Bài giảng Vật lý thực phẩm

chứa đủ trong 500 ml bình chứa. Biết rằng táo chỉ chứa CHO, Protein và nước với các phần khối lượng lần lượt là 0,7; 0,11 và 0,19 ở 25 độ C, Cho khối lượng riêng biểu kiến là 0.8 lần khối lượng riêng chất rắn. Đáp số: 41 MAØU SAÉC VAØ HÌNH DAÏNG Maøu saéc: Caûm giaùc maøu nhaän ñöôïc laø do taùc ñoäïng cuûa chuøm ta saùng leân maét. Maét ngöôøi nhaän chuøm tia saùng coù böôùc soùng trong khoaûng 380nm - 740nm. Töû ngoaïi maïnh Nhìn thaáy Hoàng ngoaïi (naêng löôïng yeáu) 380nm (tím) 740nm (ñoû) 42 Sù t¹o ¶nh vµ nhËn biÕt mµu ë m¾t 15 Tính chất màu của thực phẩm • Các yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành màu sắc – Nguồn sáng – Hướng nhìn – Kích thước của vật – Nền – Độ tuổi – Trí nhớ về màu Hệ màu • CIE (commission internationale de l’Eclairage) Bao gồm XYZ (Yxy) color system Hunter Lab color system L*a*b* color system Hệ Yxy • Y đặc trưng cho độ sáng của phản xạ • Yx đặc trưng cho cường độ màu sắc 16 Hệ L*a*b* L: chỉ độ sáng đến tối (+100 đến 0) -a* (xanh lá cây -68, -128 ) => +a* (đỏ+68, +128) -b* (xanh da trời) => +b* (vàng cam) Hệ L*C*h • Đây là hệ màu tương đương hệ L*a*b* nhưng hệ này sửu dụng các thông số • L : độ sáng • C: cường độ màu h : góc thay đổi màu 17 Mối quan hệ L*a*b* và L*C*h Như vậy khi màu sắc thay đổi thì vả a và b đều thay đổi Nhưng nếu dùng hệ LCh Phương pháp chụp màu Sử dụng hệ thống màu để đánh giá sự biến đổi màu của thực phẩm 3 thông số : L, a, b được xác định như 3 thông số cơ bản để xác định sự biến đổi màu trong quá trình chế biến. 3.4. Kiểm tra độ màu của thực phẩm Các phương pháp đo màu thực phẩm 18 Câu hỏi ôn tập • Nêu các phương pháp xác định thể tích của thực phẩm • Ý nghĩa của các dạng khối lượng riêng và cách xác định chúng? • Độ xốp là gì? Ý nghĩa của độ xốp trong chế biến thực phẩm? • Bài tập 12/30/2015 1 Chương 2 : Tính chất bề mặt của thực phẩm Bề mặt riêng (interfacial tension) - Khi chúng ở trên bề mặt phân chia pha, thì lực hút của chúng khác với chúng nằm trong pha - Lực hút phân tử làm cho các chất bị hút vào lòng của nó làm cho chất lỏng có xu hướng làm giảm bề mặt tối thiểu trong điều kiện nhất định
giọt luôn có hình cầu - Khi đường kính của hạt càng lớn thì chúng không còn hình cầu nữa Sức căng bề mặt • Là công tác dụng trên một đơn vị bề mặt, hay là công cần thiết để thay đổi diện tích bề mặt ở điều kiện nhiệt độ nhất định. Chất lỏng 1 Chất lỏng 2 L: là khoảng chạy khi kéo lực F, m D: khoảng cách từ A
B 2: chỉ rằng có 2 chất lỏng ở hai bên. 12/30/2015 2 Phương trình LAPLACE • Giọt nước có áp suất P1, môi trường có áp suất P2. • Lực căng bề mặt • Lực này duy trì sức căng bề mặt Nửa giọt nước ở trong không khí 12/30/2015 3 h is the height of the column, m ρl is the density of the liquid, kg/m3 rt is the capillary tube radius, m ϴ is the contact angle, độ Do khối lượng riêng của khí rất nhỏ nên ta có sức căng bề mặt là Example • Calculate the height of rise of water in a clean capillary tube of radius 0.001 cm if the density of water is 997 kg/m3, surface tension is 73 dynes/cm, and the contact angle of water to the glass is 100. 1dyne = 10-5N 1dyne/cm=10-3 N/m 12/30/2015 4 Chất hoạt động bề mặt Hình 1: (a)Giọt nước trên bề mặt ghét nước (hydrophobic) (b) giọt nước trên bề mặt thích nước (hydrophilic). Hoạt dnh bề mặt Khái niệm : Những chất mà khi cho một lượng rất nhỏ sẽ làm giảm sức căng bề mặt gọi là chất có hoạt dnh bề mặt - Chất hoạt động bề mặt (Surfactant) là các tác nhân thấm ướt làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng. - Là chất mà phân tử của nó phân cực: một đầu ưa nước và một đuôi kị nước. - Những chất này tan được trong nước và trong dung môi hữu cơ 12/30/2015 5 Khi cho chất hoạt động bề mặt vào trong dung dịch, nó sẽ tạo thành các hạt mixen (micelle) -Tùy theo môi trường mà mixen có đầu quay ra ngoài hay quay vào trong VD: Một mixen với phần đầu kị nước hoà tan trong dầu, trong khi phần ưa nước hướng ra phía ngoài, như là Liner Alkyl Benzen Sunfunat Acid, xà phòng Phân loại chất hoạt động bề mặt • Ion âm • Ion dương • Không mang điện dch • Mang cả hai điện dch Trong quá trình hoạt động của chất hoạt động bề mặt liên quan đến chuyển động lực học của hệ thống, liên quan đến mức độ trật tự, hỗn độn của hệ thống. 12/30/2015 6 Ứng dụng • Chất hoạt hóa bề mặt ứng dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày. Ứng dụng phổ biến nhất là bột giặt,nước rửa chén, sơn, nhuộm ... • Trong công nghiệp thực phẩm: Chất nhũ hóa cho bánh kẹo, bơ sữa và đồ hộp : chocolat, sữa chua, kem. • Tính chất bề mặt vô cùng quan trọng trong công đoạn rửa, những chất tẩy rửa làm giảm sức căng bề mặt làm cho các chất bẩn ở dạng rắn dễ tách ra khỏi bề mặt • Trong công nghiệp mỹ phẩm: Chất tẩy rửa, nhũ hóa, chất tạo bọt • Trong ngành in: Chất trợ ngấm và phân tán mực in • Trong nông nghiệp: Chất để gia công thuốc bảo vệ thực vật, • Trong xây dựng: Dùng để nhũ hóa nhựa đường, tăng cường độ đóng rắn của bê tông Ngoài ra những ứng dụng trong các lĩnh vực khác như • Trong công nghiệp dệt nhuộm: Chất làm mềm cho vải sợi, chất trợ nhuộm • Trong dầu khí: Chất nhũ hóa dung dịch khoan • Trong công nghiệp khoáng sản: Làm thuốc tuyển nổi, chất nhũ hóa, chất tạo bọt để làm giàu khoáng sản • Trong công nghiệp thực phẩm: Chất nhũ hóa cho bánh kẹo, bơ sữa và đồ hộp 12/30/2015 7 Xà phòng hay xà bông là một chất tẩy rửa các vết bẩn, vết dầu mỡ. • Thành phần của xà phòng là muối natri hoặc kali của axít béo. • Xà phòng được dùng dưới dạng bánh, bột hoặc chất lỏng. • Một là đầu hiđrocacbon kị nước, còn một đầu là ion kim loại ưa nước. • Đối với các vết bẩn, dầu mỡ bám trên mặt vải thì đuôi kị nước sẽ quay vào trong vết bẩn, đầu ưa nước hướng ra ngoài. Sau đó sẽ tạo thành mixen là một khối dạng cầu có đầu ưa nước quay ra ngoài tách vết bẩn ra khỏi bề mặt vải. 12/30/2015 1 Chương 3 : tính chất nhiệt, điện của thực phẩm TÍNH CHẤT NHIỆT (Thermal Properties) Vật liệu thực phẩm phải trải qua các công đoạn: từ thu hái, vận chuyển, xử lý, chế biến, bảo quản, lưu trữ để chuẩn bị cho khâu tiêu thụ Chỉ có rất ít thực phẩm tươi: trái cây, rau đi từ cánh đồng tới nơi tiêu thụ (ăn) mà không có xử lý nhiệt. Mục đích của xử lý nhiệt để: duy trì chất lượng, kéo dài thời gian bảo quản và tạo độ ngon riêng. Vd : Chế biến thủy sản: Các quá trình nhiệt bao gồm: - làm lạnh, làm đông, nung nóng ⇒ lấy nhiệt ra hoặc cung cấp nhiệt, muốn được chính xác phải có thông số nhiệt Các hình thức truyền nhiệt: Dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ • Dẫn nhiệt: là phương thức truyền nhiệt có sự Xếp xúc giữa hai vật với nhau • Đối lưu: nhiệt truyền từ môi trường khí hoặc lỏng đến thực phẩm rắn • Bức xạ: là nhiệt truyền cho thực phẩm bằng sóng điện từ 12/30/2015 2 • Sự truyền nhiệt vào trong thực phẩm phụ thuộc đầu Xên vào sự chênh lệch nhiệt độ, dnh chất vật lý (hình dạng, kích thước, thông số nhiệt) của thực phẩm • Mỗi cơ chế truyền nhiệt gắn liền với thông số nhiệt liên quan • Tính chất nhiệt được xác định thông qua đo lường trực Xếp bằng các thí nghiệm hoặc dnh toán thông qua các thành phần thực phẩm (nước, protein, carbon) HỆ SỐ DẪN NHIỆT • Ở trạng thái ổn định, sự dẫn nhiệt xuyên qua vật rắn , khi đó dnh chất nhiệt quan trọng nhất là hệ số dẫn nhiệt (λ) • λ: lượng nhiệt dẫn qua 1 đơn vị chiều dài khi có sự chênh nhau 1 độ • λ được dùng để đánh giá nhiệt truyền qua vật thể dễ hay khó • Nhiệt truyền nhanh qua miếng kim loại nhưng lại chậm qua gỗ, khi đó ta nói hệ số dẫn nhiệt của kim loại lớn hơn của gỗ Vd: đồng: λ= 400 w/m.độ; nhôm: λ= 120w/m.độ; inox λ= 40 - 50w/m.độ • Vật liệu có hệ số dẫn nhiệt nhỏ sẽ trở thành vật liệu cách nhiệt: bông thủy tinh, polyurethane, • Hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm rất nhỏ và nằm trong dải hẹp: 0,2 – 0,5 W/m.độ • For fruits and vegetables with water content greater than 60%, thermal conductivity can be computed by the equation (Sweat, 1974): 12/30/2015 3 Thời gian nấu thực phẩm nhanh hay chậm là do bản thân thực phẩm chứ không phải là do dụng cụ carbohydrate (c); protein (p); fat (f); ash (a); and water (w). • Nhiệt dung riêng: nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho 1kg vật chất để nhiệt độ của nó tăng lên 1 độ, Cp(p- NDR của chất rắn và lỏng được xác định ở áp suất không đổi) • NRD liên quan trực Xếp đến năng lượng cung cấp cho vật thể. • NDR của nước là lớn nhất: Cp = 4,186 kj/kg.độ, • Thực phẩm có hàm lượng nước càng lớn thì Cp càng lớn Nhiệt dung riêng: 12/30/2015 4 3684,38 J/kg.K 1865,38 J/kg.°C NDR của thực phẩm có dạng a, b hệ số thực nghiệm Xw: hàm lượng ẩm của thực phẩm. abXC wp += Cp = 1,67 + 2,51 Xw, kJ/kg.độ 12/30/2015 5 carbohydrate (c); protein (p); fat (f); ash (a); and water (w). Có thể dnh Cp theo chất khô (pr, li, khoáng) ∑+= iip XbaC • Hệ số khuếch tán nhiệt (Thermal diffusivity) cho biết trường nhiệt độ trong thực phẩm biến thiên nhanh hay chậm α= λ/ρcp của thực phẩm α = 1 × 10-7 to 2 × 10-7 m2/s Hệ số khuếch tán nhiệt (Thermal diffusivity) TÍNH CHẤT ĐIỆN TỪ CỦA THỰC PHẨM 12/30/2015 6 Phổ điện từ Phổ điện từ chia ra thành 3 vùng : Vùng tử ngoại trở xuống (có bước sóng nhỏ), vùng ánh sáng khả kiến (bước sóng từ 400 – 700 nm và vùng hồng ngoại trở lên (bước sóng lớn hơn 700 nm). Năng lượng tử ngoại và năng lượng hồng ngoại là hai dạng của sóng điện từ, có thể truyền đi trong không gian, xuyên thấu trong thực phẩm và chuyển thành năng lượng nhiệt nung nóng thực phẩm ứng dụng - ánh sáng khả kiến : đánh giá cảm quan - vùng tử ngoại trở xuống : tia cực dm (vô trùng), chiếu xạ thực phẩm (bảo quản), tia X (chụp X quang), tia bức xạ (xạ trị – điều trị ung thư, bướu cổ) - vùng hồng ngoại trở lên : ứng dụng cho quá trình sấy, dạng truyền thông tin như: rada, radio,TV, vệ tinh nhân tạo - Giữa năng lượng vi sóng và năng lượng hồng ngoại có những điểm khác nhau Năng lượng vi sóng -Bước sóng : dải hẹp f khoảng 2450 MHz và bước sóng dài hơn hồng ngoại -Có khả năng đâm xuyên thực phẩm nên nó làm nóng trong lòng thực phẩm nhanh chóng. -ứng dụng trong quá trình thanh trùng, nấu chín hoặc làm nóng thực phẩm -Quá trình làm nóng phụ thuộc vào hàm lượng ẩm của vật liệu, ẩm càng cao thì làm nóng càng nhanh Năng lượng hồng ngoại Bước sóng : lớn hơn 700 nm -Không có khả năng đâm xuyên thực phẩm mà chỉ làm nóng bề mặt thực phẩm -Quá trình làm nóng phụ thuộc vào đặc trưng bề mặt của thực phẩm, màu sắc của thực phẩm -Quá trình dẫn nhiệt vào trong phụ thuộc vào hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm (phụ thuộc vào lượng ẩm của thực phẩm) -Áp dụng trong quá trình sấy, làm nóng bề mặt của thực phẩm, ít làm hư hỏng trong lòng thực phẩm. 12/30/2015 7 Nung nóng thực phẩm bằng lò vi sóng (lò viba), f= 2450 MHz - Phân tử nước gồm 1 nguyên tử oxy và 2 nguyên tử Hydro, do oxy có độ âm điện lớn làm cho nước trở thành phân tử lưỡng cực. - Khi thực phẩm được đặt trong một trường điện từ thì các lưỡng cực nước sẽ định hướng theo hướng của trường điện từ và khi trường điện từ dao động nhanh thì các phân tử nước cũng bị dao động theo - Do sự biến dạng của các cấu trúc phân tử gây nên khi nó sắp xếp định hướng trở lại theo trường điện từ mà nó chuyển năng lượng vi sóng thành nhiệt, trong quá trình đó nó cũng chịu ảnh hưởng bởi độ nhớt của thực phẩm - Số lượng lưỡng cực và sự thay đổi của nó theo trường điện từ được xác định thông qua hằng số điện môi của thực phẩm - Khi thực phẩm đặt trong một trường điện từ như vậy nó sẽ hấp thu sóng và chuyển thành nhiệt, lượng nhiệt được hấp thu đó đựơc gọi là “lose factor” – hệ số tổn thất. Thực phẩm có độ ẩm càng cao thì “lose factor” càng lớn do đó nó hấp thu nhiệt nhanh hơn - Do cấu trúc thực phẩm không đồng nhất nên sự hấp thu năng lượng vi sóng không đồng đều, do đó xảy ra sự dẫn nhiệt từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ thấp - Thủy Xnh và giấy và polymer có hệ số “lose factor” rất thấp, năng lượng vi sóng xuyên thấu rất dễ nên nó không bị đun nóng - Kim loại làm cho năng lượng vi sóng bị phản xạ 12/30/2015 8 - Độ xuyên thấu của vi sóng Thực phẩm Lose factor Chuối (tươi) 17 Thịt bò 16 Bánh mì 0,005 Bơ 0,1 Cá nấu rối 12 Nước 9,2 Dầu ăn 0,2 Thủy tinh 0,1 Giấy 0,1 Khoai 6,7 Khi nung nóng thực phẩm bằng lò vi sóng thỉnh thoảng ta gặp hiện tượng thực phẩm vỡ tung ra (nung nóng cục bộ) Ứng dụng: - Vi sóng có tốc độ truyền nhiệt, đun nóng nhanh không cần có những bề mặt truyền nhiệt vì vậy việc nung nóng bằng lò vi sóng được áp dụng cho nhiều loại thực phẩm: - Tan giá, sấy, nướng, hâm nóng • Theo các phương pháp tan giá truyền thống, mất rất nhiều thời gian, sự tan giá diễn ra ở lớp bên ngoài rồi từ từ đi vào bên trong, nếu không có kinh nghiệm thì sẽ không kiểm soát được tan giá • Khi tan giá bằng lò vi sóng: Năng lượng vi sóng đi xuyên vào trong thực phẩm làm cho quá trình tan giá diễn ra rất nhanh, người ta cũng dùng quá trình này để làm nóng chảy các loại mỡ, chất béo, tuy nhiên cũng nảy sinh những khó khăn: 12/30/2015 9 • Đối với loại thực phẩm đông block có kích thước lớn • Khi tan giá,vì nước có hệ số tổn thất lớn hơn nước đá nên khi nó tan ra, nó sẽ hấp thu năng lượng lớn hơn nước đá rất nhiều, với quá trình diễn biến Xếp theo, phần tan ra bị nung nóng qúa mức, có những phần bị nấu lên trong khi có những phần khác vẫn bị đóng băng ⇒ Tan giá không đều • Khắc phục: - Giảm năng lượng vi sóng - Tác dụng dưới dạng xung (thời gian tan giá sẽ kéo dài) 1CHƯƠNG 4 CÁC TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA THỰC PHẨM (Rheology of food Products) Lưu biến • Lưu biến học là nghiên cứu sự biến dạng và dòng chảy Sự thay đổi hình dạng Vật chất chuyển động như thế nào ứng dụng Kiểm tra chất lượng sản phẩm : tính giòn, đàn hồi, dẻo, độ liên kết, phát hiện ra các sản phẩm mới tính toán kỹ thuật (các quá trình truyền nhiệt va ̀ động lượng), thiết kê ́ được máy móc, thiết bị chính xác va ̀ tiết kiệm năng lượng tính chất cảm quan 2ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG (Stress and Deformation) Ứng suất (Stress) là lực tác dụng (theo phương bất kỳ) trên một đơn vị diện tích. A σ= F/AF σp σt Stress = F/A [Pa, N/m2] • Ứng suất pháp (nén hay kéo): lực tác dụng theo phương vuông góc với bề mặt ⇒ bề dài hay thể tích của vật thay đổi • Ứng suất trượt (hay ứng suất tiếp): lực tác dụng theo phương song song (tiếp xúc) với bề mặt ⇒ lớp bề mặt dịch chuyển so với lớp phía dưới Phân loại ứng suất Biến dạng - Biến dạng dài + Độ biến dạng Cauchy + Độ biến dạng Hencky 3- Biến dạng góc khi γ nhỏ thì Định luật Hookean - Chất rắn đàn hồi (Elastic Solids) Dưới tác dụng của ứng suất kéo hoặc ứng suất nén σ = E* εc E: modun đàn hồi của chất rắn (Young’s or elasticity module ) (độ cứng) 4• Dưới tác dụng của ứng suất trượt σij= G*γ γ : shear strain G: modun trượt • Dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh P = K* ευ K: modun khối ευ=∆V/V Ví dụ bài tập Mô đun đàn hồi của táo là 0,6.107Pa 5 6Ñoä bieán daïng cuûa thöïc phaåm theo chieàu daøi, chieàu roäng hoaëc ñöôøng kính = Ñoä bieán daïng cuûa thöïc phaåm theo chieàu cao x Tæ soá Poisson cuûa thöïc phaåm ñoù Bài tập 1 Một miếng thịt hình trụ tròn có kích thước Do x Ho = 7x5 cm. dùng một lực tác động vào miếng thịt làm cho đường kính của miếng thịt tăng lên là 7,8 cm. 1. Tính chiều cao của miếng thịt sau nén biết hệ số poisson là 0,32. 2. Tính lực tác động vào miếng thịt? Biết E = 104 Pa Ho Ho Do 7Bài tập 2 dùng một vật nặng có khối lượng tương đương 200 ml nước kéo một sợi phở có kích thước ban đầu là Lo x Ro x Ho = 5x0,5x0,2 cm. Sau khi kéo chiều dài giãn ra là 7 cm. biết hệ số poisson của phở là 0,12. 1. Tính môdun đàn hồi của sợi phở? 2. Tính độ biến dạng của sợi phở 3. Tính chiều rộng, chiều dày sau khi kéo? Lo Ro Ho Bài taäp 3 Một mieáng phoâ mai hình khoái chữ nhaät coù kích thöôùc daøi x roäng x cao = L x W x H= 0.5 x 0.4 x 0.3 inch. Duøng 1 vaät coù khoái löôïng 0.1 lb neùn leân mieáng phoâ mai naøy. Sau khi neùn, mieáng phoâ mai coù chieàu daøi laø 0.043 ft. Xaùc ñònh ñoä cöùng (modun dan hoi), chieàu roäng, chieàu cao cuûa phoâ mai sau neùn. Bieát tæ soá Poisson cuûa phoâ mai laø 0.25. 1 inch = 2,54 cm, 1 lb = 0,453 kg, 1 ft = 0,3048 m Lo Wo Ho Độ nhớt - Viscosity • Độ nhớt là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại sinh ra giữa các phân tử khi chúng có sự chuyển động trượt lên nhau. • Phân loại độ nhớt: – Độ nhớt động học: St (stock),cSt, cm2/s – Độ nhớt thực (độ nhớt động lực học, độ nhớt biểu kiến). Pa.s (kg/m.s), mPa.s, Poise (g/cm.s), cP, 8Chất lỏng Newton Có 2 tấm phẳng, ở giữa là chất lỏng, tấm ở dưới cố định. Khi ta tác dụng 1 lực lên tấm ở trên, nó sẽ trượt đi kéo theo lớp chất lỏng chạy theo. Tốc độ trượt giảm dần từ trên xuống dưới hình thành một giản đồ véc tơ. Chất lỏng Newton dt dx vp = • ==      =      = γγ dt d dy dx dt d dt dx dy d dy dv • ∗= γµσ 0= ∂ ∂ • γ µ • Định luật Newton về độ nhớt • µ: hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào đặc tính của thực phẩm (độ nhớt) • Chất lỏng mà độ nhớt không phụ thuộc vào tốc độ trượt gọi là chất lỏng Newton và ngược lại nếu độ nhớt phụ thuộc vào tốc độ trượt thì gọi là chất lỏng phi Newton • ∗= γµσ 9Chất lỏng Newton • Phương trình biến dạng tuân theo đẳng thức Newton Hàm liên hệ giữa ứng suất trượt và tốc độ trượt là hàm tuyến tính: VD: nước, trà, cà phê, bia, rượu vang, các loại đồ uống và nước ép trái cây, mật ong Sữa: là nhũ tương có chứa các các giọt bơ nhỏ có đường kính 0,0015 – 0,001mm, chứa 87% nước, 4% chất béo, 5% đường, 3% protein – là chất lỏng Newton Độ nhớt của sữa tăng theo hàm lượng chất béo, nhưng lại giảm khi nhiệt độ tăng Dầu cũng là chất lỏng Newton. Cấu trúc phân tử của nó có mạch dài, chiều dài mạch cácbon của các acid béo càng lớn thì độ nhớt càng lớn. Độ nhớt của dầu tăng cùng với mức độ bão hòa của liên kết cácbon nối đôi. • Bài tập Một tấm gỗ phẳng được phủ một lớp chất bao phủ có chiều dày là 1,4 mm, tấm gỗ hình vuông có chiều dài x chiều rộng là : 20 cm x 10 cm, dùng một lực 6 N tác động vào bề mặt song song với tấm gỗ. tính vận tốc chuyển động của bề mặt tấm gỗ ? biết rằng độ nhớt của chất bao phủ là 100 cP. Đáp số : v = 4,2 m/s Tốc độ trượt u : vận tốc dài (m/s) Và . 21 . )( γ σµ == yf 10 Chất lỏng phi Newton 0≠ ∂ ∂ • γ µ Độc lập với thời gian – Time – independent fluid • Pseudoplastic (shear thinning): Khi tốc độ trượt càng tăng, độ dốc của đường cong càng giảm, độ nhớt giảm – càng khuấy càng loãng : VD: các sản phẩm như : puré chuối, sốt táo đường, nước cam ép cô đặc, kem, máu, các loại sơn và sơn móng tay. • Dilatant (shear thickening): Khi tốc độ trượt càng tăng, độ dốc của đường cong càng tăng, độ nhớt tăng – càng khuấy càng đặc, trương nở Ví dụ : mật ong (một số loại riêng biệt), tinh bột ngô sống chiếm 40% 11 • Chất lỏng dạng Bingham: Nếu ứng suất tác dụng nhỏ hơn ứng suất ngưỡng (σ0) chất lỏng chưa chảy. Khi ứng suất tác dụng lớn hơn ứng suất ngưỡng (σ0) chất lỏng chảy và có động thái chảy giống chất lỏng Newton VD: kem đánh răng, sốt cà chua • Pseudoplastic fluids with yield stress: Khi ứng suất trượt vượt qua giá trị ngưỡng thì chất lỏng chảy và có động thái chảy giống với Pseudoplastic ví dụ : thịt nghiền Mô hình Herschel - Bulkley σ: shear stress (ứng suất trượt) (Pa) K: consistency index (chỉ số độ nhớt) γ: shear rate (tốc độ trượt) (1/s) σ0: ứng suất ngưỡng (là ứng suất nhỏ nhất để dòng bắt đầu chảy) n: index of flow behavior (chỉ số về động thái chảy), khi n thay đổi thì dáng điệu của đường cong thay đổi 0σγσ +∗= • nk Mô tả động thái chảy của các dạng chất lỏng Non-newton thông qua mô hình Herschel - Bulkley σo 12 Với chất lỏng phi newton độc lập với thời gian, các dạng của động thái chảy luôn ổn định hay độc lập với thời gian Dựa vào mô hình Herschel – Bulkley ta thấy: - Chất lỏng newton, pseudoplastic (chất giả dẻo ), chất dilatant (trương, nở) không có ứng suất ngưỡng ⇒ khi có lực tác dụng nó chảy ngay - Những chất lỏng có độ nhớt phụ thuộc vào tốc độ trượt chứng tỏ nó tồn tại một cấu trúc bên trong hệ thống • Khi ta tác dụng ứng suất làm cho nó chảy thì trong quá trình chuyển động có sự bẻ gãy và phân bố lại cấu trúc Pseudoplastic (chất giả dẻo) có đặc điểm 1. Hợp chất có khối lượng phân tử lớn hay hạt dài 2. Giữa các phân tử có tương tác mạnh với nhau tạo nên sự kết hợp bằng các liên kết thứ cấp 3. Trong phân tử có một trục dài và phân tử không đối xứng do đó nó định hướng theo dòng chảy làm cho độ nhớt giảm 4. Hình dạng và kích thước của hạt không đồng nhất cho phép chúng chồng chất lên nhau. 5. Các phân tử của nó mềm dẻo, có thể làm thay đổi hình dạng của chúng, dãn ra hoặc thu lại tùy theo lực kéo Hydroxyethyl-cellulose 13 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt • Ảnh hưởng của nhiệt độ - Nhiệt độ càng tăng thì độ nhớt của chất lỏng newton càng giảm Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt • Ảnh hưởng của áp suất - Áp suất càng tăng thì độ nhớt của chất lỏng newton càng tăng • ảnh hưởng của nồng độ : tỷ lệ • ảnh hưởng của khối lượng phân tử : tỷ lệ 14 Chưa khuấy khuấy Chưa khuấy khuấy 15 Bài tập Khi đo độ nhớt của chất lỏng có phương trình như sau : σ = 5000.γ1,25 ; (Pa) • đây là chất lỏng nào, giải thích ? • tính độ nhớt thực của chất lỏng tại thời điểm đo được vận tốc chảy trong ống là 0,012 m/s trong ống có đường kính 2 mm. 16 Kiểm tra độ nhớt của thực phẩm bằng nhớt kế -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. 3.3. Kiểm tra độ nhớt của thực phẩm bằng nhớt kế -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 gian 3.3. Kiểm tra độ nhớt của thực phẩm bằng nhớt kế -Từ thời gian chảy từ điểm 1 đến 2, tính toán ra các giá trị về độ nhớt và các thông số vật lý khác như khối lượng phân tử của chất đo. 1 2 17 3.3. Kiểm tra độ nhớt của thực phẩm bằng nhớt kế 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 ra từ áp suất thủy tĩnh). -Lực đó được tính F = P.A trong đó P : áp suất (N/m²) F : lực tác dụng làm cho chất lỏng chảy (N) A : diện tích bề mặt (tròn), Mà A = piR², m². F 3.3. Kiểm tra độ nhớt của thực phẩm bằng nhớt kế -Khi chất lỏng chảy sinh ra một ứng suất trượt xung quanh ống mao quản và thay đổi dọc theo đường ống mao quản Lực đó tình bằng : σ. 2piR. L Như vậy áp suất sinh ra ứng suất, ta có cân bằng do đó LRRP .2.. 2 piσpiδ = L RP 2 .δ σ = 3.3. Kiểm tra độ nhớt của thực phẩm bằng nhớt kế Theo định nghĩa về độ nhớt thì Mà Q = v.piR², nên ta có Kết hợp với Ta có : R v = .γ 3 . R Q pi γ = L RP 2 .δ σ = LQ RP R Q L RP 2. . ³ 2 . 4piδ pi δ µ == 18 3.3. Kiểm tra độ nhớt của thực phẩm bằng nhớt kế Mà Q = V/t; trong đó V :thể tích của dịch lỏng (ml) và t là thời gian chảy của chất lỏng qua ống mao quản (s). - Sự mất mát áp suất thủy tĩnh do cột chất lỏng giảm là δP = ρ.g.h Ta có : Suy ra : t LV Rgh . 2. . 4piρµ = t LV Rgh . 2. . 4pi ρ µ = 3.3. Kiểm tra độ nhớt của thực phẩm bằng nhớt kế Đặt η = µ/ρ : độ nhớt động học Và Đặt Do đó η = k .t Khi đó muốn xác định độ nhớt động học thì chỉ cần xác định thời gian chảy của chất lỏng Newton, vì k = const với các thông số đã cho. t LV Rgh . 2. . 4piη = LV Rghk 2. . 4pi = Bài tập Một nhớt kế dạng ống có công thức tính độ nhớt theo công thức sau µ = (pi.R4g/8V).ρ.t (V : thể tích của chất lỏng, R : bán 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 đo được độ nhớt của dịch đường 20 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 rằng chất tan có bản chất là Cacbonhydrate có nồng độ 0,5%. 2. thể tích của bầu chứa là 10 ml a. tính lưu lượng của chất lỏng (Q) b. tính bán kính R của ống mao (g = 9,81 m/s²) c. tính vận tốc v của chất lỏng (m/s) d. tính Re của quá trình chảy 19 3.3. Kiểm tra độ nhớt của thực phẩm bằng nhớt kế - 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. 3.3. Kiểm tra độ nhớt của thực phẩm bằng nhớt kế Momen được tính (M = F.d) M = 2pir h r σ = 2 pi 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 Máy đo độ nhớt tầm thấp từ 15cp đến 20 000 P • Cách hoạt động 1. Kiểm tra cần bằng máy : nút trên đỉnh có bọt bóng nằm đúng ở vị trí tâm. 2. Chuyển sang chế độ speed hoặc spindre, bằng cách gạt cần gạt trên bảng điều khiển. 3. Khi chọn tốc độ thì đặt ở Speed, xoay nút chỉnh tốc độ, khi đó sô tốc độ từ 0-100 sẽ hiện trên màn hình. Các loại cánh khuấy S61, S62, S63 và S64 có thể tích giảm dần. Chọn tốc độ và mã hiệu cánh khuấy. ứng với mỗi tốc độ và cánh khuấy khác nhau thì có một giới hạn đo khác nhau, bạn bấm vào nút Autorange máy sẽ hiện ra giới hạn thang đo. 4. Sau đó gạt cần về giữa để chạy máy. 20 Máy đo độ nhớt tầm thấp từ 15cp đến 20 000 P 5. Dùng cốc chứa dịch cần đo đã hiệu chỉnh về nhiệt độ cố định cho vào khung của cánh khuấy sao cho nước ngập đến vạch của cánh khuấy. 6. Lắp cánh khuấy: ren vặn ngược, một tay giữ cánh khuấy, một tay giữ trục, đẩy trục lên trên để chống quay trục, xoay ngược chiều kim đồng hồ để cánh khuấy đi vào trục quay. Lưu ý khi đưa cánh khuấy vào cốc thì cho bề mặt cánh khuấy tiếp xúc với chất lỏng ít nhất bằng cách nghiêng cánh khuấy, nhúng chìm vào chất lỏng, hạn chế việc tạo bọt bám trên thành cánh khuấy 7. Bấm Motor on để chạy máy 8. Ghi nhận kết quả khi giá trị độ nhớt không đổi (cP). 9. Kết quả = giá trị đo ± sai số (1%giá trị + 1% giới hạn thang đo) PHÂN TÍCH CẤU TRÚC THỰC PHẨM Tầm quan trọng (tại sao chúng ta phải phân tích cấu trúc thực phẩm?) • Hương vị, cấu trúc, hình thức bên ngoài của sản phẩm là ba yếu tố chính quyết định sản phẩm có được chấp nhận trên thị trường hay không. • Cấu trúc thực phẩm là một tính chất hiển nhiên được khách hàng đòi hỏi phải được xác định • Cấu trúc ảnh hưởng đến sự cảm nhận mùi vị cũng như đến hình thức bên ngoài của sản phẩm • Là một thuộc tính quan trọng, tuy nhiên, nó mới được nhìn nhận một cách nghiêm túc trong thời gian gần đây. 21 ÁP DỤNG • Nó là một phần không thể thiếu của kiểm soát chất lượng (Quality Control) • Kiểm tra chất lượng để thiết lập một quy trình tiềm năng • Dự đoán tính lưu biến của sản phẩm (quy trình phát triển) • Dùng để thiết lập các tiêu chuẩn chất lượng • Phù hợp với nhu cầu chất lượng của khách hàng • Phát triển sản phẩm mới • Sự tương quan với cảm quan FACTORY RESEARCH CORRELATION CẤU TRÚC THỰC PHẨM • “All the mechanical, geometrical and surface attributes of a product perceptible by means of mechanical, tactile and, where appropriate, visual and auditory receptors.” • Tất cả những thuộc tính cơ học, hình học và bề mặt của sản phẩm có thể được nhận biết, đánh giá bằng các cơ quan cảm nhận cơ học, xúc giác, thị giác hay thính giác » (ISO 5492: 1992, từ vựng trong đánh giá cảm quan) Độ cứng (hardness): thuộc tính cơ học của cấu trúc liên quan tới cường độ lực cần để làm cho sản phẩm biến dạng hoặc để có thể đâm xuyên qua sản phẩm. Trong miệng, chúng được cảm nhận bằng việc nén sản phẩm giữa hai hàm răng (chất rắn) hoặc giữa lưỡi và vòm miệng (chất bán rắn) • Mềm (soft) : cường độ lực thấp, vd cream cheese • Chắc (firm) : cường độ lực vừa phải, vd olive • Cứng (hard) : cường độ lực cao, vd kẹo (ISO 5492 : 1992) 22 Độ cố kết (cohesiveness): thuộc tính cơ học của cấu trúc liên quan tới mức độ biến dạng mà sản phẩm có thể chịu được trước khi gãy vỡ (ISO 5492 : 1992) Độ giòn (fracturability): thuộc tính cơ học của cấu trúc liên quan tới lực cố kết và lực cần để làm vỡ một sản phẩm thành những mảnh nhỏ. Chúng được đánh giá bằng cách nén đột ngột sản phẩm bằng răng cửa hoặc bằng các ngón tay • Dễ vỡ vụn (crumbly): mức độ lực thấp, vd bánh nướng xốp • Giòn (crunchy): mức độ lực vừa phải, vd táo, cà rốt • Giòn (brittle): mức độ lực cao, vd đậu phộng rang • Giòn (crispy): mức độ lực cao, vd khoai tây chiên • Cứng giòn (crusty): mức độ lực cao, vd vỏ bánh mì Pháp (ISO 5492 : 1992) Gumminess: thuộc tính cơ học của cấu trúc liên quan tới lực cố kết của một sản phẩm mềm bở (tender). Trong miệng, chúng liên quan đến lực cần để nghiền nát sản phẩm thành dạng sẵn sàng cho việc nuốt • xốp giòn (short) : cường độ thấp, vd bánh quy xốp • Bột (mealy, powdery) : cường độ vừa phải, vd khoai tây, đậu Hà Lan khô luộc • Sệt, nhão (pasty) : cường độ vừa phải, vd bột nhào của hạt dẻ nghiền • Dính (gummy) : cường độ cao, vd gelatin thực phẩm (ISO 5492 : 1992) 23 Độ dai (Chewiness): thuộc tính cơ học của cấu trúc liên quan tới lực cố kết, độ cứng hoặc số lần nhai cần thiết để một sản phẩm rắn trở thành dạng sẵn sàng cho việc nuốt • Mềm, bở (tender) : cường độ thấp, vd hạt đậu non • Chewy : cường độ vừa phải, vd fruit gums • Dai (tough) : cường độ cao, vd thịt bò già, da heo (ISO 5492 : 1992) Phương pháp phân tích cấu trúc thực phẩm - Phương pháp phân tích cảm quan : các cơ quan cảm giác của con người để tìm hiểu, mô tả và định lượng các tính chất cảm giác của một sản phẩm thực phẩm như màu sắc, hình thái, mùi, vị và cấu trúc. Người phân tích phải tập luyện và thống nhất các thuật ngữ cảm quan. - Phương pháp phân tích bằng thiết bị : - Phương pháp cơ bản (fundamental methods): - Phương pháp thực nghiệm (empirical methods) - Phương pháp mô phỏng (imitative methods): Ví dụ một test đơn giản Hãy tưởng tượng rằng ngón tay của bạn là một đầu đo gắn với bạn, một loại máy phân tích cấu trúc. Não của bạn đóng vai trò như một phần mềm tính toán các thông tin từ ngón tay và cơ thể của bạn. Đầu tiên ngón tay của bạn di chuyển đến bề mặt của mẫu Phân tích cấu trúc có liên quan đến việc đo các đặc điểm cơ học của mẫu khi mẫu chịu những tác động đã được kiểm soát 24 Ví dụ Một loại máy phân tích cấu trúc ghi lại sự chống lại lực của sản phẩm LFRA TEXTURE ANALYSER 345 Một ngón tay của bạn (đầu đo) chạm vào bề mặt của mẫu, cơ thể của bạn (bộ phận phân tích cấu trúc) bắt đầu nhận được thông tin liên quan tới các đặc điểm cấu trúc của mẫu Ví dụ Khi ngón tay của bạn (đầu đo) ấn xuống mẫu mạnh hơn, nó sẽ đi xuyên qua sản phẩm, và cơ thể của bạn (bộ phận phân tích cấu trúc) sẽ chuyển thông tin chung tới não (phần mềm xử lý) để thực hiện việc đánh giá đặc tính tính chất của mẫu Ví dụ LFRA TEXTURE ANALYSER 345 COMPRESS COMPUTE INTERPRET Bạn di chuyển ngón tay của mình (đầu đo) trở lại vị trí ban đầu và đánh giá thông tin trong não của bạn với chỉ một thông tin đầy dủ đã được chọn 25 Cấu tạo của thiết bị Biểu đồ: nguyên tắc đo lực nén Ba phương pháp đo cấu trúc (ngoài phương pháp đánh giá cảm quan ra) • fundamental : – Sử dụng những định nghĩa – Ít bị ảnh hưởng bởi dụng cụ – Dễ dàng so sánh kết quả giữa những sản phẩm có nguồn gốc khác nhau – Vd : đo các tính chất như độ nhớt, độ cứng, tính dễ gãy của sản phẩm • Empirical – Dùng để đo những thông số không thể biểu diễn được bởi định lượng lưu biến cơ bản. – Những kỹ thuật này dựa trên ba nguyên tắc cơ bản của sự biến dạng : sự uốn, cắt và nén. – Cho kết quả nhanh và dễ sử dụng. Thường được sử dụng nhất trong công nghiệp – Chỉ có thể dùng được ở một vài điều kiện nhất định 26 Phương pháp xác định Biến số: dạng đầu đo Lực đi xuống 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 t Vết nứt đầu tiên DOWN STROKE UP STROKE Độ cứng Diện tích đầu đo bằng hoặc lớn hơn diện tích của mẫu Lực đi xuống Đâm thủng và xuyên qua: Đầu đo đi xuống đến khi tiếp xúc với bề mặt,khi xuyên qua vật, nó tạo ra cả lực nén và lực cắt Kiểm tra khối GELATIN Lực âm = độ nhớt (Tackiness) của mẫu gelatin F t 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 Biến số: dạng đầu đo 27 Lực đi xuống 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) Biến số : loại đầu đo Độ đặc Độ cứng Đặc tính dính kết Đo phomai mềm F t Lực đi xuống 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. Biến số: Loại đầu dò Đo phomai Cheddar Độ cứng Đặc tính dính kết F t Lực đi xuống 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 thúc. Biến số : loại đầu đo F t Kiểm tra bề mặt pho mai Brie Độ cứngAPPARENT MODULUS Diện tích thể hiện lực tác động, thể hiện độ đặc 28 Biến số: TEST ACCESSORIES Lực đi xuống 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
Thịt và sản phẩm từ thịt
Cá
Thực vật
Phomai
Mỹ phẩm Lực đi xuống 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 t Vết gãy đầu tiên Ở các vết gãy tiếp theo, lực giảm dần. Diện tích thể hiện độ đặc của sản phẩm Cắt xúc xích bằng thanh Warner-Bratzler VARIABLE: TEST ACCESSORIES Lực đi xuống 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
Ngũ cốc
Thịt
Trái cây và rau quả
Bánh kẹo VARIABLE: TEST phụ Lực cắt của mẫu cà rốt Diện tích thể hiện độ đặc của sản phẩm Độ cứngĐiểm Bio-Yield 29 Lực đi xuống 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 •Nhiều 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
Ngũ cốc cho bữa sáng
Bột nhão
Gạo, đậu đã chế biến
Thịt VARIABLE: TEST ACCESSORIES Lực đi xuống BACK EXTRUSION : Kiểu Ép – Đùn hoạt động bằng cách tác dụng một lực lên thực 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. • Lực tham gia cực kỳ phức tạp • Lực tối đa phụ thuộc vào lực nén và thời gian nén. X Y VARIABLE: TEST ACCESSORIES BACK EXTRUSION: Test này đặc biệt thích hợp với sản phẩm sệt, nhớt như :
Gel mềm và sữa chua
Trái cây và rau củ nghiền
Mỹ phẩm
Nước sốt và patê
Dầu mỡ Diện tích âm của đồ thị gây ra bởi khối lượng của mẫu trên đầu đo và bởi đặc tính dính kết (adhesive). VARIABLE: TEST ACCESSORIES F Modulus (Gradient) t Độ cứng Độ đặc Lực dính kết Light Mayonnaise Standard Mayonnaise 30 Lực đi xuống 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 chứa. •Được sử dụng cho rất nhiều loại mẫu: - Gel và sản phẩm bán rắn - Bột nhão - Trái cây và rau củ nghiền - Kem và sản phẩm chăm sóc tóc VARIABLE: TEST ACCESSORIES Lực đi xuống Uốn ba điểm: Test này đo đặc điểm gãy và cong của nhiều dạng vật chất khác nhau như:
Biscuits
Kẹo
Chất dẻo
Mỹ phẩm
Thực vật
Polyme VARIABLE: TEST ACCESSORIES Chân đỡ có thể điều chỉnh Mẫu Đầu đo F t Đặc tính của son môi Độ dốc ban đầu Độ cứng Lực giảm ngay khi vật bị gãy 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. • Hướng đến cả hai đặc tính âm và dương • Biểu 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 :
Keo hồ
Bánh kẹo
Kẹo gôm, bột nhão và gel
Gạo và mì sợi 31 VARIABLE: TEST DIRECTION F t 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 • Imitative – Dụng cụ mô phỏng các dạng tác động của khách hàng lên thực phẩm ví dụ : bắt chước hoạt động của răng. – Trong một vài trường hợp, các kết quả đo nhận được từ dụng cụ phân tích có thể liên hệ với các giá trị cảm quan, người ta gọi đó là spychorhéologie VARIABLE: TEST CONFIGURATION Lực tác động lên xuống nhiều lần  TEXTURE PROFILE ANALYSIS (TPAkỹ thuật sử dụng đường cong của lực, đường cong của sự biến dạng để phân loại các đặc tính cấu trúc then chốt của mẫu, là cầu nối với cảm quan.  Chỉ dùng lực nén, 2 lần nén trên cùng một diện tích.  Việc lặp lại thao tác nhiều lần giúp ta có thể tính toán được các đặc tính cấu trúc  Đa chức năng, có nhiều ứng dụng trong công nghiệp 32 Các thông số về cấu trúc (tạm dịch) - Độ giòn (Fracturability, N ) - Độ cứng (Hardness, N) - Đô cố kết (Cohesivement) - Độ đàn hồi (Springiness, m) - Độ dính bề mặt (Adhesivement, J) - Độ dẻo (Gumminess,N) - Độ dai (lực nhai) (Chewiness, J) • Hardness : Độ cứng (N): Là lực nén lớn nhất • p1 • Fracturability : Độ giòn (N): Là lực bắt đầu làm nứt gãy thực phẩm. • Phim 1 • Phim 2 33 • Cohesivement : Độ cố kết của thực phẩm: Là tỉ số giữa công nén lần 2/lần 1 = area2/area1. • P1 • P2 • Adhesivement : độ dính bề mặt của thực phẩm: Là công cần thiết kéo đầu dò ra khỏi thực phẩm = area 3. • P1 • Độ phục hồi (resilience) của thực phẩm: là khả năng phục hồi trở lại vị trí ban đầu. Là tỉ số area 5/area4 34 • Springiness của thực phẩm: Là tỉ số khoảng cách nén lần 2/khoảng cách nén lần 1 (distance 2/distance1) • P1 TEXTURE PROFILE ANALYSIS • Hardness • Adhesiveness • Cohesiveness • Compressibility • Elasticity • Resilience • Fracturability • Gumminess • Chewiness Gumminess: The energy required to disintegrate a semisolid food so that it is ready for swallowing Gumminess = Hardness x cohesiveness Chewiness : The energy required to chew a solid food until it is ready for swallowing. Chewiness = hardness x cohesiveness x springenes Gumminess : độ dẻo (N) Chewiness : lực nhai (N.mm) ; N.mm = mmJ, J 35 Cho quá trình nén TPA như sau : công nén vùng A = 8 j, vùng B = 4j, vùng C = 7 J và vùng D = 0,003 J. Tính độ cứng, độ cố kết, độ dính bề mặt, springiness (độ đàn hồi), độ dẻo (Gum), độ dai (Chewiness) của SP 2 5 7 9 12 14 15 F(N) 8 6 S, mm A B C D 12/30/2015 1 CHƯƠNG 5: HOẠT ĐỘ NƯỚC Food Characteristics Chemical Sensory Biological & Microbiological Physical Food Characteristics Physical Shape Color Texture Size Freshness Defects Appearance Total solids, etc Surface condition 12/30/2015 2 Food Characteristics Chemical Nutritional value Moisture content Functional value pH Food additives Chem contaminants Etc Food Characteristics Biological & Microbiological Total bacteria Total coliform bacteria Total mold Free from pathogenic mos Etc Food Characteristics Sensory Flavor Aroma Taste Texture Etc 12/30/2015 3 Activity of Water = Water Potential Độ ẩm của thực phẩm 1. Wet basic (wb) 2. Dry basic (db) water Dry matter 20 g 80 g wb = 20% db = 25% 12/30/2015 4 Khái niệm →Nước trong thực phẩm tạo nên một áp suất hơi • Độ lớn của áp suất hơi tuỳ thuộc vào: - lượng nước hiện diện, - nhiệt độ và nồng độ chất tan (muối, đường) trong nước. • Trong thực phẩm, aw là tỷ số giữa áp suất hơi riêng phần của nước cân bằng trong thực phẩm với áp suất hơi nước riêng phần bão hòa của hơi nước trong không khí ở cùng một nhiệt độ • Hoạt độ nước, aw xác định như sau: aw = pw /pws (0 ÷ 1) Khái niệm
Tỷ số của áp suất riêng phần của nước với áp suất hơi nước ở cùng nhiệt độ. Nó được thể hiện bằng phần trăm Với: Xw - phần mole của hơi nước Xws - phần mole của hơi nước bão hòa
Độ ẩm tương đối của không khí ở trạng thái cân bằng với TP: aw = % ERH / 100 ERH = pwpws x 100 % = xw xws x 100 % aw = 0 (khô) và aw= 1.00 (nước tinh khiết). * Thể hiện ở dạng thập phân của độ ẩm tương đối cân bằng (ERH) của vật chất * Nghĩa là, một mẫu có độ họat động là 0,91 thì tương ứng với (ERH) đọc được là 91% Ví dụ: 12/30/2015 5 Overview • Physical part – Effect of temperature – Effect of pressure • Chemical part – Effects of solutes – Effects of hydrophilic solids • Combining to get water potential – Potential to do “work” (push, move) Absolute Zero air water NO MOVEMENT Cold Temperature air water SLOW MOVEMENT 12/30/2015 6 Medium Temperature air water MEDIUM MOVEMENT Hot Temperature air water FAST MOVEMENT Effect of Pressure • Low pressure • Medium pressure • High pressure PPP 12/30/2015 7 Low Pressure air water SLOW MOVEMENT P Medium Temperature air water MEDIUM MOVEMENT P High Pressure air water FAST MOVEMENT P 12/30/2015 8 To increase or decrease activity • Increase or decrease pressure • Temperature also counts, but minor effect over short distances Chemical activity of molecules • Based on chemical environment – Determines what a molecule interacts with – Determines the effect of the interactions 12/30/2015 9 Physical and chemical effects • Molecules have physical activity • Also chemical activity – Interact with other chemicals – Each molecule behaves in its own way • Water acts like water • Ca acts like Ca – What affects the chemical activity? – How much? 12/30/2015 10 H2Ol H2Ol H2Ol H2Ol H2Og H2Ol H2Ol H2Og H2Og + + + + _ _ _ Add solutes air water H2Ol H2Ol H2Ol H2Ol H2Og solute H2Og H2Og solute solute solute 12/30/2015 11 To decrease water activity • Decrease (temperature or) pressure • AndTie the water up chemically – Add solutes – Water partly busy with solutes – Not fully free to act like water – Lower chemical activity Change Water Activity • Increase – ↑ temperature – ↑ pressure • Decrease – ↓ temperature – ↓ pressure – add solutes • More solutes = more effect • But we are still focusing on water activity, not solute activity Two solutions/One container 12/30/2015 12 The typical water activity of some foodstuffs Type of product Water Activity (aw) Fresh meat and fish .99 Bread .95 Aged cheddar .85 Jams and jellies .8 Plum pudding .8 Dried fruit .6 Cookies .3 Milk powder .2 Instant coffee .2 Undissolved solute Bảng 1.3. Các chất chuẩn dùng xác định aw 12/30/2015 13 Bảng. Hoạt độ nước của dd H2SO4 ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau Bảng . Các giá trị hoạt độ nước của dd Glycerol ở nhiệt độ 200C 12/30/2015 14 Xác định đường đẳng nhiệt hấp thu * Để mẫu vật trong buồng kín hay bình hút ẩm (a closed champer) (tạo độ ẩm tương đối khác nhau) để có hiện tượng hấp thu hay bay hơi nước. Dưới đáy bình có chất hút ẩm chuẩn (humidity standard). * Sau thời gian khi hoạt độ nước của mẫu và áp suất trong bình cân bằng (mẫu không thu hay hút ẩm, cân nhiều lần đến khi khối lượng không đổi) ta tiến hành xác định hàm lượng ẩm (db). Moisture Sorption Isotherm aw M o is tu re c o n te n t (d .w .b .) Moisture Sorption Isotherm aw M o is tu re c o n te n t (d .w .b .) 12/30/2015 15 Temperature Dependency aw M o is tu re c o n te n t (d .w .b .) cold hot M o is tu re c o n te n t (d .w .b .) Sorption and Desorption desorption sorption Moisture Sorption Isotherms • Highly product specific (physical and chemical structure) • Highly temperature dependant • Show sorption/desorption hysteresis • Affect both physical/chemical reactivity of the food and the dynamics of water transport 12/30/2015 16 Moisture Sorption Isotherm aw M o is tu re c o n te n t (d .w .b .) Zone 3 Zone 2 Zo n e 1 Zone 3: Bulk water Zone 2: Loosely bound water Zone 1: Tightly bound water. Reaction Rates and Water Activity aw M o is tu re c o n te n t (d .w .b .) lo g (R A TE ) Microbial growth 12/30/2015 17 Texture Changes M o is tu re c o n te n t (d .w .b .) Soft Crispy/crunchy 0.2-0.5 Powder Changes M o is tu re c o n te n t (d .w .b .) Agglomerated Free flowing ~0.4 Dynamics of Moisture Exchange 12/30/2015 18 aw M o is tu re c o n te n t (d .w .b .) Moisture Sorption Isotherm aw M o is tu re c o n te n t (d .w .b .) Moisture Sorption Isotherm Multicomponent Foods • Cheese and crackers • Baked products and filling • Cereal and fruit • Yogurt and cereal • Ice cream and cone 12/30/2015 19 Phương trình BET Với Tính được giá trị của hằng số BET (C) và lượng nước đơn phân xW,a Suy ra: Và lượng nước đơn phân (xW,a) là: W aWaWW W W a Cx C Cxa a x . . 1 . 1 1 . 1 ,, − += − (1.3) Cx C a aW . 1 , − = Cx b aW . 1 , =, 11 +=−= b aChayC b a ba b ab x aW + = + = 1 )1.( 1 , (1.4) W W W a a x −1 . 1 aW Bảo quản bằng phương pháp vật lý và hoạt độ nước aw * Cung cấp một cơ chế bảo quản mà không có việc bổ sung các chất bảo quản kháng vi sinh vật * Được công nhận như một phương tiện để giải thích các phương pháp bảo quản khác nhau mà nhà sản xuất đã sử dụng trong công nghiệp thực phẩm - Evaporation (cô đặc) - Drying (sấy) - Freezing (lạnh đông) - Syruping (ướp đường) - Salting (ướp muối) - Brining (ngâm trong nước muối) Ảnh hưởng của chất tan đối với sự thay đổi aw Theo Raoult´s Law: aw bằng tỷ lệ phần mol của nước trong dd - Với chất tan không điện ly: - Với chất tan điện ly: Xw: tỷ lệ khối lượng; M: Khối lượng phân tử w: nước s: chất rắn ψ: mức độ ion hóa= số ion chất tan W S S WW W W W W XM MX X a .     + = (1.5) W S S WW W W W W XM MX X a ..      + = ψ (1.6) 12/30/2015 20 VD 4 Dung dịch NaCl, sucrose hoặc các dung dịch gồm NaCl- sucrose thường được sử dụng khử nước của khoai tây. (a) Tính hoạt độ nước trong dung dịch sucrose 20%. (b) Tính hoạt độ nước trong dung dịch NaCl 20% (c) Tính hoạt độ nước trong dung dịch có chứa 10%NaCl và sucrose 10%. (d) Theo bạn loại dung dịch nào sẽ có hiệu quả cao khi dùng khử nước của khoai tây có hoạt độ nước =0,942? Cho M(NaCl)=58,44 kg/kg.mol; M(sucrose C12H22O11)=342 kg/kg.mol Macaroni into 2-cup microwavable cereal bowl. Add 2/3 cup water. Macaroni and water, uncovered, on HIGH 3-1/2 to 4 minutes or until Macaroni is tender. DO NOT DRAIN. Some water remaining in bowl is desirable and necessary to make cheese sauce. CAUTION: Bowl will be Very Hot. Cheese Sauce Mix; mix well. If cheese sauce appears thin, do not put back in microwave. Cheese sauce will thicken upon standing. Raisin Bran Did you know results from a recent in-home taste test with raisin bran users - like you - showed that our flakes are crispier than Kellogg's® Raisin Bran's and stay crispier longer in milk? Whole wheat, raisins, wheat bran, sugar, high fructose corn syrup, salt, malt flavoring, niacinamide, reduced iron, zinc oxide, pyridoxine hydrochloride (vitamin B6), riboflavin (vitamin B2), thiamin hydrochloride (vitamin B1), vitamin A palmitate, folic acid, vitamin B12 and vitamin D. Shelf Life 12 Months Kellogg's® 12/30/2015 21 Humectants • e.g.: sucrose, propylene glycol, glycerol • Be careful of: – Solubility, MW – Flavor – Crystallization on storage – Chemical reactivity – Toxicity Điều chỉnh họat độ nước ? Các chất có tác dụng làm giảm hoạt độ nước bao gồm – Rượu đa chức (propylene glycol) – Rượu đơn chức – Đường (sorbitol, syrup bắp) – Muối calci và natri – Glyxerin – Gums (xanthan) – Các chế phẩm protein → Một phần nước trong TP liên kết mạnh với các chất trên tại các vị trí đặc trưng VD 5 Một mẫu bánh sandwich cùng với miếng Cheese nặng 60g và miếng Bread (bánh mì)nặng 110g, tất cả được đặt trong một hộp kín. Độ ẩm ban đầu (%wb) của Cheese va Bread lần lượt là 47 và 42. (a) Tính độ ẩm cân bằng của miếng sandwich. (b) Cho hàm lượng ẩm của Cheese và Bread tại các giá trị hoạt độ nước khác nhau như bảng sau. Hãy vẽ đường đẳng nhiệt hấp thu của Sandwich, Cheese và Bread Water activity Moiture Content (%wb) Cheese Bread 0,331 10 3,29 0,432 11 4,63 0,544 13 6,71 0,699 18 10,93 0,755 23 12,9 0,813 27 15,18 0,851 30 16,79 0,964 40 20,94 0,976 49 24,17