Vật lý thực phẩm

Trường Đại học Nha Trang Khoa Công nghệ thực phẩm Vật lý thực phẩm Physical properties of food Chương trình đào tạo Kỹ sư Công nghệ thực phẩm Năm học 2015 GV: TS Tạ Thị Minh Ngọc Bộ môn: Công nghệ Sau thu hoạch Khoa Công nghệ thực phẩm Thông tin học phần • Học phần cung cấp cho người học kiến thức đặc trưng vật lý thực phẩm, nh chất điện từ, nh chất lưu biến bản, hệ nhiều pha, phương pháp đo thông số thực phẩm; nhằm giúp người học vận dụng kiến thức học phần chế biến đánh giá chất lượng thực phẩm Nội dung giảng dạy • Lý thuyết (02 tc) – Chủ đề 1: Một số đặc trưng hình học vật lý thực phẩm – Chủ đề 2: Tính chất lưu biến thực phẩm – Chủ đề 3: Hiện tượng bề mặt hệ nhiều pha thực phẩm – Chủ đề 4: Tính chất nhiệt thực phẩm – Chủ đề 5: Tính chất điện từ thực phẩm • Thực hành (01 tc) Tài liệu tham khảo Tên tác giả Tên tài liệu Năm xuất Nhà xuất Địa khai thác tài liệu Da-Wen Sun, Series Editor Physical Properties of Foods: Novel Measurement Techniques and Applications 2012 CRC Press Giảng viên cung cấp Ludger O.Figura Food Physics 2007 Woodhead Pubplishing Giảng viên cung Limited, cấp Cambridge England Springer, NewYork Thư viện số ĐHNT Athur A.Teixeira Serpil Sahin and Servet Guăluăm Sumnu Physical Properties of Foods 2006 Springer, NewYork Thư viện số ĐHNT Physical properties of foods and food Michael J Lewis processing systems 2006 Đặng Minh Nhật Lưu biến học thực 2011 phẩm NXB Khoa học Thư viện số ĐHNT kỹ thuật TP HCM Đánh giá kết học tập TT Điểm đánh giá Điểm lần kiểm tra kỳ Điểm seminar Điểm chuyên cần/thái độ Thi kết thúc học phần Trọng số (%) 20 20 10 50 Mục tiêu môn học Môn học trang bị cho sinh viên kiến thức về: - Phương pháp đo - Cách thể thông số vật lý sản phẩm - Ứng dụng thông số vật lý để kiểm sốt q trình sản xuất thực phẩm Tại phải nghiên cứu tính chất vật lý thực phẩm? • Ngun liệu thực phẩm (NLTP) có nguồn gốc sinh học có tính đặc thù - Hình dạng NLTP khơng - Các tính chất khơng có phân phối chuẩn - Cấu tạo dị thể - Thành phần vật liệu thực phẩm thay đổi theo loài, theo điều kiện môi trường, theo độ trưởng thành theo nhiều yếu tố khác - Tính chất thực phẩm bị biến đổi mặt hóa học bị ảnh hưởng độ ẩm, hô hấp hoạt động enzim • Tính chất vật lý thực phẩm có vai trị định việc thiết kế thiết bị, bảo quản, quản lý chất lượng phát triển sản phẩm thực phẩm • Hiểu biết xác tính chất vật lý cịn sở thiết yếu cho q trình mơ tối ưu hóa sản xuất Tại phải nghiên cứu tính chất vật lý thực phẩm? Ứng dụng tính chất vật lý: - Xác định lượng hố việc mơ tả ngun liệu - Cung cấp liệu cho ngành khoa học thực phẩm - Tiên đốn tính chất vật liệu từ đa dạng hóa thực phẩm Chủ đề Một số đặc trưng hình học vật lý thực phẩm Đặc trưng hình học vật lý thực phẩm • Khi xem xét cấu trúc nguyên liệu thực phẩm, người ta phân làm mức độ: mức độ vi mô (microscopic level) mức độ vĩ mô (macroscopic level) Ở mức độ vi mô, cấu trúc thực phẩm phản ánh thông qua thành phần cấu tạo nên thực phẩm nước, tinh bột, protein, lipid, muối Các cấu trúc bảo tồn bị phá hủy q trình chế biến thực phẩm Ở mức độ vĩ mô, đặc trưng cho cấu trúc thực phẩm thể qua thông số mật độ, đỗ rỗng, độ co, kích thước hạt, hình dạng Những đặc tính liên quan mật thiết tới khả vận chuyển q trình chuyển khối, truyền nhiệt thực phẩm • Người ta chia nguyên liệu thực phẩm làm hai nhóm: – nguyên liệu rắn thực phẩm có độ co độ rỗng tăng bị nước – nguyên liệu dạng hạt nguyên liệu có độ rỗng thay đổi ví dụ tác động lực nén hay lực rung Nhiệt dung riêng (NDR) • Là lượng nhiệt cần thiết để làm tăng nhiệt độ đơn vị khối lượng vật chất lên độ • Ký hiệu C (J/kg.độ) (Cp, Cv) – Cp - NDR chất rắn lỏng xác định áp suất không đổi – Cv - NDR chất khí xác định thể tích khơng đổ Nhiệt dung riêng (NDR) • Hầu hết thực phẩm có – Cp = 1,5 – 4,4 kj/kg.độ • Thực phẩm có hàm lượng nước lớn Cp lớn • NDR thực phẩm tính từ hàm lượng nước vật liệu Cơng thức tính NDR thực phẩm • Theo (Siebel,1892) – Cp = 3.35 XW + 0.84 (above freezing) – Cp = 1.26 XW + 0.84 (below freezing) • Theo (Heldman and Singh,1981): – Cp = 1.42 Xc + 1.549 Xp + 1.675 Xf + 0.837 Xa + 4.187 Xw • carbohydrate (c); protein (p); • fat (f); ash (a); and water (w); • Choi and Okos (1986) • cp: nhiệt dung riêng (J/kg.K); xi: phần trăm khối lượng thành phần thứ i; cp,i nhiệt dung riêng thành phần thứ i (J/kg.K) Ẩn nhiệt • Nhiệt ẩn (latent heat): Là lượng nhiệt cung cấp lấy khỏi vật thể làm thay đổi trạng thái khơng làm thay đổi nhiệt độ Ql = m r • Nhiệt (sensible heat): Là lượng nhiệt cung cấp lấy khỏi vật thể không làm thay đổi trạng thái nhiệt độ thay đổi Qs = m.C.∆T Ẩn nhiệt Ẩn nhiệt lượng nhiệt cần thiết để chuyển đổi đơn vị khối lượng vật chất từ trạng thái sang trạng thái khác mà không làm thay đổi nhiệt độ Ẩn nhiệt: nóng chảy, đơng đăc (rf) Ẩn nhiệt: hóa hơi, ngưng tụ (rv) Nước: rf= 335kJ/kg (00C), rv=2260kJ/kg (1000C) Hệ số dẫn nhiệt • Độ dẫn nhiệt đại lượng vật lý đặc trưng cho khả dẫn nhiệt vật liệu, dùng để đánh giá nhiệt truyền qua vật thể dễ hay khó • Hệ số dẫn nhiệt: nhiệt lượng truyền qua đơn vị chiều dài vật liệu đơn vị thời gian chênh lệch nhiệt độ 10C • Ký hiệu:  (w/m.độ) • Với thực phẩm hệ số dẫn nhiệt nhỏ nằm dải hẹp: 0,2 – 0,5 W/m.độ Hệ số dẫn nhiệt Có nhiều phương trình đề xuất để tính tốn hệ số dẫn nhiệt sản phẩm thực phẩm: • Đối với trái loại rau có hàm lượng nước lớn 60%, hệ số dẫn nhiệt tính phương trình (Sweat,1974): – = 0,148+0,493Xw • Đối với loại thịt có hàm lượng nước: 60 - 80%, –  = 0,08+0,52Xw • Thông qua thành phần thực phẩm (Sweat,1995): –  = 0,25Xc + 0,155Xp + 0,16Xf + 0,135Xa + 0,58Xw • carbohydrate (c); protein (p); • fat (f); ash (a); and water (w) Hệ số dẫn nhiệt độ • Cho biết trường nhiệt độ thực phẩm biến thiên nhanh hay chậm – a= /ρCp • • • • a: hệ số dẫn nhiệt độ (m2/s) Cp: NDR đẳng áp (J/kg.độ) : hệ số dẫn nhiệt (W/m.độ) ρ: khối lượng riêng (kg/m3) • Với thực phẩm: a = 10-7- 2.10-7 (m2/s) Chủ đề Tính chất điện từ thực phẩm Sóng điện từ • • • • • • • Bức xạ gamma n Bức xạ tia X Bức xạ tia cực tím Bức xạ ánh sáng nhìn thấy Bức xạ hồng ngoại Bức xạ vi ba Sóng vơ tuyến Wikipedia.com Hệ thống định lượng màu LAB • Hệ màu CIE-LAB (có thể viết gọn Lab, LAB L*a*b) phân chia màu hình ảnh thành giá trị màu sắc (chroma, A+B) độ sáng (luminance, L) Thiết bị đo màu • Nguyên tắc chung thiết bị đo màu: – Nguồn sáng chiếu sáng mẫu đo, 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 Sóng vi ba CNTP • Vi sóng xác định tần số 2450MHz - tần số 2450MHz tần số giao động cộng hưởng gây nên ma sát phân tử nước từ sinh nhiệt làm cho thực phẩm nóng lên - Phân tử nước gồm nguyên tử oxy và ngun tử Hydro, oxy có đợ âm điện lớn làm cho nước trở thành phân tử lưỡng cực - Khi thực phẩm đặt trường điện từ thì lưỡng cực nước định hướng theo hướng trường điện từ và trường điện từ dao động nhanh thì phân tử nước bị dao động theo - Do sự biến dạng cấu trúc phân tử gây nên xếp định hướng trở lại theo trường điện từ mà chuyển lượng vi sóng thành nhiệt - Sớ lượng lưỡng cực và sự thay đổi theo trường điện từ xác định thông qua số điện môi thực phẩm - Khi thực phẩm đặt trường điện từ hấp thu sóng và chuyển thành nhiệt, lượng nhiệt hấp thu đó đựơc gọi “lose factor” – hệ số tổn thất Thực phẩm có đợ ẩm cao thì “lose factor” lớn đó hấp thu nhiệt nhanh Sóng vi ba CNTP • Do cấu trúc thực phẩm không đồng nên sự hấp thu lượng vi sóng khơng đồng đều, đó xảy sự dẫn nhiệt từ nơi có nhiệt đợ cao sang nơi có nhiệt đợ thấp • Q trình làm nóng phụ thuộc vào hàm lượng ẩm vật liệu, ẩm cao làm nóng nhanh - Q trình làm nóng thực phẩm thực từ ngồi - Ứng dụng q trình trùng, nấu chín làm nóng thực phẩm Năng lượng hồng ngoại - Xác định tần số rộng - Được bề mặt thực phẩm hấp thu chuyển thành nhiệt - Q trình làm nóng phụ thuộc vào đặc trưng bề mặt thực phẩm, màu sắc thực phẩm - Quá trình dẫn nhiệt vào phụ thuộc vào hệ số dẫn nhiệt thực phẩm (phụ thuộc vào lượng ẩm thực phẩm) - Áp dụng trình sấy, làm nóng bề mặt thực phẩm, làm hư hỏng lòng thực phẩm ... đo - Cách thể thông số vật lý sản phẩm - Ứng dụng thông số vật lý để kiểm sốt q trình sản xuất thực phẩm Tại phải nghiên cứu tính chất vật lý thực phẩm? • Ngun liệu thực phẩm (NLTP) có nguồn gốc... thực phẩm Nội dung giảng dạy • Lý thuyết (02 tc) – Chủ đề 1: Một số đặc trưng hình học vật lý thực phẩm – Chủ đề 2: Tính chất lưu biến thực phẩm – Chủ đề 3: Hiện tượng bề mặt hệ nhiều pha thực phẩm. .. động enzim • Tính chất vật lý thực phẩm có vai trị định việc thiết kế thiết bị, bảo quản, quản lý chất lượng phát triển sản phẩm thực phẩm • Hiểu biết xác tính chất vật lý cịn sở thiết yếu cho