مقدمة
بينما يُستخدم التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) في المقام الأول لتحليل المواد البوليمرية، يمكن أيضًا تطبيق هذه التقنية على مجموعة واسعة من المجالات الأخرى. ويشمل ذلك تطبيقات متنوعة في صناعة الأغذية والمشروبات - على سبيل المثال، تحليل تركيبات الدببة الصمغية، كما أوضح موتشا وآخرون [1]. وعلى الصعيد الصناعي، غالبًا ما يُستخدم التوصيف الميكانيكي لتقييم جودة المنتج واتساقه في مجال الأغذية. جهاز DMA 303 303 Eplexor®® هو جهاز مكتبي متعدد الاستخدامات قادر على القياس في نطاق درجة حرارة يتراوح بين -170 درجة مئوية و800 درجة مئوية (-274 درجة فهرنهايت إلى 1472 درجة فهرنهايت) بقوة إجمالية تبلغ 50 نيوتن (ثابت بالإضافة إلى ديناميكي)، مما يجعله مناسبًا تمامًا لمثل هذه التطبيقات.
سيخبرك كل شخص يطلب شريحة لحم بالطريقة الصحيحة والخاطئة التي يجب طهيها بها. المشكلة هي أن كل شخص تسأله سيكون لديه إجابة مختلفة. عندما يتعلق الأمر بشريحة لحم جيدة، عادة ما يكون هناك متغيران رئيسيان: الطراوة والعصارة. الطراوة هي في الأساس خاصية ميكانيكية تصف مدى طراوة اللحم وطراوته. ويعتمد مدى طراوة شريحة اللحم على محتوى الدهون وتوزيعها وعملية التعتيق وكيفية طهيها. فيما يتعلق بالنضج، فإن درجات الحرارة الداخلية لشريحة اللحم هي 125 درجة فهرنهايت (52 درجة مئوية) للستيك النادر، و130-135 درجة فهرنهايت (54-57 درجة مئوية) للستيك النادر medium النادر، و135-140 درجة فهرنهايت (57-60 درجة مئوية) للستيك medium ، و140-150 درجة فهرنهايت (60-66 درجة مئوية) للستيك المتوسط النضج و155 درجة فهرنهايت (68 درجة مئوية) أو أعلى للستيك المطهو جيدًا [2]. بينما يعلم الجميع أنه كلما طالت مدة طهي شريحة اللحم، كلما كانت أكثر صلابة، كيف نقيس ذلك فعليًا؟ هل من الممكن إجراء تقييم كمي لمدى طراوة شريحة اللحم خلال عملية الطهي؟
إلى جانب وقت الطهي البسيط، هناك العديد من العوامل الأخرى التي تؤثر على جودة الطبق النهائي. عادةً ما تأتي القطع الأغلى ثمناً من مناطق ذات عضلات أقل طراوة، مما يؤدي إلى تحسين الطراوة. بالإضافة إلى ذلك، يلعب محتوى الدهون في اللحم دوراً مهماً. تؤدي زيادة الرخام إلى الحصول على لحم أكثر طراوة وعصارة بينما القطع الأقل دهونًا تحتوي على كثافة ألياف عضلية أكبر مع المزيد من البروتين ولكنها في المجمل منتج أكثر صلابة.
ولتحديد الخواص الديناميكية الميكانيكية الديناميكية لعينات شرائح اللحم، اخترنا دراسة قطعة غير مكلفة نسبيًا تسمى "شريحة لحم التنورة" المعروفة بمحتواها العالي من الألياف العضلية.
كان لدينا هدفان أساسيان
أ) معرفة مدى تأثير درجة الحرارة الداخلية على الخواص الميكانيكية، و
ب) كيف تؤثر محاذاة الألياف على إدراك الطراوة. وبعيدًا عن الفضول العلمي، فإن مثل هذه البيانات مهمة لمراقبة الجودة، وللصناعات الجديدة التي تصمم بدائل/بدائل اللحوم.
تحقيق DMA في النضج
تم إنتاج عينات من شريحة لحم التنورة النيئة (قطرها 13 مم وارتفاعها 6 مم) للقياس، الشكل 1 أ). تم قياس العينات في حالة الانضغاط لمحاكاة أفضل طريقة لمحاكاة كيفية إدراك العينة أثناء المضغ. تم إدخال المزدوجة الحرارية لجهاز DMA مباشرةً في النقطة المركزية للعينة لقياس درجة الحرارة الداخلية، الشكل 1ب). استُخدمت قوة تلامس قدرها 1.0 نيوتن لتسطيح العينة في البداية وضمان وجود منطقة تلامس متساوية مع قضيب الدفع. تم تطبيق سعة ديناميكية مقدارها 20 ميكرومتر بعامل تناسبي 1.1 عبر نطاق درجة الحرارة من 30-80 درجة مئوية باستخدام معدل حرارة 1 كلفن/دقيقة (إجمالي وقت تشغيل 55 دقيقة). تظهر العينة المطبوخة بالكامل بعد الاختبار في الشكل 1ج).
نتائج القياس
وتظهر نتائج اختبار الانضغاط في الشكل 2) وملخصًا لمعامل التخزين في الجدول 1). يرتبط معامل التخزين (E') بقدرة المادة على تخزين الطاقة بمرونة. أثناء الطهي، عادةً ما يزداد معامل التخزين (E') عندما تصبح شريحة اللحم أكثر صلابة ومضغًا. ويصف معامل الفقد (E) تبديد المادة للطاقة، عادةً من خلال الاحتكاك الداخلي والسلوك اللزج. يشير ارتفاع معامل الفقد (E) إلى أن شريحة اللحم تبدد المزيد من الطاقة أثناء التشوه عن طريق المضغ. وترتبط قيم E'' و E'' بالتغيرات الهيكلية التي تحدث أثناء عملية الطهي: تنقبض الألياف العضلية وتفقد الماء، مما يؤدي إلى زيادة صلابة القوام وزيادة الاحتكاك الداخلي.
الجدول 1: المعامل المطلق والزيادة في الخواص الميكانيكية لأقراص شرائح اللحم المفروم فيما يتعلق بدرجة الحرارة الداخلية والنضج
| النضج | درجة الحرارة الداخلية (درجة مئوية) | |E| (ميجا باسكال) | زيادة المعامل مقارنة بالخام |
|---|---|---|---|
| خام (أزرق نادر) | 45 | 0.27 | 1.0 |
| نادر | 52 | 0.41 | 1.5 |
| Medium-نادر | 56 | 0.72 | 2.6 |
| Medium | 58 | 0.86 | 3.2 |
| Medium-حسنا | 62 | 1.20 | 4.4 |
| تم إنجازه بشكل جيد | 72 | 3.74 | 12.7 |
ولذلك، فإن الهدف من عملية الطهي هو الحصول على قيم معتدلة لكل من E' و E" حيث تكون شريحة اللحم منظمة ومطاطية بشكل لطيف ولكنها تظل طرية. في حالة استمرار عملية الطهي إلى ما بعد نقطة نضج اللحم جيدًا (غير موضح هنا)، يذوب الكولاجين ويتحول إلى جيلاتين وترتخي الألياف العضلية، مما يقلل من الاحتكاك ويتسبب في انخفاض E".
عامل التخميد (يُشار إليه بـ tan δ) هو نسبة E" على E" ويصف مدى مرونة أو لزوجة المادة. يكون مقدار E' أكبر بكثير من E' مما يشير إلى أن المادة تتصرف في الغالب بشكل مرن وتصبح أكثر صلابة مع زيادة درجة الحرارة. ومن المثير للاهتمام أن عامل التخميد ينخفض في البداية ثم يزداد مرة أخرى، مما يشير إلى أنه أثناء عملية الطهي تؤدي درجات الحرارة المختلفة إلى تغيرات طفيفة في خصائص التخميد. ونظرًا لأن فقدان الرطوبة وتقديم الدهون يحدثان في وقت واحد أثناء الطهي، فإن هذا التأثير ليس غير متوقع.
وتصف القيمة المطلقة للمعامل المركب |E| القيمة المطلقة للمعامل المركب |E| المقاومة الكلية للمادة للتشوه تحت الإجهاد التذبذبي وتجمع بين مكوناتها اللزوجة والمرونة. يلخص الجدول 1 كيف تتغير هذه الخاصية مع درجة الحرارة الداخلية. تحتوي شريحة اللحم الناضجة على معامل انضغاط أعلى بمقدار 1.5 ضعف عند مقارنتها بالنيئة، بينما تحتوي شريحة اللحم المطهوة جيدًا على معامل أعلى بمقدار 12.7 ضعف. تشير هذه النتيجة إلى وجود علاقة غير خطية بين الطراوة ودرجة الحرارة الداخلية.
تأثير الألياف على الطراوة
لا يؤثر النضج وحده على مدى طراوة شريحة اللحم النهائية. تُعد شريحة لحم التنورة قطعة لحم غير مكلفة نسبيًا من اللحم المأخوذة من صفيحة وحجاب البقرة، وهي معروفة بكونها هزيلة وذات كثافة عالية من الألياف العضلية. لذلك، تلعب طريقة تقطيع شريحة اللحم وتقديمها دوراً large في مدى طراوتها. وقد اختبرنا هنا قطعًا مطبوخة من شريحة لحم التنورة في وضع الشد، وقمنا بتقطيعها إما على طول الألياف العضلية أو عكس الألياف، وتظهر النتيجة في الشكل 3. من الشكل 3، يمكن ملاحظة أن العينة المقطوعة بمحاذاة الألياف العضلية (الخط البرتقالي) تتمتع بمعامل شد مطلق أعلى بمقدار 6.7 أضعاف من تلك المقطوعة بشكل عمودي على اتجاه الألياف (الخط الأزرق). وترتبط هذه الزيادة في معامل الشد المطلق بكون اللحم أقل طراوة. ولذلك، فإن التقنية البسيطة المتمثلة في تقطيع شرائح اللحم المطبوخة إلى شرائح رقيقة عكس اتجاه الألياف ينتج عنها لحم أكثر طراوة بشكل ملحوظ.
الملخص
يوفر جهاز DMA 303 Eplexor® نطاقًا واسعًا من التردد والقوة ودرجة الحرارة، مما يجعله أداة مثالية للقياسات الديناميكية الميكانيكية عبر مجموعة واسعة من مجالات التطبيق. وقد وصفنا هنا قدرة الأداة على القياس الدقيق لطراوة قطعة من شريحة لحم في حالة الضغط لمحاكاة المضغ وفي حالة الشد للتحقق من تأثير اتجاه الألياف العضلية.
يمكن استخدام جهاز DMA 303 Eplexor® ليس فقط لتوصيف اللحوم، ولكن أيضًا في العديد من أنواع العينات الأخرى في صناعات الأغذية والمشروبات. يمكن استخدام نتائج مثل هذه النتائج عند تصميم بدائل اللحوم النباتية من أجل محاكاة المنتج التقليدي على أفضل وجه.