Bài giảng vật lý thực phẩm chương 3 nguyễn tiến cường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VẬT LÝ THỰC PHẨM Chương 3: Hiện tượng bề mặt 1.1 Sức căng bề mặt • Sức căng bề mặt đại lượng đánh giá độ đàn hồi hay độ bền mặt liên diện hai pha 1.1 Sức căng bề mặt • Mặt liên pha (Interface): ranh giới tiếp xúc hai pha 1.1 Sức căng bề mặt • Các phân tử lòng chất lỏng bao quanh phân tử khác theo hướng với sức hút tương đương • Các phân tử bề mặt (ví dụ, giao diện chất lỏng-khí) gắn kết với phân tử chất lỏng khác nằm bên tiếp giáp với chúng Ngoài chúng phát triển lực hấp dẫn kết dính với phân tử cấu thành pha khác bề mặt liên pha 1.1 Sức căng bề mặt • Sự cân tương tác phân tử tạo lực hướng từ vào trung tâm khối chất lỏng, dẫn đến phân tử giao diện bị kéo lại gần kết làm bề mặt co lại  sức căng bề mặt 1.1 Sức căng bề mặt • Sức căng bề mặt hai pha công học thực lực căng làm cho diện tích mặt liên diện thay đổi đơn vị diện tích • Đơn vị: N/m J/m2 dyne/cm (1 dyne = 10-5N) 1.1 Sức căng bề mặt 1.1 Sức căng bề mặt • Phương trình Young-Laplace 1.1 Sức căng bề mặt • Hiện tượng mao dẫn 1.1 Sức căng bề mặt • Ví dụ: Tính độ cao nước dâng lên mao quản có bán kính 0,001cm biết khối lượng riêng nước 997kg/m3, sức căng bề mặt nước 73dynes/cm góc tiếp xúc (góc thấm ướt) 10° (các số liệu 20°C) 10 1.1 Sức căng bề mặt • Ảnh hưởng nhiệt độ: T ↑, σ ↓ 12 1.1 Sức căng bề mặt • Ảnh hưởng nồng độ: – Khơng/ít có ảnh hưởng: đường nước; hợp chất hữu dầu – Tăng sức căng bề mặt: muối vô nước – Giảm sức căng bề mặt: alcol – Giảm đến giá trị tới hạn: chất hoạt động bề mặt (surfactant, emulsifier) 13 1.1 Sức căng bề mặt • Hệ lỏng-lỏng-khí – Pha 1: khí; pha lỏng khơng tan vào 14 1.1 Sức căng bề mặt • Hệ rắn-lỏng-khí ; tượng thấm ướt – Pha 1: khí; pha 2: rắn; pha 3: lỏng Young’s equation 15 1.1 Sức căng bề mặt • Động học tượng bề mặt – – – – Tách từ micell/pha phân tán Di chuyển đến mặt liên pha Điều hướng thích hợp để hấp phụ Hấp phụ thông qua khoảng trống có sẵn • Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (cho bề mặt liên pha rắn - lỏng/rắn - khí 16 1.1 Sức căng bề mặt • Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (cho bề mặt liên pha rắn - lỏng/rắn – khí) • Hấp phụ, hóa học q trình xảy chất khí hay chất lỏng bị hút bề mặt chất rắn xốp gia tăng nồng độ chất bề mặt chất khác Chất bị hấp phụ (adsorbate), chất hấp phụ (adsorbent) • Khi thiết lập phương trình hấp phụ, Langmuir đưa giả định sau :  Bề mặt đồng lượng  Các chất bị hấp phụ hình thành lớp đơn phân tử  Sự hấp phụ thuận nghịch, có đạt cân hấp phụ  Tương tác phân tử bị hấp phụ bỏ qua 17 1.1 Sức căng bề mặt • Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (cho bề mặt liên pha rắn - lỏng/rắn – khí) • Hấp phụ, hóa học q trình xảy chất khí hay chất lỏng bị hút bề mặt chất rắn xốp gia tăng nồng độ chất bề mặt chất khác Chất bị hấp phụ (adsorbate), chất hấp phụ (adsorbent) • Khi thiết lập phương trình hấp phụ, Langmuir đưa giả định sau :  Bề mặt đồng lượng  Các chất bị hấp phụ hình thành lớp đơn phân tử  Sự hấp phụ thuận nghịch, có đạt cân hấp phụ  Tương tác phân tử bị hấp phụ bỏ qua 18 • Phương trình Langmuir • X = 𝑋𝑚𝑎𝑥 𝑝 +𝑝 = 𝑋𝑚𝑎𝑥 𝑘 x : độ hấp phụ thời điểm xmax : độ hấp phụ cực đại p : áp suất khí 𝑝 𝑝𝑚𝑎𝑥 A: đại lượng tỷ lệ nghịch với số cân Các giá trị x, xm, p xác định từ thực nghiệm 𝑝 𝐴 = + 𝑝 𝑥 𝑋𝑚𝑎𝑥 𝑋𝑚𝑎𝑥 19 0h 8h 4h Hình dạng hạt tinh bột sắn trình thủy phân amylase E max  K ad  E F  S EB   K ad  E F S 1    E B E max  K ad E F E max Nhiệt độ 𝐸𝑚𝑎𝑥 (g 𝐾𝑎𝑑 (ml/g) enzyme/kg TB) 30℃ 0.0085 ± 0.0004 85.49 ± 13.55 40℃ 0.0098 ± 0.0024 82.55 ± 23.12 50℃ 0.0419 ± 0.0014 50.04 ± 11.29 20 1.2 Phép đo sức căng bề mặt • Chiều cao mao dẫn (Capillary rise method) 21 1.2 Phép đo sức căng bề mặt • Xác định góc thấm ướt (góc tiếp xúc) 22 1.2 Phép đo sức căng bề mặt • Xác định góc thấm ướt (góc tiếp xúc) 23 1.3 Ứng dụng • Hệ nhũ tương – Chất nhũ hóa – Chất làm dày 24 1.3 Ứng dụng • Bọt – Chất làm bền bọt 25 1.3 Ứng dụng • Gel - Sols 26