THUỘC TÍNH QUANG CỦA VẬT LIỆU THỰC PHẨM

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM HỌC PHẦN TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU THỰC PHẨM Chủ đề THUỘC TÍNH QUANG CỦA VẬT LIỆU THỰC PHẨM TPHCM, 2020 Tiểu luậ.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM HỌC PHẦN TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU THỰC PHẨM Chủ đề: THUỘC TÍNH QUANG CỦA VẬT LIỆU THỰC PHẨM TPHCM, 2020 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .4 I TÁN XẠ .5 Khái niệm tán xạ .6 Ứng dụng tán xạ Tiểu luận TCVLVLTP II III IV GVHD: TS Phan Thế Duy PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÀU SẮC VÀ ỨNG DỤNG Cơ chế nhìn màu cùa mắt Màu sắc 10 Các phương pháp đo màu ứng dụng 11 HỒNG NGOẠI 11 Khái niệm hồng ngoại 14 Nguồn gốc quang phổ hồng ngoại 14 Ứng dụng hồng ngoại 15 CẬN HỒNG NGOẠI 17 Khái niệm cận hồng ngoại 17 Ứng dụng cận hồng ngoại .17 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 T LỜI MỞ ĐẦU rong cơng nghiệp thực phẩm, tiêu chí mà người tiêu dùng quan tâm chất lượng thực phẩm, họ ngày yêu cầu sản phẩm thực phẩm giữ giá trị dinh dưỡng, giữ màu sắc tự nhiên hương vị tươi mới, kết cấu tốt chất phụ gia độc hại Chính yêu cầu đặt thách thức cho nhà sản xuất Nó địi hỏi cơng cụ, phương pháp khơng độc hại, tiết kiệm chi phí mà giúp ích cho việc phân loại kiểm định chất lượng sản phẩm thực phẩm Ứng dụng quang công nghiệp thực phẩm phương pháp vật lý sử dụng rộng rãi, góp phần đánh giá chất lượng phân loại thực phẩm Việc ứng dụng tính chất quang khơng khơng ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm mà phương pháp nhanh chóng, giúp xác định số thuộc tính chất lượng khiếm khuyết bên sản phẩm I ĐỘ TÁN XẠ Khái niệm Sự tán xạ ánh sáng tượng vật lý ánh sáng phản chiếu từ chủ thể bị lệch khỏi phương chiếu ban đầu truyền qua môi trường không đồng tính (khơng đồng tính chất quang học)  Trong vật lý hạt, tán xạ tượng hạt bị bay lệch hướng va chạm vào hạt khác  Trong quang học (và thiên văn học), tán xạ tượng photon bị đổi hướng gặp vật, vĩ mơ tiểu hành tinh, viên đá vành đai Sao Thổ, hay vật chất vi mô hạt bụi Trong trình tán xạ túy, lượng photon khơng thay đổi, có hướng thay đổi ngẫu nhiên theo hàm mật độ xác suất gọi hàm tán xạ Thực tế, photon gặp vật chất, khơng hướng thay đổi mà lượng thay đổi (giảm tượng hấp thụ hay tăng tượng xạ) Lúc xảy tán xạ túy hấp thụ/bức xạ túy Trong quang học có loại tán xạ: tán xạ Mie, tán xạ Brillouin, tán xạ Rayleigh Tán xạ Rayleigh: Bầu trời Trái Đất có màu xanh da trời, khí Trái Đất tán xạ mạnh thành phần màu xanh da trời (bước sóng ngắn) ánh sáng trắng đến từ Mặt Trời Đây ví dụ tán xạ Rayleigh - Kiểu tán xạ làm lệch hướng mạnh tia sáng có bước sóng ngắn - Tán xạ Rayleigh hay quan sát ánh sáng qua chất rắn, lỏng hay khí suốt Hệ số tán xạ: Trong đó: n mật độ hạt (số hạt đơn vị thể tích); m chiết suất hạt; d kích thước trung bình hạt; λ bước sóng ánh sáng Phương pháp xác định độ tán xạ Sự tán xạ hấp thụ từ hạt nano có tầm quan trọng lớn nghiên cứu quang học loạt ứng dụng Mơ hình chuyển đổi xạ hai dòng Kubelka Munk đưa mô tả đơn giản tán xạ ánh sáng vật liệu composite hạt nano, việc đảo ngược liệu truyền qua phản xạ thử nghiệm để thu hệ số tán xạ hấp thụ nhiều thách thức Ở đây, phương pháp chung để đánh giá tham số từ phổ truyền qua phổ phản xạ, kết hợp với phép đo tán xạ ánh sáng phân giải góc phổ phát triển Sự phụ thuộc góc xấp xỉ phần mở rộng hàm pha Reynoldult McCormick, trang bị cho liệu tán xạ ánh sáng phân giải góc thử nghiệm Một gần với mơ hình tán xạ góc thể rõ hơn, áp dụng để thu tham số quang sử dụng liệu phản xạ truyền qua, trường hợp khơng có phép đo độ phân giải góc Những kết mở rộng đến loạt hệ thống đẳng hướng, dị hướng nhiều tán xạ, hữu ích lĩnh vực lớp phủ tán xạ ánh sáng / siêu vật liệu, màng che chắn UV, hình, lớp hấp thụ / tán xạ pin mặt trời lớp sinh học tán xạ Ứng dụng độ tán xạ Là phương pháp để đo kích thước hạt, đặc biệt quy mơ micro nano, kỹ thuật tán xạ ánh sáng động (DLS) áp dụng rộng rãi phịng thí nghiệm nghiên cứu, việc phát triển sản xuất thực phẩm Các hạt vi / thực phẩm (MNPs), có nguồn gốc từ thành phần thực phẩm thơ chế biến, đóng vai trị quan trọng vai trị việc kiểm sốt chức tính chất thực phẩm, bao gồm việc cung cấp thành phần hoạt động phát hành có kiểm sốt Như biết sữa, chất keo thực phẩm nên nghiên cứu, không giá trị dinh dưỡng mà chức sinh học, với đặc biệt nhấn mạnh vào tổ hợp vi mô / nano riêng lẻ Các tổ hợp nano thực phẩm dạng lỏng, chẳng hạn súp gà, xương súp, cà phê, trà, v.v., chứng minh góp phần vào chức chúng Kích thước, độ dày lớp hình dạng hạt nano, ngoại vi thành phần bên trong, xác định chức rủi ro an toàn thực phẩm tiềm hạt Các quy trình cơng nghiệp nước, bao gồm xử lý nhiệt, lọc, siêu âm lị vi sóng có khả thay đổi tính chất hạt MNPs đơi gây tập hợp Do đó, đặc tính xác động MNPs có lợi cho việc điều chỉnh xác chức chúng tốt hiểu biết chế gạch chân Các máy phân tích kích thước hạt theo tán xạ Laze Ngồi cịn có ứng dụng tán xạ Raman chế tạo đế SERS phát lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật nơng sản Các đế SERS phân tích chất độc hại thuốc nhuộm xanh thực phẩm, diệt nấm thủy sản - malachite green, chất trộn vào sữa melamine, chất độc xyanua nồng độ siêu nhỏ ppb (1) (1) (1) (1) (1) (1) (2) Các cành nano bạc (AgNDs@Si) lắng đọng lên bề mặt Si Các hoa nano bạc II PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÀU SẮC VÀ ỨNG DỤNG Cơ chế nhìn màu mắt Stephen Corfidi có nói: “Chúng ta thường nghĩ tất thứ có màu sắc cụ thể Tuy nhiên, màu sắc thấy phụ thuộc vào phản chiếu ánh sáng vật thể đường ánh sáng” Để hiểu cách sâu sắc tượng màu sắc ta phải xét chất ánh sáng Bởi khơng có ánh sáng ta không thấy màu sắc Ánh sáng xạ điện từ lan truyền chân không với tốc độ 3.108 m/s Mặt trời nguồn sáng sơ cấp Mặt trời phát xạ có bước sóng trãi rộng từ vùng có bước sóng cực ngắn tia gamma phát vật liệu phóng xạ bước sóng vơ tuyến (bước sóng dài cỡ hàng Km) Tuy nhiên mắt cảm nhận khoảng bước sóng nhỏ dạng màu ánh sáng Vùng xạ gọi vùng bước sóng nhìn thấy hay xạ khả kiến, có bước sóng trãi từ khoảng 400nm đến khoảng 750nm Bao gồm màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím Vùng phổ ánh sáng Sự tổng hợp tất màu vùng quang phổ khả kiến tạo thành ánh sáng trắng Và ngược lại ta tách ánh sáng trắng thành màu riêng lẻ lăng kính Mắt người nhìn thấy màu sắc nhờ cấu tạo võng mạc có hàng ngàn tế bào nhạy sáng, tế bào nhạy sáng gồm loại: - Tế bào hình que (rod cell): Liên quan đến khả phân biệt độ sáng tối - Tế bào hình nón (cone cell): Liên quan đến khả cảm nhận màu sắc, gồm loại, loại nhạy với bước sóng Red, Green Blue Đường cong hấp thụ tế bào hình nón vùng quang phổ khả kiến Màu sắc kết hấp thu chọn lọc miền xác định phổ liên tục ánh sáng trắng đập vào Cơ chế nhìn màu mắt Những yếu tố ảnh hưởng đến cảm nhận màu mắt:  Ánh sáng  Kích thước vật  Nền màu viền xung quanh Và đặc biệt cịn phụ thuộc vào cảm nhận chủ quan người quan sát Màu sắc Có yếu tố màu sắc là: Sắc (ton) Độ đậm nhạt màu pha trắng pha đen Quang độ: (Valuer) Độ sáng tối màu, tác dụng liên kết độ đậm nhạt với độ đậm nhạt Ví dụ: vịng sắc, vàng màu có đỉnh quang độ sáng nhất, tím màu có đỉnh quang độ tối đập mắt Cường độ: (Intensity) Là mức độ mạnh hay yếu màu (thị giác cảm nhận độ tươi thắm) kích thích thị giác Ví dụ: Vàng: quang độ sáng hơn, cam: cường độ mạnh độ tươi thắm Các phương pháp đo màu ứng dụng Trong công nghệ thực phẩm, màu sắc thông số quan trọng định chất lượng thực phẩm Màu sắc không phản ánh hết giá trị dinh dưỡng, mùi vị, chức sản phẩm thực 10 phẩm định chấp nhận người tiêu dùng sản phẩm thực phẩm Màu sắc dùng để theo dõi biến đổi màu sản phẩm trình lưu trữ, phát triển chế biến sản phẩm thực phẩm; đánh giá độ chín trái q trình thu hoạch;… Hiện có nhiều phương pháp xác định màu sắc khác Tuy nhiên ngành thực phẩm, ta có phương pháp xác định màu sắc chủ yếu: Phương pháp cảm quan (thị giác) Đối với chuyên gia có kinh nghiệm lĩnh vực so màu họ xác định màu sắc thực phẩm qua việc cảm nhận thị giác Tuy nhiên, phương pháp hạn chế việc đánh giá phương pháp cho độ xác khơng cao Phương pháp so màu hóa chất Nếu bạn muốn kiểm tra màu sắc dung dịch phẩm màu, nước giải khát… nên sử dụng loại hóa chất chuyên dụng giúp phân biệt màu sắc nhanh đảm bảo độ xác cao Tuy nhiên tùy vào loại sản phẩm thực phẩm mà lựa chọn phương pháp xác định màu thiết bị phù hợp để có kết mong muốn Phương pháp chụp màu Nguyên tắc chung thiết bị đo màu: - Nguồn sáng chiếu sáng mẫu đo 11 - Mẫu đo hấp thụ phản xạ tín hiệu màu đến phận thu nhận (bộ cảm biến) - Tín hiệu sau thu nhận phận thu nhận xử lý để đưa giá trị màu Nguyên lý hoạt động máy đo màu Các thiết bị đo màu thực phẩm Ngoài ra, việc xác định màu sắc cho thực phẩm ứng dụng trong: - Đánh giá độ chín nơng sản - Đánh giá chất lượng (công nghệ xử lý, bảo quản) - Kiểm sốt lỗi cơng nghệ đóng gói thực phẩm 12 Sơ đồ đánh giá độ chín nơng sản Sơ đồ hệ số trùng sữa tươi Ứng dụng kiểm sốt lỗi đóng gói III HỒNG NGOẠI Khái niệm Tia hồng ngoại xạ khơng nhìn thấy có bước sóng lớn bước sóng ánh sáng đỏ nhỏ sóng vơ tuyến 13 Bản chất tia hồng ngoại sóng in Bc x hng ngoi (infrared radiation_IR): (= 0,8ữ1000àm) v Trong đó: f: tần số (1/s) l: bước sóng (m) C: tốc độ sóng truyền (m/s) u: số bước sóng (1/m) Nguồn gốc xạ hồng ngoại Năm 1880, William Hershel phát tồn xạ nhiệt vùng phổ ánh sáng nhìn thấy ơng đặt tên xạ hồn ngoại (Infrarred – IR) Đây dải xạ khơng nhìn thấy có bước sống từ 0.75 đến 1000nm ông chứng minh xạ tuân theo quy luật xạ nhìn thấy Phương pháp phân tích theo phổ hồng ngoại kỹ thuật phân tích hiệu Một ưu điểm quan trọng phương pháp phổ hơng ngoại vượt phương pháp phân tích cấu trúc khác (nhiễu xạ tia X, cộng hưởng từ điện tử,…) phương pháp 14 cung cấp thông tin cấu trúc phân tử nhanh, khơng địi hỏi phương pháp tính tốn phức tạp Bức xạ hồng ngoại có độ dài sóng từ 0.8 đến 100μm chia làm ba vùng: Cận hồng ngoại (Near infrared) λ= 0.8 – 2.5μm Trung hồng ngoại (Medium infrared) λ= 2.5 – 50μm Viễn hồng ngoại (far infrared) λ= 50 – 100μm Ứng dụng hồng ngoại Trên giới IR áp dụng nhiều lĩnh vực như: ứng dụng chế tạo thiết bị quang điện từ đo lường – kiểm tra lĩnh vực thực phẩm, thiết bị chẩn đoán điều trị y tế, hệ thống truyền thông, hệ thị mục tiêu thiên vắn, điều khiển thiết bị vũ trụ năm gần đây, chúng sử dụng để thăm dò tài nguyên thiên nhiên trái đất hành tinh khác, để bảo vệ môi trường Đặc biệt ứng dụng quan trong lĩnh vực quân Ở nước ta nay, lĩnh vực số quan khoa học có Viện nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ, tiếp cận, nghiên cứu từ cuối năm 60 kỷ XX Và đặc biệt, phổ hồng ngoại sử dụng rộng rãi cơng nghiệp nói chung thực phẩm nói riêng Với ưu điểm: sạch, tốt khơng hóa chất, khơng gây vấn đề an tồn sức khỏe phổ hồng ngoại công nghiệp thực phẩm áp dụng rộng rãi như: - Phân tích dư axit amin protein - Đánh giá chất lượng chất béo, protein thành phần sản phẩm sữa hạt - Phân biệt bột cá, bột thịt, bột đậu nành có mẫu - Phân tích thành phần hóa học phomat, ngũ cốc, bánh kẹo, thịt bò - Dễ dàng hữu ích loại bỏ nguyên liệu thực phẩm không gây ảnh hưởng chất lượng 15 Nguyên lý máy quang phổ hồng ngoại IV CẬN HỒNG NGOẠI Khái niệm cận hồng ngoại Cận hồng ngoại dựa hấp thụ sóng điện từ bước sóng phạm vi 800 - 2500nm Là phần quang phổ tồn cuối quang phổ nhìn thấy bắt đầu vùng quang phổ hồng ngoại Quang phổ cận hồng ngoại kỹ thuật phân tích cho phép biết thành phần hóa học thực phẩm nguyên liệu nhanh so với phép thử sinh hóa thơng thường, dự báo giá trị dinh dưỡng thực phẩm Ứng dụng cận hồng ngoại Quang phổ cận hồng ngoại kỹ thuật thiết lập tốt ngày yếu tố quan trọng kiểm soát chất lượng ngành công nghiệp thực phẩm Máy quang phổ FT-NIR đại Bruker phân tích mẫu lỏng chất rắn công cụ lý tưởng để phân tích 16 nhanh chóng khơng phá hủy nguyên liệu thô, sản phẩm trung gian thành phẩm tồn q trình sản xuất FT-NIR cung cấp cơng cụ nhanh chóng đơn giản để phân tích loạt ngun liệu thơ, trung gian thành phẩm ngành công nghiệp thực phẩm Trái ngược với hầu hết phương pháp hóa học phương pháp tham chiếu khác, công nghệ FT-NIR nhanh chóng, hiệu quả, khơng phá hủy an tồn, khơng sử dụng hóa chất, dung mơi khí Nó đơn giản đo hấp thụ ánh sáng cận hồng ngoại mẫu bước sóng khác ghi lại rung động phân tử tất phân tử có chứa nhóm C-H, N-H O-H Do quang phổ NIR lựa chọn để phân tích tất loại vật liệu hữu cơ, làm cho trở nên lý tưởng cho nhiều loại thực phẩm Những lợi ích quang phổ FT-NIR là: - Không chuẩn bị mẫu, khơng lãng phí Khơng u cầu kỹ đặc biệt, trình bày mẫu dễ dàng Khơng có lỗi điển hình phương pháp phịng thí nghiệm cổ điển Phân tích nhiều thành phần thời gian phút Thích hợp cho mẫu rắn, sệt lỏng Kiểm soát chất lượng Các câu hỏi mối quan tâm chất lượng thực phẩm vô tận, nhu cầu công cụ dễ sử dụng để giám sát đảm bảo tính tồn vẹn thực phẩm gia tăng khắp giới FT-NIR công nghệ mạnh mẽ hiệu để kiểm sốt ngun liệu thơ, sản phẩm trung gian thành phẩm Nhiệm vụ phổ biến chế biến thực phẩm Xác định thành phần thực phẩm phụ gia Thành phần thực phẩm phụ gia sử dụng nhiều năm để bảo quản, tăng hương vị, pha trộn, làm dày tạo màu thực phẩm Việc xác định nguyên liệu áp dụng tương tự định tính nguyên liệu thô ngành dược phẩm chất tinh khiết hữu số khoáng chất muối vơ Ví dụ: chất béo chất thay chất béo, carbohydrate, vitamin chất dinh dưỡng, axit amin, enzyme chế phẩm, chất nhũ hóa, chất ổn định, 17 chất làm đặc, chất kết dính, chất kết dính, chất bảo quản, chất làm thay đường - Kiểm tra phù hợp Phân tích thành phần ghi nhãn Phát gian lận thực phẩm Kiểm soát sản xuất 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO - VẬT LÝ THỰC PHẨM (Đặng Thị Thu Hương – CNSTH) - VẬT LÝ THỰC PHẨM (Gv: Nguyễn Trộng Bách – Trường ĐH Nha Trang) - TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA THỰC PHẨM (PGS TS Trương Vĩnh, KS Vũ Ngọc Hà Vi, KS Đào Ngọc Duy) - https://anhsangvacuocsong.vn/ung-dung-tan-xa-anh-sang-trong-du-baothoi-tiet/ - https://issuu.com/daykemquynhon/docs/ppphnvudttp - https://www.food-analysis-nir.com/vn/index.html - http://vast.ac.vn/tin-tuc-su-kien/tin-khoa-hoc/trong-nuoc/3533-nghiencuu-che-tao-cac-de-sers-tan-xa-raman-tang-cuong-be-mat-co-cau-trucnano-bac-dang-la-va-hoa-tren-silic-de-phat-hien-du-luong-thuoc-bao-vethuc-vat 19 ... lận thực phẩm Kiểm soát sản xuất 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO - VẬT LÝ THỰC PHẨM (Đặng Thị Thu Hương – CNSTH) - VẬT LÝ THỰC PHẨM (Gv: Nguyễn Trộng Bách – Trường ĐH Nha Trang) - TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA THỰC... chất lượng sản phẩm thực phẩm Ứng dụng quang công nghiệp thực phẩm phương pháp vật lý sử dụng rộng rãi, góp phần đánh giá chất lượng phân loại thực phẩm Việc ứng dụng tính chất quang khơng khơng... nghệ thực phẩm, màu sắc thông số quan trọng định chất lượng thực phẩm Màu sắc không phản ánh hết giá trị dinh dưỡng, mùi vị, chức sản phẩm thực 10 phẩm định chấp nhận người tiêu dùng sản phẩm thực