Tài liệu Báo cáo thực hành vật lý thực phẩm tìm hiểu về cấu trúc và tính chất của thực phẩm trên hệ thống cơ lý instron

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ Tên MSSV Nhiệm Vụ - Báo cáo bài 1. Mai Hữu Trí 10038361 - Viết phần tổng quan. - Tập hợp bài. Nguyễn Thị Trinh 10041181 Báo cáo bài 2. Lê Phƣợng Thy 10046671 Báo cáo bài 3. Nguyễn Đức Uyên Thƣ 10058331 Báo cáo bài 4. Lê Tƣờng Vi 10035231 Nguyễn Thị Nhƣ Trang 10041611 1 Báo cáo bài 5. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A MỤC LỤC 1 2 TỔNG QUAN ....................................................................................................................................7 1.1 Giới thiệu về thiết bị cơ lý instron..............................................................................................7 1.2 Tìm hiểu cấu trúc thực phẩm:...................................................................................................10 NỘI DUNG BÁO CÁO ...................................................................................................................14 2.1 PHƢƠNG PHÁP ĐÂM XUYÊN.............................................................................................14 Giới thiệu thí nghiệm: .......................................................................................................14 2.1.1 2.1.1.1 Mục đích thí nghiệm: .................................................................................................14 2.1.1.2 Lý do chọn mẫu: ........................................................................................................15 2.1.1.3 Yếu tố ảnh hƣởng đến kết quả thí nghiệm: ................................................................15 2.1.2 Cơ sở lý thuyết về phƣơng pháp [1] [2] ...............................................................................15 2.1.2.1 2.1.3 Cơ sở của phép đo đâm xuyên: .........................................................................................16 2.1.3.1 Nguyên lý chung: .......................................................................................................16 2.1.3.2 Cơ sở của phép đo cấu trúc: .......................................................................................17 2.1.3.3 Mối liên hệ giữa phƣơng pháp đo bằng thiết bị và phƣơng pháp cảm quan: [3] ........19 2.1.3.4 Ƣu – Nhƣợc điểm của phƣơng pháp đâm xuyên: ......................................................20 2.1.4 Cách thức tiến hành: .........................................................................................................21 2.1.4.1 Chuẩn bị mẫu: ............................................................................................................21 2.1.4.2 Dụng cụ đo:................................................................................................................21 2.1.4.3 Cách thức vận hành: ..................................................................................................22 2.1.5 Kết quả và thảo luận: ........................................................................................................22 2.1.5.1 Kết quả thí nghiệm: ...................................................................................................22 2.1.5.2 Nhận xét về kết quả thí nghiệm: ................................................................................22 2.1.6 2.2 Giới thiệu về phƣơng pháp đâm xuyên ......................................................................15 Tài liệu tham khảo: ...........................................................................................................26 PHƢƠNG PHÁP CẮT .............................................................................................................27 2.2.1 Mục đích thí nghiệm .........................................................................................................27 2.2.1.1 Lý do chọn phƣơng pháp cắt: ....................................................................................27 2.2.1.2 Mẫu ............................................................................................................................27 2.2.1.3 Đặc điểm chung của các mẫu: ...................................................................................28 2.2.1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến kết quả .............................................................................29 2.2.2 Cơ sở lý thuyết về phƣơng pháp đo ..................................................................................29 2.2.2.1 Phƣơng pháp cắt ........................................................................................................29 2 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM 2.2.2.2 Nguyên lý của phép đo ..............................................................................................29 2.2.2.3 Cơ sở của phƣơng pháp đo ........................................................................................30 2.2.2.4 Mối liên hệ với các phƣơng pháp khác ......................................................................30 2.2.2.5 Ƣu ,nhƣợc điểm của phƣơng pháp.............................................................................30 Cách thức tiến hành ...........................................................................................................30 2.2.3 2.2.3.1 Chuẩn bị mẫu: ............................................................................................................30 2.2.3.2 Cách thức vận hành ...................................................................................................30 2.2.3.3 Dụng cụ đo .................................................................................................................31 Kết quả và thảo luận..........................................................................................................31 2.2.4 2.3 2.2.4.1 Kết quả thí nghiệm.....................................................................................................31 2.2.4.2 Nhận xét về kết quả thí nghiệm .................................................................................32 PHƢƠNG PHÁP CẮT KRAMER ...........................................................................................34 Mục đích thí nghiệm .........................................................................................................34 2.3.1 2.3.1.1 Lý do chọn mẫu .........................................................................................................34 Cơ sở lí thuyết về phƣơng pháp đo ...................................................................................34 2.3.2 2.3.2.1 Nguyên lí chung .........................................................................................................34 2.3.2.2 Giới thiệu phƣơng pháp Kramer ................................................................................35 2.3.2.3 Nguyên tắc hoạt động ................................................................................................35 2.3.2.4 Mối liên hệ với phƣơng pháp khác ............................................................................35 2.3.2.5 Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp..............................................................................36 Cách thƣc tiến hành ...........................................................................................................36 2.3.3 2.3.3.1 Chuẩn bị mẫu .............................................................................................................36 2.3.3.2 Cách thức vận hành ...................................................................................................36 Kết quả và thảo luận..........................................................................................................36 2.3.4 2.4 SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A PHƢƠNG PHÁP ÉP ĐÙN.......................................................................................................38 Giới thiệu thí nghiệm: .......................................................................................................38 2.4.1 2.4.1.1 Mục đích thí nghiệm: .................................................................................................38 2.4.1.2 Lý do chọn mẫu: ........................................................................................................38 2.4.1.3 Yếu tố ảnh hƣởng đến kết quả thí nghiệm: ................................................................39 2.4.2 Cơ sơ lý thuyết về phƣơng pháp [1] ...................................................................................39 2.4.2.1 Nguyên lý chung: .......................................................................................................39 2.4.2.2 Cơ sở của phép đo: ....................................................................................................40 2.4.2.3 Mối liên hệ giữa phƣơng pháp đo với phƣơng pháp cảm quan: ................................40 3 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM 2.4.2.4 2.4.3 Ƣu - nhƣợc điểm: .......................................................................................................40 Cách thức tiến hành ...........................................................................................................41 2.4.3.1 Chuẩn bị mẫu: ............................................................................................................41 2.4.3.2 Cách thức vận hành: ..................................................................................................41 2.4.4 Kết quả và thảo luận: ........................................................................................................41 2.4.4.1 Kết quả thí nghiệm: ...................................................................................................41 2.4.4.2 Nhận xét về kết quả thí nghiệm: ................................................................................42 2.4.5 2.5 SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A Tài liệu tham khảo.............................................................................................................43 PHƢƠNG PHÁP TPA .............................................................................................................44 2.5.1 Mục đích thí nghiệm .........................................................................................................44 2.5.1.1 Mục đích: Phân tích mô tả cấu trúc của thực phẩm ...................................................44 2.5.1.2 Chọn mẫu thí nghiệm: ...............................................................................................44 2.5.1.3 Tính chất của các sản phẩm thạch rau câu: với thành phần nhƣ trên, các sản phẩm thạch có độ dai, dẻo, đàn hồi...,thích hợp cho việc sử dụng phƣơng pháp TPA để xác định cấu trúc của thực phẩm. ......................................................................................................................44 2.5.2 Cơ sở lý thuyết và phƣơng pháp đo: .................................................................................44 2.5.2.1 Giới thiệu về phƣơng pháp TPA:...............................................................................44 2.5.2.2 Các thông số đo lƣờng: ..............................................................................................45 2.5.2.3 Giới thiệu về máy đo cấu trúc theo phƣơng pháp TPA .............................................48 2.5.2.4 Ƣu – Nhƣợc điểm của phƣơng pháp:.........................................................................49 2.5.3 Cách thức tiến hành: .........................................................................................................49 2.5.3.1 Chuẩn bị mẫu: ............................................................................................................49 2.5.3.2 Cách thức vận hành:mẫu đƣợc ép 2 lần liên tiếp bằng đầu dò TPA:.........................50 2.5.4 Kết quả và thảo luận..........................................................................................................50 2.5.4.1 Kết quả thí nghiệm: ...................................................................................................50 2.5.4.2 Nhận xét: ....................................................................................................................53 4 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A LỜI CẢM ƠN --------------Trƣớc hết, tập thể nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: 1. Trƣờng đại học Công Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh cùng với Viện công nghệ sinh học thực phẩm đã tạo ra một môi trƣờng học tập có cơ sở vật chất rất tốt cho chúng em học hỏi và nghiên cứu. 2. Thƣ viện trƣờng 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 Ths Dƣơng Văn Trƣờng 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, nhƣng 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 đƣợc ý kiến đóng góp của thầy để bài báo cáo đƣợc 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 5 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay đất nƣớc ngày càng phát triển, nhu cầu của con ngƣời cũng ngày đƣợc nâng cao. Trong đó nhu cầu về ăn uống là đƣợc con ngƣời quan tâm nhất. Ngày xƣa mọi ngƣời chỉ quan tâm là làm sao đƣợc 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 nƣớc ta ngày một phát triển. Hiện nay trên thị trƣờng Việt Nam xuất hiện rất nhiều sản phẩm, đa dạng từ mẫu mã cho đến chất lƣợng. Nhƣng trong đó quan trọng nhất là về mặt chất lƣợng. Vì vậy mà vấn đề này đƣợc kiểm tra nghiêm ngặt ngay sau khi sản phẩm đƣợc sản xuất ra. Các sản phẩm này đƣợc kiểm tra về mặt hƣơng vị, cấu trúc và hình thức bên ngoài của sản phẩm vì đây là ba yếu tố chính quyết định sản phẩm có đƣợc chấp nhận trên thị trƣờng hay không. Nhƣng trong đó quan trọng nhất vẫn là mặt cấu trúc vì:  Cấu trúc ảnh hƣởng đến sự cảm nhận mùi vị cũng nhƣ đến hình thức bên ngoài của sản phẩm  Là đây là một thuộc tính quan trọng đƣợc khách hàng quan tâm hàng đầu. Để xác định cấu trúc của thực phẩm, ngƣời ta dùng 6 phƣơng pháp sau: - Phƣơng pháp đâm xuyên - Phƣơng pháp nén TPA (texture profile analylis) - Phƣơng pháp cắt Kramer (nhiều dao) - Phƣơng pháp cắt Warner-Bratzler (một dao) - Phƣơng pháp Back Extrusion (ép đùn) 6 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM 1 1.1 SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A TỔNG QUAN Giới thiệu về thiết bị cơ lý instron 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 đƣợc 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 chƣơng 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 phƣơng pháp thử nghiệm nhƣ 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 lƣợc về phần cứng của máy cơ lí INSTRON 7 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A 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 chƣơng 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 (trƣớc 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 đƣợc điều chỉnh đảm bảo an toàn cho quá trình vận hành, hạn chế cƣờng 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 8 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A Phần mềm BLUEHILL cung cấp một chƣơng trình kiểm tra nguyên liệu linh hoạt và đầy sức mạnh, dễ dàng sử dụng đối với cả những ngƣời 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 phƣơng pháp kiểm tra. Các thông số nhƣ 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 ngƣời dẫn đầu trong việc kiểm tra vật liệu. BLUEHILL tƣơng thích trực tiếp với nhiều hệ thống của Instron nhƣ 3300, 4200, 5500, 5800… Phần mềm BLUEHILL giao diện đƣợc thiết kế dạng bảng Phần mềm của máy cơ lí INSTRON nên sử dụng khá đơn giản. Nó bao gồm việc kiểm tra, phƣơng 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 khiển các mục theo bảng dạng cột để cho ra kết quả theo sơ đồ trình bày nhƣ trên màn hình xác định cổng xuất dữ liệu và thƣ mục lƣu trữ. - 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 dƣới.  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 hƣớng ở bên trái màn hình. Nhấn vào các mục mà ta cần sửa đổi trong thanh điều hƣớng này.  Màn hình chính: Đây là màn hình xuất hiện đầu tiên khi ta khởi động phần mềm và là màn hình ta chọn phƣơng pháp thí nghiệm. 9 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A - 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 phƣơng 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 lƣu lại các file phƣơng pháp thí nghiệm. Phần mềm sẽ chuyển đến 1 màn hình khác để ta chọn hoặc thay đổi các thông số thí nghiệm rồi lƣu lại trên file gốc hoặc ở một file mới.  Report Button: Nhấn nút này khi ta muốn chỉnh sửa và lƣu lại các file phƣơng 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 đƣợc 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 ngƣời dùng hiện thời.  Help Button: Nút này dể mở hệ thống trợ giúp.  Exit Button: Nhấn nút này để thoát ra khỏi chƣơng trình. Tìm hiểu cấu trúc thực phẩm: Sản phẩm thực phẩm ít khi chứa một hợp phần, thƣờng là tổ hợp nhiều hợp chất khác nhau. Số 1.2 lƣợng các hợp phần hóa học tạo nên 1 thực phẩm thƣờng ổn định, gồm chủ yếu các hợp chất có gá trị dinh dƣỡng. Sự khác nhau là ở hàm lƣợng từng hợp phần. Sản phẩm thực phẩm có cấu trúc tức là có hình dạng, trạng thái, kết cấu, màu sắc và hƣơng thơm. Kết cấu của sản phẩm là biểu hiện cảm giác và chức năng của cấu trúc, tính chất cơ học và tính chất bề mặt của thực phẩm, đƣợc phát hiện thông 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. Trƣớc tiên phải áp dụng một số phƣơng pháp xử lý nhƣ: 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 lƣợng yếu hay chính là làm biến tính thành phần cấu tạo nên sản phẩm thực phẩm). Sau đó lại tiến hành tổ chức và định hƣớng 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 10 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM - SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A Dạng gel: Thƣờng 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 trƣơng nƣớc, 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. Dạng 1: Kết cấu dạng lỏng Dạng 2: Kết cấu dạng gel tinh bột Dạng 2: Kết cấu dạng gel protein Dạng 4: Kết cấu tập hợp các tế Dạng 3: Kết cấu dạng bào trương nước sợi protein 11 Dạng 5: Kết cấu dạng sánh, nhờn, trơn bóng BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A Dạng 7: Kết cấu trong, tan chậm Dạng 6: Kết cấu khô, bở, có trong miệng (kẹo đường) cấu trúc hạt hoặc tinh thể Dạng 8: Kết cấu xốp Hình 2: Cấu trúc thực phẩm Nguyên liệu trong chế biến các sản phẩm thực phẩm thƣờng đƣợc cấu tạo từ các cao phân tử. Các cao phân tử này có những tính chất chức năng đặc trƣng 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 nhƣng phụ thuộc lẫn nhau. Có thể nói tính chất chức năng là tất cả mọi tính chất không phải dinh dƣỡng có ảnh hƣởng 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 tƣơng tác của các cao phân tử với nƣớc nhƣ: sự hút nƣớc và giữ nƣớc, sự thấm ƣớt, 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 tƣợng 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 nhƣ ảnh hƣởng của các pha phân tán khác nhau (hệ đơn phân tán và đa phân tán). Vì kích thƣớc 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 hợp sẽ tăng lên khi đƣờng kính phân tử nhỏ hơn 1µm. Điều này chứng tỏ tầm quan trọng của các tính chất liên pha trong hệ vi dị thể đƣợc đặc trƣng của kích thƣớc các hạt. Chính quá trình nghiên cứu tính chất chức năng này đã chỉ rõ cho ta thấy ảnh hƣởng 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 trƣng bởi các trạng thái của các hạt phân tán trong hệ phân tán. Nhƣ vậy có thể thấy tính chất chức năng có vai trò vô cùng quan trọng cho quá trình tạo nên cấu trúc cho 12 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A sản phẩm thực phẩm hay tạo ra nét đặc trƣng 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 nhƣ sự tạo gel của protein không những bao gồm những tƣơng tác protein – protein mà còn bao gồm các tƣơng tác protein – nƣớc hoặc độ nhớt và độ hoà tan phụ thuộc lẫn nhau và phụ thuộc các tƣơng tác protein – protein và các tƣơng tác protein – nƣớc. 13 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A NỘI DUNG BÁO CÁO 2 PHƢƠNG 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 dƣới 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 trƣờng 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. 14 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A 2.1.1.2 Lý do chọn mẫu: Ngoài những thuộc tính hƣơng vị, kết cấu là một trong những thuộc tính chất lƣợng rất quan trọng ảnh hƣởng đến quyết định mua sản phẩm trái cây do đó độ cứng là một trong những thuộc tính không thể bỏ qua. Ngƣời ta nhận thấy rằng độ cứng của trái cây phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ hàm lƣợng promopectin, hàm lƣợng chất xơ (cellulose), hàm lƣợng tinh bột,... nếu những yếu tố này càng nhiều thì trái cây của ta càng cứng chắc. Ngƣợc lại với điều đó nếu càng nhiều hàm lƣợng pectin, hàm lƣợng đƣờng, hàm lƣợng nƣớc 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 phƣơng 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 thƣớc của chuối sẽ dễ đồng đều hơn (vì chúng ta có thể mua chung 1 nẩy), điều này vừa đảm bảo đƣợc chất lƣợng mẫu vừa đảm bảo về kích thƣớc 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 phải bằng nhau). - Kích thƣớc 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 phƣơng pháp [1] [2] 2.1.2.1 Giới thiệu về phương pháp đâm xuyên Phƣơng pháp đâm xuyên là từ thiết bị chuyên dụng tiêu biểu cho một trong những phƣơng pháp đơn giản và đƣợc sử dụng phổ biến nhất. Kiểm tra đâm xuyên đầu tiên đƣợc thực hiện bởi Lipowitz (1861), ông đã đặt một đĩa có đƣờng kính 2 – 2,5cm trên bề mặt của khối gelatin chứa trong becker. Đĩa đƣợc nối với phễu theo một trục thẳng đứng. Ngƣời ta đặt những quả cân vào phễu cho đến khi đủ nặng để đĩa đâm vào khối gelatin. Tổng trọng lƣợng của quả cân, phễu, trục, đĩa đƣợc dùng để tính độ đặc, chắc của khối đông. Những phép đo đầu tiên, tuy còn sơ khai, nhƣng đã có đủ các phần cần thiết của một phép đo: tên, đầu đâm xuyên vào thực phẩm, những phƣơng cách nhằm nâng độ lớn của lực lên (ở đây là quả cân) và sự đo lƣờng lực. Thiết bị đƣợc biết đến nhiều là Bloom Gelometer. Thử nghiệm thứ hai đƣợc phát triển bởi Capri (1884), đo độ đặc của mỡ đông khi đầu đo đƣờng kính 2mm đâm vào 1 cm. Capri định lƣợng lực cần thiết để tạo một lực trên đầu đâm xuyên có đƣờng kính 2mm vào dầu đã đông 1cm theo chiều sâu. 15 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A Brulle (1893) dùng nguyên tắc tƣơng 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 sƣ 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 phƣơng 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 nhƣ Thiết bị đo độ mềm Armour, Thiết bị đo cấu trúc Christel, và Thiết bị đo độ chín, thành trƣởng. Các thiết bị đo độ đâm xuyên có thể đƣợc phân lọai theo đặc điểm lực áp dụng. Tốc độ đo đƣợc định trƣớc 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 trƣớc khi đo và tạo hình khối theo yêu cầu của từng phƣơng pháp đo cụ thể, cài đặt các thông số cần đo, thay bộ đầu dò phù hợp, tiến hành đo và thƣờng 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. Lƣu ý: dĩ nhiên trong quá trình chuẩn bị mẫu ta phải chọn đƣờng kính của mẫu phải lớn hơn đƣờng kính của đầu dò, nhƣng câu hỏi đặt ra nơi đây là lớn đến bao nhiêu so với đầu dò và nếu bằng đầu dò có đƣợc không. Ý đầu dƣờng nhƣ không quan trọng lắm trong phƣơng 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 nhƣ cạnh, góc hay độ dày của mẫu. Một kiểm nghiệm đâm xuyên sẽ cho kết quả sai hoàn toàn nếu nhƣ trong quá trình thực hiện mà mẫu bị nứt gãy hay vỡ đôi. Và nếu kích thƣớc mẫu hình trụ xấp xỉ với đƣờng kính đầu dò thì khi thực hiện đâm xuyên thì mẫu sẽ bị đùn lên đầu dò. Một thông số rất hấp dẫn đƣợc đƣa 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: Nhìn và hình ta thấy rằng, bên trái mẫu lớn hơn ba lần đƣờng kính của đầu dò và đạt tiêu chuẩn. Khi kích thƣớc của mẫu giảm đi nhƣng kích thƣớc của đầu dò vẫn nhƣ vậy thì không đạt tiêu chuẩn và kết 16 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A 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 đƣờng kính bằng 1/3 so với đƣờng kính mẫu. 2.1.3.2 Cơ sở của phép đo cấu trúc: Trƣờng hợp Hình minh họa Khi mẫu lớn, đầu đâm xuyên sẽ chỉ đâm vào thực phẩm một đoạn nhỏ tƣơng ứng với kích thƣớc của thực phẩm và đĩa đỡ bên dƣới. 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. Đĩa đỡ có một lỗ ở trung tâm bên dƣới 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. Đƣờng kính của lỗ thƣờng nên từ 1,5 – 3 lần đƣờng kính của đầu đâm xuyên. Nếu lỗ đĩa có đƣờng 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 đƣờng cong thể hiện 5 mức độ khác nhau về một thuộc tính (trƣờng hợp là độ cứng) trên cùng một biểu đồ, hình 2 thể hiện điều đó. 17 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A Nhận xét:  Đầu tiên xem xét trƣờng hợp của đƣờng A, B, C:  Giai đoạn đầu: ta thấy các đƣờng 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 đƣợc gọi là giai đoạn biến dạng ban đầu.  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 nhƣng 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 đƣờng cong đâm xuyên theo ba loại cơ bản: - Đƣờng cong A: lực tác động tiếp tục tăng khi qua điểm biến dạng ban đầu. Đƣờng cong dạng này là đặc trƣng của quả táo vừa hái. - Đƣờng cong B: lực này là khoảng không đổi sau khi đầu dò tiếp xúc với mẫu. Đƣờng cong dạng này là đặc trƣng của quả táo đã đƣợc lƣu trữ trong kho lạnh trong một thời gian và hoa quả chín mềm chẳng hạn nhƣ đào và lê. Tổng quát lên chúng đặc trƣng cho các loại quả khô, mềm và kết cấu đã đôi phần lỏng lẻo. - Đƣờng cong C: lực giảm tác dụng khi đầu dò tiếp xúc với mẫu. Đƣờng cong dạng này thƣờng đƣợc tìm thấy với rau sống.  Cuối cùng ta xem xét về trƣờng hợp của đƣờng cong C, D: 18 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A - Đƣờng cong D thu đƣợc khi đo một số tính chất trên bột nhão (dough) và whipped. Đƣờng cong D cũng giống nhƣ đƣờng cong A nhƣng 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 đƣợc xác định bằng sự ngoại suy hai đƣờng thẳng từ hai phần của đƣờng cong D. Vì vậy đƣờng cong D đƣợc coi nhƣ là một trƣờng hợp đặc biệt của đƣờng cong A. - Đƣờng cong E thu đƣợc khi đo một số tính chất trên bột nhão. Đƣờng cong này cho ta thấy không có điểm biến dạng đầu, cơ bản giống nhƣ một chất lỏng nhớt và vì vậy chúng không phù hợp điểm kiểm tra bằng phƣơng 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 ngƣời cảm nhận cấu trúc qua các giác quan nhƣ thính giác, thị giác và xúc giác. Việc cảm nhận cấu trúc thực phẩm của con ngƣời 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 lƣờng vật chất, vật lý thành những tín hiệu điện hoặc tín hiệu có thể nhìn thấy; những tín hiệu này có thể thu đƣợc 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 đƣợc giữ nhƣ thế nào. Các phép kiểm tra thực hiện trên nguyên liệu rắn hoặc dai thì thƣờng đƣợc làm dƣới lực ép, trƣợt, xoắn và căng. Bộ chuyển đổi này thƣờng 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 tƣợng tâm sinh lý mà thƣờng có khuynh hƣớng không tuyến tính. Những yếu tố nhƣ nhiệt độ thƣờng ảnh hƣởng lên trạng thái lƣu biến do đó những thiết bị đo những thông số nhƣ vậy sẽ đƣợc 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 đƣợc đƣa vào miệng hiếm khi ở cùng một nhiệt độ do đó ở trong miệng thƣờng 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 20oC ở trạng thái rắn nhƣng khi cho vào miệng, với thân nhiệt của cơ thể sẽ làm cho chocolate tan chảy. Ngoài ra, sự có mặt của nƣớc bọt trong miệng làm hòa tan những nguyên liệu tan trong nƣớc. Có khoảng 1,5 lít nƣớc bọt đƣợc tiết ra mỗi ngày. Trong nƣớc bọt có chứa enzyme tiêu hóa (amylase) cũng nhƣ những protein và polypeptide không phổ biến. Nƣớc bọt hoạt động nhƣ 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 lƣu biến không có điều kiện để cho chất bôi trơn lên mẫu trong quá trình kiểm tra. Tốc độ di chuyển 19 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM GVHD: Dƣơng Văn Trƣờng MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM SVHT: Nhóm 4. Tổ 5. DHTP6A của hàm và lƣỡi 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 ngƣời thử mà mỗi ngƣời có tốc độ nhai khác nhau, thậm chí với cùng một loại thực phẩm, một ngƣời thử thì từ khi bắt đầu bỏ thực phẩm vào nhai cho tới khi có thể nuốt đƣợc thực phẩm đó tốc độ nhai cũng khác nhau. Hoạt động nhai kết hợp với việc tiết nƣớc bọt làm vỡ thực phẩm cho đến khi có thể nuốt đƣợc. 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: Ƣu điểm: - Thiết bị tƣơng 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 đƣợc 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 thƣớc) khác nhau nhƣng 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 đƣờng kính 0,05mm dùng để đo độ chắc của vách tế bào đến đầu dò có đƣờng 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 đƣợc 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. Nhƣợc 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 nhƣ đánh giá cảm quan. - Không có khả năng dự đoán đƣợc tính chất cảm quan. - Đòi hỏi phải có kinh phí để đầu tƣ. 20