TỔNG QUAN
Giới thiệu về thiết bị đo cơ lí
- Trong các phòng thí nghiệm cợ học vật liệu, thiết bị đo cơ lý là một công cụ rất cần thiết
Thiết bị đo cơ lý hiện nay cho phép thực hiện các thí nghiệm kéo, nén, uốn và cắt để xác định các thông số tính chất cơ học của vật liệu Sự gia tăng số lượng phòng thí nghiệm tại các công ty kiểm định, trường đại học, viện nghiên cứu và nhà máy không chỉ nâng cao số lượng thiết bị mà còn đa dạng hóa hình dạng, kích thước và mẫu mã, đồng thời vẫn đảm bảo các phép đo theo phương pháp cổ điển và cải tiến.
Hình – Các kiểu máy đo cơ lý
Các máy thí nghiệm vạn năng là thiết bị chuyên dụng yêu cầu độ chính xác cao và tính ổn định khi sử dụng Chúng có khả năng thực hiện nhiều thí nghiệm trên nhiều loại vật liệu khác nhau Việc chế tạo các máy này đòi hỏi trình độ gia công cơ khí, thiết kế và lắp ráp mạch xử lý tín hiệu đo và điều khiển điện tử Ngoài ra, người thiết kế cần có kinh nghiệm trong lĩnh vực thí nghiệm và hiểu biết về các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan.
Tại Việt Nam, hầu hết các máy thí nghiệm đều được nhập khẩu từ nước ngoài, trong khi chỉ một số ít được sản xuất trong nước Các máy thí nghiệm vạn năng chủ yếu được nhập từ Trung Quốc, thường là những dòng máy giá rẻ với tính năng hạn chế Ngược lại, các máy chất lượng cao được nhập từ các nước phát triển thường có giá thành rất cao.
Thiết bị đo cơ lý INSTRON (Seri 5543) được sử dụng để xác định tính chất cơ lý của nhiều loại sản phẩm, bao gồm thực phẩm như trái cây và rau củ Sản phẩm này hỗ trợ trong việc phân tích và đánh giá chất lượng nguyên liệu một cách chính xác.
- 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
Hình – Biểu tượng của hãng INSTRON
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
Hệ thống tự động hoá có khả năng lập trình sẵn dữ liệu và thao tác, kết nối với màn hình máy tính để hiển thị kết quả qua phần mềm, đồng thời thiết lập đồ thị biến đổi cấu trúc thực phẩm theo thời gian Nhờ đó, người dùng có thể xác định các thông số của thực phẩm, giúp đánh giá chính xác và lựa chọn sản phẩm theo đặc tính mong muốn.
Rút ngắn chu trình phát triển sản xuất là một yếu tố quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm Việc nghiên cứu sản phẩm bằng máy giúp xác định các tính chất thích hợp nhất, từ đó đẩy nhanh quá trình sản xuất Hơn nữa, phương pháp này cũng cho phép khám phá những tính chất mới trong thực phẩm, mở ra cơ hội cho các ứng dụng thực tế trong tương lai.
* Nguyên lý hoạt động của máy đo cơ lý
Hoạt động dựa trên việc sử dụng lực cơ học tác động lên sản phẩm, với các mức lực khác nhau tùy thuộc vào loại sản phẩm, có thể là 5, 10, 20, 50 hoặc 500N, đạt độ chính xác ± 2%.
Dựa vào thời gian và tốc độ tác dụng lực, chúng ta có thể xác định các tính chất quan trọng của sản phẩm, bao gồm độ cứng, độ giòn, độ đàn hồi, độ trương nở, độ xốp và độ dẻo.
Nhờ vào cảm biến lực, tín hiệu lực được chuyển đổi thành tín hiệu điện Sau khi được khuếch đại qua bộ vi sai, tín hiệu này sẽ được gửi đến đầu đọc của bộ xử lý kết quả đo hoặc kết 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 500mm 2
- Thời gian có thể đo cùng lúc: 20 điểm/giây
- Nhiệt độ của thực phẩm thích hợp để phép đo được chính xác là 5 – 40 0 C và độ ẩm khoảng 20 – 80%
Hình – Các kiểu máy đo cơ lý trên thị trường
*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 7500/1.2.1.1, 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
Các thông số của máy Nguồn điện sử dụng: 220V
Tốc độ tối thiểu: 0.05mm/phút (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 đạt 250:1, cho phép sử dụng bộ phận đo lực ở mức 0.4% của toàn bộ công suất mà không ảnh hưởng đến độ chính xác.
Công suất 1kN (225lbf) Không gian thí nghiệm dọc: 1067 mm (42 inch) Chế độ thu nhận dữ liệu đồng bộ tất cả các kênh dữ liệu: 500 Hz
- Bảng điều khiển phần cứng thuận tiện cho các hoạt động thí nghiệm
- Phần mềm tương thích Bluehill 2
- Phương pháp thử nghiệm theo tiêu chuẩn ISO
- Tự động nhận biết bộ cảm biến cho bộ phận đo lực và các giãn kế
Hệ thống thiết bị này bao gồm các bộ phận chính như bảng điều khiển, vít me, động cơ và cột đơn vị Con trượt được gắn cố định lên cột đơn vị và vít me, trong khi bộ phận đo lực được lắp lên con trượt Động cơ kết nối với bộ phận truyền động ở phía dưới con trượt Khi động cơ quay, chuyển động này sẽ được truyền đến vít me, làm cho con trượt di chuyển lên hoặc xuống cột đơn vị.
Hình – Các bộ phận chính của máy đo cơ lý Instron
Cơ cấu bền vững này giúp cố định mẫu thử hoặc vật liệu thí nghiệm một cách hiệu quả Sử dụng kẹp để đặt mẫu thử vào giữa bảng và con trượt, khi động cơ quay theo lệnh từ hệ thống điều khiển, con trượt sẽ di chuyển lên hoặc xuống, trong khi bộ phận đo lực sẽ thực hiện việc đo lường lực tải của mẫu thử.
Hệ thống bao gồm bộ khuếch đại công suất, bộ biến áp và các bảng mạch điện tử, với bảng điều khiển được cố định trên cột đơn vị Nút dừng khẩn cấp được thiết kế để dừng hệ thống ngay lập tức khi có tín hiệu cảnh báo an toàn.
Bộ phận phụ là giá đỡ sản phẩm được chế tạo từ thép không gỉ, với bề mặt nhẵn mịn, giúp nâng cao tính thẩm mỹ và chất lượng sản phẩm Các bộ phận này được đặt lên trên giá đỡ, tạo sự ổn định và an toàn cho sản phẩm.
- Tuỳ từng loại sản phẩm mà ta dùng những bộ phận tác dụng lực khác nhau:
Food Testing Fixture Cách thức kiểm tra Thực phẩm
Flat End Probe Sets Magness Taylor
Gây biến dạng bằng lực đập
Bread Candy Cheese Gels Rolls
Tác dụng lực rồi cắt thành sợi
Fruits Vegetables Cooked Pasta Cubed Chicken Viscous Liquids Gels
Cắt thành sợi rồi tác ép bằng cách tác dụng lực
Fruits Vegetables Ground Meat Seafood Salad Viscous Liquids Gels
Gọt bằng dao nhiều lưỡi
Fruits Vegetables Viscous Liquids Gels
Beef Poultry Lamb Pork Wieners
Kéo căng hai đầu Raw Pasta
Làm cong bằng lực đối xứng
Crackers Cookies Granola Bars Raw Pasta
Nút khởi động chính đặt ở bộ nối nguồn phía sau bên phải của máy Khi nút ở vị trí
Khi nút công tắc ở vị trí ON, máy sẽ được khởi động và hoạt động, trong khi ở vị trí OFF, máy sẽ ngắt kết nối với nguồn điện Dây nối cũng đóng vai trò như bộ chọn điện áp chính.
Hình – Bảng vẽ mô phỏng bảng điều khiển thủ công Bảng – Các nút điều khiển và công dụng
(Nút điều chỉnh lên xuống)
PHƯƠNG PHÁP ĐÂM XUYÊN
Giới thiệu thí nghiệm
Phương pháp đâm xuyên được sử dụng để đo độ cứng của sản phẩm, phản ánh khả năng chống biến dạng dẻo và khả năng phá hủy giòn của lớp bề mặt khi chịu tác động Điều này giúp xác định độ chín của trái cây, đặc biệt quan trọng trong việc thu hoạch để vận chuyển xa hoặc xuất khẩu Việc nắm bắt quá trình chín của trái cây và áp dụng các biện pháp kỹ thuật hỗ trợ là cần thiết nhằm giảm hao hụt và đảm bảo an toàn thực phẩm Do đó, việc kiểm tra tính chất sản phẩm trong quá trình sản xuất là rất quan trọng.
Các sản phẩm có thể dùng phương pháp đâm xuyên:
✓ Rau quả (chuối, táo, lê,…)
Kết cấu là thuộc tính chất lượng quan trọng ảnh hưởng đến quyết định mua trái cây của khách hàng, trong đó độ cứng là yếu tố không thể bỏ qua Độ cứng của trái cây phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hàm lượng protopectin, chất xơ và tinh bột; nếu các yếu tố này cao, trái cây sẽ cứng chắc hơn Ngược lại, nếu hàm lượng pectin, đường và nước tăng lên, độ cứng của trái cây sẽ giảm.
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm trên ba mẫu chuối chín, bao gồm chuối cau, chuối sứ và chuối già Các mẫu này có kích thước đồng đều, dễ dàng tạo mẫu, giá thành thấp và thể hiện rõ ràng các tính chất vật lý cũng như hóa học.
1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm
❖ Bản chất của thực phẩm: khi đo thực phẩm mềm thì lực sẽ nhỏ hơn thực phẩm cứng
Hình dạng của mẫu đo rất quan trọng, vì ngay cả những bất thường nhỏ trên bề mặt sản phẩm cũng có thể dẫn đến sai số lớn trong quá trình biến dạng.
Độ đồng đều của mẫu đo là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá sự đa dạng cấu trúc của sản phẩm Để có kết quả chính xác, trước hết cần xác định mức độ đa dạng của sản phẩm và sau đó phân tích sự phân bố cấu trúc của mẫu thực phẩm cụ thể Những mẫu không đồng nhất thường dẫn đến kết quả kém tương quan so với cảm quan, vì vậy việc đảm bảo độ đồng đều là rất cần thiết.
❖ Nhiệt độ: Độ lớn của cấu trúc đo giảm khi nhiệt độ tăng
❖ Kích thước và hình dạng của đầu đâm xuyên
❖ Số lần đâm xuyên sử dụng
Tốc độ đâm xuyên ảnh hưởng rõ rệt đến mẫu thực phẩm có tính nhớt hoặc dẻo, trong khi mẫu có tính đàn hồi hoặc gần như đàn hồi thì ít bị ảnh hưởng bởi vận tốc đo.
❖ Độ sâu đâm xuyên tác động lên một phần thực phẩm, không phải toàn bộ thực phẩm
❖ Tốc độ thu nhận dữ liệu từ máy phân tích: Ta cần một khoảng thời gian để ghi nhận kết quả dữ liệu về lực sinh ra.
Cơ sở lý thuyết về phương pháp đo
2.1 Giới thiệu về phương pháp đâm xuyên
Phương pháp đâm xuyên là một phương pháp đo độ cứng đơn giản và được sử dụng phổ biến trong việc kiểm tra độ đặc, chắc của các khối đông Phương pháp này được phát triển bởi Lipowwitz vào năm 1861, khi ông sử dụng một đĩa có đường kính 2-2,5cm đặt trên bề mặt của khối gelatin chứa trong cốc có mỏ Tổng trọng lượng của quả cân, phễu, trục và đĩa được dùng để tính độ đặc, chắc của khối đông khi đĩa đâm vào khối gelatin.
Những phép đo đầu tiên, mặc dù còn đơn giản, đã bao gồm đầy đủ các yếu tố cần thiết như tên gọi, đầu đâm xuyên vào thực phẩm, phương pháp tăng cường độ lớn của lực (quả cân) và quá trình đo lường lực Một trong những thiết bị nổi bật trong lĩnh vực này là Bloom Gelometer.
Vào năm 1884, Capri thực hiện thử nghiệm thứ hai nhằm đo độ đặc của khối mỡ đông, sử dụng đầu đo có đường kính 2 mm đâm sâu 2 cm vào khối mỡ Brulle áp dụng nguyên tắc tương tự để đo độ cứng của bơ, trong khi Sohn đã giải thích chi tiết quy trình cần thiết để đạt được kết quả tiếp theo với thiết bị của ông vào năm 1893 Đến năm 1925, Giáo sư Morris đã tiến hành thử nghiệm đâm xuyên đầu tiên cho các sản phẩm nông sản.
❖ Trong thử nghiệm thực hiện đâm xuyên theo Magness Taylor, Chatillon, và EFFG-
Phương pháp đâm xuyên trên thịt được giới thiệu bởi GI, sử dụng các thiết bị áp dụng lực tối đa Các thiết bị này bao gồm đầu đo đơn lẻ như Magness Taylor, Chatillon và EFFG-GI, cùng với các thiết bị đa đầu đo như Armour, Christel và các thiết bị đo độ chín Các thiết bị đo độ đâm xuyên có thể được phân loại dựa trên đặc điểm lực áp dụng, với tốc độ đo được định trước cho các thiết bị đo lực.
2.2 Cơ sở của phép đo
2.2.1 Nguyên lý chung Đồng nhất mẫu trước khi đo và tạo khối hình trụ theo yêu cầu của phương pháp, cài đặt các thông số cần đo, thay bộ đầu dò phù hợp, tiến hành đo và thường đo ít nhất 3 lần Sau đó thu thập số liệu, xử lý số liệu và giải thích kết quả đo
Phép đo độ cứng của mẫu dựa trên định luật tương tác lực, trong đó đầu dò khi tiếp xúc và xuyên qua mẫu sẽ nhận lực phản hồi trong một khoảng thời gian nhất định Khi mẫu bị biến dạng đến một mức độ nhất định, nó sẽ bị phá vỡ và xuyên qua Đo lực lớn nhất trong quá trình này giúp xác định độ cứng của mẫu một cách chính xác.
Nguyên lý của phương pháp đâm xuyên là áp dụng lực lên vật, khiến vật bị biến dạng đến mức phá vỡ và xuyên qua Đo lường lực lớn nhất cần thiết để xuyên qua vật sẽ giúp đánh giá độ cứng và độ chắc của sản phẩm.
Khi chuẩn bị mẫu, cần lưu ý rằng đường kính của mẫu phải lớn hơn đường kính đầu dò Vậy, đường kính mẫu cần lớn hơn đường kính đầu dò một cách hợp lý để đảm bảo hiệu quả trong quá trình đo lường.
Khi mẫu lớn hơn nhiều so với đầu dò, lực không bị ảnh hưởng bởi kích thước, nhưng sẽ khác biệt tùy thuộc vào góc, cạnh và độ dày của mẫu Kiểm nghiệm đâm xuyên có thể cho kết quả sai lệch nếu mẫu bị vỡ hoặc nứt trong quá trình thực hiện.
Khi thực hiện đâm xuyên mẫu hình trụ xấp xỉ với đầu dò, mẫu sẽ bị đùn lên đầu dò, ảnh hưởng đến kết quả đo Để đảm bảo độ chính xác, đường kính của mẫu cần lớn hơn 3 lần so với đường kính đầu dò.
Hình 1.1 Cách chọn đầu dò phù hợp với mẫu
Mẫu bên trái có đường kính lớn hơn 3 lần đường kính đầu dò, đạt tiêu chuẩn Khi kích thước mẫu giảm mà đầu dò không thay đổi, kết quả đo sẽ không chính xác Để khắc phục tình trạng này, cần cố định mẫu và thay đầu dò cho phù hợp.
2.2.2 Cơ sơ của phép đo cấu trúc
Khi mẫu lớn, đầu đâm xuyên sẽ chỉ đâm vào thực phẩm một đoạn nhỏ tương ứng với kích thước của thực phẩm và đĩa đỡ bên dưới
Khi mẫu thực phẩm mỏng, lực nén tác động lên thực phẩm sẽ phải đối mặt với phản lực từ đĩa kiểm nghiệm Điều này dẫn đến sự kết hợp giữa lực đâm xuyên và lực nén, hoặc có thể chỉ đơn thuần là lực nén.
Đĩa đỡ với lỗ ở trung tâm dưới đầu đâm xuyên là cần thiết cho các thực phẩm dạng bản mỏng hoặc nhỏ, cho phép đầu đâm xuyên xuyên qua mẫu và lỗ Đường kính lỗ nên từ 1,5 đến 3 lần đường kính của đầu đâm xuyên Nếu lỗ đĩa có đường kính gần bằng đầu đâm xuyên, quá trình kiểm nghiệm sẽ chuyển từ phép đo đâm xuyên sang phép đo “đâm xuyên và kết thúc”, dẫn đến việc mẫu hình trụ bị cắt và dồn qua lỗ.
Sau khi chọn mẫu phù hợp với đầu dò và đĩa đỡ, chúng ta tiến hành thí nghiệm Nguyên tắc chung là khi đầu dò tiếp xúc và xuyên qua thực phẩm, ta có thể thu được 5 loại đường cong thể hiện 5 mức độ khác nhau về độ cứng trên cùng một biểu đồ.
Xét trường hợp của đường cong A, B, C:
Trong giai đoạn đầu, các loại đường cong A, B, C cho thấy sự gia tăng nhanh chóng về tốc độ đâm xuyên trong một khoảng thời gian ngắn Thời điểm này, thực phẩm vẫn chưa chịu ảnh hưởng rõ rệt.
Cách thức tiến hành
Hình 1.6 Các mẫu chuối làm thí nghiệm
❖ Chuẩn bị 3 loại chuối: chuối cau, chuối sứ, chuối già
❖ Mỗi loại chuối chuẩn bị 3 mẫu Các mẫu có hình dạng và kích thước giống nhau
❖ Hình dạng, kích thước mẫu: Cắt theo hình trụ có chiều cao khoảng 20 mm
Hình 1.7 Mẫu chuối chuẩn bị cho thí nghiệm Lưu ý:
❖ Bề mặt (diện tích tiếp xúc) của mẫu lớn hơn nhiều lần so với đầu dò
❖ Khi tiến hành nén không được làm phá vỡ cấu trúc của mẫu chuối
Hình 1.8 Các dụng cụ dùng trong phương pháp đâm xuyên
Dụng cụ đo trong phương pháp đâm xuyên bao gồm một đầu dò hình trụ dài bằng kim loại với đường kính 5.2mm, được kết nối với trục máy Trục này có khả năng di chuyển tịnh tiến lên xuống.
Khi que đo tiếp xúc với bề mặt mẫu, bộ phận phân tích cấu trúc sẽ thu thập thông tin quan trọng về đặc điểm cấu trúc của mẫu.
❖ Các thao tác trong khi thực hiện thí nghiệm:
✓ Khởi động phần mêm Blue Hill
✓ Vệ sinh đĩa và đầu dò sạch sẽ để tránh sai số
✓ Lắp đĩa và đầu dò vào vị trí trên thiết bị đo
✓ Đặt mẫu vào đĩa sao cho đầu dò hướng thẳng vào giữa mẫu
✓ Cài đặt các thông số cần thiết để thực hiện quá trình nén
Để chỉnh đầu dò, trước tiên sử dụng nút chỉnh thô để hạ đầu dò xuống gần mẫu Khi đầu dò gần tiếp xúc với mẫu, hãy dùng nút chỉnh tinh (Jine) để điều chỉnh sao cho đầu dò dừng lại ngay khi vừa chạm vào mẫu.
✓ Vào phần Test, tiến hành điền các thông số cần thiết, cân bằng lực và bấm nút
“Start” để tiến hành đo
❖ Lưu ý các thông số cần cài đặt cho phương pháp đâm xuyên:
✓ Vận tốc (Rate): từ 1 – 10 m/s, thông thường là 5m/s
✓ Chiều sâu đâm xuyên ≥ h: 2.5cm
Kết quả và thảo luận
PHƯƠNG PHÁP CẮT
Mục đích thí nghiệm
Hình 2.1 Dụng cụ sử dụng trong phương pháp cắt
Sử dụng lực cắt Warner-Bratzler để đo độ dai và độ vững chắc của sản phẩm xúc xích, nhằm đánh giá sự khác biệt về độ dai và độ vững chắc giữa ba mẫu xúc xích.
Để thực hiện phép thử lực cắt Warner-Bratzler, cần xác định các sản phẩm có tính chất phù hợp, đặc biệt là những mẫu thực phẩm có cấu trúc dai Bài viết này sẽ tập trung vào việc đánh giá độ dai và độ bền của các sản phẩm dạng gel và nhũ tương, cũng như phạm vi ứng dụng của chúng trong ngành thực phẩm.
Để thực hiện phép thử xác định lực cắt Warner-Bratzler, trước tiên cần xác định đúng phương pháp thử nghiệm Sau đó, tìm hiểu nguyên lý và cách vận hành của phép thử này, trong đó dao cắt hình chữ V sẽ tạo ra lực khi xuyên qua mẫu thử.
Xác định nguồn gốc lực tác dụng lên mẫu kiểm tra là rất quan trọng, trong đó lực đâm xuyên của lưỡi cắt lên mẫu xúc xích tạo ra ứng suất phản hồi Việc này cho phép đánh giá và so sánh các sản phẩm, đồng thời khám phá mối liên hệ giữa phương pháp cắt Warner-Bratzler và phương pháp đánh giá cảm quan.
Phương pháp cắt Warner-Bratzler
Hiện nay, bên cạnh phương pháp phân tích cảm quan để đánh giá cấu trúc, còn có thể sử dụng phương pháp phân tích bằng thiết bị Một trong những phương pháp tiêu biểu trong lĩnh vực này là phương pháp Warner-Bratzler.
Phương pháp phân tích bằng thiết bị thường có yêu cầu hợp lý về giá thành, đồng thời mang lại năng suất cao và tính khách quan Các thiết bị này được phát triển nhằm thay thế các phương pháp phân tích cảm quan, giúp cải thiện độ chính xác trong đo lường cấu trúc.
Trong thí nghiệm Warner Bratzler, dao cắt chữ V được sử dụng để cắt xuyên qua mẫu, giúp đánh giá độ nhớt và độ mềm của thịt và cá Thí nghiệm này cũng cung cấp thông tin về độ cứng giòn của xúc xích, cũng như đặc tính nhai của bánh và sản phẩm từ bột.
❖ Dao thẳng chủ yếu được sử dụng cho các mẫu thử hình tam giác và dao có khía dùng cho các mẫu tròn như xúc xích
❖ Bởi vì khả năng tái sử dụng cao của kết quả nên thí nghiệm đang được sử dụng rất rộng rãi
❖ Dụng cụ làm bằng nhôm và thép không rỉ, dễ dàng vệ sinh khi thực hiện xong thí nghiệm
❖ Dao cắt có khả năng thay thế được Đặc điểm của lưỡi cắt Warner-Bratzler bao gồm:
✓ Lưỡi dao cắt dày 0,04 inches (0,1016 mm)
✓ Lưỡi dao cắt dạng chữ V (góc 60 0 )
✓ Gờ cắt xiên đến nửa vòng tròn
✓ Góc chữ V nên được vát tròn đến 1/4 đường tròn của vòng tròn đường kính 2,363 mm
✓ Miếng đệm cung cấp cho khoảng hờ cho lưỡi dao cắt để trượt xuyên qua mẫu nên dày 2,0828 mm
❖ Vị trí gắn dao là cố định
❖ Lõi giữ tấm thép gồm 1 lõi 25,4 mm và 1 lõi 12,5 mm
Lưỡi dao Warner-Bratzler được làm bằng niken dày khoảng 1mm, với vết khía hình chữ V có góc 60 độ và bán kính 0.5mm ở mép cắt Để giảm lực cắt, tấm thép cần được giữ phẳng Vết khía này giúp xác định lực cắt và được gắn chặt vào thanh dẫn, kết hợp với một cơ cấu hỗ trợ chuyển động và khay hứng gắn vào hệ thống kiểm tra Thiết bị này không chỉ cung cấp vị trí cắt chính xác mà còn kiểm soát mẫu cắt, cho phép thay đổi nhanh chóng các vị trí cắt khác nhau.
2.4 Cơ sở của phương pháp
Phép thử Warner-Bratzler đo lực cắt do dao chữ V tạo ra khi xuyên qua mẫu thử, giúp xác định độ dai và độ bền của sản phẩm.
Dựa vào đặc điểm và hàm lượng protein của nguyên liệu, cũng như khả năng tạo gel và cấu trúc, chúng ta có thể xác định cấu trúc sản phẩm thông qua các liên kết trong thành phần.
2.6 Ưu, nhược điểm của phương pháp
Ưu điểm của phương pháp này là dễ thực hiện và nhanh chóng, với thao tác đơn giản Người dùng có thể dễ dàng điều chỉnh việc cắt mẫu trong quá trình thí nghiệm Hơn nữa, các quá trình đo lường được liên kết chặt chẽ, đảm bảo tính ổn định và cung cấp dữ liệu đáng tin cậy.
❖ Nhược điểm: Yêu cầu về kĩ năng thực hành tốt, lõi trục phải điều chỉnh thẳng hàng với thớ thịt, có phạm vi ứng lực nhỏ (20 – 100N)
2.7 Phạm vi ứng dụng của phương pháp
❖ Thịt tươi hoặc bắp thịt đã nấu chín
❖ Thịt bò, cừu, thịt heo, thịt gia cầm
3 loại xúc xích (mỗi loại 3 cây) gồm:
✓ Loại xúc xích 40g, chiều dài khoảng 20 cm, đường kính 20 mm
✓ Loại xúc xích 40g, chiều dài khoảng 20 cm, đường kính 20 mm
✓ Loại xúc xích 40g, chiều dài khoảng 20 cm, đường kính 20 mm
❖ Xúc xích là 1 sản phẩm phổ biến và đa dạng về sản phẩm
Chuẩn bị mẫu có kích thước và chu vi bằng nhau Gồm có 3 mẫu đồng nhất với nhau để phục vụ cho việc so sánh
Ba mẫu xúc xích có chiều dài bằng nhau là 2 cm được sử dụng để đo độ dai (độ vững chắc) của sản phẩm Chiều dài của mẫu xúc xích cần được đảm bảo đủ lớn nhằm hạn chế sai số trong quá trình đo lường.
Khi thực hiện cắt mẫu, cần chuẩn bị mẫu có chiều dài lớn hơn chiều dài khe để tránh tình trạng mẫu bị trượt ra ngoài lưỡi cắt Đồng thời, hình dáng của mẫu phải được giữ nguyên vẹn tại phần tiết diện mà lưỡi cắt đi qua.
Mẫu xúc xích ban đầu:
Mẫu xúc xích sau khi cắt:
3.2 Đặc điểm chung của các mẫu
❖ Tính chất vật lý: Ba loại xúc xích trên đều có chung tính chất là mềm, đàn hồi
✓ Là hệ nhũ tương của protein (thịt, đậu nành,…) và tinh bột
Hàm lượng protein cao từ thịt và đậu nành trong sản phẩm giúp cải thiện cấu trúc và tính năng của nhũ tương, đồng thời có khả năng giữ nước và chất béo hiệu quả Việc thêm tinh bột vào sản phẩm không chỉ tạo độ đặc, độ dai, độ dính, độ xốp và độ trong cần thiết mà còn liên kết với protein, mang lại độ đàn hồi đặc trưng cho xúc xích.
Trong quá trình chế biến, tinh bột và protein được phân giải thành các chất đơn giản dễ hấp thụ cho cơ thể Mỡ trong nguyên liệu sẽ bị phân hủy do nhiệt độ, tạo thành glycerine và acid béo, giúp xúc xích có mùi thơm và độ bóng đẹp Ngoài ra, màu bổ sung cũng được sử dụng để tạo màu cho sản phẩm xúc xích.
3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả
Độ dày của lưỡi dao và khoảng rộng giữa lưỡi dao và cái đe là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến lực cắt Cụ thể, lực cắt sẽ tăng khi độ dày lưỡi dao tăng, trong khi đó, lực cắt sẽ giảm khi khoảng rộng giữa lưỡi dao và cái đe tăng Bên cạnh đó, tốc độ thực hiện phép thử cũng có tác động khác nhau đến lực cắt, lực gây vỡ và các thông số khác trong quá trình đo.
Độ dài và đường kính của mẫu ảnh hưởng đáng kể đến kết quả đo Nếu mẫu quá ngắn, việc cố định sẽ trở nên khó khăn, gây ra lệch mẫu và dẫn đến sai số trong quá trình đo.
Có nhiều loại lưỡi dao cắt với kích thước khác nhau, vì vậy cần phải chuẩn hóa chúng để tránh sai số trong quá trình thực hiện tại các phòng thí nghiệm.
❖ Lưỡi dao dễ bị ăn mòn theo thời gian, cũng một phần ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm
❖ Lắp lưỡi dao vào đầu đo, cố định
❖ Mở phần mềm đo, tiến hành tạo các folder lưu dữ liệu, điều chỉnh các thông số trong quá trình đo như vận tốc dao, đường kính của mẫu
❖ Đặt các thông số trong quá trình cắt như sau:
✓ Vận tốc của dao (Control → Test → Rate): v = 5 mm/s
✓ Chiều sâu cắt đứt mẫu (Control → Test → End of test): h = 3cm
Dụng cụ đo có lưỡi cắt cố định bằng niken, dày khoảng 1 mm, với vết khía hình chữ V Góc cắt đạt 60 độ và bán kính 0,5 mm tại mép cắt.
4 Kết quả và thảo luận
PHƯƠNG PHÁP NÉN KRAMER
Phương pháp nén Kramer
Bộ thí nghiệm xé Kramer mô phỏng hành vi nhai thức ăn, cung cấp thông tin quan trọng về đặc tính nhai, độ giòn và độ cứng của sản phẩm Thiết bị này được ứng dụng rộng rãi cho các sản phẩm từ thịt và cá, giúp đánh giá chất lượng và cảm nhận của người tiêu dùng.
62 trái cây có kích thước nhỏ và rau củ cũng như ngũ cốc và thực phẩm ăn vặt như snack khoai tây chiên
Năm lưỡi cắt hoạt động với tốc độ không đổi, nén và cắt mẫu thử trước khi đẩy chúng qua khe Thí nghiệm được thực hiện với một số lượng mẫu thử xác định, cho phép nhiều lưỡi dao tác động đồng thời lên nhiều vị trí Phương pháp này giúp bù trừ độ chênh lệch về cấu trúc một cách hiệu quả.
❖ Cấu trúc bằng nhôm chống ăn mòn và dễ vệ sinh
❖ Các lá thép cắt được gắn vào các trục cho phép chuyển động giảm lực ma sát
❖ Đỉnh các ô mở để thực phẩm đùn ra hai bên lá thép (blades)
❖ Sử dụng giá đỡ và khay nâng chuyển
Hình 3.2 Dụng cụ, thiết bị trong phương pháp nén Kramer
Bộ phận xác định lực nén Kramer bao gồm nhiều lá kim loại được gắn cố định, giúp xác định lực nén liên quan đến độ chắc của sản phẩm Thiết bị này chủ yếu được sử dụng cho các sản phẩm rau quả, nhưng cũng có thể áp dụng để đánh giá chất lượng của các sản phẩm thịt.
Bộ phận này bao gồm 10 lá thép dày 3 mm, được thiết kế để giữ mẫu thực phẩm Phần dưới của bộ phận chứa mẫu và hướng các lá thép xuống đáy Mỗi lá thép có bề rộng 70 mm, giúp cắt mẫu hiệu quả.
Khi các tấm thép của bộ phận đo lực nén của Kramer di chuyển xuống mẫu vật để nén sản phẩm, quá trình phá hủy diễn ra liên tục cho đến khi thực phẩm bị đùn ra giữa các lá thép và rơi xuống đáy bộ phận Khi các lá thép gần đến vị trí cắt mẫu, lực nén tại các thời điểm khác nhau (nén, đùn, biến dạng) cung cấp thông tin quan trọng về cấu trúc của thực phẩm.
Có 2 lực sinh ra trong quá trình thí nghiệm, đó là:
❖ Lực của đầu dò nén chắt, cắt ép mẫu
❖ Khi đầu dò tiếp xúc mẫu, mẫu cũng đồng thời chịu nén, sinh ra một ứng suất tác động ngược lại đầu dò → sản phẩm có tính giòn
2.6 Ưu, nhược điểm của phương pháp
✓ Đơn giản, cho kết quả nhanh chóng
✓ Chính xác, độ tin cậy cao
✓ Có thể kết hợp với các thiết bị như máy vi tính để xử lý số liệu và vẽ đồ thị
✓ Thiết bị không có khả năng liên quan hay dự đoán tính chất cảm quan
✓ Thiết bị không có khả năng đo cùng 1 lúc nhiều thuộc tính của 1 sản phẩm như đánh giá cảm quan
2.7 Phạm vi áp dụng của phương pháp
❖ Táo, đào,đậu, dứa và những loại quả khác
❖ Bắp, đậu, cà chua, carot, và các loại rau khác
❖ Rau quả tươi chế biến (chiên, sấy,…).
Các thức tiến hành
Việc chuẩn bị mẫu snack cần phải được thực hiện một cách nhanh chóng và chính xác để ngăn ngừa tình trạng hút ẩm, điều này không chỉ ảnh hưởng đến độ giòn của sản phẩm mà còn tác động đến kết quả của các thí nghiệm.
❖ Mẫu chuẩn bị không được quá nhỏ vì khi mẫu quá nhỏ sẽ lọt trực tiếp qua khe của hộp chứa mẫu
❖ Mẫu để trong hộp chứa có độ cao h = 2 cm
❖ 3 mẫu thí nghiệm: Snack O’star, Poca (dạng tròn, mảnh); Piattos (dạng lục giác)
❖ Chọn bộ thiết bị cho phương pháp cắt Kramer và gắn vào máy (gồm hộp chứa mẫu và đầu dò gồm 5 lưỡi cắt)
❖ Mở chương trình BLUEHILL và đặt c ác thông số:
✓ Vận tốc hệ dao: 5 mm/s
❖ Tiến hành đo và thu thập số liệu trên 3 mẫu khác nhau, mỗi mẫu thực hiện 3 lần
Lưu ý: Đầu dò nên đặt vào bên trong hộp chứa mẫu rồi mới tiến hành thí nghiệm
4 Kết quả và thảo luận
PHƯƠNG PHÁP ÉP ĐÙN
Các lực sinh ra trong thí nghiệm
❖ Hình a: Đầu dò đi xuống và bắt đầu tiếp xúc với bề mặt thực phẩm, tại đây giá trị ứng suất nhỏ
Đầu dò thâm nhập vào thực phẩm, tạo ra hai loại ứng suất: một là ứng suất từ đáy hộp chứa mẫu tác động trở lại đầu dò, và hai là ứng suất trượt do các lớp chất lỏng trượt lên nhau.
❖ Hình c: Thực phẩm bị ép qua các khe hở giữa thành hộp và đầu dò
❖ Cùng với đó còn có lực nhấc lên của đầu dò, do có một phần thực phẩm bám lên đầu dò.
Lý do chọn mẫu
Cấu trúc là yếu tố quyết định chất lượng sản phẩm, đặc biệt là sữa chua, loại thực phẩm phổ biến với giá trị dinh dưỡng cao Do nhu cầu ngày càng tăng về chất lượng, độ đặc của sữa chua trở thành một yêu cầu quan trọng.
Sữa chua chứa các thành phần chính như casein và bột whey, cùng với các chất ổn định như gelatin và caragenan để ngăn ngừa hiện tượng tách lớp và tăng độ sánh, đồng đều Hàm lượng casein càng cao thì sản phẩm càng đặc, trong khi pectin và caragenan đóng vai trò tạo bộ khung đỡ, giúp sữa chua đông đặc hơn.
Hình 4.2 Giản đồ phương pháp ép đùn
Trong bài viết này, nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát ba loại sản phẩm sữa chua khác nhau, do sản phẩm này dễ dàng tìm thấy trên thị trường Việt Nam và đáp ứng các yếu tố quyết định độ đặc của sữa chua.
Hình 4.3 Các mẫu sữa chua dùng trong thí nghiệm
Phương pháp ép đùn
2.1 Giới thiệu phương pháp ép đùn
Phép thử nén ép là quá trình sử dụng hai lực tác dụng lên thực phẩm cho đến khi thực phẩm chảy qua khe thoát Trong quá trình này, thực phẩm sẽ bị nén cho đến khi cấu trúc của nó bị gãy và hư hỏng, sau đó được đẩy ra qua khe thoát.
Chúng ta sẽ đo lực lớn nhất cần thiết để đạt tới sự ép và sử dụng làm chỉ số chất lượng cấu trúc thực phẩm
Thực phẩm được đặt trong cốc kim loại chắc chắn, không có nắp Pittong với đường kính nhỏ hơn xilanh sẽ được đẩy xuống hộp, cho phép thực phẩm chảy qua khoảng trống giữa pittong và thành hộp.
2.2 Cơ sở của phép đo
Phép đo này xác định lực lớn nhất cần thiết cho quá trình ép đùn, phù hợp với các chất lỏng nhớt, gel và chất béo Tuy nhiên, nó không thích hợp cho việc đo các sản phẩm như bánh mì, bánh quy, ngũ cốc và kẹo do tính chảy của sản phẩm trong quá trình nén.
❖ Đoạn AB, thực phẩm chịu ép ngày càng chặt
Trong đoạn BC, thực phẩm bị nén chặt thành dạng rắn, dẫn đến sự gia tăng mạnh mẽ của lực đo Khi không còn khoảng trống để nén thêm, chỉ còn lại những túi khí nhỏ, lực chống lại lực tác dụng tăng đột ngột.
Tại điểm C, sản phẩm bắt đầu chảy ra qua các khe thoát, và quá trình này tiếp diễn cho đến khi lực đo đạt giá trị 0 Lực tại điểm C thể hiện mức lực cần thiết để thực hiện quá trình ép đùn sản phẩm, trong khi đoạn CD cho biết lực cần thiết để kéo dài quá trình ép đùn.
Hình dạng đường cong trong phép đo ép đùn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm độ đặc của sản phẩm, kích cỡ, tốc độ biến dạng, nhiệt độ mẫu và mức độ đồng nhất của thực phẩm cần thiết.
2.4 Ưu, nhược điểm của phương pháp
✓ Phương pháp đơn giản, dễ dàng tiến hành khảo sát, cho kết quả nhanh chóng với độ tin cậy cao
✓ Kết hợp với máy tính để chạy file nên có thể thay đổi các thông số theo ý muốn, xuất kết quả dễ dàng
✓ Lực cần để ép ban đầu không phụ thuộc vào khối lượng của mẫu
✓ Vệ sinh dụng cụ sau mỗi lần sử dụng dụng cụ cũng đơn giản
✓ Chỉ đo được 1 thuộc tính trong 1 lần thí nghiệm
✓ Xylanh đi xuống phải ở vị trí chính giữa bộ phận chứa mẫu ép để bề rộng khe hở quanh chu vi cố định
❖ Số lượng: 3 mẫu khác nhau, mỗi mẫu thực hiện 2 lần
❖ Tên mẫu: sữa chua Ba Vì, sữa chua Love’in farm, sữa chua vinamilk
❖ Nhiệt độ khi tiến hành khoảng 23 o C
❖ Trước khi tiến hành, đánh trộn đều sản phẩm tạo sự đồng nhất và tránh sự tạo đông đá
❖ Mở máy vi tính đã liên kết với thiết bị INSTRON sau đó chạy chương trình BLUEHILL
❖ Kiểm tra máy, chọn dụng cụ (đầu dò, hộp chứa mẫu) phù hợp với phương pháp đo
❖ Cho sữa chua vào hộp đến mức yêu cầu đã vạch định trước
❖ Lắp đầu dò và hộp chứa mẫu vào thiết bị đo
❖ Điều chỉnh đầu dò cho tiếp xúc với bề mặt của mẫu
❖ Điều chỉnh các thông số để thiết lập chế độ khảo sát:
✓ Vận tốc đi xuống và đi lên: 5 mm/s
✓ Đường kính đầu dò: 41 mm
