THUỘC TÍNH QUANG CỦA VẬT LIỆU THỰC PHẨM

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM
KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

HỌC PHẦN TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU
THỰC PHẨM
Chủ đề:

THUỘC TÍNH QUANG CỦA VẬT LIỆU THỰC PHẨM

TPHCM, 2020

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.........................................................................................4
I.

TÁN XẠ.........................................................................................5
1. Khái niệm tán xạ.........................................................................6
2. Ứng dụng tán xạ..........................................................................7


Tiểu luận TCVLVLTP
II.

III.

IV.

GVHD: TS. Phan Thế Duy

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÀU SẮC VÀ ỨNG DỤNG.....8

1. Cơ chế nhìn màu cùa mắt............................................................8
2. Màu sắc.....................................................................................10
3. Các phương pháp đo màu và ứng dụng....................................11
HỒNG NGOẠI............................................................................11
1. Khái niệm hồng ngoại..............................................................14
2. Nguồn gốc quang phổ hồng ngoại...........................................14
3. Ứng dụng hồng ngoại..............................................................15
CẬN HỒNG NGOẠI..................................................................17
1. Khái niệm cận hồng ngoại........................................................17
2. Ứng dụng cận hồng ngoại.........................................................17

TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................19

2


T

LỜI MỞ ĐẦU
rong công nghiệp thực phẩm, một trong những tiêu chí mà người tiêu
dùng quan tâm là chất lượng thực phẩm, họ ngày càng yêu cầu các
sản phẩm thực phẩm giữ được giá trị dinh dưỡng, giữ được màu sắc

tự nhiên và hương vị tươi mới, kết cấu tốt và ít chất phụ gia độc hại. Chính
những yêu cầu ấy đã đặt ra thách thức cho các nhà sản xuất. Nó địi hỏi những
cơng cụ, phương pháp khơng độc hại, tiết kiệm chi phí mà vẫn giúp ích cho việc
phân loại cũng như kiểm định chất lượng sản phẩm thực phẩm.
Ứng dụng quang trong công nghiệp thực phẩm là một trong những
phương pháp vật lý được sử dụng rộng rãi, góp phần đánh giá chất
lượng và phân loại thực phẩm. Việc ứng dụng tính chất quang khơng

những khơng ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm mà còn là một
phương pháp nhanh chóng, giúp xác định được một số thuộc tính chất
lượng và khiếm khuyết bên trong sản phẩm.

3


I.
ĐỘ TÁN XẠ
1. Khái niệm
Sự tán xạ ánh sáng là một hiện tượng vật lý trong đó ánh sáng phản
chiếu từ chủ thể bị lệch khỏi phương chiếu ban đầu khi truyền qua mơi
trường khơng đồng tính (khơng đồng nhất về tính chất quang học).
 Trong vật lý hạt, tán xạ là hiện tượng các hạt bị bay lệch hướng khi
va chạm vào các hạt khác.
 Trong quang học (và thiên văn học), tán xạ là hiện tượng photon bị
đổi hướng khi gặp các vật, có thể vĩ mơ như các tiểu hành tinh, các
viên đá trong vành đai Sao Thổ, hay các vật chất vi mô như các hạt
bụi. Trong quá trình tán xạ thuần túy, năng lượng photon khơng
thay đổi, chỉ có hướng thay đổi ngẫu nhiên theo một hàm mật độ
xác suất gọi là hàm tán xạ.
Thực tế, khi photon gặp các vật chất, không những hướng đi của nó
thay đổi mà có thể cả năng lượng thay đổi (giảm bởi hiện tượng hấp thụ
hay tăng bởi hiện tượng bức xạ). Lúc đó cùng xảy ra tán xạ thuần túy và
hấp thụ/bức xạ thuần túy.
Trong quang học có 3 loại tán xạ: tán xạ Mie, tán xạ Brillouin, tán
xạ Rayleigh.
Tán xạ Rayleigh:
Bầu trời trên Trái Đất có màu xanh da trời, vì khí quyển Trái Đất
tán xạ mạnh thành phần màu xanh da trời (bước sóng ngắn) trong ánh

sáng trắng đến từ Mặt Trời. Đây là một ví dụ của tán xạ Rayleigh.
- Kiểu tán xạ này làm lệch hướng mạnh các tia sáng có bước sóng ngắn
nhất.
- Tán xạ Rayleigh hay được quan sát khi ánh sáng đi qua các chất
rắn, lỏng hay khí trong suốt.
Hệ số tán xạ:

Trong đó:
4


n là mật độ hạt (số hạt trong một đơn vị thể tích);
m là chiết suất của các hạt;
d là kích thước trung bình của các hạt;
λ là bước sóng của ánh sáng.

2.
Phương pháp xác định độ tán xạ
Sự tán xạ và hấp thụ từ các hạt nano có tầm quan trọng lớn trong
nghiên cứu quang học cũng như trong một loạt các ứng dụng.
Mơ hình chuyển đổi bức xạ hai dịng Kubelka của Munk đưa ra
một mơ tả đơn giản về tán xạ ánh sáng trong vật liệu composite hạt nano,
nhưng việc đảo ngược dữ liệu truyền qua và phản xạ thử nghiệm để thu
được hệ số tán xạ và hấp thụ vẫn còn nhiều thách thức.
Ở đây, một phương pháp chung để đánh giá các tham số này từ phổ
truyền qua và phổ phản xạ, kết hợp với các phép đo tán xạ ánh sáng phân
giải góc phổ được phát triển. Sự phụ thuộc góc được xấp xỉ bằng một
phần mở rộng của hàm pha Reynoldult McCormick, được trang bị cho dữ
liệu tán xạ ánh sáng phân giải góc thử nghiệm.
Một sự gần đúng với mơ hình tán xạ góc được thể hiện rõ hơn, có

thể được áp dụng để thu được các tham số quang chỉ sử dụng dữ liệu
phản xạ và truyền qua, trong trường hợp khơng có phép đo độ phân giải
góc. Những kết quả này có thể được mở rộng đến một loạt các hệ thống
đẳng hướng, dị hướng và nhiều tán xạ, và sẽ rất hữu ích trong các lĩnh
vực của lớp phủ tán xạ ánh sáng / siêu vật liệu, màng che chắn UV, màn
hình, lớp hấp thụ / tán xạ trong pin mặt trời và lớp sinh học tán xạ.
5


3. Ứng dụng độ tán xạ
Là một phương pháp chính để đo kích thước hạt, đặc biệt là ở quy
mơ micro hoặc nano, kỹ thuật tán xạ ánh sáng động (DLS) đã được áp
dụng rộng rãi trong phịng thí nghiệm nghiên cứu, cũng như trong việc
phát triển và sản xuất thực phẩm. Các hạt vi / thực phẩm (MNPs), có
nguồn gốc từ các thành phần thực phẩm thô hoặc chế biến, đóng vai trị
quan trọng vai trị trong việc kiểm sốt các chức năng và tính chất thực
phẩm, bao gồm việc cung cấp các thành phần hoạt động và phát hành có
kiểm sốt.
Như chúng ta biết về sữa, chất keo thực phẩm nên được nghiên
cứu, không chỉ về giá trị dinh dưỡng mà còn cả chức năng sinh học, với
đặc biệt nhấn mạnh vào các tổ hợp vi mô / nano chứ không phải riêng lẻ.
Các tổ hợp nano trong thực phẩm dạng lỏng, chẳng hạn như súp
gà, xương súp, cà phê, trà, v.v., đã được chứng minh là góp phần vào
chức năng của chúng.
Kích thước, độ dày lớp và hình dạng của các hạt nano, cũng như
ngoại vi và các thành phần bên trong, xác định các chức năng và rủi ro an
toàn thực phẩm tiềm năng của các hạt. Các quy trình cơng nghiệp và
trong nước, bao gồm xử lý nhiệt, lọc, siêu âm và lị vi sóng có khả năng
thay đổi tính chất hạt của MNPs và đơi khi gây ra tập hợp. Do đó, đặc
tính chính xác và năng động của MNPs có lợi cho việc điều chỉnh chính

xác các chức năng của chúng và tốt hơn sự hiểu biết về cơ chế gạch chân.

Các máy phân tích kích thước hạt theo tán xạ Laze
Ngồi ra cịn có ứng dụng tán xạ Raman chế tạo đế SERS phát hiện
lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật trong nông sản.
6


Các đế SERS cũng phân tích được những chất độc hại như thuốc
nhuộm xanh thực phẩm, diệt nấm trong thủy sản - malachite green, chất
trộn vào sữa melamine, chất độc xyanua... ở nồng độ siêu nhỏ ppb.
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
(2)
1. Các cành lá nano bạc (AgNDs@Si) lắng đọng lên trên bề mặt Si
2. Các hoa nano bạc

II.
PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÀU SẮC VÀ ỨNG DỤNG
1. Cơ chế nhìn màu của mắt
Stephen Corfidi có nói: “Chúng ta thường nghĩ tất cả mọi thứ có
màu sắc cụ thể. Tuy nhiên, những màu sắc chúng ta thấy phụ thuộc vào
sự phản chiếu ánh sáng của vật thể và đường đi của ánh sáng”
Để có thể hiểu một cách sâu sắc về hiện tượng màu sắc ta phải xét
bản chất của ánh sáng. Bởi vì nếu khơng có ánh sáng thì ta sẽ khơng thấy
được màu sắc. Ánh sáng là bức xạ điện từ lan truyền trong chân không

với tốc độ 3.108 m/s. Mặt trời là một nguồn sáng sơ cấp. Mặt trời phát ra
bức xạ có bước sóng trãi rộng từ vùng có bước sóng cực ngắn của tia
gamma được phát ra bởi các vật liệu phóng xạ cho đến bước sóng vơ
tuyến (bước sóng dài cỡ hàng Km). Tuy nhiên mắt của chúng ta chỉ có thể
cảm nhận được một khoảng bước sóng rất nhỏ dưới dạng màu của ánh
sáng. Vùng bức xạ này được gọi là vùng bước sóng nhìn thấy hay bức xạ
khả kiến, có bước sóng trãi từ khoảng 400nm đến khoảng 750nm. Bao
gồm các màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.

7


Vùng phổ của ánh sáng
Sự tổng hợp tất cả các màu trong vùng quang phổ khả kiến sẽ tạo
thành ánh sáng trắng. Và ngược lại ta có thể tách ánh sáng trắng thành các
màu riêng lẻ bằng lăng kính.
Mắt người nhìn thấy màu sắc nhờ cấu tạo võng mạc có hàng ngàn tế bào nhạy
sáng, các tế bào nhạy sáng này gồm 2 loại:
- Tế bào hình que (rod cell): Liên quan đến khả năng phân biệt độ sáng tối.
- Tế bào hình nón (cone cell): Liên quan đến khả năng cảm nhận màu sắc,
và gồm 3 loại, mỗi loại nhạy với lần lượt các bước sóng Red, Green và
Blue.
Đường cong hấp thụ của tế bào hình

nón trong vùng quang phổ khả kiến
Màu sắc là kết quả của sự hấp thu chọn lọc những miền xác định trong
phổ liên tục của ánh sáng trắng đập vào.

8

Cơ chế nhìn màu của mắt
Những yếu tố ảnh hưởng đến sự cảm nhận màu của mắt:
 Ánh sáng
 Kích thước vật
 Nền và màu viền xung quanh
Và đặc biệt nó cịn phụ thuộc vào cảm nhận chủ quan của người quan sát
2. Màu sắc
Có 3 yếu tố cơ bản của màu sắc là:
Sắc (ton)
Độ đậm hoặc nhạt của một màu nào đó khi pha trắng hoặc pha đen.

Quang độ: (Valuer)

9


Độ sáng hoặc tối của một
màu, là tác dụng liên kết giữa
các độ đậm nhạt này với độ đậm
nhạt kia.
Ví dụ: trong vịng thuần
sắc, vàng là màu có đỉnh quang
độ sáng nhất, tím là màu có đỉnh
quang độ tối nhất do sự đập
mắt.

Cường độ: (Intensity)
Là mức độ mạnh hay yếu của một màu nào đó (thị giác cảm nhận
được độ tươi thắm) do sự kích thích thị giác.

Ví dụ: Vàng: quang độ sáng hơn, cam: cường độ mạnh hơn do độ
tươi thắm của nó.

3. Các phương pháp đo màu và ứng dụng
Trong công nghệ thực phẩm, màu sắc là một trong những thông số
quan trọng quyết định chất lượng thực phẩm. Màu sắc tuy không phản
ánh hết các giá trị dinh dưỡng, mùi vị, chức năng của các sản phẩm thực
10


phẩm như nó quyết định sự chấp nhận của người tiêu dùng đối với sản
phẩm thực phẩm.
Màu sắc được dùng để theo dõi sự biến đổi màu của sản phẩm
trong quá trình lưu trữ, phát triển và chế biến các sản phẩm thực phẩm;
đánh giá độ chín của trái cây trong q trình thu hoạch;…
Hiện nay có nhiều phương pháp xác định màu sắc khác nhau. Tuy
nhiên trong ngành thực phẩm, ta có 3 phương pháp xác định màu sắc chủ
yếu:
Phương pháp cảm quan (thị giác)
Đối với những chuyên gia có kinh nghiệm trong lĩnh vực so màu
họ có thể xác định màu sắc thực phẩm qua việc cảm nhận bằng thị giác.
Tuy nhiên, phương pháp này rất hạn chế do việc đánh giá bằng
phương pháp này cho độ chính xác khơng cao.

Phương pháp so màu bằng hóa chất
Nếu bạn muốn kiểm tra màu sắc các dung dịch như phẩm màu,
nước giải khát… thì nên sử dụng các loại hóa chất chuyên dụng giúp
phân biệt màu sắc nhanh và đảm bảo độ chính xác cao.
Tuy nhiên tùy vào loại sản phẩm thực phẩm mà chúng ta lựa chọn
phương pháp xác định màu và thiết bị phù hợp để có kết quả như mong muốn.

Phương pháp chụp màu
Nguyên tắc chung của các thiết bị đo màu:
- Nguồn sáng chiếu sáng mẫu đo.

11


- Mẫu đo hấp thụ và phản xạ tín hiệu màu đến bộ phận thu nhận (bộ cảm
biến).
- Tín hiệu sau khi được thu nhận bởi bộ phận thu nhận sẽ được xử lý để
đưa ra các giá trị màu.

Nguyên lý hoạt động máy đo màu

Các thiết bị đo màu thực phẩm
Ngoài ra, việc xác định màu sắc cho thực phẩm cịn được ứng dụng trong:
- Đánh giá độ chín của nông sản
- Đánh giá chất lượng (công nghệ xử lý, bảo quản)
- Kiểm sốt lỗi trong cơng nghệ đóng gói thực phẩm.

12


Sơ đồ đánh giá độ chín nơng sản

Sơ đồ các hệ số trong thanh trùng sữa tươi bằng

Ứng dụng kiểm sốt lỗi trong đóng gói
III. HỒNG NGOẠI
1. Khái niệm

Tia hồng ngoại là những bức xạ khơng nhìn thấy có bước sóng
lớn hơn bước sóng của ánh sáng đỏ và nhỏ hơn sóng vơ tuyến.
13


Bản chất tia hồng ngoại là sóng điện.

Bức xạ hồng ngoi (infrared radiation_IR):
(= 0,8ữ1000àm)

v

Trong ú:
f: tn s (1/s)
l: bc súng (m)
C: tốc độ sóng truyền (m/s)
u: số bước sóng (1/m)
2. Nguồn gốc bức xạ hồng ngoại
Năm 1880, William Hershel đã phát hiện ra sự tồn tại của bức xạ
nhiệt ở ngồi vùng phổ của ánh sáng nhìn thấy và ơng đặt tên nó là bức
xạ hồn ngoại (Infrarred – IR). Đây là dải bức xạ khơng nhìn thấy được có
bước sống từ 0.75 đến 1000nm và ông cũng đã chứng minh bức xạ này
cũng tuân theo quy luật của bức xạ nhìn thấy.
Phương pháp phân tích theo phổ hồng ngoại là một trong những kỹ
thuật phân tích rất hiệu quả. Một trong những ưu điểm quan trọng nhất
của phương pháp phổ hơng ngoại vượt hơn những phương pháp phân tích
cấu trúc khác (nhiễu xạ tia X, cộng hưởng từ điện tử,…) là phương pháp
14

này cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử nhanh, khơng địi hỏi các
phương pháp tính tốn phức tạp.
Bức xạ hồng ngoại có độ dài sóng từ 0.8 đến 100μm và chia làm ba
vùng:
1. Cận hồng ngoại (Near infrared)
λ= 0.8 – 2.5μm
2. Trung hồng ngoại (Medium infrared) λ= 2.5 – 50μm
3. Viễn hồng ngoại (far infrared)
λ= 50 – 100μm
3. Ứng dụng hồng ngoại
Trên thế giới IR đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như: ứng
dụng chế tạo các thiết bị quang điện từ trong đo lường – kiểm tra trong
lĩnh vực thực phẩm, các thiết bị chẩn đoán và điều trị trong y tế, trong các
hệ thống truyền thông, các hệ chỉ thị mục tiêu trong thiên vắn, trong điều
khiển các thiết bị vũ trụ và trong những năm gần đây, chúng còn được sử
dụng để thăm dò tài nguyên thiên nhiên của trái đất và các hành tinh
khác, để bảo vệ mơi trường. Đặc biệt cịn được ứng dụng rất quan trong
trong lĩnh vực quân sự.
Ở nước ta hiện nay, lĩnh vực này đã được một số cơ quan khoa học
trong đó có Viện nghiên cứu ứng dụng công nghệ, tiếp cận, nghiên cứu từ
cuối những năm 60 của thế kỷ XX. Và đặc biệt, hiện nay phổ hồng ngoại
được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nói chung và trong thực phẩm
nói riêng.
Với ưu điểm: sạch, tốt khơng hóa chất, khơng gây vấn đề an tồn
và sức khỏe phổ hồng ngoại trong công nghiệp thực phẩm được áp dụng
rộng rãi như:
- Phân tích dư axit amin trong protein.
- Đánh giá chất lượng chất béo, protein thành phần các sản phẩm sữa và
hạt.
- Phân biệt bột cá, bột thịt, bột đậu nành có trong mẫu.

- Phân tích thành phần hóa học của phomat, ngũ cốc, bánh kẹo, thịt bị.
- Dễ dàng và hữu ích trong loại bỏ nguyên liệu thực phẩm không gây ảnh
hưởng chất lượng.

15


Nguyên lý máy quang phổ hồng ngoại

IV. CẬN HỒNG NGOẠI
1. Khái niệm cận hồng ngoại
Cận hồng ngoại được dựa trên sự hấp thụ sóng điện từ ở các bước
sóng phạm vi 800 - 2500nm.
Là phần quang phổ tồn tại cuối quang phổ nhìn thấy và bắt đầu
vùng quang phổ hồng ngoại.
Quang phổ cận hồng ngoại là một kỹ thuật phân tích cho phép biết
được thành phần hóa học của thực phẩm và nguyên liệu nhanh hơn so với
phép thử sinh hóa thơng thường, dự báo được giá trị dinh dưỡng thực
phẩm.
2. Ứng dụng cận hồng ngoại
Quang phổ cận hồng ngoại là một kỹ thuật được thiết lập tốt và
ngày nay là một yếu tố quan trọng của kiểm soát chất lượng trong ngành
công nghiệp thực phẩm. Máy quang phổ FT-NIR hiện đại của Bruker có
thể phân tích cả mẫu lỏng và chất rắn và là công cụ lý tưởng để phân tích
16


nhanh chóng và khơng phá hủy ngun liệu thơ, sản phẩm trung gian và
thành phẩm trong tồn bộ q trình sản xuất.
FT-NIR cung cấp một cơng cụ nhanh chóng và đơn giản để phân

tích một loạt các ngun liệu thơ, trung gian và thành phẩm trong ngành
công nghiệp thực phẩm.
Trái ngược với hầu hết các phương pháp hóa học và các phương
pháp tham chiếu khác, cơng nghệ FT-NIR nhanh chóng, hiệu quả, khơng
phá hủy và an tồn, vì nó khơng sử dụng hóa chất, dung mơi hoặc khí. Nó
chỉ đơn giản là đo sự hấp thụ ánh sáng cận hồng ngoại của mẫu ở các
bước sóng khác nhau ghi lại các rung động phân tử của tất cả các phân tử
có chứa các nhóm C-H, N-H hoặc O-H. Do vậy quang phổ NIR này là lựa
chọn đầu tiên để phân tích tất cả các loại vật liệu hữu cơ, làm cho nó trở
nên lý tưởng cho nhiều loại thực phẩm.
Những lợi ích chính của quang phổ FT-NIR là:
-

Khơng chuẩn bị mẫu, khơng lãng phí
Khơng u cầu kỹ năng đặc biệt, trình bày mẫu dễ dàng
Khơng có lỗi điển hình của phương pháp phịng thí nghiệm cổ điển
Phân tích nhiều thành phần trong thời gian ít hơn một phút
Thích hợp cho bất kỳ mẫu rắn, sệt hoặc lỏng

Kiểm soát chất lượng
Các câu hỏi và mối quan tâm về chất lượng thực phẩm là vô tận, và
nhu cầu về các công cụ dễ sử dụng để giám sát và đảm bảo tính toàn vẹn
của thực phẩm đang gia tăng trên khắp thế giới. FT-NIR là một công nghệ
mạnh mẽ và hiệu quả để kiểm sốt ngun liệu thơ, sản phẩm trung gian
và thành phẩm. Nhiệm vụ phổ biến trong chế biến thực phẩm là
Xác định thành phần thực phẩm và phụ gia
Thành phần thực phẩm và phụ gia đã được sử dụng trong nhiều
năm để bảo quản, tăng hương vị, pha trộn, làm dày và tạo màu thực
phẩm. Việc xác định các nguyên liệu này có thể được áp dụng tương tự
như định tính ngun liệu thơ trong ngành dược phẩm đối với các chất

tinh khiết hữu cơ cũng như một số khống chất và muối vơ cơ. Ví dụ:
chất béo và chất thay thế chất béo, carbohydrate, vitamin và chất dinh
dưỡng, axit amin, enzyme và các chế phẩm, chất nhũ hóa, chất ổn định,
17


chất làm đặc, chất kết dính, chất kết dính, chất bảo quản, chất làm ngọt và
thay thế đường.
-

Kiểm tra sự phù hợp
Phân tích thành phần và ghi nhãn
Phát hiện gian lận thực phẩm
Kiểm soát sản xuất

18


TÀI LIỆU THAM KHẢO
- VẬT LÝ THỰC PHẨM (Đặng Thị Thu Hương – CNSTH)
- VẬT LÝ THỰC PHẨM (Gv: Nguyễn Trộng Bách – Trường ĐH Nha
Trang)
- TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA THỰC PHẨM (PGS. TS. Trương Vĩnh, KS.
Vũ Ngọc Hà Vi, KS. Đào Ngọc Duy)
- />- />- />- />
19