Summary Engineering Properties
,Contents
1 Physical Attributes 6
Chapter Aim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1 Size of Biological Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.1 Why Several Dimensions Are Needed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.2 Methods to Measure Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 Shape and Shape Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.1 Shape Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.2 Sphericity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.3 Shape Signature and Fourier Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.4 Fractal Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.1 Platform Scale Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.2 Pycnometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.3 Burette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.4 Air Comparison Pycnometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4 Surface Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.5 Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.5.1 Bulk Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.6 Porosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.7 Particle Size Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.8 Radius of Curvature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.9 Regression Between Physical Attributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.10 Sorting by Size, Shape and Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.10.1 Sieving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.10.2 Cylinder, Disk and Spiral Separators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.10.3 Density Separation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.10.4 Fruit and Vegetable Sizers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.11 What You Should Know . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.12 Professor's Example Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.13 Professor's Re
ection Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Key Takeaways . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 Moisture Relationships 16
2.1 Core Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2 Moisture Measurement Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3 Water Activity and EMC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.1 The Sorption Isotherm and Its Three Zones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.2 EMC Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.3 Measuring EMC and Water Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.4 Why Water Activity Matters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.4 Water Potential, Turgor and Freezing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.5 Why Cherries Crack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1
, 2.6 Solved Exercise: Moisture Relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.7 What You Should Know . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3 Structure 22
3.1 Building Blocks of Biological Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2 Cell Walls and Membranes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.3 Plant Tissues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3.1 Epidermis, Cuticle and Surface Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3.2 Ground Tissue: Parenchyma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3.3 Support Tissue: Collenchyma and Sclerenchyma . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3.4 Vascular Tissue: Xylem and Phloem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3.5 Meristematic Tissue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.4 Fruit Texture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.5 Grains and Seeds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.5.1 Corn Kernel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.5.2 Wheat Kernel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.5.3 Rice Kernel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.5.4 Soybean . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.6 Meat Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.6.1 Muscle Tissue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.6.2 Connective and Fat Tissue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.6.3 Muscle Contraction Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.6.4 Post-Mortem Changes and Rigor Mortis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.6.5 Eect of pH: DFD and PSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.6.6 Tenderness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.7 Eggs and Bread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.8 What You Should Know . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.9 Professor's Example Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4 Mechanical Properties of Solids 30
4.1 Basic Mechanical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.2 Testing Machine, Load Cell and Wheatstone Bridge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.3 Shear and Bulk Deformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.4 Stress-Strain Behaviour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.4.1 Engineering and True Stress/Strain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.5 Measurement Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.5.1 Uniaxial Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.5.2 Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.5.3 Bending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.5.4 Puncture and Penetration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.5.5 Acoustic and Vibration Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.5.6 Stiness, Dynamic Stiness and Firmness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.5.7 Egg Shell Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.6 Cell-Based Interpretation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.7 Hertz Contact Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.7.1 Using Hertz Theory in Practice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.8 What You Should Know . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.9 Professor's Example Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2
, 5 Mechanical Damage 39
5.1 Failure Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.2 Failure Criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.3 Apple Tissue Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.4 Static Stacking Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.5 Impact Damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.5.1 Using Impact and Contact Formulas in Practice . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.6 Grain and Seed Damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.7 What You Should Know . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.8 Professor's Example Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
6 Rheological Properties of Liquid Foods 44
6.1 Why Rheology Matters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
6.2 Viscosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
6.3 Types of Fluids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.3.1 Time-Independent Fluids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.3.2 Time-Dependent Fluids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6.4 Factors Aecting Fruit Juice Viscosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.5 Viscoelasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.6 Measurement Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.6.1 Capillary Viscometers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.6.2 Falling-Sphere Viscometers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
6.6.3 Rotational Viscometers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.6.4 Rheometer: Rotation and Oscillation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.6.5 Oscillatory Small-Strain Rheometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.6.6 Contactless Rheology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.7 Application: Process Control in Cheese Making . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.8 What You Should Know . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6.9 Professor's Example Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
7 Aerodynamic Properties 56
7.1 Force Fields for Sorting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
7.2 Drag Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
7.3 Types of Drag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
7.4 Drag Coe
cient and Reynolds Number . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
7.5 Shape Factor and Non-Spherical Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
7.5.1 Regular Compact Shapes: Sphericity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
7.5.2 Elongated Shapes: Aspect Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
7.5.3 Irregular Shapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
7.6 Terminal Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
7.6.1 Experimental Determination of Terminal Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . 60
7.7 Application: Separation of Crop Fractions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
7.8 What You Should Know . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
7.9 Professor's Example Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
8 Mechanical Properties of Porous Biomaterials 63
8.1 Compression Phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
8.2 Particle Movement Versus Particle Compression: the Cauchy Number . . . . . . . . 64
8.3 Design of Balers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
8.4 Bulk Compression Modelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
8.4.1 Purpose and Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
8.4.2 Material Classi
cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
8.4.3 Boltzmann Superposition Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3
,Contents
1 Physical Attributes 6
Chapter Aim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1 Size of Biological Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.1 Why Several Dimensions Are Needed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.2 Methods to Measure Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 Shape and Shape Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.1 Shape Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.2 Sphericity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.3 Shape Signature and Fourier Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.4 Fractal Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.1 Platform Scale Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.2 Pycnometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.3 Burette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.4 Air Comparison Pycnometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4 Surface Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.5 Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.5.1 Bulk Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.6 Porosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.7 Particle Size Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.8 Radius of Curvature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.9 Regression Between Physical Attributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.10 Sorting by Size, Shape and Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.10.1 Sieving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.10.2 Cylinder, Disk and Spiral Separators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.10.3 Density Separation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.10.4 Fruit and Vegetable Sizers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.11 What You Should Know . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.12 Professor's Example Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.13 Professor's Re
ection Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Key Takeaways . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 Moisture Relationships 16
2.1 Core Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2 Moisture Measurement Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3 Water Activity and EMC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.1 The Sorption Isotherm and Its Three Zones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.2 EMC Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.3 Measuring EMC and Water Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.4 Why Water Activity Matters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.4 Water Potential, Turgor and Freezing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.5 Why Cherries Crack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
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, 2.6 Solved Exercise: Moisture Relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.7 What You Should Know . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3 Structure 22
3.1 Building Blocks of Biological Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2 Cell Walls and Membranes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.3 Plant Tissues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3.1 Epidermis, Cuticle and Surface Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3.2 Ground Tissue: Parenchyma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3.3 Support Tissue: Collenchyma and Sclerenchyma . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3.4 Vascular Tissue: Xylem and Phloem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3.5 Meristematic Tissue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.4 Fruit Texture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.5 Grains and Seeds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.5.1 Corn Kernel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.5.2 Wheat Kernel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.5.3 Rice Kernel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.5.4 Soybean . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.6 Meat Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.6.1 Muscle Tissue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.6.2 Connective and Fat Tissue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.6.3 Muscle Contraction Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.6.4 Post-Mortem Changes and Rigor Mortis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.6.5 Eect of pH: DFD and PSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.6.6 Tenderness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.7 Eggs and Bread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.8 What You Should Know . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.9 Professor's Example Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4 Mechanical Properties of Solids 30
4.1 Basic Mechanical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.2 Testing Machine, Load Cell and Wheatstone Bridge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.3 Shear and Bulk Deformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.4 Stress-Strain Behaviour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.4.1 Engineering and True Stress/Strain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.5 Measurement Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.5.1 Uniaxial Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.5.2 Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.5.3 Bending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.5.4 Puncture and Penetration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.5.5 Acoustic and Vibration Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.5.6 Stiness, Dynamic Stiness and Firmness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.5.7 Egg Shell Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.6 Cell-Based Interpretation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.7 Hertz Contact Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.7.1 Using Hertz Theory in Practice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.8 What You Should Know . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.9 Professor's Example Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2
, 5 Mechanical Damage 39
5.1 Failure Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.2 Failure Criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.3 Apple Tissue Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.4 Static Stacking Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.5 Impact Damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.5.1 Using Impact and Contact Formulas in Practice . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.6 Grain and Seed Damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.7 What You Should Know . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.8 Professor's Example Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
6 Rheological Properties of Liquid Foods 44
6.1 Why Rheology Matters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
6.2 Viscosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
6.3 Types of Fluids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.3.1 Time-Independent Fluids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.3.2 Time-Dependent Fluids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6.4 Factors Aecting Fruit Juice Viscosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.5 Viscoelasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.6 Measurement Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.6.1 Capillary Viscometers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.6.2 Falling-Sphere Viscometers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
6.6.3 Rotational Viscometers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.6.4 Rheometer: Rotation and Oscillation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.6.5 Oscillatory Small-Strain Rheometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.6.6 Contactless Rheology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.7 Application: Process Control in Cheese Making . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.8 What You Should Know . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6.9 Professor's Example Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
7 Aerodynamic Properties 56
7.1 Force Fields for Sorting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
7.2 Drag Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
7.3 Types of Drag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
7.4 Drag Coe
cient and Reynolds Number . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
7.5 Shape Factor and Non-Spherical Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
7.5.1 Regular Compact Shapes: Sphericity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
7.5.2 Elongated Shapes: Aspect Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
7.5.3 Irregular Shapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
7.6 Terminal Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
7.6.1 Experimental Determination of Terminal Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . 60
7.7 Application: Separation of Crop Fractions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
7.8 What You Should Know . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
7.9 Professor's Example Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
8 Mechanical Properties of Porous Biomaterials 63
8.1 Compression Phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
8.2 Particle Movement Versus Particle Compression: the Cauchy Number . . . . . . . . 64
8.3 Design of Balers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
8.4 Bulk Compression Modelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
8.4.1 Purpose and Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
8.4.2 Material Classi
cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
8.4.3 Boltzmann Superposition Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3
