Xem mẫu
- V T LÝ TH C PH M
(Food Physics)
CBGD: Dương Văn Trư ng
Vi n Công ngh sinh h c và Th c ph m
i h c Công nghi p TP HCM
N i dung chương trình
• Chương 1: Các thông s v t lý và tính ch t
c a th c ph m
• Chương 2: Các tính ch t lưu bi n c a th c
ph m
• Chương 3: Phương pháp và thi t b thư ng
s d ng ki m tra các thông s v t lý c a
th c ph m
• Chương 4 : K thu t x lý th c ph m không
s d ng nhi t
Tài li u tham kh o
• Bài gi ng VLTP :
https://sites.google.com/site/duongvantruong1510/cong-
nghe-thuc-pham/vat-ly-thuc-pham
• Wilhelm, Luther R., Dwayne A. Suter, and Gerald H.
Brusewitz. 2004. Physical Properties of Food
Materials. Chapter 2 in Food & Process Engineering
Technology, 23-52. St.
• James F. Steffe, 1996, Reological methods in food
process engineering (second edition), Freeman
Press, USA.
• Jasim Ahmed Hosahalli S. Ramaswamy, Stefan Kasapis
Joyce I. Boye, Novel Food Processing (Effects on
Rheological and Functional Properties), CRC Press
• Physical Chemistry of Foods
1
- Chương 1:
Các thông s v t lý và tính ch t c a th c
ph m
Caùc thoâng soá vaät lyù cuûa thöïc phaåm
• Ñoä daøi : L (m)
• Dieän tích : S (m2)
• Theå tích : V (m3)
• Khoái löôïng : m (kg)
• Khoái löôïng rieâng: ρ (kg/m3)
• AÙp suaát : P (N/m2)
• Vaän toác : v (m/s)
Caùc thoâng soá vaät lyù cuûa thöïc phaåm
(tt)
• Ñoä nhôùt : µ (Ns/m2)
• Nhieät löôïng rieâng : i, I (J/kg)
• Nhieät dung rieâng : c (J/kg.ñoä)
• Heä soá daãn nhieät : λ (W/m.ñoä)
• Heä soá truyeàn nhieät : k (W/m2.ñoä)
• Nhieät ñoä : T (ñoä C, ñoä F, ñoä K)
2
- Dimensions
(Thöù nguyeân)
Dimensions are represented as symbols (kyù
hieäu) by:
• length [L],
• mass [M],
• time [t],
• temperature [T]
• force [F].
All engineering quantities can be expressed in terms of these fundamental
dimensions
Dimensions
(Thöù nguyeân)
• Length = [L], area = [L]2 , volume = [L]3.
• Velocity = length travelled per unit time=[L]/[t]
• Acceleration = rate of change of
velocity=[L]/[t]x1/[t]=[L]/[t][t]=[L]/ [t]2
• Pressure = force per unit area=[F]/[L]2
• Density = mass per unit volume=[M]/[L]3
• Energy = force times length=[F] x [L].
• Power = energy per unit time=[F] x [L]/[t]
UNITS AND CONVERSION FACTORS
Ñôn vò vaø heä soá chuyeån ñoåi
• Length 1 inch= 0.0254 m
1 ft= 0.3048 m
• Area 1 ft2 = 0.0929m2
• Volume 1 ft3 = 0.0283 m3
1 liter= 0.001 m3
3
- UNITS AND CONVERSION FACTORS
(cont)
• Mass 1 lb= 0.4536 kg
1 mole = molecular weight in kg
• Density 1 lb/ft3= 16.01 kg m-3
• Velocity 1 ft/sec= 0.3048 m s-1
• Pressure 1 lb/m2= 6894 Pa
1 torr= 1 mm Hg
• 1 atm= 1.013 x 105 Pa = 760 mm Hg
• 1 atm= 9,81 x 104 N/m².
UNITS AND CONVERSION FACTORS
(cont)
1 Newton= 1 kg m s-2
Force
Viscosity
Dynamic ( nh t ng l c h c, nh t tuy t i, nh t)
ộ ộớ ự ọ ộ ớ ốệ ộ ớ
- Pa.s = kg.m-1.s-1 , Pa.s = Ns/m²,
-2 = 0.001 Pa.s = 1 mPa.s
- Poise : 1 cP= 0.001 N.s.m
1P = 100 cP
- Dyne/cm² : 1 dyne = 10-5 N, dyn/cm² = 0,10 N/m²
Cinematic ( nh t ng h c)
ộ ộớ ọ
ơn v : St (stock), cSt, m²/s, mm²/s
ị
1 cSt = 1 mm²/s; 1 St = 1 cm²/s
1 lb/ft sec= 1.49 N s m-2 = 1.49 kg m-1 s-2
Energy 1 Btu= 1055 J
1 cal= 4.186 J
1 kW= 1 kJ s-1
Power
1 horsepower (HP) = 745.7 W = 745.7 J s-1
1 ton refrigeration= 3.519 kW
UNITS AND CONVERSION FACTORS
(cont)
• (M) Mega = 106,
(k) kilo = 103 g
(m) milli = 10-3,
• 1 m = 109 nm = 1010 Å
• (µ) micro = 10-6 m
• Ñoä F = 32 + 9/5.ñoä C
• Ñoä K = 273,15 + ñoä C
4
- T i sao ph i nghiên c u tính ch t v t ly c a th c ph m?
TP có ngu n g c sinh
ồ
ồ ố
ố
ồ
ồ ố
ố
Phân tích
h c : tươi s ng
ọ ố
thi t b
ịế
ho c qua ch bi n
ặ ếế
và hệ
Thay i c a quá th ng
ủổ ố
M c ích
trình ch bi n: ụ
ụ
ụ
ụ thi t b
ếế ịế
i cơ h c,
bi n phù
nhi t, i n, quang, hpợ
ợ
ợ
ợ
âm và i n t
NG D NG C A CÁC TÍNH CH T V T LÝ
(Physical Properties Applications)
• xác nh, lư ng hóa vi c mô
t v t li u th c ph m
• cung c p d li u cho ngành
k thu t th c ph m
• tiên oán tính ch t c a v t
li u m i t ó a d ng hóa
th c ph m
Các c trưng v t lý c a v t li u th c ph m
1. Kh i lư ng riêng (Density)
ρ = m/v, kg/m³.
»Kh i lư ng riêng h t
»Kh i lư ng riêng kh i
Quan h kh i lư ng và th tích??
ng d ng : nh lư ng???
5
- - i v i th c ph m
d ng l ng : hay dùng
ơn v là t tr ng.
T tr ng c a th c ph m
: là t s gi a kh i lư ng
riêng c a ch t l ng so
v i kh i lư ng riêng c a
nư c 4° C.
ng d ng : quá trình r a
th c ph m, phân lo i,
ô x p (Porosity)
• x p : là t l ph n trăm
không khí chi m ch c a kh i
h t so v i m t ơn v th tích
c a c k h i h t.
• x p cho phép các ch t khí,
l ng i vào trong lòng c a nó
nhi u hay ít, x p càng l n thí
càng d dàng cho vi c khu ch
tán các ch t khí ,l ng vào trong
th c ph m. x p c a th c
ph m càng nh thì gây nhi u
c n tr cho quá trình s y, un
nóng,...
Các c trưng v t lý c a v t li u th c ph m
2. Hình d ng, kích thư c
M c ích:
• ánh gia ch t
lư ng???
• Phân lo i
• Quy t nh gia thành
6
- Xác nh kích thư c
Hình h c cơ b n
Dưa h u
u Hà Lan
Xác nh kích thư c (tt)
Hình d ng khác
Qu chu i
C cà r t
Qu lê
Các lo i h t: g o, b p…
H tg o H t tiêu
H tb p
7
- Các lo i con: tôm, cá, cua
M t sô v t li u có hình d ng ph c t p không
xác nh kích thư c ⇒???
K thu t scan 3D : xác nh chính xác kích
thư c và kh i lư ng c a th c ph m
- ph c v cho quá trình phân chia
chính xác nh t.
3. B m t riêng và s c căng b m t
- Bán kính hi u d ng c a phân t
- L c hút phân t làm cho các ch t b hút vào lòng c a nó
làm cho ch t l ng có xu hư ng làm gi m b m t t i thi u
trong i u ki n nh t nh.
• L c tác d ng lên m t ơn v chi u dài c a ranh
gi i phân chia va làm gi m bê m t ch t l ng g i là
s c căng bê m t. ơn v o: N/m; J/m², dyne/cm.
J = N.m (A = F.S)
1dyne = 10-5N
1dyne/cm=10-7N.m
• Dư i tác d ng c a s c căng bê m t, ch t l ng khi
không có tác d ng c a ngo i l c luôn có d ng hình
c u vì hình c u là hình có bê m t nho nh t trong các
hình có cùng thê tích va do o khi y năng lư ng bê
m t c a gi t l ng là t i thi u, giúp nó t n t i b n
8
- • Gia tr c a s c căng bê m t phu thu c vào b n
ch t c a các pha ti p xúc, nhi t ô va lư ng ch t
hòa tan
S c căng b m t c a ch t l ng thay i theo nhi t ;
i v i nhi u ch t l ng, s c căng b m t gi m khi
tăng.
nhi t
Tương tác gi a các phân tư c a ch t càng l n thi s c
căng bê m t càng l n
• S c căng b m t c a m t ch t l ng ư c xác
nh t i m t i u ki n nh t nh (nhi t , áp
su t, ...) khi b m t ti p xúc v i chân không.
Hình 1:
(a)Gi t nư c trên b
m t ghét nư c
(hydrophobic)
(b) gi t nư c trên b
m t thích nư c
(hydrophilic).
9
- Ho t tính bê m t
Khái ni m : Nh ng ch t mà khi cho
m t lư ng r t nho s làm gi m s c
căng bê m t g i là ch t có ho t tính
bê m t
- Ch t ho t ng b mt
(Surfactant) là các tác nhân th m
ư t làm gi m s c căng b m t c a
m t ch t l ng.
- Là ch t mà phân t c a nó phân
c c: m t u ưa nư c và m t uôi
k nư c.
- Nh ng ch t này tan ư c trong
nư c va trong dung môi h u cơ
10
- Khi cho ch t ho t ng bê m t vào
trong dung d ch, nó s t o thành
các h t mixen (micelle)
-Tùy theo môi trư ng mà mixen có
u quay ra ngoài hay quay vào
trong
VD: M t mixen v i ph n u k
nư c hoà tan trong d u, trong khi
ph n ưa nư c hư ng ra phía ngoài,
như là Liner Alkyl Benzen Sunfunat
Acid, xà phòng
Phân lo i ch t ho t ng bê m t
• Ion âm
• Ion dương
• Không mang i n tích
• Mang c hai i n tích
Trong quá trình ho t ng c a ch t ho t
ng bê m t liên quan n chuy n ng
l c h c c a hê th ng, liên quan n m c
ô tr t tư, h n n c a hê th ng.
ng d ng
• Ch t ho t hóa b m t ng d ng r t nhi u trong
i s ng hàng ngày. ng d ng ph bi n nh t là
b t gi t,nư c r a chén, sơn, nhu m ...
• Trong công nghi p th c ph m: Ch t nhũ hóa
cho bánh k o, bơ s a và h p : chocolat, s a
chua, kem.
• Tính ch t bê m t vô cùng quan tr ng trong công
o n r a, nh ng ch t t y r a làm gi m s c
căng bê m t làm cho các ch t b n d ng r n
dê tách ra kh i bê m t
11
- • Trong công nghi p m ph m: Ch t t y r a, nhũ
hóa, ch t t o b t
• Trong ngành in: Ch t tr ng m và phân tán
m c in
• Trong nông nghi p: Ch t gia công thu c b o
v th c v t,
• Trong xây d ng: Dùng nhũ hóa nh a
ư ng, tăng cư ng óng r n c a bê tông
Ngoài ra nh ng ng d ng trong các lĩnh v c khác
như
• Trong công nghi p d t nhu m: Ch t làm m m
cho v i s i, ch t tr nhu m
• Trong d u khí: Ch t nhũ hóa dung d ch khoan
• Trong công nghi p khoáng s n: Làm thu c
tuy n n i, ch t nhũ hóa, ch t t o b t làm giàu
khoáng s n
• Trong công nghi p th c ph m: Ch t nhũ hóa
cho bánh k o, bơ s a và hp
Xà phòng hay xà bông là m t ch t t y r a
các v t b n, v t d u m .
• Thành ph n c a xà phòng là mu i natri
ho c kali c a axít béo.
• Xà phòng ư c dùng dư i d ng bánh,
b t ho c ch t l ng.
12
- • M t là u hi rocacbon k nư c, còn m t
u là ion kim lo i ưa nư c.
• i v i các v t b n, d u m bám trên
m t v i thì uôi k nư c s quay vào trong
v t b n, u ưa nư c hư ng ra ngoài.
Sau ó s t o thành mixen là m t kh i
d ng c u có u ưa nư c quay ra ngoài
tách v t b n ra kh i b m t v i.
4. TÍNH CH T NHI T (Thermal Properties)
V t li u th c ph m ph i tr i qua các công o n: tư
thu hái, v n chuy n, xư ly, chê bi n, b o qu n, lưu
trư ê chu n b cho khâu tiêu thu
Ch có r t ít th c ph m tươi: trái cây, rau i tư
cánh ng t i nơi tiêu thu (ăn) mà không có xư ly
nhi t.
M c ích c a xư ly nhi t ê: duy trì ch t lư ng,
kéo dài th i gian b o qu n va t o ô ngon riêng.
Vd : Chê bi n th y s n: Các quá trình nhi t bao
g m: - làm l nh, làm ông, nung nóng ⇒ l y nhi t
ra ho c cung c p nhi t, mu n ư c chính xác ph i
có thông sô nhi t
Các hình th c truy n nhi t: D n nhi t, i lưu va b c xa
• D n nhi t: là phương th c truy n nhi t có sư ti p xúc gi a
hai v t v i nhau
• i lưu: nhi t truy n t môi trư ng khí ho c l ng n th c
ph m r n
• B c xa: là nhi t truy n cho th c ph m b ng sóng i n t
13
- • Sư truy n nhi t vào trong th c ph m phu
thu c u tiên vào sư chênh l ch nhi t ô,
tính ch t v t ly (hình d ng, kích thư c,
thông sô nhi t) c a th c ph m
• M i cơ chê truy n nhi t g n li n v i thông
sô nhi t liên quan
• Tính ch t nhi t ư c xác nh thông qua o
lư ng tr c ti p b ng các thi nghi m ho c
tính toán thông qua các thành ph n th c
ph m (nư c, protein, carbon)
H S D N NHI T
• tr ng thái n nh, sư d n nhi t xuyên qua
v t r n , khi o tính ch t nhi t quan tr ng nh t
là hê sô d n nhi t (λ)
• λ: lư ng nhi t d n qua 1 ơn v chi u dài khi có
sư chênh nhau 1 ô
• λ ư c dùng ê ánh gia nhi t truy n qua v t
thê dê hay kho
• Nhi t truy n nhanh qua mi ng kim lo i nhưng
l i ch m qua gô, khi o ta nói hê sô d n nhi t
c a kim lo i l n hơn c a gô
Vd: ng: λ= 400 w/m. ô; nhôm: λ= 120w/m. ;
inox λ= 40 - 50w/m.
• V t li u có hê sô d n nhi t nho s trơ thành v t
li u cách nhi t: bông th y tinh, polyurethane, …
• Hê sô d n nhi t c a th c ph m r t nho va n m
trong d i h p: 0,2 – 0,5 W/m. ô
• For fruits and vegetables with water content
greater than 60%, thermal conductivity can be
computed by the equation (Sweat, 1974):
14
- carbohydrate (c); protein (p);
fat (f); ash (a); and water (w).
Th i gian n u th c ph m nhanh hay ch m là
do b n thân th c ph m chư không ph i là
do d ng c
Nhi t dung riêng:
• Nhi t dung riêng: nhi t lư ng c n thi t
cung c p cho 1kg v t ch t ê nhi t ô c a
nó tăng lên 1 ô, Cp(p- NDR c a ch t r n
va l ng ư c xác nh áp su t không
i)
• NRD liên quan tr c ti p n năng lư ng
cung c p cho v t thê.
• NDR c a nư c là l n nh t: Cp = 4,186
kj/kg. ô, h u h t th c ph m có Cp = 1,5 –
4,4 kj/kg. ô
Th c ph m có hàm lư ng nư c càng l n thi
Cp càng l n
15
- C p = bX w + a
NDR c a th c ph m có d ng
a, b hê sô th c nghi m
Xw: hàm lư ng m c a
th c ph m.
Cp = 1,67 + 2,51 Xw, kJ/kg.
16
- Có thê tính Cp theo ch t khô (pr, li, khoáng…)
C p = a + ∑ bi X i
carbohydrate (c); protein (p);
fat (f); ash (a); and water (w).
Hê sô khu ch tán nhi t
(Thermal diffusivity)
• Hê sô khu ch tán nhi t (Thermal
diffusivity) cho bi t trư ng nhi t ô trong
th c ph m bi n thiên nhanh hay ch m
α= λ/ρcp
c a th c ph m α = 1 × 10-7 to 2 × 10-7 m2/s
TÍNH CH T I N T
VÀ TÍNH CH T QUANG H C
17
- Phô i n tư
Phô i n tư chia ra thành 3 vùng : Vùng t ngo i(có bư c
sóng nh ), vùng ánh sáng kha ki n (bư c sóng t 400 – 700
nm và vùng h ng ngo i (bư c sóng l n hơn 700 nm).
Năng lư ng t ngo i va năng lư ng h ng ngo i là hai d ng
c a sóng i n tư, có thê truy n i trong không gian, xuyên
th u trong th c ph m va chuy n thành năng lư ng nhi t nung
nóng th c ph m
ng d ng
- ánh sáng kha ki n : ánh gia c m quan
- vùng t ngo i tr xu ng : tia c c tím (vô trùng), chi u xa
th c ph m (b o qu n), tia X (ch p X quang), tia b c xa (xa tr
– i u tr ung thư, bư u cô…)
- vùng h ng ngo i tr lên : ng d ng cho quá trình s y, d ng
truy n thông tin như: rada, radio,TV, vê tinh nhân t o
- Gi a năng lư ng vi sóng va năng lư ng
h ng ngo i có nh ng i m khác nhau
Năng lư ng h ng ngo i
Năng lư ng vi sóng
Bư c sóng : l n hơn 700 nm
-Bư c sóng : d i h p f kho ng
-Không có kh năng âm xuyên
2450 MHz và bư c sóng dài
th c ph m mà ch làm nóng b m t
hơn h ng ngo i
th c ph m
-Có kh năng âm xuyên th c
-Quá trình làm nóng ph thu c vào
ph m nên nó làm nóng trong
c trưng b m t c a th c ph m,
lòng th c ph m nhanh chóng.
màu s c c a th c ph m
- ng d ng trong quá trình
-Quá trình d n nhi t vào trong ph
thanh trùng, n u chín ho c
thu c vào h s d n nhi t c a th c
làm nóng th c ph m
ph m (ph thu c vào lư ng m c a
-Quá trình làm nóng ph thu c th c ph m)
vào hàm lư ng m c a v t
-Áp d ng trong quá trình s y, làm
li u, m càng cao thì làm nóng
nóng b m t c a th c ph m, ít làm
càng nhanh
hư h ng trong lòng th c ph m.
18
- Nung nóng th c ph m b ng lò vi
sóng (lò viba), f= 2450 MHz
- Phân tư nư c g m 1 nguyên tư oxy va 2
nguyên tư Hydro, do oxy có ô âm i n
l n làm cho nư c trơ thành phân tư lư ng
c c.
- Khi th c ph m ư c t trong m t trư ng
i n tư thi các lư ng c c nư c s nh
hư ng theo hư ng c a trư ng i n tư va
khi trư ng i n tư dao ng nhanh thi các
phân tư nư c cũng b dao ng theo
- Do sư bi n d ng c a các c u trúc phân tư
gây nên khi nó s p x p nh hư ng trơ l i
theo trư ng i n tư mà nó chuy n năng
lư ng vi sóng thành nhi t, trong quá trình
o nó cũng ch u nh hư ng b i ô nh t
c a th c ph m
- Sô lư ng lư ng c c va sư thay i c a nó theo
trư ng i n tư ư c xác nh thông qua h ng
sô i n môi c a th c ph m
- Khi th c ph m t trong m t trư ng i n tư như
v y nó s h p thu sóng va chuy n thành nhi t,
lư ng nhi t ư c h p thu o ơc g i là “lose
factor” – hê sô t n th t. Th c ph m có ô m
càng cao thi “lose factor” càng l n do o nó h p
thu nhi t nhanh hơn
- Do c u trúc th c ph m không ng nh t nên sư
h p thu năng lư ng vi sóng không ng u, do
o x y ra sư d n nhi t tư nơi có nhi t ô cao
sang nơi có nhi t ô th p
- Th y tinh va gi y va polymer có hê sô “lose
factor” r t th p, năng lư ng vi sóng xuyên th u
r t dê nên nó không b un nóng
- Kim lo i làm cho năng lư ng vi sóng b ph n xa
19
- - ô xuyên th u c a vi sóng
Thưc phâm Lose factor
Chuôi (tươi) 17
Thit bo 16
Banh mi 0,005
Bơ 0,1
Ca nâu rôi 12
Nươc 9,2
Dâu ăn 0,2
Thuy tinh 0,1
Giây 0,1
Khoai 6,7
Khi nung nóng th c ph m b ng lò vi sóng th nh
tho ng ta g p hi n tư ng th c ph m vơ tung ra
(nung nóng c c bô)
ng d ng:
- Vi sóng có t c ô truy n nhi t, un nóng nhanh
không c n có nh ng bê m t truy n nhi t vì v y
vi c nung nóng b ng lò vi sóng ư c áp d ng cho
nhi u lo i th c ph m:
- Tan gia, s y, nư ng, hâm nóng…
• Theo các phương pháp tan gia truy n th ng, m t
r t nhi u th i gian, sư tan gia di n ra l p bên
ngoài r i tư tư i vào bên trong, n u không có
kinh nghi m thi s không ki m soát ư c tan gia
• Khi tan gia b ng lò vi sóng: Năng lư ng vi sóng
i xuyên vào trong th c ph m làm cho quá trình
tan gia di n ra r t nhanh, ngư i ta cũng dùng
quá trình này ê làm nóng ch y các lo i mơ,
ch t béo, tuy nhiên cũng n y sinh nh ng kho
khăn:
20
nguon tai.lieu . vn