Giriş
Dinamik Mekanik Analiz (DMA) öncelikle polimerik malzemeleri analiz etmek için kullanılsa da, bu teknik çok çeşitli diğer alanlara da uygulanabilir. Bunlar arasında gıda ve içecek endüstrisindeki çeşitli uygulamalar yer almaktadır - örneğin Mucha ve diğerleri tarafından gösterildiği gibi sakızlı ayı formülasyonlarının analizi [1]. Endüstriyel olarak, mekanik karakterizasyon genellikle gıda alanındaki ürün kalitesini ve tutarlılığını değerlendirmek için kullanılır. DMA 303 Eplexor®®, toplam 50 N (statik artı dinamik) kuvvetle -170°C ila 800°C (-274°F ila 1472°F) sıcaklık aralığında ölçüm yapabilen çok yönlü bir masaüstü cihazıdır ve bu tür uygulamalar için mükemmel bir şekilde uygundur.
Biftek siparişi veren her kişi size bifteğin hangi şekilde pişirilmesi gerektiğini doğru ve yanlış olarak söyleyecektir. Sorun şu ki, sorduğunuz her kişi farklı bir cevap verecektir. İyi bir biftek söz konusu olduğunda, tipik olarak iki ana değişken vardır: hassasiyet ve sululuk. Hassasiyet esasen etin ne kadar yumuşak ve çiğnenebilir olduğunu tanımlayan mekanik bir özelliktir. Bifteğin ne kadar sulu olduğu yağ içeriği ve dağılımına, yaşlandırma sürecine ve nasıl pişirildiğine bağlıdır. Pişmişlik açısından, biftek için iç sıcaklıklar nadir için 125°F (52°C), medium-rare için 130-135°F (54-57°C), medium için 135-140°F (57-60°C), mediumwell için 140-150°F (60-66°C) ve well-done için 155°F (68°C) veya daha yüksektir [2]. Herkes biftek ne kadar uzun süre pişirilirse o kadar sert olacağını bilirken, bunu gerçekte nasıl ölçebiliriz? Bifteğin pişirme süreci boyunca ne kadar yumuşak olduğunu nicel olarak değerlendirmek mümkün müdür?
Basit pişirme süresinin yanı sıra, nihai yemeğin kalitesini etkileyen başka faktörler de vardır. Daha pahalı etler genellikle daha az egzersiz yapılmış kas bölgelerinden gelir ve bu da daha iyi bir hassasiyet sağlar. Ayrıca etin yağ içeriği de önemli bir rol oynar. Artan mermerleşme daha sulu ve daha yumuşak ete yol açarken, daha yağsız kesimler daha fazla protein ile daha fazla kas lifi yoğunluğuna sahiptir, ancak genel olarak daha sert bir üründür.
Biftek örneklerinin dinamik-mekanik özelliklerini belirlemek için, yüksek kas lifi içeriğiyle bilinen 'etek-biftek' adı verilen nispeten ucuz bir kesimi incelemeyi seçtik.
İki temel hedefimiz vardı:
a) iç sıcaklığın mekanik özellikleri ne kadar etkilediğini görmek ve
b) lif diziliminin hassasiyet algısını nasıl etkilediği. Bilimsel merakın ötesinde, bu gibi veriler kalite kontrol ve et alternatifleri/ikameleri tasarlayan yeni endüstriler için önemlidir.
DMA Doneness Araştırması
Ölçüm için çiğ etek biftek örnekleri (13 mm çapında, 6 mm yüksekliğinde) üretilmiştir (Şekil 1a). Numuneler, çiğneme sırasında numunenin nasıl algılanacağını en iyi şekilde simüle etmek için sıkıştırılarak ölçülmüştür. DMA'nın termokuplu, iç sıcaklığı ölçmek için doğrudan numunenin merkez noktasına yerleştirildi, Şekil 1b). Numuneyi başlangıçta düzleştirmek ve itme çubuğuyla eşit bir temas alanı sağlamak için 1,0 N'lik bir temas kuvveti kullanılmıştır. 30-80°C sıcaklık aralığında 1.1 orantılı faktör ile 20 μm dinamik genlik uygulanmış ve 1 K/dak ısı hızı kullanılmıştır (toplam çalışma süresi 55 dakika). Testten sonra tamamen pişmiş numune Şekil 1c'de gösterilmiştir).
Ölçüm Sonuçları
Basınç testinin sonuçları Şekil 2)'de gösterilmiş ve Tablo 1)'de donukluk açısından özetlenmiştir. Depolama modülü (E') malzemenin elastik olarak enerji depolama kabiliyeti ile ilişkilidir. Pişirme sırasında, biftek sertleştikçe ve çiğnendikçe E' tipik olarak artar. Kayıp modülü (E"), tipik olarak iç sürtünme ve viskoz davranış yoluyla malzemenin enerji dağılımını tanımlar. Yüksek bir E'', bifteğin çiğneme ile deformasyon sırasında daha fazla enerji harcadığını gösterir. E' ve E" değerleri pişirme işlemi sırasında meydana gelen yapısal değişikliklerle bağlantılıdır: kas lifleri büzülür ve su kaybeder, bu da hem daha sıkı bir dokuya hem de iç sürtünmede artışa neden olur.
Tablo 1: Et biftek disklerinin mutlak modülü ve mekanik özelliklerinin iç sıcaklık ve pişme derecesine bağlı olarak artışı
| Doneness | İç sıcaklık (°C) | |E| (MPa) | Ham ürüne kıyasla modül artışı |
|---|---|---|---|
| Ham (mavi nadir) | 45 | 0.27 | 1.0 |
| Nadir | 52 | 0.41 | 1.5 |
| Medium-nadir | 56 | 0.72 | 2.6 |
| Medium | 58 | 0.86 | 3.2 |
| Medium-iyi | 62 | 1.20 | 4.4 |
| İyi işti | 72 | 3.74 | 12.7 |
Bu nedenle, pişirme işleminin amacı, bifteğin yapılandırıldığı ve hoş bir şekilde çiğnenebildiği, ancak sulu kaldığı hem E' hem de E" değerlerinin orta düzeyde olmasını sağlamaktır. Pişirme işlemi etin iyi piştiği noktanın ötesinde devam ederse (burada gösterilmemiştir), kolajen eriyerek jelatine dönüşür ve kas lifleri gevşeyerek sürtünmeyi azaltır ve E" değerinin düşmesine neden olur.
Sönümleme faktörü (tan δ olarak gösterilir) E" değerinin E' değerine oranıdır ve malzemenin ne kadar elastik ya da viskoz davrandığını açıklar. E' değerinin E" değerinden çok daha büyük olması, malzemenin ağırlıklı olarak elastik davrandığını ve artan sıcaklıkla birlikte daha sert hale geldiğini göstermektedir. İlginç bir şekilde, sönümleme faktörü başlangıçta azalır ve daha sonra tekrar artar, bu da pişirme işlemi sırasında farklı sıcaklıkların sönümleme özelliklerinde hafif değişikliklere neden olduğunu gösterir. Pişirme sırasında nem kaybı ve yağ dönüşümü eş zamanlı olarak gerçekleştiğinden, bu etki beklenmedik değildir.
Karmaşık modülün mutlak değeri |E| bir malzemenin salınımlı StresStres, iyi tanımlanmış bir kesite sahip bir numune üzerine uygulanan kuvvet seviyesi olarak tanımlanır. (Stres = kuvvet/alan). Dairesel veya dikdörtgen kesitli numuneler sıkıştırılabilir veya gerilebilir. Kauçuk gibi elastik malzemeler orijinal uzunluklarının 5 ila 10 katına kadar gerilebilir.stres altında deformasyona karşı toplam direncini tanımlar ve hem viskoz hem de elastik bileşenlerini birleştirir. Tablo 1, bu özelliğin iç sıcaklıkla nasıl değiştiğini özetlemektedir. Az pişmiş bir biftek çiğ ile karşılaştırıldığında 1,5 kat daha yüksek basınç modülüne sahipken, iyi pişmiş bir biftek 12,7 kat daha yüksek bir modüle sahiptir. Bu sonuç, hassasiyet ve iç sıcaklık arasında doğrusal olmayan bir korelasyon olduğunu göstermektedir.
Lifin Hassasiyet Üzerindeki Etkisi
Donukluk tek başına nihai bifteğin ne kadar yumuşak olduğunu etkilemez. İneğin tabağından ve diyaframından elde edilen nispeten ucuz bir et parçası olan biftek, yağsız olması ve yüksek kas lifi yoğunluğuna sahip olmasıyla bilinir. Bu nedenle bifteğin kesilme ve servis edilme şekli large ne kadar yumuşak olduğu konusunda bir rol oynar. Burada, pişmiş etek biftek parçalarını çekme modunda test ettik, kas lifi boyunca veya lifin karşısında kestik, bunun sonucu Şekil 3'te gösterilmiştir. Şekil 3'ten, kas lifi ile aynı hizada kesilen numunenin (turuncu çizgi), lif yönüne dik kesilenlere (mavi çizgi) göre 6,7 kat daha yüksek mutlak gerilme modülüne sahip olduğu gözlemlenebilir. Mutlak gerilme modülündeki bu artış, etin daha az yumuşak olmasıyla ilişkilidir. Bu nedenle, pişmiş bifteği damarlara karşı ince dilimler halinde kesmek gibi basit bir teknik önemli ölçüde daha yumuşak et elde edilmesini sağlamaktadır.
Özet
DMA 303 Eplexor® geniş bir frekans, kuvvet ve sıcaklık aralığı sunar, bu da onu çok çeşitli uygulama alanlarında dinamik-mekanik ölçümler için ideal bir cihaz haline getirir. Burada, cihazın bir parça bifteğin hassasiyetini hem çiğnemeyi simüle etmek için sıkıştırmada hem de kas lifi yönlülüğünün etkisini araştırmak için gerilimde doğru bir şekilde ölçme yeteneğini açıkladık.
DMA 303 Eplexor® sadece eti değil, gıda ve içecek endüstrilerindeki diğer birçok numune türünü karakterize etmek için de kullanılabilir. Bu gibi sonuçlar, geleneksel ürünü en iyi şekilde taklit etmek için bitki bazlı et ikameleri tasarlanırken kullanılabilir.