CÁC TÍNH CHẤT NHIỆT và điện từ của vật LIỆU THỰC PHẨM

BỘ BỘ MƠN MƠN CƠNG CƠNG NGHỆ NGHỆ HĨA HĨA HỌC HỌC CÁC TÍNH CHẤT NHIỆT VÀ ĐIỆN TỪ CỦA VẬT LIỆU THỰC PHẨM GV: Đào Ngọc Duy CÁC TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT ĐIỆN TỪ VÀ TÍNH CHẤT QUANG HỌC CÁC TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU • Các q trình chế biến thực phẩm có liên quan đến q trình truyền • • • • nhiệt Vấn đề tính tốn lượng nhiệt cần truyền → giảm chi phí lượng Độ dẫn nhiệt Nhiệt dung riêng Ẩn nhiệt DẪN NHIỆT & ĐỊNH LUẬT FOURIER • Dẫn nhiệt truyền lượng gây nên tương tác vật lý • phân tử, nguyên tử chất có khác biệt nhiệt độ Định luật Fourier   HỆ SỐ DẪN NHIỆT • Hệ số dẫn nhiệt k tính chất nhiệt vật lý mơi trường dẫn đại diện cho tốc độ truyền nhiệt đơn vị diện tích ứng với gradient nhiệt độ 1oC/m Đơn vị k W/moC HỆ SỐ DẪN NHIỆT Kim cương : 900 ÷ 2300 Kim loại : 7,78 ÷ 420 (bạc 420, đồng 386, vàng 316, nhôm 236) Hợp kim : 11,6 ÷ 164 Thực phẩm : 0.02 ÷ Vật liệu xây dựng : 0,02 ÷ 3,0 Chất khí : 0,06 ÷ 0,6 Chất lỏng : 0,07 ÷ 0,7 Vật liệu cách nhiệt : 0,02 ÷ 0,1 Vật liệu siêu cách nhiệt : ≈ 0,003 Bảng 3.1 : Hệ số dẫn nhiệt nhiệt độ thường vật liệu khác thực phẩm Vật liệu o k (W/m C) Vật liệu o k (W/m C) Gạch xây 0,69 Bêtông trộn đá 1,37 Cát khô 0,582 Cát ẩm 1,13 0,055 Ván ép 0,109 Sợi thủy tinh 0,035 Mạt cưa 0,059 Len 0,052 Tóc 0,036 Vải cơtơng 0,06 Đất nhẹ, khơ 0,346 Khơng khí 0,026 Nước 0,556 Cây bóng nước ≈ Các loại sắt thép 55 Bảng 3.2 : Hệ số dẫn nhiệt vài thực phẩm nhiệt độ thường Vật liệu o k (W/m C) Vật liệu o k (W/m C) Đào sấy đông khô 0.0418 Sữa bột 0.054 Nước cam 20% chất rắn 0.320 Mực khô 0.077 o Nước cà chua 44≈ Brix 0.460 Glycerol 0.135 Dâu 0.462 Tinh bột 0.15 Chuối 0.481 Dầu bắp 0.17 Táo đỏ 0.513 Cá tươi 0.44-0.46 Khoai tây 0.533 Thịt bò tươi 0.491 Dứa 0.549 Tôm 0.490 Cà rốt 0.571 Mực tươi 0.500 Cam lột vỏ 0.580 Thịt bò đơng lạnh 1.37 Đào tươi 0.581 Cá đơng lạnh 1.2-1.6 CÁC TÍNH CHẤT CỦA HỆ SỐ DẪN NHIỆT Hệ số dẫn nhiệt thực phẩm: phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ & ẩm độ Hệ số dẫn nhiệt thay đổi theo nhiệt độ Kim loại dẫn nhiệt tốt điện môi K < 0,1 W/m0C → vật liệu cách nhiệt Vật liệu siêu dẫn: nhiệt độ thấp có hệ số dẫn nhiệt thật cao DỰ ĐỐN HỆ SỐ DẪN NHIỆT THỰC PHẨM 1 Mơ hình lý thuyết  Mơ hình nối tiếp song song (3-4 3-5)  Mơ hình tích (3-6)  Mơ hình kết hợp (3-7)  Các mơ hình khác • Mơ hình thực nghiệm - k = a + bX + cT Kỹ thuật trường điện từ dạng xung high tensity pulsed electric field (PEF) Cơ chế vô hoạt vi sinh vật PEF - Vi sinh vật có màng tế bào dùng để trao đổi chất có chọn lọc với mơi trường bên ngồi, nhờ vào màng tế bào mà chúng sống sót trạng thái bình thường tồn lớp điện tích trước sau màng tế bào tạo nên đồng áp suất hai môi trường tế bào Kỹ thuật trường điện từ dạng xung high tensity pulsed electric field (PEF)  Cơ chế vô  - hoạt vi sinh vật PEF đưa trường điện từ chạy qua tế bào làm cho tích tụ điện tích màng tế bào tạo nên phụ màng tế bào, điện phụ phụ thuộc vào lực điện trường chênh lệch điện tích Sự chênh lệch tác động vào màng tế bào, làm cho màng tế bào biến dạng, số vị trí màng tế bào mỏng vượt giới hạn đàn hồi chúng bị thủng thành lỗ nhỏ.Điện đánh thủng màng tế bào cần đạt đến độ chênh lệch khoảng 1V bên vàbên màng tế bào Kỹ thuật trường điện từ dạng xung high tensity pulsed electric field (PEF) Cơchế vô hoạt vi sinh vật PEF - phụ thuộc vào hướng tác động điện trường lên vi sinh vật mà làm biến dạng màng phá hỏng chúng, tạo thành lỗ nhỏ khắc phục chúng khơng chức bán thấm làm cân áp suất thẩm thấu dẫn đến hưhỏng tế bào Kỹ thuật trường điện từ dạng xung high tensity pulsed electric field (PEF)   Cơ chế vô hoạt vi sinh vật PEF -Theo số thuyết thay đổi màng bán thấm dẫn đến thay đổi yếu tố khác pha nội chứa lipid (Sugar anh Neuman, 1984), tăng q trình chuyển hố hai lớp phân tử Lipid (Deuticke et al., 1983), làm tiến triển pore kị nước dẫn đến chuyển hoá pore kị nước thành ưu nước mở ra, biến tính kênh prôtêin nhạy cảm (Tsong, 1992)  -Do tác động điện tích, nên kênh mở đến mức chúng vượt kích thước giới hạn khắc phục lại được, chúng mở vĩnh viễn tạo thành lỗ thành tế bào Kỹ thuật trường điện từ dạng xung high tensity pulsed electric field (PEF) Các yếu tố ảnh hưởng đến kỹ thuật điện từ trường dạng xung yếu tố kỹ thuật :cường độ điện trường thời gian xử lí hai yếu tố ảnh hưởng nhiều đến q trình xử lí pef - Cường độ điện trường: cường độ điện trường tạo môi trường : tế bào khoảng 1V, phá hỏng thành tế bào Chỉ có cường độ trường điện từ thời gian xử lí làm hư hỏng màng tế bào, yếu tố khác vùng xử lí, số điện mơi,cường độ dòng điện cơng suất khơng đóng vai trò làm hư hỏng màng tế bào Kỹ thuật trường điện từ dạng xung high tensity pulsed electric field (PEF) Thời gian xử lí: kỹ thuật xung điện sử dụng dạng xung ngắn để tránh tăng nhiệt phản ứng thuỷ phân khơng mong muốn thời gian xử lí tính chiều rộng xung nhân với số xung Thời gian xử lí khoảng từ 1µgiây đến 5µ giấy đủ để làm vơ hoạt tế bào, với q trình xử lí 10 nsectrong xung điện trường thiết lập điện chênh lệch Sau pore tạo thành, với tác động xung khoảng 1µ giây đến 5µ giấy làm cho vi sinh vật không kịp sửa chữa hư hỏng thành tế bào Kỹ thuật trường điện từ dạng xung high tensity pulsed electric field (PEF) Hình dạng xung : xung vng cóđường tắt xung dạng đường cong mũ có tác dụng mạnh đến làm thủng lỗ thành tế bào Kỹ thuật trường điện từ dạng xung high tensity pulsed electric field (PEF)  Yếu tố sinh học  -kích thước hình dạng tế bào  Vc = f.Ec.a.cosυ   -Vc điện đánh thủng,  -a : bán kính tế bào,  -Ec : điện trường tới hạn yêu cầu  -υ : góc nghiêng màng tế bào với điện trường  -f hệ số = 1,5 cho hình cầu vàf = l/(l-d/3)  l: chiều dài vi sinh vật  d: đường kính vi sinh vật Kỹ thuật trường điện từ dạng xung high tensity pulsed electric field (PEF) Kỹ thuật trường điện từ dạng xung high tensity pulsed electric field (PEF) Kỹ thuật trường điện từ dạng xung high tensity pulsed electric field (PEF) Kỹ thuật trường điện từ dạng xung high tensity pulsed electric field (PEF) Yếu tố thực phẩm - Thành phần chất : đồng kích thước thành phần ảnh hưởng đến số điện môi thực phẩm ảnh hưởng đến q trình xử lí pef nhiều Sự có mặt chất béo, prơtêin khókhăn việc xử lí pef Kỹ thuật trường điện từ dạng xung high tensity pulsed electric field (PEF) Yếu tố thực phẩm -Nhiệt độ: yếu tố ảnh hưởng đứng sau cường độ điện trường thời gian xử lí Khi nhiệt độ thực phẩm tăng lên, hiệu q trình xử lí pef tăng lên Quá trình sử dụng pef thường thực nhiệt độ 65°C thời gian vài giây -Sự tăng hiệu xử lí pef nhiệt độ cao phụ thuộc vào tính chất lưu biến màng tế bào tác động nhiệt độ Nguyên nhân màng tế bào bị đánh thủng tính chất co dãn màng tế bào nhiệt độ tăng lên (giống nhưchất lỏng) tăng nhiệt độ dễ dàng đánh thủng màng tế bào xung điện -Một số nghiên cứu cho thấy điện đánh thủng màng tế bào dạng lipid-protein 2V 4°C, 1V 20°C 500 mV 30-40°C (Zimmermann, 1986) Kỹ thuật trường điện từ dạng xung high tensity pulsed electric field (PEF) Một số ứng dụng PEF -Ứng dụng q trình tách chiết : PEF làm rách màng tế bào vi sinh vật thuận lợi cho việc tách chiết chất tế bào ngồi PEF ứng dụng vào việc làm rách màng bán thấm tế bào động vật thực vật, ứng dụng vào việc ép chất dinh dưỡng từ trái cây, từ đường mía, -Ví dụ trình áp dụng pef cho việc tách chiết nước ép táo cónăng suất tăng từ 67% đến 73% so với phương pháp ép thông thường sản phẩm hơn, với nước ép carrot tăng từ 51% đến 67% sử dụng pef đạt hàm lượng cao β-carotene tốt phương pháp ép cổ truyền (Knorr et al, 1994) Kỹ thuật trường điện từ dạng xung high tensity pulsed electric field (PEF) -Hỗ trợ trình sấy : pef làm tăng trình truyền khối truyền nhiệt thực vật động vật nhờ vào khả làm rách màng tế bào - Vô hoạt enzyme : có tác dụng pef làm tăng hoạt tính giảm hoạt tính enzyme, vấn đề nhiều báo cáo trái ngược - Bảo quản chất rắn bán rắn : làm vô hoạt enzyme vi sinh vật ...1 CÁC TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT ĐIỆN TỪ VÀ TÍNH CHẤT QUANG HỌC CÁC TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU • Các q trình chế biến thực phẩm có liên quan đến q trình truyền • • • • nhiệt. .. 0,6 Chất lỏng : 0,07 ÷ 0,7 Vật liệu cách nhiệt : 0,02 ÷ 0,1 Vật liệu siêu cách nhiệt : ≈ 0,003 Bảng 3.1 : Hệ số dẫn nhiệt nhiệt độ thường vật liệu khác thực phẩm Vật liệu o k (W/m C) Vật liệu. .. riêng, m khối lượng vật liệu, Q nhiệt lượng để vật liệu tăng từ nhiệt độ T1 lên T2: Bảng 3.4 : Nhiệt dung riêng vài loại vật liệu Vật liệu o Nhiệt độ, C o C (kJ/kg C) Vật liệu, Xw o Nhiệt độ, C o C