Phương pháp đo cấu trúc TPA

Phương pháp đo cấu trúc TPA

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

PHƯƠNG PHÁP ĐO

CẤU TRÚC TPA

GIẢNG VIÊN : TRẦN LỆ THU

SVTH: NHÓM 7

TP Hồ Chí Minh 6/2015

DANH SÁCH NHÓM

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Hiện nay đất nước ngày càng phát triển, nhu cầu của con người cũng ngày được nâng cao Trong đó nhu cầu về ăn uống là được con người quan tâm nhất Ngày xưa mọi người chỉ quan tâm là làm sao được ăn no là đủ, nhưng bây giờ không chỉ có như thế

mà còn phải được ăn ngon Chính vì thế mà ngành công nghiệp thực phẩm ở nước ta ngày một phát triển

Trên thị trường Việt Nam hiện nay xuất hiện rất nhiều sản phẩm, đa dạng từ mẫu mã cho đến chất lượng Nhưng trong đó quan trọng nhất là về mặt chất lượng Vì vậy mà vấn đề này được kiểm tra nghiêm ngặt ngay sau khi sản phẩm được sản xuất ra Các sản phẩm này được kiểm tra về mặt hương vị, cấu trúc và hình thức bên ngoài của sản phẩm vì đây là ba yếu tố chính quyết định sản phẩm có được chấp nhận trên thị trường hay không Nhưng trong đó quan trọng nhất vẫn là mặt cấu trúc vì:

 Cấu trúc ảnh hưởng đến sự cảm nhận mùi vị cũng như đến hình thức bên ngoài của sản phẩm

 Là đây là một thuộc tính quan trọng được khách hàng quan tâm hàng đầu

I. Tìm hiểu về cấu trúc thực phẩm

Sản phẩm thực phẩm ít khi chứa một hợp phần, thường là tổ hợp nhiều hợp chất khác nhau Số lượng các hợp phần hóa học tạo nên 1 thực phẩm thường ổn định, gồm chủ yếu các hợp chất có giá trị dinh dưỡng Sự khác nhau là ở hàm lượng từng hợp phần Sản phẩm thực phẩm có cấu trúc tức là có hình dạng, trạng thái, kết cấu, màu sắc và hương thơm

Kết cấu của sản phẩm là biểu hiện cảm giác và chức năng của cấu trúc, tính chất cơ học và tính

chất bề mặt của thực phẩm, được phát hiện thông qua các quan của thính giác, thị giác

và xúc giác

Các quá trình tạo cấu trúc bao gồm nhiều giai đoạn liên tiếp ứng với các trạng thái hình thể khác nhau Trước tiên phải áp dụng một số phương pháp xử lý như: xử lý nhiệt và cơ học, sử dụng các hoá chất…nhằm phá huỷ một phần cấu trúc không gian nguyên thể ban đầu (phá huỷ các liên kết năng lượng yếu hay chính là làm biến tính thành phần cấu tạo nên sản phẩm thực phẩm) Sau đó lại tiến hành tổ chức và định hướng các phân tử từng phần hay toàn bộ đã giãn mạch để tái tổ chức lại các liên hợp Cuối cùng là kết gắn và làm cứng cấu trúc có tổ chức đã thu được nhờ phân bố lại các liên kết trong và giữa các phân tử đã bị phá huỷ trong giai đoạn làm giãn mạch Các sản phẩm thực phẩm có dạng rắn, lỏng, dựa vào kết cấu có thể chia thành 8 dạng:

• Dạng lỏng: Có độ nhớt nhiều hoặc ít

• Dạng gel: Thường có tính dẻo, đôi khi đàn hồi, có độ đặc và nóng chảy khi ở nhiệt độ của miệng (gel protein, gel gelatin, gel pectin, gel tinh bột)

• Dạng sợi: Có mặt sợi xenluloza, sợi tinh bột, sợi protein

• Dạng tập hợp các tế bào trương nước, chất lỏng sẽ giải phóng ra khi nhai (quả và rau mọng nước, một số thịt)

• Dạng sánh nhờn, trơn, nhẵn: Mỡ, chocolat, một số phomat

• Dạng khô, bở có cấu trúc hạt (bích quy) hoặc tinh thể (đường)

• Dạng trong: Tan chạm trong miệng

• Dạng xốp: Ruột bánh mỳ, kem bọt

Nguyên liệu trong chế biến các sản phẩm thực phẩm thường được cấu tạo từ các cao phân tử

Các cao phân tử này có những tính chất chức năng đặc trưng riêng Tính chất chức năng là những tính chất tổng thể tiêu biểu nhất liên kết đồng thời nhiều tính chất hoá

lý khác nhau nhưng phụ thuộc lẫn nhau Có thể nói tính chất chức năng là tất cả mọi

tính chất không phải dinh dưỡng có ảnh hưởng đến tính hữu ích của một hợp phần trong thực phẩm Tính chất chức năng phụ thuộc chặt chẽ vào cấu trúc không gian của các phân tử và vào trạng thái kết hợp của chúng (giữa chúng hay với các phân tử khác)

Người ta chia tính chất chức năng của các cao phân tử ra thành 3 nhóm chính:

 Tính hidrat hoá: phụ thuộc vào sự tương tác của các cao phân tử với nước như: sự hút nước và giữ nước, sự thấm ướt, sự phồng lên, sự dính kết, sự hoà tan và tính tạo nhớt…

 Tính chất phụ thuộc vào tương tác giữa các cao phân tử với nhau Tính chất này liên quan đến hiện tượng kết tủa, tạo gel và sự tạo thành các cấu trúc khác (tạo sợi, tạo bột nhão)

 Các tính chất bề mặt: có liên quan đến sức căng bề mặt, sự tạo nhũ hoá và sự tạo bọt

Tính chất chức năng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như ảnh hưởng của các pha phân tán khác nhau (hệ đơn phân tán và đa phân tán) Vì kích thước của các hạt phân tán khác nhau sẽ có sự di chuyển đến bề mặt của phần dị thể là khác nhau Tỷ lệ phân tử nằm ở bề mặt các liên hợp sẽ tăng lên khi đường kính phân tử nhỏ hơn 1µm Điều này chứng tỏ tầm quan trọng của các tính chất liên pha trong hệ vi dị thể được đặc trưng của kích thước các hạt

Chính quá trình nghiên cứu tính chất chức năng này đã chỉ rõ cho ta thấy ảnh hưởng của tính chất chức năng đến tính chất kết cấu hay khả năng tạo cấu trúc riêng cho mỗi một loại sản phẩm thực phẩm Mỗi dạng thực phẩm đặc trưng bởi các trạng thái của các hạt phân tán trong hệ phân tán Như vậy có thể thấy tính chất chức năng có vai trò

vô cùng quan trọng cho quá trình tạo nên cấu trúc cho sản phẩm thực phẩm hay tạo ra nét đặc trưng riêng cho các sản phẩm thực phẩm Mỗi một thành phần trong nguyên liệu chế biến thực phẩm có rất nhiều tính chất khác nhau như khả năng tạo bọt, khả năng tạo gel, khả năng tạo màng khả năng nhũ hoá…và những khả năng này lại được tạo nên từ tính chất chức năng của chúng Tuy nhiên, các tính chất này không phải hoàn toàn độc lập Chẳng hạn như sự tạo gel của protein không những bao gồm những tương tác protein – protein mà còn bao gồm các tương tác protein – nước hoặc độ nhớt và độ hoà tan phụ thuộc lẫn nhau và phụ thuộc các tương tác protein – protein

và các tương tác protein – nước

II. Phương pháp đo cấu trúc thực phẩm

Để xác định cấu trúc của thực phẩm, người ta dùng 6 phương pháp sau:

 Phương pháp đâm xuyên

 Phương pháp nén TPA (texture profile analylis)

 Phương pháp cắt Kramer (nhiều dao)

 Phương pháp cắt Warner-Bratzler (một dao)

 Phương pháp Back Extrusion (ép đùn)

1. Giới thiệu về phương pháp TPA

TPA (texture profile analysis) là một phương pháp dùng công cụ để xác định cấu trúc của thực phẩm bằng lực nén cơ học Đây là phương pháp đánh giá được nhiều thuộc tính cấu trúc của sản phẩm trong 1 lần thử, thiết bị kỹ thuật sử dụng đường cong của lực, đường cong của sự biến dạng để phân loại các đặc tính cấu trúc then chốt của mẫu, là cầu nối với cảm quan Phương pháp này chỉ dung lực nén Mẫu được tiến hành nén hai lần liên tiếp.Việc lặp lại thao tác nhiều lần giúp ta có thể tính toán được các đặc tính cấu trúc Kết quả thu được một đường cong thể hiện quan hệ giữa lực và thời gian

Một vài thuộc tính cấu trúc như độ cứng, độ cố kết, độ nhớt, độ đàn hồi có thể được đánh giá từ đường cong này Đa chức năng, có nhiều ứng dụng trong công nghiệp

Kiểm traTPA bao gồm hai chu kì, mỗi chu kì nén và giảm nén (phép thử 2 lần cắn

“two bite” test) Mẫu có thể bị ép đến 90% Quan hệ lực/thời gian và lực/biến dạng sẽ được ghi lại trong những chu kì nén và giảm nén Từ đường cong lực/thời gian, nhiều thông số cấu trúc như khả năng gãy vỡ, độ cứng, tính dai, tính co giãn sẽ được rút ra Đây là những thông số rất gần với các đặc tính về cảm quan TPA test được sử dụng trong lê, đào, thịt bò, bò bít tết, bơ Cheddar, quả hồ đào

2. Tổng quan về thiết bị cơ lý instron

Thiết bị instron

Instron, nhà cung cấp các loại máy đo cơ lý vật liệu hàng đầu thế giới cung cấp hàng loạt các giải pháp cho phép phân tích cấu trúc cho ngành công nghiệp thực phẩm Instron bao gồm phép phân tích cấu trúc thực phẩm, từ năm 1968 khi Malcolm Bourne lần đầu tiên sử dụng và instron làm phép phân tích mô phỏng sơ bộ về thực phẩm Instron seri 5500, có thể mua được các bộ máy phân tích cấu trúc với đủ loại kích cỡ và công suất miễn là phép đo chính xác để có thể chạy một phép kiểm tra

“bloom” của các loại gel mềm hay độ nén ép trái cây Trong seri 5500 tất cả các bộ máy đều kết hợp với quy trình công nghệ hiệu lệnh bằng tay mới nhất với phần mềm merlin của instron Merlin là bộ chương trình phần mềm máy tính để bắt đầu cuộc kiểm nghiệm thực phẩm, kiểm soát và tập hợp dữ liệu và tạo ra kết quả, chuẩn bị báo cáo Tính dễ dàng sử dụng của phần mềm này mang lại sự hoạt động đơn giản, độ chính xác đáng tin cậy và tính linh động Thông thường các phương pháp thử nghiệm

như TPA, đo độ gãy, biến dạng, đâm xuyên, cắt, nén, …đều dễ dàng chạy bằng phần mềm merlin Sử dụng gắn liền với cụ kiểm soát và tính toán thí nghiệm bạn sẽ dễ dàng tạo ra những phép kiểm tra cho riêng mình

Phần cứng (thân máy): Bộ phận thân máy gồm một cột và giá đỡ là nơi kết nối với máy tính và các bộ kít để thực hiện các phép đo

Phần mềm BLUEHILL cung cấp một chương trình kiểm tra nguyên liệu linh hoạt và đầy sức mạnh, dễ dàng sử dụng đối với cả những người chỉ mới bắt đầu học hay các chuyên gia Phần mềm BLUEHILL chia thành các bảng mã màu giúp thao tác dễ dàng Màn hình đáp ứng nhu cầu đối với các kĩ thuật ứng dụng cho từng phương pháp kiểm tra Các thông số như là cố định cơ cấu, thuật ngữ kiểm tra, lựa chọn đơn vị và tính toán được định hình tự động,

cho phép phòng thí nghiệm hoạt động nhanh chóng và chính xác

Những thiết kế và khả năng của BLUEHILL phản ánh nền tảng ứng dụng mạnh mẽ của Instron, tập đoàn phát triển 60 năm qua như là người dẫn đầu trong việc kiểm tra vật liệu BLUEHILL tương thích trực tiếp với nhiều hệ thống của Instron như 3300,

4200, 5500, 5800…

Phần mềm BLUEHILL giao diện được thiết kế dạng bảng nên sử dụng khá đơn giản

Nó bao gồm việc kiểm tra, phương pháp kiểm tra, báo cáo kết quả và hệ thống quản lí Bấm vào bảng mà bạn thấy, rồi chọn mục bạn muốn kiểm tra Rất đơn giản Điều

khiển các mục theo bảng dạng cột để cho ra kết quả theo sơ đồ trình bày như trên màn hình xác định cổng xuất dữ liệu và thư mục lưu trữ

2.1. Phân tích mô tả cấu trúc thực phẩm

Thông số cần đo:

 Độ cứng ( Hardness, N )

 Độ giòn ( Fracturability, N )

 Độ cố kết (Cohesivement)

 Độ dính bề mặt (Adhesivement, J )

 Độ dẻo ( Gumminess, N )

 Độ dai ( Chewiness, J )

 Độ phục hồi ( Resilience, J )

2.1.1.Độ cứng

 Theo đặc tính vật lí: độ cứng là lực cần thiết để làm mẫu biến dạng đến một mức xác định cho trước

 Theo đặc tính cảm quan: độ cứng là lực cần thiết để cắn đứt mẫu hoàn toàn khi mẫu được đặt giữa các răng hàm

2.1.2.Độ cố kết

 Theo đặc tính vật lí: Độ cố kết là mức độ vật liệu biến dạng trước khi xảy ra nứt vỡ

 Theo đặc tính cảm quan: Độ cố kết là mức độ biến dạng của mẫu trước khi

vỡ ra, khi xuyên qua mẫu hoàn toàn bằng răng hàm

2.1.3.Độ đàn hồi

 Theo đặc tính vật lí: Độ đàn hồi là mức độ vật liệu phục hồi lại trạng thái ban đầu sau khi bị làm biến dạng và lực được cất đi

 Theo đặc tính cảm quan: Độ đàn hồi là mức độ mẫu có thể hồi phục trở lại hình dạng, kích thước ban đầu sau khi được nén một phần giữa lưỡi và vòm miệng

2.1.4.Độ dính

 Theo đặc tính vật lí: Độ dính là công cần thiết để cắt đứt các liên kết giữa bề mặt mẫu thực phẩm và bề mặt tiếp xúc với mẫu đó

 Theo đặc tính cảm quan: Độ dính là lực cần thiết để gỡ thực phẩm dính vào miệng (thường là vòm miệng) khi ăn

2.1.5.Độ giòn

 Theo đặc tính vật lí: Độ giòn là lực cần thiết để làm nứt vật liệu, bằng tích độ cứng độ cố kết (thường là khi độ cứng lớn, độ cố kết thấp)

 Theo đặc tính cảm quan: Độ giòn là lực cần thiết để làm thực phẩm nứt hoặc

vỡ vụn ra

2.1.6.Độ dai – thực phẩm rắn

 Theo đặc tính vật lí: Độ dai (thực phẩm rắn) là tổng năng lượng cần thiết để nhai thực phẩm rắn đến kích thước đủ nhỏ để nuốt được, bằng tích độ cứng ×

độ cố kết × độ đàn hồi

 Theo đặc tính cảm quan: Độ dai (thực phẩm rắn) là thời gian (giây) cần thiết

để nghiền mẫu,khi có một lực không đổi tác dụng, đến khi thực phẩm đủ nhỏ

để có thể nuốt

2.1.7.Độ dai – thực phẩm bán rắn

 Theo đặc tính vật lí: Độ dai (thực phẩm bán rắn) là năng lượng cần thiết để nghiền vụn thực phẩm bán rắn đến kích thướt đủ nhỏ để nuốt được, bằng độ cứng× độ cố kết Trong đó thực phẩm phải có độ cứng thấp, độ cố kết cao

 Theo đặc tính cảm quan: Độ dai (thực phẩm bán rắn) là mức độ các tiểu phần dính lại với nhau trong suốt quá trình nhai, năng lượng cần thiết để nghiền vụn thực phẩm bán rắn đủ nhỏ để có thể nuốt

2.2. Đo cấu trúc thạch rau câu

2.2.1.Nguyên liệu

 Thạch rau câu Long Hải: chiều cao 2cm

 Thạch rau câu Bidrico: chiều cao 2.5cm

 Thạch rau câu New Choice: chiều cao 2.5cm

 D ≥ d (D: đường kính mẫu, d: đường kính đầu dò TPA

Tính chất của các sản phẩm thạch rau câu: với thành phần như trên, các sản phẩm thạch có độ dai, dẻo, đàn hồi , thích hợp cho việc sử dụng phương pháp TPA để xác định cấu trúc của thực phẩm

2.2.2.Các yêu cầu trong phương pháp TPA

 Kích thước mẫu thực phẩm: 1cm3, hình lập phương

 Tiến hành với 2 lần nén ép

 Đầu dò TPA

2.2.3.Thiết bị sử dụng

 Thiết bị đo cơ lý Instron

 Thông số kĩ thuật:

 Tốc độ: 2-30 in/phút hoặc 0 - 75 cm/phút

 Hành trình chuyển động: 3.5 in / 8.9 cm

 Lực tải tối đa: 1.363 kg (3000 pound) (nếu dùng FTA-3000 force transducer)

 Nguồn: 220 VAC, 50/60 Hz - Kích thước máy chính (W x D x H) : 48 x 51

x 86 cm

 Trọng lượng máy chính: 56 kg

2.2.4.Ưu điểm, nhược điểm

Ưu điểm

 Thao tác dễ thực hiện và dùng hầu hết ở các nơi

 Tốn ít thời gian và cho kết quả nhanh chóng

 Hoạt động liên tục (không hạn chế số lượng mẫu kiểm tra)

 Cho kết quả chính xác có độ tin cậy cao

 Biểu diễn được nhiều đặc tính cấu trúc mẫu trong một lần đo

 Kết hợp được với các thiết bị khác như máy vi tính để thu được các biểu đồ thuận lợi cho việc phân tích kết quả

Nhược điểm

Khó đồng nhất kết quả thu được với thực tế đánh giá khi thực hiện trên hội đồng

và đây cũng chính là đặc điểm chung của phương pháp phân tích công cụ

2.2.5.Kết quả

Thạch Long Hải

Thạch Bidrico

Thạch new choice

2.2.6.Nhận xét

 Từ trên ta có thể nhận thấy: các thông số về lực nén lớn nhất lần1, lực nén lớn nhất lần 2, độ dính bề mặt, độ Gum, độ co giãn, độ Chewiness mà ta đo của thạch rau câu Bidrico đều lớn hơn thạch rau câu Long Hải và New Choice

 Trong 3 sản phẩm thì thạch rau câu New Choice có các thông số là thấp nhất, dựa vảo đồ thị ta thấy sản phẩm có độ giòn nhưng tương đối nhỏ do tính chất

bề mặt thể hiện qua điểm đứt gãy đầu tiên

 3 sản phẩm đều có độ kết cấu tương đương nhau, sản phẩm của New Choice thì mềm hơn do độ Gum của nó nhỏ nhất trong 3sp

 Carrageenan là thành phần chính trong cả 3 sản phẩm, tuy nhiên hàm lượng

là khác nhau cộng với một vài phụ gia được sử dụng để tạo nên độ dẻo dai của thạch Carageenan tham gia như một chất tạo đông, có thể thay đổi kết cấu của sản phẩm với tính chất hóa lí, cơ học mong muốn,tạo ra các sản phẩm đông đặc có độ bền dai Nhìn vào bảng kết quả so sánh cả 3 sản phẩm thì thạch rau cau bidrico có độ dai và sự vững chắc tốt hơn Điều này là do một phần sự phối trộn nguyên liệu, hương vị của từng nơi sản xuất.Sản phẩm thạch của Long Hải và Bidico có độ đặc, dai và dẻo,còn thạch của New Choice cũng dẻo nhưng mềm hơn

3. Thiết bị Brookfield LRFA

3.1. Tổng quan về thiết bị

3.1.1.Các thông số cần cài đặt

 Distance: là tổng khoảng cách mà đầu đo đi xuống ngay sau khi đã đạt được lực trigger

 Speed: là vận tốc mà đầu đo sẽ di chuyển đến khoảng cách định trước

 Time: là số giây mà đầu đo sẽ giữ yên tại một khoảng cách xác định trong chế độ hold time

 Count: là số vòng sẽ tác dụng lên mẫu trong suốt chế độ cycle count

 Trigger: là lực (g) đo bởi thiết bị để cho biết đầu đo đã tiếp xúc với mẫu thử Khi đạt được giá trị trigger thì phép thử sẽ bắt đầu với tốc độ đã định trước Brookfield khuyến cáo là giá trị trigger nên chiếm khoảng 0,5% phạm vi tải trọng