BÀI GIẢNG VẬT LÝ THỰC PHẨM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC&THỰC PHẨM
------------- --

BÀI GIẢNG
VẬT LÝ THỰC PHẨM

Người biên soạn : Dương Văn Trường

TP Hồ Chí Mính, tháng 12-2015


VẬT LÝ THỰC PHẨM
(Food Physics)

CBGD: Dương Văn Trường
Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm
Đại học Công nghiệp TP HCM

Nội dung chương trình
Chương 1: Các thông số vật lý và tính chất của
thực phẩm
Chương 2: tính chất bề mặt của thực phẩm
Chương 3 : tính chất nhiệt, điện của thực phẩm
Chương 4: Các tính chất lưu biến của thực
phẩm
Chương 5 : Hoạt độ nước

Tài liệu tham khảo
• Bài giảng VLTP :
/>• Wilhelm, Luther R., Dwayne A. Suter, and Gerald H.

Brusewitz. 2004. Physical Properties of Food Materials.
Chapter 2 in Food & Process Engineering Technology, 23-52.
St.
• James F. Steffe, 1996, Reological methods in food
process engineering (second edition), Freeman Press,
USA.
• Jasim Ahmed Hosahalli S. Ramaswamy, Stefan Kasapis
Joyce I. Boye, Novel Food Processing (Effects on
Rheological and Functional Properties), CRC Press
• Physical Chemistry of Foods

1


TÀI LIỆU THAM KHẢO
(References)

[1].Andrew J. Rosenthal (1999). Food Texture Measurement and
Perception. ISBN 0-8342-1238-2, Aspen Publishers, Inc., Printed
in the United States of America
[2]. Ignacio Arana (2012). Physical Properties of Foods- Novel
Measurement Techniques and Applications. CRC Press. ISBN 13: 978-1-4398-3537-1
[3]. Ludger Figura and Arthur A. Teixeira (2007). Physics Food.
ISBN 978-3-540-341918, Springer- Verlag Berlin – Heidelberg.
[4]. Tharwat F. Tadros (2005). Applied Surfactants- Principles and
Applications. ISBN-13: 978-3-527-30629-9, WILEY-VCH Verlag
GmbH & Co. KGaA, Weinheim.
[5]. Serpil Sahin and Servet Gülüm Sumnu (2006). Physical
Properties of Foods. ISBN-13: 978-0387-30780-0, Springer,
Printed in the United States of America.

Tại sao phải nghiên cứu tính chất vật lý của thực phẩm?

TP có nguồn gốc sinh
học : tươi sống hoặc
qua chế biến
- Phân tích thiết
Thay đổi của quá
trình chế biến: biến

bị

Mục đích

- XD hệ thống

đổi cơ học, nhiệt,

thiết bị phù

điện, quang, âm và

hợp

điện từ

ỨNG DỤNG CỦA CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ
(Physical Properties Applications)
• xác định, lượng hóa việc mô
tả vật liệu thực phẩm

• cung cấp dữ liệu cho ngành
kỹ thuật thực phẩm
• tiên đoán tính chất của vật
liệu mới từ đó đa dạng hóa
thực phẩm

2


Chương 1: thơng số vật lý
thực phẩm

Các thông số vật lý của thực phẩm
•
•
•
•
•
•
•

Độ dài
: L (m)
Diện tích
: S (m2)
Thể tích
: V (m3)
Khối lượng : m (kg)
Khối lượng riêng: ρ (kg/m3)
Áp suất

: P (N/m2)
Vận tốc
: v (m/s)

Các thông số vật lý của thực phẩm
(tt)
•
•
•
•
•
•

Độ nhớt
Nhiệt lượng riêng
Nhiệt dung riêng
Hệ số dẫn nhiệt
Hệ số truyền nhiệt
Nhiệt độ

: µ (Ns/m2)
: i, I (J/kg)
: c (J/kg.độ)
: λ (W/m.độ)
: k (W/m2.độ)
: T (độ C, độ F, độ K)

3

Dimensions
(Thứ nguyên)

Dimensions are represented as symbols (ký
hiệu) by:
• length [L],
• mass [M],
• time [t],
• temperature [T]
• force [F].
All engineering quantities can be expressed in terms of these fundamental
dimensions

Dimensions
(Thứ nguyên)
• Length = [L], area = [L]2 , volume = [L]3.
• Velocity = length travelled per unit time=[L]/[t]
• Acceleration = rate of change of
velocity=[L]/[t]x1/[t]=[L]/[t][t]=[L]/ [t]2
• Pressure = force per unit area=[F]/[L]2
• Density
= mass per unit volume=[M]/[L]3
• Energy
= force times length=[F] x [L].
• Power
= energy per unit time=[F] x [L]/[t]

UNITS AND CONVERSION FACTORS
Đơn vò và hệ số chuyển đổi

• Length
• Area
• Volume

1 inch= 0.0254 m
1 ft= 0.3048 m
1 ft2 = 0.0929m2
1 ft3 = 0.0283 m3
1 liter= 0.001 m3

4


UNITS AND CONVERSION FACTORS
(cont)
• Mass

1 lb= 0.4536 kg
1 mole = molecular weight in kg
• Density 1 lb/ft3= 16.01 kg m-3
• Velocity 1 ft/sec= 0.3048 m s-1
• Pressure 1 lb/m2= 6894 Pa
1 torr= 1 mm Hg
•
1 atm= 1.013 x 105 Pa = 760 mm Hg
•
1 atm= 9,81 x 104 N/m².

UNITS AND CONVERSION FACTORS
(cont)

Force
1 Newton= 1 kg m s-2
Viscosity
Dynamic (độ nhớt động lực học, độ nhớt tuyệt đối, độ nhớt)
- Pa.s = kg.m-1.s-1 , Pa.s = Ns/m²,
- Poise : 1 cP= 0.001 N.s.m-2 = 0.001 Pa.s = 1 mPa.s
1P = 100 cP
- Dyne/cm² : 1 dyne = 10-5 N, dyn/cm² = 0,10 N/m²
Kinematic (độ nhớt động học)
Đơn vị : St (stock), cSt, m²/s, mm²/s
1 cSt = 1 mm²/s; 1 St = 1 cm²/s

Energy
Power

1 lb/ft sec= 1.49 N s m-2 = 1.49 kg m-1 s-2
1 Btu= 1055 J
1 cal= 4.186 J
1 kW= 1 kJ s-1
1 horsepower (HP) = 745.7 W = 745.7 J s-1
1 ton refrigeration= 3.519 kW

UNITS AND CONVERSION FACTORS
(cont)
• (M) Mega = 106,
(k) kilo = 103 g
(m) milli = 10-3,
• 1 m = 109 nm = 1010 Å
• (µ) micro = 10-6 m

• Ñoä F = 32 + 9/5.ñoä C
• Ñoä K = 273,15 + ñoä C

5


Các đặc trưng vật lý của vật liệu thực phẩm
1. Hình dạng, kích thước

Mục đích:
• Đánh giá chất
lượng???
• Phân loại
• Quyết định giá thành

Cách xác định thể tích
• Phương pháp
cân chất lỏng

• Dùng ống đong : đo trực tiếp phần lỏng
tăng lên

6


Phương pháp dùng tỷ trọng kế
dạng khí

V2

V1

Vs

•
•
•

PV = n RT
Nén phòng 1 : lên áp P1 và giữ
nguyên
Mở van 2, áp suất là P2.

m = m1 + m2
P1V1 = P2V1 + P2Va2
Vs = V2 – Va2

Xác định kích thước
Hình học cơ bản

Dưa hấu

Đậu Hà Lan

Xác định kích thước (tt)
Hình dạng khác
Quả chuối

Củ cà rốt
Quả lê

7


Các loại hạt: gạo, bắp…
Hạt gạo

Hạt bắp

Hạt tiêu

Các loại con: tôm, cá, cua
Một số vật liệu có hình dạng phức tạp không
xác định kích thước ⇒???
Kỹ thuật scan 3D : xác định chính xác kích
thước và khối lượng của thực phẩm
- phục vụ cho quá trình phân chia
chính xác nhất.

Các đặc trưng vật lý của vật liệu thực phẩm

2. Khối lượng riêng (Density)
ρ = m/v, kg/m³.
Quan hệ khối lượng và thể tích??
ứng dụng : định lượng???

8


Tính toán khối lượng riêng

• Xv : phần thể tích, m³/m³
• Xw: phần khối lượng,
kg/kg
Khối lượng riêng của các chất tinh khiết, kg/m³:
T : nhiệt độ của thực phẩm, °C (ứng dụng -40

150°C)

Tính toán khối lượng riêng
Bài tập: tính khối lượng riêng của bánh Spinach ở 20°C, Tổng khối lượng của
bánh là 100 g, biết thành phần của chúng như sau

Đáp số : 1030,53 kg/m³.

Các loại khối lượng riêng

• Khối lượng riêng chất rắn (solid density) ρs: khối lượng/thể tích
(thể tích được xác định bằng cách đuổi hết khí tồn tại trong các
pore của vật liệu rắn), không tính đến các khí trong chất rắn.
• Khối lượng riêng vật liệu (chất)- material (susbtance) density
ρm – là khối lượng riêng được xác định bằng khối lượng/thể
tích (thể tích được xác định bằng việc nghiền nhỏ các hạt thành
bột mịn)
• Khối lượng riêng hạt (particle density) ρp : khối lượng hạt/thể
tích của hạt, thể tích được xác định là các pore đóng, không
tính đến các pore mở.
• Khối lượng riêng biểu kiến (apparent density) ρapp : khối
lượng/thể tích của vật liệu, thể tích của tất cả các pores trong
vật liệu, được xác định bằng kích thước hình học, hoặc sử
dụng phương pháp mực chất lỏng dâng lên khi thêm chất rắn

vào: = khối lượng/thể tích hình học.
• Khối lượng riêng tổng thể (bulk density) ρbulk : là khối lượng
riêng tính cho các vật liệu đóng gói hoặc xếp chồng chất lên
nhau, thể tích của chúng được xác định bằng tổng thể thể tích
của chúng (kể cả phần rỗng do xếp chồng lên nhau).

9


Bài tập 1
Một nghiên cứu trên 130 gram ngô cho thấy các
thành phần khối lượng của chúng như sau:
cacbonhydrat : 62 g,
protein : 8 g,
lipit : 30 g,
chất tro : 4 g
Phần còn lại là nước
Hãy xác định khối lượng riêng chất rắn của ngô ở
20o C.
Đáp số : 1232,72 kg/m3

- Đối với thực phẩm
dạng lỏng : hay dùng
đơn vị là tỷ trọng.
Tỷ trọng của thực phẩm:
là tỷ số giữa khối lượng
riêng của chất lỏng so
với khối lượng riêng của
nước ở 4°C.
ứng dụng : quá trình rửa

thực phẩm, phân loại,

Bài tập 2 về tỷ trọng
Trong 200 ml sản phẩm nước dứa cô đặc
có các thành phần thể tích như sau:
cacbonhydrat : 150 ml
protein : 17 ml
lipit : 2 ml
chất tro : 0,7 ml
Phần còn lại là nước
Hãy xác định tỷ trọng của nước dứa cô đặc
ở 4oC.
Đáp số :1,48

10


Độ xốp (Porosity)
• Độ xốp : là tỷ lệ phần trăm
không khí chiếm chỗ của khối
hạt so với một đơn vị thể tích
của cả khối thực phẩm.
• Độ xốp = thể tích của khí/thể
tích của toàn bộ TP.
• Độ xốp: khuếch tán vật chất???
• Độ xốp của thực phẩm càng
nhỏ thì gây nhiều cản trở cho
quá trình sấy, đun nóng,...

Cách xác định độ xốp 1:

• Dùng phần mềm
Image J :

Hình ảnh độ xốp của bánh mì
(1 cm²)

– Chụp ảnh bằng kính
hiển vi
– Sử dụng phần mềm
phân tích hình ảnh
của các pore, bọt
khí,…
– Xác định tỷ lệ về kích
thước bọt, bán kính
trung bình và phần
trăm diện tích của
khí chiếm chỗ.

Image J
• ImageJ : />
Kết quả phân tích độ xốp trên ImageJ

Phân bố kích thước của các bọt khí

Kết quả được xác định : 0,348

11


Cách xác định độ xốp 2:

• Độ xốp của khối thực
phẩm
εtotal = εapp + εbulk

Cách xác định độ xốp 2:
• Độ xốp của khối thực phẩm
εtotal = εapp + εbulk

Phương pháp dùng tỷ trọng kế
dạng khí
V1

P1V1 = P2V1 + P2Va2
Vs = V2 – Va2
Va2 = V2 – Vs

V2
Vs

SAI SỐ ?????

12


Bài tập 1

V1

V2

Vs

Khi đo độ xốp của mẫu táo sấy, mẫu đặt trong phòng
2. Khi van 2 đóng thì áp suất tại phòng 1 là 1020
mmHg. Khi van 2 mở thì áp suất cân bằng của hai
phòng là 520 mmHg. Biết thể tích V1 = V2 = 1000 ml.
Tính thể tích và độ xốp của miếng táo sấy?
Đáp số: V = 40; 38 ml, độ xốp = 0,96.

Bài tập 2
Trái sơri có độ ẩm là 80% (kg/kg). Khối lượng
riêng biểu kiến (apparent) và khối lượng riêng
toàn khối (bulk) lần lượt là 615 kg/m³ và 511
kg/m³ ở 25°C. biết rằng thành phần của trái
sơri chỉ có cacbonhydrat và nước, tính độ xốp
của trái sơri khi xếp chồng chất lên nhau
(εtotal). Biết rằng, khối lượng riêng của
cácbonhydrat là 1586 kg/m³ và của nước là
997 kg/m³.
Đáp số :

Bài tập 2
Trái sơri có độ ẩm là 80% (kg/kg). Khối lượng
riêng biểu kiến (apparent) và khối lượng riêng
toàn khối (bulk) lần lượt là 615 kg/m³ và 511
kg/m³ ở 25°C. biết rằng thành phần của trái
sơri chỉ có cacbonhydrat và nước, tính độ xốp
của trái sơri khi xếp chồng chất lên nhau (εtotal).
Đáp số : 0,6

13


Bài tập 3
Tính độ xốp táo sấy có khối lượng 510 g
chứa đủ trong 500 ml bình chứa. Biết rằng
táo chỉ chứa CHO, Protein và nước với các
phần khối lượng lần lượt là 0,7; 0,11 và 0,19
ở 25 độ C,
Cho khối lượng riêng biểu kiến là 0.8 lần khối
lượng riêng chất rắn.
Đáp số:

MÀU SẮC VÀ HÌNH DẠNG
Màu sắc: Cảm giác màu nhận được là do tác độïng của chùm ta sáng lên mắt.
Mắt người nhận chùm tia sáng có bước sóng trong khoảng 380nm - 740nm.
Tử ngoại mạnh

Nhìn thấy

380nm (tím)

Hồng ngoại (năng lượng yếu)

740nm (đỏ)

41

Sù t¹o ¶nh vµ
nhËn biÕt mµu

ë m¾t

42

14


Tính chất màu của thực phẩm
• Các yếu tố ảnh hưởng đến việc hình
thành màu sắc
– Nguồn sáng
– Hướng nhìn
– Kích thước của vật
– Nền
– Độ tuổi
– Trí nhớ về màu

Hệ màu
• CIE (commission internationale de
l’Eclairage)
Bao gồm
XYZ (Yxy) color system
Hunter Lab color system
L*a*b* color system

Hệ Yxy
• Y đặc trưng cho
độ sáng của
phản xạ
• Yx đặc trưng

cho cường độ
màu sắc

15


Hệ L*a*b*

L: chỉ độ sáng đến tối (+100 đến 0)
-a* (xanh lá cây -68, -128 )
=> +a* (đỏ+68, +128)
-b* (xanh da trời) => +b* (vàng cam)

Hệ L*C*h
• Đây là hệ màu
tương đương hệ
L*a*b* nhưng hệ
này sửu dụng các
thông số
• L : độ sáng
• C: cường độ màu
h : góc thay đổi màu

16


Mối quan hệ L*a*b* và L*C*h

Như vậy khi màu
sắc thay đổi thì

vả a và b đều
thay đổi
Nhưng nếu dùng
hệ LCh …

Phương pháp chụp màu
Sử dụng hệ thống màu để
đánh giá sự biến đổi màu của
thực phẩm
3 thông số : L, a, b được xác
định như 3 thông số cơ bản để
xác định sự biến đổi màu trong
quá trình chế biến.

3.4. Kiểm tra độ màu của thực phẩm

Các phương pháp
đo màu thực phẩm

17


Câu hỏi ôn tập
• Nêu các phương pháp xác định thể tích
của thực phẩm
• Ý nghĩa của các dạng khối lượng riêng và
cách xác định chúng?
• Độ xốp là gì? Ý nghĩa của độ xốp trong
chế biến thực phẩm?
• Bài tập

18


12/30/2015

Chương 2 : Tính chất bề mặt của
thực phẩm

Bề mặt riêng (interfacial tension)

- Khi chúng ở trên bề mặt phân chia pha, thì lực hút của chúng
khác với chúng nằm trong pha
- Lực hút phân tử làm cho các chất bị hút vào lòng của nó làm
cho chất lỏng có xu hướng làm giảm bề mặt tối thiểu trong
điều kiện nhất định giọt luôn có hình cầu
- Khi đường kính của hạt càng lớn thì chúng không còn hình cầu
nữa

Sức căng bề mặt
• Là công tác dụng trên một đơn vị bề mặt, hay
là công cần thiết để thay đổi diện tích bề mặt
ở điều kiện nhiệt độ nhất định.

Chất
lỏng
2

Chất
lỏng

1

L: là khoảng chạy khi kéo lực F, m
D: khoảng cách từ A B
2: chỉ rằng có 2 chất lỏng ở hai
bên.

1