Introducere
Deși analiza mecanică dinamică (DMA) este utilizată în principal pentru analiza materialelor polimerice, tehnica poate fi aplicată și într-o gamă largă de alte domenii. Acestea includ diverse aplicații în industria alimentară și a băuturilor - de exemplu, analiza formulărilor de ursuleți gumate, după cum au demonstrat Mucha și colab. [1]. Din punct de vedere industrial, caracterizarea mecanică este adesea utilizată pentru a evalua calitatea și consistența produselor din domeniul alimentar. DMA 303 Eplexor®® este un dispozitiv de birou versatil, capabil să măsoare într-un interval de temperatură de la -170°C la 800°C (-274°F la 1472°F) cu o forță totală de 50 N (statică plus dinamică), ceea ce îl face perfect potrivit pentru astfel de aplicații.
Pentru fiecare persoană care comandă o friptură, aceasta vă va spune modul corect și greșit în care ar trebui să fie gătită. Problema este că fiecare persoană pe care o întrebați va avea un răspuns diferit. Când vine vorba de o friptură bună, există de obicei două variabile principale: frăgezimea și suculența. Tandrețea este, în esență, o proprietate mecanică care descrie cât de moale și masticabilă este carnea. Cât de suculentă este friptura depinde de conținutul și distribuția grăsimilor, de procesul de îmbătrânire și de modul în care a fost gătită. În ceea ce privește gradul de coacere, temperaturile interne pentru friptură sunt de 125°F (52°C) pentru rară, 130-135°F (54-57°C) pentru medium-rare, 135-140°F (57-60°C) pentru medium, 140-150°F (60-66°C) pentru mediumwell, și 155°F (68°C) sau mai mult pentru well-done [2]. Deși toată lumea știe că, cu cât friptura este gătită mai mult, cu atât va fi mai tare, cum putem măsura acest lucru? Este posibil să evaluăm cantitativ cât de fragedă este friptura pe parcursul procesului de gătire?
Pe lângă simplul timp de gătire, există și alți factori care influențează calitatea preparatului final. Bucățile mai scumpe provin de obicei din zone cu mușchi mai puțin exersați, ceea ce duce la o mai bună frăgezime. În plus, conținutul de grăsime al cărnii joacă un rol semnificativ. O marmorare crescută duce la o carne mai suculentă și mai fragedă, în timp ce bucățile mai slabe au o DensitateDensitatea masică este definită ca raportul dintre masă și volum. densitate mai mare a fibrelor musculare cu mai multe proteine, dar sunt în general un produs mai dur.
Pentru determinarea proprietăților dinamico-mecanice ale probelor de friptură, am ales să investigăm o bucată relativ ieftină numită "skirt-steak", bine cunoscută pentru conținutul său ridicat de fibre musculare.
Am avut două obiective principale:
a) să vedem cât de mult afectează temperatura internă proprietățile mecanice și
b) modul în care alinierea fibrelor afectează percepția frăgezimii. Dincolo de curiozitatea științifică, astfel de date sunt importante pentru controlul calității și pentru noile industrii care concep alternative/substituenți ai cărnii.
Investigarea DMA a gradului de coacere
Au fost prelevate eșantioane de friptură crudă (13 mm în diametru, 6 mm în înălțime) pentru măsurare (figura 1a). Probele au fost măsurate în compresie pentru a simula cel mai bine modul în care proba ar fi percepută în timpul mestecării. Termocuplul DMA a fost introdus direct în punctul central al probei pentru a măsura temperatura internă, figura 1b). A fost utilizată o forță de contact de 1,0 N pentru a aplatiza inițial proba și a asigura o suprafață de contact uniformă cu tija de împingere. A fost aplicată o amplitudine dinamică de 20 μm cu un factor de proporționalitate de 1,1 în intervalul de temperatură 30-80 °C, folosind o rată de încălzire de 1 K/min (timp total de execuție de 55 de minute). Proba complet gătită după testare este prezentată în figura 1c).
Rezultatele măsurătorilor
Rezultatele testelor de compresiune sunt prezentate în figura 2) și rezumate în tabelul 1). Modulul de stocare (E') se corelează cu capacitatea materialului de a stoca elastic energia. În timpul gătitului, E' crește de obicei pe măsură ce friptura devine mai fermă și mai gingașă. Modulul de pierdere (E") descrie disiparea energiei de către material, de obicei prin frecare internă și comportament vâscos. Un E'' ridicat indică faptul că friptura disipă mai multă energie în timpul deformării prin mestecare. Valorile E' și E" sunt legate de modificările structurale care au loc în timpul procesului de gătire: fibrele musculare se contractă și pierd apă, rezultând atât o textură mai fermă, cât și o creștere a frecării interne.
Tabelul 1: Modulul absolut și creșterea proprietăților mecanice ale discurilor de friptură în raport cu temperatura internă și gradul de coacere
| Grad de coacere | Temperatura internă (°C) | |E| (MPa) | Creșterea modulului față de crud |
|---|---|---|---|
| Crud (albastru rar) | 45 | 0.27 | 1.0 |
| Rară | 52 | 0.41 | 1.5 |
| Medium-rare | 56 | 0.72 | 2.6 |
| Medium | 58 | 0.86 | 3.2 |
| Medium-bine | 62 | 1.20 | 4.4 |
| Bine făcut | 72 | 3.74 | 12.7 |
Prin urmare, scopul procesului de gătire este de a obține valori moderate atât pentru E', cât și pentru E", astfel încât friptura să fie structurată și plăcut masticabilă, dar să rămână suculentă. Dacă procesul de gătire ar continua dincolo de punctul în care carnea este bine făcută (nu este prezentat aici), colagenul se topește în gelatină și fibrele musculare se relaxează, reducând frecarea și determinând scăderea E".
Factorul de amortizare (notat tan δ) este raportul dintre E" și E' și descrie cât de elastic sau vâscos se comportă materialul. Magnitudinea lui E' este mult mai mare decât E", ceea ce sugerează că materialul se comportă predominant elastic și devine mai rigid odată cu creșterea temperaturii. În mod interesant, factorul de amortizare scade inițial și apoi crește din nou, indicând faptul că, în timpul procesului de gătire, temperaturile diferite determină ușoare modificări ale proprietăților de amortizare. Având în vedere că pierderea umidității și transformarea grăsimilor au loc simultan în timpul gătitului, acest efect nu este neașteptat.
Valoarea absolută a modulului complex |E| descrie rezistența totală a unui material la deformare în condiții de tensiune oscilatorie și combină atât componenta vâscoasă, cât și cea elastică. Tabelul 1 rezumă modul în care această proprietate se modifică în funcție de temperatura internă. O friptură în sânge are un modul de compresiune de 1,5 ori mai mare decât o friptură crudă, în timp ce o friptură bine făcută are un modul de 12,7 ori mai mare. Acest rezultat indică o corelație neliniară între frăgezime și temperatura internă.
Efectul fibrelor asupra sensibilității
Numai gradul de fierbere nu influențează cât de fragedă este friptura finală. Friptura, fiind o bucată relativ ieftină de carne din platoul și diafragma vacii, este cunoscută pentru faptul că este slabă și are o DensitateDensitatea masică este definită ca raportul dintre masă și volum. densitate mare de fibre musculare. Prin urmare, modul în care friptura este tăiată și servită joacă un rol large în cât de fragedă este. Aici, am testat la tracțiune bucăți gătite de friptură de fustă, tăiate fie de-a lungul fibrei musculare, fie împotriva fibrei, rezultatul fiind prezentat în figura 3. Din figura 3, se poate observa că proba tăiată în linie cu fibra musculară (linia portocalie) are un modul de tracțiune absolut de 6,7 ori mai mare decât cele tăiate perpendicular pe orientarea fibrei (linia albastră). Această creștere a modulului de tracțiune absolut se corelează cu faptul că carnea este mai puțin fragedă. Prin urmare, tehnica simplă de a tăia friptura gătită în felii subțiri în direcția opusă fibrelor are ca rezultat o carne mult mai fragedă.
Rezumat
DMA 303 Eplexor® oferă o gamă largă de frecvențe, forțe și temperaturi, ceea ce îl face un instrument ideal pentru măsurători dinamico-mecanice într-o gamă largă de domenii de aplicare. Aici, am descris capacitatea instrumentului de a măsura cu exactitate sensibilitatea unei bucăți de friptură atât în compresie pentru a simula mestecatul, cât și în tensiune pentru a investiga influența direcționalității fibrelor musculare.
DMA 303 Eplexor® poate fi utilizat nu numai pentru a caracteriza carnea, ci și multe alte tipuri de probe din industria alimentară și a băuturilor. Astfel de rezultate pot fi utilizate la proiectarea înlocuitorilor de carne pe bază de plante pentru a imita cât mai bine produsul convențional.