Tính chất vật lý thông thường của thực phẩm dạng rắn các phương pháp đo phổ biến ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

TÍNH CHẤT VẬT LÝ THÔNG THƯỜNG CỦA
THỰC PHẨM DẠNG RẮN
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO PHỔ BIẾN
ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
GIẢNG VIÊN: T.s NGUYỄN MINH THUỶ
HỌC VIÊN: NHÓM 1 LỚP CHCNTP & ĐỒ UỐNG


DANH SÁCH NHÓM 1
1. Nguyễn Hoàng Anh
2. Đỗ Minh Chung
3. Đặng Xuân Đào
4. Võ Xuân minh Đăng
5. Trần Hoàng Đệ
6. Nguyễn Thị Kiều Diễm
7. Trần Thanh Đời
8. Võ thị Nhi Em
9. Đặng Minh Hiền


PHẦN 1
TÍNH CHẤT VẬT LÝ THÔNG THƯỜNG CỦA THỰC
PHẨM RẮN và CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO

1.
Kích thước, hình dạng, thể tích, tỷ trọng, độ
rỗng và sự phân bố hạt.

2.

Tính chất lưu biến của thực phẩm rắn.

3.

Tính truyền dẫn nhiệt của thực phẩm rắn.

4.

Tính chất điện từ của thực phẩm rắn.


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.1

Kích thước

• Là tính chất vật lý quan trọng của thực phẩm.
• cần thiết trong tính toán vận chuyển, truyền nhiệt, truyền khối.
• Biểu diễn bằng nhiều đơn vị.

Hình 1 Micrometer


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT

2.1

Kích thước

• Kích thước có thể quyết định bằng phương pháp đo diện tích.
Trong cách này có 3 đặc tính đường kính được xác định:
• Đường kính lớn (a) là kích thước lớn nhất của phần diện tích lớn
nhất nhô ra.
• Đường kính trung gian (b) là đường kính nhỏ nhất của phần diện
tích lớn nhất hoặc đường kính lớn nhất của phần diện tích nhỏ nhất.
• Đường kính nhỏ (c) là kích thước nhỏ nhất của phần diện tích lớn
nhất.
• Chiều dài, chiều rộng và chiều dầy thường dùng như tương đương
với đường kính lớn, trung gian và đường kính nhỏ.


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.2

Hình dạng

• Quan trọng trong tính toán truyền nhiệt và truyền khối.
• Dựa vào để phân cỡ, phân loại, đánh giá chất lượng.
• Được biểu thị qua tính cầu (tròn) và tỉ lệ mặt (diện tích bề mặt).
Tính cầu (Sphericity): - là thông số vật lý quan trọng.
- có thể xác định bởi nhiều cách.
• Hạt hình cầu có đường kính Dp (m), tính cầu φ được tính:

Tính cầu = (V mẫu rắn / V hình cầu ngoại tiếp)1/3


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.2

Hình dạng

• Vật thể có dạng Ellipsoid 3 trục, tính cầu φ được tính:


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.2

Hình dạng

• Tính theo diện tích bề mặt (McCabe, Smith and Harriot, 1993 ):

Với: Dp: Đường kính tương đương hoặc đường kính danh nghĩa của
hạt (m).
Sp: Diện tích bền mặt của một hạt (m2).
Vp: Thể tích của một hạt (m3).
Trong 1 mẫu hạt đồng nhất về đường kính Dp, tính số hạt trong mẫu
bằng cách:
Tổng diện
tích bề mặt

khối hạt

(m2)


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.2

Hình dạng

• Tính theo Bayram (2005):

Di : Đường kính bất kỳ (m).
D : Đường kính trung bình hay tương đương (m).
N : Số lượng đo được (N càng nhiều càng chính xác).


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.2

Hình dạng

• Tính theo tỉ số hướng (cạnh) Ra (Maduako & Faborode, 1990):
• là thuật ngữ khác dùng để biểu diễn hình dạng vật thể.
• Được tính toán dựa trên chiều dài (a) và chiều rộng (b) của mẫu.

• Bán kính của đường cong:

Hình 2 Thiết bị đo đường kính
của đường cong


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.3

Thể tích

• Là thông số rất quan trọng trong công nghiệp thực phẩm.
• Dễ thấy và liên quan đến thông số chất lượng khác.
Thể tích vật rắn có thể xác định bằng các cách sau:
• Được tính toán từ kích thước trong trường hợp vật thể có hình
dạng bình thường.
• Được xác định qua thí nghiệm phương pháp chất khí, lỏng, rắn
chiếm chỗ.
• Được tính toán dựa trên phương pháp hình ảnh. Phương pháp
này được sử dụng gần đây để đo sản phẩm nông nghiệp có dạng
ellipsoid như: trứng, chanh, đào…


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.3

Thể tích

2.3.1 Phương pháp chất lỏng chiếm chỗ:
• Sử dụng được khi mẫu rắn không hoặc
hấp thụ chất lỏng rất chậm.
• Bình được đổ đầy chất lỏng biết trước khối
lượng riêng. Cân lọ rỗng riêng, cân lọ đầy
chất lỏng riêng.
• Mẫu rắn được cho vào lọ và cân lại. Làm
đầy lọ với chất lỏng, lượng chất lỏng thừa
sẽ theo lỗ nhỏ trên nắp thoát ra ngoài. Tính
được thể tích chất rắn.

Hình 3 Bình Pycnometer (bình đo trọng lượng riêng)


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.3

Thể tích

2.3.1 Phương pháp chất lỏng chiếm chỗ:
• Công thức tính:

Vs: Thể tích phần rắn (m3).
Wpl: Trọng lượng pycnometer khi đầy chất lỏng (kg).
Wp: Trọng lượng pycnometer rỗng (kg).
Wpls: Trọng lượng pycnometer chứa mẫu rắn làm đầy với chất lỏng (kg).

Wps: Trọng lượng pycnometer chứa mẫu rắn, không có chất lỏng (kg).
pl: Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3).


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.3

Thể tích

2.3.1 Phương pháp chất lỏng chiếm chỗ:
• Đo vật thể lớn hơn (Mohsenin, 1970), sử dụng thiết bị:

Hình 4 Thiết bị dĩa cân đo thể tích vật thể lớn


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.3

Thể tích

2.3.1 Phương pháp chất lỏng chiếm chỗ:
• Mẫu được chìm hoàn toàn trong chất lỏng mà không chạm vào
thành hay đáy cốc.
• Phần lỏng biết trước khối lượng riêng bị chiếm chỗ bởi mẫu rắn.
• Phương pháp này dựa trên nguyên lý Archimedes.
• Mẫu ngập trong chất lỏng đến khi cân bằng về trọng lượng.

• Lực nổi cân bằng với trọng lượng của chất lỏng bị chiếm chỗ.


2
2.3

KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
Thể tích

2.3.1 Phương pháp chất lỏng chiếm chỗ:
• Từ đó, thiết lập được công thức tính:

Với G: Lực nổi (N).

pl: Khối lượng riêng chất lỏng
(kg/m3).
Wair: Khối lượng mẫu trong
không khí (kg).
Wl: Khối lượng mẫu trong mtr
lỏng (kg).


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.3

Thể tích

2.3.2 Phương pháp khí chiếm chỗ:

Hình 5 Hệ thống pycnometer so sánh áp suất khí


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.3

Thể tích

2.3.2 Phương pháp khí chiếm chỗ:
• Dùng khi vật thể rắn có hình dạng khác thông thường. Thiết bị đo là
bình pycnometer gas hoặc không khí (Karathanos & Saravacos,
1993).
• Bình có 2 buồng kín hơi có thể tính V1 = V2. Được nối thông nhau
bởi ống có đường kính nhỏ.
• Vật thể cần đo đặt trong buồng 2. Valve thoát khí (valve 3) và valve
2 giữa 2 buồng được khoá lại.
• Valve 1 mở cho khí vào buồng 1 cho đến khi máy đo áp suất báo
tăng đến giá trị thích hợp.
• Đóng valve 1 lại và áp suất cân bằng được ghi nhận.
• Giả sử khí tuân theo phương trình khí lí tưởng.


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.3

Thể tích

2.3.2 Phương pháp khí chiếm chỗ:
• Phương trình khí lí tưởng
• Với

• Sau khi áp suất cân bằng được ghi nhận, valve 2 giữa 2 buồng
được mở, khí từ buồng 1 tràn đầy vào khoảng trống buồng 2.
• Áp suất mới P2 được ghi nhận.


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.3

Thể tích

2.3.2 Phương pháp khí chiếm chỗ:
• Khi valve 2 được mở, tổng lượng khí (m) được chia làm 2, phần m1
làm đầy buồng 1 và phần m2 làm đầy khoảng trống buồng 2.

• Giả sử hệ thống đẳng nhiệt:
• Với Va2 là thể tích khoảng trống buồng 2 và có thể được biểu diễn:

• Với Vs (m3) là thể tích vật rắn, được tính
toán theo phương trình:


1

KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.3

Thể tích

2.3.3 Phương pháp chất rắn chiếm chỗ:
• Thể tích vật rắn khác thường có thể tính bằng cách dùng cát, thuỷ
tinh, hạt để thay thế.

• Khối hạt nho dùng đo được thể tích bánh mì nướng.
• Đầu tiên, trọng lượng khối hạt nho được xác định bởi phương pháp
làm đầy hộp chứa biết trước thể tích.
•Mật độ hạt (khối lượng riêng) được tính toán từ khối lượng hạt và
thể tích hộp chứa. Sau đó mẫu được cho vào thế chỗ khối hạt nho.


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.4

Tỷ trọng

Hình 6: Hydrometer


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT

2.5

Độ rỗng

• Độ rỗng được xác định là phần thể tích không khí hay thể tích rỗng
của mẫu và biểu diễn là:
• Độ rỗng ε:

Hình 7: Mẫu bánh mì 1 cm


1
KÍCH THƯỚC, HÌNH DẠNG VÀ THỂ TÍCH
TỶ TRỌNG, ĐỘ RỖNG VÀ SỰ PHÂN BỐ HẠT
2.6

Sự co lại (Shrinkage):

• Là sự giảm thể tích thực phẩm trong lúc chế biến (sấy).
• Khi nước bị loại khỏi thực phẩm trong quá trình sấy, có sự mất cân
bằng áp suất giữa mặt trong và ngoài của thực phẩm.
• Điều này làm áp lực thu nhỏ lại dẫn đến thực phẩm co lại và bị xẹp
(Mayor and Sereno, 2004).
Vapp: Thể tích biểu kiến có phần ẩm (m3).
Vapp0: Thể tích bên ngoài lúc đầu(m3).


2

TÍNH CHẤT LƯU BIẾN

• Với các thực phẩm rắn như trái cây tươi và rau, nhà khoa học đã
nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng lên thực phẩm
2.1
Biến dạng (Deformation): là sự thay đổi hình dạng vật thể tuỳ
theo lực tác động.

Hình 8: Nghiên cứu sự biến dạng của cà chua