Pendahuluan
Meskipun Dynamic Mechanical Analysis (DMA) terutama digunakan untuk menganalisis bahan polimer, teknik ini juga dapat diterapkan pada berbagai bidang lainnya. Ini termasuk beragam aplikasi dalam industri makanan dan minuman - misalnya, analisis formulasi gummy bear, seperti yang ditunjukkan oleh Mucha dkk. [1]. Secara industri, karakterisasi mekanik sering digunakan untuk menilai kualitas dan konsistensi produk dalam bidang makanan. DMA 303 Eplexor®® adalah perangkat desktop serbaguna yang mampu mengukur dalam kisaran suhu dari -170°C hingga 800°C (-274°F hingga 1472°F) dengan gaya total 50 N (statis plus dinamis), sehingga sangat cocok untuk aplikasi tersebut.
Untuk setiap orang yang memesan steak, mereka akan memberi tahu Anda cara yang benar dan salah untuk memasaknya. Masalahnya, setiap orang yang Anda tanya akan memberikan jawaban yang berbeda. Ketika berbicara tentang steak yang baik, biasanya ada dua variabel utama: kelembutan dan kesegaran. Kelembutan pada dasarnya adalah sifat mekanis yang menggambarkan seberapa lembut dan kenyal daging tersebut. Seberapa juicy steak tergantung pada kandungan dan distribusi lemak, proses pematangan, dan cara memasaknya. Dalam hal kematangan, suhu internal untuk steak adalah 125°F (52°C) untuk tingkat kematangan rare, 130-135°F (54-57°C) untuk medium-rare, 135-140°F (57-60°C) untuk medium, 140-150°F (60-66°C) untuk tingkat kematangan medium, dan 155°F (68°C) atau lebih tinggi untuk tingkat kematangan well-done (matang sempurna). Meskipun semua orang tahu bahwa semakin lama steak dimasak, maka akan semakin keras, namun bagaimana cara mengukurnya? Apakah mungkin untuk menilai secara kuantitatif seberapa empuknya steak selama proses memasak?
Selain waktu memasak yang sederhana, ada beberapa faktor lain yang mempengaruhi kualitas hidangan akhir. Potongan daging yang lebih mahal biasanya berasal dari area otot yang jarang dilatih, sehingga menghasilkan kelembutan yang lebih baik. Selain itu, kandungan lemak pada daging juga memainkan peran penting. Peningkatan marbling akan menghasilkan daging yang lebih segar dan empuk, sementara potongan yang lebih ramping memiliki KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan serat otot yang lebih besar dengan lebih banyak protein, tetapi secara keseluruhan merupakan produk yang lebih keras.
Untuk menentukan sifat dinamis-mekanis sampel steak, kami memilih untuk menyelidiki potongan yang relatif murah yang disebut 'skirt-steak' yang terkenal karena kandungan serat ototnya yang tinggi.
Kami memiliki dua tujuan utama:
a) untuk melihat seberapa besar pengaruh suhu internal terhadap sifat mekanis, dan
b) bagaimana keselarasan serat mempengaruhi persepsi kelembutan. Selain keingintahuan ilmiah, data seperti ini penting untuk kontrol kualitas, dan untuk industri baru yang merancang alternatif/pengganti daging.
Investigasi DMA tentang Kematangan
Sampel steak rok mentah (diameter 13 mm, tinggi 6 mm) diproduksi untuk pengukuran, Gambar 1a). Sampel diukur dalam kompresi untuk mensimulasikan dengan baik bagaimana sampel akan dirasakan saat dikunyah. Termokopel DMA dimasukkan langsung ke titik tengah spesimen untuk mengukur suhu internal, Gambar 1b). Gaya kontak 1,0 N digunakan untuk meratakan sampel pada awalnya dan memastikan area kontak yang rata dengan batang dorong. Amplitudo dinamis 20 μm diterapkan dengan faktor proporsional 1,1 pada rentang suhu 30-80°C menggunakan laju panas 1 K/menit (total waktu pengoperasian 55 menit). Sampel yang telah matang sepenuhnya setelah pengujian ditunjukkan pada Gambar 1c).
Hasil Pengukuran
Hasil pengujian tekan ditunjukkan pada Gambar 2) dan dirangkum untuk kematangan pada Tabel 1). Modulus penyimpanan (E') berkorelasi dengan kemampuan bahan untuk menyimpan energi secara elastis. Selama pemasakan, E' biasanya meningkat karena steak menjadi lebih kencang dan kenyal. Modulus kehilangan (E") menggambarkan disipasi energi material, biasanya melalui gesekan internal, dan perilaku kental. Nilai E" yang tinggi menunjukkan bahwa steak membuang lebih banyak energi selama proses deformasi saat dikunyah. Nilai E' dan E" terkait dengan perubahan struktural yang terjadi selama proses memasak: serat otot berkontraksi dan kehilangan air, sehingga menghasilkan tekstur yang lebih kencang dan peningkatan gesekan internal.
Tabel 1: Modulus absolut dan peningkatan sifat mekanis cakram steak rok dalam kaitannya dengan suhu internal dan kematangan
| Kematangan | Suhu internal (°C) | |Modulus elastisitasModulus kompleks (komponen elastis), modulus penyimpanan, atau G', adalah bagian "nyata" dari sampel dari keseluruhan modulus kompleks. Komponen elastis ini menunjukkan respons seperti padat, atau dalam fase, dari sampel yang sedang diukur. Modulus elastisitas (MPa) | Peningkatan modulus dibandingkan dengan mentah |
|---|---|---|---|
| Mentah (biru langka) | 45 | 0.27 | 1.0 |
| Jarang | 52 | 0.41 | 1.5 |
| Medium-jarang | 56 | 0.72 | 2.6 |
| Medium | 58 | 0.86 | 3.2 |
| Medium-baik | 62 | 1.20 | 4.4 |
| Dilakukan dengan baik | 72 | 3.74 | 12.7 |
Oleh karena itu, tujuan dari proses memasak adalah untuk menghasilkan nilai moderat dari E' dan E", di mana steak terstruktur dan kenyal, tetapi tetap juicy. Jika proses memasak dilanjutkan melebihi titik kematangan daging (tidak ditunjukkan di sini), kolagen akan meleleh menjadi gelatin dan serat-serat otot akan mengendur, sehingga mengurangi gesekan dan menyebabkan E' turun.
Faktor redaman (dilambangkan dengan tan δ) adalah rasio E" terhadap E' dan menggambarkan bagaimana elastisitas atau kekentalan bahan. Besarnya E' yang jauh lebih besar daripada E" menunjukkan bahwa material berperilaku lebih elastis dan menjadi lebih kaku dengan meningkatnya suhu. Yang menarik, faktor redaman pada awalnya menurun dan kemudian meningkat lagi, yang menunjukkan bahwa selama proses memasak, suhu yang berbeda menghasilkan sedikit perubahan pada sifat redaman. Karena kehilangan kelembapan dan rendering lemak terjadi secara simultan selama pemasakan, efek ini tidak terduga.
Nilai absolut dari Modulus KompleksModulus kompleks terdiri dari dua komponen, yaitu modulus penyimpanan dan modulus kehilangan. Modulus penyimpanan (atau modulus Young) menggambarkan kekakuan dan modulus kehilangan menggambarkan perilaku redaman (atau viskoelastik) dari sampel yang sesuai dengan menggunakan metode Analisis Mekanik Dinamis (Dynamic Mechanical Analysis/DMA). modulus kompleks |E| menggambarkan resistensi total suatu bahan terhadap deformasi di bawah tekanan osilasi dan menggabungkan komponen viskos dan elastisnya. Tabel 1 merangkum bagaimana properti tersebut berubah dengan suhu internal. Steak yang langka memiliki modulus tekan 1,5x lebih tinggi jika dibandingkan dengan yang masih mentah, sementara yang matang memiliki modulus 12,7x lebih tinggi. Hasil ini menunjukkan korelasi non-linear antara kelembutan dan suhu internal.
Efek Serat pada Kelembutan
Kematangan saja tidak memengaruhi seberapa empuknya steak yang dihasilkan. Skirt steak adalah potongan daging yang relatif murah dari lempeng dan diafragma sapi, yang dikenal tidak berlemak dan memiliki KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan serat otot yang tinggi. Oleh karena itu, cara memotong dan menyajikan steak memainkan peran large dalam menentukan keempukannya. Di sini, kami menguji potongan bistik yang dimasak dengan cara tarik, dipotong mengikuti serat otot atau berlawanan dengan seratnya, yang hasilnya ditunjukkan pada Gambar 3. Dari Gambar 3, dapat diamati bahwa sampel yang dipotong sejajar dengan serat otot (garis oranye) memiliki modulus tarik absolut 6,7x lebih tinggi daripada sampel yang dipotong tegak lurus dengan orientasi serat (garis biru). Peningkatan modulus tarik absolut ini berkorelasi dengan daging yang kurang empuk. Oleh karena itu, teknik sederhana memotong steak yang sudah matang menjadi irisan tipis searah serat akan menghasilkan daging yang jauh lebih empuk.
Ringkasan
DMA 303 Eplexor® menawarkan berbagai macam frekuensi, gaya, dan suhu, yang menjadikannya instrumen yang ideal untuk pengukuran dinamis-mekanis di berbagai area aplikasi. Di sini, kami menjelaskan kemampuan instrumen untuk mengukur kelembutan sepotong steak secara akurat, baik dalam kompresi untuk mensimulasikan pengunyahan maupun dalam ketegangan untuk menyelidiki pengaruh arah serat otot.
DMA 303 Eplexor® tidak hanya dapat digunakan untuk mengkarakterisasi daging, tetapi juga berbagai jenis sampel lainnya dalam industri makanan dan minuman. Hasil seperti ini dapat digunakan saat merancang pengganti daging nabati agar dapat meniru produk konvensional.