TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

MÔN TÍNH CHẤT VẬT LÝ TRONG THỰC PHẨM

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

THỰC HÀNH ĐO CẤU TRÚC

GVHD: Th.S Nguyễn Trung Hậu

Nhóm học viên thực hiện – Nhóm 2(Sáng)

Lê Vũ Ái Linh

Nguyễn Hoài Trân

Phạm Thị Hà Vân

Nguyễn Huy Lộc

Nguyễn Thị Thanh Thanh

Đặng Phương Thảo

Võ Văn Tân

Đỗ Thị Phước Hạnh

Huỳnh Thị Bích Hạnh

TPHCM, tháng 1/2014

1. Giới thiệu

Kiểm tra các tính chất liên quan đến cấu trúc của

sản phẩm thực phẩm trong công nghiệp thực phẩm nhằm phát

triển những sản phẩm mới và cải tiến sản phẩm. Độ mềm

của sản phẩm thịt và sản phẩm họ đậu cũng như độ giòn

của sản phẩm khoai tây và táo là đối tựong nghiên cứu

của nhiều phòng thí nghiệm đo cấu trúc của sản phẩm thực

phẩm. Độ tươi của bánh nướng như bánh mì, bánh quy, bánh

cracker rất quan trọng đối với người tiêu dùng và có thể

xác định được bằng các thiết bị kiểm tra cấu trúc sản

phẩm thực phẩm. Nhiều tính chất về độ cứng của sản phẩm

thực phẩm được tìm thấy là sự kết hợp giữa độ giòn, cứng

và độ dai tạo nên sản phẩm thành công. Những phương pháp

đóng gói mới và giảm ảnh hưởng của lực tĩnh điện tăng

cải thiện thời gian bảo quản của sản phẩm và các nhà

khoa học cần đo một cách cẩn thận những ảnh hưởng của

những vấn đề như thế.

Cá, tôm đông lạnh và những sản phẩm thực phẩm khác

yêu cầu chế biến cẩn thận và các nhà công nghệ tìm ra

các tham số tối ưu thông qua việc kiểm tra sự thay đổi

đó. Kem và sản phẩm dạng paste phải có độ nhớt thích hợp

mới có thể tiến hành thí nghiệm trên máy kiểm tra cấu

trúc.

Các nhà công nghệ thực phẩm khắp thế giới dùng

những thiết bị lưu biến để đo tính chất cấu trúc của

thực phẩm như độ giòn, độ dai, độ chín, độ dính, tính dễ

vỡ, độ nhớt và độ mềm. Những tính chất này có thể phân

biệt khách quan những sản phẩm mới.

2. Cấu trúc thực phẩm

Sự cảm nhận cấu trúc thực phẩm bắt đầu với kết cấu

của nguyên liệu thực phẩm (ví dụ các phân tử hoặc vi cấu

trúc được sắp xếp theo kiểu hình học như thế nào). Khi

kết cấu này được cho vào miệng hoặc cảm nhận bằng tay,

nó sẽ thay đổi như: giảm kích thước, tăng ẩm do sự tiết

nước bọt. Kết cấu của thực phẩm qua quá trình nhai sẽ

tạo ra những kích thích được dây thần kinh truyền về não

và hình thành sự nhận biết về cấu trúc. Những nhận biết

này kết hợp sự ghi nhớ đã hình thành nên một ý niệm về

cấu trúc thực phẩm đối với người tiêu dùng. Những nhận

biết đó cũng có thể được chuyển thành sự đánh giá cường

độ của một thuộc tính cấu trúc nào đó, thông thường được

đánh giá bởi hội đồng cảm quan.

Cấu trúc của thực phẩm được nhận biết đầu tiên qua

thị giác. Ở những cái nhìn đầu tiên, con người đã hình

thành một sự dự đoán về cảm nhận cấu trúc của thực phẩm

khi nó ở trong miệng hoặc khi chạm tay. Việc đánh giá

thuộc tính cấu trúc này thường phụ thuộc nhiều vào kinh

nghiệm ăn uống. Nếu sự dự đoán này không đúng, thực phẩm

có thể bị từ chối. Những thuộc tính cấu trúc có thể được

đánh giá qua thị giác là: độ bóng, sự gồ ghề trên bề

mặt….

Việc đánh giá cấu trúc bằng xúc giác có thể thực

hiện trực tiếp bằng việc tiếp xúc, thao tác trên thực

phẩm với những ngón tay hoặc gián tiếp bằng cách chạm

vào thực phẩm thông qua dao, nĩa… . Các thuộc tính cấu

trúc có thể được đánh giá bằng tay gồm thuộc tính cơ học

(ví dụ lực ép), thuộc tính hình học (sờn, có sạn) và

thuộc tính ẩm (có dầu, ướt). Hầu hết những thuộc tính

cấu trúc này được cảm nhận khi có sự tiếp xúc giữa da và

bề mặt nguyên liệu. Sự di chuyển da qua bề mặt nguyên

liệu (ví dụ da của quả cam) tạo ra rung động trong da,

những rung động này được coi là cảm giác khi cảm nhận

cấu trúc bằng xúc giác. Môi cũng đóng vai trò quan trọng

trong cảm nhận cấu trúc bằng xúc giác. Chúng có cảm giác

đặc biệt để đánh giá sự gồ ghề trên bề mặt và những

thuộc tính cấu trúc khác của thực phẩm. Tuy nhiên, khi

đánh giá mức độ của một thuộc tính cấu trúc nào đó, việc

đánh giá được thực hiện trong miệng thì chính xác hơn

thực hiện bằng tay. Quá trình cảm nhận cấu trúc thực

phẩm trong miệng gồm 3 gian đoạn. Ban đầu là cảm nhận độ

cứng, khả năng để phá vỡ thực phẩm trong lần cắn đầu

tiên. Tiếp theo là sự cảm nhận độ nhai (chewiness), độ

dính nhớt trong quá trình nhai, sự ẩm ướt và béo ngậy

của thực phẩm, cùng với sự cảm nhận kích thước và thuộc

tính hình học của những mẫu thực phẩm riêng lẻ. Cuối

cùng là sự cảm nhận tốc độ phá vỡ thực phẩm trong quá

trình nhai, sự giải phóng, hấp thu ẩm hay bất kì sự bao

phủ của thực phẩm lên miệng hoặc lưỡi.

Ngoài việc cảm nhận cấu trúc bằng cách nhai hay

nhìn, tiếp xúc với thực phẩm thì nghe cũng đóng vai trò

rất quan trọng. Một thuộc tính vốn có của quá trình phá

vỡ các thực phẩm giòn là tạo ra âm thanh. Khi cắn các

thực phẩm khác nhau thì âm thanh phát ra cũng khác nhau.

Hai tiêu chuẩn cảm quan cơ bản để phân biệt những âm

thanh phát ra từ thực phẩm là độ lớn và tính liên tục

hay gián đoạn của âm thanh. Người thử có thể phân biệt

được giữa giòn “crisp” và giòn “crunch” bằng việc đánh

giá âm thanh phát ra.

3. Thiết bị sử dụng phân tích cấu trúc thực phẩm

Để phân tích cấu trúc ta có thể dùng các thiết bị

và phương pháp để đánh giá các đặc điểm cơ học của sản

phẩm. Các đặc điểm này được trình bày trên các đồ thị

sự thay đổi của lực theo biến dạng. Các đồ thị này sẽ

được phân tích để đưa ra các thông số mô tả kết cấu

thực phẩm một cách chính xác và được lặp lại.

Hình 1: Thiết bị đo cấu trúc Zwick – Roell (750N)

4. Phân tích cấu trúc TPA (TEXTURE PROFILE ANALYSIS)

4.1 Định nghĩa

Là phép đo mà trong đó ta xác định nhiều thông số:

độ cứng, độ đàn hồi, độ dai bán rắn, độ dai rắn, độ cố

kết. Đối với thực phẩm dạng lỏng ta cũng có thể dùng đo

độ nhớt, còn đối với sản phẩm dạng sệt ta đo được độ

dính, với một phép đo này ta có được nhiều thông số

cùng một lúc.

- Độ giòn (Fracturability hoặc brittleness): là lực

gây ra gãy vỡ đáng kể trong diện tích dương đầu

tiên (PA1).

- Độ cứng (hardness): là lực lớn nhất (PP1) trong lần

nén đầu tiên.

- Độ kết dính, độ liên kết, độ kết cấu

(cohesiveness): là tỉ số của diện tích dương trong

lần nén thứ hai trên diện tích dương trong lần nén

thứ nhất (PA2/PA1).

- Độ bám dính (adhesiveness): phần diện tích âm

trong lần cắn đầu tiên (NA1), đặc trưng cho công

cần thiết để rút mũi ép ra khỏi mẫu đo.

- Độ dai bán rắn (Gumminess: độ dai) = độ cứng x độ

kết dính.

- Độ dai rắn (Chewiness: độ nhai) = độ dai bán rắn x

độ đàn hồi.

4.2 Ý nghĩa

Test “ hai lần cắn” ( two-bite test) cung cấp các thông

số cấu trúc tương quan với các thông số đánh giá cảm

quan.

Hình 2: Đồ thị phân tích biến dạng kết cấu

Hình 3: Biến dạng kết cấu tiêu biểu của chu kỳ nén hai lần cắn

Hình 4: Biến dạng kết cấu tiêu biểu của chu kỳ nén hai lần cắn

Trong đó :

PA1: độ giòn, PP1: độ cứng, NA1: độ dính, PA2/PA1: độ

kết dính

5. Thực hành đo cấu trúc

5.1 Thí nghiệm cắt xúc xích

Điều kiện đo lực cắt:

- Hành trình dao cắt là 35 mm.

- Tốc độ dao cắt: 50mm/ phút

- Mẫu được đặt ở giữa của cây xúc xích.

- Do điều kiện thí nghiệm không cho phép nên: mẫuđược lặp lại hai lần.

Hình 5: Mô hình cắt xúc xích bằng lưỡi dao cắt Warner-bratzler

Kết quả - bàn luận

Hình 6: Sơ đồ thể hiện lực cắt xúc xích ở tốc độ 50 (mm/phút) được lặp lại

hai lần

Dựa vào đồ thị ta thấy:

Đo lần 1: cho kết quả lực cắt cao nhất là 3,49 N: tức

là ta cần một lực là 3,49 N để cắn đứt một cây xúc

xích.

Đo lần 2: cho kết quả lực cắt cao nhất: 3,19 N.

So sánh kết quả với tốc độ dao cắt 80 mm/phút

Hình 7: Sơ đồ thể hiện lực cắt xúc xích ở tốc độ 80 mm/phút được lặp lại

hai lần

Nhận xét:

Dựa vào đồ thị, ta thấy:

- Đo lần 1, cho kết quả lực cắt cao nhất là 3,44N,

tức là cần một lực 3,44N để cán đứt một cây xúc

xích.

- Đo lần 2, cho kết quả lực cắt cao nhất là 3,59N.

5.2 Thí nghiệm đo biến dạng cấu trúc TPA

Điều kiện thí nghiệm

Điều kiện đo

- Tốc độ 40 mm/phút

- Biến dạng 50% chiều cao thì đầu đo sẽ trở về vị trí

ban đầu, tiếp tục nén lần 2 (lý do chọn ở mức độ

này để tránh bị bể gãy ngay khi nén lần đầu).

Hình 8: Hình minh họa thí nghiệm đo cấu trúc TPA trên mẫu xúc xích

Kết quả và bàn luận

Hình 9: Đồ thị biểu diễn kết quả đo biến dạng cấu trúc TPA ở tốc độ 40

mm/phút của 2 nhóm mẫu xúc xích ở hai kích thước khác nhau

Bảng 1: Kết quả đo TPA của hai nhóm mẫu xúc xích

Nhận xét:

Độ cứng của xúc xích:

Chiều cao xúc xích 2 cm:

- Đo lần 1: lực nén cao nhất ở lần nén đầu tiên là

23.4 N, đo lần 2: là 23.2 N. So với chiểu cao 3 cm:

- Lực nén cao nhất ở lần nén đầu tiên là: 25,1 N,

đo lần 2: là 23,6 N. Mẫu đo được lặp lại cho kết quả

gần như tương đương với mẫu đo lần 1.

Độ đàn hồi:

Ở chiểu cao 2 cm: đo lần 1 cho kết quả gần 0,84 N. Có

nghĩa là mức độ hồi phục sau khi nén lần 1 = 0,84 x

chiều cao ban đầu.

Độ dai rắn, độ dai bán rắn, độ cấu kết:

- Độ chênh lệch ở hai lần đo của mẫu cao 2 cm chênhlệch gần như không cao.

Tuy nhiên, ở độ cao 3 cm thì chênh lệch giữa hai lần đolà khá lớn.

So sánh với tốc độ 80 mm/phút

Hình 10: Đồ thị biểu diễn kết quả đo biến dạng cấu trúc TPA ở tốc độ 80

mm/phút của 2 nhóm mẫu xúc xích ở hai kích thước khác nhau

Bảng 2: Kết quả đo TPA của 2 nhóm mẫu xúc xích

Sau kết quả đo ta rút ra được các yếu tố ảnh hưởng đo kết cấu:

- Nhiệt độ phòng tại lúc đo

- Nhiệt độ mẫu vật tại lúc đo

- Điều kiện đầu đo

- Tốc độ đâm đo

- Mức độ chịu lực của cảm biến

- Kích thước đầu đo

- Kiểu đầu đo

- Lực cao nhất mà ta áp dụng.

5.3 Đo lực đâm xuyên trên táo

- Dùng các đầu kim đâm xuyên qua các bề mặt để mô

phỏng động tác cắn trong miệng.

- Ứng dụng trong thí nghiệm theo dõi sự thay đổi về

độ cứng và độ giòn của sản phẩm táo.

Điều kiện đo

- Để vật ở trạng thái nghỉ, đâm xuyên 15mm, tốc độ đầu đo 50mm/phút

Hình 11: Đo độ đâm xuyên của quả táo

Kết quả và bàn luận

Hình 12: Đồ thị thể hiện lực đâm xuyên của quả táo

Bảng 3: Kết quả đo lực đâm xuyên của quả táo

- Kết quả: lực cao nhất để làm thủng vỏ quả táo hay

lực cần thiết để cắn xuyên qua lớp vỏ đối với táo

nguyên trái là 10,9 N.

- Độ đâm xuyên trên sự khác biệt về mặt tiếp xúc sẽ

không ảnh hưởng lớn như là độ cứng, cụ thể qua bảng

số liệu trên.