Tài liệu Tính chất lưu biến của thực phẩm docx

Tại sao phải đo độ nhớt -Chất lượng, giá trị cảm quan và mong muốn của người sử dụng thực phẩm - sự biến đổi màu sắc, khối lượng riêng, thành phần dinh dưỡng, nồng độ và pH - những kiến

NướcTương ớtMayonnaiseNước đường

-Vật liệu thực phẩm là các chất không hoàn toàn lỏng

hoặc rắn do đo thê! hiện tính nhớt đàn hồi, nghĩa là tính

chất trung gian của thê! lỏng va( thê! rắn

-Các tính chất lưu biến được chuyển sang ngôn ngư+

thông thường như: vững chắc (firmness), cứng

(hardness), khô cứng (crispiness), giòn, dê+ gãy vơ+

(brittleness), có thê! kéo dài (extensibility)…

(Rheology of food Products)

trình truyền nhiệt

và động lượng),

thiết kế được

máy móc, thiết bị chính xác

và tiết kiệm

năng lượng

tính chất cảm quan

ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG

(Stress and Deformation)

Ứng suất ( Stress ) là lực tác dụng (theo phương

bất ky() trên một đơn vị diện tích.

A

σ= F/A F

σp

σt Stress = F/A [Pa, N/m2]

• Ứng suất pháp (nén hay kéo): lực tác dụng theo phương vuông góc với bê(

mặt ⇒ bê( dài hay thê! tích của vật thay đổi

• Ứng suất trượt (hay ứng suất tiếp): lực tác dụng theo phương song song (tiếp xúc) với bê( mặt ⇒ lớp bê( mặt dịch chuyển so với lớp phía dưới

Phân loại ứng suất

Ứng suất tác dụng lên vật thê! sẽ gây nên biến dạng:

- Biến dạng dài

+ Đô= biến dạng Cauchy

+ Đô= biến dạng Hencky

- Biến dạng góc

khi γ nho! thi(

• Cơ học cô! điển phân biệt ro+ chất lỏng va( chất rắn,

mỗi trạng thái được mô ta! bởi những phương

trình khác nhau

Chất rắn được mô ta! bởi định luật Hooke, chất lỏng

được mô ta! bởi định luật Newton.

• Tuy nhiên có rất nhiều trạng thái vật chất nằm

giữa 2 chất này, đặc biệt là thực phẩm va( các vật

thê! sinh học

Chất rắn

Định luật Hooke

Chất lỏng Định luật Newton

Chất trung gian

Chất rắn đàn hồi (Elastic Solids)

• Chất rắn đàn hồi được mô ta! bởi định luật Hookean:

Dưới tác dụng của ứng suất kéo hoặc ứng suất nén

• Dưới tác dụng của áp suấtthủy tĩnh

P = K* εεεευK: modun khối

ευ=∆V/V

Ví dụ bài tập

Mô đun đàn hồi của táo là 0,6.107Pa

Ba
i tập

1 miếng phô mai hình khối chư nhật có kích thước dài x rộng x cao = L x W x H= 0.5 x 0.4 x 0.3 inch Dùng 1 vật có khối lượng 0.1

lb nén lên miếng phô mai này Sau khi nén, miếng phô mai có chiều dài là 0.043 ft Xác định độ cứng (modun dan hoi), chiều rộng, chiều cao của phô mai sau nén Biết tỉ số Poisson của phô mai là 0.25.

1 inch = 2,54 cm, 1 lb = 0,453 kg, 1 ft = 0,3048 m

ĐS : E = Pa, W = mm, H = mm

Độ biến dạng của thực phẩm theo chiều dài, chiều rộng hoặc đường kính = Độ biến dạng của thực phẩm theo chiều cao x Tỉ số Poisson

của thực phẩm đó

• Chất rắn đàn hồi là chất bị biến dạng dưới tác dụng của ứng suất hoặc lực Khi lực khơng cịn

nĩ tư= khơi phục lại hình dạng ban đầu (Elastic)

• Vật sau khi ngừng tác dụng lực khơng khơi phục hình dạng ban đầu gọi là chất dẻo (Plastic)

• Chất trung gian là chất cĩ tính chất nằm giữa E va( P gọi là Elastoplastic.

Cĩ nghĩa là khi ứng suất tác dụng nho nĩ cĩ thê

khơi phục lại hình dạng ban đầu, khi ứng suất lớn hơn một gia trị nào đo nĩ bị biến dạng vĩnh viễn.

Độ nhớt - Viscosity

• Độ nhớt là một đại lượng vật lý đặc trưng

cho trở lực do ma sát nội tại sinh ra giữa

các phân tử khi chúng có sự chuyển động

trượt lên nhau.

Tại sao phải đo độ nhớt

-Chất lượng, giá trị cảm quan và mong muốn

của người sử dụng thực phẩm

- sự biến đổi màu sắc, khối lượng riêng, thành

phần dinh dưỡng, nồng độ và pH

- những kiến thức về độ nhớt mang lại những

thông số cho quá trình chế biến thực phẩm

Chất lỏng Newton

Có 2 tấm phẳng, ở giữa là chất lỏng, tấm ở dưới

cô định Khi ta tác dụng 1 lực lên tấm ở trên, nó

sẽ trượt đi kéo theo lớp chất lỏng chạy theo Tốc

đô= trượt giảm dần tư( trên xuống dưới hình thành

một giản đô( véc tơ.

dx dt

d dt

dx dy

d dy

• Định luật Newton vê( đô= nhớt

• µ: hê= sô thực nghiệm phu= thuộc vào đặc tính của

thực phẩm (đô= nhớt)

• Chất lỏng mà đô= nhớt không phu= thuộc vào tốc

đô= trượt gọi là chất lỏng Newton va( ngược lại

nếu đô= nhớt phu= thuộc vào tốc đô= trượt thi( gọi là

• Bài tập

Một tấm gỗ phẳng được phủ một lớp chất

bao phủ có chiều dày là 1,4 mm, tấm gỗ

hình vuông có chiều dài x chiều rộng là :

) (

γ

σ

µ = f y =

Chất lỏng Newton

• Phương trình biến dạng tuân theo đẳng thức Newton

Hàm liên hê= giữa ứng suất trượt va( tốc đô= trượt là hàm tuyến

tính:

VD: nước, tra(, cà phê, bia, rượu vang, các loại đô( uống va(

nước ép trái cây, mật ong

Sữa: là nhu+ tương có chứa các các giọt bơ nho! có đường

kính 0,0015 – 0,001mm, chứa 87% nước, 4% chất béo, 5%

đường, 3% protein – là chất lỏng Newton

Đô= nhớt của sữa tăng theo hàm lượng chất béo, nhưng lại

giảm khi nhiệt đô= tăng

Dầu cũng là chất lỏng Newton Cấu trúc phân tư! của nó có

mạch dài, chiều dài mạch cácbon của các acid béo càng

lớn thi( đô= nhớt càng lớn Đô= nhớt của dầu tăng cùng với

mức đô= bão hòa của liên kết cácbon nối đôi

Độc lập với thời gian –Time – independent fluid

• Pseudoplastic (shear thinning): Khi tốc đô= trượt càng tăng,

đô= dốc của đường cong càng giảm, đô= nhớt giảm –càng

khuấy càng loãng: VD: các sản phẩm như : puré chuối,

sốt táo đường, nước cam ép cô đặc, kem, máu, các loại

sơn và sơn móng tay

• Dilatant (shear thickening): Khi tốc đô= trượt

càng tăng, đô= dốc của đường cong càng tăng,

đô= nhớt tăng – càng khuấy càng đặc, trương nơ!

Ví dụ : mật ong (một số loại riêng biệt), tinh bột

ngô sống chiếm 40%

• Chất lỏng dạng Bingham: Nếu ứng suất tác dụng nho!

hơn ứng suất ngưỡng (σ0) chất lỏng chưa chảy Khi

ứng suất tác dụng lớn hơnứng suất ngưỡng (σ0)chất

lỏng chảy va( có động thái chảy giống chất lỏng Newton

VD: kem đánh răng, sốt cà chua

• Pseudoplastic fluids with yield stress: Khi ứng suất trượt

vượt qua gia trị ngưỡng thi( chất lỏng chảy va( có động

thái chảy giống với Pseudoplastic

ví dụ : thịt nghiền

Mô hình Herschel - Bulkley

σ: shear stress (ứng suất trượt) (Pa)

K: consistency index (chỉ sô đô= nhớt)

γ: shear rate (tốc đô= trượt) (1/s)

σ0: ứng suất ngưỡng (là ứng suất nhỏ nhất

để dòng bắt đầu chảy)

n: index of flow behavior (chỉ sô vê( động thái

chảy), khi n thay đổi thi" dáng điệu của

đường cong thay đổi

0 σ γ

•

n k

Mô ta! động thái chảy của các dạng chất lỏng Non-newton

thông qua mô hình Herschel - Bulkley

σo

Với chất lỏng phi newton độc lập với thời gian,

các dạng của động thái chảy luôn ổn định hay

độc lập với thời gian

Dựa vào mô hình Herschel – Bulkley ta thấy:

- Chất lỏng newton, pseudoplastic (chất gia! dẻo ),

chất dilatant (trương, nơ!) không có ứng suất

ngưỡng ⇒ khi có lực tác dụng nó chảy ngay

- Những chất lỏng có đô= nhớt phu= thuộc vào tốc

đô= trượt chứng tỏ nó tồn tại một cấu trúc bên

trong hê= thống

• Khi ta tác dụng ứng suất làm cho nó chảy thi(

trong quá trình chuyển động có sư= bẻ gãy va(

phân bô lại cấu trúc

Pseudoplastic (chất giả dẻo) có đặc điểm

1 Hợp chất có khối lượng phântư! lớn hay hạt dài

2 Giữa các phân tư! có tương tácmạnh với nhau tạo nên sư= kếthợp bằng các liên kết thư cấp

3 Trong phân tư! có một trục dàiva( phân tư! không đối xứng do

đo nó định hướng theo dòngchảy làm cho đô= nhớt giảm

4 Hình dạng va( kích thước củahạt không đồng nhất cho phépchúng chồng chất lên nhau

5 Các phân tư! của nó mềm dẻo,

có thê! làm thay đổi hình dạngcủa chúng, dãn ra hoặc thu lạitùy theo lực kéo

Hydroxyethyl-cellulose

Độnhớt độc lập với thời gian –Time – independent fluids

Chất lỏng phu= thuộc với thời gian –Time – dependent fluid

Phu= thuộc với thời gian

( Time – dependent fluid)

• Khi cô định tốc đô= trượt (γ.= cosnt), chất có

động thái chảy mà ứng suất tăng dần theo

tốc đô= trượt gọi là Rheopectic

• Khi cô định tốc đô= trượt (γ.= const), chất có

động thái chảy mà ứng suất giảm dần theo

tốc đô= trượt gọi là Thixotropic

Chất đàn hồi nhớt

(Viscoelasticity)

• Những chất thuộc nhóm này thê! hiện tính chất của hai nhóm là chất lỏng nhớt va( chất rắn đàn hồi

• Đặc trưng của nhóm này thê! hiện ở hai hiệu ứng là hiệu ứng Barus va( hiệu ứng Weissenberg

Cá c yếu tô: ảnh hưởng đến đô< nhớt

của nhiệt đô=

- Nhiệt đô= càng tăng thi( đô=

Cá c yếu tô: ảnh hưởng đến đô< nhớt

• Ảnh hưởng của áp suất

- Áp suất càng tăng thi( đô= nhớt của chất

lỏng newton càng tăng

• ảnh hưởng của nồng độ : tỷ lệ

• ảnh hưởng của khối lượng phân tử : tỷ lệ

Chưa khuấy khuấy

Chưa khuấy khuấy

18

Bài tập Khi đo độ nhớt của chất lỏng có phương trình như sau : σ = 4.10-2+ 0,2.γ ; (Pa)

• đây là chất lỏng nào, giải thích ?

• tính độ nhớt thực của chất lỏng tại thời điểm đo được vận tốc chảy trong ống là 0,012 m/s trong ống có đường kính 2 mm

• Cấu trúc thực phẩm là một tính chất hiển nhiên được

ÁP DỤNG

• Nó là một phần không thể thiếu của kiểm

soát chất lượng (Quality Control)

• Kiểm tra chất lượng để thiết lập một

quy trình tiềm năng

• Dự đoán tính lưu biến của sản phẩm (quy

trình phát triển)

• Dùng để thiết lập các tiêu chuẩn chất lượng

• Phù hợp với nhu cầu chất lượng của

• “All the mechanical, geometrical and surface attributes of

a product perceptible by means of mechanical, tactile

and, where appropriate, visual and auditory receptors.”

• Tất cả những thuộc tính cơ học, hình học và bề mặt của

sản phẩm có thể được nhận biết, đánh giá bằng các cơ

quan cảm nhận cơ học, xúc giác, thị giác hay thính giác

» (ISO 5492: 1992, từ vựng trong đánh giá cảm quan)

Độ cứng (hardness): thuộc tính cơ học của

cấu trúc liên quan tới cường độ lực cần để

làm cho sản phẩm biến dạng hoặc để có thể

đâm xuyên qua sản phẩm

Trong miệng, chúng được cảm nhận bằng việc

nén sản ph ẩm giữa hai hàm răng (chất rắn)

hoặc giữa lưỡi và vòm miệng (chất bán rắn)

• Mềm (soft) : cường độ lực thấp, vd cream cheese

• Chắc (firm) : cường độ lực vừa phải, vd olive

• Cứng (hard) : cường độ lực cao, vd kẹo

(ISO 5492 : 1992)

Tính dễ vỡ (fracturability):thuộc tính cơ học của cấu trúc

liên quan tới lực cố kết và lực cần để làm vỡ một sản

• Giòn (crunchy): mức độ lực vừa phải, vd táo, cà rốt

• Giòn (brittle): mức độ lực cao, vd đậu phộng rang

• Giòn (crispy): mức độ lực cao, vd khoai tây chiên

• Cứng giòn (crusty): mức độ lực cao, vd vỏ bánh mì Pháp

(ISO 5492 : 1992)

học của cấu trúc liên quan tới mức độ biến

dạng mà sản phẩm có thể chịu được

trước khi gãy vỡ

(ISO 5492 : 1992)

Độ dai (lực nhai) (Chewiness): thuộc tính cơ

học của cấu trúc liên quan tới lực cố kết, độ

cứng hoặc số lần nhai cần thiết để một sản

phẩm rắn trở thành dạng sẵn sàng cho việc

nuốt

• Mềm, bở (tender) : cường độ thấp, vd hạt đậu

non

• Chewy : cường độ vừa phải, vd fruit gums

• Dai (tough) : cường độ cao, vd thịt bò già, da

heo

(ISO 5492 : 1992)

Gumminess: thuộc tính cơ học của cấu trúc

liên quan tới lực cố kết của một sản phẩm

mềm bở (tender) Trong miệng, chúng liên

quan đến lực cần để nghiền nát sản phẩm

thành dạng sẵn sàng cho việc nuốt

• xốp giòn (short) : cường độ thấp, vd bánh quy xốp

• Bột (mealy, powdery) : cường độ vừa phải, vd khoai tây, đậu

Hà Lan khô luộc

• Sệt, nhão (pasty) : cường độ vừa phải, vd bột nhào của hạt

dẻ nghiền

• Dính (gummy) : cường độ cao, vd gelatin thực phẩm

(ISO 5492 : 1992)

Khi phân tích cấu trúc :

• Nên nêu những yếu tố ảnh

hưởng đến cấu trúc thực

phẩm

• Vd:

– độ mềm của thịt ảnh hưởng bởi

thành phần, bởi quá trình bảo

quản, quá trình biến đổi khi bảo

quản…

– Độ giòn của lát khoai tây chiên

– Thông số bậc 2 : brittleness, chewiness, gumminess

• Đặc tính hình học-liên quan đến kích cỡ, hình dáng và xu hướng

sắp xếp của những phân tử trong sản phẩm, vd : powdery, gritty

(sạn), lumpy (lổn nhổn), flaky (bông tuyết), fibrous, cellular, aerated

(xốp), crystalline

• Những đặc tính khác – liên quan đến việc tiếp nhận độ ẩm, độ béo

vd: dry, moist, oily

Việc phân nhóm thuật ngữ này chuyên biệt cho từng loại sản phẩm

nhưng trong mỗi trường hợp cụ thể phải dựa trên tính lưu biến của

sản phẩm Trong thực nghiệm, bản chất thay đổi theo thời gian của

nhận thức có nguồn gốc từ cảm giác cũng được công nhận, và

thuộc tính này được chia thành hai giai đoạn, giai đoạn nhai ban

đầu và giai đoạn sau khi nhai

Sherman (1969) :

• Tính chất bậc một của thực phẩm: đặc tính hình học như

cỡ hạt, phân bố cỡ, lượng khí…

• Tính chất bậc hai-xuất phát từ sự kết hợp của hai hoặc

nhiều tính chất có tỉ lệ không xác định; Tính chất lưu

biến như viscosity, elasticity, adhesion

• Tính chất bậc ba – được phân chia dựa trên các quá

trình như sau :

– Nhai : hard, soft; brittle, plastic, crisp; rubbery,

spongy; smooth, coarse; powdery, lumpy, pasty;

creamy, water, soggy (đẫm nước); sticky, tacky

– Sự tan rã: greasy, gummy, stringy; melt-down

properties

– Nonmasticatory: appearance; sampling and slicing

characteristics; spreading, creaming characteristics,

pourability

One possible criticism : it is based primarily on the

rheological properties of the foods rather than on a

perceptual basis

Jowitt (1974) :

• Đặc tính chung-structure, texture, consistency

• Thuật ngữ liên quan đến tập tính của vật chất dưới ứng

suất nén hoặc ứng suất kéo, vd: firm, chewy, stringy,

rubbery, sticky, glutinous, brittle, crumbly, crisp

• Thuật ngữ liên quan đến kết cấu của vật chất

– Liên quan đến kích cỡ hạt hay hình dáng hạt, vd : smooth,

chalky, gritty, mealy

– Liên quan đến hình dáng, sự xắp xếp của các yếu tố kết cấu

Vd: flaky, stringy, aerated, glassy, gelatinous, spongy

• Thuật ngữ liên quan đến tính chất cảm giác trong miệng

Vd: body, watery, greasy, slimy, mushy, astringent,

cooling

Phương pháp phân tích cấu trúc thực phẩm

- Phương pháp phân tích cảm quan: các cơ quan cảm

giác của con người để tìm hiểu, mô tả và định lượng

các tính chất cảm giác của một sản phẩm thực phẩm

như màu sắc, hình thái, mùi, vị và cấu trúc Người

phân tích phải tập luyện và thống nhất các thuật ngữ

cảm quan

-Phương pháp phân tích bằng thiết bị :

- Phương pháp cơ bản (fundamental methods):

- Phương pháp thực nghiệm (empirical methods)

- Phương pháp mô phỏng (imitative methods):

V í dụ một test đơn giản

Hãy tưởng tượng rằng ngón tay của bạn là một đầu đo gắn với bạn, một loại máy phân tích cấu trúc Não của bạn đóng vai trò như một phần mềm tính toán các thông tin từ ngón tay và

cơ thể của bạn Đầu tiên ngón tay của bạn di chuyển đến bề mặt của mẫu

Phân tích cấu trúc có liên quan

đến việc đo các đặc điểm cơ học của mẫu khi mẫu chịu những tác

động đã được kiểm soát

V í dụ

Một loại máy phân tích cấu trúc ghi lại sự chống lại lực của sản phẩm

LFRA T E XTURE ANAL YS ER

345

Một ngón tay của bạn (đầu đo) chạm vào bề mặt của mẫu, cơ thể của bạn (bộ phận phân tích cấu trúc) bắt đầu nhận được thông tin liên quan tới các đặc điểm cấu trúc của mẫu

V í dụ

Khi ngón tay của bạn (đầu đo)

ấn xuống mẫu mạnh hơn, nó

sẽ đi xuyên qua sản phẩm, và

cơ thể của bạn (bộ phận phân tích cấu trúc) sẽ chuyển thông tin chung tới não (phần mềm xử lý) để thực hiện việc

đánh giá đặc tính tính chất của mẫu

V í dụ

LFRA TEXTURE ANALYSER

345

COMPRESS COMPUTE INTERPRET

Bạn di chuyển ngón tay của mình (đầu đo) trở lại vị trí ban

đầu và đánh giá thông tin trong não của bạn với chỉ một thông tin đầy dủ đã được chọn

Cấu tạo của thiết bị

Biểu đồ: nguyên tắc đo lực nén

Ba phương pháp đo cấu trúc

(ngoài phương pháp đánh giá cảm quan ra)

– Dùng để đo những thông số không thể biểu

diễn được bởi định lượng lưu biến cơ bản.

– Những kỹ thuật này dựa trên ba nguyên tắc

cơ bản của sự biến dạng : sự uốn, cắt và nén.

– Cho kết quả nhanh và dễ sử dụng Thường

được sử dụng nhất trong công nghiệp

– Chỉ có thể dùng được ở một vài điều kiện

nhất định