肉カッターナイフとボウルの回転速度が肉製品の微細構造に及ぼす影響

Scientific Reports volume 12、記事番号: 15492 (2022) この記事を引用

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研究の目的は、組織化学的手法とコンピュータ画像解析システムを組み合わせて、刻む時間とカッターナイフとボウルの回転速度に応じて、肉バッターと肉加工品の構造を決定することでした。 細かく粉砕した肉バッターと肉加工品を調査しました。 実験では、カッターナイフとボウルの回転速度の 4 つのバリエーション、1500/10 rpm、1500/20 rpm、3000/10 rpm、および 3000/20 rpm を適用しました。 細断プロセスは10分間続きました。 ５、６、８および１０分間の細断後、肉バッターおよび加工肉製品のサンプルを組織学的分析のために収集した。 構造要素（脂肪球およびコラーゲン線維）の微細構造は、コンピューター画像解析を使用して測定されました。 画像の特性には次のパラメータが含まれていました。脂肪フィールドの面積、円周、長さ、幅。 分析された脂肪フィールドの数。 分析中のフィールド内の脂肪フィールドの割合。 コラーゲン線維の面積、円周、長さ、幅。 コンピューター画像分析により、カッターナイフとボウルの最適速度は 3000/20 rpm であることがわかりました。 細断時間は 10 分から 8 分に短縮されました。

切り刻みは肉の製造プロセスの段階です。 これは、均質な粘稠度を達成し、加えられたすべての材料を結合させるために肉を機械的に粉砕することからなる。 細断すると、原材料が大幅に粉砕され、加工中に加えられる水によるタンパク質の水和と脂肪の乳化が起こります。 混合と均質化により、すべての成分の空間的分散が整列します。 これらの操作により、ミートバッターとして知られる多成分かつ多相の物理システムが形成され、すべての切り刻まれた原材料の初期物理構造が大幅に変化します。 これは主に、肉タンパク質と脂肪物質の特性の変化によって現れます1、2、3、4、5、6、7、8。 塩化ナトリウムは筋原線維タンパク質の抽出において重要な役割を果たします。 筋原線維タンパク質は、ゲル形成、保水能力、乳化など、乳化肉製品の機能的特性の発達に関与しています9。 肉製品に脂肪を添加すると、そのレオロジー特性や構造特性に影響があり、独特の味のプロファイルが得られます8、10、11。 脂肪は肉製品の食感、風味、口当たり、全体的な滑らかさの感覚、および外観に影響を与えます12、13。 タンパク質と脂質の構造と物理化学的特性は、細かく粉砕された肉製品の脂肪球の周囲に界面タンパク質膜を形成することにより、エマルジョンの形成と安定性に影響を及ぼし、したがって多くの食品の食感に影響を与えます14、15、16、17、18、19。 。

細断により、筋肉組織、結合組織、脂肪組織が最適に断片化され、分散段階で脂肪が均等に分散されるようにする必要があります。 チョッピングプロセスは、望ましい現象と不利な現象の間のバランスが取れたときに終了する必要があります。 望ましくない現象は、切断要素、つまり肉のバッターに対するナイフの摩擦力によって生じます。 その結果、打粉温度が上昇し、タンパク質の局所的な熱変性が起こります。 これにより、肉バッターの吸水性が変化し、以前に結合していた水分が放出されます。 細断中に過度の温度上昇が発生すると、タンパク質マトリックスが部分的に変性および破壊され、保護されていない脂肪分散が生じる可能性があります。 水と脂肪の分離が増加すると、最終製品の収量と品質の両方が低下します。 細断プロセスは最適な時間に終了する必要があります20,21。

筋原線維タンパク質の抽出において重要な役割を果たすのは塩化ナトリウムです。筋原線維タンパク質は、ゲル形成、保水能力、乳化など、乳化肉製品の機能的特性の発達に関与しています9。 肉製品への脂肪の添加は、独特の味プロファイルを提供するだけでなく、レオロジー特性や構造特性において重要な役割を果たします8,10。 脂肪は肉製品の食感、風味、口当たり、全体的な滑らかさの感覚、および外観に寄与します12、13。

長年にわたり、研究機関は、原材料の特性、ミートバッターの基本組成、ミートバッターの製造技術と技術、最終製品の品質との関係を解明するために、肉と家禽に関する調査を行ってきました。 細かく粉砕された肉製品が一般的に消費されており、その品質が生肉のバッターの構造に大きく依存するという事実により、迅速かつ客観的な評価方法を模索する必要があります。 その1つが、食品業界で人気を集めているコンピュータ画像解析です。 これは、幅広い生および加工食品の品質管理 22,23、分類 24、評価に使用されます 25,26,27,28,29。 研究の目的は、組織化学的手法と顕微鏡画像のコンピューター分析によって、細かく粉砕した肉バッターと肉加工品の構造に及ぼすカッターナイフとボウルの回転速度の影響を調べることでした。

タンパク質マトリックス中の脂肪の最良の粉砕と分散は、カッターナイフとボウルの回転速度 3000/20 rpm で製造された肉バッターと加工肉製品で観察されました。 これらのナイフとボウルの回転速度で細断された肉バッターは、細断プロセスの 8 分までの脂肪粒子の最小寸法 (表 1) と単位面積 (表 2) によって特徴づけられました。 彼らはまた、最も肥沃な畑を持っていました（表3）。 さらに、これは、染色された脂肪が示されている、製造されたバッターの微細構造の画像を比較するときにも観察される可能性があります（図1、2、3、4、5）。 1500 rpmのナイフの回転速度で製造が行われたミートバッターでは、脂肪粒子の表面の増加が観察され、その後、切断プロセスが完了するまで徐々に減少しました。

チョッパーナイフとボウルの回転速度を変化させて5分間切り刻んだ後のバッター（x200）（脂肪球）の微細構造（a）-1500/10 rpm-1、（b）-1500/20 rpm-1、（c）- 3000/10 rpm−1、(d) −3000/20 rpm−1。

チョッパーナイフとボウルの回転速度を変化させて6分間切り刻んだ後のバッター（x200）（脂肪球）の微細構造：（a）-1500/10 rpm-1、（b）-1500/20 rpm-1、（c） −3000/10rpm−1、(d)−3000/20rpm−1。

チョッパーナイフとボウルの回転速度を変化させて8分間切り刻んだ後のバッター（x200）（脂肪球）の微細構造：（a）-1500/10 rpm-1、（b）-1500/20 rpm-1、（c） −3000/10rpm−1、(d)−3000/20rpm−1。

チョッパーナイフとボウルの回転速度を変化させて10分間切り刻んだ後のバッター（x200）（脂肪球）の微細構造：（a）-1500/10 rpm-1、（b）-1500/20 rpm-1、（c） −3000/10rpm−1、(d)−3000/20rpm−1。

チョッパーナイフとボウルの回転速度を変化させて製造されたソーセージ (x200) の微細構造: (a) -1500/10 rpm-1、(b) -1500/20 rpm-1、(c) -3000/10 rpm-1、 (d) −3000/20rpm−1。

細断プロセス中、脂肪粒子の割合は大きく変化しませんでした (表 3)。 みじん切り時間が増加するにつれて、みじん切りプロセスの 8 分までは、すべてのナイフとボウルの回転速度で肉バッター内の脂肪粒子の面積が減少していました。

研究対象のミートバッターの脂肪粒子の寸法（面積、周長、長さ、幅）と、みじん切り時間およびカッターナイフとボウルの回転速度との間の線形相関は、みじん切り時間のみが統計的に有意であり、負の相関があることを示しました。脂肪細胞の寸法に関係します。 他の相関関係は有意ではありませんでした (表 4)。

ナイフとボウルの回転速度 3000/20 rpm で作った肉バッターを 10 分間切り刻んだ後に得られた結果は、さらに注目に値します。 この細断時間の後、脂肪粒子面積の値は、プロセスの 8 分後よりも大きくなりました (表 1、図 5)。 １０分間切り刻んだ後の肉バッター中の脂肪粒子の単位表面積も、１５００ｒｐｍのナイフ回転速度で測定した面積と同様であった。 3000/20 rpm の速度でミートバッターから作られた加工製品の単位表面積は、ミートバッターで記録された値のほぼ半分に減少しました (表 2)。 この状況は、カッターナイフとボウルの速度 3000/20 rpm では細断時間が長すぎ、すでに断片化されていた脂肪粒子が凝集し始めたという事実によって説明できます。 回転速度が高くなると、カッターナイフは 1 分間により多くの切り込みを入れるため、肉のバッターはより細分化されます。 より短い時間で望ましい効果を達成することが可能であると結論付けることができます。

脂肪粒子が占める面積をその数で割った。 その結果、個々の物体が占める面積の値が算出された。 対数変換後、値を分散分析に供した。 ナイフとボウルの回転速度 1500/10 rpm で製造された肉バッターは、個々の脂肪粒子の平均表面積が最も大きいという特徴がありました。 個々の脂肪粒子の最小平均表面積は、3000/20 rpm の速度で記録されました (表 2)。

表 5 は、個々のオブジェクトの面積と分析対象の変動要因 (みじん切り時間、肉切りナイフとボウルの回転速度) の間の線形相関係数を示しています。 線形回帰分析 (1) は、チョッピング時間のみが個々のオブジェクトの表面に統計的に有意な影響を与えることを示しました。 現象をよりよく説明するために、重回帰分析が実行されました。

上記の重回帰式からわかるように、細断時間は、細断時間 (T) と回転速度の関数として、個々の物体 (IOA) (脂肪粒子) の表面積の変化に最も大きな影響を与えました。ミートカッターナイフ(KR)とボウル(BR)のセットです。 ミートカッターナイフとボウルの回転の影響は少なく、その影響はそれほど多様ではありませんでした。

1500/10 rpmの回転速度で切り刻まれた肉バッターから作られた加工肉製品は、個々の脂肪粒子の表面積が最も大きいという特徴がありました。 個々の脂肪粒子の表面積が最も小さいのは、回転速度 3000/20 rpm で切り刻んだ肉バッターから作られた加工製品で観察されました。 このパラメータの値は、他のバリアントで示された値とは大きく異なりました。 個々の脂肪粒子の面積とカッターナイフとボウルの回転の影響との間の線形相関の計算により、ボウルの回転がこのパラメーターに統計的に有意な影響を与えることが示されました (表 6)。

重回帰式は次のようになります。 (2) 肉カッターのナイフとボウルの回転の関数として、設定されたチョップ時間では、ボウルの回転がナイフの回転よりも実験肉に大きな影響を与えることを示しました。 システムの自由度の数により、そのような弱い相関であっても統計的には非常に有意でした。

表 3 は、チョッピング時間に応じた調査中の画像フィールド内で脂肪粒子が占める面積の値を示しています。 データの分析により、ナイフとボウルの回転速度 1500/10、1500/20、および 3000/10 rpm で製造された肉バッター中の脂肪粒子が占める領域は、5 分間切り刻んだ後、大幅に減少したことが示されています (図 1)。 ）。 3000/20 rpm の最高回転速度では、脂肪粒子が占める面積は、細断期間全体 (5 ～ 10 分間) にわたって同じレベルのままでした。

個々のバリアントのソーセージ内の脂肪粒子が占める面積の値は、最初の実験シリーズで脂肪粒子が占める画像表面上のナイフとボウルの回転の影響が明確ではないことを示しています。 2 番目の実験シリーズでは、ナイフとボウルの速度 3000/20 rpm で切り刻んだ肉バッターから作られた加工製品の脂肪粒子が占める画像の領域が大幅に減少しました (表 3、図 5)。 この実験では、原材料の特性など、他の要因が重要な役割を果たしたと考えられます。

研究対象の行列式間の関係は、次の線形相関 (3) を使用してより適切に説明できます。

ベータ係数は、分析対象のフィールド内の脂肪粒子のパーセンテージに対して、カッター ナイフの回転がボウルの回転よりも大きな影響を及ぼしたことを示しています。

肉バッター中の脂肪粒子の量は、カッターナイフとボウルの回転速度のすべてのバリエーション (1500/10 rpm、1500/20 rpm、3000/10 rpm、および 3000/20 rpm) において、みじん切り時間とともに増加しました。 カッターナイフとボウルの回転速度をそれぞれ変えて同じみじん切り時間を比較すると、カッターナイフとボウルの回転速度に応じて脂肪粒子の量が増加することがわかりました。 脂肪粒子の最大量は、カッターナイフとボウルの回転速度 3000/20 rpm で製造された肉バッターと加工製品に見つかりました。

１５００ｒｐｍのナイフ回転速度で作られたミートバッターは、コラーゲン繊維の面積、周長、長さおよび幅が最も大きいことを特徴とした（表７）。 ただし、これらの値が必ずしも統計的に有意であるわけではないことは注目に値します。 一方、ナイフとボウルの回転速度 3000/20 rpm で作られたミートバッターは、これらの決定因子の値が最も低いことが特徴でした。

ミートバッターのコラーゲン繊維の寸法パラメータ、みじん切り時間、カッターナイフとボウルの回転速度の間の線形相関（表8を参照）は、みじん切り時間とカッターナイフの回転速度の両方が決定的な影響を与えることを示しました。コラーゲン線維の寸法に影響を与えます。

これらの依存関係は、次の回帰式で説明できます。

重回帰式から結論付けられるように、カッターナイフの回転速度および切断時間が増加するにつれて、コラーゲン線維の寸法は減少した。 ベータ係数の値が非常に似ていたため、切断時間とカッターナイフの回転速度はコラーゲン線維の粉砕にほぼ等しい影響を及ぼしました。

ナイフとボウルの回転速度 3000/20 rpm で切り刻んだ肉バッターから作られた加工製品は、コラーゲン線維の最小寸法によって特徴付けられ、その値は他の変形例で示されたものとは統計的に有意に異なりました (表 7)。 コラーゲン線維のパラメータとカッターナイフおよびボウルの回転速度との間の線形相関（表８）は、コラーゲン線維のすべてのパラメータがカッターナイフの回転速度と統計的に有意で負の相関があることを示した。 ボウルの回転速度とコラーゲン線維の周囲および長さの間には、はるかに弱いとはいえ重大な依存性がありました。

10 分間の切断後にコラーゲン繊維が大幅に粉砕されるということは、プロセスが長すぎたことを示している可能性があります。 Haack et al.30 によれば、所望の粉砕度を達成するには、肉を高い回転速度でより短時間で刻む必要があります。これは、作業時間が長くなり、均一な粉砕度が増すにつれてナイフの切れ味が低下するためです。削減されます。 それとは別に、乳化状態を超えて肉の衣の温度が上昇し、品質が低下します。 そのため、より耐久性の高い刃物を使用したり、原材料を細かく加工して負荷を軽減したりする必要があります。 これは、最初に肉をミンサーで 3 mm 未満の粒子に粉砕することで実現できます。 Curt ら 31 が実施した実験でも同様の結果が得られました。この実験では、カッターの粉砕条件を最適化するための応答曲面法をテストしました。この実験では、500 ～ 3500 rpm のナイフ回転速度と最大 6 分の細断時間を使用しました。 研究者らは、脂肪粒子のサイズ、均質化、凝集、硬度、結合という 5 つのパラメーターをテストしました。 最高品質の肉バッターは、2000 ～ 3500 rpm の速度で回転するナイフで 3 ～ 5 分間肉を切り刻んだときに得られました。 切断プロセスは、ナイフが 2000 rpm の速度で 3 分間回転した場合に最も経済的でした。

この研究は、カッターナイフとボウルの回転速度を 1500/10 rpm、1500/20 rpm、3000/10 rpm、3000/20 rpm の 4 つのバリエーションで作ったミートバッターと細かく粉砕した肉製品について実施されました。 後ハム飛節筋とハム細脂を原料として、細かく粉砕した肉バッターや肉加工品を製造しました。 原材料は食肉加工工場から直接収集されました。 モデル製品のレシピは次のとおりでした。70% の筋付きハムホックポーク、30% の上質なハム脂肪、脂肪と肉の質量に適切な割合で加えた氷を加えた水 40%、および塩漬け塩 2.0%。

切り刻みプロセス中、同じ期間後に、組織学的分析用の標本を準備するために、すべての肉バッターのバリエーションからサンプルが収集されました。

細かく粉砕した肉バッターは、カッターナイフの回転速度が 1500 rpm と 3000 rpm であるのに対し、ボウルの回転速度は 10 rpm と 20 rpm である 2 速度カッターで製造されました。 カッターボウルの容量は２２ｄｍ３であった。 ナイフシャフトには破線状のナイフが４本取り付けられていた。

モデルミートバッターを製造するための原料の肉と脂肪を、3 mmの穴のネットを通してミンサーで粉砕しました。 肉に養生ミックスを加え、4～6℃で24時間養生しました。 次に、肉、水入り氷、油脂の順に原料を刻んでボウルに入れます。 細断プロセスは10分間続きました。 肉バッターの最終温度は12℃を超えませんでした。 ミートバッターは直径28〜30 mmの天然ケーシングに入れられました。 次に、肉加工品を 35℃で 30 分間乾燥させ、バーの幾何学的中心の温度が 70℃になるまで燻煙加熱室で 60℃で燻煙し、75℃で加熱した。 次に、肉加工品を冷水で冷却し、4～6℃で24時間冷蔵保存した後、分析を行った。

組織学的分析用の標本を準備するために、細かく粉砕した肉バッターのサンプルを、5、6、8、および 10 分間切り刻んだ後、完成品から収集しました。

肉バッターと加工肉サンプルから 10 × 10 × 10 mm のサイズのブロックを作成し、液体窒素で凍結しました。 次に、ブロックをクライオスタットに移し、１０μｍのスクラップに剪断した。スクラップをタンパク質でコーティングした一次スライド上に置き、室温で約３０分間乾燥させた。 次に、標本をオイルレッド O で染色して、脂肪の分散を示しました。 結合組織、主にコラーゲンの変化を観察するために、ヴァン ギーソン染色が適用されました 32。

組織標本はコンピューター画像解析に供されました。 Axiolab 顕微鏡からの画像はカメラによってコンピュータに送信され、MultiScan ソフトウェア v.13.01 で分析されました。 物体識別と分析の同一の手順がすべての標本に対して準備されました。 標本の構造は、顕微鏡の一定倍率 (× 200) で検査されました。 各試験片について、一定の表面積の 10 のフィールドを分析しました。 画像は、脂肪領域の面積、長さ、幅、周囲のパラメータに従って特徴付けられました。 分析された脂肪フィールドの数。 分析中のフィールド内の脂肪フィールドの割合。 コラーゲン線維の面積、長さ、幅、円周。 さらに、個々の脂肪粒子の面積は、分析対象のフィールドで脂肪が占める総面積を脂肪粒子の数で割ることによって計算されました33、34、35。

コンピューター画像解析で得られた数値データの値は非常に広範囲にわたるため、Y = log (x) の形式に変換されました。 コルモゴロフ-スミルノフ検定により、対数変換によりデータが正規分布になることが明らかになりました。 この手順は Wagner と Błaczak36 によって推奨されました。 平均値の多様化は t 検定で評価されました。 分析結果は、対数と真の値の 2 つの形式で表示されます。 この場合、標準偏差の結果は、対数値が小さい場合は線形ですが、値が大きい場合は指数関数的な性質を持つため、標準偏差は計算の精度の尺度ではありません。 因子の効果の統計的有意性は、二元配置分散分析 (ANOVA) を使用して、p ≤ 0.05 の有意水準で評価されました。 パラメータに対するチョッピング時間の影響は明らかであると仮定されました。 この仮定は、Elandt37 および Karpiski38 によって報告されたデータと一致しています。

コンピュータ画像解析システムを用いて、細かく粉砕した肉バッターとその加工品中の脂肪粒子およびコラーゲン線維の寸法を測定し、肉および脂肪の品質を評価する方法として利用できる可能性を確認した研究結果エマルジョンとそれから作られた最終製品。 研究中に得られたミートバッターと肉加工品の微細構造の画像により、分析対象物（脂肪粒子とコラーゲン線維）を特定することができました。 MultiScan プログラムにより、主要な幾何学的パラメーターの変動の特性評価が可能になりました。 コンピューター画像分析により、カッターナイフとボウルの回転速度が肉バッターの粉砕に統計的に有意な影響を与えていることがわかりました。 それとは別に、カッターナイフとボウルの最適な回転速度、つまり 3000/20 rpm を決定することもできました。

３０００／２０ｒｐｍのカッターナイフおよびボウル速度では、１０分間の細断時間が長すぎ、すでに断片化されていた脂肪粒子が凝集し始めたという事実が判明した。 回転速度が高くなると、カッターナイフは 1 分間により多くの切り込みを入れるため、肉のバッターはより細分化されます。 より短い時間で望ましい効果を達成することが可能であると結論付けることができます。 研究結果と参考文献に掲載されているデータにより、さらなる実験でカッターナイフとボウルの最適な回転速度、つまり 3000/20 rpm を使用し、みじん切りプロセスを 10 分から 8 分に短縮することができました。

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MK-B. 主要な原稿テキストを書き、MPRK がすべての表を作成しました。 著者全員が原稿をレビューしました。

通信相手はミロスワワ・クシウジンスカ＝バルトコヴィアク氏。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

Krzywdzińska-Bartkowiak, M.、Piątek, M.、Kowalski, R. 肉製品の微細構造に対する肉カッターのナイフとボウルの回転速度の影響。 Sci Rep 12、15492 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-19566-x

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受信日: 2021 年 11 月 29 日

受理日: 2022 年 8 月 31 日

公開日: 2022 年 9 月 15 日

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

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