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 hai 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 Cn = 1 kCal/(kg.K) = 4,186 kJ/(kg.K); của mỡ (lipid) CLipid = 0,5 kCaL(kg.K) = 2,11 kJ/(kg.K) của chất khô cck= 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 đặc trưng cho sự trao đổi nhiệt bên trong vật đồng chất, khái niệm của nó có thể được phát biểu từ định luật Furier. 

Trong thực tế thông thường giới hạn điều kiện biên để tìm hệ số dẫn nhiệt đơn giản hơn và mang tính chất ứng dụng trong tính toán thiết kế.

Như vậy hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm là lượng nhiệt truyền qua một đơn vị thể tích hình lập phương của thực phẩm, với phương truyền vuông góc hai mặt có độ chênh lệch nhiệt độ là 1 c, trong thời gian một giây.

Hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm có thể xác định trong hai trường hợp sau.

• Trường hợp 1: nước trong thực phẩm không đóng băng, lúc này hệ số dẫn nhiệt vẫn ít phụ thuộc vào nhiệt độ mà nó phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng nước của thực phẩm.
• Trường hợp 2: nước trong thực phẩm đóng băng, nước đá được tạo thành có hệ số dẫn nhiệt lơn gâp 4 lần hệ số dẫn nhiệt của nước, do đó nhiệt độ của thực phẩm giảm tỷ lệ nước đá đóng băng tăng, hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm tăng, trong thực tế hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm được tính theo giá trị trung bình của nó trong giai đoạn làm đông thực phẩm 

Hệ số dẫn nhiệt độ (α, m²/s)

Hệ số dẫn nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho sự tương quan giữa vận tốc cân bằng nhiệt của một đơn vị thể tích thực phẩm với lượng nhiệt mà nó trao đổi với môi trường xung quanh.

Khi nước trong thực phẩm không đóng băng thì hệ số dẫn nhiệt độ của thực phẩm ít phụ thuộc vào nhiệt độ.

Khi nước trong thực phẩm đóng băng thì 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 (hệ số tỏa nhiệt) là đại lượng đặc trưng cho khả năng trao đổi nhiệt của bề mặt thực phẩm với môi trường lỏng và không khí xung quanh. 

Hệ số cấp nhiệt được tính là lượng nhiệt trao đổi trên Im diện tích bề mặt thực phẩm trong thời gian một giây do sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt thực phẩm với môi trường 1 độ C.

Nhiệt lượng và tính chất của nhiệt lượng

Đơn vị nhiệt lượng

Nhiệt lượng là một dạng năng lượng cũng như điện năng, hoá năng hay cơ năng v.v và có thế biến đổi từ dạng này sang dạng khác với cường độ tương ứng biểu thị qua nhiệt độ, còn nhiệt độ là một đại lượng vật lý đặc trưng cho sự nóng hay lạnh của vật chất và nó là thông số cơ bản nhất để tính toán nhiệt lượng cho một quá trình nhiệt động học nào đó. 

Tính chất nhiệt lượng

Nhiệt lượng luôn chuyển dịch từ khoảng nóng sang khoảng lạnh theo quỵ luật tự nhiên của nó, còn nếu chuyển dịch theo chiều ngược lại thì phải tiêu tốn năng lượng công. Năng lượng trong tự nhiên có thể truyền đi theo ba phương thức sau:

• Dẫn truyền nhiệt (conduction heat): là sự truyền nhiệt (transfer heat) xảy ra chủ yếu ở các vật rắn, trong đó năng lượng sẽ di chuyển từ phân tử này sang phân tử khác,
• Đối lưu nhiệt (convection heat): là sự truyền nhiệt chủ yếu xảy ra ở chất lỏng và hơi, trong đó các phân tử tải nhiệt sẽ chuyển động và va chạm truyền năng lượng cho các phần tử khác tử vị trí này sang vị trí khác.
• Bức xạ nhiệt (radiation heat): là sự truyền nhiệt dưới dạng sóng như quang tuyến và vô tuyến, sự truyền nhiệt này có thể xảy ra trong mọi môi trường, còn trong môi trường trong suốt sự truyền nhiệt này không ảnh hưởng đến nhiệt độ. Nhiệt bức xạ không trông thấy được cho đến khi nó va chạm mặt phẳng đục hay vật hấp thụ và bị hấp thụ làm nhiệt độ tăng lên thì lúc này mới cảm nhận được.