Lịch sử của phƣơng pháp [] - – PHƢƠNG PHÁP WARNER-- 123docz.net

2 – PHƢƠNG PHÁP WARNER-BRATZLER SHEAR

2.1.1.Lịch sử của phƣơng pháp []

- Độ cứng chắc của thịt là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hƣởng đến vị ngon của sản phẩm thịt. Các nghiên cứu đáng chú ý trong thế kỷ qua đều tập trung vào việc làm sáng tỏ những khía cạnh liên quan đến độ cứng chắc cùa thịt. Để hỗ trợ cho việc này, rất nhiều những công cụ đƣợc đƣa ra để nhằm đánh giá đƣợc độ cứng chắc của thịt ở nhiều mức độ, quy mô và đặc tính khác nhau.

- Thiết bị đo Warner-Bratzler Shear (xin đƣợc phép gọi tắt là bộ kít Warner-Bratzler Shear) là một phƣơng pháp xác định độ cứng chắc của thịt đƣợc chấp nhận và dùng rộng rãi nhất hiện nay. Thiết kế gốc nguyên bản cho bộ kít này đƣợc đƣa ra bởi K.F.Warner, một nhà khoa học Mỹ vào năm 1928. Phiên bản gốc chỉ gồm 1 lƣỡi cắt bằng thép có 1 lỗ tròn nhỏ ở giữa nhằm giúp cho phép giữ mẫu thịt lại. Ngoài ra còn có 1 hộp gỗ có rãnh, cho phép lƣỡi dao cắt xuyên qua. Năm 1932, L.J.Bratzler, 1 sinh viên tốt nghiệp ở Kansas State University, có một vài cải tiến cho bộ kít này và phiên bản bộ kít thông dụng hiện nay dựa trên những cải tiến đó.

- Bratzler đã thiết lập 1 số tiêu chuẩn cho bộ kít này. Độ dày của lƣỡi dao cắt phải đạt 0.04 inch (1.016 mm). Hộp gỗ có rãnh đƣợc thay thế bằng đế thép với rãnh cho phép lƣỡi dao cắt xuyên qua với khoảng hở là 0.005 inch và lƣỡi dao có thể xuyên qua với độ rộng rãnh là 2.0828 mm, và tốc độ để lƣỡi dao chạy qua mẫu đƣợc chuẩn hóa ở mức 9 inch/phút (theo Tommy L. Wheeler, Steven D. Shackelford, and Mohammad Koohmaraie, USDA-ARS U.S. Meat Animal Research Center thì vận tốc này là 200 đến 250 mm/phút).

[ 1 ]

Dave McKenna: Warner-Bratzler Shear Force Measurement. Meat Science Section, Department of Animal Science, Texas A&M University.

[2]

Malcolm C.Bourne, 2002: Food texture and Viscosity, 2nd Edition, Elservier Science & Technology Books.

- Voisey và Larmond (1974) cũng có một số cải tiến cho bộ kít này. Hình dáng của lƣỡi dao và lỗ tròn ở giữa lƣỡi dao cũng đƣợc thay đổi thành dạng tam giác đều (góc 60 độ). Các góc của tam giác đều đƣợc bo tròn với đƣờng kính là 2.363 mm (Tommy L.Wheeler et al.).

- Kích thƣớc mẫu sản phẩm thịt cũng đƣợc tiêu chuẩn hóa bằng cách dùng những đầu core (đƣờng kính 1,5 inch) cắt song song với chiều sợi cơ để tại nên những khối mẫu bằng nhau và giống nhau về hình dáng.

- Ngày nay, quá trình tự động hóa cho phép ngƣời đi kiểm soát toàn bộ quá trình và thao tác thí nghiệm thông qua máy tính.

- Lực dùng để thực hiện thí nghiệm là tổng lực cần dùng để cắt mẫu thịt rộng 1.5 inch. Cũng có lúc lực đƣợc thể hiện dƣới đơn vị pound hoặc kilogram. Lý do là tùy vào đặc điểm sản phẩm thịt mà lực dùng để thí nghiệm sẽ khác nhau (ví dụ loin steak sẽ cần dùng ít lực hơn so với round steak).

- Theo nghiên cứu của Texas A&M University về độ cứng chắc của thịt dùng phƣơng pháp Warner-Bratzler shear. Kết quả cho thấy, nếu loin beef có giá trị cắt là 7.0lbs. (khoảng 3.2kg) hoặc thấp hơn, thì ngƣời tiêu dùng cảm thấy sản phẩm khá cứng chắc (độ tin cậy 95%). Nếu loin beef có giá trị 8.6 lbs (khoảng 3.9kg) thì độ tin cậy giảm còn 68%. Khi so sánh với kết quả cảm quan thì giá trị 10.1lbs (4.6kg) mới cho độ tin cậy là 88%.

2.1.2. Nguyên lý phƣơng pháp

- Phƣơng pháp Warner-Bratzler Shear dùng lực cắt để tác dụng lên mẫu thực phẩm. Công cụ dùng trong thí nghiệm là lƣỡi dao có cấu tạo đặc trƣng hình chữ V nhằm giúp xác định độ cứng chắc (firmness/toughness) của hầu hết các sản phẩm thịt và sản phẩm từ thịt.

- Phƣơng pháp cắt này dựa trên nguyên lý sau: khi ta cho bộ kít (gồm 1 lƣỡi dao hoặc 2 hay nhiều lƣỡi dao đối với phƣơng pháp cắt Bracle Kramer) chuyển động chạm vào mẫu cần kiểm tra, lƣỡi dao sẽ tác dụng lên mẫu một lực hình thành ba trạng thái: cắt, nén và kéo giãn chia mẫu ra thành hai phần, dựa vào đồ thị thể hiện đƣờng đi của lực tác dụng lên mẫu ta có thể biết đƣợc:

 Độ căng đứt trƣớc khi gãy vỡ.  Độ bền cắt của sản phẩm.

- Điểm nổi bật khi thực hiện phƣơng pháp Warner-Bratzler bằng máy đo cơ lý Instron là:

 Thiết bị đƣợc làm từ hợp kim nhôm và thép không rỉ để tránh bị ăn mòn và dễ dàng làm vệ sinh thiết bị.

 Có thể thay thế các lƣỡi cắt (shear blade) khác nhau tùy vào mẫu sản phẩm chúng ta cần đo.

 Có thể thay thế các bộ đặt dao (stationary blade).

 Có một bộ phận (container) để thu thập mẫu sau khi cắt.

 Bao gồm loại thiết bị cắt mẫu với đƣờng kính 24.5mm và 12.5mm.

- Thiết bị đo cấu trúc Warner-Bratzler bao gồm một lƣỡi dao thép mạ Niken dày 1mm hình chữ V. Góc 60o chữ V có bán kính ở cạnh cắt là 0.5mm. Lƣỡi dao có một độ bằng phẳng cao để giảm tối đa ma sát khi chúng đi qua mẫu.

- Lƣỡi dao hình chữ V đƣợc gắn vào một thiết bị dẫn động bằng một bộ phận chuyển đổi làm bằng thép không rỉ. Các lƣỡi tĩnh đƣợc gắn liền với một lƣỡi cắt định hƣớng. Bên dƣới hệ thống đặt một

cái khay nhỏ đính kèm. Thiết kế này cung cấp sự liên kết của các bộ phận cố định, lƣu giữ đƣợc mẫu cắt và dịch mẫu tiết ra và cho phép thay đổi một cách nhanh chóng các mẫu thực phẩm khác.

- Thiết bị Warner-Bratzler thực hiện hoạt động cắt bằng một lƣỡi dao hình chữ V đi xuyên qua mẫu. Lực thực hiện gọi là lực cắt. Để tính toán lực cần thiết trong thí nghiệm thì ta cần chú ý đến độ bền của mẫu vật. Khoảng lực cắt đối với các mẫu thịt là từ 20N tới 100N. Khi chuẩn bị mẫu, thiết bị khoan lỗ (coring tool) là 1 dụng

cụ dùng để cắt mẫu thịt thành các khối trụ bằng nhau khi đo. Khi coring mẫu, nên cắt mẫu sao cho khi tiến hành thí nghiệm, lƣỡi dao cắt đƣợc các sợi cơ. Điều này cho phép lƣỡi chữ V cắt xuyên qua các sợi cơ. Mặc dù thử nghiệm này không cho biết khả năng chịu lực cắt chính trong mẫu. Các kết quả lặp lại có thể đạt đƣợc và điều này tƣơng quan tốt với các nghiên cứu cảm quan.

2.1.3. Mục đích

Phƣơng pháp này dùng để đo độ dai và độ bền cắt của sản phẩm. Các yếu tố này rất quan trọng, liên quan mật thiết tới cấu trúc của sản phẩm, ảnh hƣởng đến khả năng đánh giá chất lƣợng sản phẩm và thị hiếu của khách hàng. Đánh giá độ dai dẻo giữa các sản phẩm với nhau, ví dụ cùng một giá tiền và trọng lƣợng cũng nhƣ các đặc tính khác, nhƣng loại xúc xích nào dai dẻo hơn sẽ đƣợc khách hàng ƣa thích chọn lựa hơn so với loại xúc xích bở và ít dai hơn.

2.1.4. Các yếu tố ảnh hƣởng

2.1.4.1. Nhiệt độ

Nhiệt độ môi trƣờng là một trong các yếu tố ảnh hƣởng đến cấu trúc của thực phẩm. Mẫu tiếp xúc với môi trƣờng càng lâu thì càng ảnh hƣởng nhiều tới trạng thái của nó, mẫu dần có sự cân bằng về nhiệt độ giữa môi trƣờng và mẫu đo. Nhiệt độ làm thay đổi nhanh trạng thái của một số loại thực phẩm nhƣ: chocolate, bơ, phomai, các sản

phẩm có chứa hàm lƣợng glicerit cao,... Tuy nhiên, với các mẫu sử dụng phƣơng pháp đo Warner – Bratzler ít bị ảnh hƣởng bởi nhiệt độ do cấu trúc bền vững của nó có thể duy trì tốt trạng thái ở nhiệt độ môi trƣờng.

2.1.4.2. Độ ẩm

Độ ẩm cũng là một trong những tác nhân làm thay đổi cấu trúc của thực phẩm, các phân tử nƣớc chui vào trong các đại phân tử, làm cho khoảng cách giữa các chuỗi polymer tăng lên, liên kết giữa các đại phân tử sẽ yếu đi làm cấu trúc sản phẩm mềm và lỏng lẻo hơn gây sai số cho quá trình đo. Hàm ẩm càng cao thì sai số trong quá trình đo càng lớn, mặt khác thực phẩm có hàm ẩm thấp, độ bền cơ học cao gây khó cắt hơn.

2.1.4.3. Kích thước mẫu

Kích thƣớc mẫu đƣa vào máy cũng ảnh hƣởng đến kết quả sau cùng khi cho ra biểu đồ phân tích mẫu. Nếu kích thƣớc mẫu quá nhỏ, lƣỡi cắt chỉ mới tác dụng lên mẫu một lực rất nhỏ, thời gian xảy ra nhanh chóng, khó đƣa ra đƣợc biểu đồ phản ánh đầy đủ tính chất mẫu, vì thế khó có thể nhận đƣợc một kết quả chính xác. Nếu kích thƣớc mẫu quá lớn, cho ta đƣợc kết quả tốt hơn nhƣng sẽ gây khó khăn cho quá trình cắt và vệ sinh thiết bị.

2.1.4.4. Vị trí đặt mẫu

Vị trí đặt mẫu chuẩn cho ta một kết quả tốt và chính xác, thông thƣờng mẫu đƣợc đặt vị trí chính giữa, cân bằng ít gây ra sự sai lệch vị trí trong khi đo, vị trí đặt mẫu không tốt là nguyên nhân dẫn đến sự sai số về kết quả đo, có sự gãy vỡ về cấu trúc, lệch mẫu ra khỏi vị trí đo, ảnh hƣởng đến các thuộc tính cấu trúc của nguyên liệu.

Ngoài ra, đặc trƣng của sản phẩm thịt tƣơi là có các sớ thịt (các bó cơ). Do đó, tùy vào hƣớng đặt của sớ thịt so với lƣỡi dao cũng có thể tạo nên 1 số sự khác biệt.

2.1.5. Phạm vi ứng dụng

- Thịt tái hoặc nấu chín

- Thịt cừu

- Thịt heo

- Thịt gia cầm

- Thịt đã chế biến (Processed meats)

- Xúc xích

- Hoa và thân cây, một số loại rau quả

- Wieners. (xúc xích hun khói)

- Phô mai.

2.1.6. So sánh với các phƣơng pháp khác

Phƣơng pháp Đặc điểm Phạm vi ứng dụng

PP cắt Kramer (nhiều dao)

Dùng bộ kít cắt để kiểm tra độ cắt đứt của sản phẩm.Gồm một hệ thống dao cắt nhiều lƣỡi đƣợc gắn cố định trên khung để có thể cắt sản phẩm nhờ việc tạo nên một ứng suất lớn lên mẫu thực phẩm. Nhờ đó ta có thể đánh giá đƣợc sự ổn định về hình dạng và kích thƣớc của mẫu.

- Táo, lê, mận, đào, chuối và các loại trái cây khác. - Các loại thịt: bò, lợn, … - Các loại ngũ cốc, dƣa muối, cà chua, củ cải…và các loại rau khác.

PP nén TPA

Là phƣơng pháp dùng để nén một mẫu thực phẩm (thƣờng khoảng 1cm3) hai lần giống nhƣ hoạt động nhai của răng. Độ nén thƣờng đạt khoảng 70-80% so với chiều cao mẫu. Theo kết quả của phƣơng pháp TPA, ta xác định đƣợc các tính chất cảm quan nhƣ độ dẻo, độ cố kết, và lực một cách khách quan. Phƣơng pháp TPA thƣờng dùng để đo tính chất cơ lý của các loại sản phẩm nhƣ: - Bánh mì, bánh roll, bánh cake và một số loại sản phẩm bánh nƣớng. - Tất cả các loại rau - Kẹo

41 - Bơ - Tất cả các loại quả - Trứng - Các loại gel - Các loại hạt PP đâm xuyên

Phƣơng pháp đâm xuyên dùng để đo độ cứng của sản phẩm tức là đo khả năng chống biến dạng dẻo hoặc khả năng phá hủy độ giòn lớp bề mặt dƣới tác dụng của mũi đâm.

- Bơ và margarine. - Pho mát.

- Kẹo cao su. - Kẹo dạng gel. - Kẹo dẻo.

- Cá, kem, rau quả.

PP ép đùn

Dùng mô hình làm biến dạng cấu trúc và hình dạng thực phẩm để khảo sát độ cứng, tính chịu nén của mẫu thực phẩm.

Các loại thịt, trái cây, rau quả, bơ, một số loại bánh.

PP kéo đứt

Là phƣơng pháp sử dụng lực kéo để làm dãn hay kéo căng nguyên vật liệu ra đƣợc sử dụng với mục đích đo khả năng chịu đựng (độ bền) lực kéo đứt của nguyên vật liệu nhằm đánh giá đƣợc thời hạn bảo quản cũng nhƣ đánh giá thực nghiệm về đặc tính cấu trúc của nguyên liệu trong việc ứng dụng những phƣơng hƣớng đi tìm công thức pha trộn để tạo nên những sản phẩm đa dạng hơn về cấu trúc.

Phƣơng pháp kéo đứt chƣa đƣợc sử dụng rộng rãi đối với nguyên liệu từ trái cây và thực vật, có nhiều lí do dẫn đến sự hạn chế này. Trƣớc tiên, nguyên liệu loại này khá khó khăn để kẹp các mẫu kiểm tra. Thứ hai, quá trình nhai liên quan đến việc nén, không căng đứt khi nhai thức ăn từ hai hàm.

- Đối với các kỹ sƣ, từ “shear” nghĩa là tác dụng 1 lực để cắt một mẫu có cấu trúc liên tục. Mẫu này đƣợc cấu tạo đồng nhấtbởi các đơn vị song song (ví dụ sợi cơ trong thịt, sợi cellulose trong thân cây). Đôi khi, nhà kỹ sƣ thực phẩm lại dùng từ “shear” với ý chỉ bất kỳ một hoạt động “cắt” nào đó giúp chia sản phẩm ra làm 2 phần. Từ “cut” dùng trong trƣờng hợp này không hẳn là “shear” nhƣng đƣợc dùng một cách thông dụng trong công nghệ thực phẩm. Sự khác biệt giữa “shear” và “cutting” đƣợc minh họa nhƣ sau:

- Theo hình vẽ, ta có thể thấy điểm khác biệt giữa “shear” và “cutting-shear” chính là ở điểm tác dụng lực.

- Thiết kế nguyên mẫu thô sơ của phƣơng pháp Warner là dạng thiết bị đơn giản nhƣ sau: một lƣỡi dao có lỗ trống tam giác ở giữa đủ chỗ để đặt 1 thanh mẫu dạng hình trụ. Tiến hành tác dụng lực bằng cách hạ lƣỡi dao xuống. Lực sẽ làm biến dạng mẫu và thông qua các thông số lực đo đƣợc mà ta xác định đƣợc độ cứng của mẫu.

Hình – Lưỡi dao Warner nguyên thủy

Hình – Lưỡi dao Warner-Blatzler cải tiến

Phƣơng pháp Đặc điểm

Warner-Bratzler Shear Knife/Guillotine Blade

- Lực cắt xuyên qua mẫu

- Áp dụng cho sản phẩm thịt, rau quả và cheese.

Volodkevich bite jaws

- Đo độ dính răng

- Đo độ cứng chắc của sản phẩm thịt, độ xơ bột của rau quả.

Wire cutter - Lực cắt đƣợc sinh ra bằng dây căng

- Độ cứng/chảy của bơ và các phẩm bơ sữa

- Độ chắc của phô mai

Kramer Shear cell

- Bộ dao cắt từ 5 đến 10 lƣỡi dao

2.2. PROTOCOL[3][4] 2.2.1. Chuẩn bị mẫu

- Mẫu thịt sau khi đã nấu chín (đƣợc ghi nhận nhiệt độ chín và khối lƣợng) sẽ đƣợc làm lạnh ở 2 – 4oC qua đêm. Ở nhiệt độ này, khối thịt sẽ rắn chắc hơn, nên khi tạo hình (coring) sẽ giúp khối mẫu đồng đều, dễ dàng đạt đúng kích thƣớc đƣờng kính mong muốn. Đối với 1 số trƣờng hợp đặc biệt, có thể không làm lạnh qua đêm đƣợc thì có thể tuân thủ 1 số điều kiện nhiệt độ cụ thể nhƣ đƣa về nhiệt độ phòng (23oC).

- Mẫu thịt cần phải loại bỏ mỡ và xƣơng. Các loại cheese cần để ở nhiệt độ phù hợp để tránh sự tan chảy, sao cho quá trình coring đạt hiệu quả tốt nhất.

- Tiến hành tạo hình (coring) mẫu bằng thiết bị coring. Chú ý đặt mẫu khi coring sao cho các chiều các sợi cơ trùng với chiều thiết bị. Do đó, khi tiến hành cắt, lƣỡi dao sẽ tác dụng lực vuông góc lên chiều các sợi cơ. Tiêu chuẩn khi coring mẫu là đƣờng kính mẫu phải đạt 0.5 inch (khoảng 1.27 cm).

Hình – Thiết bị coring tạo hình

(Thiết bị coring hiện có nhiều dạng: dạng manual thao tác thủ công hoặc dạng tự động)

[3]

Tommy L. Wheeler, Steven D. Shackelford, and Mohammad Koohmaraie, 2003: Warner-

Bratzler Shear force protocol. USDA-ARS U.S. Meat Animal Research Center.

[4]

Jeff Savell et al.: Standardized Warner-Bratzler Shear Force Procedures for Genetic

Hình – Thao tác coring mẫu

- Chuẩn bị ít nhất 6 mẫu với vị trí lấy mẫu ngẫu nhiên. Cần ít nhất 1 miếng thịt lớn hoặc 2 miếng cho quá trình lấy mẫu này.

Hình – Mẫu đã được chuẩn bị xong

- Nếu mẫu đã đƣợc làm lạnh thì phải duy trì nhiệt độ cho mẫu. Giá trị đo đƣợc sẽ là trung bình của nhiều lần đo.