W artykule zaprezentowano oznaczanie gęstości wybranych gatunków mięsa świeżego i zamrożonego wykorzystując metodę opracowaną przez Pałachę i Raczyńskiego [11]. Ponadto, obliczono gęstość badanych materiałów w stanie zamrożonym opie-rając się na modelu teoretycznym. Średnia gęstość polędwicy wołowej w stanie zamrożonym zawierała się w przedziale od 1021,0 ±10,5 kg/m3 do 1013,8 ±11,5 kg/m3, cielęcego mięśnia najdłuższego od 1004,0 ±10,8 kg/m3 do 1001,0 ±8,6 kg/m3, scha-bu wieprzowego od 1041,2 ±6,6 kg/m3 do 1028,6 ±11,0 kg/m3, fileta z kurczaka od 1031,4 ±9,4 kg/m3 do 1018,0 ±3,4 kg/m3, a fi-leta z indyka od 1016,5 ±12,8 kg/m3 do 1011,6 ±12,0 kg/m3. Natomiast gęstość badanych materiałów wyliczona z modelu teore-tycznego była od 0,5 do 1,6 % wyższa od gęstości wyznaczonej metodą doświadczalną. Obniżenie temperatury zamrażania mię-sa spowodowało większe zmniejszenie jego gęstości.
2. Oznaczenie gęstości
Pomiarów gęstości mięsa dokonano na stanowisku ba- dawczym opracowanym przez Pałachę i Raczyńskiego, któ-rego schemat i szczegółowy opis przedstawiono we wcze- śniej opublikowanej pracy [11]. W skład stanowiska badaw- czego wchodziły: aparat pomiarowy składający się z metalo-wego cylindra z wyskalowaną rurką szklaną, kriostat MK-70 firmy Mechanik Prüfgerate Medingen, z komorą mrożenia wypełnioną 50% wodnym roztworem glikolu etylowego, precyzyjny termometr szklany, termopara podłączona do re- jestratora MPI-LAB firmy Metronic Instruments sprzężone-go z komputerem.
Zasada pomiaru gęstości materiału w danej temperaturze opierała się na zmianie wysokości słupa cieczy modelowej w wyskalowanej rurce szklanej, w wyniku skurczu tejże cie- czy oraz zmianie objętości próbki w trakcie procesu zamra-żania. Jako ciecz modelową wykorzystano mieszaninę nafty świetlnej i toluenu w stosunku objętościowym 2:1.
Pomiar gęstości próbek mięsa wykonano w czterech powtórzeniach dla każdej z założonych temperatur (-10 i -30oC), według poniższej procedury:
ä Odważano ok. 20 g mięsa (w postaci walca) z dokładno-ścią ±0,01g.
ä Cylinder aparatu pomiarowego wypełniano do połowy wysokości znaną objętością cieczy modelowej, wprowa- dzano do niego próbkę z zamontowaną termoparą, a na-stępnie szczelnie go zamykano.
ä Przez wyskalowaną rurkę szklaną wprowadzano pozosta-łą objętość cieczy modelowej do poziomu 0 na podziałce rurki i zatykano ją korkiem gumowym z kapilarą.
ä Określano całkowitą objętość użytej cieczy modelowej z dokładnością do 0,05 cm3.
ä Termoparę podłączano do rejestratora MPI-LAB współ-pracującego z komputerem.
ä Aparat zanurzano w kriostacie wypełnionym wodnym roztworem glikolu etylowego o żądanej temperaturze.
ä Rejestrowano automatycznie czas i temperaturę w środku termicznym próbki oraz notowano zmiany poziomu cie-czy modelowej w szklanej rurce pomiarowej.
ä Po osiągnięciu przez próbkę żądanej temperatury, do-świadczenie przedłużano do momentu ustabilizowania się poziomu cieczy w rurce pomiarowej.
ä Po ostatnim odczycie wyjmowano aparat z kriostatu i po obmyciu go wodą, opróżniano. Ciecz modelowa była wy-korzystywana w kolejnych doświadczeniach.
3. Metody analityczne
3.1. Oznaczenie zawartości wody
Zawartość wody w mięsie oznaczono metodą suszenia wg PN-ISO 1442:2000.
3.2. Oznaczenie zawartości białka
Zawartość białka w mięsie oznaczono metodą Kjeldahla wg PN-75/A-04018.
3.3. Oznaczenie zawartości tłuszczu
Zawartość tłuszczu w mięsie oznaczono metodą Soxhleta wg PN-ISO 1444:2000.
4. Metody obliczeniowe
W opisanej metodzie oznaczano gęstość fizyczną mięsu.
Założono, że masa próbki nie zmieniała się w trakcie proce-su zamrażania, natomiast zmieniała się jedynie jej objętość.
4.1. Gęstość mięsa w stanie świeżym
Gęstość mięsa w stanie świeżym obliczano z równania:
(1)
gdzie: m – masa próbki, g,
VO – objętość próbki w stanie świeżym, cm3 (obli-czona jako różnica objętości aparatu Vap i ob- jętości wprowadzonej do niego cieczy mode-lowej Vc).
4.2. Gęstość mięsa w stanie zamrożonym
Gęstość mięsa w stanie zamrożonym obliczano z rów-nania:
(2)
gdzie: DVpr – przyrost objętości próbki po zamrożeniu, cm3. Przyrost objętości próbki po zamrożeniu obliczano w na-stępujący sposób:
(3) gdzie: DVc –
skurcz cieczy modelowej w temperaturze po-miaru, cm3,
DVk – skurcz całkowity, obliczony jako różnica po- ziomów cieczy modelowej na początku i koń-cu pomiaru, cm3.
4.3. Model teoretyczny do obliczania gęstości mięsa w stanie zamrożonym [11]
W modelu teoretycznym założono, że przyczyną zmia-ny gęstości materiału jest jedynie stopień wymrożenia wody uzależniony od końcowej temperatury materiału. Inne czyn-niki pominięto. Postać modelu:
(4)
gdzie: rzt – teoretyczna wartość gęstości materiału w sta-nie zamrożonym, kg/m3,
W – ułamek zawartości wody w materiale, tkr – temperatura krioskopowa materiału, oC, te –
średnia końcowa temperatura materiału po za-mrożeniu, oC,
ro – gęstość materiału w stanie świeżym, kg/m3, 0,083 – stała, wynikająca z różnicy gęstości wody
i lodu.
o
V
o= m
ρ
4.4. Metody statystyczne
OMÓWIENIE I DYSKUSJA WYNIKÓW
1. Skład chemiczny badanych gatunków mięsa W tabeli 1 przedstawiono podstawowy skład chemicz-ny badanych gatunków mięsa. Największą zawartość wody, tabela 1. Skład chemiczny badanych gatunków mięsa
Gatunek mięsa Zawartość wody
% Zawartość białka
% Zawartość
tłuszczu % Polędwica
wo-łowa 76,67 ± 0,06 19,07 ± 0,76 3,42 ± 0,06 Cielęcy
mię-sień najdłuższy 78,49 ± 0,74 18,34 ± 0,67 3,00 ± 0,04 Schab
wieprzo-wy bez kości
74,33 ± 0,78 21,54 ±± 1,21 2,79 ± 0,23 białka charakteryzowały się filet z indyka i schab wieprzo-wy (ponad 21,5%), a najniższą zawartość białka posiadał cielęcy mięsień najdłuższy, poniżej 18,5%. Wyniki uzyskane w niniejszej pracy były zgodne z danymi zawartymi w lite-raturze [4, 6].
2. Gęstość mięsa świeżego i w stanie zamrożonym Wartości gęstości polędwicy wołowej świeżej i w stanie zamrożonym przedstawiono w tabeli 2. Gęstość polędwicy tabela 2.
Gęstość polędwicy wołowej świeżej i w stanie za-mrożonym Wyszczególnienie Jed.
miary Końcowa temperatura mięsa
-10oC -30oC
Zawartość suchej
substancji % 23,33 ± 0,58
Gęstość w temp.
pokojowej kg/m3 1093,2 ± 9,9
Metoda doświadczalna Gęstość w stanie
zamrożonym kg/m3 1021,0 ± 10,5 1013,8 ± 11,5 Spadek gęstości % 6,60 ± 0,27 7,26 ± 0,18
Model teoretyczny Gęstość w stanie
zamrożonym kg/m3 1037,6 ± 8,2 1027,2 ± 12,9
Spadek gęstości % 5,09 6,04
Źródło: Badania własne
wołowej świeżej wyniosła 1093,2 ±9,9 kg/m3 przy zawarto-ści suchej substancji na poziomie 23,33 ±0,58 %. Natomiast gęstość polędwicy wołowej w stanie zamrożonym w tempe-raturze -10 i -30o C wyznaczona doświadczalnie wyniosła od-powiednio: 1021,0 ±10,5 kg/m3 i 1013,8 ±11,5 kg/m3 . Prze-ciętny spadek gęstości wyniósł 6,6 % w temperaturze -10oC i 7,3 % w temperaturze -30o C. Ogólnie, im niższa była tem- wołowej w stanie zamrożonym w temperaturze -10o C wy-niosła 1037,6 ±8,2 kg/m3, a w temperaturze -30oC wyniosła 1027,2 ±12,9 kg/m3. Obliczone wartości gęstości polędwi- cy wołowej z modelu teoretycznego były wyższe od warto- ści doświadczalnych. Ogólnie, różnica między gęstością po- lędwicy wołowej świeżej i zamrożonej wyznaczonej z mo-delu teoretycznego była niższa od różnicy między gęsto-ścią polędwicy wołowej świeżej i zamrożonej wyznaczo- nej doświadczalnie i osiągnęła wartość 5,1 % w tempera-turze -10oC i 6,0 % w temperaturze -30o C. Zakładając po-
Otrzymane wartości gęstości polędwicy wołowej świe-żej były zbliżone do wartości przedstawianych w literaturze dla chudego mięsa wołowego (1070 kg/m3 [15]). Natomiast wartości gęstości polędwicy wołowej w stanie zamrożonym w temperaturze -10 i -30o C były prawie identyczne z warto- ściami obliczonymi z równania Schwartzberga dla mięsa za-mrożonego [15], odpowiednio 1018 i 1014 kg/m3.
Gęstość cielęcego mięśnia najdłuższego świeżego zosta-ła określona na poziomie 1067,0 ±10,4 kg/m3 przy zawarto-ści suchej substancji 21,51 ±0,74 % (tabela 3).
tabela 3. Gęstość cielęcego mięśnia najdłuższego świeżego i w stanie zamrożonym
Wyszczególnienie Jed.
miary Końcowa temperatura mięsa -10oC -30oC Zawartość suchej
substancji % 21,51 ± 0,74
Gęstość w temp.
po-kojowej kg/m3 1067,0 ± 10,4
Metoda doświadczalna Gęstość w stanie
za-mrożonym kg/m3 1004,0 ± 10,8 1001,0 ± 8,6 Spadek gęstości % 5,90 ± 0,23 6,19 ± 0,39
Model teoretyczny Gęstość w stanie
za-mrożonym kg/m3 1014,1 ± 9,9 1006,2 ± 7,3
Spadek gęstości % 4,96 5,70
Źródło: Badania własne
Cielęcy mięsień najdłuższy posiadał najniższą gęstość ze wszystkich badanych gatunków mięsa, o czym zadecydował jej skład chemiczny, a w szczególności najwyższa zawartość wody (tabela 1). Opierając się na danych doświadczalnych można stwierdzić, że gęstość cielęcego mięśnia najdłuższe-go obniżyła się do poziomu 1004,0 ±10,8 kg/m3 w tempera-turze -10oC i do 1001,0 ±8,6 kg/m3 w -30o C. Przeciętny spa-dek gęstości cielęcego mięśnia najdłuższego wyniósł od 5,9% w temperaturze -10oC do 6,2 % w -30o C. Analiza wa- riancji wykazała statystycznie istotny wpływ temperatury za-mrażania na zmianę gęstości mięsa.
Porównując wartości gęstości obliczone z modelu teo- retycznego zauważono podobną tendencję, jaka miała miej- sce w przypadku polędwicy wołowej. Otóż wartości gęsto- ści mięsa w stanie zamrożonym wyznaczone z modelu teo- retycznego były nieznacznie większe od otrzymanych meto- dą doświadczalną. A zatem, model teoretyczny w miarę po-prawnie opisywał zmianę gęstości cielęcego mięśnia naj-dłuższego w stanie zamrożonym dla założonych wartości temperatury zamrażania.
Gęstość schabu wieprzowego świeżego bez kości wy-niosła 1103,0 ±16,0 kg/m3 przy zawartości suchej substancji 25,67 ±0,78 % (tabela 4).
tabela 4. Gęstość schabu wieprzowego bez kości świeżego i w stanie zamrożonym
Wyszczególnienie Jed.
miary Końcowa temperatura mięsa -10oC -30oC Zawartość suchej
substancji % 25,67 ± 0,78
Gęstość w temp.
po-kojowej kg/m3 1103,0 ± 16,0
Metoda doświadczalna Gęstość w stanie
za-mrożonym kg/m3 1041,2 ± 16,6 1028,6 ± 11,0 Spadek gęstości % 5,60 ± 0,58 6,74 ± 0,39
Model teoretyczny Gęstość w stanie
za-mrożonym kg/m3 1052,1 ± 20,4 1037,8 ± 13,8
Spadek gęstości % 4,61 5,91
Źródło: Badania własne
Schab wieprzowy posiadał najwyższą gęstość ze wszyst-kich badanych gatunków mięsa z powodu najwyższej za- wartości białka i najniższej zawartości wody (tabela 1). War-tość gęstości schabu wieprzowego świeżego była znacznie wyższa od wartości przedstawionych w literaturze (wieprzo-wina chuda - 1000 kg/m3 [3]). W temperaturze -10 i -30oC średnia gęstość schabu wieprzowego wyznaczona doświad-czalnie wyniosła odpowiednio 1041,2 ±16,6 kg/m3 i 1028,6
±11,0 kg/m3. Przeciętny spadek gęstości wahał się od 5,6% w temperaturze -10oC do 6,7 % w -30oC. Analizując wpływ temperatury zamrażania na spadek gęstości mięsa stwierdzono, że otrzymane wartości gęstości stanowią gru-pę jednorodną.
Wartości teoretyczne gęstości schabu wieprzowego bez
tabela 5. Gęstość fileta z kurczaka świeżego i w stanie za-mrożonym
Wyszczególnienie Jed.
miary Końcowa temperatura mięsa -10oC -30oC Zawartość suchej
substancji
% 24,24 ± 1,51
Gęstość w temp. po-kojowej
kg/m3 1093,4 ± 6,1
Metoda doświadczalna Gęstość w stanie
za-mrożonym kg/m3 1031,4 ± 9,4 1018,0 ± 3,4 Spadek gęstości % 5,67 ± 0,19 6,90 ± 0,48
Model teoretyczny Gęstość w stanie
za-mrożonym kg/m3 1042,8 ± 7,8 1029,4 ± 5,1
Spadek gęstości % 4,63 5,85
Źródło: Badania własne
Wartość gęstości świeżych filetów z kurczaka wyniosła 1093,4 ±6,1 kg/m3 i była wyższa od wartości 1058 kg/m3 wyliczonej z modelu przedstawionego w pracy Gromo-wa [2]. W temperaturze -10 i -30oC średnia gęstość filetów z kurczaka wyznaczona doświadczalnie wyniosła odpowied-nio 1031,4 ±9,4 kg/m3 i 1018,0 ±3,4 kg/m3, a przeciętny jej spadek wahał się od 5,7% do 6,9%. Analiza wariancji wyka-zała statystycznie istotny wpływ temperatury zamrażania na zmianę gęstości mięsa.
Wartości teoretyczne gęstości filetów z kurczaka w sta- nie zamrożonym były większe od wartości otrzymanych me-todą doświadczalną, natomiast spadek gęstości wyliczonej z modelu teoretycznego był o 1 punkt procentowy mniejszy od spadku gęstości wyznaczonej na drodze doświadczalnej (tabela 5).
W tabeli 6 przedstawiono gęstość filetów z indyka świe-żego i zamrożonego.
tabela 6. Gęstość fileta z indyka świeżego i w stanie zamro-żonym
Wyszczególnienie Jed.
miary Końcowa temperatura mięsa -10oC -30oC Zawartość suchej
substancji % 24,50 ± 0,69
Gęstość w temp.
po-kojowej kg/m3 1079,2 ± 10,4
Metoda doświadczalna Gęstość w stanie
za-mrożonym kg/m3 1016,5 ± 12,8 1011,6 ± 12,0 Spadek gęstości % 5,81 ± 0,53 6,26 ± 0,34
Model teoretyczny Gęstość w stanie
za-mrożonym
kg/m3 1027,2 ± 12,5 1018,6 ± 9,9
Spadek gęstości % 4,82 5,62
Źródło: Badania własne
Świeży filet z indyka posiadał gęstość 1079,2 ±10,4 kg/
m3 przy zawartości suchej substancji 24,50 ±0,69 % i była ona nieznacznie wyższa od wartości 1063 kg/m3 wyliczo-nej z modelu podanego w pracy Gromowa [2]. Obniżenie
temperatury do -10 i -30o C spowodowało spadek gęstości fi-letów z indyka odpowiednio do poziomu 1016,5 ±12,8 kg/
m3 i 1011,6 ±12,0 kg/m3. Przeciętny spadek gęstości wahał się od 5,8 % w temperaturze -10oC do 6,3 % w temperaturze -30oC. Analizując wpływ temperatury zamrażania na spadek gęstości mięsa stwierdzono, że otrzymane wartości gęstości stanowią grupę jednorodną.
Wartości teoretyczne gęstości filetów z indyka w stanie zamrożonym były większe od wartości otrzymanych meto-dą doświadczalną i zachowały podobną tendencję zmian jak w przypadku filetów z kurczaka.
WNIOSKI
1. Zastosowana metoda może być wykorzystana do pomia- ru gęstości mięsa poddanego procesowi zamrażania. Po- zwoliła ona wyznaczyć istotne różnice w zmianach gę-stości, szczególnie polędwicy wołowej, cielęcego mię-śnia najdłuższego oraz filetów z kurczaka, w zależności od końcowej temperatury zamrażania mięsa.
2. Gęstość badanego mięsa świeżego została określona dla polędwicy wołowej na poziomie 1093,2 ±9,9 kg/m3 , cie-lęcego mięśnia najdłuższego 1067,0 ±10,4 kg/m3 , scha-bu wieprzowego bez kości 1103,2 ±16,0 kg/m3, a filetów z kurczaka i indyka odpowiednio na poziomie 1093,4
±6,1 kg/m3 i 1079,2 ±10,4 kg/m3.
3. Gęstość badanego mięsa w stanie zamrożonym wyzna- czona metodą doświadczalną była znacznie niższa od gę- stości mięsa świeżego, przy czym im niższa była tempe- ratura końcowa materiału, tym spadek gęstości był więk-szy. Ogólnie, spadek gęstości mięsa w badanym zakresie temperatury zmieniał się od 5,6 do 7,3 %.
4. Model teoretyczny w miarę poprawnie opisywał gęstość badanych gatunków mięsa w stanie zamrożonym. Tym niemniej wyliczone wartości gęstości z modelu teore-tycznego były we wszystkich przypadkach wyższe od wartości gęstości oznaczonych metodą doświadczalną.
Zaproponowany model teoretyczny obliczania gęstości mięsa w stanie zamrożonym, może okazać się przydat- ny w obliczeniach projektowo-inżynierskich w technolo-gii zamrażalniczej.
LITERATURA
[1] cZIŻOW G. b. 1974. Procesy cieplne w technologii chłodniczej. Warszawa, WNT.
[2] GROMOW M.A. 1987. Płotnost i udielnaja tiepło-jomkost gowjadiny. Miasnaja industria, 9, 40-42.
[3] GRuDA Z., APOStOlSKI J. 1999. Zamrażanie żywności. Warszawa, WNT.
[4] hEDRIcK h.b., bERlE E.D., FORRESt J.c., JuDGE M.D., bERKEl R.A. 1994. Principles of meat science. Dubuque, Kendall/Hant Publish. Com-pany.
[5] KEPPElER R. A., bOSE J.R. 1970. Thermal prop-erties of frozen sucrose solutions. Transactions of the ASAE, 13(3), 335-339.
[6] KuNAchOWIcZ h., NADOlNA I., PRZYGODA b., IWANOW k. 2005. Tabele składu i wartości od-żywczej żywności. Warszawa, Wyd. Lekarskie PZWL,
[8] MIchAIlIDIS P.A., kROkIDA M.K., RAhMAN M.S. 2009. Data and models of density, shrinkage and porosity. In: Food Properties Handbook. Second Edi- tion, (ed. M.S. Rahman), Boca Raton, CRC Press Tay-lor &Francis Group, 417-499.
[9] NIEStERuK R. 1996. Właściwości termofizyczne żywności. Cz. 1. Białystok, Wyd. Politechniki Biało-stockiej.
[10] PAŁAchA z. 2010. Właściwości cieplne. W: Właści-wości fizyczne żywności, (red. Pałacha Z., Sitkiewicz I.), Warszawa, WNT, 81-112.
[11] PAŁAchA Z., RAcZYŃSKI W. 2005. Opracowanie metody oznaczania gęstości wybranych owoców w sta-nie zamrożonym. Postępy Techniki Przetwórstwa Spo-żywczego, 16/27(2), 55-59.
[12] Praca zbiorowa: Analiza żywności. Cz. I (red. Klepac-ka M.), Warszawa, Fundacja Rozwój SGGW, 1998.
[13] RAhMAN M.S., DIScROll R.h. 1994. Density of fresh and frozen seafood. Journal of Food Process En-gineering, 17, 121-140.
[14] RAMASWAMY h.S., tuNG M.A. 1981. Thermo-physical properties of apples in relation to freezing.
Journal of Food Science, 46, 724-728.
[15] SuccAR J., hAYAKAWA K-I. 1983. Empirical for-mulae for predicting thermal physical properties of food at freezing or defrosting temperatures.
Lebensmittel –Wissenschaft und –Technologie, 16, 326-331.