ỨNG DỤNG TÍNH CHẤT LƯU BIẾN TRONG THỰC PHẨM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

VẬT LÝ THỰC PHẨM

Đề tài

: ỨNG DỤNG TÍNH CHẤT LƯU BIẾN TRONG THỰC PHẨM
GVHD

:

Th.s Trần Thị Hồng Cẩm

SVTH

Nhóm : 9

:

Nhóm 9

1.

Ngô Thị Thúy

2205162062

2.

Nguyễn Ngô Thanh Trúc

2205162069

3.

Nguyễn Thị Cẩm Hằng

2205162009

4.

Trương Thị Hoài Thơ

2205162058

5.

Nguyễn Thị Kim Phương

2205162046

6.

Danh Thị Ngọc Thắm

2205162056

7.

Võ Thị Hiền

2205162010

8.

Nguyễn Thị Ngọc Nhi

2205162036

9.

Nguyễn Thị Huyền Trang 2205163006

Page 1


MỤC LỤC

Nhóm : 9

Page 2


LỜI MỞ ĐẦU
Lưu biến học nói chung và lưu biến học trong thực phẩm nói riêng là một ngành khoa
học có tính ứng dụng cao, tuy nhiên thông tin về lưu biến học chưa thực sự được phổ
biến. Qua quá trình tìm hiểu về đề tài “Ứng dụng tính chất Lưu biến trong thực phẩm”
nhóm chúng tôi đã biết đến được rất nhiều những ứng dụng quan trọng của lưu biến học
trong hầu khắp các lĩnh vực, nhất là những ứng dụng trong sản xuất và chế biến thực
phẩm.

Trong lĩnh vực thực phẩm: Tính chất lưu biến là nhóm tính chất có vai trò quan trọng
trong nghiên cứu, sản xuất và chế biến thực phẩm. Nó ảnh hưởng lớn đến quá trình, thiết
bị sản xuất, chất lượng cũng như cảm quan sản phẩm thực phẩm.
Tính chất lưu biến là một trong những chỉ tiêu quan trong để đánh giá chất lượng của
sản phẩm. Hiện tại khoa học đã phát minh ra rất nhiều thiết bị : thiết bị đo cấu trúc TPA,
TC nhằm mục đích tìm ra các thông số lưu biến trong thực phẩm nhằm hỗ trợ trong quá
trình chế biến, sản xuất thực phẩm, đồng thời kiểm tra chất lượng thành phẩm cuối cùng.
Các phép đo lưu biến còn được sử dụng trong các nghiên cứu đánh giá cảm quan như
tìm hiểu ảnh hưởng của độ nhớt đến cảm quan nhận mùi vị, kết cấu…Chúng còn được sử
dụng trong nghiên cứu phát triển sản phẩm như các quá trình tạo gel, độ bền của sản
phẩm.
Càng ngày người ta sẽ ứng dụng tính chất lưu biến vào thực tế càng nhiều để cải tiến
máy móc, nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm. Chính vì vậy việc
tìm hiểu ứng dụng tính chất lưu biến trong thực phẩm là rất cần thiết cho những ai học,
tìm hiểu, liên quan đến chế biến, sản xuất thực phẩm.

Nhóm : 9

Page 3


KHÁI NIỆM VỀ LƯU BIẾN

I.

Thuật ngữ “lưu biến học” được đặt ra bởi Eugene C. Bingham vào năm 1929. Từ “Lưu
biến học” xuất phát từ chữ Hy Lạp “ρεω” có nghĩa là “chảy” nhưng nó được sử dụng với
nghĩa rộng hơn.
Lưu biến học là một ngành khoa học nghiên cứu biến dạng của vật liệu dưới tác động
của ngoại lực lên vật chất.

Thường là các chất lỏng nhưng cũng có thể là chất rắn mềm hoặc chất rắn trong điều
kiện chúng bị chảy hơn là biến dạng đàn hồi (biến dạng bị mất đi khi bỏ tải trọng gọi là
biến dạng đàn hồi). Trong thực phẩm vật liệu thường là những chất không hoàn toàn lỏng
hoặc rắn, có tính nhớt đàn hồi.
Sự biến dạng là: Sự dịch chuyển tương đối của các phần tử vật thể mà không phá vỡ
tính liên tục của chính vật thể.
+

Chất rắn: Sự biến dạng.

+

Chất lỏng: Dòng chảy ( gồm chảy dẻo và chảy nhớt)

Đối tượng của lưu biến học là nghiên cứu các loại biến dạng khác nhau, phụ thuộc vào
ứng suất kèm theo. Nó nghiên cứu chủ yếu về sự biến dạng và tính chất dòng chảy của vật
liệu.(Ứng suất là lực tác dụng theo phương bất kỳ trên một đơn vị diên tích). Các tính chất
thường thấy: Vững chắc (Firmness), Cứng (hardness), khô cứng (Crispiness)…
Hiểu rõ biểu hiện của lưu chất sẽ giúp cho xác định kích thước bơm, đường ống dẫn và
năng lượng yêu cầu. Các model lưu biến được thu nhận từ phương pháp thực nghiệm sẽ
giúp ích cho thiết kế chế tạo các thiết bị chế biến thực phẩm cùng momen xoắn, cân bằng
năng lượng và cân bằng vật chất. Cần phải hiểu rõ vai trò của lưu biến của các lưu chất
trong kiểm soát quá trình. Các dạng lưu biến được biểu diễn như sau:

Nhóm : 9

Page 4


Lưu biến

Chảy

Biến dạng
Đàn hồi

Không đàn
hồi

Dẻo

Nhớt

Hookean

Nhớt đàn
hồi

Bingham

Phi Newton

Phi hookean

Dẻo nhớt

Phi
Bingham

Newton

Hình 1.1 Sơ đồ các dạng lưu biến

II.

ỨNG DỤNG TÍNH CHẤT LƯU BIẾN TRONG THỰC PHẨM.

1. Xây dựng quy trình công nghệ và phát triển sản phẩm mới.
Dựa vào tính chất lưu biến của mỗi lưu chất hay nguyên vật liệu, phụ gia cho một quy
trình sản xuất người ta xác định nhiệt độ, công đoạn nào sử dụng và sử dụng như thế nào,
sử dụng loại nào để thu được kết quả tốt nhất cho quá trình sản xuất, đồng thời tạo ra các
sản phẩm mới theo yêu cầu.
1.1 Lưu biến của Shorterning

Tính chất của Shortening:
Nhiệt độ nóng chảy cao: 40 – 420
Có độ bền nhiệt, nhiệt độ trùng hợp sản phẩm cao
Có độ rắn cần thiết nhưng độ dẻo thích hợp
Có tính ổn định tốt
Giữ được một số lượng glucid cấu tạo bởi các acid béo cần thiết theo quy định.
Ít bị hôi trở mùi, có khả năng nhũ hóa, nhất là thêm vào 4 – 6% mono và diglycerid
Ít bị oxy hóa hơn.

1.1.1
•
•
•
•
•
•
•

Nhóm : 9

Page 5


Chính vì shorterning có tính lưu biến đặc biệt là lưu biến trạng thái từ thể rắn sang thể
lỏng khi chịu tác dụng của nhiệt độ chính vì vậy người ta sử dụng shorterning để sử dụng
thay thế cho dầu ăn, bơ…
Sử dụng trong chiên mì ăn liền:
Shortening ở dạng rắn, mềm, được sử dụng làm dầu chiên trong công nghệ sản xuất mì
ăn liền. Shortening được gia nhiệt biến thành dạng lỏng để làm dung môi truyền nhiệt khi
chiên.
1.1.2

Quá trình chiên được tiến hành liên tục, băng tải khuôn mì vừa đi vào chảo chiên liền
được băng tải nắp khuôn tương tự đậy lại để cố định vắt mì trong quá trình chiên. Vắt mì
đi qua dầu chiên có nhiệt độ 150 – 1700C trong thời gian 125 – 130 giây.
Sau khi chiên, vắt mì được làm nguội, shortening chuyển sang dạng rắn bao bọc các sợi
mì, giúp cho đóng gói sản phẩm được thuận lợi hơn.

Hình 2.1 Mì sau khi làm nguội
Mục đích:
+ Tạo thành một lớp rắn mỏng bao phủ bên ngoài sợi mì, giúp cho sợi mì có độ bóng.
+ Giảm thời gian chờ khô bề mặt vắt mì để đóng gói.
Sử dụng trong kem nhân bánh, phủ socola cho bánh.
Shorterning sau khi được gia nhiệt để thành dạng lỏng, phối trộn với các thành phần
khác như : sữa, đường, bột cacao, muối…tạo thành dòng chảy mang theo các chất phối
trộn để có thể chảy trong các ống nhỏ bơm vào bánh, hoặc phủ lên bánh tạo thành các
màng mỏng sau đó được làm nguội tạo thành các lớp định hinhfphur lên bánh hoặc nhân

bánh mà không bị chảy trong nhiệt độ bình thường.
1.1.3

Nhóm : 9

Page 6


Hình 2.2 Nhân kem trong bánh ống và bánh xốp.

Hình 2.3 Lớp phủ socola trong bánh.
1.2 Lưu biến của Carrageenan

Tính chất của carrageenan
Do đặc tính hình thành gel rắn hoặc gel lỏng tùy tỷ lệ phối trộn sau khi hòa tan trong
nước, gia nhiệt và để nguội. Vì vậy, người ta sử dụng carrageenan trong nhiều sản phẩm
sữa như pho mát kem, pho mai, sữa tách kem, yogurt cũng như các món tráng miệng và
đồ ngọt như: custards, kem, sữa, chocolate pie…
1.2.1

Đặc tính vật lý của polysaccharide như: độ hòa tan, làm đặc, ổn định hoặc gel hóa phụ
thuộc vào kích thước và cấu trúc của phân tử polysaccharide, hình thái của chúng, sự hiện
diện của nhóm sulfate, nhóm methyl ether và nhóm pyruvate cũng như nhóm acetyl
esters, độ linh hoạt và khả năng tự liên kết của chúng.

Nhóm : 9

Page 7

Sử dụng trong sản xuất thịt hộp
Tại các phương pháp thực nghiệm sản xuất thịt hộp người ta thu được kết quả như sau:
1.2.2

Khả năng hydrate và ổn định nhiệt của gel thịt lợn tăng lên nhờ bổ sung thêm
carrageenan.
+ Khả năng giữ nước của gel thịt tăng lên khi bổ sung 2% carrageenan .
+ Đặc tính cứng và các thông số texture khác nhau của thịt viên ít béo đã nhũ hóa tăng
lên khi đƣợc bổ sung 2% carrageenan.
+ Khi bổ sung carrageenan ở các nồng độ 0,25, 0,4 và 0,5 (%) vào thịt lợn xông khói
đóng lon, sự tiêu tốn nhiệt trong quá trình chế biến giảm và độ cứng của sản phẩm tăng.
2. Đánh giá chất lượng của sản phẩm.
2.1 Dựa vào tính đàn hồi để đánh giá chất lượng của các sản phẩm tươi sống.
Cá từ khi đánh bắt được đến khi chết, trong cơ thể của nó bắt đầu có hàng loạt sự thay
đổi về vật lý và hóa học . Sự biến đổi sau khi chết được mô tả theo sơ đồ:

Các biến đổi cảm quan: là những biến đổi được nhận biết nhờ các giác quan như biểu
hiện bên ngoài, mùi, kết cấu và vị . trong quá trình bảo quản, những biến đổi cảm quan
đầu tiên của cá liên quan đến biểu hiện bên ngoài và kết cấu.
Biến đổi nghiêm trọng nhất là sự bắt đầu mạnh mẽ của quá trình tê cứng . Ngay sau khi
chết, cơ thịt duỗi hoàn toàn và kết cấu mềm mại, đàn hồi thường chỉ kéo dài trong vài giờ,
sau đó cơ sẽ co lại đang ở trạng thái tê cứng . Trạng thái này thường kéo dài trong một
ngày hoặc kéo dài hơn, sau đó hiện tượng tê cứng kết thúc . khi kết thúc hiện tượng tê
cứng, cơ duỗi ra và trở nên mềm mại nhưng không còn đàn hồi như tình trạng trước tê
cứng .
+ Đánh giá chất lượng thịt
Nhóm : 9

Page 8

Sau giết mổ các tính chất cơ bản của thịt đều thay đổi, do sự huỷ các hệ sinh học khi
còn sống. Nguyên nhân của sự phân hủy này là do sự trao đổi chất trong các mô chết
ngừng lại, các quá trình hóa sinh thuận nghịch bởi enzyme chuyển thành quá trình không
thuận nghịch. Các quá trình tổng hợp bị đình chỉ và hoạt động phá hủy của các enzyme
nổi lên hàng đầu, chính là sự tự phân hủy (còn gọi là sự tự phân). Nó là tập hợp của các
giai đoạn nối tiếp nhau: Đình chỉ trao đổi chất; Phân hủy các mối liên kết cấu tạo thành
các mô; Phân hủy các chất chính thành các chất đơn giản hơn. Trên thực tế, người ta chia
các quá trình trên thành 2 nhóm cơ bản:
+ Sự chuyển hóa trong hệ protein dẫn tới sự biến đổi độ chắc (độ mềm mại) của mô cơ.
+ Sự biến đổi trong hệ các chất trích ly tạo cho thịt có mùi và vị nhất định.
Quá trình biến đổi tự phân của thịt sau giết mổ có 3 giai đoạn: tê cứng, chín tới (chín hóa
học), tự phân sâu sắc (quá trình thối rửa).
+ Khi ở giai đoạn tê cứng và chin tới của thịt sau khi mổ tính đàn hồi của thịt cao, đến quá
trình tự phân sâu sắc thì tính đàn hồi của thịt kém hẳn thì thịt hư không thể sử dụng cho
sản xuất thực phẩm.
2.2 Dựa vào độ cứng, độ giòn, độ căng, độ dính kết, độ đàn hồi, độ dai để đánh

giá chất lượng các loại bánh.
+ Đánh giá chất lượng bánh cooki và bánh snack
Người ta thường đánh giá các chỉ tiêu của bánh cooki và bánh snack qua độ cưng, độ
giòn, độ căng, độ đàn hồi để kết luân chất lượng bánh cooki.
Để đánh giá các chỉ tiêu này thường thì người ta thông qua 2 cách:
+ Đánh giá cảm quan : Sử dụng các chuyên gia hoặc người tiêu dùng để đánh giá và cho
điểm dựa vào sự yêu thích của mỗi người. Sau đó người ta sẽ xử lý số liệu thu được và kết
luận chất lượng của bánh.
+ Đo bằng thông số cơ lý của máy TPA ( Texture Analysis Profile):
Máy TPA được thiết kế mô phỏng việc nhai của con người từ đó hiển thì độ cứng, độ
gìn, độ căng, độ đàn hồi của mẫu bằng các thông số kỹ thuật. Chính vì vậy kết quả sẽ ổn
định hơn với kết quả thu được từ phương pháp cảm quan mang lại, song kết quả của máy

không biểu hiện được thị hiếu của người tiêu dùng vì vậy phương pháp cảm quan phù
hợp cho đánh giá sản phẩm mới, phương pháp cơ lý của máy TPA phù hợp với việc kiểm
tra trên line sản xuất.

Nhóm : 9

Page 9


3. Thiết kế máy móc thiết bị phù hợp với sản xuất.
3.1 Tìm độ nhớt của lưu chất để sử dụng bơm phù hợp.
Độ nhớt là đại lượng vật lý đặc trung cho trở lực do ma sát nội tại sinh ra giữa các phân
tử khi chúng có sự chuyển động trượt lên nhau . Độ nhớt được đo bằng nhớt kế.
Để xác định công suất của máy bơm cần sảu dụng phải tìm được chỉ số Reynold của
dòng chảy:

Re =
Trong đó:
là khối lượng riêng của lưu chất (đơn vị kg/m3)

•
•

u là vận tốc đặc trưng của dòng chảy (m/s)

•

l

•

là độ nhớt của lưu chất ( Pa.s)

là quy mô tuyến tính (độ dài) đặc trưng của dòng chảy (m)

Steffe và cộng sự ( 1984) xác định trị số hệ số ma sát cho một van nút mở hoàn toàn,
đầu nối chạc ba với dòng chảy từ ống đến nhánh và khuỷu ngắn 90 0 trong tương quan với
Re sử dụng dịch táo ép làm mẫu thử. Các tác giả nhận thấy, đối với chất lỏng Newton k f
tăng khi giá trị Re giảm. Phương trình hồi quy cho ba loại ống nối như sau:
Van nút 3 đường : kf = 30,3.G
Ống T:
Khuỷu :

kf = 29,4.G
kf = 191,0G

Trong nhiều trường hợp trong thực tế, các trị số áp dụng cho chất lỏng Newton đã được
sử dụng tính toán.
Phương trình cần bằng cơ năng là cơ sở cho việc tính toán lựa chọn bơm và tính năng
lượng điện tiêu thụ cho quá trình.

Nhóm : 9

Page 10


3.2 Tính năng lượng tiêu thụ cho quá trình khuấy trộn
Henry Rushton và cộng sự đã sử dụng chuẩn số năng lượng Po để nghiên cứu quá trình
khuấy trộn chất lỏng. Đối với những chất lỏng Newton chuẩn số năng lượng được tính
theo phương trình:

P0=
Trong đó P là công suất ( P =2x T) (Js -1) , Da là đường kính cánh khuấy (m, T là momen
của máy (Nm), Na là vận tốc khuấy trộn(s 1) và Ro là tỷ trọng của chất lỏng (kg/m3)). Máy
khuấy trộn có nhiều kiểu thiết kế khác nhau, một số kiểu có thiết kế riêng để sử dụng
trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm.

Hình 2.4 Kiểu thiết bị khuấy trộn được sử dụng phổ biến có cánh khuấy mỏ neo
Ở điều kiện khuấy trộn chảy tầng của chất lỏng Newton, P 0 có quan hệ tuyến tính với
chuẩn số Reynolds quay của máy khuấy trộn, Rea:

P0=
Độ lớn của hằng số A phụ thuộc và kiểu thiết bị . Điều kiện chảy tầng khi khuấy trộn
xảy ra khi Rea nhỏ hơn khoảng 10.
Nhóm : 9

Page 11


Đối với thực phẩm phi Newton, độ nhớt không phải là hằng số mà phụ thuộc vào lực
trượt của quá trình khuấy trộn. Do đó, đối với loại sản phẩm vày và các loại chất lỏng phi
Newton khác, chúng ta cần có đinh nghĩa về chuẩn số Reynolds khuấy trộn có thể thay
thế được thay cho Rea để tính P0 từ số liệu trình bày ở hình 5.8.
Đối với các chất lỏng có mô hình hàm lũy thừa, một số tác giả đã đề xuất sử dụng chuẩn
số Reynolds tổng quát cho quá trình khuấy trộn như sau:

= 8(
Tuy nhiên, Remo đã không được công nhận rộng rãi do có sự chênh lệch giữa giá trị P 0
tính được và số liệu thực nghiệm.Phương pháp tính được chấp nhận phổ biến giải thiết
rằng vận tốc trượt trung bình trong quá trình khuấy trộn tỷ lệ thuận với vận tốc quay của

thiết bị Na, nghĩa là:

Thay biểu thức tính độ nhớt biểu kiến vào công thức tính chuẩn số Reynold quay cho
chất lỏng Newton , chuẩn số Reynold khuấy trộn cho mô hình hàm lũy thừa được tính :

=
Do có sự tương đồng cao giữa các kiểu thiết kế của thiết bị khuấy trộn và bồn khuấy
trong các nhà máy chế biến thực phẩm, chúng ta nên xây dựng quan hệ Repl và P0 cho các
hệ thống khuấy trộn sử dụng cho một loại thực phẩm riêng.
Một khi tính được chuẩn số Reynolds khuấy trộn của chất lỏng hàm lũy thữa(Re pl), giả
sử rằng nó bằng Rea, giá trị chỉ số công suất P0 tương ứng có thể xác định từ đường cong
của loại thiết bị khuấy trộn được sử dụng như hình 5.8 hoặc các đồ thị tương tự. Từ giá trị
P0 đã biết, chúng ta có thể tính được đường kính thiết bị khuấy trộn(D a), vận tốc góc của
máy khuấy Na và tỷ tr Giá trị ks có thể được xác định bằng một số phương pháp. Một

Nhóm : 9

Page 12


trong những phương pháp xác định hằng số ks là xây dựng đồ thị log (P/K…)theo (1-n).
Độ dốc của đường thẳng sẽ bằng –log ks.
Đối với một loại máy khuấy nhất định, cần thực hiện các phép kiểm tra để xác định các
số liệu sau: công suất P( P=2pNaT) ( J/s); đường kính bộ phận khuấy Da(m); momen bộ
phận khuấy T(N.m); vận tốc khuấy(s -1) và xác định các hằng số lưu biến của mô hình hàm
lũy thừa của chất lỏng phân tích. Giá trị tiêu biểu của hằng số tỷ lệ k s cho các cánh khuấy
sử dụng trong công nghiệp hóa chất dao động trong khoảng từ 10 đến 13.
Ngoài các ứng dụng trên, việc xác định kích thước ống dẫn trong các hệ thống thanh
trùng, tiệt trùng thực phẩm, cũng như việc tính toán các quá trình truyền nhiệt khác cũng
đòi hỏi xem xét kỹ các mô hình lưu biến của chất lỏng, sự phân bố vận tốc trong các ống

dẫn… của chất lỏng, công suất yêu cầu cho quá tình khuấy trộn P.

III.

KẾT LUẬN
Tính chất lưu biến của lưu chất rất đa dạng và phong phú, trong tự nhiên và trong sản
xuất chúng ta chưa phát hiện hết tính chất lưu biến của mỗi chất chính vì vậy, khi tím ra
một hoặc vài tính chất lưu biến của một chất rất có hữu ích đối với việc sử dụng và tiêu
hủy chất đó.
Việc ứng dụng các tính chất lưu biến của lưu chất đặc biệt là trong ngành thực phẩm thì
vô cùng quan trọng.
Mỗi tính chất lưu biến của nguyên vật liệu đều mang đến những thay đổi trong thành
phẩm mà nó được sử dụng, chính vì điều này việc nghiên cứu ra các sản phẩm mới từ việc
ứng dụng tính lưu biến của nguyên liệu hay thiết kế máy móc thiết bị để hạn chế một số
tính chất lưu biến của lưu chất ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy móc hay công suất mà nó
mang lại.
Việc ứng dụng này ngày càng mạnh mẽ và thiết thục hơn giúp cải tạo cuộc sống của con
người, nâng cao năng suất lao động, tăng chất lượng của sản phẩm.

Nhóm : 9

Page 13


Nhóm : 9

Page 14