はじめに
動的粘弾性測定(DMA)は主に高分子材料の分析に使用されるが、この技術は他の幅広い分野にも応用できる。例えば、Muchaら[1]が実証したグミ製剤の分析などである。工業的には、機械的特性評価は、食品分野における製品の品質と一貫性を評価するためによく使用される。機械的特性評価 DMA 303 Eplexor®®は、-170℃～800℃（-274°F～1472°F）の温度範囲、50N（静的＋動的）の総荷重で測定できる汎用性の高い卓上型装置であり、このような用途に最適である。
ステーキを注文する人は皆、正しい焼き方と間違った焼き方を教えてくれる。困ったことに、聞く人によって答えが違う。おいしいステーキを作るには、一般的に、柔らかさとジューシーさという2つの変数がある。柔らかさとは、基本的に肉の柔らかさと噛み応えを表す機械的特性である。ステーキのジューシーさは、脂肪の含有量と配分、熟成プロセス、調理方法によって決まる。medium mediumステーキの焼き加減は、レアが125°F（52℃）、レアが130～135°F（54～57℃）、ミディアムウェルが135～140°F（57～60℃）、ウェルダンが155°F（68℃）以上である[2]。ステーキは長く焼けば焼くほど硬くなることは誰でも知っているが、実際にそれをどうやって測定するのだろうか？ステーキの焼き加減を定量的に評価することは可能なのだろうか。
単純な調理時間以外にも、最終的な料理の質に影響する要素がいくつかある。一般的に高価なステーキほど、筋肉の運動が少ない部位を使用しているため、柔らかさが向上している。さらに、肉の脂肪分も重要な役割を果たす。霜降りが多いと、よりジューシーで柔らかい肉になり、赤身は筋繊維密度が高く、タンパク質が多いが、全体的に硬い肉になる。
ステーキ試料の動的機械的特性を測定するため、我々は、筋繊維含有量が高いことで知られる「スカートステーキ」と呼ばれる比較的安価なカットを調査することにした。
主な目的は2つあった：
a) 内部温度が機械的特性にどの程度影響するか、そして
b) 繊維の配列が柔らかさの知覚にどのような影響を与えるか。科学的好奇心だけでなく、このようなデータは品質管理や、新しい産業が食肉代替品を設計する際にも重要である。
DMAによる焼き加減の調査
生のスカートステーキ（直径13mm、高さ6mm）の試料を測定用に作製した（図1a）。試料は圧縮状態で測定し、試料が咀嚼中にどのように知覚されるかを最もよくシミュレートした。DMAの熱電対を試料の中心点に直接挿入し、内部温度を測定した（図1b）。最初に試料を平らにし、押し棒との接触面積を均一にするため、1.0 Nの接触力を使用した。30～80℃の温度範囲にわたって、1.1の比例係数で20μmの動的振幅を1K/分の熱速度で加えました（総運転時間55分）。試験後の完全に加熱された試料を図1c)に示す。
測定結果
圧縮試験の結果を図2)に示し、表1)に硬さについてまとめた。貯蔵弾性率（E'）は、材料が弾性的にエネルギーを貯蔵する能力に相関する。調理中、E'は一般的にステーキが硬くなり噛み応えが増すにつれて増加する。損失弾性率（E"）は、一般的な内部摩擦や粘性弾性による材料のエネルギー散逸を表します。E''が高いということは、ステーキが噛むことによって変形する間、より多くのエネルギーを放散することを示す。E'とE "の値は、調理過程で起こる構造的変化と関連しています。筋繊維が収縮し、水分が失われるため、食感が硬くなり、内部摩擦が増加します。
表1：スカートステーキディスクの内部温度と焼き加減に対する絶対弾性率と機械的性質の増加率
| 焼き加減 | 内部温度 (°C) | |E｜（MPa） | 生と比較した弾性率の増加 |
|---|---|---|---|
| 生（ブルーレア） | 45 | 0.27 | 1.0 |
| レア | 52 | 0.41 | 1.5 |
| Medium-レア | 56 | 0.72 | 2.6 |
| Medium | 58 | 0.86 | 3.2 |
| Medium-よく | 62 | 1.20 | 4.4 |
| よくできた | 72 | 3.74 | 12.7 |
したがって、調理の目標は、E'とE "の両方を適度な値にすることであり、その結果、ステーキは骨格があり、心地よい噛みごたえがあるが、ジューシーさを保つことができる。肉の焼き加減（ここでは図示していない）を超えて調理を続けると、コラーゲンがゼラチンに溶け、筋繊維が緩和して摩擦が減少し、E "が低下する。
減衰係数（tanδと表記）は、E'に対するE "の比であり、材料の弾性または粘性の挙動を表す。E'の大きさはE "よりもはるかに大きく、材料が主に弾性的に挙動し、温度が上昇するにつれて硬くなることを示唆している。興味深いことに、減衰係数は最初は減少し、その後再び増加する。これは、調理中に温度が異なると減衰特性がわずかに変化することを示している。調理中は水分の損失と脂肪のレンダリングが同時に起こるので、この効果は予想外ではない。
複素弾性率の絶対値｜E｜は、振動応力下での材料の変形に対する抵抗力の総和を表し、粘性弾性率および弾性成分の両方を兼ね備えています。表1は、この特性が内部温度によってどのように変化するかをまとめたものである。レアステーキの圧縮弾性率は生ステーキの1.5倍、ウェルダンステーキの12.7倍である。この結果は、柔らかさと内部温度との非線形相関を示している。
繊維の柔らかさへの影響
ステーキの柔らかさは、焼き加減だけでは決まらない。スカートステーキは、牛の皿と横隔膜から切り出される比較的安価な肉であり、赤身で筋繊維の密度が高いことで知られている。そのため、ステーキの切り方と提供方法が、その柔らかさにlarge 。ここでは、筋繊維に沿って、または筋繊維に逆らってカットしたスカートステーキの調理片を引張モードで試験し、その結果を図3に示した。図3から、筋繊維に沿って切断した試料（オレンジ色の線）は、繊維方向に垂直に切断した試料（青色の線）に比べて、絶対引張弾性率が6.7倍高いことが観察される。この絶対引張弾性率の増加は、肉の柔らかさの低下と相関する。従って、調理したステーキを繊維方向に逆らって薄切りにするという単純な手法で、格段に柔らかい肉が得られるのである。
概要
DMA 303Eplexor は、周波数、力、温度の測定範囲が広いため、幅広い応用分野の動的機械的測定に理想的な装置である。ここでは、咀嚼をシミュレートするための圧縮状態と、筋繊維の方向性の影響を調査するための引張状態の両方で、ステーキ片の柔らかさを正確に測定する装置の能力について説明します。
DMA 303Eplexor は食肉だけでなく、食品・飲料業界における他の多くの試料の特性評価にも使用できます。このような結果は、従来の製品を最もよく模倣するため、植物由来の代用食肉を設計する際に利用することができる。