GIỚI THIỆU MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA MÁY ĐO CƠ LÝ

1 TỔNG QUAN

1.3. GIỚI THIỆU MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA MÁY ĐO CƠ LÝ

1.3.1. Ý nghĩa của đồ thị biểu diễn

30

- Độ cứng (H): Là giá trị lực kiểm tra tối đa có thể đặt lên thực phẩm bằng cách dùng

một pittong.

- Độ dính (A3): Là giá trị lực cần thiết để di chuyển thực phẩm đƣợc liên kết với tay

trong suốt quá trình cầm nắm hoặc di chuyển khỏi răng, lƣỡi và vòm miệng trong suốt quá trình ăn.

- Tính liên kết (A2/A1): Đó là sự tạo thành và phá hủy của một sản phẩm thực phẩm

khi một tải trọng đƣợc thêm vào nó.

Tải trọng đƣợc thêm vào 2 lần để có thể so sánh.

- Độ giòn (B): Là lực phá hủy thực phẩm trong miệng.

- Độ đàn hồi (T2/T1): Là sự so sánh về độ lõm và sự dịch chuyển khi một tải trọng

đƣợc thêm vào sản phẩm thực phẩm 2 lần bằng cách dùng 1 pittong.

1.3.2. Các ví dụ về đo đạc cấu trúc bằng thiết bị

1.3.2.1. Kiểm tra độ giòn của khoai rán

31 Khoai rán sau 5 giờ:

- Điểm A biểu thị giá trị lực kiểm tra và đó đƣợc xem nhƣ là điểm chuyển từ lực nhỏ nhất sang lực thêm vào.

- Lấy giá trị điểm A trừ đi độ cứng thì ta sẽ nhận đƣợc giá trị độ giòn của thực phẩm. Độ giòn biểu thị tác động để làm vỡ thực phẩm trong miệng. Nếu giá trị độ giòn lớn có nghĩa là thực phẩm có thể đƣợc phá vỡ dễ dàng.

- Trong trƣờng hợp khoai rán thì điều đó có nghĩa là độ giòn có thể cảm nhận đƣợc. Cảm giác mạnh về độ giòn đƣợc biểu thị rõ ràng trong khoai mới rán khi giá trị độ giòn là 1.77N so với độ giòn là 0.91N khi khoai đƣợc để qua 5 giờ sau đó.

- Ngoài ra nhƣ ta thấy trên đồ thị, vùng có răng cƣa cong lên đến giá trị độ cứng cực đại đối với khoai mới rán, nhƣng đối với khoai đƣợc để qua 5 giờ thì không có điều đó. Những mép lởm chởm mà ta thấy trong đồ thị của khoai mới rán cho thấy những mảnh nhỏ phủ ngoài khoai rán thì rắn chắc.

32

1.3.2.2. Kiểm tra độ cứng của bánh quy

Bánh quy sau khi mới mở bao gói:

Bánh quy sau khi mở bao gói 24 giờ:

- Ở đây, sự biến đổi về độ cứng của bánh quy sau khi mở bao gói thì đƣợc ghi nhận bởi máy đo. Giá trị cực đại của trục Y (Lực kiểm tra) biểu thị độ cứng của bánh. Và vùng trong đồ thị cong lên từ điểm bắt đầu kiểm tra cho đến giá trị độ cứng thì đƣợc gọi là “năng lượng nhai”.

- So sánh số liệu của bánh quy khi mới mở bao gói và khi đã mở đƣợc 24h, ta có nhận xét rằng: Khi độ cứng giảm từ 16.58N xuống 12.86N thì năng lƣợng nhai giảm từ 13.86(N.mm) xuống 6.35(N.mm). Điều đó biểu thị rằng sự khác nhau ít về độ cứng trong bánh quy (có nghĩa là dƣờng nhƣ không có sự khác nhau về chất lƣợng khẩu vị) thì hoàn toàn có thể định lƣợng đƣợc.

1.3.2.3. Kiểm tra độ đàn hồi của Kamaboko

33 Sản phẩm chất lƣợng cao:

Sản phẩm chất lƣợng thấp:

- Độ cứng của Kamaboko đƣợc biểu thị bởi trục Y (Lực kiểm tra) và phần lõm tại giá trị độ cứng cực đại biểu thị độ dẻo. Thông thƣờng, Kamaboko càng ngon khi độ đàn hồi càng lớn.

- Lấy giá trị độ cứng nhân với độ lõm ta sẽ có đƣợc giá trị dùng để đánh giá chất lƣợng của Kamaboko. Kamaboko chất lƣợng cao khi mà giá trị đó là 143.01 (N.mm) và kamaboko chất lƣợng thấp khi mà giá trị đó là 131.18 (N.mm).

34

2 – PHƢƠNG PHÁP WARNER-BRATZLER SHEAR 2.1. Sơ lƣợc về phƣơng pháp Warner-Bratzler Shear 2.1. Sơ lƣợc về phƣơng pháp Warner-Bratzler Shear

2.1.1. Lịch sử của phƣơng pháp[1]2

- 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.

35

- 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%.

36

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.

37

- 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

38

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

39

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

40

- 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