chứa 70 – 80% nước, 20 –30% chất khô, chủ yếu là đường, trong đó, đường khử chiếm 55% Lipid thấp,

từ 0.1% -0.2% Hàm lượng protein thấp, từ 1 – 1.8% gồm 17 loại acid amin, chủ yếu là histidin, lipid không đáng kể Acid hữu cơ trong chuối chỉ vào khoảng 0.2%, chủ yếu là acid malic và acid oxalic Các giống chuối khác nhau có thể chênh lệch về một số thành phần từ đó tạo nên sự khác biệt về độ cứng của sản phẩm

Khi chuối chín, dưới tác dụng của các enzyme, tinh bột chuyển dần thành đường, khiến cho nồng độ đường bên ngoài tế bào tăng lên Sự chênh lệch nồng độ đường trong

và ngoài tế bào tạo nên một áp suất thẩm thấu, nước trong tế bào sẽ đi ra ngoài, làm cho quả chín có nhiều nước hơn, đồng thời các tế bào quả ở trạng thái nhược trương, quả sẽ mềm hơn

Bài 2: Phương pháp cắt

1 Mục đích thí nghiệm:

• Mục đích tiến hành của bài thí nghiệm:

Thí nghiệm nhằm đo độ dai, bền cắt của sản phẩm xúc xích, chả xem giữa chúng

có sự khác nhau như thế nào trong cấu trúc cũng như về độ dai, mềm

Khi ta tác động lực lên sản phẩm xúc xích bằng lưỡi cắt gắn cố định Bratzler bằng nicken có bề dày ~ 1mm được cắt vết khía hình chữ V thì liên kết giữa các phần tử trong thực phẩm sẽ sinh ra 1 ứng suất, ứng suất này tác dụng lại lưỡi dao và ta đođược ứng suất đó:

Warner-σ = = Lực tác động cần đo là: ứng suất tác dụng lên đầu dò

Phương pháp Warner Brazler Shear là phương pháp đo, được chuẩn hóa tiêu chuẩn

để đo độ mềm của xúc xích, được ứng dụng rộng rãi khắp nơi trên thế giới cho ngành công nghiệp thịt nói riêng và ngành công nghiệp thực phẩm nói chung

• Lý do chọn mẫu thí nghiệm:

Đặc điểm của mẫu xúc xích và chả:

Xúc xích và chả là một sản phẩm làm từ thịt và chúng có một độ dai hay mềm nhấtđịnh, tùy theo hàm lượng từng thành phần trong xúc xích hay chả mà chúng quyết định

độ mềm hay dai này

Xúc xích là một sản phẩm có kích thước nhất định, dễ thao tác trên máy Thành phần cấu tạo: Thịt mỡ heo, Muối, Nitrit, Nước, Protein đậu nành và sữa, Đường, Hương liệu, Polyphosphate (E 450), Bột ngọt (E 621), Mùi khói, Axít ascorbic (E 300), Màu thực phẩm (E 120).

2 Cơ sở lý thuyết về phương pháp đo:

• Giới thiệu về phương pháp:

Đây là phương pháp cắt kiểu Warner – Bratzler với lưỡi cắt bằng nicken có bề dáy khoảng 1 mm được cắt vết khía hình chữ V, tạo ra 1 lực cắt khi dao cắt chữ V xuyên qua mẫu thử Góc cắt 60o có bán kính 0.5 tại vị trí mép cắt thiết kế này cung cấp vị trí phù hợp, kiểm soát mẫu và lát cắt, cho phép thay đổi vị trí cắt khác nhau

Ưu điểm:

- Phân tích kết cấu được sử dụng để hỗ trợ việc điều tra các yếu tố dự báo chấtlượng thịt ở giai đoạn nông nghiệp và chế biến sản xuất Một biện pháp đo của độmềm của thịt phát triển gần đây là lát kiểm tra lực cắt nhanh Phương pháp này cólợi thế hơn các truyền vì nó có thể được thực hiện trên mẫu ngay sau khi nấu ăn

- Đơn giản, nhanh, dễ thực hiện

- Mẫu phải có hình dạng và kích thước giống nhau trong cùng một loại

- Chiều dài mẫu phải tương đối dài đê có thể cắt được

- Mẫu xúc xích lột vỏ và cắt đều hai đầu

- Mẫu chả cắt thành hình hộp chữ nhật chiều dài 5cm, rộng 2cm, cao 2cm

- Hình ảnh của mẫu thí nghiệm:

• Cách thức vận hành.

- Khởi động chương trình cài trên máy

- Cài đặt các thông số: vận tốc của lưỡi dao, chiều sâu của quá trình cắt

- Trích lục những thông số cần lấy: lực, công, thời gian

Hình 2: Đồ thị mô tả quá trình cắt đối với mẫu xúc xích.

Time at Maximu

m Comp

load (sec)

Rate 1(mm/sec)

Energy

at Maximu

m comp

load (mJ)Xúc

Time at Maximu

m Comp

load (sec)

Rate 1(mm/sec)

Energy

at Maximu

m comp

load (mJ)

Bảng 3: Ứng xuất tác dụng lên đầu dò của xúc xích và chả.

Nhận xét:

- Bản chất chung của mẫu thí nghiệm là những sản phẩm ở dạn nhũ tương, có độ dai và giòn Cả hai đều dược tạo thành thongo qua sự biến tính của protein Tuy nhiên xúc xích

có cấu trúc dẻo hơn so với chả trong khi chả lại giòn và cứng hơn

- Bản chất của phương pháp cắt: lưỡi dao đi xuống tác dụng lực lên mãu thực phẩm, khi đómẫu thực phẩm sẽ tạo ra ứng suất chống lại lực cắt đó

- Kết quả thí nghiệm cho ứng suất tác dụng lên mẫu chả lớn hơn mẫu nem 1.94 lần

Nguyên nhân là do mẫu chả có cấu trúc cứng và vững chắc hơn so với mãu xích, nên trêncùng một diện tích lực nén sẽ lớn hơn

- Trong cùng một loại thực phẩm ta thấy có sự chênh lệch giữa hai lần đo, tuy nhiên sai số này không lớn lắm, Nguyên nhân của sự sai số có thể do sai số kỹ thuật, thao tác không đúng hoặc có sự không đồng đều về chất lượng của những sản phẩm cùng loại

Thành phần kẹo: đường kính, mật tinh bột, phụ gia, nước, parafin và sáp, axit thựcphẩm

Kẹo cứng là chất vô định hình, cứng, dòn và trong suốt, màu xanh

2 Cơ sở lý thuyết về phương pháp đo:

• Giới thiệu về phương pháp nén:

Phương pháp nén 1 trục :là phương pháp mà ta dùng lực phá vỡ thực phẩm nhằm xác định độ giòn cứng của sản phẩm, ta nén để làm biến dạng hoàn toàn sản phẩm (nén vỡ)

Khi ta dùng một lực để tác dụng lên thực phẩm, sẽ sinh ra một ứng suất nén lên thực phẩm và ứng suất này sẽ tại dụng ngược trở lại dụng cụ nén Lực tác dụng càng lớn thì ứng suất tác dụng trở lại càng lớn, điều này sẽ được thể hiên trên biểu đồ đo mà ta thu được cùng với kết quả

Có thể nói đây là dụng cụ mô phỏng các dạng tác động của khách hàng lên sản phẩm thực phẩm

• Cơ sở của phép đo cấu trúc sản phẩm:

Mẫu sẽ bị nén theo một hướng và bị biến dạng theo hai hướng còn lại điều này gây ra sự thay đổi về hình dạng của mẫu thể tích không bị thay đổi khi tỉ số Poisson µ= 0.5 thể tích sẽ giảm khi µ < 0.5 và giá trị µ càng nhỏ thì thể tích càng giảm nhiều đây là một nguyên lý được sử dụng rộng rãi đối với thực phẩm dạng rắn tấm ép dùng để nén có đường kính lớn hơn đường kính của mẫu thực phẩm trong phép thử nén Nếu đường kính của tấm ép nhỏ hơn đường kính của mẫu thực phẩm thì phép thử sẽ trở thành phép thử đâm xuyên.

Nén phá hủy cấu trúc Lực nén tang đến mức làm cho mẫu gãy vỡ gây ra những hưhỏng không thuận nghịch

• Mối liên hệ với các phương pháp khác:

Đánh giá cảm quan: Nguyên tắc hoạt động của phương pháp này tương tự như hoạt động nén vỡ thực phẩm của răng Độ giòn đo được tương ứng với lực răng làm thực phẩm bị nứt vỡ, độ cứng đo được tương ứng với lực răng lớn nhất làm thực phẩm vỡ hoàn toàn

• Ưu nhược điểm của phương pháp:

- Nguyên liệu: cứng, giòn như kẹo cứng, snack,…

- Đương kính nguyên liệu phải nhỏ hơn đường kính đầu dò nén

- Từ 3 sản phẩm trở lên dể so sánh và đánh giá

Vận hành

- Vận tốc: 1-2 mm/s tiện cho việc quan sát

- Chiều sâu ≤ 50% chiều sâu sản phẩm, sau cho làm biến dạng hoàn toàn sản phẩm

- Ta điều chỉnh đầu dò tiếp xúc bề mặt sản phẩm bằng cách chỉnh thô và chỉnh tinhsau đó tiến hành đo

Dụng cụ đo

- Sử dụng đầu dò nén có đường kính lớn hơn đường kính của sản phẩm

- Các đĩa có đường kính từ 25-50 mm, đặt vị trí phù hợp với đầu dò

7 Kết quả và thảo luận:

Kết quả thí nghiệm

Hình 4:Đồ thị bi ểu diễn sự biến đổi của lực tác dụng cảu nguyên liệu theo thời gian.

m Comp.

load (mm)

Time at Maximu

m Comp

load (sec)

Rate 1 (mm/sec)

Area (cm^2)

Energy atMaximu

Hình 5: Các giá giá trị đo được trong thí nghiệm với kẹo cứng

m Comp

load (mm)

Time at Maximu

m Comp

load (sec)

Rate 1 (mm/sec)

Area (cm^2)

Energy atMaximu

m Comp

load (mJ)

Bản chất của mẫu thí nghiệm là những sản phẩm có độ cứng và xốp Trong đó:

- Độ cứng và giòn của khoai tây chiên được tạo nên bởi thành phần tinh bột và đường Cấu trúc của miếng khoai tây tương đối mỏng, cộng với viêc khoai tây sau khi chiên một số liên kết có trong nó bị phá vỡ

- Độ cứng của kẹo được tạo nên bởi sự liên kết chặt chẽ của các phân tử đường, cấu trúc này được hình thành trong quá trình gia nhiệt và ổn định trong quá trình làm nguội, chính sự sắp xếp có trật tự đã tạo nên mỗi liên kết chặt chẽ củacác phân tử đường với nhau Kẹo có hình khối ovan đồng đều và đặc

Chính vì hai yếu tố trên đã tạo ra sự khác biệt về giá trị lực khi đo được Giá trị lựccủa kẹo lớn hơn khoảng 185 lần so với khoai tây chiên Giá trị lực lớn nên công thực hiệntrong quá trình cũng lớn

Trong cùng một mẫu giống nhau bản chất của mẫu thí nghiệm kết hợp với tính chất của phép đo, nhận xét về kết quả Thảo luận kết quả dựa trên các số liệu và kiến thức

đã học về công nghệ thực phẩm

Sữa chua là quá trình lên men sữa của một số loại vi khuẩn lactic như:

Stretococcus lactic, Lactobacillus caucasicus, Streptococcus Cremoris, nấm men giúp chuyển đường đa thành đường đơn, giảm pH của sữa kéo theo sự đông tụ canxi trong sữa,chuyển hóa một phần casein (đạm trong sữa) thành peptone, acidamin và sản sinh ra những chất tạo hương

Sữa chua là một thực phẩm rắn mềm, được sản xuất trong hai cách chính: thiết lập

và khuấy Với thiết lập sữa chua - trong đó bao gồm các thùng chứa sữa chua với trái cây

- những hỗn hợp sữa được sử dụng để sản xuất sữa chua được đổ vào nồi sản xuất và còn lại để lên men không có sự can thiệp hơn nữa Với sữa chua khuấy động, hỗn hợp sữa được khuấy động và thường xuyên bơm qua một màn hình để tạo ra một kết cấu kem

2 Cơ sở lý thuyết về phương pháp đo:

• Giới thiệu phương pháp ép đùn

- Ép đùn thuốc nhóm phương pháp phân tích bằng thiết bị, phương pháp này dùng