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May 03, 2023

Der Einfluss der Rotationsgeschwindigkeit der Messer und Schüssel des Fleischschneiders auf die Mikrostruktur von Fleischprodukten

Wissenschaftliche Berichte Band 12,

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 15492 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Details zu den Metriken

Ziel der Studie war es, mithilfe histochemischer Methoden in Kombination mit dem Computerbildanalysesystem die Struktur von Fleischteig und verarbeiteten Fleischprodukten in Abhängigkeit von der Zerkleinerungszeit und der Rotationsgeschwindigkeit der Kuttermesser und der Schüssel zu bestimmen. Untersucht wurden fein zerkleinerte Fleischteige und verarbeitete Fleischprodukte. Im Experiment wurden vier Varianten der Rotationsgeschwindigkeit von Kuttermessern und Schüssel angewendet: 1500/10 U/min, 1500/20 U/min, 3000/10 U/min und 3000/20 U/min. Der Hackvorgang dauerte 10 Minuten. Nach 5, 6, 8 und 10 Minuten Zerkleinerungsdauer wurden Proben von Fleischteig und verarbeiteten Fleischprodukten für histologische Analysen entnommen. Die Mikrostruktur von Strukturelementen (Fettkügelchen und Kollagenfasern) wurde mittels Computerbildanalyse gemessen. Die folgenden Parameter wurden in eine Charakteristik der Bilder einbezogen: Fläche, Umfang, Länge und Breite der Fettfelder; die Anzahl der analysierten Fettfelder; der Prozentsatz der Fettfelder im analysierten Feld; Fläche, Umfang, Länge und Breite der Kollagenfasern. Die Computerbildanalyse zeigte, dass die optimale Geschwindigkeit der Kuttermesser und der Schüssel 3000/20 U/min betrug. Die Zerkleinerungszeit wurde von 10 auf 8 Minuten verkürzt.

Das Zerkleinern ist ein Schritt im Fleischproduktionsprozess. Dabei handelt es sich um eine mechanische Zerkleinerung des Fleisches, um eine homogene Konsistenz zu erreichen und alle hinzugefügten Zutaten zu binden. Das Zerkleinern führt zu einer erheblichen Zerkleinerung des Rohmaterials, zur Hydratisierung von Proteinen durch bei der Verarbeitung hinzugefügtes Wasser und zur Emulgierung von Fetten. Durch das Mischen und Homogenisieren wird die räumliche Verteilung aller Zutaten angeglichen. Diese Vorgänge führen zur Bildung eines mehrkomponentigen und mehrphasigen physikalischen Systems namens Fleischteig, bei dem sich die ursprüngliche physikalische Struktur aller zerkleinerten Rohstoffe erheblich verändert hat. Dies äußert sich vor allem in Veränderungen der Eigenschaften von Fleischproteinen und Fettstoffen1,2,3,4,5,6,7,8. Natriumchlorid spielt eine wichtige Rolle bei der Extraktion myofibrillärer Proteine. Myofibrilläre Proteine ​​sind für die Entwicklung funktioneller Eigenschaften emulgierter Fleischprodukte verantwortlich, wie z. B. Gelbildung, Wasserhaltevermögen und Emulgierung9. Der Zusatz von Fett zu Fleischprodukten beeinflusst deren rheologische und strukturelle Eigenschaften und sorgt für ein einzigartiges Geschmacksprofil8,10,11. Fett beeinflusst die Textur, den Geschmack, das Mundgefühl, das allgemeine Gefühl der Gleitfähigkeit und das Aussehen von Fleischprodukten12,13. Die Struktur und die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Proteinen und Lipiden beeinflussen die Bildung und Stabilität von Emulsionen, indem sie in fein zerkleinerten Fleischprodukten einen Proteinfilm an der Grenzfläche um Fettkügelchen bilden und somit die Textur vieler Lebensmittelprodukte beeinflussen14,15,16,17,18,19 .

Das Hacken sollte eine optimale Fragmentierung des Muskelgewebes, des Bindegewebes und des Fettgewebes sowie eine gleichmäßige Fettverteilung in der Verteilungsphase gewährleisten. Der Zerkleinerungsprozess sollte beendet sein, wenn ein Gleichgewicht zwischen den gewünschten und den nachteiligen Phänomenen besteht. Unerwünschte Phänomene entstehen durch die Reibungskräfte der Schneidelemente, also der Messer gegen den Fleischteig. Dadurch steigt die Backtemperatur, was zu einer lokalen thermischen Denaturierung des Proteins führt. Dadurch verändert sich die Wasseraufnahme des Fleischteigs und es wird zuvor gebundenes Wasser freigesetzt. Wenn beim Zerkleinern ein übermäßiger Temperaturanstieg auftritt, kann die Proteinmatrix teilweise denaturiert und gebrochen werden, was zu einer ungeschützten Fettdispersion führt. Eine stärkere Wasser- und Fettabscheidung verringert sowohl die Ausbeute als auch die Qualität des Endprodukts. Der Hackvorgang sollte zum optimalen Zeitpunkt abgeschlossen sein20,21.

Eine wichtige Rolle bei der Extraktion der myofibrillären Proteine ​​spielt Natriumchlorid. Myofibrilläre Proteine ​​sind für die Entwicklung funktioneller Eigenschaften emulgierter Fleischprodukte wie Gelbildung, Wasserhaltevermögen und Emulgierung verantwortlich9. Der Zusatz von Fett zu Fleischprodukten spielt eine wichtige Rolle für die rheologischen und strukturellen Eigenschaften und sorgt für ein einzigartiges Geschmacksprofil8,10. Fett trägt zur Textur, zum Geschmack, zum Mundgefühl, zum allgemeinen Gefühl der Gleitfähigkeit und zum Aussehen von Fleischprodukten bei12,13.

Seit vielen Jahren führen Forschungseinrichtungen Untersuchungen an Fleisch und Geflügel durch, um den Zusammenhang zwischen den Eigenschaften der Rohstoffe, der Grundzusammensetzung von Fleischteig, der Technik und Technologie zur Herstellung von Fleischteig und der Qualität der Endprodukte zu ermitteln. Da fein zerkleinerte Fleischprodukte häufig verzehrt werden und deren Qualität maßgeblich von der Rohfleischteigstruktur abhängt, ist die Suche nach schnellen und objektiven Bewertungsmethoden erforderlich. Eine davon ist die computergestützte Bildanalyse, die in der Lebensmittelindustrie immer beliebter wird. Es wird zur Qualitätskontrolle22,23, Klassifizierung24 und Beurteilung eines breiten Spektrums roher und verarbeiteter Lebensmittelprodukte25,26,27,28,29 eingesetzt. Ziel der Untersuchung war es, mittels histochemischer Methoden und Computeranalyse des Mikroskopbildes den Einfluss der Rotationsgeschwindigkeit der Kuttermesser und der Schüssel auf die Struktur fein zerkleinerter Fleischteige und verarbeiteter Fleischprodukte zu ermitteln.

Die beste Zerkleinerung und Verteilung des Fetts in der Proteinmatrix wurde bei Fleischteig und verarbeiteten Fleischprodukten beobachtet, die bei Rotationsgeschwindigkeiten des Schneidmessers und der Schüssel von 3000/20 U/min hergestellt wurden. Die Fleischteige, die mit diesen Messer- und Schüsselrotationsgeschwindigkeiten zerkleinert wurden, zeichneten sich durch die kleinsten Abmessungen der Fettpartikel (Tabelle 1) und die kleinste Flächeneinheit (Tabelle 2) bis zum 8-minütigen Zerkleinerungsprozess aus. Sie hatten auch die meisten fetten Felder (Tabelle 3). Darüber hinaus kann dies auch beim Vergleich von Bildern der Mikrostruktur hergestellter Teige beobachtet werden, in denen verfärbtes Fett zu sehen war (Abb. 1, 2, 3, 4, 5). Bei den Fleischteigstücken, deren Herstellung bei einer Messerrotationsgeschwindigkeit von 1500 U/min erfolgte, wurde eine Zunahme der Oberfläche der Fettpartikel beobachtet, gefolgt von einer allmählichen Abnahme bis zum Abschluss des Schneidevorgangs.

Mikrostruktur des Teigs (x200) (Fettkügelchen) nach 5-minütigem Hacken, hergestellt mit unterschiedlicher Drehzahl der Hackmesser und der Schüssel (a) −1500/10 U/min−1, (b) −1500/20 U/min−1, (c) − 3000/10 U/min−1, (d) −3000/20 U/min−1.

Mikrostruktur des Teigs (x200) (Fettkügelchen) nach 6-minütigem Hacken, erzeugt mit unterschiedlicher Drehzahl der Hackmesser und der Schüssel: (a) −1500/10 U/min−1, (b) −1500/20 U/min−1, (c) −3000/10 U/min−1, (d) −3000/20 U/min−1.

Mikrostruktur des Teigs (x200) (Fettkügelchen) nach 8-minütigem Hacken, erzeugt mit unterschiedlicher Drehzahl der Hackmesser und der Schüssel: (a) −1500/10 U/min−1, (b) −1500/20 U/min−1, (c) −3000/10 U/min−1, (d) −3000/20 U/min−1.

Mikrostruktur des Teigs (x200) (Fettkügelchen) nach 10-minütigem Hacken, erzeugt mit unterschiedlicher Drehzahl der Hackmesser und der Schüssel: (a) −1500/10 U/min−1, (b) −1500/20 U/min−1, (c) −3000/10 U/min−1, (d) −3000/20 U/min−1.

Mikrostruktur von Wurst (x200), hergestellt mit unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeit von Hackmessern und Schüssel: (a) −1500/10 U/min−1, (b) −1500/20 U/min−1, (c) −3000/10 U/min−1, (d) −3000/20 U/min−1.

Während des Zerkleinerungsprozesses veränderte sich der Anteil der Fettpartikel nicht wesentlich (Tabelle 3). Mit zunehmender Zerkleinerungszeit verringerte sich die Fläche der Fettpartikel im Fleischteig bei allen Messer- und Schüsselrotationsgeschwindigkeiten bis zum 8-minütigen Zerkleinerungsprozess.

Die linearen Korrelationen zwischen den Abmessungen der Fettpartikel in den untersuchten Fleischteigstücken (Fläche, Umfang, Länge, Breite) und der Hackzeit sowie der Rotationsgeschwindigkeit der Schneidmesser und der Schüssel zeigten, dass nur die Hackzeit statistisch signifikant war und negativ korrelierte mit den Abmessungen von Fettzellen. Die anderen Korrelationen waren unbedeutend (Tabelle 4).

Größere Aufmerksamkeit verdienen die Ergebnisse, die nach 10-minütigem Zerkleinern des Fleischteigs bei Messer- und Schüsselrotationsgeschwindigkeiten von 3000/20 U/min erzielt werden. Nach dieser Zerkleinerungszeit gab es größere Werte der Fettpartikelfläche als nach 8 Minuten des Prozesses (Tabelle 1, Abb. 5). Die Einheitsoberfläche der Fettpartikel im Fleischteig nach 10-minütigem Zerkleinern war ebenfalls ähnlich der Fläche, die bei einer Messerrotationsgeschwindigkeit von 1500 U/min gemessen wurde. Die Einheitsoberfläche in den verarbeiteten Produkten, die aus dem Fleischteig hergestellt wurden, verringerte sich bei den Geschwindigkeiten von 3000/20 U/min um fast die Hälfte des Wertes, der für den Fleischteig festgestellt wurde (Tabelle 2). Die Situation könnte dadurch erklärt werden, dass bei den Kuttermesser- und Schüsselgeschwindigkeiten von 3000/20 U/min die Zerkleinerungszeit zu lang war und die bereits zerkleinerten Fettpartikel zu aggregieren begannen. Bei höheren Drehzahlen schneidet das Cuttermesser mehr in einer Minute und der Fleischteig wird dadurch stärker fragmentiert. Wir können daraus schließen, dass es möglich ist, den gewünschten Effekt in kürzerer Zeit zu erzielen.

Die von den Fettpartikeln eingenommene Fläche wurde durch deren Anzahl dividiert. Als Ergebnis wurde der Wert der von einem einzelnen Objekt eingenommenen Fläche berechnet. Nach logarithmischer Transformation wurde der Wert einer Varianzanalyse unterzogen. Der bei Messer- und Schüsselrotationsgeschwindigkeiten von 1500/10 U/min erzeugte Fleischteig zeichnete sich durch die größte durchschnittliche Oberfläche eines einzelnen Fettpartikels aus. Die kleinste durchschnittliche Oberfläche eines einzelnen Fettpartikels wurde bei Geschwindigkeiten von 3000/20 U/min festgestellt (Tabelle 2).

Tabelle 5 zeigt die Koeffizienten linearer Korrelationen zwischen der Fläche einzelner Objekte und den untersuchten Variabilitätsfaktoren (Hackzeit, Rotationsgeschwindigkeit der Fleischschneidermesser und der Schüssel). Die lineare Regressionsanalyse (1) ergab, dass lediglich die Hackzeit einen statistisch signifikanten Einfluss auf die Oberfläche eines einzelnen Objekts hatte. Um das Phänomen besser zu beschreiben, wurde eine multiple lineare Regressionsanalyse durchgeführt.

Wie in der Gleichung der multiplen linearen Regression oben zu sehen ist, hatte die Zerkleinerungszeit den größten Einfluss auf Änderungen der Oberfläche eines einzelnen Objekts (IOA) (Fettpartikel) als Funktion der Zerkleinerungszeit (T) und der Rotationsgeschwindigkeit der Fleischkuttermesser (KR) und Schüssel (BR). Die Drehungen der Messer und der Schüssel des Fleischschneiders hatten einen geringeren Einfluss und ihr Einfluss war weniger vielfältig.

Die verarbeiteten Fleischprodukte, die aus dem bei Rotationsgeschwindigkeiten von 1500/10 U/min zerkleinerten Fleischteig hergestellt wurden, zeichneten sich durch die größte Oberfläche eines einzelnen Fettpartikels aus. Die kleinste Oberfläche eines einzelnen Fettpartikels wurde bei den verarbeiteten Produkten festgestellt, die aus dem bei Rotationsgeschwindigkeiten von 3000/20 U/min zerkleinerten Fleischteig hergestellt wurden. Die Werte dieses Parameters unterschieden sich deutlich von den Werten der anderen Varianten. Die Berechnungen linearer Korrelationen zwischen der Fläche eines einzelnen Fettpartikels und dem Einfluss der Rotation der Kuttermesser und der Schüssel zeigten, dass die Rotation der Schüssel einen statistisch signifikanten Einfluss auf diesen Parameter hatte (Tabelle 6).

Die multiple lineare Regression Gl. (2) als Funktion der Rotationen der Messer und der Schüssel des Fleischschneiders zeigte, dass die Schüsselrotationen zum eingestellten Zerkleinerungszeitpunkt einen größeren Einfluss auf das Versuchsfleisch hatten als die Messerrotationen. Aufgrund der Anzahl der Freiheitsgrade des Systems war selbst eine so schwache Korrelation statistisch hochsignifikant.

Tabelle 3 zeigt die Werte der von Fettpartikeln eingenommenen Fläche im Feld des untersuchten Bildes entsprechend der Zerkleinerungszeit. Die Analyse der Daten zeigt, dass nach 5 Minuten Hacken die von Fettpartikeln eingenommene Fläche im Fleischteig, der bei den Messer- und Schüsselrotationsgeschwindigkeiten von 1500/10, 1500/20 und 3000/10 U/min erzeugt wurde, deutlich reduziert war (Abb. 1). ). Bei der höchsten Rotationsgeschwindigkeit von 3000/20 U/min blieb die von den Fettpartikeln eingenommene Fläche während der gesamten Zerkleinerungsdauer (zwischen 5 und 10 Minuten) auf dem gleichen Niveau.

Die Werte der von Fettpartikeln eingenommenen Fläche in der Wurst für einzelne Varianten deuten darauf hin, dass der Einfluss der Messer- und Schüsselrotation auf die von den Fettpartikeln eingenommene Bildfläche in der ersten Versuchsreihe nicht eindeutig ist. In der zweiten Versuchsreihe wurde der von Fettpartikeln eingenommene Bildbereich in den verarbeiteten Produkten aus dem bei Messer- und Schüsselgeschwindigkeiten von 3000/20 U/min gehackten Fleischteig deutlich reduziert (Tabelle 3, Abb. 5). Es scheint, dass andere Faktoren bei dem Experiment eine wichtige Rolle gespielt haben, darunter die Eigenschaften des Rohmaterials.

Die Beziehungen zwischen den untersuchten Determinanten lassen sich besser mit der folgenden linearen Korrelation beschreiben (3).

Die Beta-Koeffizienten zeigen, dass die Rotationen der Kuttermesser einen größeren Einfluss auf den Prozentsatz der Fettpartikel im analysierten Feld hatten als die Trommelrotationen.

Bei allen Varianten der Kuttermesser- und Schüsselrotationsgeschwindigkeiten (1500/10 U/min, 1500/20 U/min, 3000/10 U/min und 3000/20 U/min) stiegen die Mengen an Fettpartikeln im Fleischteig mit der Zerkleinerungszeit. Der Vergleich gleicher Hackzeiten in einzelnen Varianten der Kuttermesser- und Schüsseldrehzahlen zeigte, dass die Menge an Fettpartikeln mit der Drehzahl der Kuttermesser und der Schüssel zunahm. Die größte Menge an Fettpartikeln wurde im Fleischteig und in verarbeiteten Produkten gefunden, die bei Rotationsgeschwindigkeiten des Kuttermessers und der Schüssel von 3000/20 U/min hergestellt wurden.

Der mit einer Messerrotationsgeschwindigkeit von 1500 U/min hergestellte Fleischteig zeichnete sich durch die größte Fläche, den größten Umfang, die größte Länge und die größte Breite der Kollagenfasern aus (Tabelle 7). Es ist jedoch bemerkenswert, dass diese Werte nicht immer statistisch signifikant waren. Andererseits war der Fleischteig, der bei Messer- und Schüsselrotationsgeschwindigkeiten von 3000/20 U/min hergestellt wurde, durch die niedrigsten Werte dieser Determinanten gekennzeichnet.

Die lineare Korrelation zwischen den Parametern der Kollagenfaserabmessungen in den Fleischteigstücken, der Hackzeit und der Rotationsgeschwindigkeit der Kuttermesser und der Schüssel (siehe Tabelle 8) zeigte, dass sowohl die Hackzeit als auch die Rotationsgeschwindigkeit der Kuttermesser entscheidend waren Einfluss auf die Dimensionen der Kollagenfasern.

Diese Abhängigkeiten können mit den folgenden Regressionsgleichungen beschrieben werden:

Wie aus den multiplen linearen Regressionsgleichungen geschlossen werden kann, nahmen die Abmessungen der Kollagenfasern mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit der Schneidmesser und zunehmender Hackzeit ab. Die Zerkleinerungszeit und die Rotationsgeschwindigkeit der Schneidmesser hatten ungefähr den gleichen Einfluss auf die Zerkleinerung der Kollagenfasern, da die Werte der Beta-Koeffizienten sehr ähnlich waren.

Die verarbeiteten Produkte, die aus dem bei Messer- und Schüsselrotationsgeschwindigkeiten von 3000/20 U/min zerkleinerten Fleischteig hergestellt wurden, zeichneten sich durch die kleinsten Abmessungen der Kollagenfasern aus und ihre Werte unterschieden sich statistisch signifikant von denen der anderen Varianten (Tabelle 7). Die lineare Korrelation zwischen den Parametern der Kollagenfasern und der Rotationsgeschwindigkeit der Schneidmesser und der Schüssel (Tabelle 8) zeigte, dass alle Parameter der Kollagenfasern statistisch signifikant und negativ mit der Rotationsgeschwindigkeit der Schneidmesser korrelierten. Es gab eine viel schwächere, aber signifikante Abhängigkeit zwischen der Rotationsgeschwindigkeit der Schüssel und dem Umfang und der Länge der Kollagenfasern.

Die starke Zerkleinerung der Kollagenfasern nach 10 Minuten Hacken kann darauf hindeuten, dass der Prozess zu lang war. Um den gewünschten Zerkleinerungsgrad zu erreichen, sollte das Fleisch laut Haack et al.30 kürzer bei hohen Drehzahlen zerkleinert werden, da die Schärfe des Messers mit zunehmender Arbeitszeit und gleichmäßiger Zerkleinerung abnimmt ist reduziert. Darüber hinaus wird der Emulgierzustand überschritten, die Temperatur des Fleischteigs steigt und seine Qualität nimmt ab. Daher ist es notwendig, Messer mit höherer Haltbarkeit zu verwenden und die Belastung durch die Verarbeitung kleiner Rohmaterialstücke zu reduzieren. Dies kann erreicht werden, indem das Fleisch zunächst mit einem Fleischwolf in kleinere Partikel als 3 mm zerkleinert wird. Ähnliche Ergebnisse lieferte das von Curt et al.31 durchgeführte Experiment, das die Response-Surface-Methodik testete, um die Zerkleinerungsbedingungen im Schneidwerk zu optimieren, wobei Messerrotationsgeschwindigkeiten von 500–3500 U/min und eine Zerkleinerungszeit von bis zu 6 Minuten verwendet wurden. Die Forscher testeten fünf Parameter: die Größe der Fettpartikel, Homogenisierung, Kohäsion, Härte und Bindung. Der Fleischteig von höchster Qualität wurde erhalten, wenn das Fleisch 3–5 Minuten lang mit rotierenden Messern bei einer Geschwindigkeit von 2000–3500 U/min zerkleinert wurde. Der Hackvorgang war am wirtschaftlichsten, wenn die Messer 3 Minuten lang mit einer Drehzahl von 2000 U/min rotierten.

Die Untersuchung wurde an Fleischteig und fein zerkleinerten Fleischprodukten durchgeführt, die in vier Varianten der Rotationsgeschwindigkeit der Kuttermesser und der Schüssel hergestellt wurden: 1500/10 U/min, 1500/20 U/min, 3000/10 U/min und 3000/20 U/min. Als Rohstoffe für die Herstellung von fein zerkleinertem Fleischteig und verarbeiteten Fleischprodukten dienten die Hinterbackenmuskulatur und das feine Schinkenfett. Die Rohstoffe wurden direkt von Fleischverarbeitungsbetrieben gesammelt. Die Rezeptur des Musterprodukts sah wie folgt aus: 70 % Schweinshaxe mit Sehnen, 30 % feines Schinkenfett, 40 % Wasser mit Eiszusatz in ausreichendem Verhältnis zur Fett- und Fleischmasse und 2,0 % Pökelsalz.

Während des Zerkleinerungsprozesses wurden nach der gleichen Zeitspanne Proben aller Fleischteigvarianten entnommen, um Proben für die histologische Analyse vorzubereiten.

Die fein zerkleinerten Fleischteige wurden in einem Zweigeschwindigkeitsschneider hergestellt, wobei die Rotationsgeschwindigkeiten der Cuttermesser 1500 U/min und 3000 U/min betrugen, während die Rotationsgeschwindigkeiten der Schüssel 10 U/min und 20 U/min betrugen. Das Fassungsvermögen der Kutterschüssel betrug 22 dm3. Auf der Messerwelle waren vier gestrichelte Messer montiert.

Die Fleisch- und Fettrohstoffe für die Herstellung von Modellfleischteig wurden in einem Fleischwolf durch ein 3-mm-Lochnetz zerkleinert. Dem Fleisch wurde eine Pökelmischung zugesetzt und es wurde 24 Stunden lang bei 4–6℃ gepökelt. Als nächstes wurden die Rohstoffe in der folgenden Reihenfolge in eine Schüssel gegeben: Fleisch, Eis mit Wasser und Fett. Der Hackvorgang dauerte 10 Minuten. Die Endtemperatur der Fleischteige überstieg nicht 12℃. Die Fleischpaneele wurden in Naturdärme mit einem Durchmesser von 28–30 mm eingelegt. Anschließend wurden die verarbeiteten Fleischprodukte 30 Minuten lang bei 35 °C getrocknet, bei 60 °C geräuchert und in einer Räucher-Brühkammer bei 75 °C gebrüht, bis die Temperatur in der geometrischen Mitte des Riegels 70 °C betrug. Anschließend wurden die verarbeiteten Fleischprodukte in kaltem Wasser abgekühlt und nach 24-stündiger Kühllagerung bei 4–6 °C analysiert.

Proben von fein zerkleinertem Fleischteig wurden nach 5, 6, 8 und 10 Minuten Hacken und von fertigen Produkten gesammelt, um Proben für die histologische Analyse vorzubereiten.

Aus dem Fleischteig und verarbeiteten Fleischproben wurden Blöcke der Größe 10 × 10 × 10 mm hergestellt und in flüssigem Stickstoff eingefroren. Anschließend wurden die Blöcke in einen Kryostaten überführt und in 10 μm große Stücke zerschnitten. Die Stücke wurden auf proteinbeschichtete Primärobjektträger gelegt und etwa 30 Minuten lang bei Raumtemperatur getrocknet. Anschließend wurden die Proben mit Oil Red O angefärbt, um die Fettverteilung anzuzeigen. Van-Giesons-Färbung wurde angewendet, um Veränderungen im Bindegewebe, hauptsächlich Kollagen, zu beobachten32.

Die histologischen Proben wurden einer Computerbildanalyse unterzogen. Das Bild eines Axiolab-Mikroskops wurde von einer Kamera an einen Computer übertragen, wo es mit der MultiScan-Software v.13.01 analysiert wurde. Für alle Proben wurde ein identisches Verfahren zur Objektidentifizierung und -analyse vorbereitet. Die Struktur der Proben wurde bei konstanter Vergrößerung des Mikroskops (× 200) untersucht. In jeder Probe wurden 10 Felder mit konstanter Oberfläche analysiert. Die Bilder wurden anhand der folgenden Parameter charakterisiert: Fläche, Länge, Breite und Umfang der Fettfelder; die Anzahl der analysierten Fettfelder; der Prozentsatz der Fettfelder im analysierten Feld; Fläche, Länge, Breite und Umfang der Kollagenfasern. Darüber hinaus wurde die Fläche eines einzelnen Fettpartikels berechnet, indem die gesamte von Fett eingenommene Fläche im analysierten Feld durch die Anzahl der Fettpartikel dividiert wurde33,34,35.

Da es einen sehr großen Wertebereich der mit der Computerbildanalyse gewonnenen numerischen Daten gab, wurden diese in die folgende Form umgewandelt: Y = log (x). Der Kolmogorov-Smirnov-Test ergab, dass die logarithmische Transformation zu einer Normalverteilung der Daten führte. Dieses Verfahren wurde von Wagner und Błaczak36 empfohlen. Die Diversifikation der Mittelwerte wurde mit dem t-Test beurteilt. Die Ergebnisse der Analysen wurden in zwei Formen dargestellt: als Logarithmen und als wahre Werte. In diesem Fall war die Standardabweichung kein Maß für die Präzision der Berechnungen, da die Ergebnisse der Standardabweichungen für kleine logarithmische Werte linear sind, für größere Werte jedoch exponentiellen Charakter haben. Die statistische Signifikanz der Wirkung der Faktoren wurde mithilfe einer Zwei-Wege-Varianzanalyse (ANOVA) bei einem Signifikanzniveau von p ≤ 0,05 bewertet. Es wurde angenommen, dass der Einfluss der Zerkleinerungszeit auf die Parameter offensichtlich war. Diese Annahme steht im Einklang mit den von Elandt37 und Karpiski38 gemeldeten Daten.

Die Forschungsergebnisse, die auf Messungen der Abmessungen von Fettpartikeln und Kollagenfasern in fein zerkleinertem Fleischteig und den daraus resultierenden verarbeiteten Produkten mithilfe des Computerbildanalysesystems basieren, bestätigten die Möglichkeit, diese Methode zur Beurteilung der Qualität von Fleisch und Fett einzusetzen Emulsion und das daraus hergestellte Endprodukt. Die im Rahmen der Studie gewonnenen Bilder der Mikrostruktur der Fleischteige und verarbeiteten Fleischprodukte ermöglichten die Identifizierung der zu analysierenden Objekte (Fettpartikel und Kollagenfasern). Das MultiScan-Programm ermöglichte die Charakterisierung der Variation ihrer wichtigsten geometrischen Parameter. Die Computerbildanalyse zeigte, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Kuttermesser und der Schüssel einen statistisch signifikanten Einfluss auf die Zerkleinerung von Fleischteig hatte. Darüber hinaus konnten wir damit auch die optimale Drehzahl der Kuttermesser und der Schüssel ermitteln, nämlich 3000/20 U/min.

Es zeigte sich, dass bei den Kuttermesser- und Schüsselgeschwindigkeiten von 3000/20 U/min die Zerkleinerungszeit von 10 Minuten zu lang war und die bereits zerkleinerten Fettpartikel zu aggregieren begannen. Bei höheren Drehzahlen schneidet das Cuttermesser mehr in einer Minute und der Fleischteig wird dadurch stärker fragmentiert. Wir können daraus schließen, dass es möglich ist, den gewünschten Effekt in kürzerer Zeit zu erzielen. Die Forschungsergebnisse und die in Referenzpublikationen präsentierten Daten ermöglichten es uns, in weiteren Experimenten die optimale Rotationsgeschwindigkeit der Kuttermesser und der Schüssel, also 3000/20 U/min, zu nutzen und den Hackvorgang von 10 auf 8 Minuten zu verkürzen.

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Referenzen herunterladen

Abteilung für Fleischtechnologie, Fakultät für Lebensmittelwissenschaft und Ernährung, Universität für Biowissenschaften Posen, Wojska Polskiego 28, 60-637, Posen, Polen

Mirosława Krzywdzińska-Bartkowiak, Michał Piątek und Ryszard Kowalski

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MK-B. schrieb den Hauptmanuskripttext und MPRK bereitete alle Tabellen vor. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondentin ist Mirosława Krzywdzińska-Bartkowiak.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Krzywdzińska-Bartkowiak, M., Piątek, M. & Kowalski, R. Der Einfluss der Rotationsgeschwindigkeit der Fleischschneidermesser und der Schüssel auf die Mikrostruktur von Fleischprodukten. Sci Rep 12, 15492 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-19566-x

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Eingegangen: 29. November 2021

Angenommen: 31. August 2022

Veröffentlicht: 15. September 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-19566-x

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