CC BY
23
УДК: 664.667(045) DOI: 10.24411/0235-2486-2019-10180
К вопросу оценки скорости процессов влагопереноса в сырцовых пряниках
Н.Б. Кондратьев*, д-р техн. наук; Т.В. Савенкова, д-р техн. наук, профессор; О.С. Руденко, канд. техн. наук; М.В. Осипов, канд. техн. наук; И.А. Белова
ВНИИ кондитерской промышленности - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН
Дата поступления в редакцию 31.10.2019 * conditerpromnbk@mail.ru
Дата принятия в печать 29.11.2019 © Кондратьев Н.Б., Савенкова Т.В., Руденко О.С., Осипов М.В., Белова И.А., 2019
Реферат
Сырцовые пряники с фруктовой начинкой относятся к мучным кондитерским изделиям с промежуточной влажностью, для которых характерен высокий риск микробиологической порчи в процессе хранения. Прогнозирование порчи таких изделий проведено на основании результатов исследований процессов влагопереноса между частями целого изделия. Установлено, что скорость миграции влаги из изделия в окружающую среду не является постоянной и изменяется от +3,5 до -5,0 % в неделю. В процессе хранения пряников активность воды повышается в результате деградации крахмала, количество «свободной» влаги увеличивается. При увеличении толщины пленки скорость миграции влаги в окружающую среду уменьшается, а относительная влажность воздуха внутри упаковки увеличивается, активность воды поверхностного слоя пряника остается на уровне более 0,7. На 10-й неделе хранения активность воды достигла максимума и составила 0,82. Скорость изменения массовой доли влаги различных частей пряников в процессе их хранения изменяется в диапазоне от +3,5 до -5,0 % в неделю. В течение 4 недель хранения сырцовых пряников при уменьшении массовой доли влаги активность воды также уменьшается. При этом активность воды остается на высоком уровне - 0,71-0,74, достаточном для развития плесеней. Риск плесневения поверхности пряников существенно повышается и зависит от исходной микробиологической обсемененности сырья, использованного для изготовления пряников. Установлено значительное увеличение содержания плесеней от 0 КОЕ/г для исходных пряников до 6х104 КОЕ/г на 7-й неделе хранения. Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования сохранности кондитерских изделий с промежуточной влажностью.
Ключевые слова
активность воды, влагоперенос, кондитерские изделия, массовая доля влаги, микробиологические показатели, пряники, срок годности
Для цитирования
Кондратьев Н.Б., Савенкова Т.В., Руденко О.С., Осипов М.В., Белова И.А. (2019) К вопросу оценки скорости процессов влагопереноса в сырцовых пряниках для управления их сохранностью // Пищевая промышленность. 2019. № 11. С. 64-67.
On the question of estimating the rate of water transfer processes in raw gingerbread manners for managing their safety
N.B. Kondratyev*, Doctor of Technical Sciences; T.V. Savenkova, Doctor of Technical Sciences, Professor; O.S. Rudenko, Candidate of Technical Sciences; M.V. Osipov, Candidate of Technical Sciences; I.A. Belova All-Russian Scientific Researce Institute of Confectionery Industry - Branch of V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS
Received: October 31, 2019 * conditerpromnbk@mail.ru
Accepted: November29, 2019 © KondratyevN.B., Savenkova T.V., Rudenko O.S., OsipovM.V., Belova I.A., 2019
Abstract
Raw gingerbread with fruit filling refers to flour confectionery with intermediate moisture, which is characterized by a high risk of microbiological damage during storage. Prediction of damage to such products is based on the results of studies of moisture transfer processes between parts of the whole product. It was established that the rate of moisture migration from the product into the environment is not constant and varies from + 3.5 to -5.0 % per week. During the storage of gingerbread, water activity increases as a result of starch degradation, the amount of «free» moisture increases. With increasing film thickness, the rate of moisture migration into the environment decreases, and the relative humidity of the air inside the package increases, the water activity of the surface layer of the gingerbread remains at a level of more than 0.7. At the 10th week of storage, water activity reached a maximum and amounted to 0.82. The rate of change in the mass fraction of moisture in various parts of the gingerbread during storage varies from + 3.5 to -5.0 % per week. During 4 weeks of storage of raw gingerbread with a decrease in the mass fraction of moisture, the activity of water also decreases. At the same time, water activity remains at a high level of 0.71-0.74, sufficient for the development of mold. The risk of «moldiness» on the surface of the gingerbread increases substantially and depends on the initial microbiological contamination of the raw materials used to make the gingerbread. A significant increase in mold content was found from 0 CFU / g for the original gingerbread to 6x104 CFU / g at the 7th week of storage. The results can be used to predict the safety of confectionery with intermediate humidity.
Key words
confectionery, gingerbread, moisture transfer, mass fraction of moisture, water activity, microbiological indicators, shelf life For citation
KondratyevN.B., Savenkova T.V., Rudenko O.S., OsipovM.V., Belova I.A. (2019) On the question of estimating the rate of water transfer processes in raw gingerbread manners for managing their safety // Food processing industry = Pischevaya promyshlennost'. 2019. No. 11. P. 64-67.
Введение. Срок годности кондитерских изделий является одним из элементов сохранности, включающей совокупность взаимосвязанных и взаимовлияющих факторов. Срок годности зависит от химического состава используемого сырья, технологических параметров производства, качества упаковки и условий хранения.
Обоснование оптимальных сроков годности различных групп кондитерских изделий требует изучения совокупности физико-химических, биохимических, структурно-механических процессов, протекающих в сырье, полуфабрикатах и изделиях при их изготовлении и хранении.
Выявленные закономерности позволяют разрабатывать дополнительные требования к качеству используемого сырья, изменять числовые значения показателей окислительной и микробиологической порчи, влагопереноса, химического состава. Поэтому разработка методологии комплексной оценки сохранности мучных кондитерских изделий является актуальной задачей.
Для систематизации и обобщения способов управления сохранностью кондитерские изделия условно подразделяются на изделия с высокой, промежуточной и низкой влажностью.
Кондитерские изделия с высокой влажностью в наибольшей степени подвержены риску микробиологической порчи, а в изделиях с низкой влажностью происходит окисление ненасыщенных жирных кислот, что приводит к появлению прогорклого привкуса и постороннего запаха, к потере витаминов и других биологически активных компонентов.
Для контроля окислительных процессов в кондитерских изделиях наиболее часто используются такие показатели: пере-кисное и кислотное числа, анизидиновое число, индукционный период жировой фракции изделий или жиров сырья. Скорость окислительных процессов зависит в основном от состава жирных кислот, массовой доли жира, состава антиокси-дантов и активности воды исследуемых изделий.
Для прогнозирования направления и скорости таких процессов используются различные методы [1]. Например, для мучных кондитерских изделий группы печенья ориентировочный срок годности можно спрогнозировать на основе таких показателей: массовая доля жира в изделии и индукционный период используемого жира [2].
Процессы влагопереноса приводят к изменению массовой доли влаги в отдельных частях изделия, к черствению или увлажнению, изменению риска микробиологической порчи. Информация о направлении и скорости таких процессов необходима для прогнозирования сохранности кондитерских изделий.
К особой группе кондитерских изделий относятся изделия с промежуточной влаж-
ностью (ориентировочно 10-25%), такие как пряники, бисквиты, рулеты и другие. Для таких изделий в процессе хранения наиболее характерны физические изменения, сопровождающиеся процессами миграции влаги (увлажнение, черствение и др.) [3].
Для прогнозирования процессов порчи кондитерских изделий с промежуточной влажностью используются понятия «связанной» и «свободной» влаги. Соотношение «связанной» и «свободной» влаги в одном целом изделии характеризуется показателем «активность воды». Такое соотношение играет важную роль в исследованиях процесса черствения различных групп мучных кондитерских изделий. Молекулы воды в кондитерских изделиях находятся в равновесном состоянии. При этом необходимо отметить, что «движется» только «свободная» влага. При уменьшении количества «свободной» влаги количество «связанной» влаги не меняется, в результате чего в процессе хранения изделий происходит уменьшение показателя «активность воды». Некоторая часть воды связывается в микрокапиллярах, средний радиус которых составляет 0,1 мкм и менее. При уменьшении размеров капилляров большее количество влаги удерживается в таких капиллярах, и активность воды изделия уменьшается [4].
Необходимо отметить, что мучные изделия с промежуточной влажностью подвержены процессу ретроградации крахмала, в результате чего нарушается внутренняя структура изделий и происходит увеличение содержания «свободной» влаги.
«Свободная» вода является растворителем в различных химических превращениях в пищевых продуктах, участвует в разрушении витаминов, денатурации белка, в процессах желатинизации и ре-троградации крахмала, в микробиологических процессах [5, 6].
«Связанная» влага недоступна для развития микроорганизмов, однако известны некоторые виды плесневых грибов и осмофильных дрожжей, способных развиваться при относительно низких значениях активности воды: аw < 0,70 [7].
Мука имеет высокий уровень микробиологической обсемененности. При изготовлении мучных кондитерских изделий с промежуточной влажностью не все микроорганизмы погибают при выпечке мучных полуфабрикатов, например плесени находятся в споровом состоянии и могут развиваться в процессе хранения таких изделий при возникновении благоприятных условий.
Для контроля качества и управления сохранностью мучных кондитерских изделий используются показатели: массовая доля влаги, активность воды, а также комплекс показателей окислительной стабильности жиров. Для прогнозирования сохранности и выявления закономерностей процессов
влагопереноса проведены исследования пряников при различных контролируемых условиях хранения. Условия хранения пряников в складских помещениях при температуре 20 °С и ниже и относительной влажности окружающего воздуха ориентировочно 30% и менее приближены к хранению в так называемых «зимних» условиях. относительно низкая температура и низкая влажность воздуха понижают риск плесне-вения кондитерских изделий.
При увеличении температуры до 30 °С и повышении относительной влажности окружающего воздуха (40 % и более), которые характерны для «летних» условий хранения, скорость микробиологических процессов порчи повышается
Объекты и методы исследований
Объекты исследования - сырцовые пряники с фруктовой начинкой - изготовлены по ГОСТ 15810-2014 «Изделия кондитерские. Изделия пряничные. Общие технические условия», упакованы в полипропиленовую пленку толщиной 20 мкм. Для изготовления пряников использовано 20% начинки с составом: 40% яблочного пюре, 24 % модифицированного крахмала Е 1442 (гидроксипропил дикрахмал фосфата (Е 1442) и 1% пектина.
Массовая доля влаги определена по ГОСТ 5900-2014 «Изделия кондитерские. Методы определения массовой доли влаги и сухих веществ».
Активность воды определена в соответствии с ГОСТ Р ИСО 21807 «Микробиология пищевых продуктов и кормов для животных. Определение активности воды» на приборе AquaLab 3ТЕ.
Результаты и обсуждение. Проведены исследования скорости процессов влагопереноса в мучных кондитерских изделиях с промежуточной влажностью на примере сырцовых пряников с фруктовой начинкой.
Для различных частей целого изделия (в верхнем и нижнем слоях выпеченного полуфабриката ориентировочно 2-3 мм толщиной и в начинке) характерны различные показатели влагопереноса [8]. Массовая доля влаги средней пробы выпеченных образцов пряников с фруктовой начинкой после выпечки и охлаждения составила 16,0%, что соответствует требованиям ГОСТ 15810-2014 «Изделия кондитерские. Изделия пряничные. Общие технические условия» (см. таблицу).
Направление и скорость миграции влаги также зависят от технологии производства, химического состава и условий хранения мучных кондитерских изделий. При изготовлении изделий сформировался градиент массовой доли влаги и активности воды между отдельными частями сырцовых пряников.
Поэтому направление движения влаги между частями целого изделия определяется именно показателем «активность воды». Миграция влаги происходит от ча-
Показатели влагопереноса различных частей сырцового пряника с фруктовой
начинкой
Часть пряника Активность воды Массовая доля влаги, %
Пряник ГОСТ 15810-2014
Средняя проба 0,770 16,0 11,0-16,0
верхний слой 0,771 14,7 -
Выпеченный слой над начинкой 0,775 15,1 -
полуфабрикат слой под начинкой 0,762 19,3 -
нижний слой 0,717 15,6 -
Фруктовая начинка 0,802 25,1 -
стеи изделия с высокой активностью воды к частям изделия с низким значением этого показателя.
В исследованных пряниках движение молекул воды направлено от начинки в выпеченный полуфабрикат, затем в воздух над изделием внутри упаковки, далее через полипропиленовую пленку в окружающую среду.
Направление движения влаги обусловлено величинами активности воды частей изделия, а также относительной влажностью окружающего воздуха. Массовая доля влаги средней пробы при хранении пряника уменьшилась после 6 недель хранения с 16 до 13% (рис. 1).
Установлено, что в процессе хранения пряника с фруктовой начинкой массовая доля влаги в его различных частях изменяется с разной скоростью. Среди различных частей пряника самым нестабильным является верхний слой. Этот слой находится на границе твердой фазы изделия и воздуха внутри упаковки.
Исследования массовой доли влаги пряника при хранении показали, что скорость изменения массовой доли влаги средней пробы составила приблизительно 0,5% в неделю.
Паропроницаемость полипропиленовой пленки оказывает непосредственное воздействие на относительную влажность воздуха внутри упаковки, а значит, и на скорость потери влаги с поверхности пряника. При увеличении толщины пленки скорость миграции влаги в окружаю-
щую среду уменьшается, а относительная влажность воздуха внутри упаковки увеличивается, активность воды поверхностного слоя пряника остается на высоком уровне (более 0,7).
За первые две недели хранения массовая доля влаги увеличивается со скоростью до 5 % в неделю и в течение 2 недель происходит высыхание поверхности от 14,9 % до 13,3% Последующее уменьшение до 10-10,2% и до 7% после 8 недель хранения. В других слоях пряника скорость потери влаги между 3-й и 6-й неделями хранения практически не изменяется (рис. 2).
Скорость изменения массовой доли влаги различных частей пряников в процессе их хранения изменяется в диапазоне от + 3,5 до -5,0% в неделю.
В течение 4 недель хранения сырцовых пряников при уменьшении массовой доли влаги активность воды также уменьшается. При этом активность воды остается на высоком уровне - 0,71-0,74, достаточном для развития плесеней.
После 6 недель хранения активность воды увеличивается и достигает максимума на 8-й неделе хранения. Активность воды начинки также увеличилась и составила 0,82 на 10-й неделе хранения, поэтому риск плесневения поверхности пряников увеличился (рис. 3).
Повышение активности воды можно объяснить тем, что «связанная» в капиллярах влага в результате ретроградации крахмала выпеченного полуфабриката
переходит в «свободное» состояние. Процессы разрушения крахмала муки способствуют увеличению количества «свободной» влаги и тем самым повышению риска микробиологической порчи.
При уменьшении общей влажности изделий изменилось соотношение «свободной» и «связанной» влаги, то есть появляется влага, доступная для развития различных микроорганизмов.
Риск плесневения пряников подтверждается изменениями микробиологических показателей после 4-6 недель хранения. Содержание плесеней увеличилось от 0 КОЕ / г для исходных пряников до 6х104 КОЕ/г на 7-й неделе хранения.
Риск плесневения также различен для разных слоев пряника. Активность воды поверхностного слоя увеличивается в наибольшей степени. После 7-8 недель хранения выявлено увеличение количества «свободной» влаги, поэтому и риск плесневения изделий наибольший. После 3 недель установления равновесия в различных частях пряника и последующего небольшого понижения активности воды, обусловленного процессами влагопе-реноса между изделием и окружающей средой.
Скорость изменения активности воды в процессе хранения стабильна в течение 5-6 недель и близка к нулевой. На 7-8-й неделях скорость изменения активности воды увеличивается до 0,02-0,04 единицы активности воды/ в неделю. После 8 недель хранения активность воды различных слоев пряника уменьшается со скоростью до 0,04-0,05 единицы активности воды/в неделю (рис. 4).
Такое уменьшение активности воды связано с образованием «свободной» влаги из-за разрушения макрокапиллярной структуры изделий. Дальнейшее понижение скорости потери влаги свидетельствует о стабилизации данной кондитерской системы на новом уровне. При этом массовая доля влаги целого изделия тоже существенно уменьшилась. Однако понижение массовой доли влаги ниже 14%
Верхний слой Начинка Нижний слой
Слой над начинкой Слой под начинкой
30 25
20 15
10
-1-1-1-
2 3 4 6
Длительность хранения, нед.
10
Рис. 1. Массовая доля влаги пряника в процессе хранения пряника
при температуре 30 °С и относительной влажности окружающего воздуха 40%
Верхний слой Начинка Нижний слой
Слой над начинкой Слой под начинкой
0 -1 -2
Длительность хранения, нед.
Рис. 2. Скорость изменения массовой доли влаги Дм/Дт в частях пряника в процессе хранения при температуре 30 °С и относительной влажности окружающего воздуха 40%
5
0
0
8
0,84
.0 0,79
д
m _o 0,74
ос н 0,69
m
0,64
<
0,59
Верхний слой Начинка Нижний слой
Слой над начинкой Слой под начинкой
0 1 2 3 4 5 6 7 8 Длительность хранения, нед.
Рис. 3. Активность воды в процессе хранения пряника при температуре 30 °С и относительной влажности окружающего воздуха 40 %
10
верхний слой Начинка Нижний слой
Слой над начинкой Слой под начинкой
Длительность хранения, нед. Рис. 4. Скорость изменения активности воды, Да^Дх в частях пряника в процессе хранения при температуре 30 °С и относительной влажности окружающего воздуха 40%
приводит к существенному ухудшению органолептических характеристик пряников и их фактической порче. Необходимо отметить, что именно при повышении активности воды вследствие образования свободной влаги существенно увеличивается риск плесневения пряников. Свободная влага дает возможность развитию плесеней. Содержание плесеней может увеличиваться до 103 КОЕ / г и более. Плесень наблюдается визуально и является признаком брака пряников и других кондитерских изделий с промежуточной влажностью.
Для уменьшения скорости микробиологических изменений возможно понижение влажности и активности воды готовых изделий. Понижение активности воды ниже уровня 0,7 при использовании влагоудер-живающих добавок, уменьшении массовой доли влаги или при изменении рецептурного состава может увеличить срок годности, однако такие модификации пряников приводят к существенным изменениям их орга-нолептических показателей.
Заключение. Данная работа направлена на прогнозирование сохранности кондитерских изделий с промежуточной влажностью для обоснования параметров технологии и показателей качества готовых изделий. Скорость миграции влаги из изделия в окружающую среду не является постоянной и изменяется от +3,5 до -5,0% в неделю.
Полученные результаты легли в основу Методологии повышения сохранности кондитерских изделий в части мучных кондитерских изделий с промежуточной влажностью.
ЛИТЕРАТУРА
1. Стеле, Р. Срок годности пищевых продуктов. Расчет и испытание; пер. с англ.
B. Широкова под общей редакцией Ю.Г. Ба-зарновой. - СПб.: Профессия, 2008. - 480 с.
2. Кондратьев, Н.Б. Оценка качества кондитерских изделий. Повышение сохранности кондитерских изделий. - М.: Перо, 2015. - 250 с.
3. Аксенова, Л. М. Повышение сохранности пряничных изделий/ Л. М. Аксенова, Н.Б. Кондратьев // Хлебопродукты. - 2016. -№ 8. - С. 42-43.
4. Дакуорт, Р.Б. Вода в пищевых продуктах. -М.: Пищевая промышленность», 1980. - 367 с.
5. Leung Henry, K. Influence of Water Activity on Chemical Reactivity. Water Activity and Application in Food/ K. Leung Henry, L.B. Rockland, L.R. Beuchat. - Marsel Dekker, 1987. - P. 27-54.
6. Labuza Theodore, P. The Effect of Water Activity on Reaction Kinetics of Food Deterioration // Food Technology. - 1980. - P. 36-41.
7. Лурье, И. С. Технохимический и микробиологический контроль в кондитерском производстве: справочник/И.С. Лурье, Л. Е. Скокан, А. П. Цитович. - М.: Колосс, 2003. - 416 с.
8. Кондратьев, Н. Б. К вопросу оценки факторов сохранности пряников с фруктовой начинкой/Н.Б. Кондратьев, К.В. Федорко, Э.Н. Крылова [и др.] // Техника и технология пищевых производств. - 2019. - Т. 49. - № 3. -
C. 397-405.
REFERENCES
1. Steele R. Srok godnosti pishhevyh produktov. Raschet i ispytanie; per. s angl. V. Shirokova pod obshhej redakciej Ju. G. Bazarnovoj [Understanding and measuring the shelf-life of food]. New York:
Woodhead publishing limited, 2004. 480 p. (Russ. ed.: Bazarnova Yu G, Shirokova V.) SPb.: Professiya, 2008. 480 p.
2. Kondratyev NB. Otsenka kachestva kondi-terskikh izdeliy. Povysheniye sokhrannosti konditerskikh izdeliy [Evaluation of the quality of confectionery. Improving the safety of confectionery]. Moscow: Pero, 2015. 250 p. (In Russ.)
3. Aksenova LM, Kondrat'yev NB. Povysheniye sokhrannosti pryanichnykh izdeliy [Improving the safety of gingerbread products]. Khieboprodukty [Bakery products]. 2016. № 8. P. 42-43 (In Russ.).
4. Dakuort RB. Voda v pishchevykh produk-takh [Water in food products]. Moscow: Pishchevaya promyshlennost'. [Food industry] 1980. 367 p. (In Russ.)
5. Leung Henry K, Rockland LB, Beuchat LR. Influence of Water Activity on Chemical Reactivity. Water Activity and Application in Food. Marsel Dekker, 1987. P. 27-54 (In English).
6. Labuza Theodore P. The Effect of Water Activity on Reaction Kinetics of Food Deterioration. Food Technology. 1980. P. 36-41 (In English).
7. Lur'ye IS, Skokan LYe, Tsitovich AP. Tekhnokhimicheskiy i mikrobiologicheskiy kont-rol' v konditerskom proizvodstve: Spravochnik [Technochemical and microbiological control in the confectionery industry: Reference]. Moscow: Koloss, 2003. 416 p. (In Russ.)
8. Kondrat'yev NB, Fedorko KV, Krylova EN, Pesterev MA, Osipov MV. K voprosu otsenki faktorov sokhrannosti pryanikov s fruktovoy nachinkoy [Gingerbread with Fruit Filling: Preservation Factor Assessment]. Tekhnika i tekhnologiya pishchevykh proizvodstv [Food Processing: Techniques and Technology]. 2019. T. 49. № 3. P. 397-405 (In Russ.). DOI: https: // doi.org/10.21603/2074-9414-2019-3-397-405
Авторы
Кондратьев Николай Борисович, д-р техн. наук, Савенкова Татьяна Валентиновна, д-р техн. наук, профессор, Руденко Оксана Сергеевна, канд. техн. наук, Осипов Максим Владимирович, канд. техн. наук, Белова Ирина Александровна
ВНИИ кондитерской промышленности - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, 107023, Москва, ул. Электрозаводская, д. 20, стр. 3, conditerpromnbk@mai1.ru, savtv@mai1.ru, oxana0910@mai1.ru, maxvosipov@yandex.ru, conditerprom_1ab@mai1.ru
Authors
Nikolay B. Kondratyev, Doctor of Technical Sciences, Tatyana V. Savenkova, Doctor of Technical Sciences, Professor, Oxana S. Rudenko, Candidate of Technical Sciences, Maxim V. Osipov, Candidate of Technical Sciences, Irina A. Belova
All-Russian Scientific Researce Institute of Confectionery Industry - Branch Federal Research Center for Food Systems V. M. Gorbatov RAS, 20 / 3, Electrozavodskaya str., Moscow, 107023, conditerpromnbk@mail.ru, savtv@mail.ru, oxana0910@mai1.ru, maxvosipov@yandex.ru, conditerprom_1ab@mai1.ru
