Tài liệu Vật lý thực phẩm

Trường Đại học Nha Trang Khoa Công nghệ thực phẩm Vật lý thực phẩm Physical properties of food Chương trình đào tạo Kỹ sư Công nghệ thực phẩm Năm học 2015 GV: TS. Tạ Thị Minh Ngọc Bộ môn: Công nghệ Sau thu hoạch Khoa Công nghệ thực phẩm Thông tin về học phần • Học phần cung cấp cho người học kiến thức về đặc trưng vật lý của thực phẩm, nh chất điện từ, các nh chất lưu biến cơ bản, hệ nhiều pha, phương pháp đo các thông số cơ bản của thực phẩm; nhằm giúp người học vận dụng kiến thức của học phần trong chế biến và đánh giá chất lượng thực phẩm Nội dung giảng dạy • Lý thuyết (02 tc) – Chủ đề 1: Một số đặc trưng hình học và vật lý của thực phẩm – Chủ đề 2: Tính chất lưu biến của thực phẩm – Chủ đề 3: Hiện tượng bề mặt và hệ nhiều pha trong thực phẩm – Chủ đề 4: Tính chất nhiệt của thực phẩm – Chủ đề 5: Tính chất điện từ của thực phẩm • Thực hành (01 tc) Tài liệu tham khảo Tên tác giả Tên tài liệu Năm xuất bản Nhà xuất bản Địa chỉ khai thác tài liệu Da-Wen Sun, Series Editor Physical Properties of Foods: Novel Measurement Techniques and Applications 2012 CRC Press Giảng viên cung cấp Ludger O.Figura Food Physics 2007 Woodhead Pubplishing Giảng viên cung Limited, cấp Cambridge England Springer, NewYork Thư viện số ĐHNT Athur A.Teixeira Serpil Sahin and Servet Gülüm Sumnu Physical Properties of Foods 2006 Springer, NewYork Thư viện số ĐHNT Physical properties of foods and food Michael J. Lewis processing systems 2006 Đặng Minh Nhật Lưu biến học thực 2011 phẩm NXB Khoa học và Thư viện số ĐHNT kỹ thuật TP HCM Đánh giá kết quả học tập TT Điểm đánh giá 1 2 3 4 Điểm các lần kiểm tra giữa kỳ Điểm seminar Điểm chuyên cần/thái độ Thi kết thúc học phần Trọng số (%) 20 20 10 50 Mục tiêu môn học Môn học này trang bị cho sinh viên kiến thức cơ bản về: - Phương pháp đo - Cách thể hiện các thông số vật lý của sản phẩm - Ứng dụng các thông số vật lý để kiểm soát các quá trình sản xuất thực phẩm Tại sao phải nghiên cứu tính chất vật lý của thực phẩm? • Nguyên liệu thực phẩm (NLTP) có nguồn gốc sinh học và có tính đặc thù - Hình dạng của NLTP không đều - Các tính chất không có phân phối chuẩn - Cấu tạo dị thể - Thành phần của vật liệu thực phẩm thay đổi theo loài, theo điều kiện của môi trường, theo độ trưởng thành và theo nhiều yếu tố khác - Tính chất của thực phẩm bị biến đổi về mặt hóa học và bị ảnh hưởng bởi độ ẩm, bởi sự hô hấp và các hoạt động của enzim • Tính chất vật lý của thực phẩm có vai trò quyết định trong việc thiết kế thiết bị, bảo quản, quản lý chất lượng cũng như phát triển các sản phẩm thực phẩm. • Hiểu biết chính xác các tính chất vật lý còn là cơ sở thiết yếu cho quá trình mô phỏng và tối ưu hóa trong sản xuất Tại sao phải nghiên cứu tính chất vật lý của thực phẩm? Ứng dụng của các tính chất vật lý: - Xác định và lượng hoá việc mô tả nguyên liệu - Cung cấp dữ liệu cho ngành khoa học thực phẩm - Tiên đoán tính chất của vật liệu mới từ đó đa dạng hóa thực phẩm Chủ đề 1 Một số đặc trưng hình học và vật lý của thực phẩm Đặc trưng hình học và vật lý của thực phẩm • Khi xem xét cấu trúc của nguyên liệu thực phẩm, người ta phân làm 2 mức độ: mức độ vi mô (microscopic level) và mức độ vĩ mô (macroscopic level). Ở mức độ vi mô, cấu trúc của thực phẩm được phản ánh thông qua các thành phần cấu tạo nên thực phẩm đó như nước, tinh bột, protein, lipid, muối. Các cấu trúc này có thể được bảo toàn hoặc bị phá hủy trong quá trình chế biến thực phẩm. Ở mức độ vĩ mô, đặc trưng cho cấu trúc của thực phẩm được thể hiện qua các thông số như mật độ, đỗ rỗng, độ co, kích thước hạt, hình dạng. Những đặc tính này liên quan mật thiết tới khả năng vận chuyển cũng như quá trình chuyển khối, truyền nhiệt của thực phẩm. • Người ta chia nguyên liệu thực phẩm làm hai nhóm: – nguyên liệu rắn là thực phẩm có độ co và độ rỗng tăng khi bị mất nước – nguyên liệu dạng hạt là nguyên liệu có độ rỗng có thể thay đổi ví dụ dưới tác động của lực nén hay lực rung. Khối lượng • Khối lượng là thước đo về lượng (nhiều hay ít) hay mức độ đậm đặc (loãng hay đặc) của vật chất chứa trong vật thể. (Bài giảng chị Hương). Khối lượng được hiểu phổ thông nhất là sức nặng của vật trên mặt đất. (Wikipedia) • Khối lượng của một vật là đại lượng đặc trưng cho quán tính (sức ỳ) của vật đó đối với sự thay đổi vận tốc của nó. • Khối lượng của một vật cũng có thể được hiểu như một đại lượng đặc trưng cho tác động của lực hút trái đất lên vật. Lực tương tác giữa vật thể và trái đất hay trọng lực phụ thuộc vào gia tốc trọng trường tại địa điểm xét, thể hiện qua công thức: G = m . g (2.1) Trong đó G trọng lực (N) m khối lượng (kg) ggia tốc trọng trường (m/s) thường lấy bằng 9.80665 Khối lượng Nghiên cứu về khối lượng nguyên liệu có thể phục vụ: • Tính toán các khối lượng cần thiết của nguyên liệu trong quá trình chế biến, dự trù khối lượng nguyên liệu, định mức kỹ thuật, qui định giá thành. • Đánh giá chất lượng thực phẩm • Phân loại nguyên liệu • Thành phần khối lượng có ý nghĩa to lớn trong việc thu mua, bảo quản, chế biến thực phẩm. • Hiểu biết về khối lượng của nguyên liệu cho phép lựa chọn chủng loại phù hợp với yêu cầu sản phẩm Phương pháp xác định khối lượng – Cân cơ học: Cân lò xo dựa vào độ biến dạng lo xo gây ra bởi trọng lượng của vật cần cân. Khối lượng của vật sẽ được quy đổi theo công thức 2.1. Hoặc cân theo nguyên tắc đòn bẩy (Hình 2.1). – Cân điện tử: Dựa vào nguyên tắc tải trọng của vật lên mặt cân sinh ra sự thay đổi về tính hiệu điện từ, từ đó suy ra khối lượng của vật. Ví dụ: thay đổi ứng suất dẫn tới thay đổi về điện trở của đòn cân (độ chính xác thấp), tải trọng làm thay đổi tần số rung của cuộn dây điện (độ chính xác trung bình), dòng điện sinh ra để tạo ra lực từ trường cân bằng với tải trọng của vật (độ chính xác cao). Phương pháp xác định khối lượng d G r1 r2 F1 F2 Mật độ Khái niệm mật độ Mật độ của một vật là lượng vật chất có trong một đơn vị thể tích của vật đó. Mật độ khối lượng, hay khối lượng riêng của một vật có cấu trúc đồng nhất được xác định bằng tỷ lệ giữa khối lượng và thể tích của nó. Đơn vị của mật độ là kg/m3. Định nghĩa này được dùng chung cho tất cả các dạng tồn tại của vật chất bao gồm dạng rắn, dạng lỏng, dạng khí, dạng phân tán (dạng bọt, dạng bột). Tỷ lệ nghịch của mật độ được gọi là thể tích riêng (specific volume), có đơn vị đo là m3/ kg. ρ = m/V (2.2) v = 1/ ρ = V/m trong đó: m khối lượng của vật thể (kg) V thể tích của vật thể (m3) ρ mật độ khối (kg/m3) v thể tích riêng (m3/kg) Mật độ • • • • • • Mật độ thật Mật độ nguyên liệu Mật độ hạt Mật độ tương đối Mật độ khối Tỷ trọng Một số đặc tính của mật độ • Phụ thuộc vào nhiệt độ – ρ = 3.4849. 10-3 (p/T)(1 – 0.3780. p*/p) –  = (1/V) . (dV/dT) • Phụ thuộc vào áp suất – p . V = m . Rs . T – m / v = p / (Rs . T) –ρ=m/v –  /  = V / V =  . p Ý nghĩa của việc xác định mật độ - Chất lượng của nguyên liệu thực phẩm có có thể được đánh giá bằng cách đo mật độ của chúng. - Mật độ của các loại thực phẩm được yêu cầu trong quá trình tách, chẳng hạn như lắng, ly tâm. - Xác định mật độ của chất lỏng để tính toán bơm - Tính được kích thước bao bì và thiết bị vận chuyển. - Đánh giá chất lượng cảm quan của thực phẩm Các phương pháp xác định mật độ • Mật độ của thực phẩm lỏng (nước sốt cà chua, bột nhão hoặc mật ong) thể được xác định bằng cách sử dụng tỷ trọng kế • Mật độ của các chất rắn có thể được tính từ trọng lượng và thể tích của chúng dựa vào hình thức của mật độ. Độ xốp • Độ xốp là tỷ lệ phần trăm không khí chiếm chỗ trong vật liệu so với một đơn vị thể tích của cả khối vật liệu • Độ xốp là một đặc tính vật lý quan trọng mô tả đặc trưng kết cấu của vật liệu và chất lượng thực phẩm. • Thực phẩm càng xốp hàm lượng nước thấp và càng dễ làm khô. • Độ xốp là cần thiết tính toán quá trình truyền nhiệt như sấy khô, chiên, nướng, sưởi ấm, làm mát. • Độ xốp của thực phẩm cho phép các chất khí, lỏng đi vào trong lòng của nó nhiều hay ít. • Độ xốp càng lớn thì càng dễ dàng cho việc khuếch tán các chất khí, lỏng vào trong thực phẩm. • Độ xốp của thực phẩm càng nhỏ thì gây nhiều cản trở cho quá trình sấy, xử lí nhiệt, ngâm tẩm gia vị. • Lựa chọn bao bì, phương tiện vận chuyển, phương pháp chế biến và bảo quản