1 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: Các tính chất lưu biến của thực phẩm • Chương 3: Phương pháp và thiết bị thường sử dụng để kiểm tra các thông số vật lý của thực phẩm • Chương 4 : Kỹ thuật xử lý thực phẩm không sử dụng nhiệt 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 2 Chương 1: Các thơng số vật lý và tính chất của thực phẩm Các thông số vật lý của thực phẩm • Độ dài : L (m) • Diện tích : S (m 2 ) • Thể tích : V (m 3 ) • Khối lượng : m (kg) • Khối lượng riêng: ρ (kg/m 3 ) • Áp suất : P (N/m 2 ) • Vận tốc : v (m/s) • Độ nhớt : µ (Ns/m 2 ) • Nhiệt lượng riêng : i, I (J/kg) • Nhiệt dung riêng : c (J/kg.độ) • Hệ số dẫn nhiệt : λ (W/m.độ) • Hệ số truyền nhiệt : k (W/m 2 .độ) • Nhiệt độ : T (độ C, độ F, độ K) Các thông số vật lý của thực phẩm (tt) 3 Dimensions Dimensions are represented as symbols (ký hiệu) by: • length [L], • mass [M], • time [t], • temperature [T] • force [F]. (Thứ nguyên) All engineering quantities can be expressed in terms of these fundamental dimensions • 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] Dimensions (Thứ nguyên) UNITS AND CONVERSION FACTORS • Length 1 inch= 0.0254 m 1 ft= 0.3048 m • Area 1 ft 2 = 0.0929m 2 • Volume 1 ft 3 = 0.0283 m 3 1 liter= 0.001 m 3 Đơn vò và hệ số chuyển đổi 4 UNITS AND CONVERSION FACTORS (cont) • Mass 1 lb= 0.4536 kg 1 mole = molecular weight in kg • Density 1 lb/ft 3 = 16.01 kg m -3 • Velocity 1 ft/sec= 0.3048 m s -1 • Pressure 1 lb/m 2 = 6894 Pa 1 torr= 1 mm Hg • 1 atm= 1.013 x 10 5 Pa = 760 mm Hg • 1 atm= 9,81 x 10 4 N/m². UNITS AND CONVERSION FACTORS (cont) Force 1 Newton= 1 kg m s -2 Viscosity Dynamic (đ nh t đ ng l c h c, đ nh t tuy t đ i, đ nh t) - 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 Cinematic (đ nh t đ ng h c) Đơn v : 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 = 10 6 , (k) kilo = 10 3 g (m) milli = 10 -3 , • 1 m = 10 9 nm = 10 10 Å • (µ) micro = 10 -6 m • Ñoä F = 32 + 9/5.ñoä C • Ñoä K = 273,15 + ñoä C 5 Tại sao phải nghiên cứu tính chất vật ly của thực phẩm? - Phân tích thi t b - XD h th ng thi t b phù h p M c đích Thay đ i c a quá trình ch bi n: biến đổi cơ học, nhiệt, điện, quang, âm và điện từ TP có ngu n g c sinh h c : tươi s ng ho c qua ch bi n 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 Mục đích: • Đánh gia chất lượng??? • Phân loại • Quyết định gia thành 2. Hình dạng, kích thước Các đặc trưng vật lý của vật liệu thực phẩm 6 Cách xác định thể tích • Phương pháp cân chất lỏng • Dùng ống đong : đo trực tiếp phần lỏng tăng lên • Dùng buret : đo trực tiếp Phương pháp dùng tỷ trọng kế dạng khí • PV = n RT • Nén phòng 1 : lên áp P 1 và giữ nguyên • Mở van 2, áp suất là P 2 . m = m 1 + m 2 P 1 V 1 = P 2 V 1 + P 2 V a2 V s = V 2 – V a2 V 2 V 1 V s 7 Xác định kích thước Đậu Hà Lan Dưa hấu Hình học cơ bản Xác định kích thước (tt) Hình dạng khác Quả lê Củ cà rốt Quả chuối Các loại hạt: gạo, bắp… Hạt gạo Hạt bắp Hạt tiêu 8 Các loại con: tôm, cá, cua Một sô 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. 1. Khối lượng riêng (Density) ρ = m/v, kg/m³. Quan hệ khối lượng và thể tích?? ứng dụng : định lượng??? Các đặc trưng vật lý của vật liệu thực phẩm Các loại khối lượng riêng • Khối lượng riêng rắn (solid density) ρ ρρ ρ s : 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 ρ ρρ ρ m – 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) ρ ρρ ρ p : 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) ρ ρρ ρ app : 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) ρ ρρ ρ bulk : 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 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. - 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, 10 Đô 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 khí chiếm chỗ. Hình ảnh độ xốp của bánh mì (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 . chất của thực phẩm • Chương 2: Các tính chất lưu biến của thực phẩm • Chương 3: Phương pháp và thiết bị thường sử dụng để kiểm tra các thông số vật lý của thực phẩm • Chương 4 : Kỹ thuật xử lý thực phẩm. 1 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. CRC Press • Physical Chemistry of Foods 2 Chương 1: Các thơng số vật lý và tính chất của thực phẩm Các thông số vật lý của thực phẩm • Độ dài : L (m) • Diện tích : S (m 2 ) • Thể tích : V (m 3 ) •