Vật Lý Của Khối Lượng Riêng Xốp: Khối Lượng, Thể Tích và Tỷ Trọng
Trong nhiệt động lực học cổ điển và cơ học chất lưu, khối lượng riêng được xác định bằng khối lượng chia cho thể tích. Tuy nhiên, trong khoa học thực phẩm, các loại bột khô và hạt mịn phát sinh hiện tượng khối lượng riêng xốp (bulk density), nơi thể tích vĩ mô bao gồm cả phần hạt rắn và các túi khí kẽ hạt bị giữ lại.
Khối lượng riêng thực đo khối lượng của một chất chia cho thể tích hạt rắn đặc hoàn toàn, loại trừ mọi lỗ xốp và khoảng trống kẽ hạt. Khối lượng riêng xốp (tính bằng g/ml hoặc kg/m³) đo toàn bộ thể tích vĩ mô mà khối bột chiếm giữ. Trong khi tinh thể natri clorua nguyên chất có khối lượng riêng thực là 2,16 g/ml, muối ăn tinh thể mịn chỉ có khối lượng riêng xốp khoảng 1,22 g/ml do các khoảng trống chứa khí.
Tỷ trọng xốp là tỷ số không thứ nguyên giữa khối lượng riêng xốp của nguyên liệu so với khối lượng riêng của nước cất tinh khiết ở 4 °C (1,000 g/ml). Các nguyên liệu đặc chắc như muối tinh (1,22) và mật ong nguyên chất (1,42) chìm nhanh trong nước, trong khi bột mì tơi xốp (0,53) và bột ca cao (0,42) nổi trên bề mặt cho đến khi sức căng bề mặt và độ ẩm phá vỡ liên kết hạt.
Tỷ lệ kẽ rỗng (độ xốp, ε) biểu thị phần trăm tổng thể tích bị chiếm giữ bởi các túi khí giữa các hạt rắn. Đối với các hạt cầu đồng đều xếp lỏng ngẫu nhiên, độ xốp thường dao động từ 36% đến 40%. Đối với bột mì xay xát thô bất đối xứng, thể tích kẽ rỗng có thể vượt quá 55%, đồng nghĩa với việc hơn một nửa thể tích trong cốc đong không nén chỉ toàn là không khí.
Hình thái hình học của hạt thực phẩm quyết định khả năng tự sắp xếp chặt chẽ của chúng. Đường cát trắng kết tinh gồm các khối đa diện nhẵn bóng dễ trượt vào các vị trí ổn định. Ngược lại, cám lúa mì dạng sợi và hạt tinh bột gồ ghề tạo ra ma sát bề mặt lớn và hiện tượng móc ngoặc cơ học, chống lại việc nén chặt trừ khi được truyền động năng rung cơ học.