Modificação das propriedades físico-químicas de lombo suíno (M. longissimus dorsi) durante o assamento em forno com temperatura controlada

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2022.

O objetivo deste estudo foi determinar experimentalmente a evolução temporal das propriedades físico-químicas de lombo suíno durante o assamento em forno com temperatura controlada, e propor modelos matemáticos para a evolução destas propriedades em função da temperatura e umidade. O sistema experimental é formado por um forno adaptado, dotado de termopares posicionados para medir a distribuição de temperaturas dentro da cavidade e de uma célula de carga, ligados a um sistema de aquisição de dados. O sistema de controle empregado no forno mostrou bom desempenho para obtenção dos dados experimentais precisos e reprodutíveis. O efeito da temperatura de assamento (180, 200 e 220 °C) nas propriedades das amostras assadas foi avaliado a partir: i) da evolução dos perfis de temperatura, ii) da variação de massa, iii) da variação da cor (a*, b*, L* e ?E*), iv) da formação de crosta, v) de indicadores da reação de Maillard e de reações de escurecimento por oxidação lipídica, vi) das perdas de componentes durante o cozimento, vii) da força de cisalhamento em texturômetro, viii) da suculência, ix) dos encolhimentos direcionais e de volume, x) da composição centesimal das amostras assadas. Também foram realizadas análises de calorimetria de varredura diferencial nas amostras de lombo suíno assado, além da determinação da capacidade de retenção de água (CRA) e módulo de elasticidade (G?). A desnaturação gradual das proteínas, a redução de CRA e o aumento de G? com a temperatura foram diretamente associados à evolução das propriedades físicas de lombo suíno assado. Além disso, no intervalo de temperatura de 63,91 a 93,56 °C ocorreram as mudanças estruturais mais significativas na carne. O aumento da temperatura e do tempo de assamento intensificou as perdas de massa, reduzindo a suculência e aumentando a força de cisalhamento durante o corte, o encolhimento e a concentração de proteína e gordura. Quanto à mudança de cor superficial, primeiramente ocorre a desnaturação de proteínas heme, seguida de um intervalo com temperaturas na faixa de 60 a 80 °C, com acúmulo de umidade superficial, fenômeno que inibiu o avanço da etapa de escurecimento da crosta. Em seguida, ocorreu a evaporação da umidade na crosta, com posterior aumento de temperatura e consequente aumento das taxas de reações de escurecimento, com aumento dos valores dos parâmetros a* e b* e diminuição do parâmetro L*. O escurecimento superficial das amostras foi acompanhado do acúmulo de melanoidinas, composto marrom escuro das reações de Maillard e oxidação lipídica, confirmado por análises espectrais de UV-Vis e FTIR aplicadas em crostas assadas e nos extratos aquosos (pigmento marrom) das crostas. O aumento da temperatura causou aumento na intensidade das bandas associadas a compostos indicadores de escurecimento (carbonila, metil e metileno). Além disso, a aglomeração de proteínas nas crostas de lombo suíno foi confirmada. O perfil de varredura UV-Vis e o espectro FTIR do pigmento marrom extraído da crosta assada está de acordo com os padrões de melanoidinas e melaninas encontrados na literatura, além de mostrar bandas características de compostos iniciais e intermediários da reação de Maillard. Portanto, este minucioso trabalho experimental contribui para uma compreensão da evolução de importantes propriedades físicas do corte de lombo suíno durante o processo de assamento. As representações matemáticas das variações das diferentes propriedades físicas e mudanças bioquímicas ocorridas durante o assamento são originais. Além disso, as equações resultantes serão fundamentais para a modelagem matemática e a simulação numérica de processos de assamento de lombo suíno em diferentes condições, para o desenvolvimento de alternativas operacionais e aprimoramento de fornos.

Abstract: This study aims to experimentally determine the temporal evolution of the physicochemical properties of pork loin during roasting in an oven at temperature-controlled and propose mathematical models for the evolution of these properties as a function of temperature and moisture. The experimental system is formed by an adapted oven equipped with thermocouples positioned to measure the temperature distribution inside the cavity and a load cell connected to a data acquisition system. The control system used in the oven showed good performance in obtaining accurate and reproducible experimental data. The effect of the roasting temperature (180, 200, and 220 °C) on the properties of the roasted samples was evaluated from: i) the evolution of the temperature profiles, ii) the mass variation, iii) the color variation (a*, b*, L* and ?E*), iv) crust formation, v) Maillard reaction indicators and browning reactions by lipid oxidation, vi) component losses during cooking, vii) shear force in texturometer, viii) of the succulence, ix) of the directional and volume shrinkages, x) of the proximate composition of the roasted samples. Differential scanning calorimetry analyzes were also performed on the roasted pork loin samples and the determination of the water holding capacity (WRC) and modulus of elasticity (G'). The gradual denaturation of proteins, the reduction of WRC, and the increase of G' with temperature were directly associated with the evolution of the physical properties of roasted pork loin. Furthermore, in the temperature range from 63.91 to 93.56 °C, the meat's most significant structural changes occurred. The increased temperature and roasting time intensified the mass losses, reducing juiciness and increasing shear force during cutting, shrinkage, and protein and fat concentration. As for the surface color change, the denaturation of heme proteins occurs, followed by an interval with temperatures in the range of 60 to 80 °C, with surface moisture accumulation. This phenomenon inhibited the advance of the browning stage of the crust. Then, the moisture evaporation in the crust took place, with a subsequent increase in temperature and the associated increase in the browning reaction rates, with an increase in the values of parameters a* and b* and a decrease in the parameter L*. The surface browning of the samples was accompanied by the accumulation of melanoidins, a dark brown compound of Maillard reactions and lipid oxidation, confirmed by UV-Vis and FTIR spectral analyzes applied to roasted crusts and aqueous extracts (brown pigment) of the crusts. The increase in temperature caused an increase in the intensity of the bands associated with browning indicator compounds (carbonyl, methyl, and methylene). In addition, protein agglomeration in pork loin crusts was confirmed. The UV-Vis scanning profile and the FTIR spectrum of the brown pigment extracted from the roasted crust agree with the patterns of melanoidins and melanins found in the literature, in addition to showing characteristic bands of initial and intermediate compounds of the Maillard reaction. Therefore, this detailed experimental work contributes to understanding the evolution of important physical properties of pork loin cut during the roasting process. The mathematical representations of variations in the different physical properties and biochemical changes during roasting are original. Furthermore, the resulting equations will be fundamental for the mathematical modeling and numerical simulation of pork loin roasting processes under different conditions for developing operational alternatives and oven improvement.