Hệ Thống Bài Thí Nghiệm Vật Lý Thực Phẩm Tại Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM

Hệ thống thí nghiệm vật lý thực phẩm tại Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM (IUH) đóng vai trò quan trọng… 72 trang · Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM · 2015.

• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM
• Chuyên ngành: Vật lý thực phẩm
• Đề tài: Hệ Thống Thí Nghiệm Vật Lý Thực Phẩm Tại IUH
• Loại tài liệu: bài thí nghiệm
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 3. BÀI 3: Giới thiệu cơ sở của phương pháp xác định cấu trúc thực phẩm
• 3.1. Giới thiệu về thiết bị đo cơ lí
• 3.1.1. Giới thiệu chung
• 3.1.2. Nút khởi động chính
• 3.1.3. Bảng điều khiển
• 3.1.4. Nút dừng khẩn cấp (Emergency stop switch)
• 3.1.5. Các công cụ chức năng
• 3.2. Cài đặt thông số cho quá trình đo
• 3.2.1. Quá trình test
• 3.2.2. Cách chọn mẫu và chọn đầu dò
• 3.3. Các loại mẫu thực phẩm
• 3.3.1. Cách chọn mẫu và phương pháp test
• 3.3.2. Một vài đầu đo
• 4. BÀI 4: PHƯƠNG PHÁP ĐÂM XUYÊN, NÉN VÀ CẮT
• 4.1. PHƯƠNG PHÁP ĐÂM XUYÊN
• 4.1.1. Giới thiệu thí nghiệm
• 4.1.2. Mục đích thí nghiệm
• 4.1.3. Lý do chọn mẫu
• 4.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm
• 4.1.5. Cơ sở lý thuyết về phương pháp đo
• 4.1.5.1. Giới thiệu về phương pháp đâm xuyên
• 4.1.5.2. Cơ sở của phép đo
• 4.1.5.3. Cơ sơ của phép đo cấu trúc
• 4.1.5.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp
• 4.1.6. Cách thức tiến hành
• 4.1.6.1. Chuẩn bị mẫu
• 4.1.7. Kết quả và thảo luận
• 4.2. PHƯƠNG PHÁP CẮT
• 4.2.1. Mục đích thí nghiệm
• 4.2.2. Phương pháp cắt Warner-Bratzler
• 4.2.2.1. Đặc tính dụng cụ
• 4.2.2.2. Mô tả công việc
• 4.2.2.3. Cơ sở của phương pháp
• 4.2.2.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp
• 4.2.2.5. Phạm vi ứng dụng của phương pháp
• 4.2.3. Cách thức tiến hành
• 4.2.3.1. Chuẩn bị mẫu
• 4.2.3.2. Đặc điểm chung của các mẫu
• 4.2.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả
• 4.2.4. Kết quả và thảo luận
• 4.3. PHƯƠNG PHÁP NÉN KRAMER
• 4.3.1. Mục đích thí nghiệm
• 4.3.2. Phương pháp nén Kramer
• 4.3.2.1. Đặc tính thiết bị
• 4.3.2.2. Mô tả thiết bị
• 4.3.2.3. Nguyên tắc hoạt động
• 4.3.2.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp
• 4.3.2.5. Phạm vi áp dụng của phương pháp
• 4.3.3. Các thức tiến hành
• 4.3.3.1. Chuẩn bị mẫu
• 4.3.4. Kết quả và thảo luận
• 5. BÀI 5: PHƯƠNG PHÁP ÉP ĐÙN VÀ TPA
• 5.1. Phương pháp ép đùn
• 5.1.1. Giới thiệu thí nghiệm
• 5.1.2. Mục đích thí nghiệm
• 5.1.3. Các lực sinh ra trong thí nghiệm
• 5.1.4. Lý do chọn mẫu
• 5.1.5. Phương pháp ép đùn
• 5.1.5.1. Giới thiệu phương pháp ép đùn
• 5.1.5.2. Cơ sở của phép đo
• 5.1.5.3. Ưu, nhược điểm của phương pháp
• 5.1.6. Cách thức tiến hành
• 5.1.6.1. Chuẩn bị mẫu
• 5.1.7. Kết quả và nhận xét
• 5.2. PHƯƠNG PHÁP TPA
• 5.2.1. Giới thiệu thí nghiệm
• 5.2.2. Mục đích thí nghiệm
• 5.2.3. Lí do chọn mẫu
• 5.2.4. Cơ sở lý thuyết và phương pháp đo
• 5.2.4.1. Giới thiệu về phương pháp TPA
• 5.2.4.2. Các thông số đo lường
• 5.2.4.3. Cơ sở của phương pháp đo
• 5.2.4.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp
• 5.2.5. Cách thức tiến hành
• 5.2.5.1. Chuẩn bị mẫu
• 5.2.6. Kết quả và thảo luận
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Hệ Thống Thí Nghiệm Vật Lý Thực Phẩm Tại IUH

Hệ thống thí nghiệm vật lý thực phẩm tại Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM (IUH) đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển sản phẩm thực phẩm. Hệ thống này không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức lý thuyết mà còn trang bị kỹ năng thực hành cần thiết. Các thí nghiệm được thực hiện nhằm xác định các tính chất cơ lý của thực phẩm, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường.

1.1. Mục tiêu của Hệ Thống Thí Nghiệm Vật Lý Thực Phẩm

Mục tiêu chính của hệ thống là cung cấp cho sinh viên kiến thức thực tiễn về các phương pháp thí nghiệm vật lý thực phẩm. Điều này giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của thực phẩm, từ đó áp dụng vào thực tế sản xuất.

1.2. Các thiết bị chính trong hệ thống thí nghiệm

Hệ thống thí nghiệm bao gồm nhiều thiết bị hiện đại như máy đo cơ lý, máy ép đùn và các công cụ đo lường khác. Những thiết bị này cho phép thực hiện các thí nghiệm đa dạng, từ đo độ cứng đến độ giòn của thực phẩm.

II. Thách thức trong việc áp dụng Hệ Thống Thí Nghiệm Vật Lý Thực Phẩm

Mặc dù hệ thống thí nghiệm tại IUH mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng gặp phải một số thách thức. Việc đảm bảo chất lượng thiết bị và đào tạo nhân lực là hai vấn đề chính cần được giải quyết. Ngoài ra, việc cập nhật công nghệ mới cũng là một yếu tố quan trọng để duy trì tính cạnh tranh.

2.1. Vấn đề về chất lượng thiết bị thí nghiệm

Chất lượng thiết bị thí nghiệm ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả nghiên cứu. Việc sử dụng thiết bị không đạt tiêu chuẩn có thể dẫn đến sai lệch trong kết quả thí nghiệm, từ đó ảnh hưởng đến quá trình phát triển sản phẩm.

2.2. Đào tạo nhân lực cho hệ thống thí nghiệm

Đào tạo nhân lực là yếu tố then chốt để vận hành hiệu quả hệ thống thí nghiệm. Cần có chương trình đào tạo bài bản để sinh viên có thể sử dụng thành thạo các thiết bị và phương pháp thí nghiệm.

III. Phương pháp thí nghiệm chính trong Hệ Thống Thí Nghiệm Vật Lý Thực Phẩm

Hệ thống thí nghiệm tại IUH áp dụng nhiều phương pháp thí nghiệm khác nhau để khảo sát các tính chất của thực phẩm. Các phương pháp này bao gồm đâm xuyên, nén, cắt và ép đùn. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng loại sản phẩm.

3.1. Phương pháp đâm xuyên trong thí nghiệm thực phẩm

Phương pháp đâm xuyên được sử dụng để xác định độ cứng và độ giòn của thực phẩm. Kết quả từ phương pháp này giúp đánh giá chất lượng sản phẩm và cải thiện quy trình sản xuất.

3.2. Phương pháp nén và cắt trong nghiên cứu thực phẩm

Phương pháp nén và cắt giúp xác định tính chất cơ học của thực phẩm như độ dẻo và độ bền. Những thông số này rất quan trọng trong việc phát triển sản phẩm mới.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Hệ Thống Thí Nghiệm Vật Lý Thực Phẩm

Kết quả từ hệ thống thí nghiệm không chỉ phục vụ cho việc giảng dạy mà còn có ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp thực phẩm. Các nghiên cứu từ hệ thống này giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng.

4.1. Cải tiến chất lượng sản phẩm thực phẩm

Thông qua các thí nghiệm, các nhà nghiên cứu có thể xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Từ đó, họ có thể đưa ra các giải pháp cải tiến hiệu quả.

4.2. Đáp ứng nhu cầu thị trường thực phẩm

Kết quả nghiên cứu từ hệ thống thí nghiệm giúp các doanh nghiệp nắm bắt được xu hướng tiêu dùng và phát triển sản phẩm phù hợp với nhu cầu thị trường.

V. Kết luận và tương lai của Hệ Thống Thí Nghiệm Vật Lý Thực Phẩm

Hệ thống thí nghiệm vật lý thực phẩm tại IUH có vai trò quan trọng trong việc đào tạo và nghiên cứu. Tương lai của hệ thống này phụ thuộc vào việc cập nhật công nghệ mới và nâng cao chất lượng đào tạo. Điều này sẽ giúp sinh viên và các nhà nghiên cứu có thể phát triển những sản phẩm thực phẩm chất lượng cao hơn.

5.1. Tầm quan trọng của việc cập nhật công nghệ

Cập nhật công nghệ mới là cần thiết để duy trì tính cạnh tranh trong ngành công nghiệp thực phẩm. Việc áp dụng công nghệ tiên tiến sẽ giúp nâng cao hiệu quả thí nghiệm.

5.2. Định hướng phát triển hệ thống thí nghiệm trong tương lai

Hệ thống thí nghiệm cần được mở rộng và cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp thực phẩm. Định hướng phát triển này sẽ giúp nâng cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Tài liệu "Hệ thống bài thí nghiệm Vật lý thực phẩm" do Viện Công nghệ Thực phẩm & Sinh học thuộc Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh (IUH) biên soạn (lưu hành nội bộ từ tháng 12 năm 2015), phục vụ trực tiếp cho học phần thực hành môn học Vật lý thực phẩm. Trong chương trình đào tạo kỹ sư và cử nhân ngành Công nghệ Thực phẩm, môn học này đóng vai trò kết nối giữa cơ sở lý thuyết về hóa lý - cấu trúc vật liệu sinh học với kỹ thuật kiểm soát chất lượng và phát triển sản phẩm trong quy mô công nghiệp.

Mục tiêu học tập của tài liệu tập trung vào việc trang bị cho người học:

• Cơ sở lý thuyết về lưu biến học thực phẩm và các tính chất cơ lý (độ cứng, độ dẻo, độ giòn, độ đàn hồi, độ dai, độ nhớt, độ dính).
• Nguyên lý cấu tạo và quy trình vận hành thiết bị đo cơ lý vạn năng để bàn Instron Seri 5543 cùng phần mềm phân tích chuyên dụng Bluehill 2.
• Năng lực thiết lập phương pháp, chuẩn bị mẫu thử nghiệm, thu nhận dữ liệu tải trọng - biến dạng và giải thích các đặc tính cấu trúc trên các hệ sản phẩm thực phẩm cụ thể.

Tài liệu được cấu trúc theo phương pháp tiếp cận thực nghiệm chuẩn hóa. Khởi đầu từ việc phân loại các trạng thái cấu trúc của 8 dạng thực phẩm chính và các nhóm tính chất chức năng của đại phân tử, tài liệu quy chuẩn hóa 6 phương pháp đo cơ bản: phương pháp đâm xuyên, phương pháp cắt Warner-Bratzler, phương pháp nén Kramer, phương pháp ép đùn, phương pháp kéo đứt và phương pháp phân tích biên dạng cấu trúc (Texture Profile Analysis - TPA). Tài liệu gắn liền các phép đo với các hệ thực phẩm cụ thể như hoa quả (chuối, táo), sản phẩm nhũ tương thịt (xúc xích), gel protein và tinh bột.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Cấu trúc tài liệu được phân chia thành các bài học thực hành chuyên đề với tiến trình logic từ tổng quan thiết bị đến từng kỹ thuật đo chuyên biệt:

• Bài 3: Giới thiệu cơ sở của phương pháp xác định cấu trúc thực phẩm và thiết bị đo cơ lý Cung cấp tổng quan về máy đo cơ lý Instron Seri 5543 (sản xuất tại Mỹ, dải lực tối đa 1000 N, độ chính xác $\pm 0.5%$, tần số thu nhận tín hiệu 500 Hz). Hướng dẫn chi tiết cấu tạo phần cứng (vít me dẫn động, động cơ motor, đầu thu lực/load cell, bảng điều khiển, nút dừng khẩn cấp, thanh giới hạn hành trình) và giao diện phần mềm điều khiển Bluehill 2 (các module: Test, Method, Report, Admin). Trình bày hệ thống phân loại 8 dạng kết cấu thực phẩm (dạng lỏng; gel; sợi; tập hợp mô thực vật/động vật; sánh nhờn/trơn nhẵn; khô/bở cấu trúc hạt hoặc tinh thể; tan chậm trong miệng; dạng xốp) và ma trận lựa chọn đầu đo (đầu đo phẳng, đầu đo Magness-Taylor, dao cắt Warner-Bratzler, hộp nén nhiều lưỡi Kramer, bộ ép đùn ngược Back Extrusion, ngàm kéo Tension Grip, bộ uốn 3 điểm).
• Bài 4: Phương pháp đâm xuyên, nén và cắt
  • Phương pháp đâm xuyên (Penetration Test): Giới thiệu lịch sử phép đo từ thí nghiệm của Lipowwitz (1861), Capri (1884), Sohn (1893) đến Morris (1925) và các thiết bị Bloom Gelometer, Magness-Taylor. Phân tích nguyên lý tác dụng lực, quy tắc hình học mẫu (đường kính mẫu lớn hơn ít nhất 3 lần đường kính đầu dò 5.2 mm), nhận diện 5 dạng đường cong lực - biến dạng (A, B, C, D, E). Thí nghiệm áp dụng trên 3 giống chuối (chuối cau, chuối sứ, chuối già) để xác định độ cứng và độ chín liên quan đến sự chuyển hóa protopectin, tinh bột thành pectin hòa tan và đường.
  • Phương pháp cắt Warner-Bratzler (Warner-Bratzler Shear Test): Trình bày cấu tạo lưỡi dao cắt niken hình chữ V góc $60^\circ$ (bán kính mép cắt 0.5 mm, độ dày khoảng 1 mm, khe trượt đệm 2.0828 mm). Phân tích lực cắt kháng lại ứng suất cắt của khối nhũ tương protein - tinh bột trên 3 loại xúc xích thương phẩm (xúc xích tôm, xúc xích heo, xúc xích bò của Vissan) với thông số vận tốc cắt $v = 5\text{ mm/s}$, chiều sâu cắt $h = 3\text{ cm}$.
  • Phương pháp nén Kramer (Kramer Shear Cell): Cơ chế nén và trượt đa lưỡi đối với các mẫu thực phẩm dạng khối nhỏ, hạt hoặc xơ (thịt cá, rau củ đóng hộp, snack).
• Bài 5: Phương pháp ép đùn và TPA
  • Phương pháp ép đùn (Extrusion / Back Extrusion): Nguyên lý xác định công nén, độ cứng, độ chảy nhớt cho các sản phẩm dạng paste, purée, gel hoặc chất lỏng có độ nhớt cao.
  • Phương pháp TPA (Texture Profile Analysis): Cơ sở lý thuyết nén hai chu kỳ mô phỏng quá trình nhai của hàm miệng, trích xuất các thông số cơ lý dẫn xuất bao gồm: độ cứng (Hardness), độ dính (Adhesiveness), độ đàn hồi (Springiness), độ cố kết (Cohesiveness), độ dai (Gumminess) và độ nhai (Chewiness).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Tài liệu thiết lập hệ thống cơ sở khoa học dựa trên ba trụ cột:

1. Lưu biến học và cơ học biến dạng thực phẩm: Phân tích phản lực của vật liệu sinh học dưới các dạng ứng suất nén, cắt, kéo, uốn; xác định điểm biến dạng ban đầu, điểm phá hủy cấu trúc và năng lượng biến dạng thông qua tích phân diện tích dưới đường cong lực - độ dịch chuyển.
2. Hóa lý các đại phân tử (Macromolecules): Giải thích nguồn gốc tạo cấu trúc từ 3 nhóm tính chất chức năng của protein và polysaccharide:
   • Tính hydrat hóa: Khả năng hút nước, giữ nước, hòa tan, trương nở và tạo độ nhớt.
   • Tương tác giữa các cao phân tử: Hiện tượng biến tính, đông tụ, kết tủa, tạo mạng lưới gel, tạo sợi và tạo bột nhão.
   • Tính chất bề mặt: Khả năng hạ sức căng bề mặt, tạo nhũ tương và tạo bọt.
3. Nguyên lý chuyển đổi và xử lý tín hiệu đo lường: Chuyển đổi lực cơ học tác dụng lên cảm biến tải trọng (load cell) thành tín hiệu điện thế, khuếch đại qua bộ vi sai, số hóa với tốc độ ghi nhận dữ liệu 20 điểm/giây (500 Hz) và hiển thị trực quan qua đồ thị thời gian - lực.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật: Vận hành phần cứng máy Instron 5543; hiệu chuẩn điểm không (Reset G); điều chỉnh khoảng cách bằng nút dịch chuyển thô (Jog) và nút tinh chỉnh (Fine position); thiết lập giới hạn hành trình an toàn; cấu hình các thông số kiểm thử (Pre-Test, Test Rate, End of Test) trên phần mềm Bluehill 2.
• Kỹ năng phân tích và xử lý thực nghiệm: Lựa chọn chính xác loại đầu đo/đồ gá tương ứng với từng cấu trúc thực phẩm; tạo hình mẫu thử nghiệm đạt chuẩn kích thước hình học (hình trụ cao 20 mm cho phép đâm xuyên, chiều dài 2 cm cho phép cắt Warner-Bratzler); tiến hành kiểm tra lặp từ 5 đến 10 lần để đảm bảo độ tin cậy thống kê; trích xuất dữ liệu thô sang phần mềm Microsoft Excel để phân tích định lượng.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương pháp tiếp cận sư phạm của giáo trình được thiết kế theo quy trình hướng dẫn thực hành dựa trên thao tác chuẩn (Standard Operating Procedure - SOP), kết hợp phân tích định lượng số liệu thực nghiệm:

[Lý thuyết cấu trúc & Hóa lý] 
[Chuẩn bị mẫu & Thiết lập đồ gá Instron 5543]
[Cấu hình tham số trên Bluehill 2 (Vận tốc, Độ sâu, Tải trọng)]
[Thực hiện đo lặp (5 - 10 lần) & Thu nhận tín hiệu cảm biến]
[Xuất dữ liệu đồ thị sang Excel & Đánh giá thống kê cấu trúc]

Giáo trình phân chia bài học thực hành thành các giai đoạn tuần tự:

• Chuẩn bị mẫu và thiết bị: Xác định tính đồng nhất của mẫu thực phẩm, loại bỏ các khuyết tật hình học bề mặt có thể gây sai lệch biến dạng, lắp đặt đầu dò và hiệu chỉnh cân bằng lực trước khi tiếp xúc.
• Thao tác đo lường tự động: Cài đặt thông số đo chi tiết trong tab Method (ví dụ: vận tốc ép $1 - 10\text{ mm/s}$, điểm dừng theo độ sâu $h$ hoặc mức suy giảm tải trọng). Theo dõi trạng thái làm việc của máy qua thanh trạng thái (Live machine, No machine, Demo).
• Xử lý số liệu và đánh giá: Dữ liệu thực nghiệm được đo lặp tối thiểu từ 5 đến 10 lần cho mỗi nghiệm thức để triệt tiêu sai số sinh học tự nhiên của mẫu. Sinh viên sao chép đồ thị và bảng dữ liệu sang bảng tính Excel, tính toán giá trị trung bình, độ lệch chuẩn, nhận diện dạng đường cong lực và đối chiếu sự khác biệt giữa các mẫu thử (ví dụ: so sánh độ cứng giữa 3 giống chuối; so sánh lực cắt giữa 3 loại xúc xích tôm, heo, bò).
• Tự học và nghiên cứu mở rộng: Sinh viên sử dụng chế độ Demo của phần mềm Bluehill 2 để luyện tập thiết lập các thông số kiểm thử (Dimensions Geometry, Test Prompts, Graph Axis settings) trước khi thao tác trực tiếp trên máy thật.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế: Thiết bị và quy trình đo trong tài liệu được đối chiếu với hệ thống tiêu chuẩn đo lường cơ học quốc tế bao gồm: ASTM E4, ISO 7500/1.1, BS 1610, DIN 51221, EN 10002-2 và AFNOR A03-501.
• Tích hợp phần mềm đo lường Bluehill 2: Ứng dụng phiên bản Bluehill 2 (kế thừa từ phiên bản 2004) cho phép tự động hóa quy trình đo, ghi nhận dữ liệu đa kênh ở tần số 500 Hz, dải đo mở rộng 250:1 (cho phép đo chính xác xuống $0.4%$ toàn tải mà không suy giảm độ chính xác) và hỗ trợ trích xuất dữ liệu tương thích trực tiếp sang các ứng dụng văn phòng.
• Phân loại ứng dụng thực phẩm cụ thể: Cung cấp ma trận lựa chọn phương pháp đo và đầu dò tương ứng cho từng nhóm sản phẩm thực tế:

Nhóm thực phẩm	Dạng mẫu kiểm tra	Phương pháp test	Đặc tính xác định
Bánh nướng	Bánh mì lát, cake	Đâm xuyên đầu cầu / Nén TPA	Độ vững chắc, độ dẻo (Springiness), độ cứng
Bánh quy, snack	Cookies, bánh quy cây, snack	Cắt Warner-Bratzler / Nén 3 điểm / Nén Kramer	Độ giòn (Brittleness), độ gãy vỡ, độ uốn cong
Mì & Sản phẩm gạo	Mì Ý (spaghetti), mì sợi sống	Cắt Warner-Bratzler / Nén 3 điểm	Độ vững chắc, độ uốn cong, điểm gãy vỡ
Kẹo & Chocolate	Kẹo cứng, kẹo dẻo, chewing gum	Cắt / Kéo đứt / Nén TPA	Độ giãn, độ đàn hồi, tính dính, điểm nứt gãy
Sữa & Sản phẩm sữa	Bơ, margarine, phomai	Cắt Warner-Bratzler / Ép đùn / Đâm xuyên / TPA	Lực cắt, công nén, độ dính bề mặt, độ kết dính
Rau quả & Hạt	Trái cây tươi, rau củ, đậu hạt	Đâm xuyên / Nén Kramer / Ép đùn	Độ chín, lực đâm xuyên, độ cứng chắc, công nén
Thịt & Thủy sản	Thịt cá tươi, xúc xích, dạng paste	Nén Kramer / Cắt Warner-Bratzler / Ép đùn	Ứng suất trượt, độ dai, độ mềm, lực cắt

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên đại học: Giáo trình được thiết kế cho sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Đảm bảo Chất lượng & An toàn Thực phẩm, Công nghệ Sinh học thuộc Viện Công nghệ Thực phẩm & Sinh học - Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM và các trường đại học khối kỹ thuật.
• Kiến thức tiên quyết: Sinh viên cần hoàn thành các học phần: Vật lý đại cương, Hóa sinh thực phẩm, Hóa học thực phẩm (nắm vững cấu trúc protein, tinh bột, pectin, lipid), Phân tích thực phẩm và Quá trình & Thiết bị công nghệ thực phẩm.
• Giảng viên và cán bộ nghiên cứu: Làm tài liệu quy chuẩn hướng dẫn thực hành tại các phòng thí nghiệm phân tích cấu trúc thực phẩm; làm tài liệu tham khảo để thiết lập các đề tài khóa luận tốt nghiệp, nghiên cứu khoa học sinh viên về tính chất cơ lý và biến đổi cấu trúc trong chế biến, bảo quản nông sản thực phẩm.
• Kỹ thuật viên phòng R&D và QC/QA: Dùng làm tài liệu tra cứu kỹ thuật để vận hành các thiết bị đo cơ lý vạn năng (Universal Testing Machine), xây dựng phương pháp kiểm tra kết cấu sản phẩm thực phẩm tại các doanh nghiệp chế biến.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được biên soạn cho sinh viên, học viên ngành Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Sinh học, giảng viên phụ trách môn Vật lý thực phẩm và nhân viên kỹ thuật phòng thí nghiệm kiểm tra chất lượng (QC), nghiên cứu phát triển sản phẩm (R&D) trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm.

2. Cần kiến thức nền tảng nào trước khi tiếp cận giáo trình?

Người học cần nắm vững kiến thức về Hóa lý thực phẩm, cấu trúc và tính chất chức năng của các hợp chất cao phân tử (protein, tinh bột, pectin, cellulose), nguyên lý đo lường cơ học đại cương và kỹ năng sử dụng phần mềm bảng tính để xử lý số liệu thống kê.

3. Điểm khác biệt của tài liệu này so với các sách lý thuyết lưu biến học thông thường?

Tài liệu tập trung trực tiếp vào kỹ thuật thực nghiệm trên thiết bị công nghiệp cụ thể (máy Instron Seri 5543 và phần mềm Bluehill 2). Mọi phương pháp đều có hướng dẫn chi tiết về cấu tạo lưỡi dao/đầu dò, cách thức chuẩn bị kích thước mẫu, các bước cài đặt tham số vận hành và cách giải thích đồ thị biến dạng cụ thể.

4. Yếu tố nào quyết định độ chính xác khi thực hiện phép đo đâm xuyên và phép cắt?

Đối với phép đo đâm xuyên, kích thước đường kính mẫu phải lớn hơn tối thiểu 3 lần đường kính đầu dò ($d_{\text{mẫu}} \ge 3 d_{\text{đầu dò}}$) để tránh hiện tượng nứt vỡ cạnh hoặc biến dạng do hiệu ứng thành. Đối với phép cắt Warner-Bratzler, mẫu phải được cắt phẳng hai đầu, đặt cố định vuông góc với hướng di chuyển của dao chữ V và phải kiểm tra độ mài mòn của lưỡi cắt niken. Cả hai phép đo đều yêu cầu số lần đo lặp từ 5 đến 10 lần trên các mẫu đồng nhất.

5. Tài liệu có cung cấp phương pháp đánh giá nhiều chỉ tiêu cấu trúc cùng lúc không?

Có. Tài liệu giới thiệu phương pháp TPA (Texture Profile Analysis) ở Bài 5, cho phép nén mẫu 2 chu kỳ liên tiếp để xác định đồng thời các chỉ tiêu: độ cứng (Hardness), độ đàn hồi (Springiness), độ dính (Adhesiveness), độ cố kết (Cohesiveness), độ dai (Gumminess) và độ nhai (Chewiness).

---

Kết luận

Giáo trình "Hệ thống bài thí nghiệm Vật lý thực phẩm" của Viện Công nghệ Thực phẩm & Sinh học - Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM là tài liệu hướng dẫn thực nghiệm hoàn chỉnh về lĩnh vực đo lường cơ lý và lưu biến học thực phẩm. Giáo trình cung cấp lộ trình thực hành có hệ thống: từ nắm bắt nguyên lý phần cứng, giao thức điều khiển số hóa của máy đo Instron 5543 và phần mềm Bluehill 2 (Bài 3), đến thực hiện các phép thử cơ bản như đâm xuyên, cắt Warner-Bratzler, nén Kramer (Bài 4), và mở rộng sang các kỹ thuật nâng cao như ép đùn và phân tích TPA (Bài 5). Nội dung tài liệu đáp ứng trực tiếp yêu cầu chuẩn hóa phương pháp phân tích cơ lý trong đào tạo kỹ sư công nghệ thực phẩm và nghiên cứu ứng dụng công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM VIỆN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM & SINH HỌC Hệ thống bài thí nghiệm VẬT LÝ THỰC PHẨM Môn học: Vật lý thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12năm 2015 1 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .6 BÀI 3 : Giới thiệu cơ sở của phương pháp xác định cấu trúc thực phẩm. Giới thiệu về thiết bị đo cơ lí. Giới thiệu chung. Nút khởi động chính.

Bảng điều khiển. Nút dừng khẩn cấp (Emergency stop switch). Các công cụ chức năng.Vận hành, tháo lắp máy đo .1 Cài đặt thông số cho quá trình đo : .Quá trình test .Cách chọn mẫu và chọn đầu dò.1 Các loại mẫu thực phẩm. Cách chọn mẫu và phương pháp test.

Một vài đầu đo.33 BÀI 4 : PHƯƠNG PHÁP ĐÂM XUYÊN, NÉN VÀ CẮT. PHƯƠNG PHÁP ĐÂM XUYÊN .1 Giới thiệu thí nghiệm .1 Mục đích thí nghiệm .2 Lý do chọn mẫu .3 Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. Cơ sở lý thuyết về phương pháp đo .1 Giới thiệu về phương pháp đâm xuyên .2 Cơ sở của phép đo .2 Cơ sơ của phép đo cấu trúc .4 Ưu, nhược điểm của phương pháp. Cách thức tiến hành .1 Chuẩn bị mẫu.

Kết quả và thảo luận. PHƯƠNG PHÁP CẮT. Mục đích thí nghiệm. Phương pháp cắt Warner-Bratzler .2 Đặc tính dụng cụ .3 Mô tả công việc .4 Cơ sở của phương pháp .5 Ưu, nhược điểm của phương pháp .6 Phạm vi ứng dụng của phương pháp.

Cách thức tiến hành .1 Chuẩn bị mẫu .2 Đặc điểm chung của các mẫu .3 Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả. Kết quả và thảo luận .49 - Kết quả thí nghiệm. PHƯƠNG PHÁP NÉN KRAMER. Mục đích thí nghiệm.

Phương pháp nén Kramer .2 Đặc tính thiết bị .3 Mô tả thiết bị .4 Nguyên tắc hoạt động .5 Ưu, nhược điểm của phương pháp .6 Phạm vi áp dụng của phương pháp. Các thức tiến hành .1 Chuẩn bị mẫu. Kết quả và thảo luận .54 BÀI 5: PHƯƠNG PHÁP ÉP ĐÙN VÀ TPA. Phương pháp ép đùn.

Giới thiệu thí nghiệm .1 Mục đích thí nghiệm .2 Các lực sinh ra trong thí nghiệm .3 Lý do chọn mẫu. Phương pháp ép đùn .1 Giới thiệu phương pháp ép đùn .2 Cơ sở của phép đo .3 Ưu, nhược điểm của phương pháp. Cách thức tiến hành .1 Chuẩn bị mẫu. Kết quả và nhận xét.

PHƯƠNG PHÁP TPA. Giới thiệu thí nghiệm .1 Mục đích thí nghiệm .2 Lí do chọn mẫu. Cơ sở lý thuyết và phương pháp đo .1 Giới thiệu về phương pháp TPA .2 Các thông số đo lường.3 Cơ sở của phương pháp đo .4 Ưu, nhược điểm của phương pháp. Cách thức tiến hành .1 Chuẩn bị mẫu.

Kết quả và thảo luận .66 TÀI LIỆU THAM KHẢO .71 5 LỜI NÓI ĐẦU Môn Vật lý Thực phẩm 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 tượng 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. Và trong một thực hành Vật lý thực phẩm, tác giả giới thiệu 6 phương pháp để khảo sát một số tính chất cấu trúc trên một số sản phẩm phổ biến: 1/ Phương pháp đâm xuyên. 2/ Phương pháp cắt Wanner-Bratzler. 3/ Phương pháp nén Kramer.

4/ Phương pháp ép đùn. 5/ Phương pháp kéo đứt. 6/ Phương pháp TPA. 6 BÀI 3 : Giới thiệu cơ sở của phương pháp xác định cấu trúc thực phẩm 3.

Giới thiệu về thiết bị đo cơ lí 3. Giới thiệu chung - Trong các phòng thí nghiệm cợ học vật liệu, thiết bị đo cơ lý là một công cụ rất cần thiết. Nó cho phép thực hiện các loại thí nghiệm kéo, nén, uốn, cắt (xé) để xác định các thông số tính chất cơ học của vật liệu cần thí nghiệm. Ngày nay, sự hiện diện của các thiết bị đo cơ lý đã tăng cùng với sự tăng số lượng các phòng thí nghiệm (ở công ty kiểm định công trình, phòng thí nghiệm trường đại học, viện nghiên cứu, nhà máy…), không chỉ tăng về số lượng mà còn tăng về hình dạng, kích thước, mẫu mã nhưng vẫn đáp ứng những phép đo theo các phương pháp cổ điển và cải tiến.

Hình – Các kiểu máy đo cơ lý 7 - Do đặc thù, các máy thí nghiệm vạn năng đều là thiết bị chuyên dùng yêu cầu độ chính xác rất cao, tính ổn định khi sử dụng, khả năng thực hiện các thí nghiệm đa dạng trên nhiều loại vật liệu khác nhau. Việc chế tạo các máy thí nghiệm loại này đòi hỏi rất cao ở trình độ gia công cơ khí, thiết kế và lắp ráp các mạch xử lý tín hiệu đo và điều khiển điện tử. Bên cạnh đó nó cũng yêu cầu người thiết kế phải có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực thí nghiệm, đặc biệt là am hiểm về các tiêu chuẩn kỹ thuật có liên quan. - Tại Việt Nam phần lớn các máy thí nghiệm đều được nhập khẩu từ nước ngoài, một số rất nhỏ được chế tạo trong nước.

Các máy máy thí nghiệm vạn năng hầu hết được nhập khẩu từ Trung Quốc với các dòng máy rẻ tiền, có tính năng thấp, các dòng máy chất lượng cao được nhập từ các nước tiên tiến thường có giá rất cao. - Thiết bị đo cơ lý được giới thiệu ở đây là một sản phẩm của hãng INSTRON (Seri 5543) được sử dụng để xác định tính chất cơ lý của nhiều loại sản phẩm khác nhau. Chẳng hạn như đối với các sản phẩm thực phẩm như các Hình – Biểu tượng của hãng INSTRON loại trái cây, rau củ quả… và nhiều loại nguyên liệu khác. - Thiết bị này có một cơ cấu tải trọng chặt chẽ, sử dụng điện thế nhỏ và có thể dễ dàng đặt trên các kệ hay bàn làm việc.

- Hệ thống này gồm hai loại có kích thước khác nhau. Loại nhỏ có tổng chuyển động của con trượt là 500mm và đối với loại lớn là 932mm. 8 Hình – Thiết kế chung của máy đo cơ lý INSTRON * Các tính chất tiện ích của máy đo cơ lý: - Cho kết quả nhanh chóng và chính xác chỉ trong vài giây. - Có thể dùng các giá trị tác dụng lực khác nhau đối với từng sản phẩm xác định.

- Có thể đánh giá từng điểm trên bề mặt thực phẩm bằng cách tác dụng lực vào các vị trí khác nhau. - Có khả năng tự động hoá bằng việc lập trình sẵn các dữ liệu và thao tác thực hiện, có thể kết nối với màn hình máy vi tính để hiển thị kết quả thông qua các phần mềm, cũng như thiết lập đồ thị sự biến đổi cấu trúc thực phẩm theo thời gian. Từ đó ta sẽ xác định được các thông số của thực phẩm, giúp dễ dàng đánh giá chính xác và lựa chọn sản phẩm theo đặc tính mong muốn. - Rút ngắn chu trình phát triển sản xuất.

Nghiên cứu sản phẩm bằng máy để tìm ra tính chất thích hợp nhất, đẩy nhanh quá trình sản xuất. Ngoài ra, còn có thể tìm được các tính chất mới trong thực phẩm cho các ứng dụng thực tế trong tương lai. 9 * Nguyên lý hoạt động của máy đo cơ lý - Hoạt động bằng cách dùng lực cơ học tác dụng lên sản phẩm, tuỳ từng loại sản phẩm mà ta có thể dùng các lực tác dụng khác nhau như 5, 10, 20, 50, 500N với độ chính xác  2%. - Căn cứ vào thời gian và tốc độ tác dụng lực mà ta có thể xác định được các tính chất của sản phẩm như độ cứng, độ giòn, độ đàn hồi, độ trương nở, độ xốp, độ dẻo.

- Nhờ cảm biến lực tác dụng, ta chuyển tín hiệu lực thành tín hiệu điện và sau khi khuếch đại bằng bộ vi sai, ta chuyển lực thành tín hiệu vào cho đầu đọc của bộ xử lý kết quả đo (hoặc được nối trực tiếp với máy tính). - Vận tốc máy có thể đạt tối đa là 500mm/phút. - Diện tích bề mặt thực phẩm có thể đo được là 500mm2. - Thời gian có thể đo cùng lúc: 20 điểm/giây.

- Kích cỡ máy: 380  400  720mm. - Nhiệt độ của thực phẩm thích hợp để phép đo được chính xác là 5 – 400C và độ ẩm khoảng 20 – 80%. Hình – Các kiểu máy đo cơ lý trên thị trường 10 *Số liệu kỹ thuật của máy đo cơ lý hiệu Instron Seri 5543: Máy thuộc kiểu để bàn, tuân theo các tiêu chuẩn ASTM E4, BS 1610, DIN 51221, ISO 7500/1.1, EN 10002 – 2, AFNOR A03 – 501 và một số tiêu chuẩn quốc tế khác. Hãng sản xuất Instron – Mỹ Kích thước của máy Chiều cao: 127mm Trọng lượng: 41kg Các thông số của máy Nguồn điện sử dụng: 220V Tốc độ tối thiểu: 0.002 inch/phút) Tốc độ tối đa: 1000mm/phút (40 inch/phút) Tốc độ phản hồi: 1500 mm/phút Chuyển động của con trượt: 917mm Lực tác dụng tối đa: 1000N Phạm vi lực đo lường là 250:1 (Ví dụ như sử dụng bộ phận đo lực đo xuống 0.