Δυναμικο-μηχανικός χαρακτηρισμός τροφίμων - Κατανόηση της τρυφερότητας της μπριζόλας με DMA για το σχεδιασμό εναλλακτικών κρεάτων

Εισαγωγή

Ενώ η Δυναμική Μηχανική Ανάλυση (ΔΜΑ) χρησιμοποιείται κυρίως για την ανάλυση πολυμερών υλικών, η τεχνική μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε ένα ευρύ φάσμα άλλων τομέων. Μεταξύ αυτών περιλαμβάνονται ποικίλες εφαρμογές στη βιομηχανία τροφίμων και ποτών - για παράδειγμα, η ανάλυση των σκευασμάτων των ζαχαρωτών αρκουδιών, όπως έδειξαν οι Mucha et al. [1]. Σε βιομηχανικό επίπεδο, ο μηχανικός χαρακτηρισμός χρησιμοποιείται συχνά για την αξιολόγηση της ποιότητας και της συνοχής των προϊόντων στο χώρο των τροφίμων. Το DMA 303 Eplexor^®® είναι μια ευέλικτη επιτραπέζια συσκευή που μπορεί να μετρά σε εύρος θερμοκρασιών από -170°C έως 800°C (-274°F έως 1472°F) με συνολική δύναμη 50 N (στατική συν δυναμική), καθιστώντας το απόλυτα κατάλληλο για τέτοιες εφαρμογές.

Για κάθε άτομο που παραγγέλνει μια μπριζόλα, θα σας πει τον σωστό και τον λάθος τρόπο με τον οποίο πρέπει να ψηθεί. Το πρόβλημα είναι ότι κάθε άτομο που ρωτάτε θα έχει διαφορετική απάντηση. Όταν πρόκειται για μια καλή μπριζόλα, υπάρχουν συνήθως δύο κύριες μεταβλητές: η τρυφερότητα και η χυμώδης γεύση. Η τρυφερότητα είναι ουσιαστικά μια μηχανική ιδιότητα που περιγράφει πόσο μαλακό και μαστιχωτό είναι το κρέας. Το πόσο ζουμερή είναι η μπριζόλα εξαρτάται από την περιεκτικότητα και την κατανομή του λίπους, τη διαδικασία παλαίωσης και τον τρόπο μαγειρέματος. Όσον αφορά τη νοστιμιά, οι εσωτερικές θερμοκρασίες της μπριζόλας είναι 125°F (52°C) για rare, 130-135°F (54-57°C) για medium-rare, 135-140°F (57-60°C) για medium, 140-150°F (60-66°C) για mediumwell και 155°F (68°C) ή υψηλότερες για well-done [2]. Ενώ όλοι γνωρίζουν ότι όσο περισσότερο ψήνεται η μπριζόλα, τόσο πιο σκληρή θα είναι, πώς το μετράμε αυτό στην πραγματικότητα Είναι δυνατόν να εκτιμήσουμε ποσοτικά πόσο τρυφερή είναι η μπριζόλα κατά τη διάρκεια του μαγειρέματος

Εκτός από τον απλό χρόνο μαγειρέματος, υπάρχουν αρκετοί άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα του τελικού πιάτου. Τα πιο ακριβά κομμάτια προέρχονται συνήθως από περιοχές με λιγότερο καταπονημένους μυς, γεγονός που οδηγεί σε καλύτερη τρυφερότητα. Επιπλέον, η περιεκτικότητα του κρέατος σε λίπος παίζει σημαντικό ρόλο. Η αυξημένη μαρμάρωση οδηγεί σε πιο ζουμερό και τρυφερό κρέας, ενώ τα πιο άπαχα τεμάχια έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα μυϊκών ινών με περισσότερη πρωτεΐνη, αλλά είναι συνολικά πιο σκληρό προϊόν.

Για τον προσδιορισμό των δυναμομηχανικών ιδιοτήτων των δειγμάτων μπριζόλας, επιλέξαμε να διερευνήσουμε ένα σχετικά φθηνό κομμάτι που ονομάζεται "skirt-steak" και είναι γνωστό για την υψηλή περιεκτικότητά του σε μυϊκές ίνες.

Είχαμε δύο πρωταρχικούς στόχους:

α) να δούμε πόσο ακριβώς η εσωτερική θερμοκρασία επηρεάζει τις μηχανικές ιδιότητες και

β) πώς η ευθυγράμμιση των ινών επηρεάζει την αντίληψη της τρυφερότητας. Πέρα από την επιστημονική περιέργεια, δεδομένα όπως αυτό είναι σημαντικά για τον ποιοτικό έλεγχο και για τις νέες βιομηχανίες που σχεδιάζουν εναλλακτικές λύσεις/υποκατάστατα κρέατος.

Διερεύνηση DMA για το Doneness

Δείγματα ακατέργαστης μπριζόλας (διάμετρος 13 mm, ύψος 6 mm) παρήχθησαν για μέτρηση, Εικόνα 1α). Τα δείγματα μετρήθηκαν σε συμπίεση για να προσομοιωθεί καλύτερα ο τρόπος με τον οποίο το δείγμα θα γινόταν αντιληπτό κατά τη μάσηση. Το θερμοστοιχείο του DMA εισήχθη απευθείας στο κεντρικό σημείο του δείγματος για τη μέτρηση της εσωτερικής θερμοκρασίας, Σχήμα 1β). Χρησιμοποιήθηκε μια δύναμη επαφής 1,0 N για να ισοπεδωθεί αρχικά το δείγμα και να εξασφαλιστεί μια ομοιόμορφη επιφάνεια επαφής με τη ράβδο ώθησης. Εφαρμόστηκε δυναμικό πλάτος 20 μm με αναλογικό παράγοντα 1,1 σε όλο το εύρος θερμοκρασιών 30-80°C με χρήση ρυθμού θέρμανσης 1 K/min (συνολικός χρόνος εκτέλεσης 55 λεπτά). Το πλήρως ψημένο δείγμα μετά τη δοκιμή παρουσιάζεται στο Σχήμα 1γ).

Αποτελέσματα μέτρησης

Τα αποτελέσματα των δοκιμών θλίψης παρουσιάζονται στο Σχήμα 2) και συνοψίζονται ως προς τη δοκιμασία στον Πίνακα 1). Το μέτρο αποθήκευσης (E') συσχετίζεται με την ικανότητα του υλικού να αποθηκεύει ελαστικά ενέργεια. Κατά τη διάρκεια του μαγειρέματος, το E' συνήθως αυξάνεται καθώς η μπριζόλα γίνεται πιο σφικτή και μαστιχωτή. Το μέτρο απώλειας (E") περιγράφει την απώλεια ενέργειας του υλικού, συνήθως μέσω της εσωτερικής τριβής και της ιξώδους συμπεριφοράς. Ένα υψηλό E'' υποδηλώνει ότι η μπριζόλα διαχέει περισσότερη ενέργεια κατά την παραμόρφωση με το μάσημα. Οι τιμές των Ε' και Ε" συνδέονται με δομικές αλλαγές που συμβαίνουν κατά τη διαδικασία μαγειρέματος: οι μυϊκές ίνες συστέλλονται και χάνουν νερό, με αποτέλεσμα τόσο μια πιο σταθερή υφή όσο και μια αύξηση της εσωτερικής τριβής.

Πίνακας 1: Το απόλυτο μέτρο ελαστικότητας και η αύξηση των μηχανικών ιδιοτήτων των δίσκων skirt steak σε σχέση με την εσωτερική θερμοκρασία και το βαθμό ψησίματος

Επομένως, ο στόχος της διαδικασίας μαγειρέματος είναι να προκύψουν μέτριες τιμές τόσο του Ε' όσο και του Ε", όπου η μπριζόλα είναι δομημένη και ευχάριστα μαστιχωτή, αλλά παραμένει ζουμερή. Εάν η διαδικασία μαγειρέματος συνεχιστεί πέρα από το σημείο που το κρέας είναι καλά ψημένο (δεν φαίνεται εδώ), το κολλαγόνο λιώνει σε ζελατίνη και οι μυϊκές ίνες χαλαρώνουν, μειώνοντας την τριβή και προκαλώντας πτώση του Ε".

Ο συντελεστής απόσβεσης (συμβολίζεται με tan δ) είναι ο λόγος του E" προς το E' και περιγράφει πόσο ελαστικά ή ιξώδη συμπεριφέρεται το υλικό. Το μέγεθος του Ε' είναι πολύ μεγαλύτερο από το Ε" υποδηλώνοντας ότι το υλικό συμπεριφέρεται κυρίως ελαστικά και γίνεται πιο δύσκαμπτο με την αύξηση της θερμοκρασίας. Είναι ενδιαφέρον ότι ο συντελεστής απόσβεσης αρχικά μειώνεται και στη συνέχεια αυξάνεται και πάλι, γεγονός που υποδηλώνει ότι κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μαγειρέματος οι διαφορετικές θερμοκρασίες έχουν ως αποτέλεσμα μικρές αλλαγές στις ιδιότητες απόσβεσης. Δεδομένου ότι η απώλεια υγρασίας και η απόδοση λίπους συμβαίνουν ταυτόχρονα κατά το μαγείρεμα, το φαινόμενο αυτό δεν είναι απροσδόκητο.

Η απόλυτη τιμή του μιγαδικού συντελεστή |E| περιγράφει τη συνολική αντίσταση ενός υλικού στην παραμόρφωση υπό ταλαντωτική τάση και συνδυάζει τόσο την ιξώδη όσο και την ελαστική του συνιστώσα. Ο πίνακας 1 συνοψίζει πώς ακριβώς μεταβάλλεται αυτή η ιδιότητα με την εσωτερική θερμοκρασία. Μια ψητή μπριζόλα έχει 1,5x υψηλότερο μέτρο θλίψης σε σύγκριση με την ωμή, ενώ μια καλοψημένη έχει 12,7x υψηλότερο μέτρο. Αυτό το αποτέλεσμα υποδεικνύει μια μη γραμμική συσχέτιση της τρυφερότητας και σε σχέση με την εσωτερική θερμοκρασία.

Επίδραση των ινών στην τρυφερότητα

Η ωριμότητα από μόνη της δεν επηρεάζει το πόσο τρυφερή είναι η τελική μπριζόλα. Το skirt steak, που είναι ένα σχετικά φθηνό κομμάτι κρέατος από την πλάκα και το διάφραγμα της αγελάδας, είναι γνωστό ότι είναι άπαχο και έχει υψηλή πυκνότητα μυϊκών ινών. Ως εκ τούτου, ο τρόπος με τον οποίο κόβεται και σερβίρεται η μπριζόλα παίζει large ρόλο στο πόσο τρυφερή είναι. Εδώ, δοκιμάσαμε μαγειρεμένα κομμάτια από skirt steak σε εφελκυσμό, κομμένα είτε κατά μήκος της μυϊκής ίνας είτε ενάντια στην ίνα, το αποτέλεσμα των οποίων παρουσιάζεται στο Σχήμα 3. Από το Σχήμα 3, μπορεί να παρατηρηθεί ότι το δείγμα που κόπηκε σε ευθεία γραμμή με την μυϊκή ίνα (πορτοκαλί γραμμή) έχει 6,7x υψηλότερο απόλυτο μέτρο εφελκυσμού από εκείνα που κόπηκαν κάθετα στον προσανατολισμό της ίνας (μπλε γραμμή). Αυτή η αύξηση του απόλυτου μέτρου εφελκυσμού συσχετίζεται με το κρέας που είναι λιγότερο τρυφερό. Επομένως, η απλή τεχνική της κοπής της μαγειρεμένης μπριζόλας σε λεπτές φέτες κατά τη φορά των ινών οδηγεί σε σημαντικά πιο τρυφερό κρέας.

Περίληψη

Το DMA 303 Eplexor^® προσφέρει ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, δυνάμεων και θερμοκρασιών, γεγονός που το καθιστά ιδανικό όργανο για δυναμικές-μηχανικές μετρήσεις σε ένα ευρύ φάσμα τομέων εφαρμογών. Στο παρόν περιγράψαμε την ικανότητα του οργάνου να μετρά με ακρίβεια την τρυφερότητα ενός κομματιού μπριζόλας τόσο σε συμπίεση για την προσομοίωση της μάσησης όσο και σε τάση για τη διερεύνηση της επιρροής της κατευθυντικότητας των μυϊκών ινών.

Το DMA 303 Eplexor^® μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για τον χαρακτηρισμό του κρέατος, αλλά και για πολλούς άλλους τύπους δειγμάτων στις βιομηχανίες τροφίμων και ποτών. Αποτελέσματα όπως αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν κατά το σχεδιασμό υποκατάστατων κρέατος φυτικής προέλευσης, ώστε να μιμούνται καλύτερα το συμβατικό προϊόν.