CC BY
133
БИОХИМИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО
УДК 664.143
Микробиологическая безопасность порошка из какаовеллы для использования
в кондитерских изделиях повышенной пищевой ценности
Microbiological safety of the cocoa shell powder for use in confectionery products increased nutritional value
Профессор Г.О. Магомедов, доцент И.В. Плотникова, ст. преподаватель Н.П. Зацепилина, студент А.В. Кривошеева
(Воронежский государственный университет инженерных технологий) кафедра технологии хлебопекарного, кондитерского, макаронного и зерноперерабатывающего производств, тел. (473) 255-38-51
E-mail: [email protected]
Professor G.O. Magomedov, Associate Professor I.V. Plotnikova, Senior Teacher N.P. Zatsepilina, Student A.V. Krivosheeva
(Voronezh state university of engineering technologies) chair of technical meat and meat products, tel. (473) 255-38-51 E-mail: [email protected]
Реферат. Одним из основных путей рационального использования импортного дорогостоящего сырья - какао-бобов является их комплексная переработка, включая оболочки - какаовеллы, которые представляют собой ценный по химическому составу продукт пониженной энергетической ценности с ярко выраженным цветом и ароматом. В качестве объектов исследования использовали натуральные термически обработанные порошки из какаовеллы и какао-бобов. Из-за микробиологической загрязненности порошка из какаовеллы основной проблемой его использования в кондитерских изделиях остаются низкие показатели микробиологической обсемененностн обогатителя. Повышение микробиологической чистоты порошков какаовеллы без изменения органолептических показателей продукта возможно при использовании метода обеззараживания какаовеллы энергией электромагнитного поля сверхвысокой частоты. Проведены исследования дисперсного состава частиц рассматриваемых объектов методом гранулометрического анализа на микроскопе БИОМЕД-2, оптическая система которого смонтирована на базе цифровой фотокамеры CANON. Сравнительную оценку аромата порошков проводили с использованием мультисенсорной системы «Электронный нос» (разработана ООО «Сенсорные технологии» ВГУИТ). Установлено, что аромат порошка нз какаовеллы выражен более интенсивно (на 25 %), чем порошка нз ядра какао-бобов. Порошок нз какаовеллы может служить полноценным заменителем, имитирующим вкус, цвет и аромат порошка какао нз ядра какао-бобов. Расширение ассортимента кондитерских изделий с использованием недорогого и натурального порошка нз какаовеллы позволит уменьшить их калорийность за счет снижения сахароемкостн и повысить их пищевую ценность, что является актуальным с точки зрения рационального питания.
Summary. One of the main ways of rational use of imported expensive raw materials - cocoa beans is their comprehensive utilization, including the processing of their shell - cocoa shell, which is a valuable product of the chemical composition of low energy content with a pronounced color and flavor. As objects of study used natural heat-treated powders of cocoa shell and cocoa beans. Due to the microbiological contamination of powder from the cocoa shell main problem of using it in the manufacture of confectionery remains - low levels of microbiological contamination fortifier. Increased microbiological purity powders,
Q Магомедов Г.О., Плотникова И.В., Зацепилина Н.П., Кривошеева A.B., 2016
cocoa shell without changing the organoleptic characteristics of the product is possible using the method of disinfection cocoa shell energy of the electromagnetic field of ultrahigh frequency. In this paper we studied the particulate composition of the particles of these objects by size analysis on a microscope Biomed-2. an optical system which is mounted on the basis of a digital camera CANON. Comparative assessment of flavor powders was carried out using a multi-touch system «electronic nose» (developed by ООО «Sensor technology» VGUIT). It is found that the flavor of the cocoa shell powder is expressed more intensely (25 %) than the powder from cocoa nibs, from the cocoa shell powder can serve as a complete substitute for simulating a taste, color and aroma of cocoa powder, cocoa nibs. Expanding the range of pastry-ray products using inexpensive and natural powder from the cocoa shell could reduce their calorie by reducing sa-haroemkosti and improve their nutritional value that is relevant from the point of view of nutrition.
Ключевые слова: какао-бобы, какаовелла, низкая микробиологическая обсемененность, кондитерские изделия.
Keywords: cocoa beans, kakaovella, low microbiological obsemenennost, confectionery.
Одним из основных путей рационального использования импортного дорогостоящего сырья - какао-бобов является их комплексная переработка, включая оболочки - какаовеллы, имеющие химический состав, во многом сходный с ядром какао-бобов.
При переработке какао-бобов остаются десятки тысяч тонн необработанной какаовеллы, которая до недавнего времени считалась отходом производства. Ее использование в пищевой промышленности было ограничено из-за определенных проблем при измельчении, так как оболочка отличается высокой твердостью и прочностью, обладает микробиологической загрязненностью и содержит ряд опасных токсичных элементов (пестициды, соли тяжелых металлов, мышьяк, афлаток-сины и др.), которые остаются после применения инсектицидов, используемых для уничтожения сельскохозяйственных вредителей на плантациях дерева какао [1].
В последние годы отношение к какаовелле изменилось, что связано с ростом цен на какао-бобы и продукты их переработки - тертое какао, порошок какао, а также с тем, что какаовелла для организма человека представляет собой ценный по химическому составу продукт.
Следовательно, разработка рациональных, экономически и технологически оправданных безопасных способов переработки и применения какаовеллы в кондитерской отрасли является задачей, имеющей важное промышленное значение.
Сегодня современные инновационные технологии и техника позволяют осуществлять тонкое измельчение какаовеллы до высокодисперсного порошка. В качестве объектов исследования использовали натуральные термически обработанные порошки из какаовеллы и какао-бобов, полученные на ООО «ЭкоЛайн 46» г. Курск (табл. 1) [2, 3].
Приведенные данные свидетельствуют о том, что порошок из какаовеллы богат углеводами, на долю которых приходится 43,7 %. Они представлены моно- и дисахаридами, клетчаткой, крахмалом, пентозанами, целлюлозой. Массовая доля клетчатки, пентозанов и целлюлозы значительно превышает массовую долю их в порошке из ядра какао-бобов в 3,1; 4,7 и 7,2 раза. В порошке из какаовеллы меньше содержится жира - в 3,3 раза, белков - в 1,6 раза, но существенно больше содержится золы - в 1,3 раза, пищевых волокон - в 1,6 раза, минеральных веществ (кальция - в 2,6 раза, калия - в 1,9 раза, магния - в 1,6 раза, фосфора - в 1,2 раза), танинов - в 1,6 раза. Порошок их какаовеллы богат такими ценными по физиологическому воздействию веществами, как алколоиды, теобромин и кофеин, которые способствуют стимулированию деятельности сердечной мышцы и повышают общий тонус организма. Дубильные вещества придают какао-продуктам слегка вяжущий и горьковатый вкус. По наличию биогенных элементов, к которым относятся витамины, содержание их в порошке из какаовеллы почти в 2 раза выше, чем в порошке из ядра какао-бобов. Энергетическая ценность порошка из какаовеллы меньше, чем у порошка из ядра какао-бобов в 2,4 раза.
Таблица 1
Химический состав порошков какао
Компоненты (в 100 г продукта) Порошок
из ядра какао-бобов из какаовеллы
Вода, г 5,4 4,8
Белки,г 24,3 15,0
Жиры, г 15 4,5
Насыщенные жирные кислоты, г 9,0 2,7
Углеводы, г : крахмал моно-и дисахариды 10,2 8,2 2,0 5,7 4,6 1Д
Клетчатка,г 5,5 16,5
Целлюлоза, г 1,9 13,7
Пентозаны, г 1,5 7,8
Танины, г 5,8 9,0
Пищевые волокна, г 35,3 56,8
Органические кислоты (в пересчете на молочную кислоту), г 3,9 0,8
Зола,г 6,3 8,1
Минеральные вещества, мг: натрий 13 3
калий 1509 2875
кальций 128 331
магний 425 701
фосфор 655 770
железо 22 5,8
Витамины, мг: Е (токоферол) 3,0 1,800
Bi (тиамин) 0,074 0,158
В2 (рибофлавин) 0,23 0,460
Вб (пиридоксин) 0,100 0,100
Во (фолацин) 0,045 0,057
РР (ниацин) 1,670 3,750
пантотеновая кислота 0,579 1,890
биотин 0,011 0,019
Теобромин,г 1,7 2,7
Кофеин, г 0,2 0,19
Дубильные вещества, г 7,0 1,3
Энергетическая ценность, ккал 364 147
Качественную оценку порошков проводили по органолептическим, физико-химическим, структурно-механическим и микробиологическим показателям (табл. 2, 3).
Таблица 2
Показатели качества порошков какао
Наименование показателя Характеристика порошков какао
из ядра какао-бобов из какаовеллы
Органолептические показатели:
Внешний вид Имеет ярко-коричневый цвет Имеет темно-коричневый цвет
Вкус и аромат Ярко выраженные, без посторонних
Физико-химические показатели:
Массовая доля влаги, % 6,4 4,8
Массовая доля жира, % 12,7 5,4
Плотность, кг/м3 457 544
Угол естественного откоса, град 60 54
Жир оуд ержив ающая способность, г/г 8,97 9,57
Влагоудерживающая способность, г/г 5,1 7,1
Сыпучесть порошков характеризуется углом естественного откоса (для идеально сыпучих тел он равен углу внутреннего трения, который зависит от подвижности частиц в слое, величины частиц и характера их распределения в материале). Чем большей поверхностью обладает частица, тем меньше угол естественного откоса. Сыпучесть исследуемых объектов оценивается как хорошая и вполне удовлетворительная, так как угол естественного откоса составляет от 50 до 60 град. По сравнению с порошком из ядра какао-бобов плотность порошка из какаовеллы выше в 1,2 раза, жиросвязывающая способность в 1,07 раза, влагоудерживающая способность - в 1,4 раза, а угол естественного откоса ниже в 0,9 раза.
Основной проблемой использования порошка из какаовеллы в кондитерских изделиях остаются низкие показатели микробиологической обсемененности обогатителя. Требования ТР ТС 021 /2011 «О безопасности пищевых продуктов» к какао-продуктам и полученные показатели микробиологической обсемененности исходного продукта представлены в табл. 3 [4].
Таблица 3
Микробиологические показатели порошка какао из какаовеллы
Наименование показателя ТР ТС 021/2011 Порошок какао из какаовеллы
КМАФАнМ, КОЕ/г. не более 1,0Т04 1,3-105
Дрожжи, КОЕ/ г, не более 100 95
Плесени, КОЕ/г, не более 100 130
Масса продукта, г, в которой не допускается: - БГКП (колиформы) - патогенные микроорганизмы, в т.ч. сальмонеллы 0,01 25 Не выделено Не выделено
Следовательно, снижение микробиологической обсемененности продукта без изменения его органолептических показателей приобретает важное значение. Метод снижения микробиологической обсемененности самой какаовеллы энергией электромагнитного поля сверхвысокой частоты позволяет получить экологически чистый и качественный продукт питания. Нагрев в сушилке происходит вследствие воздействия микроволнового излучения частотой 2450 МГц на разогреваемый продукт. Для достижения той или иной температуры используется сочетание экспозиции и удельной мощности (табл. 4).
Таблица 4
Влияние режимов обработки на микробиологические показатели порошка какао из какаовеллы
Наименование показателя Режимы обработки порошка
700 Вт 90 с 1000 Вт
30 с 60 с
КМАФАнМ, КОЕ/г, не более 1,1-Ю'1 í.s-io-1 О.в-Ю'1
Плесени, КОЕ/г, не более 105 125 90
Полученные результаты позволяют рекомендовать экспериментальную вакуум СВЧ-сушилку, разработанную на кафедре ТХКМЗП для повышения микробиологической чистоты порошка из какаовеллы, а продукт, полученный при режиме обработки 1 ООО Вт и времени экспозиции 60 с, для использования в кондитерских изделиях.
Известно, что размер частиц находится в прямой зависимости от их удельной поверхности (чем мельче частицы, тем больше поверхность соприкосновения их с влагой, тем быстрее они поглощают влагу). На влагоудерживающую способность (ВУС) оказывает влияние влажность продукта, которая у порошка из какаовеллы меньше, чем у порошка из ядра какао-бобов, поэтому ВУС у первого продукта больше, чем у второго. Этому также способствует большее содержание в какаовел-ле пищевых волокон, которые за счет своей капиллярной структуры связывают значительную долю влаги, конкурируя за нее с белковыми веществами.
Степень измельчения и гранулометрический состав твердых частиц являются важными показателями качества для ряда шоколадных изделий.
Цель работы - исследование дисперсного состава частиц рассматриваемых объектов методом гранулометрического анализа на микроскопе БИОМЕД-2, оптическая система которого смонтирована на базе цифровой фотокамеры CANON. Размеры частиц исследуемых порошков находятся в пределах от 0 до 29 мкм. Установлено, что порошок из какаовеллы является в большей степени высоко дисперсным продуктом, чем порошок из ядра какао-бобов, так как в нем доля частиц размером от 0 до 20 мкм составляет - 66 %, а в порошке из ядра какао-бобов -55 % (рис. 1).
Сравнительную оценку аромата порошков проводили с использованием муль-ти-сенсорной системы «Электронный нос» (разработана ООО «Сенсорные технологии» ВГУИТ) [5].
Для тестируемых проб характерен близкий запах, имеющий сходный состав равновесной газовой фазы (РГФ) над пробами. Как правило, «визуальные отпечатки» максимумов по форме близки между собой, что свидетельствует о близком по качественному составу запахе проб, однако для анализируемых проб даже по этим аналитическим сигналам установлены значимые различия. Кинетические «визуальные отпечатки» еще в большей степени различны для исследуемых образ-
Рис. 1. Диаграмма распределения частиц порошков какао по фракциям
Для сопоставления различий в составе РГФ над образцами с контролем применен новый способ обработки данных - наложения «визуальных отпечатков» (рис. 2).
Рис. 2. Сравнение кинетических «визуальных отпечатков» аромата проб: 1 - порошок из ядра какао-бобов (контроль); 2 - порошок из какаовеллы
Различаются «визуальные отпечатки» максимумов размерами, то есть площадью фигуры, которая зависит от содержания (концентрации) веществ в равновесной газовой фазе над образцами и формой. Форма «визуального отпечатка» для близких по составу матрицы проб определяется соотношением в пробе и, как следствие, в равновесной газовой фазе, концентраций основных классов органических соединений, на детектирование которых настроен массив сенсоров: несвязанная влага, легколетучие кислоты, алифатические спирты, альдегиды, сложные эфиры, кетоны, амины, N-содержащие соединения.
Функция отклика выбранных сенсоров связана с содержанием легколетучих кислородсодержащих веществ, воды, а также других органических соединений (альдегиды, кислоты, кетоны, эфиры, спирты). По форме этих сигналов массива сенсоров можно утверждать, что в составе равновесной газовой фазы над пробой 2 содержатся компоненты, существенно влияющие на аромат, содержание которых значительно больше, чем в пробе 1 [6].
Общее содержание легколетучих веществ в РГФ над пробами позволяет оценить площадь «визуального отпечатка» (табл. 5). По данному критерию возможно сравнение интенсивности аромата над исследуемым образцом и контролем по относительной разности площадей «визуального отпечатка» максимумов.
Таблица 5
Отклики и площадь «визуальных отпечатков» сигналов сенсоров
Проба Отклики сигналов сенсоров (АКпах, Гц) а.»..
18К6 ПЭГ2000 ПЭГСб ПЭГСк ПЭГА ПЭГФ ПС МСМ
1 11 10 8 10 4 8 2 3 3124
2 11 10 8 12 5 8 2 3 3629
Относительное содержание отдельных групп легколетучих веществ рассчитано методом нормировки (табл. 6).
Таблица б
Относительное содержание в РГФ над пробами отдельных групп соединений
Проба Свободная влага, % Ароматические Эфиры, %
1 19,6 17,9 7,1
2 18,6 20,4 8,5
Установлено, что аромат порошка из какаовеллы выражен более интенсивно (на 25 %), чем порошка из ядра какао-бобов.
Таким образом, порошок из какаовеллы обладает богатым химическим составом, пониженной энергетической ценностью, ярко выраженным цветом и ароматом, является высокодисперсным продуктом, его себестоимость значительно ниже - в 4,5 раза, чем порошка какао из ядра какао-бобов. Повышение микробиологической чистоты порошков какаовеллы без изменения органолептиче-ских показателей продукта возможно при использовании метода обеззараживания какаовеллы энергией электромагнитного поля сверхвысокой частоты, следовательно, есть основание предположить, что в ряде случаев он может служить полноценным заменителем, имитирующим вкус, цвет и аромат порошка какао из ядра какао-бобов. Расширение ассортимента кондитерских изделий с использованием недорогого и натурального порошка из какаовеллы позволит уменьшить их калорийность за счет снижения сахароемкости и повысить их пищевую ценность, что является актуальным с точки зрения рационального питания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Скоклеенко, М. В. Применение вторичных продуктов переработки какао-бобов для повышения конкурентоспособности кондитерских изделий [Текст] / М. В. Скоклеенко, А. И. Куличенко, Т. В. Мамченко // Молодой ученый. - 2014. -№ 6. - С. 366-368.
2. Функциональные пищевые ингредиенты и добавки в производстве кондитерских изделий [Текст]: учеб. пособие / Г.О. Магомедов, А.Я. Олейникова, И.В. Плотникова [и др.]. - СПб.: ГИОРД, 2015. - 439 с.
3. Чугунова, О.В. Перспективы использования какаовеллы при производстве шоколадного сиропа [Текст] / О. В. Чугунова, Л. А. Кокорева, Н. В. Заворохина / / Пиво и напитки. - 2014. № 6. - С. 62-64.
4. Есауленко, И. Э. Гигиеническая оценка различных форм организации школьного питания [Текст] / И.Э. Есауленко, В.И. Попов, Т.Н. Петров // Матер. Междунар. науч.-тех. конф. «Продовольственная безопасность: научное, кадровое и информационное обеспечение». - Воронеж: ВГУИТ, 2014. - С. 320-321.
5. Пат. № 2302627 , RU. Газоанализатор с открытым входом на основе пье-зосенсоров / Кучменко Т.А., Кочетова Ж.Ю., Силина Ю.Е.; заявл. № 2006102742/28 от 31.01.2006; опубл. 10.07.2007.
6. Кучменко, Т.А. Новые инструментальные методы оценки органолептиче-ских показателей молока [Текст] / Т.А. Кучменко, Д.А. Погребная, В.В. Хрипу-шин // Аналитика и контроль. - 2012. Т. 16. - № 3. - С.289-298.
REFERENCES
1. Skokleenko M.V. Primenenie vtorichnykh produktov pererabotki kakao-bobov dlya povysheniya konkurentosposobnosti konditerskikh izdeliy [Applications secondary cocoa beans processed products to enhance the competitiveness of confectionery] Molodoy uchenyy, 2014, No 6, pp. 366-368 (Russian).
2. Magomedov G.O. Funktsional'nye pishchevye ingredienty i dobavki v pro-izvodstve konditerskikh izdeliy [Functional food ingredients and additives in the production of confectionery products], St. Petersburg , 2015, 439 pp. (Russian).
3. Chugunova O.V. Perspektivy ispol'zovaniya kakaovelly pri proizvodstve shoko-ladnogo siropa [Prospects for the use in the production of cocoa shell chocolate syrup] Pivo i napitki, 2014, No 6, pp. 62-64 (Russian).
4. Esaulenko I.E. Gigienicheskaya otsenka razlichnykh form organizatsii shkol'nogo pitaniya [Hygienic evaluation of various forms of school feeding. Food safety: scientific, personnel and information support] Mater. Mezhdunar. nauch.-tekh. konf. «Prodovol'stvennaya bezopasnost': nauchnoe, kadrovoe i informatsionnoe obespechenie», 2014, pp. 320-321 (Russian).
5. Kuchmenko T.A., Kochetova G.U., Silina U.E. Gazoanalizator s otkrytym vkhodom na osnove p'ezosensorov [The gas analyzer with an open input based pe-zosensorov], Patent RU № 2302627, 2007 (Russian).
6. Kuchmenko T.A. Novye instrumental'nye metody otsenki organolepticheskikh pokazateley moloka [New instrumental methods of assessing organoleptic longexponent of milk] Analitika i kontrol', 2012, T. 16, No 3, pp.289-298 (Russian).
