Introducción
Aunque el Análisis Mecánico Dinámico (AMD) se utiliza principalmente para analizar materiales poliméricos, la técnica también puede aplicarse a una amplia gama de otros campos. Entre ellos se incluyen diversas aplicaciones en la industria de la alimentación y las bebidas, por ejemplo, el análisis de fórmulas de gominolas, como demostraron Mucha et al. [1]. Industrialmente, la caracterización mecánica se utiliza a menudo para evaluar la calidad y consistencia del producto dentro del espacio alimentario. El DMA 303 Eplexor®® es un dispositivo versátil de sobremesa capaz de medir en un rango de temperatura de -170°C a 800°C (-274°F a 1472°F) con una fuerza total de 50 N (estática más dinámica), lo que lo hace perfectamente adecuado para este tipo de aplicaciones.
Cada persona que pida un filete le dirá cuál es la forma correcta e incorrecta de cocinarlo. El problema es que cada persona a la que pregunte tendrá una respuesta diferente. Cuando se trata de un buen filete, hay dos variables principales: la ternura y la jugosidad. La terneza es esencialmente una propiedad mecánica que describe lo blanda y masticable que es la carne. La jugosidad depende del contenido y la distribución de la grasa, del proceso de envejecimiento y de cómo se haya cocinado. En cuanto al punto de cocción, las temperaturas internas del bistec son 125°F (52°C) para poco hecho, 130-135°F (54-57°C) para medium-rare, 135-140°F (57-60°C) para medium, 140-150°F (60-66°C) para medio bien, y 155°F (68°C) o más para bien hecho [2]. Aunque todo el mundo sabe que cuanto más tiempo se cocine el filete, más duro estará, ¿cómo podemos medirlo? ¿Es posible evaluar cuantitativamente lo tierno que está el filete durante el proceso de cocción?
Además del tiempo de cocción, hay otros factores que influyen en la calidad del plato final. Los cortes más caros suelen proceder de zonas de músculo menos ejercitado, lo que mejora su terneza. Además, el contenido de grasa de la carne desempeña un papel importante. Un mayor marmoleo da lugar a una carne más jugosa y tierna, mientras que los cortes más magros tienen una mayor DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad de fibra muscular con más proteínas, pero en general son un producto más duro.
Para determinar las propiedades dinámico-mecánicas de las muestras de filete, decidimos investigar un corte relativamente barato llamado "filete de falda", muy conocido por su alto contenido en fibra muscular.
Teníamos dos objetivos principales
a) comprobar hasta qué punto la temperatura interna afecta a las propiedades mecánicas, y
b) cómo afecta la alineación de las fibras a la percepción de la terneza. Más allá de la curiosidad científica, estos datos son importantes para el control de calidad y para las nuevas industrias que diseñan alternativas o sustitutos de la carne.
Investigación DMA de la cocción
Se elaboraron muestras de filete de falda crudo (13 mm de diámetro, 6 mm de altura) para su medición, Figura 1a). Las muestras se midieron en compresión para simular mejor cómo se percibiría la muestra al masticar. El termopar del DMA se insertó directamente en el punto central de la muestra para medir la temperatura interna, Figura 1b). Se utilizó una fuerza de contacto de 1,0 N para aplanar inicialmente la muestra y garantizar una superficie de contacto uniforme con la varilla de empuje. Se aplicó una amplitud dinámica de 20 μm con un factor proporcional de 1,1 en todo el intervalo de temperatura de 30-80 °C utilizando una velocidad de calentamiento de 1 K/min (tiempo total de ejecución de 55 minutos). La muestra totalmente cocida después de la prueba se muestra en la Figura 1c).
Resultados de las mediciones
Los resultados de las pruebas de compresión se muestran en la figura 2) y se resumen por grado de madurez en la tabla 1). El módulo de almacenamiento (E') se correlaciona con la capacidad del material para almacenar energía elásticamente. Durante la cocción, E' suele aumentar a medida que el filete se vuelve más firme y masticable. El Módulo viscosoEl módulo complejo (componente viscoso), módulo de pérdida o G'', es la parte "imaginaria" del módulo complejo global de la muestra. Este componente viscoso indica la respuesta líquida, o fuera de fase, de la muestra que se está midiendo. módulo de pérdida (E") describe la disipación de energía del material, normalmente a través de la fricción interna y el comportamiento viscoso. Un E'' elevado indica que el filete disipa más energía durante la deformación por masticación. Los valores de E' y E" están relacionados con los cambios estructurales que se producen durante el proceso de cocción: las fibras musculares se contraen y pierden agua, lo que da lugar tanto a una textura más firme como a un aumento de la fricción interna.
Tabla 1: Módulo absoluto y aumento de las propiedades mecánicas de los discos de filete de falda en relación con la temperatura interna y el punto de cocción
| Cocción | Temperatura interna (°C) | |E| (MPa) | Aumento del módulo en comparación con el crudo |
|---|---|---|---|
| Crudo (poco hecho) | 45 | 0.27 | 1.0 |
| Raro | 52 | 0.41 | 1.5 |
| Medium-raro | 56 | 0.72 | 2.6 |
| Medium | 58 | 0.86 | 3.2 |
| Medium-pozo | 62 | 1.20 | 4.4 |
| Bien hecho | 72 | 3.74 | 12.7 |
Por lo tanto, el objetivo del proceso de cocción es obtener valores moderados tanto de E' como de E" en los que el filete esté estructurado y agradablemente masticable, pero siga siendo jugoso. Si el proceso de cocción se prolonga más allá del punto en que la carne está bien hecha (no se muestra aquí), el colágeno se funde en gelatina y las fibras musculares se relajan, reduciendo la fricción y haciendo que E" disminuya.
El factor de amortiguación (denotado tan δ) es la relación de E" sobre E' y describe el comportamiento elástico o viscoso del material. La magnitud de E' es mucho mayor que la de E", lo que sugiere que el material se comporta predominantemente de forma elástica y se vuelve más rígido al aumentar la temperatura. Curiosamente, el factor de amortiguación disminuye inicialmente y luego vuelve a aumentar, lo que indica que durante el proceso de cocción las diferentes temperaturas provocan ligeros cambios en las propiedades de amortiguación. Dado que la pérdida de humedad y la transformación de la grasa se producen simultáneamente durante la cocción, este efecto no es inesperado.
El valor absoluto del Módulo complejoEl módulo complejo consta de dos componentes, el módulo de almacenamiento y el módulo de pérdida. El módulo de almacenamiento (o módulo de Young) describe la rigidez y el módulo de pérdida describe el comportamiento de amortiguación (o viscoelástico) de la muestra correspondiente utilizando el método del Análisis Mecánico Dinámico (AMD). módulo complejo |E| describe la resistencia total de un material a la deformación bajo tensión oscilatoria y combina tanto sus componentes viscosos como elásticos. La tabla 1 resume cómo cambia esta propiedad con la temperatura interna. Un filete poco hecho tiene un módulo de compresión 1,5 veces mayor que uno crudo, mientras que uno muy hecho tiene un módulo 12,7 veces mayor. Este resultado indica una correlación no lineal de la terneza y con respecto a la temperatura interna.
Efecto de la fibra en la ternura
El punto de cocción por sí solo no influye en la ternura final del filete. La falda es un corte de carne relativamente barato que se obtiene de la placa y el diafragma de la vaca, y se caracteriza por ser magra y tener una alta DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad de fibras musculares. Por lo tanto, la forma en que se corta y sirve el filete desempeña un papel large en lo tierno que resulta. En este caso, probamos trozos cocidos de bistec de falda en modo de tracción, cortados a lo largo de la fibra muscular o en contra de la fibra, cuyo resultado se muestra en la figura 3. En la figura 3 se puede observar que la muestra cortada en línea con la fibra muscular (línea naranja) tiene un módulo de tracción absoluto 6,7 veces mayor que las cortadas perpendicularmente a la orientación de la fibra (línea azul). Este aumento del módulo de tracción absoluto se correlaciona con una carne menos tierna. Por lo tanto, la sencilla técnica de cortar el filete cocido en lonchas finas en sentido contrario a la fibra da como resultado una carne significativamente más tierna.
Resumen
El DMA 303 Eplexor® ofrece una amplia gama de frecuencias, fuerzas y temperaturas, lo que lo convierte en un instrumento ideal para mediciones dinámico-mecánicas en una amplia gama de áreas de aplicación. Aquí describimos la capacidad del instrumento para medir con precisión la ternura de un trozo de filete tanto en compresión para simular la masticación como en tensión para investigar la influencia de la direccionalidad de las fibras musculares.
El DMA 303 Eplexor® puede utilizarse no sólo para caracterizar la carne, sino muchos otros tipos de muestras en las industrias alimentaria y de bebidas. Estos resultados pueden utilizarse para diseñar sustitutos de la carne de origen vegetal que imiten lo mejor posible el producto convencional.