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Ermittlung materialwissenschaftlicher Kennwerte von Fleisch- und Fischprodukten
Hildebrandt, Nico
Bisherige Erkenntnisse bezüglich der Strukturausbildung bei der Fermentation und Rekonstitution von zerkleinertem Muskelgewebe beruhen vor allem auf mikroskopischen sowie auf sensorisch-taktilen Beobachtungen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die komplexen Strukturbildungsvorgänge zerkleinerten Muskelgewebes in der Mikrostrukturebene während Fermentations- und Rekonstitutionsprozessen mittels rheologischer Methoden materialwissen- schaftlich analysiert und bewertet. Mit Hilfe von Oszillationsmessungen im Timesweep-Modus im linear viskoelastischen Bereich der Modellbrätproben aus Rind- und Schweinefleisch sowie Karpfenfilet konnte anhand der rheologischen Parameter Speichermodul G’ und Verlustfaktor tan δ der Fermentationsverlauf rohstoffabhängig in verschiedene Strukturierungsabschnitte eingeteilt und pH- und zeitabhängig diskutiert werden. So wurden bei der Fermentation von Rind- und Schweinefleisch vier, bei der Fermentation von Karpfenfilet fünf Strukturierungsabschnitte festgestellt. Am Beispiel der Rindfleischfermentation wurden die Auswirkungen von Salzzugabe, Starter- kulturzugabe und Starterkulturpräparat auf die Strukturbildungsprozesse untersucht. Dabei wurden sowohl die Vorstrukturierung der myofibrillären Proteine durch den Einsalzeffekt als auch die einsetzende Säuredenaturation der Muskelproteine als wichtige strukturbildende Elemente der Partikelgelausbildung erkannt. Durch Variation des Starterkulturpräparates konnte festgestellt werden, dass geringere Säuerungsraten zu geordneteren Partikelgelnetzwerken führen. Am Beispiel der Schweinefleischfermentation konnte die Strukturbildungsgeschwindigkeit vStr durch Ableitung der linearisierten Teilbereiche der G’(t)-Kurve als weiterer Parameter zur neuartigen quantitativen Bewertung ablaufender Strukturierungen herangezogen werden. Dabei zeigte sich, dass mit zunehmendem Wasser- und Fettgehalt die Strukturbildungsgeschwindigkeit abnahm. Mit zunehmendem Gehalt an Fett bzw. S8 nahmen die viskosen Eigenschaften zu. Ab einem S8-Gehalt von 30 % wurde die Ausbildung eines Partikelgels verhindert. Durch einen höheren Fremdwassergehalt wurde die Relation von viskosen zu elastischen Eigenschaften nicht verändert. Die Zugabe von Ca-Lactat hatte einen leicht störenden Einfluss auf vorstrukturierende Quelleffekte und somit etwas schwächere Partikelgele zur Folge. Messungen im Amplituden- und Frequenzsweep-Modus zeigten, dass bei den Bräten vor und nach der Fermentation Dispersionsstrukturen auf Partikelbasis vorlagen. Eine Analyse der Strukturbildungsvorgänge bei der Rekonstitution von Fleisch durch Alginat- Calcium-Systeme mittels Oszillationsmessungen im Timesweep zeigte in Abhängigkeit von der Zusammensetzung anhand der Parameter Speichermodul G’ und Verlustfaktor tan δ unterschiedliche Strukturierungsmechanismen in der Mikroebene, welche erfasst und diskutiert wurden. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten materialwissenschaftlichen Untersuchungen ermöglichen neuartige objektive Aussagen über den Mechanismus der Strukturausbildung bei der Fermentation und Rekonstitution von Fleisch und Fisch. Die Untersuchungen können zur Bewertung von Formulierungsänderungen, technologischen Parametern und Rohstoffen hinsichtlich der Strukturausbildung in der Mikrostrukturebene im Rahmen von Produktentwicklungen genutzt werden.
Knowledge on the structuring mechanisms during the processing of fermented and structured meat and fish products is often obtained from microscopical and sensory investigations. The objective of the work was the material scientific analysis and assessment of the complex structuring mechanisms of minced muscle tissue in the micro structure during fermentation and structuring processes with rheological methods. Oscillation tests in timesweep were applied within the linear viscoelastic region to investigate the behavior of muscle homogenates from beef, pork and carp during the fermentation process. The development of structure was described as a gelification process depending on acidification and time. The rheological parameters loss factor tan δ and storage modulus G’ were used to divide the fermentation process into different phases of structure formation. Four phases were found for the fermentation process of beef and pork and five phases for carp homogenates, respectively. Experiments were carried out with beef homogenates to investigate the influence of the addition of salt, starter culture and type of starter culture on the mechanisms of structure formation during the fermentation process. The pre-structuring of meat proteins due to the addition of salt and the denaturation of the meat proteins were found to be key factors for the development of a particle gel network. Slow rates of acidification were found to result in better structure of the particle gel network. Investigations on the fermentation process of pork homogenates lead to the new parameter rate of structure formation vStr, which was obtained by the first derivation of the G’(t) curve. With increasing water and fat (S8) content vStr decreases. With increasing S8 content, the viscous properties increases, but with increasing water content, the relation from viscous to elastic properties did not change. A S8 content over 30 % prevents the development of a particle gel network. The addition of Ca-lactate leads to a slight decreasing of the pre- structuring of meat proteins due to the addition of salt and thus to the formation of a slightly weaker particle gel network. Amplitude- and frequency-sweeps showed, that the muscle homogenates are complex disperse systems on the basis of particles before and after the fermentation process, respectively. The investigations on the mechanisms of structure formation during the meat structuring process with alginate-calcium-systems were carried out with oscillation tests in timesweep mode. Different mechanisms of structure formation were detected with the help of the parameters tan δ and G’ in dependence on the ingredients and compounds of the different alginate-calcium-systems. The material scientific investigations of this work allow new objective statements about the mechanisms of structure formation during fermentation and structuring processes of meat and fish. The investigations could be a usefull instrument during the development stage of products to estimate the different effects of new ingredients, technological parameters and raw materials on the structure formation of the microstructure.
