Bevezetés
Bár a dinamikus mechanikai analízist (DMA) elsősorban polimer anyagok elemzésére használják, a technika számos más területen is alkalmazható. Ezek közé tartoznak a változatos alkalmazások az élelmiszer- és italiparban - például a gumicukor-készítmények elemzése, amint azt Mucha és munkatársai bemutatták [1]. Ipari szinten a mechanikai jellemzést gyakran használják a termékminőség és a konzisztencia értékelésére az élelmiszeriparban. A DMA 303 Eplexor®® egy sokoldalú asztali készülék, amely -170°C és 800°C (-274°F és 1472°F) közötti hőmérséklet-tartományban képes mérni 50 N teljes erővel (statikus és dinamikus), így tökéletesen alkalmas ilyen alkalmazásokhoz.
Minden embernek, aki steaket rendel, megmondják, hogy milyen módon kell megsütni, és milyen módon nem. A baj csak az, hogy minden megkérdezett személy más választ fog adni. Amikor egy jó steakről van szó, általában két fő változó van: a zsengeség és a szaftosság. A puhaság lényegében egy mechanikai tulajdonság, amely azt jellemzi, hogy a hús mennyire puha és rágós. Az, hogy mennyire szaftos a steak, a zsírtartalomtól és -eloszlástól, az érlelési folyamattól és a sütés módjától függ. Az átsütöttség szempontjából a steak belső hőmérséklete a következő: 125°F (52°C) a nyers, 130-135°F (54-57°C) a medium-rare, 135-140°F (57-60°C) a medium, 140-150°F (60-66°C) a mediumwell, és 155°F (68°C) vagy magasabb a well-done [2]. Bár mindenki tudja, hogy minél tovább sütjük a steaket, annál keményebb lesz, de hogyan mérjük ezt valójában? Mennyire lehet kvantitatív módon felmérni, hogy a steak mennyire puha a sütési folyamat során?
Az egyszerű sütési időn kívül számos más tényező is befolyásolja a végső étel minőségét. A drágább darabok jellemzően kevésbé megerőltetett izomzatú területekről származnak, ami jobb puhaságot eredményez. Emellett a hús zsírtartalma is jelentős szerepet játszik. A nagyobb márványozottság lédúsabb és zsengébb húst eredményez, míg a soványabb darabok nagyobb izomrost-SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűségűek, több fehérjével, de összességében keményebb termék.
A steakminták dinamikai-mechanikai tulajdonságainak meghatározásához egy viszonylag olcsó, magas izomrosttartalmáról ismert "skirt-steak" nevű darabot választottunk.
Két elsődleges célunk volt:
a) megnézni, hogy a belső hőmérséklet mennyire befolyásolja a mechanikai tulajdonságokat, és
b) hogyan befolyásolja a rostok elrendeződése a zsengeség érzékelését. A tudományos kíváncsiságon túl az ilyen adatok fontosak a minőségellenőrzéshez és a hús alternatíváit/helyettesítőit tervező új iparágak számára.
DMA a puhulás vizsgálata
A mérésekhez nyers, 13 mm átmérőjű és 6 mm magas skirt steak mintákat készítettek (1a. ábra). A mintákat összenyomva mértük, hogy a legjobban szimuláljuk, hogyan érzékeljük a mintát rágás közben. A DMA hőelemét közvetlenül a minta középpontjába helyeztük a belső hőmérséklet méréséhez, 1b. ábra). A minta kezdeti ellapításához és a tolórúddal való egyenletes érintkezési felület biztosításához 1,0 N érintkezési erőt alkalmaztunk. A 30-80 °C közötti hőmérséklet-tartományban 1 K/perc hősebességgel (55 perces teljes futási idő) 20 μm dinamikus amplitúdót alkalmaztunk 1,1-es arányossági tényezővel. A vizsgálat után teljesen megfőtt mintát az 1c) ábra mutatja.
Mérési eredmények
A nyomóvizsgálat eredményeit a 2. ábra mutatja, és az 1. táblázat foglalja össze az adottságok tekintetében.) A tárolási modulus (E') korrelál az anyag azon képességével, hogy rugalmasan tárolja az energiát. A főzés során az E' jellemzően nő, ahogy a steak szilárdabbá és rágósabbá válik. A veszteségmodulus (E") az anyag energiaveszteségét írja le, jellemzően a belső súrlódás és a viszkózus viselkedés révén. A magas E'' azt jelzi, hogy a steak több energiát veszít el a rágás általi deformáció során. Az E' és E" értékek a főzési folyamat során bekövetkező szerkezeti változásokhoz kapcsolódnak: az izomrostok összehúzódnak és vizet veszítenek, ami szilárdabb textúrát és a belső súrlódás növekedését eredményezi.
1. táblázat: Az abszolút modulus és a mechanikai tulajdonságok növekedése a bélszínkorongok belső hőmérsékletének és átsütöttségének függvényében
| Sütöttség | Belső hőmérséklet (°C) | |E| (MPa) | Modulnövekedés a nyershez képest |
|---|---|---|---|
| Nyers (kék nyers) | 45 | 0.27 | 1.0 |
| Ritka | 52 | 0.41 | 1.5 |
| Medium-ritka | 56 | 0.72 | 2.6 |
| Medium | 58 | 0.86 | 3.2 |
| Medium-kút | 62 | 1.20 | 4.4 |
| Jól sikerült | 72 | 3.74 | 12.7 |
Ezért a főzési folyamat célja, hogy mind az E', mind az E" értékei mérsékeltek legyenek, és a steak strukturált és kellemesen rágós, de szaftos maradjon. Ha a főzési folyamat a jól átsült húsnál tovább folytatódik (itt nem látható), a kollagén zselatinná olvad, az izomrostok pedig ellazulnak, csökkentve a súrlódást és csökkentve az E" értéket.
A csillapítási tényező (jelölése tan δ) az E" és az E' hányadosa, és leírja, hogy az anyag mennyire rugalmas vagy viszkózusan viselkedik. Az E' nagysága sokkal nagyobb, mint az E", ami arra utal, hogy az anyag túlnyomórészt rugalmasan viselkedik, és a hőmérséklet növekedésével merevebbé válik. Érdekes módon a csillapítási tényező kezdetben csökken, majd ismét növekszik, ami azt jelzi, hogy a főzési folyamat során a különböző hőmérsékletek a csillapítási tulajdonságok kismértékű változását eredményezik. Mivel a főzés során a nedvességvesztés és a zsíroldás egyszerre történik, ez a hatás nem váratlan.
A Komplex modulusA komplex modulus két komponensből, a tárolási és a veszteségmodulból áll. A tárolási modulus (vagy Young-modulus) a merevséget, a veszteségmodul pedig a megfelelő minta csillapítási (vagy viszkoelasztikus) viselkedését írja le a dinamikus mechanikai analízis (DMA) módszerével. komplex modulus |E| abszolút értéke az anyag teljes ellenállását írja le az oszcilláló feszültség alatti alakváltozással szemben, és egyesíti annak viszkózus és rugalmas összetevőit. Az 1. táblázat összefoglalja, hogyan változik ez a tulajdonság a belső hőmérséklet függvényében. A nyers steaknek 1,5x nagyobb a nyomó modulusa a nyershez képest, míg a jól átsütött steaknek 12,7x nagyobb a modulusa. Ez az eredmény nem lineáris összefüggést mutat a puhaság és a belső hőmérséklet között.
A rostok hatása a puhaságra
Az ápoltság önmagában nem befolyásolja, hogy a steak mennyire lesz puha. A skirt steak a tehén tányérjából és rekeszizmából származó, viszonylag olcsó húsdarab, amely arról ismert, hogy sovány és nagy izomrost-SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűségű. Ezért a steak vágásának és tálalásának módja nagy szerepet játszik abban, hogy mennyire lesz zsenge large. Ebben a vizsgálatban főtt skirt steak darabokat vizsgáltunk húzó módban, amelyeket vagy az izomrostok mentén, vagy a rostokkal szemben vágtunk, az eredményt a 3. ábra mutatja. A 3. ábrán megfigyelhető, hogy az izomrosttal egy vonalban vágott minta (narancssárga vonal) abszolút húzómodulja 6,7x nagyobb, mint a rostorientációra merőlegesen vágotté (kék vonal). Az abszolút húzó modulus növekedése összefügg a hús kevésbé zsenge voltával. Ezért az az egyszerű technika, hogy a főtt steak-et vékony szeletekre vágjuk a szálakkal szemben, lényegesen puhább húst eredményez.
Összefoglaló
A DMA 303 Eplexor® széles frekvencia-, erő- és hőmérséklet-tartományt kínál, ami ideális műszerré teszi a dinamikus-mechanikai mérésekhez az alkalmazási területek széles skáláján. A következőkben ismertettük a műszer azon képességét, hogy pontosan meg tudja mérni egy darab steak érzékenységét mind összenyomásban a rágást szimulálva, mind pedig húzásban az izomrostok irányultságának hatását vizsgálva.
A DMA 303 Eplexor® nemcsak a hús, hanem számos más mintatípus jellemzésére is használható az élelmiszer- és italiparban. Az ilyen eredmények felhasználhatók a növényi alapú húspótlók tervezésekor, hogy a lehető legjobban utánozzák a hagyományos terméket.