Introdução
Embora a Análise Mecânica Dinâmica (DMA) seja usada principalmente para analisar materiais poliméricos, a técnica também pode ser aplicada a uma ampla gama de outros campos. Isso inclui diversas aplicações no setor de alimentos e bebidas - por exemplo, a análise de formulações de gomas de ursinhos, conforme demonstrado por Mucha et al. [1]. Industrialmente, a caracterização mecânica é frequentemente usada para avaliar a qualidade e a consistência do produto no setor de alimentos. O DMA 303 Eplexor®® é um dispositivo de mesa versátil capaz de medir em uma faixa de temperatura de -170°C a 800°C (-274°F a 1472°F) com uma força total de 50 N (estática mais dinâmica), o que o torna perfeitamente adequado para essas aplicações.
Cada pessoa que pede um bife lhe dirá a maneira certa e errada de prepará-lo. O problema é que cada pessoa que você perguntar terá uma resposta diferente. Quando se trata de um bom bife, normalmente há duas variáveis principais: maciez e suculência. A maciez é essencialmente uma propriedade mecânica que descreve a maciez e a mastigação da carne. A suculência do bife depende do teor e da distribuição da gordura, do processo de envelhecimento e da forma como foi cozido. Em termos de cozimento, as temperaturas internas do bife são de 125°F (52°C) para mal passado, 130-135°F (54-57°C) para medium-rare, 135-140°F (57-60°C) para medium, 140-150°F (60-66°C) para mediumwell e 155°F (68°C) ou mais para well-done [2]. Embora todos saibam que quanto mais tempo o bife for cozido, mais duro ele será, como realmente medimos isso? É possível avaliar quantitativamente o grau de maciez do bife durante o processo de cozimento?
Além do simples tempo de cozimento, há vários outros fatores que influenciam a qualidade do prato final. Cortes mais caros geralmente vêm de áreas de músculos menos exercitados, o que leva a uma melhor maciez. Além disso, o teor de gordura da carne desempenha um papel importante. O aumento da marmorização leva a uma carne mais suculenta e macia, enquanto os cortes mais magros têm maior DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade de fibras musculares com mais proteína, mas são, em geral, um produto mais duro.
Para determinar as propriedades dinâmico-mecânicas das amostras de bife, optamos por investigar um corte relativamente barato chamado "skirt-steak", conhecido por seu alto teor de fibras musculares.
Tínhamos dois objetivos principais:
a) verificar o quanto a temperatura interna afeta as propriedades mecânicas e
b) como o alinhamento das fibras afeta a percepção da maciez. Além da curiosidade científica, dados como esses são importantes para o controle de qualidade e para os novos setores que criam alternativas/substitutos para a carne.
Investigação de cozimento por DMA
Amostras de bife de fraldinha cru (13 mm de diâmetro, 6 mm de altura) foram produzidas para medição (Figura 1a). As amostras foram medidas em compressão para melhor simular como a amostra seria percebida durante a mastigação. O termopar do DMA foi inserido diretamente no ponto central da amostra para medir a temperatura interna (Figura 1b). Uma força de contato de 1,0 N foi usada para achatar inicialmente a amostra e garantir uma área de contato uniforme com a haste de pressão. Uma amplitude dinâmica de 20 μm foi aplicada com um fator proporcional de 1,1 em toda a faixa de temperatura de 30 a 80 °C usando uma taxa de aquecimento de 1 K/min (tempo total de execução de 55 minutos). A amostra totalmente cozida após o teste é mostrada na Figura 1c).
Resultados da medição
Os resultados do teste de compressão são mostrados na Figura 2) e resumidos em relação ao grau de pureza na Tabela 1). O módulo de armazenamento (E') está relacionado à capacidade do material de armazenar energia elasticamente. Durante o cozimento, o E' normalmente aumenta à medida que o bife fica mais firme e macio. O Módulo de viscosidadeO módulo complexo (componente viscoso), módulo de perda ou G'', é a parte "imaginária" das amostras do módulo complexo geral. Esse componente viscoso indica a resposta do tipo líquido, ou fora de fase, da amostra que está sendo medida. módulo de perda (E") descreve a dissipação de energia do material, normalmente por meio de atrito interno e comportamento viscoso. Um E'' alto indica que o bife dissipa mais energia durante a deformação pela mastigação. Os valores de E' e E" estão ligados a mudanças estruturais que ocorrem durante o processo de cozimento: as fibras musculares se contraem e perdem água, resultando em uma textura mais firme e em um aumento do atrito interno.
Tabela 1: O módulo absoluto e o aumento das propriedades mecânicas dos discos de bife de fraldinha em relação à temperatura interna e ao cozimento
| Tempo de cozimento | Temperatura interna (°C) | |E| (MPa) | Aumento do módulo comparado ao cru |
|---|---|---|---|
| Cru (blue rare) | 45 | 0.27 | 1.0 |
| Raro | 52 | 0.41 | 1.5 |
| Medium-raros | 56 | 0.72 | 2.6 |
| Medium | 58 | 0.86 | 3.2 |
| Medium-bem | 62 | 1.20 | 4.4 |
| Bem feito | 72 | 3.74 | 12.7 |
Portanto, o objetivo do processo de cozimento é produzir valores moderados de E' e E", em que o bife seja estruturado e agradavelmente mastigável, mas permaneça suculento. Se o processo de cozimento continuar além do ponto em que a carne está bem passada (não mostrado aqui), o colágeno derrete em gelatina e as fibras musculares relaxam, reduzindo o atrito e fazendo com que E" caia.
O fator de amortecimento (denotado como tan δ) é a razão de E" sobre E' e descreve o comportamento elástico ou viscoso do material. A magnitude de E' é muito maior do que E", o que sugere que o material se comporta predominantemente de forma elástica e se torna mais rígido com o aumento da temperatura. É interessante notar que o fator de amortecimento inicialmente diminui e depois aumenta novamente, indicando que, durante o processo de cozimento, diferentes temperaturas resultam em pequenas mudanças nas propriedades de amortecimento. Como a perda de umidade e a transformação da gordura ocorrem simultaneamente durante o cozimento, esse efeito não é inesperado.
O valor absoluto do Módulo complexoO módulo complexo consiste em dois componentes, o módulo de armazenamento e o módulo de perda. O módulo de armazenamento (ou módulo de Young) descreve a rigidez e o módulo de perda descreve o comportamento de amortecimento (ou viscoelástico) da amostra correspondente usando o método de Análise Mecânica Dinâmica (DMA). módulo complexo |E| descreve a resistência total de um material à deformação sob EstresseA tensão é definida como um nível de força aplicado a uma amostra com uma seção transversal bem definida. (Tensão = força/área). As amostras com seção transversal circular ou retangular podem ser comprimidas ou esticadas. Materiais elásticos, como a borracha, podem ser esticados até 5 a 10 vezes seu comprimento original.estresse oscilatório e combina seus componentes viscoso e elástico. A Tabela 1 resume como essa propriedade muda com a temperatura interna. Um bife mal passado tem um módulo de compressão 1,5 vezes maior quando comparado ao cru, enquanto o bem passado tem um módulo 12,7 vezes maior. Esse resultado indica uma correlação não linear da maciez e com relação à temperatura interna.
Efeito da fibra na maciez
O ponto de cozimento por si só não afeta a maciez do bife final. O bife de chorizo, sendo um corte de carne relativamente barato da placa e do diafragma da vaca, é conhecido por ser magro e ter uma alta DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade de fibras musculares. large Portanto, a maneira como o bife é cortado e servido desempenha um papel importante no grau de maciez. Aqui, testamos pedaços cozidos de bife de fraldinha no modo de tração, cortados ao longo da fibra muscular ou contra a fibra, cujo resultado é mostrado na Figura 3. A partir da Figura 3, pode-se observar que a amostra cortada em linha com a fibra muscular (linha laranja) tem um módulo de tração absoluto 6,7 vezes maior do que as cortadas perpendicularmente à orientação da fibra (linha azul). Esse aumento no módulo de tração absoluto está relacionado ao fato de a carne ser menos macia. Portanto, a simples técnica de cortar o bife cozido em fatias finas contra o grão resulta em uma carne significativamente mais macia.
Resumo
O DMA 303 Eplexor® oferece uma ampla faixa de frequência, força e temperatura, o que o torna um instrumento ideal para medições dinâmico-mecânicas em uma grande variedade de áreas de aplicação. Aqui, descrevemos a capacidade do instrumento de medir com precisão a maciez de um pedaço de bife, tanto em compressão para simular a mastigação quanto em EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão para investigar a influência da direcionalidade da fibra muscular.
O DMA 303 Eplexor® pode ser usado não apenas para caracterizar carne, mas também muitos outros tipos de amostras nos setores de alimentos e bebidas. Resultados como esses podem ser usados ao projetar substitutos de carne à base de plantas para melhor imitar o produto convencional.