Salting of Muscle Foods: Effects of processing conditions and sodium reduction
Doctoral thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/278841Utgivelsesdato
2014Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
The present thesis aims at investigating (i) salt distribution in the lean fish- and meat minces, (ii) the
effect of different ions on the extractability of salt soluble proteins, and (iii) the possibility to decrease
salt in food products by substituting salting ions.
One of the ways to reduce dietary sodium intake is to replace sodium salts with potassium or
magnesium salts. In Paper II, the effect of NaCl, KCl and MgCl2 on extractability of muscle proteins
from fresh and frozen haddock (Melanogrammus aeglefinus) muscles and minces was studied. All the
effects (molarity of extracting salt, kind of salt, storage conditions), performed and analyzed by
ANOVA test, showed insignificance of interactions. Effect of conditions presents significant
difference at 95% confidence level for the salt soluble proteins, extracted by 0.6M salts only. This may
suggest that, at low concentrations, the nature of the salt does not significantly influence extractability
of proteins. Based on these results, it seems possible to exchange part of the NaCl in minced fish
products with KCl or MgCl2 without affecting protein solubility. However, this should be further
investigated.
Mathematical methods can be used to predict properties of the food matrix. In one of the sections of
the thesis (Paper I), a mathematical model of salt mixing has been developed, and predictions were
verified with experimental data. The bowl cutter has been described as a continuous stirred tank
reactor, combined with a plug flow reactor in a repetitive series-model. Comparison between
theoretically predicted salt gradient and experimental results showed that the mathematical model is
appropriate to describe the process.
Subsequently, diffusion in the brine, i.e. in fish balls with Na-alginate gel, made from fresh and frozen
haddock minces (Paper III) was investigated. Correlation of diffusion coefficients with material,
amount of salt, state of environment and time of treatment were found. Experimental results present a
wide difference in the diffusion coefficients. Significant difference in diffusion rate was found for
frozen and fresh material, as well as for cooked and not cooked material. A numerical solution was
computed based on Fick’s second law, employing a non-steady-state simulation of the diffusion
process. At equal conditions, it was found that stirring of the brine allowed a two-fold increase of De,
compared to static treatment. Results hold for both fresh and frozen materials. The numerical solution
of the diffusion coefficients was calculated by Scilab. The graphic results of numerical solution of
diffusion rate show a good correspondence between experimental results and theoretical curve.
Results are submitted as 1 published paper, 1 paper accepted for publication and 1 manuscript that has
been submitted. Hovedmålet med arbeidet i denne doktoravhandlingen har vært å øke kunnskapen om endringer i mat
ved salting og å utvikle matematiske modeller for å beskrive salteprosessen. Dette ble gjort ved å
modellere blanding av salt og saltopptak ved lakesalting. Videre var det et mål å studere effekten av
prosessering og salting på muskelens fysiokjemiske egenskaper, dette ble gjort ved å studere effekt av
ulike ioner på løselighetsegenskapene til muskelproteiner.
Et høyt natriuminntak har negativ innflytelse på helsen og det anbefales at natriuminntaket reduseres
med omtrent 50%. En av måtene å redusere natriuminntaket på er å erstatte natriumsalt med kaliumeller
magnesiumsalter. I artikkel II ble effekten av NaCl, KCl og MgCl2 på ekstraherbarhet til
muskelproteiner fra fersk og frossen hyse (Melanogrammus aeglefinus) både som muskel og farse,
studert. Salting med KCl og MgCl2 i stedet for NaCl endret ekstraherbarheten til proteinene. Høyest
løselighet ble oppnådd med Na+, men ved lave konsentrasjoner var ekstraherbarheten med K+ og Mg2+
på samme nivå som for Na+. Dette viser at partiell utbytting av NaCl med KCl eller MgCl2 er mulig.
Frysing hadde innvirkning på muskelstruktur og proteinegenskaper og resulterte i redusert mengde
saltløselige proteiner. Alle effektene (type og molaritet av salt og lagring av råstoff), ble analysert
med ANOVA og viste ingen signifikante samspill. En signifikant effekt ble funnet for innhold av
saltløselige proteiner, men bare for ekstraksjon med 0,6M salt. Dette kan tyde på at ved lave
konsentrasjoner har type salt ikke signifikant innflytelse på ekstraherbarheten til proteiner. Basert på
disse resultatene, ser det ut til å være mulig å skifte ut en del av NaCl i farseprodukter med KCl eller
MgCl2 uten å påvirke proteinløselighet. Dette bør imidlertid utredes videre.
Matematiske metoder kan brukes for å forutsi egenskapene til næringsmidler. I den ene delen av
avhandlingen (Artikkel I), ble det utviklet en matematisk modell for blanding av salt i en hurtighakke,
og modellen ble verifisert med eksperimentelle data. Hurtighakken ble beskrevet som en kontinuerlig
rørt tankreaktor, kombinert med en «plugflow» reaktor i en repeterende rekke-modell. Sammenligning
mellom teoretisk predikert saltgradient og eksperimentelle resultater viste at den matematiske
modellen er hensiktsmessig for å beskrive prosessen.
Videre ble diffusjon studert i fiskeboller gelet med Na-alginat, laget av fersk og frossen hysefarse
(Artikkel III) undersøkt. Det ble funnet at det var korrelasjon mellom diffusjonskoeffisienter og
tilstanden til råstoff, saltkonsentrasjon og saltetid. Eksperimentelle resultater viste stor spredning i
diffusjonskoeffisienter. Signifikant forskjell i diffusjonshastighet ble funnet for frosset og ferskt
materiale, samt for kokt og ukokt materiale. En numerisk løsning ble beregnet basert på Fick’s 2. lov,
ved å bruke en ikke-stasjonær simulering av diffusjonsprosessen. Ved like betingelser, ble det funnet at
omrøring av saltlaken gav en dobling av De sammenlignet med statiske betingelser. Resultater gjelder
både for ferske og frosne råstoff. Den numeriske løsning av diffusjonskoeffisienter ble beregnet i
programmet Scilab. De grafiske resultater av den numeriske løsning av diffusjonen viser et godt
samsvar mellom eksperimentelle resultater og teoretiske kurver.
Resultatene er presentert som en publisert artikkel, en papir akseptert for publisering og en
manuskript som er sendt inn.