VẬT lý THỰC PHẨM CHƯƠNG 3 -Phương pháp và thiết bị thường sửdụng để kiểm tra các thông số vật lý của thực phẩm

chương 3: phương pháp và thiết bị thường sử dụng để kiểm tra các thông số vật lý của thực phẩm

Trang 1

Chương 3: Phương pháp và thiết bị thường sử

dụng để kiểm tra các thông số vật lý của thực

lạnh: 30°C-1m/s

Mẫu mực sấy lạnh: 35°C-4m/s

Sự biến đổi về cấu trúc tổ chức cơ thịt mực

Trang 3

Cấu tạo và hoạt động

4, 5 Giá vi chỉnh, cho phép điều

chỉnh độ cao của mẫu vật để lấy

nét trong quá trình tạo ảnh

6 Giá đặt mẫu vật

7 Hệ thống đèn, gương tạo

ánh sáng để chiếu sáng mẫu vật

8 Hệ thống khẩu độ, và các thấu

kính hội tụ để hội tụ và tạo ra

chùm sáng song song chiếu qua

Trang 4

Kính hiển vi quang học quét

trường gần

- là một kỹ thuật kỹ thuật

hiển vi quang học cho phép

quan sát cấu trúc bề mặt với

độ phân giải rất cao, vượt

qua giới hạn nhiễu xạ ánh

Kính hiển vi quang học quét trường gần

-Hình ảnh đầu một con kiến qua kính

hiển vi điện tử quét

Kính hiển vi điện tử

-nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn

-tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo

ra trên màn huỳnh quang, hay trên film quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹthuật số

Trang 5

3.2 Kiểm tra tính chất vật lý của thực

phẩm bằng thiết bị đo lực (Instron)

Nguyên lý : thực hiện quá trình nén, kéo chất rắn

hoặc dẻo, kết quả thể hiện trong sơ đồ của ứng

suất nén và biến dạng của vật

Phương pháp phân tích bằng thiết bị :

-Phương pháp thực nghiệm (empirical methods):

nén một lần, kéo một lần, cắt một lần, tính lực

-Phương pháp mô phỏng (imitative methods):nén

hai lần, phân tích sơ đồ lực

Nén: Đầu đo (hình trụ hoặc tấm kim loại

phẳng) đi xuống đến khi tiếp xúc với mẫu

và tác động lên nó một lực

Bánh ngọt

F

Vết nứt đầu tiên

Độ cứng Diện tích đầu đo

bằng hoặc lớn hơn

diện tích của mẫu

Trang 6

Lc đi xung

đến khi tiếp xúc với bề mặt,khi xuyên qua vật,

Giá trị khối (Bloom) là lực tối

đa đạt được tại thời điểm gây

ra sự biến dạng

Diện tích = tác động để đạt tới sự biến dạng

Diện tích âm = sự dính kết (adhesion) của mẫu gelatin

Lc đi xung

Đâm thủng và xuyên qua: đầu đo hình côn đi xuống và

tiếp xúc với bề mặt mẫu Tác động của lực sẽ tăng khi

diện tích tiếp xúc giữa đầu đo và mẫu tăng.(bơ, phomai)

Cắt (CUT) và xén (SHEAR): lưỡi dao hoặc thanh cắt

đi xuống đến khi tiếp xúc, lực cắt mẫu tạo ra khi

khoảng cách đầu đo tăng.

Trang 7

L c đi xung

Đầu đo hình cầu : dùng đầu đo tròn để nén Đầu đo đi

xuống đến khi tiếp xúc với bề mặt, tạo ra chủ yếu lực

nén đến khi điểm đó bị cắt hoặc đến khi đợt kiểm tra kết

Diện tích thể hiện lực tác động, thể hiện độ đặc

Bi ế n s ố : TEST ACCESSORIES :

L c đi xung

Cắt bằng một thanh kim loại: thanh kim loai cố

định hoạt động giống như hành động cắt lát (slicing

or cutting)

Lực cắt thịt heo muối Reformed

Diện tích thể hiện

độ đặc của sản phẩm

Độ cứng

Modulus is generated from initial slope

Cắt (CUT) bằng thanh WARNER-BRATZLER : sử

dụng một thanh được khoét một lỗ hình trụ ở giữa

Loại vết khoét này làm tăng diện tích tiếp xúc, kết

quả kiểm tra sẽ ổn định hơn

F

Vết gãy đầu tiên

Ởcác vết gãy tiếp theo, lực giảm dần

Diện tích thể hiện

độ đặc của sản phẩm

Cắt xúc xích bằng thanh Warner-Bratzler

VARIABLE:

VARIABLE: TEST ACCESSORIES

Trang 8

L c đi xung

Cắt (CUT) bằng công cụ VOLODKEVICH : nguyên tắc

hoạt động tương tự như hoạt động nghiền của răng

cửa Ở đây, người ta quan tâm chủ yếu đến đỉnh lực

Độ cứng Điểm

Bio-Yield

L c đi xung

Cắt kiểu KRAMER : Cấu trúc gồm có chính xác

10 tấm kim loại, chúng xuyên qua một cái hộp

chứa thực phẩm, nén, cắt và đẩy thực phẩm ra

ngoài

•Nhi ều lưỡi cắt xếp song song đặc biệt thích hợp để đánh giá từ nhiều phần nhỏ của sản phẩm hay để đánh giá những sản phẩm có nhiều phần có tính chất khác nhau, nêu lên tính chất tiêu biểu của sản phẩm

Ngũcốc cho bữa sáng

phẩm đến khi thực phẩm chảy qua một

lối thoát Bị đẩy lên trên theo lối thoát X và

Y trong minh hoạ dưới đây.

Trang 9

BACK EXTRUSION: Test này đặc biệt thích hợp với sản

phẩm sệt, nhớt như :

Gel mmv à sa chua

Trái cây và rau c nghin

FORWARD EXTRUSION: Đo lực nén cần để

“piston” tròn phẳng có thể đẩy sản phẩm chảy

qua một cái lỗ có kích cỡ chuẩn ở bên dưới vật

Uốn ba điểm: Test này đo đặc điểm gãy và

cong của nhiều dạng vật chất khác nhau như:

Độcứng

Lực giảm ngay khi vật

bị gãy

Trang 10

VARIABLE: TEST DIRECTION

Lực hướng lên: Lực dính kết (Adhesion) được tính

toán từ lực cần để kéo giãn mẫu đến khi mẫu vẫn

còn tiếp xúc đủ với đầu đo

• H ướng đến cả hai đặc tính âm và dương

• Bi ểu thị lực kéo giữa mẫu và một vật khác mà

nó tiếp xúc

• Định lượng cổ điển, để tính toán lực kéo của bề

mặt phân giới của :

VARIABLE:TTEST DIRECTION

Thời gian mà phần mẫu vẫn dính với đầu đo

Tác động cần để cắt đứt bề

mặt chung giữa mẫu và đầu

đo (Adhesiveness)

Lực cần để cắt đứt bề mặt chung giữa mẫu và đầu đo (tackiness)

ĐẶC TÍNH DÍNH KẾT CỦA SỮA CHUA

LỰC KÉO LÊN : D ùng lực căng, để tạo ra sự căng và

kéo xảy ra bên trong bản thân vật

VARIABLE:

VARIABLE: TEST DIRECTION

•Mẫu sẽ bị gãy tại khu vực có đường

Trang 11

Những yếu tố ảnh hưởng đến kết

quả đo

• Kích cỡ mẫu

• Độ chín của mẫu (sample age)

• Vật đựng mẫu và (hoặc) dạng đầu đo sử dụng

• Vị trí đặt mẫu, trọng tâm của mẫu

• Hình dáng và thành phần của mẫu

• Quá trình xử lý mẫu

• Điều kiện bảo quản và trình bày mẫu

• Vận tốc dịch chuyển của đầu đo???

• % đầu dò xuyên mẫu hay phần trăm mẫu biến dạng ???

http://www.brookfieldengineering.com/education/applications/texture-white-bread.asp

Dahle, L and Sambucci, N 1987 Application of Devised Universal Testing Machine

Procedures for Measuring the Texture of Bread and Jam Filled Cookies American

Association of Cereal Chemists, Inc 32, No 7, 466-470.

Phương pháp đo

Trang 12

Đo lực nén

Đo độ xuyên qua

Đo lực cắt

Trang 14

ĐO CẤU TRÚC CỦA KHOAI TÂY VÀ CÀ RỐT

Mục đích

Cấu trúc là đặc tính quan trọng của rau, và nó bị

thay đổi trong quá trình gia nhiệt do quá trình phá

vỡ màng tế bào Cả hai loại khoai tây và cà rốt đều

là dạng củ, khoai tây có sự đồng nhất cấu trúc và

hàm lượng tinh bột cao, khi đó cà rốt có cấu trúc

sợi và hàm lượng tinh bột thấp

Những tính chất cấu trúc này và sự khác nhau về

thành phần có thể ảnh hưởng đến sự thay đổi cấu

trúc của khoai tây và cà rốt khi gia nhiệt

Vật liệu

- 8 miếng khoai tây cùng hình dạng và kích thước ( lỗ sàng, rây

khoảng 50 mm)

-8 miếng cà rốt cùng hình dạng và kích thước (chiều dài khoảng

280 mm và 125 mm chiều rộng), cắt bằng máy khoan xoắn, cỡ 4.

- Máy lưu biến (Instron Universal Testing Machine (Instron))

Phương pháp thực hiện

• Đặt riêng khoai tây và cà rốt còn tươi sống

• Nấu 7 mẫu khoai tây và cà rốt ở các nhiệt độ khác

nhau : 30 °, 40 °, 50 °, 60 °, 70 °, 80 °, and 90 °C

(quá trình kiểm soát nhiệt độ bằng các thiết bị điều chỉnh và đo nhiệt

độ)

• Tập hợp mẫu riêng lẻ (kể cả mẫu còn tươi) vào 4 ống

mm, sử dụng cho dạng khoan xoắn và dao cắt

• Đặt vào máy đo lực Instron (Instron Universal Testing

Machine) để nén 2 lần, nén đến khi độ cao của mẫu

giảm 50% so với ban đầu

• Tốc độ của đầu dò là 10 mm/phút, nhiệt độ phòng

(22°C)

• Phân tích lần lượt 4 mẫu và mẫu tươi

Trang 15

Kết quả

ĐO CÂU TRÚC CỦA THỊT BÒ NGHIỀN GIA NHIỆT

(MEASURING THE TEXTURE OF COOKED GROUND BEEF )

Thịt bò nghiền có hàm lượng chất béo khoảng 20

đến 30% Người tiêu dùng có thể lựa chọn các loại

thịt bò nghiền có hàm lượng chất béo thấp hơn,

đương nhiên, người sử dụng thường xuyên nhận

được những chỗ thịt nghiền ít ngon

Để cho sự đánh giá này là đúng, một vài kiểm

chứng để đảm bảo chất lượng như cấu trúc, độ

trươn tuột, độ dẻo, hàm lượng nước, mùi vị, hình

dạng và toàn bộ sự chấp nhận chăc chắn, hàm

lượng chất béo là cần thiết trong thịt bò cuốn

- Mức độ chất béo có thể ảnh hưởng đến cấu trúc

của quá trình nấu chín thịt bò cuốn

Vật liệu (phần thêm, về cách đo thì như phần trên)

- thịt bò nghiền với hàm lượng chất béo thay đổi ( khoảng 250 g mỗi

loại)

- Chảo điện, gia nhiệt trước ở 150°C

Trang 16

1 Để làm mẫu loại thịt bò nghiền , hình dạng giống nhau

(khoảng 113 g/mẫu) có chiều cao là 15 mm; đường kính 60

mm

2 Chiên các viên thịt bằng chảo điện đến nhiệt độ tại tâm

đạt 77°C, sử dụng dầu chiên có nhiệt độ 150°C, làm nguội

ở nhiệt độ phòng (đo nhiệt độ bằng các đầu dò nhiệt độ và

hệ thống đo)

3 Cắt miếng thịt bò thành 4 mẫu có kích thước (10 cm x 30

cm x 10 mm) cho mỗi loại thịt nghiên cứu

4 Test mẫu trên máy đo lực Instron với hai lần nén; nén sao

cho chiều cao giảm 30% so với ban đầu

5 Vận tốc của đầu nén là 200 mm/phút, ở nhiệt độ phòng

(khoảng 22°C)

6 Đo tính chất lưu biến của thực phẩm

7 Lưu dữ liệu về cấu trúc của thịt bò cuốn

và kết quả như sau

3.3 Kiểm tra độ nhớt của thực

Trang 17

phẩm bằng nhớt kế

-Nhớt kế dạng ống: có 3 dạng nhớt kế dạng ống :

nhớt kế dạng ống chữ Ulàm bằng thuỷ tinh; nhớt kế

ống áp suất caovànhớt kế ống dẫn

- Sự khác nhau của các nhớt kế này là đường kính

đường ống mao dẫn, nằm trong khoảng 0,1 đến 4

mm, với nhiều góc nghiêng của dòng chảy khác

nhau

-Nhớt kế ống có đường kính lớn hơn nằm trong

khoảng 7 đến 32 mm, với chiều dài/đường kính

khoảng 2 đến 400

-Nhớt kế chữ U được điền đầy chất lỏng trong các ống mao dẫn và bầu chứa Nhớt kế được đặt thẳng đứng và trong thiết bị ổn nhiệt

-quá trình đo độ nhớt được thực hiện bằng việc xác định thời gian chảy của chất lỏng qua ống mao dẫn Khi chất lỏng chảy đến vị trí trên của bầu chứa là thời điểm tính thời gian chảy, chất lỏng chuyển động đến vạch dưới của bầu chứa là thời điểm kết thúc tính thời

Trang 18

có bán kính R, ta tính được độ nhớt của chất lỏng cần

đo tại nhiệt độ xác định.

Trang 19

Chất lỏng Newton

Chất lỏng chảy trong ống mao quản có vận tốc v và lưu

lượng Q, với vận tốc v, sinh ra một tốc độ trượt y’,

-Dưới tác dụng của lực làm cho chất lỏng chảy (lực sinh

-Khi chất lỏng chảy sinh ra một ứng suất trượt

xung quanh ống mao quản và thay đổi dọc theo

đường ống mao quản

P π 2 σ 2 π

L

R P

2

δ

σ =

R P R P

.

4

π δ δ

Trang 20

R gh

2 π 4

ρ

µ =

t L V

R gh

2

π ρ

cần xác định thời gian chảy của chất lỏng

Newton, vì k = const với các thông số đã cho

t L V

R gh

2

π 4

η =

L V

R gh

k

2

kính của ống, µ : độ nhớt của chất lỏng, ρ : khối

lượng riêng của chất lỏng) Coi như µ = K ρ.t, trong

đó K : hằng số của nhớt kế

1 Người ta sử dụng nước sạch đo được độ nhớt 1 cP

(1 cP = 1 mPa.s = 10 -3 Pa.s) ở 20°C ở nhiệt độ này

đo được thời gian chảy của chất lỏng qua ống là

4phút 55 giây Tính hằng số K của nhớt kế biết ρ =

1000 kg/m³

2 thể tích của bầu chứa là 5 ml

a tính lưu lượng của chất lỏng (Q)

b tính bán kính R của ống mao (g = 9,81 m/s²)

Trang 21

- nhớt kế đĩa quay : Nhớt kế trụ đồng tâm : trục quay với tốc độ không đổi trong chiếc cốc cố định, thiết bị đo mômen đạt được để duy trì vận góc của trục quay không đổi sự đối kháng momen đến từ ứng suất trượt tạo nên trên trục bởi chất lỏng

Momen được tính (M = F.d)

M = 2πr h r σ = 2 π r² h σ Với chất lỏng Newton thì độ nhớt được tính :

Trong đó :

M : momen đo được

Ω : vận tốc góc quay của trụ µ: độ nhớt của chất lỏng

H : chiều cao của trụ quay

Rb : bán kính của trụ quay Rc: bán kính của cốc chứa

3.4 Kiểm tra độ màu của thực

phẩm bằng photometer

Theo định luật Beer, độ hấp thụ là 1 đường tuyến tính phụ thuộc vào bề dày mẫu và nồng độ mẫu phân tích.

A = e l c

bề dày mẫu l (cm), nồng độ mẫu c (mol/l), e khả năng hấp thụ mol (l.cm/mol)

Các bước :

-Xây dựng đường chuẩn của chất cần đo : pha mẫu ở các nồng độ khác nhau (từ nhỏ đến lớn) và đo OD (optical density) ở một bước sóng

OD,

A

c

Trang 22

3.4 Kiểm tra độ màu của thực

phẩm bằng photometer

chuẩn bị mẫu đo:

-Pha loãng mẫu ở nồng độ nhỏ thích hợp với nồng độ đã pha trong đường chuẩn (cân trên cân 4 số)

-đo mẫu nước cất trước sau

đó đo mẫu cần đo Đọc kết quả OD của máy đo và từ đường chuẩn suy ra nồng độ của chất đang đo.

(quá trình đo có thể đo song song hoặc đo hai lần tùy vào các loại máy khác nhau)

3 thông số : L, a, b được xác định như 3 thông số cơ bản đểxác định sự biến đổi màu trong quá trình chế biến

L: chỉ độ sáng đến tối (100 đến -100) -a* (xanh lá cây -68, -128 )

=> +a* (đỏ+68, +128) -b* (xanh da trời) => +b* (vàng cam)

Trang 23

3.4 Kiểm tra độ màu của thực phẩm

Các phương pháp

đo màu thực phẩm

Ví dụ : thanh trùng sữa tươi

17,70 3,39 76,56 14,87 0,87 82,09 9,70 -2,26

84,58

TB

17,70 3,39 76,38 14,87 0,87 82,09 9,77 -2,25

84,58

17,70 3,39 76,40 14,88 0,86 82,09 9,67 -2,28

84,58

120°C

17,70 3,39 76,89 14,86 0,88 82,09 9,67 -2,25

84,57

14,36 0,93 81,51 11,57 -1,33 85,15 7,35 -3,74

86,04

TB

14,36 0,93 81,35 11,57 -1,33 85,15 7,34 -3,74

83,38

14,34 0,92 81,83 11,57 -1,33 85,14 8,49 -3,18

86,97

14,39 0,94 81,36 11,57 -1,32 85,17 6,22 -4,30

87,78

110°C

b a L b a L b a

Trang 24

3.5.2 Các loại cảm biến đo nhiệt độ.

3.5.2.1 Cặp nhiệt điện (Thermocoupler).

Nguyên lý làm việc : khi hai thanh kim loại tiếp xúc nhau:

Tạo nên một sức điện động ng−ợc chiều với chiều chuyển

e e

3.5.2 các loại cảm biến đo nhiệt độ.

3.5.2.1 Cặp nhiệt điện (Thermocoupler).

Trang 25

3.5 Kiểm tra một số tớnh chất cơ bản của thực

phẩm bằng thiết bị đo thụng dụng.

Tại điểm ghép A-C sinh ra sức điện động

eAC(t0) và tại điểm ghép B_C sinh ra sức điện

động eBC(t0), theo định luật toàn dòng điện có:

E = eAB(t) - eAC(t0) + eBC(t0).(2-4) Khi nhiệt độ t = t0 tức là không tồn tại sức

Mạch đo trong công nghiệp.

Để có thể truyền dẫn tín hiệu đi xa như vậy mà

không ảnh hưởng đến sức điện động sinh ra của cặp

nhiệt điện người ta phải dùng loại dây dẫn đặc biệt

gọi là dây dẫn bù

Hai dây dẫn bù cũng sinh ra một sức điện động bằng

chính sức điện động do cặp nhiệt sinh ra trong

khoảng nhiệt độ 0-1000C Dây dẫn bù cũng phải

mềm dẻo để dễ lắp đặt và phải có điện trở nhỏ

Mạch đo trong công nghiệp.

Theo định luật toàn dòng điện ta có sức điện động tổng:

E = eAB(t) - eAA1(t1) - eA1B1(t0) + eBB1(t1) (2-6)

Khi toàn bộ hệ thống có nhiệt độ t1 (t =t1= t0) thì E = 0, khi đó 2-6

tương đương với :

0 = eAB(t1) - eAA1(t1) - eA1B1(t1) + eBB1(t1) (2-7)

Trong khoảng nhiệt độ 0 – 100°C thì eAB(t1) = eA1B1(t1), thay vào

(2-7) ta có: eAA1(t1) = eBB1(t1) Thay kết quả này vào 2-6 ta được :

Trang 26

Nhiệt điện trở (Resistance Thermosensor).

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của nhiệt điện trở dựa vào sự

phụ thuộc điện trở của vật dẫn hoặc bán dẫn vào

nhiệt độ của chúng theo công thức :

Rt = f(Ro,t)Trong đó : - Ro là điện trở ở 0°C

- Rt là điện trở ở t°C

Nhiệt điện trở (Resistance Thermosensor)

* Đối với nhiệt điện trở được chế tạo bằng đồng, nhiệt độ đo cực

đại có thể lên tới 180°C Mối quan hệ giữa nhiệt điện trở và nhiệt

độ theo công thức :

Rt = R0(1+4,25.10 -3 t).

•Đối với nhiệt điện trở chế tạo bằng bạch kim.

- Khi nhiệt độ thay đổi từ 0 đến 600 0 C thì mối liên hệ giữa điện

trở và nhiệt độ bạch kim được mô tả theo công thức :

Rt = R0(1+3,49 10 -3 t – 5,8 10 -7 t 2 )

- Khi thang nhiệt độ từ -190°C đến 0°C thì liên hệ giữa điện trở

và nhiệt độ có dạng:

Rt = R0(1+3,49 10 -3 t – 5,8 10 -7 t 2 – 4 10 -12 t 3 ).

3.5.3 Đo nhiệt độ theo phương pháp giãn nở.

3.5.3.1 Nhiệt kế giãn nở chất lỏng thuỷ

tinh

Nguyên lý hoạt động của nhiệt kế giãn nở

chất lỏng thuỷ tinh là dựa trên sự giãn nở

về nhiệt của chất lỏng trong nhiệt kế theo

công thức :

Vt = v0(1+αt)Trong đó: vt là thể tích của chất lỏng ở nhiệt độ t

v0 là thể tích của chất lỏng ở 0°C

α là hệ số giãn nở của Hình2.9

4

3

1

2

Tiêu đề	Vật lý thực phẩm - Chương 3: Phương pháp và thiết bị thường sử dụng để kiểm tra các thông số vật lý của thực phẩm
Trường học	Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM
Chuyên ngành	Vật lý thực phẩm
Thể loại	Giáo trình
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	30
Dung lượng	1,81 MB