Tính chất lí nhiệt của thực phẩm

Tính chất lý nhiệt của thực phẩm là những đặc điểm về mặt vật lý và nhiệt học ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt và biến đổi của thực phẩm trong quá trình chế biến và bảo quản.

Khối lượng riêng (p, k.g/m³)

Khối lượng riêng được ứng dụng trong tính toán thiết kế kho lạnh và các dụng cụ chuyển hàng hay sản phẩm đông lạnh, phương tiện vận chuyển v.v. Ngoài ra khối lượng riêng còn cho biết mức độ biến đổi hoá học về thực phẩm, trong nhiều trường hợp chất lượng thực phẩm giảm kéo theo khối lượng riêng giảm, khối lượng riêng thường được tính ở hai dạng khối lượng riêng cá thể và khối lượng riêng hỗn hợp.

Nhiệt dung riêng (c, kJ/(Kg.K))

Nhiệt dung riêng là lượng nhiệt thêm vào hoặc lấy ra của một đơn vị khối lượng thực phẩm để nhiệt độ của nó biên đói là 1 °c (hay 1 K). Nhiệt dung riêng của thực phẩm luôn luôn phụ thuộc vào nhiệt dung riêng của các thành phần trong thực phẩm.

Nhiệt dung riêng của thực phẩm hoặc vật thể nào đó được xác định theo 2 trường hợp như sau:

Trường hợp 1: Khi nước trong thực phẩm không đóng băng thì nhiệt dung riêng của nó rất ít phụ thuộc vào nhiệt độ mà chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng nước. Lúc đó nhiệt dung riêng được xác định:

c=c’.Wa+c”.(1-Wa)

Trong đó: c’ = 4,186 kJ/(kg.K) là nhiệt dung riêng của nước; c”: là nhiệt dung riêng của chất khô, thông thường c” = 1,3 kJ/(kg.K) của chất khô trong thực phẩm; wtt: độ ẩm của thực phẩm 

Trường hợp 2: Khi nước trong thực phẩm đóng băng, nước đá được tạo thành có nhiệt dung riêng nhỏ bằng khoảng 1/2 lần so với nước. Vì vậy khi nhiệt độ giảm tỉ lệ nước đá tăng thì nhiệt dung riêng của thực phẩm giảm, ở một nhiệt độ nào đó thì có thể xác định nhiệt dung riêng của thực phẩm từ nhiệt dung riêng của các thành phần.

Nhiệt dung riêng trung bình của thực phẩm (c, kJ/(Kg.K))

Nhiệt dung riêng C của thực phẩm được tính theo công thức trung bình như sau:

Với: Cj (kJ/(kg.K)) – nhiệt dung riêng của chất i có trong thực phẩm; Gj (kg) – khối lượng của chất i của thực phẩm; G (kg) – tổng khối lượng của thực phẩm.

Ở nhiệt độ từ 0 đến 30°C thì nhiệt dung riêng của nước C_n = 1 kCal/(kg.K) = 4,186 kJ/(kg.K); của mỡ (lipid) C_Lipid = 0,5 kCaL(kg.K) = 2,11 kJ/(kg.K) của chất khô c_ck= 0,32 kCal/(kg.K) = 1,3 kJ/(kg.K).

Hàm nhiệt

Hàm nhiệt được hiểu là lượng nhiệt được tạo ra cho một đơn vị khối lượng của vật do quá trình biến đổi trạng thái của nó, ở thực phẩm chỉ xác định độ biến đổi hàm nhiệt và đó là lượng nhiệt mà một đơn vị khối lượng thực phẩm trao đổi với môi trường bên ngoài. Độ biến đổi hàm nhiệt của thực phẩm trong trường hợp nhiệt độ của trạng thái thay đổi, được xác định theo công thức sau:

 q = Δh= h2 – h1 = c. ΔT

Với:

• c (kJ/(kg.K) – nhiệt dung riêng của thực phẩm; 
• ΔT (°C) – độ biến đổi nhiệt độ, nó phụ thuộc vào lượng nước; 
• h1, h2 (kJ/kg) – lần lượt là entalpy ở trạng thái đầu và trạng thái cuối của thực phẩm khi thực hiện quá trình trao đổi nhiệt.

Hệ số dẫn nhiệt ( λ, W/(m.K) )

Hệ số dẫn nhiệt là đại lượng vật lý đo lường khả năng trao đổi nhiệt bên trong vật liệu đồng nhất, được phát biểu theo định luật Fourier. Trong thực tế, điều kiện biên thường được sử dụng để tính toán hệ số dẫn nhiệt một cách đơn giản hơn.

Hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm đại diện cho lượng nhiệt truyền qua một đơn vị thể tích hình lập phương của thực phẩm, với độ chênh lệch nhiệt độ 1°C giữa hai mặt trong thời gian một giây.

Có hai trường hợp xác định hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm:

• Khi nước trong thực phẩm không đóng băng: Hệ số dẫn nhiệt ít phụ thuộc vào nhiệt độ và chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng nước.
• Khi nước trong thực phẩm đóng băng: Hệ số dẫn nhiệt của nước đá gấp 4 lần so với nước. Khi nước đá hình thành, nhiệt độ giảm và hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm tăng. Trong thực tế, hệ số dẫn nhiệt được tính theo giá trị trung bình trong giai đoạn làm đông thực phẩm.

Hệ số dẫn nhiệt độ (α, m²/s)

Hệ số dẫn nhiệt độ là đại lượng đo lường mối quan hệ giữa vận tốc cân bằng nhiệt của một đơn vị thể tích thực phẩm và lượng nhiệt mà nó trao đổi với môi trường xung quanh.

• Khi nước trong thực phẩm không đóng băng: Hệ số dẫn nhiệt độ của thực phẩm ít phụ thuộc vào nhiệt độ.
• Khi nước trong thực phẩm đóng băng: Hệ số dẫn nhiệt độ tăng khi nhiệt độ của thực phẩm giảm.

Hệ số cấp nhiệt (α: W/(m².K))

Hệ số cấp nhiệt (α: W/(m²·K)) là đại lượng đo lường khả năng trao đổi nhiệt của bề mặt thực phẩm với môi trường lỏng và không khí xung quanh.

Công thức tính: Hệ số cấp nhiệt được tính bằng lượng nhiệt trao đổi trên một diện tích bề mặt thực phẩm trong thời gian một giây, với chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt thực phẩm và môi trường là 1 độ C.

Nhiệt lượng và tính chất của nhiệt lượng

Nhiệt lượng là dạng năng lượng có thể chuyển đổi giữa các dạng khác nhau như điện năng, hóa năng và cơ năng. Nó được đo lường qua nhiệt độ, đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ nóng hay lạnh của vật chất. Nhiệt độ là thông số cơ bản để tính toán nhiệt lượng trong các quá trình nhiệt động học.

Hướng chuyển dịch: Nhiệt lượng tự nhiên chuyển từ vùng nóng sang vùng lạnh. Nếu chuyển dịch ngược lại, cần tiêu tốn năng lượng.

Phương thức truyền năng lượng:

• Dẫn truyền nhiệt (Conduction heat): Xảy ra chủ yếu ở vật rắn, năng lượng di chuyển từ phân tử này sang phân tử khác.
• Đối lưu nhiệt (Convection heat): Diễn ra chủ yếu ở chất lỏng và hơi, nơi các phân tử di chuyển và va chạm để truyền năng lượng.
• Bức xạ nhiệt (Radiation heat): Truyền nhiệt dưới dạng sóng, có thể xảy ra trong mọi môi trường. Nhiệt bức xạ không ảnh hưởng đến nhiệt độ cho đến khi nó va chạm với vật hấp thụ và làm tăng nhiệt độ.