Bài giảng về Vật lý thực phẩm

Chia sẻ: Tulip_12 Tulip_12 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

279
lượt xem 54
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay đất nước ngày càng phát triển, nhu cầu của con người cũng ngày được nâng cao. Trong đó nhu cầu về ăn uống là được con người quan tâm nhất. Ngày xưa mọi người chỉ quan tâm là làm sao được ăn no là đủ, nhưng bây giờ không chỉ có như thế mà còn phải được ăn ngon. Chính vì thế mà ngành công nghiệp thực phẩm ở nước ta ngày một phát triển.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng về Vật lý thực phẩm

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