Tính chất vật lí của thực phẩm

Tính chất vật lý của thực phẩm là những đặc điểm mô tả trạng thái vật lý của thực phẩm, bao gồm

Khối lượng, khối lượng riêng, độ xốp

Khối lượng và khối lượng riêng quy định tính nặng nhẹ của vật, được đo bằng đơn vị kg/m³

Khối lượng riêng của thực phẩm dạng rắn và dẻo là lượng vật chất chứa trong một không gian xác định, được tính bằng khối lượng trên một đơn vị thể tích: ρ = m/v, kg/m³.
Ví dụ:

• Khối lượng riêng của nước: 1000 kg/m³
• Khối lượng riêng của cá: 800 kg/m³

Biết được khối lượng riêng giúp chuyển đổi giữa khối lượng và thể tích thực phẩm. Thể tích thực phẩm có thể tính bằng công thức:  V_tp = khối lượng của nước tăng lên/khối lượng riêng của nước (m³).
Để xác định khối lượng nước tăng lên, cân nước và bình chứa trước, sau đó nhúng chìm vật cần đo vào nước và cân lại. Chênh lệch giữa hai lần cân là khối lượng của nước tăng lên.

Đối với thực phẩm dạng lỏng, thường sử dụng đơn vị là tỷ trọng. Tỷ trọng của thực phẩm là tỷ số giữa khối lượng riêng của chất lỏng và khối lượng riêng của nước ở 4°C.

Độ xốp là tỷ lệ phần trăm không khí chiếm chỗ trong khối hạt so với một đơn vị thể tích của cả khối hạt. Độ xốp cho phép khí và lỏng dễ dàng khuếch tán vào thực phẩm. Độ xốp càng lớn, việc khuếch tán càng dễ dàng. Ngược lại, độ xốp nhỏ sẽ gây cản trở cho quá trình sấy, đun nóng, và các quá trình khác.

Kích thước và hình dạng

Thực phẩm thường không có hình dạng chuẩn như hình cầu mà có nhiều hình dạng khác nhau. Hình dạng đóng vai trò quan trọng trong quá trình chế biến, tạo nên sự đồng đều của nguyên liệu, tăng giá trị cảm quan và đồng đều về chất lượng.

Kích thước nguyên liệu là vấn đề mà nhà sản xuất rất quan tâm. Kích thước ảnh hưởng đến loại nguyên liệu và giá thành của chúng. Những vật có kích thước không phải hình cầu, như lúa mạch, chuối, lê hay khoai tây, được xác định bằng cách đo độ dài lớn nhất và đường kính chỗ lớn nhất.

Khi đo hai kích thước này, cần đảm bảo chúng vuông góc với nhau. Kích thước của các loại hạt, bột thường được xác định bằng rây, sàng. Kích thước của hạt rất quan trọng để xác định khả năng phá vỡ trong quá trình nghiền và độ đồng đều của bột, góp phần tạo nên sự đồng đều về cấu trúc sản phẩm.

Hiện nay, nhiều thiết bị đã được phát triển để đo kích thước và cân nặng của thực phẩm bằng phương pháp quang học và kỹ thuật 3D. Kỹ thuật này giúp xác định chính xác hình dạng và kích thước của thực phẩm trước khi cắt, đảm bảo sản phẩm cắt đạt sự chính xác và đồng đều về khối lượng nhờ vào công thức: V = m/ρ.​

Độ tròn và độ cầu

• Độ tròn : được xác định bằng cách chiếu vật lên mặt phẳng rồi so sánh với đường tròn ngoại tiếp của vật
• Độ tròn = diện tích của hình chiếu vật lên mặt phẳng/diện tích của đường tròn ngoại tiếp vật.
• Độ cầu : = D_i/D_c ; trong đó D_i là đường kính mặt cầu nội tiếp vật lớn nhất và D_c: là đường kính mặt cầu ngoại tiếp vật nhỏ nhất.​​

Trong đó:

• • • D_i là đường kính mặt cầu nội tiếp lớn nhất.
    • D_c là đường kính mặt cầu ngoại tiếp nhỏ nhất.

Bề mặt riêng và sức căng bề mặt

Hệ dị thể giữa pha lỏng và pha khí có những đặc điểm quan trọng ảnh hưởng đến sức căng bề mặt và hành vi của các phân tử trong các pha này.

Mật độ phân tử: Mật độ phân tử trong pha lỏng lớn hơn nhiều so với trong pha khí. Các phân tử trong pha lỏng tương tác với nhau thông qua lực hút phân tử, trong khi lực này trong pha khí có thể bỏ qua.

Lực hút và vị trí của phân tử:

• Phân tử A nằm trong pha lỏng chịu lực hút đều từ mọi phía.
• Phân tử B và C, có khoảng cách nhỏ hơn bán kính hiệu dụng (d < rhd), chịu lực hút lớn hơn từ bên trong so với bên ngoài. Điều này làm cho các phân tử này có xu hướng bị hút vào bên trong pha lỏng. Độ lớn của lực này tăng lên khi phân tử tiến gần bề mặt thoáng.

Nội áp: Lực ép các phân tử nằm trên bề mặt vào trong được gọi là nội áp. Nội áp này kéo các phân tử vào trong theo hướng vuông góc với bề mặt, làm cho bề mặt giảm đến mức tối thiểu trong những điều kiện nhất định.

Sức căng bề mặt: Lực tác dụng lên một đơn vị chiều dài của ranh giới phân chia giữa hai pha và làm giảm bề mặt chất lỏng được gọi là sức căng bề mặt. Đơn vị đo của sức căng bề mặt có thể là N/m, J/m² hoặc dyne/cm.

Hình dạng của chất lỏng: Dưới tác dụng của sức căng bề mặt, chất lỏng thường có dạng hình cầu khi không có tác động của ngoại lực. Hình cầu có bề mặt nhỏ nhất cho cùng một thể tích, do đó, năng lượng bề mặt của giọt lỏng là tối thiểu, giúp nó tồn tại bền.

Các yếu tố ảnh hưởng đến sức căng bề mặt

Bản chất của các pha tiếp xúc: Giá trị sức căng bề mặt phụ thuộc vào bản chất của các chất lỏng và khí tiếp xúc với nhau.

Nhiệt độ: Sức căng bề mặt thường thay đổi theo nhiệt độ. Đối với nhiều chất lỏng, sức căng bề mặt giảm khi nhiệt độ tăng.

Lượng chất hòa tan: Sự hiện diện của chất hòa tan cũng ảnh hưởng đến sức căng bề mặt; tương tác giữa các phân tử chất càng lớn thì sức căng bề mặt càng cao.

Điều kiện đo: Sức căng bề mặt của một chất lỏng được xác định tại một điều kiện nhất định (nhiệt độ, áp suất, …) khi bề mặt tiếp xúc với chân không.

Tính chất nhiệt của thực phẩm

Nguyên liệu thực phẩm trải qua nhiều công đoạn trước khi đến tay người tiêu dùng, bao gồm thu hái, vận chuyển, xử lý, chế biến, bảo quản và lưu trữ. Hầu hết thực phẩm đều trải qua xử lý nhiệt để:

• Duy trì chất lượng: Đảm bảo thực phẩm giữ được giá trị dinh dưỡng và an toàn cho sức khỏe.
• Kéo dài thời gian bảo quản: Giảm thiểu sự phát triển của vi khuẩn và mốc.
• Tạo độ ngon riêng: Mang lại hương vị hấp dẫn hơn cho thực phẩm.

Chế biến thủy sản

Trong chế biến thủy sản, các quá trình nhiệt chính bao gồm:

• Làm lạnh: Giảm nhiệt độ thực phẩm để bảo quản.
• Làm đông: Đưa thực phẩm xuống nhiệt độ rất thấp để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật.
• Nung nóng: Tăng nhiệt độ để tiêu diệt vi sinh vật và cải thiện hương vị.

Để đạt được kết quả chính xác, các thông số nhiệt cần được theo dõi và điều chỉnh. Ví dụ trong kho lạnh bảo quản thủy sản sẽ có cảm biến nhiệt độ và tủ điện để tự điều chỉnh máy nén ngắt nghỉ, duy trì nhiệt độ cài đặt sẵn.

Các hình thức truyền nhiệt

• Dẫn nhiệt: Là phương thức truyền nhiệt thông qua sự tiếp xúc trực tiếp giữa hai vật. Ví dụ, khi một cái nồi được đặt trên bếp, nhiệt từ bếp truyền vào nồi qua dẫn nhiệt.
• Đối lưu: Liên quan đến chuyển động của môi trường nhiệt động, thường thấy giữa bề mặt rắn với chất lỏng hoặc không khí. Ví dụ, khi đun nước, nước nóng sẽ nổi lên và nước lạnh sẽ chìm xuống.
• Bức xạ: Trao đổi nhiệt bằng sóng điện từ, như trong sấy bằng tia hồng ngoại, phơi nắng hoặc sử dụng lò vi sóng. Đây là phương pháp thường được ứng dụng trong chế biến thực phẩm.

Các cơ chế truyền nhiệt có thể diễn ra riêng lẻ hoặc đồng thời.

Sự truyền nhiệt vào trong thực phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

• Chênh lệch nhiệt độ: Độ chênh lệch giữa thực phẩm và môi trường xung quanh.
• Tính chất vật lý của thực phẩm: Hình dạng, kích thước và các thông số nhiệt của thực phẩm.

Thông số nhiệt

Mỗi cơ chế truyền nhiệt đều gắn liền với các thông số nhiệt cụ thể. Tính chất nhiệt của thực phẩm có thể được xác định thông qua:

• Đo lường trực tiếp: Thực hiện các thí nghiệm trong điều kiện kiểm soát.
• Tính toán: Sử dụng các thành phần của thực phẩm như nước, protein, và carbon để tính toán các thông số nhiệt liên quan.

Tính chất điện từ và quang học

Phổ điện từ chia thành nhiều vùng, mỗi vùng có ứng dụng cụ thể trong bảo quản thực phẩm:

• Sóng ngắn: Chiếu xạ thực phẩm giúp tiêu diệt vi sinh vật, kéo dài thời gian bảo quản mà không làm giảm chất lượng.
• Tia cực tím: Vô trùng thực phẩm diệt khuẩn và vi rút, đảm bảo an toàn thực phẩm.
• Ánh sáng khả kiến: Đánh giá cảm quan giúp xác định màu sắc và độ tươi ngon của thực phẩm.
• Sóng hồng ngoại: Sấy thực phẩm loại bỏ độ ẩm mà vẫn giữ được giá trị dinh dưỡng.

---

*Nguồn tham khảo: Công nghệ lạnh ứng dụng trong thực phẩm – Nguyễn Tấn Dũng