Bài giảng Vật lý thực phẩm - Dương Văn Tường

Chia sẻ: Sơn Tùng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:91

Thêm vào BST

Báo xấu

863
lượt xem 100
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Vật lý thực phẩm" cung cấp cho người học các kiến thức: Các thông số vật lý và tính chất của thực phẩm, tính chất bề mặt của thực phẩm, tính chất nhiệt, điện của thực phẩm, các tính chất lưu biến của thực phẩm, hoạt độ nước. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý thực phẩm - Dương Văn Tường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC&THỰC PHẨM ------------- -- BÀI GIẢNG VẬT LÝ THỰC PHẨM Người biên soạn : Dương Văn Trường TP Hồ Chí Mính, tháng 12-2015
VẬT LÝ THỰC PHẨM (Food Physics) CBGD: Dương Văn Trường Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm Đại học Công nghiệp TP HCM Nội dung chương trình Chương 1: Các thông số vật lý và tính chất của thực phẩm Chương 2: tính chất bề mặt của thực phẩm Chương 3 : tính chất nhiệt, điện của thực phẩm Chương 4: Các tính chất lưu biến của thực phẩm Chương 5 : Hoạt độ nước Tài liệu tham khảo • Bài giảng 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
TÀI LIỆU THAM KHẢO (References) [1].Andrew J. Rosenthal (1999). Food Texture Measurement and Perception. ISBN 0-8342-1238-2, Aspen Publishers, Inc., Printed in the United States of America [2]. Ignacio Arana (2012). Physical Properties of Foods- Novel Measurement Techniques and Applications. CRC Press. ISBN - 13: 978-1-4398-3537-1 [3]. Ludger Figura and Arthur A. Teixeira (2007). Physics Food. ISBN 978-3-540-341918, Springer- Verlag Berlin – Heidelberg. [4]. Tharwat F. Tadros (2005). Applied Surfactants- Principles and Applications. ISBN-13: 978-3-527-30629-9, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. [5]. Serpil Sahin and Servet Gülüm Sumnu (2006). Physical Properties of Foods. ISBN-13: 978-0387-30780-0, Springer, Printed in the United States of America. Tại sao phải nghiên cứu tính chất vật lý của thực phẩm? TP có nguồn gốc sinh học : tươi sống hoặc qua chế biến - Phân tích thiết Thay đổi của quá bị trình chế biến: biến Mục đích - XD hệ thống đổi cơ học, nhiệt, thiết bị phù điện, quang, âm và hợp điện từ ỨNG DỤNG CỦA CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ (Physical Properties Applications) • xác định, lượng hóa việc mô tả vật liệu thực phẩm • cung cấp dữ liệu cho ngành kỹ thuật thực phẩm • tiên đoán tính chất của vật liệu mới từ đó đa dạng hóa thực phẩm 2
Chương 1: thông số vật lý thực phẩm 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) 3
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 4
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) Force 1 Newton= 1 kg m s-2 Viscosity Dynamic (độ nhớt động lực học, độ nhớt tuyệt đối, độ nhớt) - Pa.s = kg.m-1.s-1 , Pa.s = Ns/m², - Poise : 1 cP= 0.001 N.s.m-2 = 0.001 Pa.s = 1 mPa.s 1P = 100 cP - Dyne/cm² : 1 dyne = 10-5 N, dyn/cm² = 0,10 N/m² Kinematic (độ nhớt động học) Đơn vị : St (stock), cSt, m²/s, mm²/s 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 Power 1 kW= 1 kJ s-1 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 5
Các đặc trưng vật lý của vật liệu thực phẩm 1. Hình dạng, kích thước Mục đích: • Đánh giá chất lượng??? • Phân loại • Quyết định giá thành Cách xác định thể tích • Phương pháp cân chất lỏng • Dùng ống đong : đo trực tiếp phần lỏng tăng lên 6
Phương pháp dùng tỷ trọng kế dạng khí V1 V2 Vs • PV = n RT m = m1 + m2 • Nén phòng 1 : lên áp P1 và giữ P1V1 = P2V1 + P2Va2 nguyên Vs = V2 – Va2 • Mở van 2, áp suất là P2. Xác định kích thước Hình học cơ bản Dưa hấu Đậu Hà Lan Xác định kích thước (tt) Hình dạng khác Củ cà rốt Quả chuối Quả lê 7
Các loại hạt: gạo, bắp… Hạt gạo Hạt bắp Hạt tiêu Các loại con: tôm, cá, cua Một số vật liệu có hình dạng phức tạp không xác định kích thước ⇒??? Kỹ thuật scan 3D : xác định chính xác kích thước và khối lượng của thực phẩm - phục vụ cho quá trình phân chia chính xác nhất. Các đặc trưng vật lý của vật liệu thực phẩm 2. Khối lượng riêng (Density) ρ = m/v, kg/m³. Quan hệ khối lượng và thể tích?? ứng dụng : định lượng??? 8
Tính toán khối lượng riêng • Xv : phần thể tích, m³/m³ • Xw: phần khối lượng, kg/kg Khối lượng riêng của các chất tinh khiết, kg/m³: T : nhiệt độ của thực phẩm, °C (ứng dụng -40 150°C) Tính toán khối lượng riêng Bài tập: tính khối lượng riêng của bánh Spinach ở 20°C, Tổng khối lượng của bánh là 100 g, biết thành phần của chúng như sau Đáp số : 1030,53 kg/m³. Các loại khối lượng riêng • Khối lượng riêng chất rắn (solid density) ρs: khối lượng/thể tích (thể tích được xác định bằng cách đuổi hết khí tồn tại trong các pore của vật liệu rắn), không tính đến các khí trong chất rắn. • Khối lượng riêng vật liệu (chất)- material (susbtance) density ρm – là khối lượng riêng được xác định bằng khối lượng/thể tích (thể tích được xác định bằng việc nghiền nhỏ các hạt thành bột mịn) • Khối lượng riêng hạt (particle density) ρp : khối lượng hạt/thể tích của hạt, thể tích được xác định là các pore đóng, không tính đến các pore mở. • Khối lượng riêng biểu kiến (apparent density) ρapp : khối lượng/thể tích của vật liệu, thể tích của tất cả các pores trong vật liệu, được xác định bằng kích thước hình học, hoặc sử dụng phương pháp mực chất lỏng dâng lên khi thêm chất rắn vào: = khối lượng/thể tích hình học. • Khối lượng riêng tổng thể (bulk density) ρbulk : là khối lượng riêng tính cho các vật liệu đóng gói hoặc xếp chồng chất lên nhau, thể tích của chúng được xác định bằng tổng thể thể tích của chúng (kể cả phần rỗng do xếp chồng lên nhau). 9
Bài tập 1 Một nghiên cứu trên 130 gram ngô cho thấy các thành phần khối lượng của chúng như sau: cacbonhydrat : 62 g, protein : 8 g, lipit : 30 g, chất tro : 4 g Phần còn lại là nước Hãy xác định khối lượng riêng chất rắn của ngô ở 20o C. Đáp số : 1232,72 kg/m3 - Đối với thực phẩm dạng lỏng : hay dùng đơn vị là tỷ trọng. Tỷ trọng của thực phẩm: là tỷ số giữa khối lượng riêng của chất lỏng so với khối lượng riêng của nước ở 4°C. ứng dụng : quá trình rửa thực phẩm, phân loại, Bài tập 2 về tỷ trọng Trong 200 ml sản phẩm nước dứa cô đặc có các thành phần thể tích như sau: cacbonhydrat : 150 ml protein : 17 ml lipit : 2 ml chất tro : 0,7 ml Phần còn lại là nước Hãy xác định tỷ trọng của nước dứa cô đặc ở 4oC. Đáp số :1,48 10
Độ xốp (Porosity) • Độ xốp : là tỷ lệ phần trăm không khí chiếm chỗ của khối hạt so với một đơn vị thể tích của cả khối thực phẩm. • Độ xốp = thể tích của khí/thể tích của toàn bộ TP. • Độ xốp: khuếch tán vật chất??? • Độ xốp của thực phẩm càng nhỏ thì gây nhiều cản trở cho quá trình sấy, đun nóng,... Cách xác định độ xốp 1: • Dùng phần mềm Image J : – Chụp ảnh bằng kính hiển vi – Sử dụng phần mềm phân tích hình ảnh của các pore, bọt khí,… – Xác định tỷ lệ về kích thước bọt, bán kính trung bình và phần trăm diện tích của Hình ảnh độ xốp của bánh mì khí chiếm chỗ. (1 cm²) Image J • ImageJ : http://rsb.info.nih.gov/ij/ Kết quả phân tích độ xốp trên ImageJ Phân bố kích thước của các bọt khí Kết quả được xác định : 0,348 11
Cách xác định độ xốp 2: • Độ xốp của khối thực phẩm εtotal = εapp + εbulk Cách xác định độ xốp 2: • Độ xốp của khối thực phẩm εtotal = εapp + εbulk Phương pháp dùng tỷ trọng kế dạng khí P1V1 = P2V1 + P2Va2 Vs = V2 – Va2 V1 V2 Va2 = V2 – Vs Vs SAI SỐ ????? 12
Bài tập 1 V1 V2 Vs Khi đo độ xốp của mẫu táo sấy, mẫu đặt trong phòng 2. Khi van 2 đóng thì áp suất tại phòng 1 là 1020 mmHg. Khi van 2 mở thì áp suất cân bằng của hai phòng là 520 mmHg. Biết thể tích V1 = V2 = 1000 ml. Tính thể tích và độ xốp của miếng táo sấy? Đáp số: V = 40; 38 ml, độ xốp = 0,96. Bài tập 2 Trái sơri có độ ẩm là 80% (kg/kg). Khối lượng riêng biểu kiến (apparent) và khối lượng riêng toàn khối (bulk) lần lượt là 615 kg/m³ và 511 kg/m³ ở 25°C. biết rằng thành phần của trái sơri chỉ có cacbonhydrat và nước, tính độ xốp của trái sơri khi xếp chồng chất lên nhau (εtotal). Biết rằng, khối lượng riêng của cácbonhydrat là 1586 kg/m³ và của nước là 997 kg/m³. Đáp số : Bài tập 2 Trái sơri có độ ẩm là 80% (kg/kg). Khối lượng riêng biểu kiến (apparent) và khối lượng riêng toàn khối (bulk) lần lượt là 615 kg/m³ và 511 kg/m³ ở 25°C. biết rằng thành phần của trái sơri chỉ có cacbonhydrat và nước, tính độ xốp của trái sơri khi xếp chồng chất lên nhau (εtotal). Đáp số : 0,6 13
Bài tập 3 Tính độ xốp táo sấy có khối lượng 510 g 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: 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) 41 Sù t¹o ¶nh vµ nhËn biÕt mµu ë m¾t 42 14
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 15
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 16
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 17
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 18
12/30/2015 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 Chất lỏng lỏng L: là khoảng chạy khi kéo lực F, m 2 1 D: khoảng cách từ AB 2: chỉ rằng có 2 chất lỏng ở hai bên. 1