Hệ thống bài thí nghiệm vật lý thực phẩm tại trường Đại học Công nghiệp

Khám phá hệ thống bài thí nghiệm vật lý thực phẩm tại trường ĐH Công nghiệp, nâng cao kiến thức và kỹ năng thực hành cho sinh viên.

• Trường học: Đại học Công nghiệp TPHCM
• Chuyên ngành: Vật lý thực phẩm
• Đề tài: Hệ thống thí nghiệm vật lý thực phẩm
• 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. Vận hành, tháo lắp máy đo
• 3.2.1. Cài đặt thông số cho quá trình đo
• 3.2.2. Quá trình test
• 3.3. Cách chọn mẫu và chọn đầu dò
• 3.3.1. Các loại mẫu thực phẩm
• 3.3.2. Cách chọn mẫu và phương pháp test
• 3.3.3. 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
• 4.1.1.1. Mục đích thí nghiệm
• 4.1.1.2. Lý do chọn mẫu
• 4.1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm
• 4.1.2. Cơ sở lý thuyết về phương pháp đo
• 4.1.2.1. Giới thiệu về phương pháp đâm xuyên
• 4.1.2.2. Cơ sở của phép đo
• 4.1.2.3. Cơ sở của phép đo cấu trúc
• 4.1.2.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp
• 4.1.3. Cách thức tiến hành
• 4.1.3.1. Chuẩn bị mẫu
• 4.1.4. 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
• 4.2.4.1. Kết quả thí nghiệm
• 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. Cách 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
• 5.1.1.1. Mục đích thí nghiệm
• 5.1.1.2. Các lực sinh ra trong thí nghiệm
• 5.1.1.3. Lý do chọn mẫu
• 5.1.2. Phương pháp ép đùn
• 5.1.2.1. Giới thiệu phương pháp ép đùn
• 5.1.2.2. Cơ sở của phép đo
• 5.1.2.3. Ưu, nhược điểm của phương pháp
• 5.1.3. Cách thức tiến hành
• 5.1.3.1. Chuẩn bị mẫu
• 5.1.4. Kết quả và nhận xét
• 5.2. PHƯƠNG PHÁP TPA
• 5.2.1. Giới thiệu thí nghiệm
• 5.2.1.1. Mục đích thí nghiệm
• 5.2.1.2. Lí do chọn mẫu
• 5.2.2. Cơ sở lý thuyết và phương pháp đo
• 5.2.2.1. Giới thiệu về phương pháp TPA
• 5.2.2.2. Các thông số đo lường
• 5.2.2.3. Cơ sở của phương pháp đo
• 5.2.2.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp
• 5.2.3. Cách thức tiến hành
• 5.2.3.1. Chuẩn bị mẫu
• 5.2.4. Kết quả và thảo luận
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống thí nghiệm vật lý thực phẩm tại trường Đại học Công nghiệp

Hệ thống thí nghiệm vật lý thực phẩm tại trường Đại học Công nghiệp 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 thiết bị thí nghiệm hiện đại được sử dụng để đo lường các tính chất cơ lý của thực phẩm, từ đó hỗ trợ cho việc cải tiến và phát triển sản phẩm mới.

1.1. Các thiết bị thí nghiệm cơ bản trong vật lý thực phẩm

Hệ thống thí nghiệm bao gồm nhiều thiết bị như máy đo cơ lý, máy ép đùn và các dụng cụ đo lường khác. Những thiết bị này cho phép thực hiện các thí nghiệm kéo, nén, và cắt để xác định các thông số cơ học của thực phẩm.

1.2. Mục tiêu của hệ thống thí nghiệm vật lý thực phẩm

Mục tiêu chính của hệ thống là giúp sinh viên hiểu rõ hơn về các tính chất vật lý của thực phẩm, từ đó áp dụng vào thực tiễn sản xuất. Hệ thống cũng hỗ trợ nghiên cứu các phương pháp mới trong ngành công nghệ thực phẩm.

II. Thách thức trong việc áp dụng hệ thống thí nghiệm vật lý thực phẩm

Mặc dù hệ thống thí nghiệm vật lý thực phẩm mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng gặp phải một số thách thức. Việc sử dụng thiết bị hiện đại đòi hỏi người dùng phải có kiến thức chuyên môn cao và kỹ năng thực hành tốt. Ngoài ra, việc bảo trì và nâng cấp thiết bị cũng là một vấn đề cần được chú trọng.

2.1. Khó khăn trong việc đào tạo sinh viên

Đào tạo sinh viên sử dụng thiết bị thí nghiệm hiện đại là một thách thức lớn. Cần có chương trình đào tạo bài bản để sinh viên có thể làm quen và sử dụng thành thạo các thiết bị này.

2.2. Chi phí đầu tư cho thiết bị thí nghiệm

Chi phí đầu tư cho các thiết bị thí nghiệm hiện đại thường rất cao. Điều này có thể gây khó khăn cho các trường đại học trong việc trang bị đầy đủ thiết bị cho sinh viên.

III. Phương pháp thí nghiệm vật lý thực phẩm hiệu quả tại trường Đại học Công nghiệp

Trường Đại học Công nghiệp áp dụng nhiều phương pháp thí nghiệm khác nhau để nghiên cứu các tính chất vật lý của thực phẩm. Các phương pháp này bao gồm thí nghiệm đâm xuyên, nén, và cắt, giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của thực 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 thực phẩm một cách chính xác.

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

Phương pháp nén và cắt giúp xác định các thông số cơ học như độ đàn hồi và độ dẻo của thực phẩm. 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

Hệ thống thí nghiệm vật lý thực phẩm không chỉ phục vụ cho việc học tập mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp thực phẩm. Các kết quả nghiên cứu từ hệ thống này giúp cải tiến quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

4.1. Cải tiến quy trình sản xuất thực phẩm

Kết quả từ các thí nghiệm giúp các nhà sản xuất điều chỉnh quy trình sản xuất để đạt được sản phẩm chất lượng cao hơn. Việc này không chỉ nâng cao giá trị sản phẩm mà còn tăng cường sự hài lòng của người tiêu dùng.

4.2. Nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới

Hệ thống thí nghiệm cũng hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các sản phẩm thực phẩm mới. Các nhà khoa học có thể thử nghiệm các công thức mới và đánh giá tính khả thi trước khi đưa vào sản xuất.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống thí nghiệm vật lý thực phẩm

Hệ thống thí nghiệm vật lý thực phẩm tại trường Đại học Công nghiệp đã chứng minh được giá trị của nó trong việc đào tạo và nghiên cứu. Tương lai của hệ thống này hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển với sự cải tiến của công nghệ và phương pháp thí nghiệm.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ thí nghiệm

Công nghệ thí nghiệm đang ngày càng phát triển, với nhiều thiết bị hiện đại và phần mềm hỗ trợ. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác của các thí nghiệm.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong ngành thực phẩm

Nghiên cứu trong ngành thực phẩm sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển sản phẩm mới và cải tiến chất lượng sản phẩm hiện có. Hệ thống thí nghiệm sẽ là công cụ không thể thiếu trong quá trình này.

Nội dung chính

Hệ thống bài thí nghiệm Vật lý thực phẩm – Viện Công nghệ Thực phẩm & Sinh học (ĐH Công nghiệp TP.HCM)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình thực hành "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 biên soạn (lưu hành nội bộ, xuất bản tháng 12 năm 2015). Tài liệu được xây dựng nhằm phục vụ trực tiếp cho học phần Vật lý thực phẩm – một môn học cơ sở chuyên ngành bắt buộc trong chương trình đào tạo kỹ sư và cử nhân ngành Công nghệ Thực phẩm và Công nghệ Sinh học.

Mục tiêu đào tạo cốt lõi của giáo trình là trang bị cho người học phương pháp luận và kỹ thuật đo lường khách quan các đặc tính cấu trúc – lưu biến của nguyên liệu và sản phẩm thực phẩm (bao gồm độ cứng, độ giòn, độ dai, độ dính, độ đàn hồi, tính dễ vỡ, độ nhớt và độ mềm). Thông qua các bài thực hành, sinh viên làm chủ kỹ thuật vận hành các dòng thiết bị kiểm tra cơ lý tự động hóa, thiết lập các thông số đo lường chuẩn hóa và phân tích dữ liệu biến dạng lực để phục vụ công tác kiểm soát chất lượng, cải tiến công nghệ và nghiên cứu phát triển sản phẩm mới.

Cấu trúc giáo trình kết hợp giữa cơ sở lý thuyết biến dạng cơ học, hướng dẫn vận hành hệ thống thiết bị phần cứng – phần mềm đo lường và các quy trình thực nghiệm chi tiết. Điểm đặc thù của tài liệu là việc chuẩn hóa các phép thử cơ lý thực phẩm trên hệ thống thiết bị đo vạn năng Instron Seri 5543 kết hợp phần mềm điều khiển và xử lý số liệu Bluehill 2, tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế như ASTM E4, ISO 7500/1.1, BS 1610 và DIN 51221.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung tài liệu được cấu trúc theo tiến trình từ tiếp cận thiết bị đo lường chuẩn hóa đến triển khai các phương pháp phân tích cấu trúc chuyên sâu:

• Bài 3: Giới thiệu cơ sở của phương pháp xác định cấu trúc thực phẩm và thiết bị đo cơ lý
  • Hệ thống phần cứng máy đo Instron Seri 5543: Cấu tạo khung máy để bàn (chiều cao 1270 mm, trọng lượng 41 kg), động cơ truyền động vít me, con trượt với hành trình chuyển động 917 mm, bộ cảm biến lực (load cell) công suất 1 kN với độ chính xác ±0.5% và dải đo lường 250:1. Hệ thống điều khiển bao gồm các phím điều khiển vận tốc di chuyển con trượt (Jog controls), nút vi chỉnh bằng tay (Fine position), nút thiết lập khoảng cách gốc (Reset G), nút dừng khẩn cấp (Emergency stop switch) và hệ thống cử chặn giới hạn hành trình con trượt.
  • Phần mềm thu nhận dữ liệu Bluehill 2: Cấu trúc giao diện 4 tab chức năng gồm Test (tiến hành đo), Method (thiết lập phương pháp đo), Report (xuất báo cáo) và Admin (quản trị hệ thống). Các trạng thái kết nối hiển thị trên thanh trạng thái (live machine, no machine, demo, sample: open/closed). Tần số thu nhận dữ liệu đồng bộ đạt 500 Hz.
  • Hệ thống phân loại mẫu và đồ gá (Food Testing Fixtures): Phân loại thực phẩm thành 8 dạng kết cấu vật lý và lựa chọn phụ kiện đầu đo tương ứng: đầu đo phẳng/hình cầu (Flat End Probe / Magness Taylor Probes), đe nén (Compression Anvils), khoang cắt nén Kramer (Kramer Shear Cell), khoang ép đùn ngược (Back Extrusion Cell), khoang đo cấu trúc Ottawa (Ottawa Texture Cell), lưỡi dao cắt thịt Warner-Bratzler, ngàm kéo đứt (Tension Grip) và bộ gá uốn 3 điểm (3 pt Flex).
• Bài 4: Phương pháp đâm xuyên, nén và cắt
  • Phương pháp đâm xuyên (Penetration method): Đo độ cứng và độ chín của rau quả, gel, bơ, phomat dựa trên định luật tương tác lực cực đại khi đầu dò hình trụ đâm xuyên qua bề mặt mẫu. Phân tích 5 dạng đường cong lực – độ sâu điển hình (A: quả tươi mới hái có lực tăng liên tục; B: quả bảo quản lạnh/chín mềm có lực ổn định sau tiếp xúc; C: rau sống có lực giảm sau tiếp xúc; D: khối bột nhão có độ dốc thay đổi đều đặn; E: chất lỏng nhớt không xuất hiện điểm biến dạng đầu). Thực hành đo trên 3 giống chuối (chuối cau, chuối sứ, chuối già).
  • Phương pháp cắt Warner-Bratzler: Ứng dụng dao cắt chữ V (góc 60°, độ dày lưỡi 0.1016 mm, gờ cắt vát tròn đường kính 2.363 mm, khe đệm 2.0828 mm) đo lực cắt, độ dai và độ bền cấu trúc của hệ gel nhũ tương protein – tinh bột trên 3 loại xúc xích tiệt trùng Vissan (xúc xích tôm, heo, bò).
  • Phương pháp nén Kramer: Khảo sát nguyên lý nén và cắt đồng thời qua hệ nhiều lưỡi dao để xác định độ giòn, độ vững chắc của sản phẩm dạng hạt, rau củ và snack.
• Bài 5: Phương pháp ép đùn và TPA
  • Phương pháp ép đùn (Extrusion / Back extrusion): Đo lực và công nén của các sản phẩm dạng lỏng độ nhớt cao, dạng gel và dạng bột nhão (paste).
  • Phương pháp phân tích biên dạng cấu trúc TPA (Texture Profile Analysis): Thực hiện phép nén hai chu kỳ liên tiếp để mô phỏng quá trình nhai của miệng người, từ đó trích xuất các thông số cơ lý: độ cứng (Hardness), độ dính (Adhesiveness), độ đàn hồi (Springiness), độ liên kết (Cohesiveness), độ dẻo (Gumminess) và độ dai (Chewiness).

                 HỆ THỐNG PHƯƠNG PHÁP ĐO CƠ LÝ THỰC PHẨM
   NHÓM BIẾN DẠNG            NHÓM BIẾN DẠNG            NHÓM MÔ PHỎNG &
     ĐÂM XUYÊN / CẮT             NÉN / ÉP ĐÙN             ĐA CHU KỲ (TPA)

Kiến thức nền tảng được xây dựng

1. Cơ sở vật lý và lưu biến học thực phẩm: Cung cấp lý thuyết về ứng suất, biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và cơ chế phá hủy cấu trúc vật liệu dưới tác dụng của các trường lực cơ học (lực kéo, lực nén, lực cắt, lực uốn).
2. Hóa lý của các hệ đại phân tử (Macromolecules): Phân tích mối quan hệ giữa cấu trúc không gian của cao phân tử với 3 nhóm tính chất chức năng:
   • Tính hydrat hóa: Khả năng hút nước, giữ nước, phồng nở, hòa tan và tạo độ nhớt của protein, polysacarit.
   • Tương tác cao phân tử – cao phân tử: Cơ chế đông tụ, kết tủa, tạo màng và tạo mạng lưới gel (gelation).
   • Tính chất bề mặt: Hiện tượng sức căng bề mặt, khả năng tạo bọt và tạo hệ nhũ tương bền vững.
3. Lịch sử và nguyên lý thiết bị đo cấu trúc: Tổng hợp các mốc phát triển phương pháp đo cơ lý từ thử nghiệm xác định độ đông gelatin của Lipowwitz (1861, tiền thân của Bloom Gelometer), phép đo độ đặc của Capri (1884), Brulle và Sohn (1893) trên bơ mỡ, đến các phép thử nông sản của Morris (1925), Magness-Taylor, Chatillon và EFFG-GI.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật: Lắp đặt, căn chỉnh cơ cấu gá mẫu và đầu dò; hiệu chuẩn cảm biến tải trọng (load cell); thiết lập thông số vận hành (vận tốc đầu dò từ 1–10 mm/s, hành trình nén, ngưỡng lực dừng, chế độ pre-load).
• Kỹ năng phân tích đồ thị: Đọc hiểu và phân tích đồ thị lực – biến dạng (Force-Deformation curve) và lực – thời gian (Force-Time curve); xác định điểm biến dạng ban đầu, lực cực đại ($F_{max}$), diện tích tích phân năng lượng biến dạng và phân biệt các kiểu đường cong phản ứng cơ học.
• Kỹ năng xử lý thực nghiệm: Kỹ thuật chuẩn bị mẫu đạt chuẩn kích thước hình học (đảm bảo tỷ lệ đường kính mẫu lớn hơn ít nhất 3 lần đường kính đầu dò trong phép thử đâm xuyên); thực hiện đo lặp từ 5 đến 10 lần để kiểm soát sai số thống kê; trích xuất dữ liệu thô sang các công cụ xử lý số liệu (Microsoft Excel).

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình giảng dạy thực hành dựa trên thực nghiệm (Lab-based Experimental Learning), kết hợp giữa việc nghiên cứu lý thuyết cơ chế và vận hành trực tiếp trên thiết bị đo kiểm:

• Tổ chức bài học: Mỗi bài thí nghiệm được biên soạn theo cấu trúc 4 phần chuẩn mực:
  1. Mục đích thí nghiệm & Lý do chọn mẫu: Làm rõ cơ sở khoa học của việc lựa chọn đối tượng thử nghiệm (ví dụ: nghiên cứu chuối để đánh giá quá trình chín, nghiên cứu xúc xích để khảo sát hệ nhũ tương thịt – tinh bột).
  2. Cơ sở lý thuyết: Trình bày nguyên lý vật lý của phép đo và cấu tạo chi tiết của đồ gá thí nghiệm.
  3. Cách thức tiến hành: Hướng dẫn chi tiết quy trình chuẩn bị hình học mẫu, lắp đặt phụ kiện, cài đặt tham số điều khiển trên phần mềm Bluehill 2 và thao tác đo.
  4. Kết quả và thảo luận: Hướng dẫn trích xuất bảng số liệu, vẽ đồ thị biến dạng và giải thích các hiện tượng cơ học dựa trên biến đổi sinh hóa của sản phẩm.
• Phương pháp đánh giá: Kết quả học tập được đánh giá thông qua:
  • Kỹ năng thao tác thiết bị an toàn (sử dụng đúng cử chặn giới hạn con trượt, nút dừng khẩn cấp).
  • Mức độ chính xác trong chuẩn bị mẫu và cài đặt thông số kiểm tra.
  • Báo cáo thực hành: Yêu cầu xử lý dữ liệu thống kê (giá trị trung bình, độ lệch chuẩn), biểu diễn đồ thị lực – thời gian và giải thích cơ chế hóa lý tạo nên sự sai khác về cấu trúc giữa các mẫu đối chứng.
• Hướng dẫn tự học: Sinh viên sử dụng chế độ mô phỏng (Demo mode) trên phần mềm Bluehill 2 để luyện tập thiết lập các phương pháp đo (Method) trước khi thao tác trên máy thật; chủ động tra cứu các tiêu chuẩn ISO, ASTM tương ứng được viện dẫn trong tài liệu.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

1. Chuẩn hóa thiết bị theo tiêu chuẩn công nghiệp: Toàn bộ hệ thống bài giảng được xây dựng trực tiếp trên dòng máy phân tích cơ lý hiện đại Instron Seri 5543 (Mỹ). Thiết bị đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế nghiêm ngặt như ASTM E4 (hiệu chuẩn lực), ISO 7500/1.1, BS 1610 và DIN 51221, đảm bảo tính chuyển giao thực tế cao vào các phòng kiểm nghiệm công nghiệp.
2. Ứng dụng phần mềm số hóa Bluehill 2: Hướng dẫn sinh viên khai thác nền tảng phần mềm đo lường chuyên dụng, từ thiết lập kiểm soát chuyển động đầu dò, ghi nhận tín hiệu thời gian thực với tần số 500 Hz, đến tự động hóa xuất dữ liệu đồ thị sang các phần mềm văn phòng.
3. Phổ biến các cấu hình kiểm tra cấu trúc đa dạng: Tài liệu tổng hợp đầy đủ các cấu hình kiểm tra chuyên biệt cho ngành thực phẩm: từ phép đâm xuyên đơn giản đến các kỹ thuật cắt cơ học Warner-Bratzler (chuẩn hóa kích thước lưỡi dao chữ V góc 60°), nén tế hợp Kramer và phương pháp TPA đa chu kỳ.
4. Gắn kết giữa đặc tính lưu biến và công nghệ sản xuất: Nội dung bài giảng chỉ rõ ứng dụng của phép đo cơ lý trong việc giải quyết các vấn đề thực tiễn: xác định độ cứng để chọn thời điểm thu hoạch nông sản xuất khẩu, kiểm soát độ mềm của thịt/cá đông lạnh, tối ưu hóa tỷ lệ tinh bột/protein trong sản xuất nhũ tương xúc xích, và đánh giá độ tươi của bánh nướng.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên đại học: Giáo trình được thiết kế chuyên biệt cho sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sinh học và Kỹ thuật Hóa học.
• Học viên sau đại học và nghiên cứu sinh: Tài liệu là tài liệu tham khảo phương pháp luận phục vụ các đề tài nghiên cứu về cấu trúc vật liệu sinh học, bao gói thực phẩm, nghiên cứu trích ly – tạo gel của hydrocolloid và phát triển sản phẩm mới (R&D).
• Cán bộ phòng kiểm nghiệm (QA/QC) và R&D: Kỹ thuật viên tại các nhà máy chế biến thực phẩm có thể sử dụng tài liệu như một hướng dẫn quy trình vận hành tiêu chuẩn (SOP) cho các thiết bị đo cơ lý và phân tích cấu trúc.
• Yêu cầu kiến thức tiên quyết: Người học cần hoàn thành các học phần: Hóa sinh thực phẩm, Hóa học thực phẩm, Vật lý đại cương và Quá trình – Thiết bị công nghệ thực phẩm.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Giáo trình phù hợp với sinh viên đại học, học viên cao học chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sinh học, cùng các kỹ thuật viên phân tích cấu trúc thực phẩm tại các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm chất lượng và viện nghiên cứu.

2. Cần kiến thức nền tảng nào trước khi học giáo trình này?

Người học cần nắm vững kiến thức về Hóa sinh học thực phẩm (cấu trúc và chức năng của protein, lipid, polysacarit), Cơ học đại cương (lực, ứng suất, biến dạng đàn hồi/dẻo) và kỹ năng xử lý số liệu thống kê cơ bản.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu lý thuyết thông thường là gì?

Tài liệu tập trung vào kỹ năng thực hành định lượng, gắn liền lý thuyết lưu biến với việc vận hành hệ thống máy đo vạn năng Instron Seri 5543 và phần mềm Bluehill 2, hướng dẫn chi tiết quy cách chuẩn bị mẫu hình học và phân tích đồ thị biến dạng thực tế.

4. Làm thế nào để thực hành và tự học hiệu quả với tài liệu này?

Người học cần đọc kỹ nguyên lý biến dạng và yêu cầu kích thước hình học của mẫu trước mỗi bài thực hành; tận dụng chế độ Demo mode của phần mềm Bluehill 2 để rèn luyện kỹ năng thiết lập phương pháp kiểm tra; thực hiện lặp lại phép đo từ 5–10 lần trên mỗi loại mẫu để đảm bảo độ tin cậy thống kê.

5. Có tài liệu bổ trợ nào được khuyến nghị kèm theo giáo trình?

Người học nên tham khảo danh mục tài liệu tham khảo chuyên ngành được nêu tại trang 71 của tài liệu, các sổ tay hướng dẫn kỹ thuật của thiết bị Instron 5543, tài liệu hướng dẫn phần mềm Bluehill 2 và các tiêu chuẩn kiểm tra vật liệu ASTM E4, ISO 7500/1.1.

---

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 học tập chuẩn mực về phương pháp phân tích cơ lý và lưu biến học thực phẩm. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết cấu trúc cao phân tử và quy trình thao tác trên hệ thống thiết bị đo tự động Instron 5543 – Bluehill 2, giáo trình cung cấp nền tảng thực nghiệm định lượng chính xác, thay thế hiệu quả các đánh giá cảm quan chủ quan trong nghiên cứu và sản xuất thực phẩm.

Lộ trình học tập đề xuất cho người học là nắm vững quy tắc vận hành an toàn phần cứng – phần mềm (Bài 3), làm chủ các kỹ thuật đâm xuyên, cắt và nén đơn trục (Bài 4), trước khi tiến tới các phép thử lưu biến phức tạp như ép đùn và phân tích biên dạng cấu trúc TPA hai chu kỳ (Bài 5).

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.