Đang tải... (xem toàn văn)
chương 1: các thông số vật lý của thực phẩm
1 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: Các tính chất lưu biến của thực phẩm • Chương 3: Phương pháp và thiết bị thường sử dụng để kiểm tra các thông số vật lý của thực phẩm • Chương 4 : Kỹ thuật xử lý thực phẩm không sử dụng nhiệt Tài liệu tham khảo • Bài giảng VLTP : https://sites.google.com/site/duongvantruong1510/cong- nghe-thuc-pham/vat-ly-thuc-pham • 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 2 Chương 1: Các thơng số vật lý và tính chất của thực phẩm Các thông số vật lý của thực phẩm • Độ dài : L (m) • Diện tích : S (m 2 ) • Thể tích : V (m 3 ) • Khối lượng : m (kg) • Khối lượng riêng: ρ (kg/m 3 ) • Áp suất : P (N/m 2 ) • Vận tốc : v (m/s) • Độ nhớt : µ (Ns/m 2 ) • Nhiệt lượng riêng : i, I (J/kg) • Nhiệt dung riêng : c (J/kg.độ) • Hệ số dẫn nhiệt : λ (W/m.độ) • Hệ số truyền nhiệt : k (W/m 2 .độ) • Nhiệt độ : T (độ C, độ F, độ K) Các thông số vật lý của thực phẩm (tt) 3 Dimensions Dimensions are represented as symbols (ký hiệu) by: • length [L], • mass [M], • time [t], • temperature [T] • force [F]. (Thứ nguyên) All engineering quantities can be expressed in terms of these fundamental dimensions • 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] Dimensions (Thứ nguyên) UNITS AND CONVERSION FACTORS • Length 1 inch= 0.0254 m 1 ft= 0.3048 m • Area 1 ft 2 = 0.0929m 2 • Volume 1 ft 3 = 0.0283 m 3 1 liter= 0.001 m 3 Đơn vò và hệ số chuyển đổi 4 UNITS AND CONVERSION FACTORS (cont) • Mass 1 lb= 0.4536 kg 1 mole = molecular weight in kg • Density 1 lb/ft 3 = 16.01 kg m -3 • Velocity 1 ft/sec= 0.3048 m s -1 • Pressure 1 lb/m 2 = 6894 Pa 1 torr= 1 mm Hg • 1 atm= 1.013 x 10 5 Pa = 760 mm Hg • 1 atm= 9,81 x 10 4 N/m². UNITS AND CONVERSION FACTORS (cont) Force 1 Newton= 1 kg m s -2 Viscosity Dynamic (đ ộ nh ớ t đ ộ ng l ự c h ọ c, đ ộ nh ớ t tuy ệ t đ ố i, đ ộ nh ớ t) - 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 Cinematic (đ ộ nh ớ t đ ộ ng h ọ c) Đơn v ị : St (stock), cSt, m²/s, mm²/s 1 cSt = 1 mm²/s; 1 St = 1 cm²/s 1 lb/ft sec= 1.49 N s m -2 = 1.49 kg m -1 s -2 Energy 1 Btu= 1055 J 1 cal= 4.186 J Power 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 = 10 6 , (k) kilo = 10 3 g (m) milli = 10 -3 , • 1 m = 10 9 nm = 10 10 Å • (µ) micro = 10 -6 m • Ñoä F = 32 + 9/5.ñoä C • Ñoä K = 273,15 + ñoä C 5 Tại sao phải nghiên cứu tính chất vật ly của thực phẩm? Phân tích thi ế ếế ế t b ị ịị ị và h ệ ệệ ệ th ố ốố ố ng thi ế ếế ế t b ị ịị ị phù h ợ ợợ ợ p M ụ ụụ ụ c đích Thay đ ổ ổổ ổ i c ủ ủủ ủ a quá trình ch ế ếế ế bi ế ếế ế n: biến đổi cơ học, nhiệt, điện, quang, âm và điện từ TP có ngu ồ ồồ ồ n g ố ốố ố c sinh h ọ ọọ ọ c : tươi s ố ốố ố ng ho ặ ặặ ặ c qua ch ế ếế ế bi ế ếế ế n 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 1. Khối lượng riêng (Density) ρ = m/v, kg/m³. »Khối lượng riêng hạt »Khối lượng riêng khối Quan hệ khối lượng và thể tích?? ứng dụng : định lượng??? Các đặc trưng vật lý của vật liệu thực phẩm 6 - 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, Đô 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 hạt. • Độ xốp cho phép các chất khí, lỏng đi vào trong lòng của nó nhiều hay ít, độ xốp càng lớn thí càng dễ dàng cho việc khuếch tán các chất khí ,lỏng vào trong thực phẩm. Độ xốp của thực phẩm càng nhỏ thì gây nhiều cản trở cho quá trình sấy, đun nóng, . Mục đích: • Đánh gia chất lượng??? • Phân loại • Quyết định gia thành 2. Hình dạng, kích thước Các đặc trưng vật lý của vật liệu thực phẩm 7 Xác định kích thước Đậu Hà Lan Dưa hấu Hình học cơ bản Xác định kích thước (tt) Hình dạng khác Quả lê Củ cà rốt Quả chuối Các loại hạt: gạo, bắp… Hạt gạo Hạt bắp Hạt tiêu 8 Các loại con: tôm, cá, cua Một sô 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. 3. Bề mặt riêng và sức căng bề mặt - Bán kính hiệu dụng của phân tử - 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. • Lực tác dụng lên một đơn vị chiều dài của ranh giới phân chia va làm giảm bê mặt chất lỏng gọi là sức căng bê mặt. Đơn vị đo: N/m; J/m², dyne/cm. • Dưới tác dụng của sức căng bê mặt, chất lỏng khi không có tác dụng của ngoại lực luôn có dạng hình cầu vì hình cầu là hình có bê mặt nho nhất trong các hình có cùng thê tích va do đo khi ấy năng lượng bê mặt của giọt lỏng là tối thiểu, giúp nó tồn tại bền J = N.m (A = F.S) 1dyne = 10 -5 N 1dyne/cm=10 -7 N.m 9 • Gia trị của sức căng bê mặt phu thuộc vào bản chất của các pha tiếp xúc, nhiệt đô va lượng chất hòa tan Sức căng bề mặt của chất lỏng thay đổi theo nhiệt độ; đối với nhiều chất lỏng, sức căng bề mặt giảm khi nhiệt độ tăng. Tương tác giữa các phân tư của chất càng lớn thi sức căng bê mặt càng lớn • Sức căng bề mặt của một chất lỏng được xác định tại một điều kiện nhất định (nhiệt độ, áp suất, .) khi bề mặt tiếp xúc với chân không. Hình 1: (a)Giọt nước trên bề mặt ghét nước (hydrophobic) (b) giọt nước trên bề mặt thích nước (hydrophilic). 10 Hoạt tính bê mặt Khái niệm : Những chất mà khi cho một lượng rất nho sẽ làm giảm sức căng bê mặt gọi là chất có hoạt tính bê mặt - Chất hoạt động bề mặt (Surfactant) là các tác nhân thấm ướt làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng. - Là chất mà phân tử của nó phân cực: một đầu ưa nước và một đuôi kị nước. - Những chất này tan được trong nước va trong dung môi hữu cơ . m²/s, mm²/s 1 cSt = 1 mm²/s; 1 St = 1 cm²/s 1 lb/ft sec= 1. 49 N s m -2 = 1. 49 kg m -1 s -2 Energy 1 Btu= 10 55 J 1 cal= 4 .18 6 J Power 1 kW= 1 kJ s -1 1 horsepower. t) - Pa.s = kg.m -1 .s -1 , Pa.s = Ns/m², - Poise : 1 cP= 0.0 01 N.s.m -2 = 0.0 01 Pa.s = 1 mPa.s 1P = 10 0 cP - Dyne/cm² : 1 dyne = 10 -5 N, dyn/cm² = 0 ,10