Báo cáo thực hành vật lý thực phẩm phương pháp đâm xuyên

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC-THỰC PHẨM - - BÁO CÁO THỰC HÀNH VẬT LÝ THỰC PHẨM BÀI PHƯƠNG PHÁP ĐÂM XUYÊN GVHD: ThS Trương Hoàng Duy Lớp: ĐHTP10A - Nhóm Nhóm: - Nguyễn Thị Thu Trang - Trần Vũ Trường - Dư Thị Kim Tuyền - Mai Thị Tuyến - Trần Ngọc Thảo Vi TP.HCM, tháng 09 năm 2016 PHƯƠNG PHÁP ĐÂM XUYÊN Mục đích thí nghiệm 1.1 Mục đích Phương pháp đâm xuyên dùng để đo độ cứng sản phẩm tức đo khả chống biến dạng dẻo khả phá hủy giòn lớp bề mặt tác dụng mũi đâm, từ xác định độ chín sản phẩm Bởi trường hợp mua trái để vận chuyển tiêu thụ xa hay xuất khẩu, việc nắm q trình chín trái để thu hoạch lúc, áp dụng biện pháp hỗ trợ kĩ thuật cho trái chín chủ động…là điều cần thiết để giảm hao hụt đảm bảo an tồn thực phẩm Vậy nên việc kiểm tra tính chất sản phẩm sản xuất cần thiết Các sản phẩm dùng phương pháp đâm xuyên: - Rau (chuối, táo, lê,…) - Bơ magarine - Phomat - Kẹo cao su - Keo dạng gel 1.2 Lý chọn mẫu Kết cấu thuộc tính chất lượng quan trọng ảnh hưởng đến định mua sản phẩm trái khách hàng, độ cứng thuộc tính ta bỏ qua Độ cứng trái phụ thuộc vào nhiều yếu tố hàm lượng protopectin, hàm lượng chất xơ, hàm lượng tinh bột,…nếu yếu tố nhiều, cao trái cứng Ngược lại, hàm lượng pectin, hàm lượng đường, hàm lượng nước nhiều độ cứng trái giảm Nhóm thực thí nghiệm mẫu chuối vừa chín gồm chuối cau, chuối sứ, chuối già, với đặc điểm: kích thước đồng đều, dễ tạo mẫu; giá thành thấp; tính chất vật lý hóa học thể đầy đủ rõ ràng 2 Cơ sở lý thuyết phương pháp đo 2.1 Giới thiệu phương pháp đâm xuyên Phương pháp đâm xuyên phương pháp đo độ cứng đơn giản sử dụng phổ biến Việc kiểm tra đâm xuyên thực Lipowwitz (1861), ông đặt đĩa có đường kính – 2,5cm bề mặt khối gelatin chứa cốc có mỏ Đĩa nối với phễu theo trục thẳng đứng Người ta đặt cân vào phễu đủ nặng để đĩa đâm vào khối gelatin Tổng trọng lượng cân, phễu, trục, đĩa dùng để tính độ đặc, khối đơng Những phép đo cịn sơ khai có đủ phần cần thiết phép đo: tên, đầu đâm xuyên vào thực phẩm, phương cách nhằm nâng độ lớn lực lên (quả cân) đo lường lực Thiết bị biết đến nhiều Bloom Gelometer Thử nghiệm thứ thực Capri (1884) nhằm đo độ đặc khối mỡ đông Đầu đo có đường kính mm đâm sâu cm vào khối mỡ Brulle dùng nguyên tắc tương tự để đo độ cứng bơ Sohn giải thích rõ q trình cần thiết để đạt kết với thiết bị ông (1893) Năm 1925, Giáo sư Morris tiến hành thử nghiệm đâm xuyên cho sản phẩm nông sản Trong thử nghiệm thực đâm xuyên theo Magness Taylor, Chatillon, EFFG-GI giới thiệu phương pháp đâm xuyên thịt Các thiết bị đâm xuyên thiết bị sử dụng lực tối đa Thiết bị thuộc lọai đầu đo đơn lẻ Magness Taylor, Chatillon EFFG-GI, hay dạng đa đầu đo Thiết bị đo độ mềm Armour, Thiết bị đo cấu trúc Christel, Thiết bị đo độ chín, thành trưởng Các thiết bị đo độ đâm xuyên phân lọai theo đặc điểm lực áp dụng Tốc độ đo định trước cho thiết bị đo lực 2.2 Cơ sở phép đo 2.2.1 Nguyên lý chung Đồng mẫu trước đo tạo khối hình trụ theo yêu cầu phương pháp, cài đặt thông số cần đo, thay đầu dị phù hợp, tiến hành đo thường đo lần Sau thu thập số liệu, xử lý số liệu giải thích kết đo Phép đo dựa định luật tương tác lực: Khi đầu dị bắt đầu chạm đâm xun mẫu mẫu tác dụng lực trở lại đầu dò thời gian định Ban đầu mẫu bị biến dạng đến mức độ bị phá vỡ bị xuyên qua, đo lực lớn làm vật bị xuyên qua đánh giá từ xác định độ cứng mẫu Nguyên lý phương pháp đâm xuyên: Tác dụng lực lên vật, vật bị biến dạng đến mức độ bị phá vỡ bị xuyên qua, đo lực lớn làm vật bị xuyên qua đánh giá độ cứng độ sản phẩm Lưu ý: Trong trình chuẩn bị mẫu ta phải chọn mẫu có đường kính phải lớn đường kính đầu dị Vậy đường kính mẫu lớn đường kính đầu dị vừa Dĩ nhiên mẫu lớn nhiều so với đầu dị khơng gây nên khác biệt trị số lực Lực khác biệt phụ thuộc vào góc, cạnh độ dày mẫu Một kiểm nghiệm đâm xuyên cho kết sai hồn tồn q trình thực mẫu bị vỡ hay nứt Và mẫu hình trụ xấp xỉ với đầu dị thực đâm xun mẫu bị đùn lên đầu dị, ảnh hưởng đến kết đo Và thông số đưa đường kính mẫu đường kính đầu dị cần lớn lần 2.2.2 Cơ sở phép đo cấu trúc Khi mẫu lớn, đầu đâm xuyên đâm vào thực phẩm đoạn nhỏ tương ứng với kích thước thực phẩm đĩa đỡ bên Khi mẫu mỏng, có nguy lực nén lên thực phẩm chống lại phản lực đĩa kiểm nghiệm trở thành kết hợp đâm xuyên nén hay hồn tồn lực nén Đĩa đỡ có lỗ trung tâm bên đầu đâm xuyên cần thiết cho thực phẩm dạng mỏng hay nhỏ Điều cho phép đầu đâm xuyên đâm vào xuyên qua mẫu xuyên qua lỗ Đường kính lỗ thường nên từ 1,5 – lần đường kính đầu đâm xun Nếu lỗ đĩa có đường kính gần đầu đâm xuyên, kiểm nghiệm thay đổi từ phép đo đâm xuyên sang phép đo “đâm xuyên kết thúc”, mẫu hình trụ bị cắt bị dồn qua lỗ Sau chọn mẫu phù hợp với đầu dị đĩa đỡ ta tiến hành thí nghiệm Nguyên tắc chung kết biểu thị đầu dò tiếp xúc đâm xuyên qua thực phẩm, lúc ta thu loại đường cong thể mức độ khác thuộc tính trường hợp độ cứng biểu đồ Hình 1.5 2.3 Ưu, nhược điểm phương pháp  Ưu điểm: - Thiết bị đơn giản, dễ vận hành, cho kết nhanh chóng, độ tin cậy cao - Sử dụng hầu hết nơi - Có thể phân biệt nhanh chóng mẫu thử - Kết hợp với máy tính cho kết cụ thể thể biểu đồ - Hoạt động liên tục không hạn chế số lượng mẫu kiểm tra - Phạm vi áp dụng rộng: thích hợp cho nhiều loại thực phẩm khác (lựa chọn đầu đo thích hợp) Điểm đặc biệt phép thử đâm xuyên hữu dụng trường hợp kích thước hình dạng mẫu khác kích thước mẫu ảnh hưởng đến lực đâm xun khơng đáng kể mẫu đạt dạng hình học bán vơ hạn (kích thước mẫu lớn nhiều lần so với đầu đo) Phép thử thích hợp cho loại thực phẩm có nhiều lớp khác nhau, hợp phần bị đâm xuyên riêng biệt  Nhược điểm: - Chi phí mua thiết bị cao - Chỉ đánh giá thuộc tính định - Khơng có khả dự đốn tính chất cảm quan Cách thức tiến hành 3.1 Chuẩn bị mẫu - Chuẩn bị loại chuối: chuối cau, chuối sứ, chuối già - Mỗi loại chuối chuẩn bị mẫu Các mẫu có hình dạng kích thước giống - Hình dạng, kích thước mẫu: Cắt theo hình trụ có chiều cao khoảng 20 mm Lưu ý: - Bề mặt (diện tích tiếp xúc) mẫu lớn nhiều lần so với đầu dò - Khi tiến hành nén không làm phá vỡ cấu trúc mẫu chuối - 3.2 Dụng cụ đo Dụng cụ đo phương pháp đâm xun gồm có đầu dị que kim loại hình trụ dài, đường kính 5.2mm, gắn với trục máy, trục chuyển động tịnh tiến lên xuống theo điều khiển Khi que đo chạm vào bề mặt mẫu, phận phân tích cấu trúc nhận thơng tin liên quan tới đặc điểm cấu trúc mẫu 3.3 Vận hành  Các thao tác thực thí nghiệm: - Khởi động phần mêm Blue Hill - Vệ sinh đĩa đầu dò để tránh sai số - Lắp đĩa đầu dị vào vị trí thiết bị đo - Đặt mẫu vào đĩa cho đầu dò hướng thẳng vào mẫu - Cài đặt thơng số cần thiết để thực q trình nén - Chỉnh đầu dị: dùng nút chỉnh thơ để đưa đầu dò xuống gần mẫu, đầu dò gần tiếp xúc với mẫu dùng nút chỉnh tinh (Jine) để chỉnh cho đầu dò vừa tiếp xúc với mẫu dừng - Vào phần Test, tiến hành điền thông số cần thiết, cân lực bấm nút “Start” để tiến hành đo  Lưu ý thông số cần cài đặt cho phương pháp đâm xuyên: - Vận tốc (Rate): từ – 10 m/s, thông thường 5m/s - Chiều sâu đâm xuyên ≥ h: 2.5cm Kết xử lý số liệu 4.1 Kết thí nghiệm 4.1.1 Mẫu chuối Compressive load (N) Chuối cau Specimen to 15 Specimen # 10 0 10 Time (sec) Specimen Maximum Compressive label Load (N) stress at Maximum Extension at Comp load (Pa) Chuối cau Time at Energy at Diameter Maximum Maximum Maximum (mm) Comp load Comp Comp load load (sec) (mJ) (mm) 12.83 40845.19 -7 1.4 49.62 20 10.91 34729.42 -5 30.46 20 13.42 42726.17 -6.5 1.3 48.77 20 Mean 12.39 39433.59 -6.17 1.2 42.95 20 Standard Deviation 1.31 4181.08 1.04 0.21 10.83 Chuối cau 2 Chuối cau 3 Compressive load (N) Chuối già Specimen to 10 Specimen # 3 Time (sec) Specimen Maximum Compressive Extension at Time at Energy at Diameter label Load (N) stress at Maximum Maximum Maximum (mm) Maximum Comp load Comp load Comp Comp load (Pa) (mm) (sec) load (mJ) Chuối già 8.33 26514 -4 0.8 19.69 20 Chuối già 5.78 18401 -3 0.6 10.22 20 Chuối già 6.37 20288 -3 0.6 10.21 20 Mean 6.83 21734 -3.33 0.7 13.37 20 Standard Deviation 1.33 4245 0.58 0.12 5.47 Compressive load (N) Chuối sứ Specimen to 15 10 Specimen # -5 Time (sec) Specimen Maximum Compressive Extension at Time at Energy at Diameter label Load stress at Maximum Maximum Maximum (mm) (N) Maximum Comp Comp load Comp Comp load load (Pa) (mm) load (sec) (mJ) Chuối sứ 14.08 44815.75 -5 35.29 20 Chuối sứ 8.73 27799.47 -5.5 1.1 20.62 20 Chuối sứ 12.4 39460.68 -7 1.4 43.24 20 Mean 11.74 37358.63 -5.83 1.2 33.05 20 Standard Deviation 2.73 8700.71 1.04 0.21 11.48 Đường kính đầu dị : 3.5mm 4.1.2 Mẫu cà chua Compressive load (N) Cà chua xanh Specimen to 40 30 20 10 -10 Specimen # 3 10 11 12 13 Time (sec) Specimen Maximum Compressive Extension Time at Energy at Diameter label Load (N) stress at at Maximum Maximum (mm) Maximum Maximum Comp Comp Comp load Comp load load (Pa) load (mm) (sec) (mJ) Cà chua xanh 37.75 120152.9 -6.02 1.2 119.06 20 Cà chua xanh 38.04 121079.6 -5.99 1.2 120.23 20 Cà chua xanh 34.15 108688.7 -20.37 4.1 369.25 20 Mean 36.64 116640.4 -10.79 2.2 202.84 20 Standard Deviation 2.17 6901.96 8.29 1.66 144.11 Compressive load (N) Cà chua chín vừa Specimen to 30 20 Specimen # 10 -10 Time (sec) 10 11 12 13 Specimen Maximum Compressive Extension Time at Energy at Diameter label Load (N) stress at at Maximum Maximum (mm) Maximum Maximum Comp Comp Comp load Comp load load load (Pa) (mm) (sec) (mJ) Cà chua chín vừa 21.22 67550.76 -8.68 1.1 50.26 20 Cà chua chín vừa 27.43 87319.54 -32.4 6.5 328.39 20 Cà chua chín vừa 23.74 75561.31 -6.5 1.3 71.97 20 Mean 24.13 76810.53 -15.86 150.21 20 Standard Deviation 3.12 9943.42 14.37 3.05 154.69 Compressive load (N) Cà chua chín Specimen to 20 Specimen # 10 -10 10 11 12 13 Time (sec) Specimen Maximum Compressive Extension Time at Energy at Diameter label Load (N) stress at at Maximum Maximum (mm) Maximum Maximum Comp Comp Comp load Comp load load load (Pa) (mm) (sec) (mJ) Cà chua chín 17.56 55898.22 -6.5 1.3 54.51 20 Cà chua chín 18.71 59554.48 -6.5 1.3 58.75 20 Cà chua chín 15.66 49838.9 -5.5 1.1 44.32 20 Mean 17.31 55097.2 -6.17 1.2 52.52 20 Standard Deviation 1.54 4907.07 0.58 0.12 7.42 Đường kính đầu dị: 5.2mm 4.2 Xử lý số liệu Cách tính: Lực tác dụng (N): Xem biểu đồ vả bảng Ứng suất: 𝜎 = 𝐹 𝐴 Trong đó: F lực tác dụng (N) A diện tích chịu tác dụng (m2)  Mẫu chuối Loại chuối Chuối cau Chuối già Chuối sứ Lực tác dụng trung bình (N) 12.39 6.83 11.74 Ứng suất trung bình (KPa) 39.43 21.73 37.36 Độ lệch chuẩn theo lực 1.31 1.33 2.73 Độ lệch chuẩn theo ứng suất 4.18 4.25 8.70 Thông số Bảng 1: Các thông số ứng suất, lực tác dụng, độ lệch chuẩn trung bình loại chuối Lực tác dụng trung bình (N) 16 14 12 10 Chuối cau Chuối già Chuối sứ Loại chuối Hình 1.1: Biểu đồ thể khác loại chuối lưc tác dụng trung bình 50 Ứng suất trung bình (KPa) 45 40 35 30 25 20 15 10 Chuối cau Chuối già Chuối sứ Loại chuối Hình 1.1: Biểu đồ thể khác loại chuối ứng suất trung bình Nhận xét: - Từ bảng xử lý số liệu (bảng 1), ta thấy: + Lực tác dụng trung bình lên chuối cau lớn (12.39 N), đến chuối sứ (11.74 N), lực tác dụng lên chuối già nhỏ (6.83 N) + Ứng suất trung bình chuối cau lớn (39.43KPa), chuối già nhỏ (21.73KPa).Vì mà kết luận lực mà bên lòng chuối chống lại tác dụng bên chuối cau mạnh đến chuối sứ chuối già - Từ biểu đồ 1.1, 1.2 ta thấy lực tác dụng trung bình ứng suất lên chuối sứ nhỏ chuối cau lại có độ lệch chuẩn lớn ⇨ mẫu chuối sứ lựa chọn cứng chưa chín mức so với chuối già chuối cau - Do ta thấy được, độ cứng loại chuối khác nhau, phụ thuốc vào mức độ chín giống chuối ⇨ Độ cứng chuối cau lớn nhất, chuối già nhỏ - Nhận xét đồ thị chuối cau, chuối già chuối sứ: Từ đồ thị ta thấy có đỉnh lồi thể rõ rệt nhất, đỉnh lồi đầu dò xuyên qua lớp vỏ đến lớp giữa, đỉnh lồi thứ đầu dò xuyên qua lớp vỏ  Mẫu cà chua Loại cà chua Cà chua xanh Cà chua chín vừa Cà chua chín Lực tác dụng trung bình (N) 36.64 24.13 17.31 Ứng suất trung bình (KPa) 116.64 76.81 55.09 2.17 3.12 1.54 Thông số Độ lệch chuẩn theo lực Lực tác dụng trung bình (N) Độ lệch chuẩn theo ứng suất 6.90 9.94 4.91 Bảng 2: Các thông số ứng suất, lực tác dụng, độ lệch chuẩn trung bình loại cà chua 45 40 35 30 25 20 15 10 Cà chua xanh Cà chua chín vừa Cà chua chín Loại cà chua Hình 2.1: Biểu đồ thể khác loại chua lưc tác dụng trung bình Ứng suất trung bình (KPa) 140 120 100 80 60 40 20 Cà chua xanh Cà chua chín vừa Cà chua chín Loại cà chua Hình 2.2: Biểu đồ thể khác loại chua ứng suất trung bình Nhận xét: - Từ bảng xử lý số liệu (bảng 2) ta thấy: + Lực tác dụng trung bình lên cà chua có chênh lệch tương đối rõ rệt, cụ thể: Lực tác dụng trung bình lên cà chua xanh lớn (36.647N), đến cà chua chín vừa (24.13N) cà chua chín nhỏ (17.31N) + Ứng suất trung bình cà chua xanh lơn (116.64 KPa), ứng suất cà chua chín nhỏ (55.09 KPa) Vì lực mà bên lòng cà chua xanh chống lại tác dụng bên mạnh đến cà chua chín vừa cà chua chín - Do ta kết luận, độ cứng loại cà chua khác nhau, phụ thuốc vào mức độ chín khác nên tính chất, biến đổi thành phần bên khác ⇨ Độ cứng cà chua xanh lớn cà chua chín nhỏ - Nhận xét đồ thị cà chua xanh, cà chua chín vừa, cà chua chín: Từ đồ thị ta thấy có ba đỉnh lồi thể rõ rệt Đỉnh lồi lúc đầu dò qua vỏ trái cà chua, đỉnh lồi thứ hai đầu dò qua trục cà chua, đỉnh lồi thứ ba đầu dò qua lớp vỏ cuối, đâm xuyên hẳn qua trái cà chua  ... ràng 2 Cơ sở lý thuyết phương pháp đo 2.1 Giới thiệu phương pháp đâm xuyên Phương pháp đâm xuyên phương pháp đo độ cứng đơn giản sử dụng phổ biến Việc kiểm tra đâm xuyên thực Lipowwitz (1861),... Morris tiến hành thử nghiệm đâm xuyên cho sản phẩm nông sản Trong thử nghiệm thực đâm xuyên theo Magness Taylor, Chatillon, EFFG-GI giới thiệu phương pháp đâm xuyên thịt Các thiết bị đâm xuyên thiết... đầu đâm xuyên đâm vào thực phẩm đoạn nhỏ tương ứng với kích thước thực phẩm đĩa đỡ bên Khi mẫu mỏng, có nguy lực nén lên thực phẩm chống lại phản lực đĩa kiểm nghiệm trở thành kết hợp đâm xuyên