Vật lý thực phẩm

Chia sẻ: Batman_1 Batman_1 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

391
lượt xem 117
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

- Các tính chất vật lý của thực phẩm có liên quan đến các quá trình bảo quản và chế biến. - Các phương pháp đo lường các tính chất vật lý. - Ứng dụng các tính chất vật lý trong thiết kế thiết bị và quá trình chế biến.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: 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 h c : tươi s ng ọ ố ho c qua ch bi n ặ ếế - Phân tích thi tế Thay i c a quá b ủổ ịị ịị M c ích trình ch bi n: ụ ụ ụ ụ ếế - XD h th ng ốệ i cơ h c, bi n thi t b phù ịế nhi t, i n, quang, hp ợ 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 2. Hình d ng, kích thư c M c ích: • ánh gia ch t lư ng??? • Phân lo i • Quy t nh gia thành 5
Cách xác nh th tích • Phương pháp cân ch t l ng • Dùng ng ong : o tr c ti p ph n l ng tăng lên • Dùng buret : o tr c ti p Phương pháp dùng t tr ng k d ng khí V2 V1 Vs • PV = n RT m = m1 + m2 • Nén phòng 1 : lên áp P1 và gi P1V1 = P2V1 + P2Va2 nguyên Vs = V2 – Va2 • M van 2, áp su t là P2. 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. 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. Quan h kh i lư ng và th tích?? ng d ng : nh lư ng??? Các lo i kh i lư ng riêng • Kh i lư ng riêng r n (solid density) ρs: kh i lư ng/th tích (th tích ư c xác nh b ng cách u i h t khí t n t i trong các pore c a v t li u r n), không tính n các khí trong ch t r n. • Kh i lư ng riêng v t li u (ch t)- material (susbtance) density ρm – là kh i lư ng riêng ư c xác nh b ng kh i lư ng/th tích (th tích ư c xác nh b ng vi c nghi n nh các h t thành b t m n) • Kh i lư ng riêng h t (particle density) ρp : kh i lư ng h t/th tích c a h t, th tích ư c xác nh là các pore óng, không tính n các pore m . • Kh i lư ng riêng bi u ki n (apparent density) ρapp : kh i lư ng/th tích c a v t li u, th tích c a t t c các pores trong v t li u, ư c xác nh b ng kích thư c hình h c, ho c s d ng phương pháp m c ch t l ng dâng lên khi thêm ch t r n vào: = kh i lư ng/th tích hình h c. • Kh i lư ng riêng t ng th (bulk density) ρbulk : là kh i lư ng riêng tính cho các v t li u óng gói ho c x p ch ng ch t lên nhau, th tích c a chúng ư c xác nh b ng t ng th th tích c a chúng (k c ph n r ng do x p ch ng lên nhau). 8
Tính toán kh i lư ng riêng • Xv : ph n th tích, m³/m³ • Xw: ph n kh i lư ng, kg/kg Kh i lư ng riêng c a các ch t tinh khi t, kg/m³: T : nhi t c a th c ph m, ° ( ng d ng -40 C 150°C) Tính toán kh i lư ng riêng Bài t p: tính kh i lư ng riêng c a bánh Spinach 20° T ng kh i lư ng c a C, bánh là 100 g, bi t thành ph n c a chúng như sau áp s : 1030,53 kg/m³. - 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, 9
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 kh i th c ph m. • x p = th tích c a khí/th tích c a toàn b TP. • x p: khu ch tán v t ch t??? • x p c a th c ph m càng nh thì gây nhi u c n tr cho quá trình s y, un nóng,... Cách xác nh x p 1: • Dùng ph n m m Image J : – Ch p nh b ng kính hi n vi – S d ng ph n m m phân tích hình nh c a các pore, b t khí,… – Xác nh t l v kích thư c b t, bán kính trung bình và ph n trăm di n tích c a Hình nh x p c a bánh mì khí chi m ch . (1 cm²) Image J • ImageJ : http://rsb.info.nih.gov/ij/ K t qu phân tích x p trên ImageJ Phân b kích thư c c a các b t khí K t qu ư c xác nh : 0,348 10
Cách xác nh x p 2: • x p c a k h i th c ph m εtotal = εapp + εbulk Cách xác nh x p 2: • x p c a kh i th c ph m εtotal = εapp + εbulk Phương pháp dùng t tr ng k d ng khí P1V1 = P2V1 + P2Va2 Vs = V2 – Va2 Va2 = V2 – Vs V1 V2 Vs SAI S ????? 11
Bài t p 1 V1 V2 Vs Khi o x p c a m u táo s y, m u t trong phòng 2. Khi van 1 óng thì áp su t t i phòng 1 là 0,508 atm. Khi van 2 m thì áp su t cân b ng c a hai phòng là 0,309 atm. Tính x p c a mi ng táo s y? áp s : 0,644 Bài t p 2 V1 V2 Vs Trái sơri có m là 77,5% (kg/kg). Kh i lư ng riêng bi u ki n (apparent) và kh i lư ng riêng toàn kh i (bulk) l n lư t là 615 kg/m³ và 511 kg/m³ 25° C. bi t r ng thành ph n c a trái sơri ch có cacbonhydrat và nư c, tính x p c a trái sơri khi x p ch ng ch t lên nhau (εtotal). Bi t r ng, kh i lư ng riêng c a cácbonhydrat là 1586 kg/m³ và c a nư c à 997 kg/m³. áp s : 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. 12
• 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 • 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. 13
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). 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 14
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. 15
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 • 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 16
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. • 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 17
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 • 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. 18
• 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): 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. 19
• 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 20