Was ist die Wissenschaft des Trocknens/Dehydrierens von Fleisch? Biltong, Jerky usw

Ich hoffe, Sie finden noch ein Jahr später eine nützliche Antwort.

Um erstmal auf deine Fragen einzugehen:

1. Gibt es einen anerkannten Zusammenhang zwischen Trocknungszeit (von Rindfleisch), relativer Luftfeuchtigkeit, Luftstrom und Temperatur?

Ja:

Die relative Luftfeuchtigkeit ist das Verhältnis des Dampfdrucks des vorhandenen Wassers zum Dampfdruck der Luft, die bei gegebenen Temperaturen vollständig gesättigt ist (RH100%). Bei Lebensmittelanwendungen wird sie häufiger als Gramm Wasser pro Kilogramm oder Gramm Luft bei einer bestimmten Temperatur ausgedrückt. Die Feuchtigkeitstragfähigkeit der Luft nimmt mit zunehmender Temperatur zu - wärmere gesättigte Luft würde mehr Wasser enthalten als kühlere Luft, z. 1 kg Luft RH70% @20C enthält mehr Feuchtigkeit als 1kg Luft RH70% @5C. Das Gegenteil ist auch der Fall – die wärmere Luft kann mehr Wasser aufnehmen, um die Sättigung zu erreichen, als kühlere Luft.

Das Verhältnis von Feuchtigkeitshaltevermögen, relativer Feuchtigkeit und Temperatur wird normalerweise in Diagrammen dargestellt, die als psychrometrische Diagramme bezeichnet werden :

Psychrometrisches Diagramm, veröffentlicht von der University of Kentucky. https://afs.ca.uky.edu/poultry/chapter-7-relationship-between-temperature-and-moisture

Feuchte-Temperatur-Beziehungen sind auch in Tabellenform verfügbar:

Tabelle der gesättigten Luftwerte, veröffentlicht von der Sam Houston State University, "Weather & Climate Lecture GEOG 1401". https://www.shsu.edu/~dl_www/bkonline/131online/f09water/09index.htm

Die Dehydrierung von Fleisch und allen Nahrungsmitteln im Allgemeinen basiert auf Feuchtigkeitsgradienten und der Diffusion von Wasser von der Nahrungsmitteloberfläche zu ungesättigter Luft und von inneren Bereichen mit hoher Feuchtigkeit zu äußeren Bereichen mit niedriger Feuchtigkeit innerhalb des Nahrungsmittels. Die Oberflächenschicht wird typischerweise als ein Bereich mit 100 % relativer Feuchtigkeit behandelt, in dem ständig Wasserdampf an die Umgebung abgegeben wird und eine größere Oberfläche die Trocknungsgeschwindigkeit erhöht.

Trocknung und innere Wasserbewegung lassen sich grob in zwei Phasen einteilen, je nachdem, wie stark Wasser mit Bestandteilen des Lebensmittels interagiert:

• Konstante Geschwindigkeit : Lose gebundenes Wasser bewegt sich sehr leicht zwischen Zellen, Proteinstrukturen usw. Dies ist der Großteil des Wassers in Vakuolen, Zytoplasma und Muskelbündeln. Wasser kann schneller an die Oberfläche wandern als der Feuchtigkeitsverlust an der Oberfläche, die Trocknungsgeschwindigkeit wird durch die Oberflächen- und Luftbedingungen begrenzt.

• Fallrate : Der Großteil des losen Wassers wird entfernt, und das verbleibende Wasser hat Wechselwirkungen, die seine Bewegung einschränken. Dieses ist in Proteinen, in Bereichen mit hohem Natriumgehalt usw. wasserfest gebunden. Die Wasserwanderung vom Inneren zur Oberfläche ist langsamer als der Feuchtigkeitsverlust an der Oberfläche, und die Trocknungsgeschwindigkeit nimmt ab.

Die Dehydrierung dauert an, bis normalerweise eines von 2 Szenarien eintritt:

• Die Umgebungsluft ist gesättigt und kann kein Wasser mehr aufnehmen. Der Luftstrom wird verwendet, um ungesättigte Luft einzuführen, um den Feuchtigkeitsgradienten aufrechtzuerhalten.

• Die Feuchtigkeit kann die Lebensmittel nicht verlassen. Der Feuchtigkeitsgehalt des Lebensmittels sinkt bis zu dem Punkt, an dem kein Wasser mehr an die Oberfläche wandert oder die Oberfläche ein Gleichgewicht mit der Luft erreicht und keine innere Wasserbewegung mehr antreibt.

Das zweite Szenario ist der gewünschte Endpunkt für die Dehydrierung, und die endgültige relative Luftfeuchtigkeit bestimmt typischerweise die Textur. Ein kleiner Teil Wasser ist sehr fest in den Lebensmitteln gebunden und kann nicht allein durch Luft- und Feuchtigkeitsgradienten entfernt werden; bei Rindfleisch tritt dies um 10 % relative Feuchtigkeit der Gleichgewichtsoberfläche auf, obwohl an diesem Punkt die Textur einem festen Bonitoblock ähnlich sein wird.

Ein größeres Gefälle zwischen Lebensmittel und Umgebung (z. B. Lebensmittel RH 100 % bei 10 °C, Luft RH 5 % bei 120 °C) führt zu einer schnelleren Austrocknung, erhöht jedoch die Wahrscheinlichkeit einer Einsatzhärtung – die Oberfläche trocknet zu schnell, um durch interne Feuchtigkeitsmigration wieder benetzt zu werden, und wird undurchlässig für Feuchtigkeit. Nebenbei bemerkt, die Bildung eines Häutchens bei der Trockenreifung von Fleisch ist eine Form der Einsatzhärtung und unter geeigneten Bedingungen erwünscht.

Die Trocknungszeit wird durch die Feuchtigkeitsbewegungsrate bestimmt, die mit den oben genannten Informationen zu Oberfläche, Temperatur, relativer Feuchtigkeit von Lebensmittel und Luft und Luftmassenstrom berechnet werden kann.

Platzhalter für Gleichungen.

2. Gibt es eine empfohlene Temperatur, Luftfeuchtigkeit und einen Luftstrom zum Trocknen von Rindfleisch?

Der US Food Safety and Inspection Service (FSIS) bietet Richtlinien und Begründungen für die Reduzierung von Krankheitserregern durch eine Kombination aus Hitze und hoher Luftfeuchtigkeit. Dies ist kontraproduktiv für das traditionelle Niedertemperaturverfahren für Biltong. Alternative Methoden zum Erreichen der Letalität sind mit wissenschaftlicher Forschungsvalidierung akzeptabel - mehr dazu nach den Fragen. Der Luftstrom wird in den meisten kommerziellen Umgebungen nicht als Dehydrierungsgerät in dieser Größenordnung als Ziel einer konstanten oder abnehmenden relativen Luftfeuchtigkeit angesehen.

Im Allgemeinen empfiehlt FSIS, eine minimale innere Fleischtemperatur von 145 F (~ 63 ° C) zu erreichen, die 4 Minuten lang gehalten wird, und eine 1 Stunde lang bei 90 % RH zu halten, um eine ausreichende Abgabe von Wärmeenergie an die Oberfläche sicherzustellen. Dieser Zeit-Temperatur-Sterblichkeitsprozess zielt auf eine 5-log-Reduktion des thermisch resistentesten Pathogens, Salmonella spp.

FSIS-Flussdiagramm zur Feuchtigkeitsrichtlinie aus der „FSIS-Konformitätsrichtlinie für Jerky aus Fleisch und Geflügel, hergestellt von kleinen und sehr kleinen Betrieben“. https://www.fsis.usda.gov/guidelines/2014-0010

3. Welche Umgebungsbedingungen sind für die Trocknung von Rindfleisch am wichtigsten und warum? Sollte ich mich zum Beispiel nur um die Steuerung der relativen Luftfeuchtigkeit oder der kombinierten Luftfeuchtigkeit und Temperatur usw. kümmern?

Sowohl die Temperatur als auch die relative Luftfeuchtigkeit sind aufgrund ihrer oben beschriebenen Beziehung in der Feuchtigkeitshaltekapazität wichtig.

Ein weiteres Beispiel, relative Luftfeuchtigkeit 30 % bei 65 °F (~18 °C) vs. bei 75 °F (~23 °C):

• @18C: Feuchtigkeitskapazität = (100%-30%)*12,797 g/kg = ~8,96 g/kg
• @23C: Feuchtigkeitskapazität = (100%-30%)*18,158 g/kg = ~12,71 g/kg

Dies führt zu einer etwa 50 % höheren Trocknungsrate bei 23 °C gegenüber 18 °C bei gleichem Luftmassenstrom.

4. Mein Verständnis der Trockner ist, dass die Heizung dazu da ist, die Temperatur der Luft zu erhöhen und ihre Dichte und damit die relative Luftfeuchtigkeit der Luft zu verringern. Ich gehe davon aus, dass die Lüfter nur dazu dienen, die Luft zu entfernen, die einen Teil der Feuchtigkeit aus dem Fleisch aufgenommen hat - ist das richtig oder erfüllt dies eine andere Funktion?

Aus Antwort 1 erzeugen die Lüfter einen Luftstrom, um feuchtigkeitsgesättigte Luft zu entfernen. Unter Ihren Umständen kann der Luftstrom auch die Trocknungsgeschwindigkeit beeinflussen – eine Halbierung oder Verdoppelung des Luftstroms halbiert oder verdoppelt die Geschwindigkeiten in Antwort 3.

Darüber hinaus ist eine ordnungsgemäße Lüfterplatzierung und Strömungsrichtung erforderlich, um Bereiche mit stagnierender gesättigter Luft zu vermeiden. Idealerweise sollte ein zusätzlicher, auf das Fleisch gerichteter interner Lüfter verwendet werden, um eine turbulente Umströmung der Stücke zu erzeugen und den Grenzschichteffekt zu minimieren.

Platzhalter für mehr Biltong-spezifisches Material.

Referenzen (oben nicht zitiert) und weiterführende Literatur:

Eine Einführung in die Dehydrierung und Trocknung von Obst und Gemüse . Donald G. Mercer, Ph.D., P.Eng., FIAfoST. https://www.uoguelph.ca/foodscience/sites/default/files/Drying-Part%201.pdf

Die Luftfeuchtigkeit muss kontrolliert werden, um Schimmelbildung zu vermeiden. Im Highveldt, wo Biltong entstand, war Feuchtigkeit aufgrund der trockenen, trockenen Winter nie ein großes Problem. Sie wären besser bedient, um die Luftfeuchtigkeit zu kontrollieren. Bestimmte Schinken werden weit über ein Jahr lang getrocknet und trocknen sowohl im Winter als auch im Sommer, werden jedoch in Bereichen aufgehängt, in denen die Luftfeuchtigkeit von Natur aus niedrig ist.

Fleischtrocknung wird oft bei gepökeltem Fleisch durchgeführt. Nicht alle Wurstwaren sind getrocknet, aber einige sind es. Das Pökeln von Fleisch dehydriert das Fleisch bis zu dem Punkt, an dem Verderbbakterien nicht gedeihen können. Dies geschieht normalerweise mit Salz oder Zucker. Dies wurde traditionell als Konservierungstechnik durchgeführt, aber heutzutage geschieht dies aus Geschmacksgründen. Charcuterie ist der französische Begriff für dieses Fleischhandwerk.

Und übrigens, wenn Sie Fleisch pökeln, hört es auf, roh zu sein, gepökeltes Fleisch wird vielleicht nicht gekocht, aber es ist nicht roh. Sie können das feuchteste Stück Biltong aller Zeiten haben, aber wenn es richtig gepökelt ist, ist es nicht roh.