Thực hành vật lý thực phẩm

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM


BÁO CÁO THỰC HÀNH
MÔN: Vật lý thực phẩm

GVHD: Trương Hoàng Duy
Lớp: ĐHTP10A
Nhóm: 2
Tổ: 5

TP.HCM, Ngày 19 tháng 05 năm 2015



BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

GVHD: TRƯƠNG HOÀNG DUY

MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM

SVHT: Nhóm 2 Tổ 5 DHTP10A

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ
Tên

MSSV

Huỳnh Ngọc Thanh Phong

14081301

Trần Thị Thu Oanh

14107191

Nguyễn Thị Kim Oanh
Phan Thanh Phúc
Thị Quyên

2


LỜI CẢM ƠN
--------------Trước hết, tập thể nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
1. Trường đại học Công Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh cùng với Viện công nghệ sinh

học thực phẩm đã tạo ra một môi trường học tập có cơ sở vật chất rất tốt cho chúng em
học hỏi và nghiên cứu.
2. Thư viện trường đại học Công Nghiệp đã cung cấp cho chúng em những tài liệu tham

khảo quý báu cùng với những phòng họp nhóm hiện đại.
3. Sau cùng, Nhóm chúng em xin gởi lời cám ơn chân thành đến thầy Trương Hoàng

Duy đã tận tình chỉ bảo chúng em trong quá trình học tập và giúp chúng em hoàn thành
bài báo cáo này.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng do khả năng, thời gian và khuôn khổ của trang
giấy có hạn nên không thể nào tránh đƣợc những sai sót. Chúng em rất mong nhận được ý
kiến đóng góp của thầy để bài báo cáo được hoàn thiện hơn và để chúng em rút kinh

nghiệm cho những bài báo cáo sau này. Những chỉ bảo của thầy nhóm sẽ tiếp thu với lòng
biết ơn sâu sắc nhất!
Nhóm sinh viên thực thiện

3


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay đất nước ngày càng phát triển, nhu cầu của con ngƣời cũng ngày được nâng
cao. Trong đó nhu cầu về ăn uống là được con người quan tâm nhất. Ngày xưa mọi ngƣời
chỉ quan tâm là làm sao được ăn no là đủ, nhƣng bây giờ không chỉ có nhƣ thế mà còn phải
đƣợc ăn ngon. Chính vì thế mà ngành công nghiệp thực phẩm ở nước ta ngày một phát
triển.
Hiện nay trên thị trường Việt Nam xuất hiện rất nhiều sản phẩm, đa dạng từ mẫu mã cho
đến chất lượng. Nhưng trong đó quan trọng nhất là về mặt chất lượng. Vì vậy mà vấn đề
này được kiểm tra nghiêm ngặt ngay sau khi sản phẩm đ7uợc sản xuất ra. Các sản phẩm này
được kiểm tra về mặt hương vị, cấu trúc và hình thức bên ngoài của sản phẩm vì đây là ba
yếu tố chính quyết định sản phẩm có được chấp nhận trên thị trường hay không. Nhưng
trong đó quan trọng nhất vẫn là mặt cấu trúc vì:


Cấu trúc ảnh hưởng đến sự cảm nhận mùi vị cũng nhƣ đến hình thức bên ngoài của
sản phẩm



Là đây là một thuộc tính quan trọng được khách hàng quan tâm hàng đầu.

Để xác định cấu trúc của thực phẩm, người ta dùng 6 phương pháp sau:
-

Phương pháp đâm xuyên

-

Phương pháp nén TPA (texture profile analylis)

-

Phương pháp cắt Kramer (nhiều dao)

-

Phương pháp cắt Warner-Bratzler (một dao)

-

Phương pháp Back Extrusion (ép đùn)

-

Phương pháp kéo đứt

-

Phương pháp đo màu

4

1

TỔNG QUAN

Giới thiệu về thiết bị cơ lý instron

1.1

Hình 1. Toàn cảnh máy phân tích cơ lí INSTRON
Instron, nhà cung cấp các loại máy đo cơ lý vật liệu hàng đầu thế giới cung cấp hàng loạt các
giải pháp cho phép phân tích cấu trúc cho ngành công nghiệp thực phẩm. Instron bao gồm
phép phân tích cấu trúc thực phẩm, từ năm 1968 khi Malcolm Bourne lần đầu tiên sử dụng và
instron làm phép phân tích mô phỏng sơ bộ về thực phẩm. Instron seri 5500, có thể mua được
các bộ máy phân tích cấu trúc với đủ loại kích cỡ và công suất miễn là phép đo chính xác để có
thể chạy một phép kiểm tra “bloom” của các loại gel mềm hay độ nén ép trái cây. Trong seri
5500 tất cả các bộ máy đều kết hợp với quy trình công nghệ hiệu lệnh bằng tay mới nhất với
phần mềm merlin của instron. Merlin là bộ chương trình phần mềm máy tính để bắt đầu cuộc
kiểm nghiệm thực phẩm, kiểm soát và tập hợp dữ liệu và tạo ra kết quả, chuẩn bị báo cáo.
Tính dễ dàng sử dụng của phần mềm này mang lại sự hoạt động đơn giản, độ chính xác đáng
tin cậy và tính linh động. Thông thƣờng các phương pháp thử nghiệm như TPA, đo độ gãy,
biến dạng, đâm xuyên, cắt, nén, …đều dễ dàng chạy bằng phần mềm merlin. Sử dụng gắn liền
với cụ kiểm soát và tính toán thí nghiệm bạn sẽ dễ dàng trạo ra những phép kiểm tra cho riêng
mình.
 Giới thiệu sơ lược về phần cứng của máy cơ lí INSTRON

5


Phần cứng (thân máy): Bộ phận
thân máy gồm một cột và giá đỡ là

nơi kết nối với máy tính và các bộ
kít để thực hiện các phép đo.

Phần cứng của máy cơ lí INSTRON
-

Một số nút cơ bản trên thân máy:
•

start test: Tín hiệu này sáng đèn khi chuẩn bị quá trình thử mẫu.

•

stop test: Phép thử đã kết thúc.

•

reset gl: Nút này cân bằng khi bắt đầu thử mẫu (các trạng thái về lực, độ dãn trở về
0, nút này có thể thay thế bằng nút RESET trong màn hình của phần mềm vận hành
chương trình.

•

jog up/down: Điều chỉnh trục gắn các đầu dò LÊN/XUỐNG.

•

fine position: Vị trí chỉnh tinh.

•

return: Báo hiệu trục điều chỉnh trở về vị trí ban đầu (trước khi thử mẫu).

•

power: Đèn báo hiệu nguồn điện của thiết bị.

•

frame ready: Khi máy tính và thiết bị kết nối thành công, trong quá trình làm việc,
đèn luôn sáng.

•

frame standby: Khi máy tính và thiết bị kết nối không thành công

•

CHỐT AN TOÀN: Là hai chốt màu vàng nằm trên thƣớc đo, chốt này được điều
chỉnh đảm bảo an toàn cho quá trình vận hành, hạn chế cường độ lực lớn và điều
chỉnh sai thông số cho máy tính khi vận hành.

•

NÚT MÀU ĐỎ ở thân máy: nút dùng khẩn cấp khi có sự cố.

 Giới thiệu sơ lƣợc về phần mềm của máy cơ lí INSTRON

6

Phần mềm BLUEHILL cung cấp một chương trình
kiểm tra nguyên liệu linh hoạt và đầy sức mạnh, dễ
dàng sử dụng đối với cả những người chỉ mới bắt đầu
học hay các chuyên gia. Phần mềm BLUEHILL chia
thành các bảng mã màu giúp thao tác dễ dàng. Màn
hình đáp ứng nhu cầu đối với các kĩ thuật ứng dụng
cho từng phương pháp kiểm tra. Các thông số như là
cố định cơ cấu, thuật ngữ kiểm tra, lựa chọn đơn vị
và tính toán đƣợc định hình tự động, cho phép phòng
thí nghiệm hoạt động nhanh chóng và chính xác.
Những thiết kế và khả năng của BLUEHILL phản
ánh nền tảng ứng dụng mạnh mẽ của Instron, tập
đoàn phát triển 60 năm qua nhƣ là người dẫn đầu
trong việc kiểm tra vật liệu. BLUEHILL tương thích
trực tiếp với nhiều hệ thống của Instron như 3300,
4200, 5500, 5800…
Phần mềm BLUEHILL giao diện đƣợc thiết kế dạng Phần mềm của máy cơ lí INSTRON
bảng nên sử dụng khá đơn giản. Nó bao gồm việc
kiểm tra, phương pháp kiểm tra, báo cáo kết quả và
hệ thống quản lí. Bấm vào bảng mà bạn thấy, rồi
chọn mục bạn muốn kiểm tra. Rất đơn giản. Điều
- Một số nút cơ bản trên màn hình:
•

Chuyển đổi giữa các màn hình: Bảng điều khiển nằm ở góc trên của màn hình và giao
diện phần mềm Bluehill nằm ờ bên dưới.

•

Tùy theo nút mà ta chọn ở màn hình chính, ta sẽ thấy các thanh chức năng khác nhau là
test, method, report, admin.

•

Test tab: Nếu ta chọn nút Test, cả 4 mục lả test, method, report, admin sẽ xuất hiện và
ta chuyển đổi qua lại giữa các mục bằng cách nhấn vào tên của mục đó.

•

Method tab: Trong mục này có 1 thanh điều hướng ở bên trái màn hình. Nhấn vào các
mục mà ta cần sửa đổi trong thanh điều hƣớng này.
7


•

Màn hình chính: Đây là màn hình xuất hiện đầu tiên khi ta khởi động phần mềm và là
màn hình ta chọn phương pháp thí nghiệm.
-

•

Tìm hiểu về chức năng của các nút trong màn hình chính:

Test Button: Nhấn nút này khi ta muốn tiến hành thí nghiệm với mẫu. Phần mềm sẽ
trình diễn một loạt các màn hình khác để ta chọn phương pháp kiểm tra, đặt tên cho
mẫu và bắt đầu thí nghiệm.

•

Mục continue sample giúp ta mở lại một file mẫu đã làm trƣớc đó để xem lại các thông
số hoặc tiến hành thử với một mẫu khác.

•

Method Button: Nhấn nút này khi ta muốn chỉnh sửa và lưu lại các file phương pháp
thí nghiệm. Phần mềm sẽ chuyển đến 1 màn hình khác để ta chọn hoặc thay đổi các
thông số thí nghiệm rồi lưu lại trên file gốc hoặc ở một file mới.

•

Report Button: Nhấn nút này khi ta muốn chỉnh sửa và lưu lại các file phương pháp thí
nghiệm mẫu. Ta cũng có thể sử dụng các báo cáo mẫu để tạo ra một báo cáo mới dựa
trên các dữ liệu đã thu thập được trong khi thí nghiệm.

•

Admin Button: Nhấn nút này khi ta muốn thay đổi cấu hình của hệ thống thí nghiệm.

•

User Button: Nhấn nút này để thoát ra khỏi người dùng hiện thời.

•

Help Button: Nút này dể mở hệ thống trợ giúp.

•

Exit Button: Nhấn nút này để thoát ra khỏi chương trình.

Tìm hiểu cấu trúc thực phẩm:
Sản phẩm thực phẩm ít khi chứa một hợp phần, thường là tổ hợp nhiều hợp chất khác
nhau. Số lượng các hợp phần hóa học tạo nên 1 thực phẩm thường ổn định, gồm chủ yếu các
hợp chất có gá trị dinh dưỡng. Sự khác nhau là ở hàm lượng từng hợp phần.
Sản phẩm thực phẩm có cấu trúc tức là có hình dạng, trạng thái, kếtcaấu, màu sắc và
hương thơm.
Kết cấu của sản phẩm thực phẩm là biểu hiện cảm giác và chức năng của cấu trúc, tính
chất bề mặt của thực phẩm, được phát hiện thong qua các quan của thính giác, thị giác và xúc
giác.
Các quá trình tạo cấu trúc bao gồm nhiều giai đoạn liên tiếp ứng với các trạng thái hình
thể khác nhau. Trước tiên phải áp dụng một số phương pháp xử lý như: xử lý nhiệt và cơ học,
sử dụng các hoá chất…nhằm phá huỷ một phần cấu trúc không gian nguyên thể ban đầu (phá
huỷ các liên kết năng lượng yếu hay chính là làm biến tính thành phần cấu tạo nên sản phẩm
8


thực phẩm). Sau đó lại tiến hành tổ chức và định hướng các phân tử từng phần hay toàn bộ đã
giãn mạch để tái tổ chức lại các liên hợp. Cuối cùng là kết gắn và làm cứng cấu trúc có tổ chức
đã thu đƣợc nhờ phân bố lại các liên kết trong và giữa các phân tử đã bị phá huỷ trong giai
đoạn làm giãn mạch.
Các sản phẩm thực phẩm có dạng rắn, lỏng, dựa vào kết cấu có thể chia thành 8 dạng:
- Dạng lỏng: Có độ nhớt nhiều hoặc ít
-

Dạng gel: Thường có tính dẻo, đôi khi đàn hồi, có độ đặc và nóng chảy khi ở nhiệt độ của
miệng (gel protein, gel gelatin, gel pectin, gel tinh bột)
-

-

Dạng sợi: Có mặt sợi xenluloza, sợi tinh bột, sợi protein

Dạng tập hợp các tế bào trương nước, chất lỏng sẽ giải phóng ra khi nhai (quả và rau mọng
nƣớc, một số thịt)
-

Dạng sánh nhờn, trơn, nhẵn: Mỡ, chocolat, một số phomat

-

Dạng khô, bở có cấu trúc hạt (bích quy) hoặc tinh thể (đƣờng)
-

Dạng trong: Tan chạm trong miệng

-

Dạng xốp: Ruột bánh mỳ, kem bọt.

9


Nguyên liệu trong chế biến các sản phẩm thực phẩm thường được cấu tạo từ các cao
phân tử. Các cao phân tử này có những tính chất chức năng đặc trưng riêng. Tính chất chức
năng là những tính chất tổng thể tiêu biểu nhất liên kết đồng thời nhiều tính chất hoá lý khác
nhau nhưng phụ thuộc lẫn nhau. Có thể nói tính chất chức năng là tất cả mọi tính chất không
phải dinh dưỡng có ảnh hưởng đến tính hữu ích của một hợp phần trong thực phẩm. Tính chất
chức năng phụ thuộc chặt chẽ vào cấu trúc không gian của các phân tử và vào trạng thái kết

hợp của chúng (giữa chúng hay với các phân tử khác).
Ngƣời ta chia tính chất chức năng của các cao phân tử ra thành 3 nhóm chính:
- Tính hidrat hoá: phụ thuộc vào sự tương tác của các cao phân tử với nước như: sự hút nước và

giữ nước, sự thấm ướt, sự phồng lên, sự dính kết, sự hoà tan và tính tạo nhớt…
- Tính chất phụ thuộc vào tƣơng tác giữa các cao phân tử với nhau. Tính chất này liên quan đến

hiện tượng kết tủa, tạo gel và sự tạo thành các cấu trúc khác (tạo sợi, tạo bột nhão).
- Các tính chất bề mặt: có liên quan đến sức căng bề mặt, sự tạo nhũ hoá và sự tạo bọt.

Tính chất chức năng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như ảnh hưởng của các pha phân tán
khác nhau (hệ đơn phân tán và đa phân tán). Vì kích thước của các hạt phân tán khác nhau sẽ
có sự di chuyển đến bề mặt của phần dị thể là khác nhau. Tỷ lệ phân tử nằm ở bề mặt các liên
10


hợp sẽ tăng lên khi đường kính phân tử nhỏ hơn 1µm. Điều này chứng tỏ tầm quan trọng của
các tính chất liên pha trong hệ vi dị thể được đặc trưng của kích thước các hạt.
Chính quá trình nghiên cứu tính chất chức năng này đã chỉ rõ cho ta thấy ảnh hưởng của
tính chất chức năng đến tính chất kết cấu hay khả năng tạo cấu trúc riêng cho mỗi một loại sản
phẩm thực phẩm. Mỗi dạng thực phẩm đặc trưng bởi các trạng thái của các hạt phân tán trong
hệ phân tán. Như vậy có thể thấy tính chất chức năng có vai trò vô cùng quan trọng cho quá
trình tạo nên cấu trúc cho sản phẩm thực phẩm hay tạo ra nét đặc trưng riêng cho các sản phẩm
thực phẩm. Mỗi một thành phần trong nguyên liệu chế biến thực phẩm có rất nhiều tính chất
khác nhau nhƣ khả năng tạo bọt, khả năng tạo gel, khả năng tạo màng khả năng nhũ hoá…và
những khả năng này lại đƣợc tạo nên từ tính chất chức năng của chúng. Tuy nhiên, các tính
chất này không phải hoàn toàn độc lập. Chẳng hạn như sự tạo gel của protein không những bao
gồm những tƣơng tác protein – protein mà còn bao gồm các tương tác protein – nước hoặc độ
nhớt và độ hoà tan phụ thuộc lẫn nhau và phụ thuộc các tương tác protein – protein và các
tƣơng tác protein – nước.

11


2

NỘI DUNG BÁO CÁO
PHƯƠNG PHÁP ĐÂM XUYÊN

2.1

Thiết bị đo cơ lí INSTRON 5543

2.1.1

Đầu đo dùng để thực hiện thí
nghiệm

Giới thiệu thí nghiệm:

2.1.1.1 Mục đích thí nghiệm:

Dùng để đo độ cứng của mẫu sản phẩm tức là đo khả năng chống biến dạng dẻo hoặc khả
năng phá hủy giòn lớp bề mặt dưới tác dụng của mũi đâm.
Sản phẩm dùng ở đây có thể là:
- Rau quả (chuối, táo, lê,...)
- Bơ và magarine
- Pho – mat
- Kẹo cao su
- Kẹo dạng gel.

Trong trường hợp thu mua trái cây để vận chuyển đi tiêu thụ xa hay xuất khẩu, việc nắm
vững diễn biến của quá trình chín ở trái cây để thu hoạch đúng lúc, áp dụng các biện pháp hỗ
trợ kỹ thuật cho trái cây chín chủ động... Là điều cần thiết để giảm hao hụt và đảm bảo an toàn
thực phẩm. Vậy nên việc kiểm tra tính chất của sản phẩm trong sản xuất rất cần thiết.

12


2.1.1.2 Lý do chọn mẫu:

Ngoài những thuộc tính hương vị, kết cấu là một trong những thuộc tính chất lượng rất quan trọng
ảnh hưởng đến quyết định mua sản phẩm trái cây do đó độ cứng là một trong những thuộc tính
không thể bỏ qua.
Người ta nhận thấy rằng độ cứng của trái cây phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như hàm lượng
promopectin, hàm lượng chất xơ (cellulose), hàm lượng tinh bột... nếu những yếu tố này càng nhiều
thì trái cây của ta càng cứng chắc. Ngược lại với điều đó nếu càng nhiều hàm lượng pectin, hàm
lượng đường, hàm lượng nước càng nhiều thì trái cây có độ cứng chắc càng giảm.
Trong bài thí nghiệm này nhóm tiến hành khảo sát độ cứng của sản phẩm chuối già – chuối cau –
chuối sứ bằng phương pháp đâm xuyên. Chọn chuối do giá thành kinh tế thấp, tính chất vật lý và hóa
học thể hiện đƣợc đầy đủ và rõ ràng những yêu cầu trên. Kích thước của chuối sẽ dễ đồng đều hơn
(vì chúng ta có thể mua chung 1 nẩy), điều này vừa đảm bảo được chất lượng mẫu vừa đảm bảo về
kích thước của bàn chứa mẫu.
2.1.1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm:
- Bản chất thực phẩm (khi đo thực phẩm mềm thì lực sẽ nhỏ hơn thực phẩm cứng, chiều cao của

các mẫu khác nhau)
- Kích thước và hình dạng của đầu đâm xuyên.
- Số lần đâm xuyên sử dụng.
- Tốc độ đâm xuyên.

- Độ sâu đâm xuyên tác động lên một phần thực phẩm, không phải tòan bộ thực phẩm.
2.1.2

Cơ sở lý thuyết về phương pháp

2.1.2.1 Giới thiệu về phương pháp đâm xuyên

Phương pháp đâm xuyên là từ thiết bị chuyên dụng tiêu biểu cho một trong những phương pháp
đơn giản và được sử dụng phổ biến nhất. Kiểm tra đâm xuyên đầu tiên được thực hiện bởi Lipowitz
(1861), ông đã đặt một đĩa có đường kính 2 – 2,5cm trên bề mặt của khối gelatin chứa trong becker.
Đĩa được nối với phễu theo một trục thẳng đứng. Người ta đặt những quả cân vào phễu cho đến khi
đủ nặng để đĩa đâm vào khối gelatin. Tổng trọng lượng của quả cân, phễu, trục, đĩa được dùng để
tính độ đặc, chắc của khối đông. Những phép đo đầu tiên, tuy còn sơ khai, nhưng đã có đủ các phần
cần thiết của một phép đo: tên, đầu đâm xuyên vào thực phẩm, những phương cách nhằm nâng độ
lớn của lực lên (ở đây là quả cân) và sự đo lường lực. Thiết bị được biết đến nhiều là Bloom
13


Gelometer.
Thử nghiệm thứ hai đƣợc phát triển bởi Capri (1884), đo độ đặc của mỡ đông khi đầu đo đường
kính 2mm đâm vào 1 cm. Capri định lượng lực cần thiết để tạo một lực trên đầu đâm xuyên có
đường kính 2mm vào dầu đã đông 1cm theo chiều sâu.
Brulle (1893) dùng nguyên tắc tương tự để đo độ cứng của bơ, và Sohn (1893) giải thích rõ quá
trình cần thiết để đạt kết quả tiếp theo với thiết bị của ông. Thử nghiệm này đã đƣợc phát triển thành
kiểm nghiệm độ cứng của bơ Van Doorn. Giáo sư Morris, bang Washington đã tiến hành thử nghiệm
đâm xuyên đầu tiên cho những sản phẩm nông sản năm 1925.
Trong thử nghiệm, thực hiện đâm xuyên theo Magness Taylor, Chatillon, và EFFG-GI giới thiệu
phương pháp đâm xuyên trên thịt. Các thiết bị đâm xuyên là các thiết bị sử dụng lực tối đa. Thiết bị
thuộc lọai một đầu đo đơn lẻ Magness Taylor, Chatillon và EFFG-GI, hay dạng đa đầu đo như Thiết
bị đo độ mềm Armour, Thiết bị đo cấu trúc Christel, và Thiết bị đo độ chín, thành trưởng. Các thiết

bị đo độ đâm xuyên có thể đƣợc phân lọai theo đặc điểm lực áp dụng. Tốc độ đo được định trước
cho những thiết bị đo lực.
2.1.3

Cơ sở của phép đo đâm xuyên:

2.1.3.1 Nguyên lý chung:

Đồng nhất mẫu trước khi đo và tạo hình khối theo yêu cầu của từng phương pháp đo cụ thể, cài
đặt các thông số cần đo, thay bộ đầu dò phù hợp, tiến hành đo và thường đo ít nhất từ 3 – 4 mẫu trở
lên. Sau đó thu thập số liệu, xử lí số liệu và giải thích kết quả đo.
Lưu ý: Dĩ nhiên trong quá trình chuẩn bị mẫu ta phải chọn đường kính của mẫu phải lớn hơn
đường kính của đầu dò, nhưng câu hỏi đặt ra nơi đây là lớn đến bao nhiêu so với đầu dò và nếu bằng
đầu dò có được không. Ý đầu duờng như không quan trọng lắm trong phương pháp đâm xuyên. Khi
mẫu lớn hơn nhiều so với đầu dò thì không gây nên sự khác biệt về trị số của lực. Chúng ta cần hiểu
rằng lực sẽ khác biệt về những vị trí như cạnh, góc hay độ dày của mẫu. Một kiểm nghiệm đâm
xuyên sẽ cho kết quả sai hoàn toàn nếu như trong quá trình thực hiện mà mẫu bị nứt gãy hay vỡ đôi.
Và nếu kích thước mẫu hình trụ xấp xỉ với đường kính đầu dò thì khi thực hiện đâm xuyên thì mẫu
sẽ bị đùn lên đầu dò. Một thông số rất hấp dẫn được đưa ra là đƣờng kính của mẫu nên tối thiểu gấp
ba lần đƣờng kính của đầu đâm xuyên và đối với những thực phẩm dễ vỡ tỷ lệ này cần lớn hơn 3.
Để thể hiện rõ điều này hình 1 sẽ mô phỏng điều đó:

14


Nhìn và hình ta thấy rằng, bên trái mẫu lớn hơn ba lần đường kính của đầu dò và đạt tiêu chuẩn. Khi
kích thước của mẫu giảm đi nhưng kích thước của đầu dò vẫn như vậy thì không đạt tiêu chuẩn và
kết quả của phép đo dĩ nhiên không chính xác. Để khắc phục vần đề này ta có thể sử dụng hình bên
phải, dùng một đầu đò có đường kính bằng 1/3 so với đường kính mẫu.
2.1.3.2 Cơ sở của phép đo cấu trúc:

Trường hợp

Hình minh
họa

Khi mẫu lớn, đầu đâm xuyên sẽ chỉ đâm vào
thực phẩm một đoạn nhỏ tương ứng với
kích thước của thực phẩm và đĩa đỡ bên
dưới.
Khi mẫu mỏng, có nguy cơ khi lực nén lên
thực phẩm chống lại phản lực của đĩa và
kiểm nghiệm sẽ trở thành sự kết hợp giữa
đâm xuyên và nén hay hoàn toàn chỉ là lực
nén.

15


Đĩa đỡ có một lỗ ở trung tâm bên dưới đầu
đâm xuyên là cần thiết cho các thực phẩm
dạng bản mỏng hay nhỏ. Điều này cho phép
đầu đâm xuyên đâm vào xuyên qua mẫu và
xuyên lỗ.
Đường kính của lỗ thường nên từ 1,5 – 3 lần
đường kính của đầu đâm xuyên. Nếu lỗ đĩa
có đường kính gần bằng đầu đâm xuyên,
kiểm nghiệm thay đổi từ phép đo đâm
xuyên sang phép đo “ đâm xuyên và kết
thúc”, mẫu hình trụ bị cắt và bị dồn qua lỗ.

Sau khi đã chọn mẫu phù hợp với đầu dò và đĩa đỡ ta tiến hành thí nghiệm. Nguyên tắc chung của
kết quả biểu thị khi đầu dò tiếp xúc và đâm xuyên qua thực phẩm, lúc này ta có thể thu đƣợc 5 loài
đường cong thể hiện 5 mức độ khác nhau về một thuộc tính (trường hợp là độ cứng) trên cùng một
biểu đồ, hình 2 thể hiện điều đó.

Nhận xét:
 Đầu tiên xem xét trường hợp của đường A, B, C:
•

Giai đoạn đầu: ta thấy các đường loại cong A, B, C đều có sự tăng nhanh tốc độ đâm xuyên trong
khoảng thời gian ngắn. Trong giai đoạn này do thực phẩm vẫn chƣa chịu tác động của đầu do nên
cấu trúc của mẫu vẫn còn nguyên vẹn. Giai đoạn này kết thúc khi đầu dò tiếp xúc thực phẩm
(mẫu) và giai đoạn này được gọi là giai đoạn biến dạng ban đầu.
16


•

Giai đoạn 2: xuất hiện khi đầu dò xâm nhập vào mẫu. Điểm quan trọng nhất của thí nghiệm này là
điểm thể hiện ngay lặp tức trên biều đồ khi đầu dò đâm xuyên qua thực phẩm nhưng không làm
phá vỡ hoặc nghiền nát mẫu.

•

Giai đoạn 3: xuất hiện khi lực tác động thay đổi khi đã đâm xuyên qua thực phẩm.
Dựa vào yếu tố này ta có thể chia tách các đường cong đâm xuyên theo ba loại cơ bản:
-

Đường cong A: lực tác động tiếp tục tăng khi qua điểm biến dạng ban đầu. Đường cong dạng
này là đặc trưng của quả táo vừa hái.

-

Đường cong B: lực này là khoảng không đổi sau khi đầu dò tiếp xúc với mẫu. Đường cong dạng
này là đặc trưng của quả táo đã được lưu trữ trong kho lạnh trong một thời gian và hoa quả chín
mềm chẳng hạn như đào và lê. Tổng quát lên chúng đặc trưng cho các loại quả khô, mềm và kết
cấu đã đôi phần lỏng lẻo.

Đường cong C: lực giảm tác dụng khi đầu dò tiếp xúc với mẫu. Đường cong dạng này thường
được tìm thấy với rau sống.
 Cuối cùng ta xem xét về trƣờng hợp của đường cong C, D:

-

-

Đường cong D thu được khi đo một số tính chất trên bột nhão (dough) và whipped. Đường cong
D cũng giống như đường cong A nhưng nó không có sự thay đổi đột ngột trong độ dốc mà thay
vào đó là sự thay đổi từ từ về độ dốc. Và điểm biến dạng ban đầu có thể được xác định bằng sự
ngoại suy hai đường thẳng từ hai phần của đường cong D. Vì vậy đường cong D được coi như
là một trường hợp đặc biệt của đường cong A.
- Đường cong E thu được khi đo một số tính chất trên bột nhão. Đường cong này cho ta thấy

không có điểm biến dạng đầu, cơ bản giống như một chất lỏng nhớt và vì vậy chúng không phù
hợp điểm kiểm tra bằng phương pháp đâm xuyên do kết quả không có ý nghĩa.
2.1.3.3 Mối liên hệ giữa phương pháp đo bằng thiết bị và phương pháp cảm quan:

[3]

Cơ thể con người cảm nhận cấu trúc qua các giác quan như thính giác, thị giác và xúc giác. Việc

cảm nhận cấu trúc thực phẩm của con người thông qua các cơ quan tế bào da, các dây thần kinh tự
do. Trong đó, khi cảm nhận bằng miệng, đóng vai trò quan trọng là những cơ quan tế bào xúc giác
trong vòm miệng cứng và mềm, lƣỡi, lợi và màng bao quanh răng; ở đó có các dây thần kinh vô
cùng quan trọng trong những cơ và khớp miệng. Những tín hiệu từ những dây thần kinh này cung
cấp thông tin về vị trí quai hàm miệng, sự căng và chiều dài cơ. Trong khi đó, các thiết bị phân tích
dựa vào bộ chuyển đổi để chuyển những sự đo lường vật chất, vật lý thành những tín hiệu điện hoặc
tín hiệu có thể nhìn thấy; những tín hiệu này có thể thu được ngay hoặc cung cấp cho thiết bị ghi
nhận dữ liệu. Thiết bị đo đạc phụ thuộc vào loại phƣơng pháp kiểm tra sử dụng. Điều quyết định
loại phƣơng pháp kiểm tra đƣợc áp dụng là tính chất hình học của mẫu kiểm tra và việc mẫu được
giữ như thế nào. Các phép kiểm tra thực hiện trên nguyên liệu rắn hoặc dai thì thƣờng đƣợc làm
dưới lực ép, trượt, xoắn và căng. Bộ chuyển đổi này thường cho một kết quả tuyến tính có thể đặc
trƣng cho những đặc tính vật lý. Trái lại, sự cảm nhận của con ngƣời lại phụ thuộc vào hiện tượng
17


tâm sinh lý mà thường có khuynh hướng không tuyến tính. Những yếu tố nhƣ nhiệt độ thường ảnh
hưởng lên trạng thái lưu biến do đó những thiết bị đo những thông số như vậy sẽ được cài đặt nhiệt
độ chính xác và ổn định. Trong khi đó, quá
trình xảy ra trong miệng khi ăn lại khác. Thân nhiệt của con ngƣời là 37oC, các thực phẩm được đưa
vào miệng hiếm khi ở cùng một nhiệt độ do đó ở trong miệng thường xảy ra sự thay đổi về nhiệt độ
mà có thể dẫn đến thay đổi tính chất vật lý của thực phẩm. Ví dụ chocolate ở điều kiện 20 oC ở trạng
thái rắn nhưng khi cho vào miệng, với thân nhiệt của cơ thể sẽ làm cho chocolate tan chảy. Ngoài ra,
sự có mặt của nước bọt trong miệng làm hòa tan những nguyên liệu tan trong nước. Có khoảng 1,5
lít nước bọt được tiết ra mỗi ngày. Trong nước bọt có chứa enzyme tiêu hóa (amylase) cũng như
những protein
và polypeptide không phổ biến. Nước bọt hoạt động như một chất bôi trơn hay dung môi làm cho
các thực phẩm bị hòa tan và vỡ ra trong quá trình nhai. Trong khi đó, hầu hết các thiết bị kiểm tra
tính chất lưu biến không có điều kiện để cho chất bôi trơn lên mẫu trong quá trình kiểm tra. Tốc độ
di chuyển
của hàm và lưỡi trong miệng là một yếu tố giới hạn trong việc cảm nhận cấu trúc thực phẩm của

chúng ta. Tùy thuộc vào loại thực phẩm và người thử mà mỗi người có tốc độ nhai khác nhau, thậm
chí với cùng một loại thực phẩm, một người thử thì từ khi bắt đầu bỏ thực phẩm vào nhai cho tới khi
có thể nuốt được thực phẩm đó tốc độ nhai cũng khác nhau. Hoạt động nhai kết hợp với việc tiết
nước bọt làm vỡ thực phẩm cho đến khi có thể nuốt được. Rõ ràng đây là một quá trình phụ thuộc
vào thời gian và bản chất của thực phẩm do đó cấu trúc của thực phẩm sẽ thay đổi. Cấu trúc của thực
phẩm có thể sinh ra là do sự kết hợp của những thuộc tính vật lý trong khi máy không thể đo cùng
một lúc nhiều thuộc tính.
2.1.3.4 Ưu – Nhược điểm của phương pháp đâm xuyên:

Ưu điểm:
- Thiết bị tương đối dễ vận hành và cho kết quả nhanh chóng, chính xác và độ tin cậy cao;
- Thao tác thực hiện đơn giản (kết hợp giữa tay và máy);
- Có thể sử dụng ở hầu hết các nơi;
- Kết hợp được với máy vi tính cho kết quả cụ thể và thể hiện biểu đồ.
- Hạn động liên tục và không hạn chế số lƣợng kiểm tra mẫu.
- Phân biệt nhanh chóng các mẫu. Dù các mẫu có cấu trúc (hình dạng và kích thước) khác nhau
18


nhưng cùng bản chất (giống, loài,..) máy vẫn thể hiện rõ ràng lực tác dụng cho từng loại mẫu.
- Sử dụng trên nhiều loại thực phẩm khác nhau, cho bất kì hình dạng hay kích thƣớc nằm trong

giới hạn cho phép của thực phẩm, chỉ cần lựa đầu dò thích hợp. Trong phƣơng pháp đâm xuyên
ta có chín loại đầu dò khác nhau, từ đầu dò có đường kính 0,05mm dùng để đo độ chắc của vách
tế bào đến đầu dò có đường kính 50mm để đo độ chắc của bột.
- Thích hợp cho thực phẩm không đồng nhất vì mỗi khu vực trên thực phẩm đƣợc đâm xuyên

riêng lẻ. Ví dụ, trong một thanh socola hạnh nhân, nho khô và gạo xốp mỗi phần có thể được đo
riêng biệt. Trong khi hầu hết các phép đo khác đo trên toàn bộ cấu trúc thực phẩm dù thực phẩm
không đồng nhất.

Nhược điểm:
- Chỉ đánh giá đƣợc 1 thuộc tính nhất định (độ chắc, cứng, rắn).
- Không có khả năng đo cùng một lúc nhiều thuộc tính của 1 sản phẩm cần đánh giá như đánh giá

cảm quan.
- Không có khả năng dự đoán đƣợc tính chất cảm quan.
- Đòi hỏi phải có kinh phí đầu tư
2.1.4 Cách thức tiến hành:
2.1.4.1 Chuẩn bị mẫu:

Việc chuẩn bị mẫu để khảo sát là hết sức quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của
kết quả thí nghiệm.
Chuối trên cùng một nẩy ta chọn ra 2 quả với cấu trúc (hình dạng, kích thước) giống nhau tới mức
tối đa. Sau đó cắt hình trụ với chiều cao là 5 cm (lƣu ý hai mẫu phải bằng nhau về chiều cao) và đảm
bảo tính đồng nhất của các mẫu. Sau khi chuẩn bị xong phải tiến hành đo ngay để tránh sai số do sự
biến đổi của mẫu khi tiếp xúc với không khí bên ngoài. Trường hợp này thì đường kính của mẫu
không ảnh hưởng lớn đến kết quả, ta chỉ cần chọn mẫu có đƣờng kính gấp 3 lần so với đƣờng kính
của đầu do.
Mẫu chuối sứ

Mẫu chuối già

2.1.4.2 Dụng cụ đo:
19

Mẫu chuối cau


Đầu dò loại que đâm xuyên phẳng, có đường kính là 0.52cm.

Đầu đâm xuyên chuẩn (với 9 đƣờng kính khác nhau)

Đầu dò Magness Taylor

Khay đỡ

2.1.4.3 Cách thức vận hành:

Mở máy vi tính cái mà liên kết với thiết bị INSTRON sau đó ta cho chạy chương trình
BLUEHILL.

•

Kiểm tra lại máy và chọn đầu dò thích hợp để đảm bảo không gặp vấn đề trong quá trình đo, đồng
thời chỉnh lại các thông số để thiết lập chế độ khảo sát.
• Chọn chế độ khảo sát và điều chỉnh các thông số sau:
•

-

Chiều cao mẫu cố định ban đầu = 50 mm.

-

Tốc độ di chuyển đầu dò = 5mm/s

-

Khoảng đường đi = 55mm

-

Đưa mẫu vào vị trí khảo sát, tiến hành đo mỗi mẫu 2 lần.

-

Dụng cụ đo sử dụng đầu dò 0,5cm (đo theo quy mức của thước kẻ)

2.1.5

Kết quả và thảo luận:

2.1.5.1 Kết quả thí nghiệm:
 Biểu đồ thể hiện độ cứng của chuối sứ:

20


Compressive load (N)

Specimen 1 to 3
6
4

Specimen #

2

1
2

3

0
-2
0

1

2

3

4

5

6

7

8

Time (sec)

Extensio
Energy
Compressi
Time at
n at
at

ve stress at
Maximu
Maximu
Maximu Diamet
Maximum
m Comp.
m Comp.
m Comp. er (mm)
Comp. load
load
load
load
(Pa)
(sec)
(mm)
(mJ)

Specime
n label

Maximu
m Load
(N)

1

CHUOI
SU 2

4.11

5109.28

-3

0.6

6.43

32

2

CHUOI
SU 3

4.39

5452.63

-3.5

0.7

7.8

32

3

CHUOI
SU 1

4.04

5021.49

-3

0.6

6.08

32

Mean

4.18

5194.47

-3.17

0.6

6.77

32

Standard

Deviatio
n

0.18

227.84

0.29

0.06

0.91

0

Compressive load (N)

 Biểu đồ thể hiện độ cứng của chuối già:
Specimen 1 to 3
6
4

Specimen #

2

1
2
3

0
-2
0

1

2

3

4

5

6

7

8

Time (sec)

Specimen Maximu
label
m Load
(N)

Compressi Extensio
ve stress at n at
Maximum Maximu

21

Time at Energy
Maximu at
m Comp. Maximu

Diamet
er (mm)


m Comp.
Comp. load load
load
(Pa)
(mm)
(sec)

m Comp.
load
(mJ)

CHUOI
1 GIA 1

4.27

6036.93

-3

0.6

7.1

30

CHUOI
2 GIA 2

4.16

5879.46

-3

0.6

7.24

30

CHUOI
3 GIA 4

4.57

6471.16

-4

0.8

10.56

30

Mean

4.33

6129.18

-3.33

0.7

8.3

30

Standard
Deviatio
n

0.22

306.45

0.58

0.12

1.96

0

Compressive load (N)

 Biểu đồ thể hiện độ cứng của chuối cau:
Specimen 1 to 3
10
Specimen #

5

1
2
3

0
-5
0

1

2

3

4

5

6

7

Time (sec)

Specimen
label

Maximu
m Load
(N)

Extensio
n at
Compressi Maximu
ve stress at m
Maximum Comp.
Comp.
load
load (Pa)
(mm)

Time at
Maximu
m
Comp.

load
(sec)

Energy
at
Maximu
m
Comp.
load
(mJ)

Diamet
er (mm)

CHUOI
1 CAU 1

9.92

31567.29

-6

1.2

33.52

20

CHUOI

2 CAU 3

8.52

27105.32

-4.5

0.9

21.69

20

22


CHUOI
3 CAU 2

7.23

23022.19

-4.5

0.9

19.61

20

Mean

8.56

27231.6

-5

1

24.94

20

Standard
Deviatio
n

1.34

4273.95

0.87

0.17

7.5

0

 Tính ứng suất của chuối sứ:

 Tính ứng suất của chuối cau:

 Tính ứng suất của chuối già:

Bảng 1: Lực tác dụng và độ lệch chuẩn
Mẫu

Lực (N)

Độ lệch chuẩn

Chuối sứ

4.18

0.18

Chuối cau

5.56

1.34

Chuối già

4.33

0.22

Biểu đồ 1: Lực tác dụng và độ lệch chuẩn của 3 loại chuối
23


Bảng 2. Ứng suất và độ lệch chuẩn
Mẫu

Ứng suất (Pa)

Độ lệch chuẩn

Chuối sứ

5197.40

227.84

Chuối cau

17698.03

4273.95

Chuối già

6125.697

306.45

Biểu đồ 2: Ứng suất và độ lệch chuẩn của 3 loại chuối

2.1.5.2 Nhận xét về kết quả thí nghiệm:

Dựa vào ứng suất ta thấy rằng chuối cau có độ chin cao nhất sau đó là chuối gì và nhỏ nhất
là chuối sứ.
Dựa vào bảng số liệu đã thống kê ta biết được giá trị lực đâm xuyên lớn nhất của chuối sứ 2
(4,39N) cao hơn chuối sứ 1 (4,11N) và lực trung bình của chúng là 4,18N. Chất lượng của
trong giai đoạn này thì thuận lợi cho việc bảo quản do kết cấu của quả cũng như hàm lượng
dinh dưỡng còn cao và lời khuyên đưa ra là thời điểm này thì tốt cho việc sử dụng chuối sứ.
Thời điểm đạt lực đâm xuyên lớn nhất là 0,6s. Theo như lý thuyết đã nêu trên thì độ cứng của
chuối sứ thuộc đường cong B vì lực đâm xuyên không thay đổi khi tiếp xúc với mẫu, điều này
chứng minh rằng độ chín của quả chuối là đồng đều. Bảng số liệu cho thấy rằng tuy lực đâm
xuyên giữa 2 mẫu có khác nhau nhưng độ chênh lệch không cao (cách giá trị trung bình
không nhiều), qua điều này nói lên rằng tất cả các quả chuối trên cùng một nẩy có độ chin
gần như nhau và nói lên được sự chuẩn bị mẫu thành công và kết quả có ý nghĩa thống kê.
Dựa vào bảng số liệu đã thống kê ta biết được lực đâm xuyên lớn nhất của chuối già 3
(4.57N) lớn hơn lực đâm xuyên lớn nhất của chuối già 1 (4.27N) và chuối già 2 (4.16N) và lực
trung bình của chúng là 4.33N. Gía trị lực đâm xuyên trung bình, thời điểm đạt lực đâm xuyên
lớn nhất là 0,8s. Nhìn vào biểu đồ ta thấy rằng đường cong biểu diễn độ cứng của chuối già là
theo đường cong B vì lực đâm xuyên cao nhất khi tiếp xúc với mẫu và không thay đổi khi đi
bên trong cấu trúc mẫu, điều này chứng minh rằng độ chín trên cùng một quả là đồng đều. Nếu
so sánh hai mẫu, thì mẫu chuối già 1 còn cứng hơn so với mẫu chuối già 2, ta kết luận đƣợc
điều này do ngoài dựa vào giá trị lực tác dụng ta còn dựa vào thời gian của đầu dò đi trong
24


mẫu. Chuối già 2 tuy tác dụng lực nhỏ hơn nhưng lạ đi một quãng đường dài hơi gần như gấp

2 lần so với quãng đường của chuối già 1. Điều khác biệt này một phần do nhóm lấy mẫu,
nhóm lấy một trái ở cuối nẩy và một trái ở giữa nên độ chín của các mẫu khác nhau. Nhưng
đối với nguyên liệu này vẫn rất thuận tiện trong bảo quản và vận chuyển. Tuy nhiên chúng ta
nên cẩn thận đối với nguyên liệu này vì chúng chính rất nhanh và có trường hợp chín cảm ứng
(nghĩa là sẽ có sự chín đồng loạt khi có một quả chín, do khi quả chín chúng sẽ sinh ra khí
axetylen kích thích độ chín những quả khác).
Dựa vào đồ thị chuối cau ta thấy có sự chênh lệch về lực chuối cau 2 (7.23N) so với chuối
cau 1 (9.92N) và 3 (8.52N) cho thấy sự không đồng đều về độ chin của chuối cau.
Nhìn vào đồ thị và số liệu ve giá trị lực để đâm xuyên thịt chuối ta thấy lực tác dụng vào
chuối cau>chuối già> chuối sứ. Từ đó có thể thấy rằng thành phần và cấu trúc của mỗi loại
chuối phụ thuộc vào giống chuối, mỗi giống khác nhau về tỷ lệ các thành phần khác nhau
trong thịt quả và tạo nên cấu trúc, độ cứng riêng cho từng loại.
Tuy có sự khác nhau đó nhưng lực đâm xuyên chỉ ở mức trung bình nên đối với nguyên liệu
này vẫn rất thuận tiện trong bảo quản và vận chuyển. Tuy nhiên chúng ta nên cẩn thận đối với
nguyên liệu này vì chúng chin rất nhanh và có trượng hợp chin cảm ứng (nghĩa là sẽ có sự chin
đồng lọa khi có một quả chin, do khi quả chin chúng sẽ sinh ra khi axetylen kích thích độ chin
của những quả khác.
2.1.6 Tài liệu tham khảo:
[1] TS. Trần Bích Lam, Phạm Thị Ngọc Hạnh – Nguyên cứu khai thác sử dụng máy phân tích cấu trúc
– ĐHBK TPHCM – Năm 2009.

[2] Dƣơng Văn Trƣờng – Bài giảng môn Vật Lý Thực Phẩm.
[3] Hà Duyên Tư – Kỹ thuật phân tích cảm quan thực phẩm – NXB khoa học và kĩ thuật – Năm 2006.

25