На правах рукописи

Магомедова Альбина Джамаловна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ

ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ БИСКВИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Специальность: 05.18.01 – технология обработки, хранения и переработки злаковых,

бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной

продукции и виноградарства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2013

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского»

доктор технических наук, профессор

Научный руководитель:

Чернов Мишель Евгеньевич

Официальные оппоненты: Магомедов Газибег Омарович доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», заведующий кафедрой «Технология хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств»;

Ананьев Владимир Владимирович кандидат технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», заведующий кафедрой «Технология упаковки и переработки высокомолекулярных соединений»

ГНУ НИИ кондитерской промышленности

Ведущая организация:

Россельхозакадемии

Защита состоится «31» мая 2013 года в 1300 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г.

Разумовского» по адресу: 109029 г. Москва ул. Талалихина 31, ауд.36.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГУТУ имени К.Г. Разумовского Отзывы высылать по адресу: 109004 г. Москва, ул. Земляной вал, д.

Автореферат разослан «30» апреля 2013 года

Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02, кандидат технических наук, доцент Конотоп Н.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В современных условиях рыночных отношений развитие долгосрочной перспективы сбыта и увеличение объема производства, расширение сферы и границ торговли бисквитными изделиями (БИ), имеющими высокую калорийность, усвояемость, привлекательный вид, удовлетворяющий разнообразные вкусы потребителей, зависит от сохранности готовой продукции при длительном хранении. Методы, применяемые для решения этой задачи, весьма разнообразны:

от широкого спектра индивидуальных средств безопасных консервантов, антиоксидантов – добавок растительного происхождения, предотвращающих ингибирование окислительных и микробиологических процессов при максимальном сохранении безопасности, – до применения новых упаковочных материалов и условий хранения. Как показывает анализ трудов отечественных и зарубежных исследователей Л.М. Аксеновой, В.В. Ананьева, Г.О. Магомедова, Ю.А. Нечаева, Т.В. Савенковой, Л.Н. Шатнюк, З.Г. Скобельской, В.А. Тутельяна, Ю.А. Тырсина, Т.Б. Цыгановой, A.L.Brody, M.L. Roоney, U.Weerawate, D.Zagozy и других, одним из наиболее рациональных способов сохранения показателей качества кондитерской продукции, кроме чисто технологических решений, является их сочетание c упаковкой и использование модифицированных газовых сред (МГС). Исследования в данном направлении широко проводятся за рубежом с учетом как специфических свойств отдельных газов, так и с ориентацией на физико-химические свойства используемых упаковочных материалов.

Следует отметить и тот факт, что на продовольственном рынке РФ наметились стабильные и положительные тенденции к увеличению производства мучной кондитерской и хлебобулочной продукции с применением МГС. Однако ассортимент такой продукции пока ограничен в ассортименте, хотя потребление бисквитных изделий в нашей стране достаточно велико.

В связи с вышеизложенным, а также принимая во внимание перспективу научного направления, связанного с увеличением срока годности бисквитных изделий и сохранением показателей качества, поставленная задача является актуальной и имеет научное и практическое значение.

Работа выполнена в рамках генерального плана реконструкции и развития производства бисквитных изделий в ОАО КБК «Черемушки» на 2013–2015 годы.

Цель исследований. Разработка технологии и условий хранения бисквитного изделия – торта «Чародейка» с применением модифицированной газовой среды, обеспечивающих длительную сохранность при показателях качества, соответствующих стандарту.

Для реализации поставленной цели были определены следующие задачи:

провести обоснованный выбор пищевых добавок, обеспечивающих сохранность бисквитного изделия;

определить реологические свойства начинки сбивной торта «Чародейка» с добавлением пищевых добавок;

определить соотношение и количество пищевых добавок в составе композитной смеси (КС);

определить физико-химические свойства полимерных упаковочных материалов по показателям газо- и паропроницаемости;

определить состав газовой смеси в модифицированной газовой среде внутри упаковки и изменение ее концентрации при хранении торта;

определить влияние условий хранения торта, упакованного в МГС, на органолептические, физико-химические и микробиологические показатели;

разработать нормативную документацию производства торта «Чародейка» длительного хранения и провести опытно-промышленную апробацию результатов исследования.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Принцип формирования рецептурного состава начинки сбивной с добавлением пищевых добавок, обеспечивающих сохранность качества торта.

2. Технологический прием регулирования реологического поведения начинки сбивной с добавлением композитной смеси для отсадки начинки в бисквит.

3. Способ длительного хранения БИ в трехслойной полимерной упаковке и модифицированной газовой среде, сохраняющий показатели качества, соответствующие стандарту.

Научная концепция. В основу технологического решения проблемы управления сохранностью качества БИ в течение длительного периода положен комплексный подход, предусматривающий применение пищевых добавок растительного происхождения в составе рецептурных компонентов и условий хранения в упаковке из многослойной полимерной пленки с высокими защитными свойствами в газовой смеси диоксида углерода и азота.

Научная новизна. Научно обоснован выбор консервантов, влагоудерживающих и антиокислительных добавок в составе композитной смеси, обеспечивающих постоянное влагосодержание продукта, препятствующих окислительной деструкции и микробиологической порче начинки сбивной торта в период хранения.

Выявлена зависимость процесса структурирования и формосохраняемости начинки сбивной от влагоудерживающих и консервирующих свойств пищевых добавок и разработан технологический прием регулирования температурой реологических свойств начинки в технологическом потоке.

Определено рациональное соотношение пищевых добавок в составе композитной смеси, повышающих стойкость и сохранность продукта при хранении на основе оценки качества начинки сбивной по органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям.

Разработана упаковка торта из полимерных упаковочных материалов – трехслойной пленки на основе сополимера этилена и винилового спирта (EVOH), обеспечивающая более высокие защитные свойства по сравнению с однослойными из полипропилена.

Доказана целесообразность использования газовой смеси диоксида углерода и азота и определено соотношение этих газов в соcтаве модифицированной газовой среды внутри упаковки торта «Чародейка».

Получены новые данные зависимости органолептических, физико-химических и микробиологических показателей бисквитных изделий от изменения концентрации состава газов внутри упаковки при различных сроках и температурах хранения торта.

Практическая значимость. Разработанная комплексная технология производства и хранения бисквитного торта «Чародейка» предусматривает предварительную подготовку композитной смеси из пищевых добавок для начинки сбивной с заданными реологическими свойствами, а также упаковку из материала с высокими защитными свойствами, состав и соотношение газов в МГС-1, обеспечивающие увеличение продолжительности хранения изделия при показателях качества, соответствующих стандарту. На основании комплексной технологии бисквитных изделий длительного хранения представлены следующие разработки:

рецептура композитной смеси (КС) для начинки сбивной в составе: сорбит – 77,8%, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) – 7,4%, сорбиновая кислота –14,8%;

технология приготовления начинки торта, предусматривающая внесение КС в рецептуру, охлаждение готовой рецептурной массы после взбивания до температуры 14–15 С;

упаковка торта «Чародейка» из трехслойной пленки толщиной 400 мкм на основе этиленвинилового спирта (EVOH) с высокими защитными свойствами;

начальное содержание компонентов модифицированной газовой смеси в упаковке: N2/CO2 = 80/20;

температурные режимы хранения торта: до двух месяцев в охлажденной среде при t = 4±2 С и не более 10 суток при t = 20±2 С и относительной влажности воздуха 65–75%.

Проведена опытно-промышленная апробация бисквитного изделия – торта «Чародейка» – с учетом применения пищевых добавок в рецептуре начинки и упаковки в МГС-1 на ОАО КБК «Черемушки».

Оценка эффективности и риска инвестиций показали, что капитальные вложения в данный проект окупаются в течение трех месяцев, при выпуске продукции в объеме 12000 изделий в смену.

Апробация работы. Результаты работы доложены на заседаниях кафедр «Технология хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств» и «Пищевые машины» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского». Основные результаты диссертационной работы были представлены в виде научных докладов и обсуждены:

на научно-практической конференции «Информационные и инновационные технологии в образовании, науке и производстве», Волоколамск, 2008;

на международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности», Пятигорск, 2008;

на международной специализированной выставке «Инновационные технологии контроля в упаковочной индустрии», Москва, 2009;

на международной научно-практической конференции «Тара и упаковка пищевых производств», Москва, 2009;

на международной специализированной выставке упаковочных технологий и оборудования «Качество упакованной продукции – гарантия успешных продаж», Москва, 2010;

на международных научно-практических конференциях «Актуальные проблемы развития пищевой промышленности и инновационные технологии пищевых производств», Углич, 2011, 2012.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 3 – в журналах, рекомендуемых ВАК РФ; 10 – материалы научно-практических конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, экспериментальной части, анализа полученных научных данных, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 137 страницах, содержит 20 таблиц, 15 рисунков. Список литературы содержит 135 источников российских и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обоснована актуальность выбранного направления. Проведен анализ отечественной и зарубежной научно-технической литературы по применению пищевых добавок растительного происхождения, направленных на сохранность потребительских свойств бисквитных изделий при хранении. Изучены основные направления использования заданного соотношения пищевых добавок в составе рецептурных компонентов. Систематизированы сведения о физико-химических свойствах по газо- и паропроницаемости полимерных материалов, обеспечивающих высокие защитные свойства при выборе упаковки. Рассмотрены публикации, освещающие использование состава газовых сред при хранении продуктов кондитерского производства. На основании литературного анализа сформированы цель и задачи исследования.

Исследования проводили в лабораториях кафедр «Технология хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств» и «Пищевые машины» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского»; в производственных цехах и лаборатории ОАО КБК «Черемушки».

Упаковку опытных образцов продукции осуществляли на экспериментальной базе компании ЭКСПО МАРКЕТ.

В качестве объекта исследования было выбрано бисквитное изделие – торт «Чародейка» со сроком хранения до 10 суток при температуре (4±2) °С (ГОСТ10-060Торт «Чародейка» состоит из двух слоев бисквита, прослоенных суфле. Боковые и верхняя поверхности торта глазированы шоколадной глазурью. В производстве торта использовано традиционное для приготовления этого продукта сырье: мука пшеничная в/с, сахар-песок, яйцепродукты (меланж, яичный белок), агар, молоко сгущенное с сахаром, патока, масло сливочное.

Упакован торт в пакет из полипропиленовой пленки толщиной 20 мкм (ТУ 9572-00429200582-02) и в наружную коробку из картона 0,4 мкм (ГОСТ 12303-80).

Сырье и вспомогательные материалы, применяемые для производства торта, соответствуют требованиям действующей нормативной документации, гигиеническим требованиям к качеству и безопасности продовольственного сырья (СанПин 2.3.2.1078-01).

В качестве исследуемых пищевых добавок, консервантов, антиоксидантов способствующих увеличению срока годности продукции, применяли: сорбит (Е420), КМЦ (Е466) и сорбиновую кислоту (Е200).

В качестве упаковочных материалов исследовали однослойную полипропиленовую пленку толщиной 400 и 500 мкм и трехслойную пленку, с дополнительным слоем на основе этиленвинилового спирта (EVOH) толщиной 40 мкм, заключенным между двумя слоями полипропилена.

Упаковку продукта проводили с применением газовой смеси, состоящей из диоксида углерода и азота. Смесь газов сертифицирована для пищевой промышленности.

Рисунок 1 - Структурная схема исследования Изучение состава и свойств объектов исследования, а также характер изменения показателей качества в процессе хранения, проводили с использованием стандартных методов анализа: массовая доля влаги – по ГОСТ 590073; активность воды – по инструкции на приборе «Аквалаб»; перекисное число – по ГОСТ Р51487-99, органолептическая оценка по 5-балльной шкале; микробиологические показатели КМАФАнМ, КОЕ/г – по СанПин 2.3.2.1078-01 и ГОСТ 10444.15-94, ГОСТ 50474-93, ГОСТ 50480Реологические свойства начинки определяли на ротационном вискозиметре RV-2.

Исследования упаковочных материалов проводили по показателям: паропроницаемости (ГОСТ 21472-81) и газопроницаемости с применением газовой хроматографии (ГОСТ 26128-84).

Упаковывали и хранили БИ в соответствии с ГОСТ 24831. Математическую обработку результатов исследований проводили с помощью программы «PackSim».

Исследования осуществляли согласно схеме, представленной на рисунке 1.

3.1. Выбор и обоснование компонентов рецептуры, обеспечивающие В соответствии с действующими стандартами сохранность показателей качества БИ в период хранения в итоге сводится к решению двух проблем: внутренней, заключающейся в создании условий, блокирующих развитие гидролитических и окислительных процессов, вызываемых количеством и качественным состоянием влаги и жира в продукте, способствующих микробиологической порче и ухудшению органолептических показателей; внешней проблемой является создание условий, исключающих влияние окружающей среды, вызывающее неуправляемые адсорбционнодесорбционные процессы переноса влаги на границе раздела двух фаз и миграцию влаги в самом продукте, влияющие на физико-химические и органолептические показатели качества.

Исследовали изменение органолептических, физико-химических и микробиологических показателей качества бисквитного торта «Чародейка» за установленный регламентом срок хранения (ТУ9134-007-00346075-02), при температуре 4±2 С (таблица 1).

Из полученных результатов видна динамика постепенного снижения всех показателей качества бисквитного торта. Массовая доля влаги от первоначального значения снизилась на 1,5%, активность воды – на 0,015 ед. Отмечено повышение перекисного числа липидов и более интенсивное их изменение на конечном этапе хранения, связанное с накоплением и окислением свободных жирных кислот, что оказывает влияние на изменение органолептических показателей. Качественные изменения по микробиологическим показателям в конце срока хранения по КМАФАнМ имели предельно допустимые значения, установленные регламентом. Можно предположить, что неравномерное распределение влаги в различных частях многокомпонентной структуры изделия и низкие защитные свойства упаковки не обеспечивают условий равновесного состояния компонентов с окружающей средой. Возникающие при этом миграционные процессы несвязанной влаги оказывают влияние на изменение органолептических и физико-химических показателей и формируют благоприятные условия для роста определенных групп микроорганизмов и микробиологической порчи продукта.

Таблица 1 - Влияние срока хранения на показатели качества бисквитного торта Наименование показателя Органолептические:

Физико-химические:

- перекисное число, моль экв.

Микробиологические:

(не более 1104) возможно прогнозирование и сведение к минимуму действие внешних факторов за счет технических операций, выбора защитных свойств упаковки и условий хранения.

Влияние внутренних факторов, определяющих снижение окислительных процессов и сохранность показателей качества, можно обеспечить путем применения одного из наиболее эффективных технологических приемов – использования в рецептуре торта пищевых добавок, соответствующих данному виду изделия.

Среди пищевых добавок, рекомендованных ФАО/ВОЗ и регламентированных СанПин 2.3.2.1293-03, а также в целях оптимизации затрат на изготовление бисквитного торта «Чародейка» для дальнейших исследований были выбраны: в качестве влагоудерживающего агента – сорбит (Е420); регулятор консистенции и стабилизатора – карбоксиметилцеллюлоза (Е466); консервант, блокирующий рост микроорганизмов, плесени и дрожжей – сорбиновая кислота (Е200).

3.2. Исследование влияния пищевых добавок в составе композитной смеси на показатели качества начинки сбивной торта С целью обеспечения стабилизации показателей качества торта «Чародейка», путем введения в состав рецептуры начинки сбивной пищевых добавок, обеспечивающих формирование заданных свойств продукта и способствующих увеличению срока годности изделия, была проведена их комплексная оценка. Определяли плотность и реологические свойства начинки сбивной при последовательном внесении влагоудерживающей и структурообразующей добавок в ее рецептуру и влияние состава КС на показатели качества торта.

3.2.1. Определение реологических свойств начинки сбивной торта с В качестве исходной рецептуры начинки сбивной торта разработан состав и количество ингредиентов, имитирующих производственные условия (таблица 2).

Таблица 2 - Состав и количество ингредиентов в рецептуре начинки сбивной торта Стандартным методом определена плотность начинки торта, полученной из продуктов исходного состава рецептуры, в интервале (804,8–810,3) кг/м3 при температуре (20±2) °С (контрольный образец), обеспечивающие необходимые технологические характеристики в условиях, близких к производственным.

Рисунок 2 - Изменение плотности начинки в зависимости:

а – от количества сорбита, б – от количества смеси сорбита (0,6%) и КМЦ Среди влагоудерживающих веществ, способствующих увеличению срока годности, исследовали влияние сорбита в рецептуре начинки в количестве 0,5–0,75% на изменение показателей плотности (рисунок 2, а).

По результатам исследований можно отметить, что добавление сорбита в начинку создает условия для стабилизации дисперсной системы твердой и жидкой фазы и незначительно изменяет ее плотность. Вместе с тем, использование сорбита необходимо ограничить до 0,65%, в связи с увеличением плотности начинки выше максимально допустимого значения контрольного образца (810,3 кг/м3). Наибольший влагоудерживающий эффект, регулирующий консистенцию начинки, проявляется при сочетании сорбита со структурообразующей добавкой КМЦ, при этом их совместно направленные свойства усиливаются.

Проведено исследование по определению количества КМЦ, необходимого для приготовления КС в составе начинки. Методика эксперимента не менялась, за исключением того, что сорбит в количестве 0,65% в составе смеси вносился с КМЦ в рецептуру начинки. Исследования показали, что приемлемое содержание КМЦ в составе смеси для начинки сбивной находится на уровне 0,06% (рисунок 2, б). Вносимое количество добавок в начинку торта не создает условий для превышения допустимого показателя ее плотности.

Следующим этапом данной части работы было определение влияния сорбита и КМЦ в составе КС на реологические свойства начинки. Технология приготовления начинки сбивной предусматривает: смешивание в миксере (19 мин) яичного белка, сахаро-агаро-паточного сиропа (80 °С) и КС с последующим добавлением в состав лимонной кислоты и масляного крема согласно рецептуре, затем производится сбивание смеси до однородной структуры (1 мин) и охлаждение готовой рецептурной массы до (9– 10) °С.

Исследовали две модельные композиции начинки с добавлением и без добавления КС. Эффективную вязкость образцов определяли на ротационном вискозиметре RV-2. Получены зависимости напряжения сдвига и эффективной вязкости от скорости деформации без добавления и с добавлением КС в интервале температур (5–31)° С (рисунок 3). Отмечено максимальное значение эффективной вязкости 1423 Пас при скорости деформации сдвига до 0,33 с–1 и постепенное ее снижение до 6,6 Пас при 145 с–1, с добавлением КС в начинку. Изменение эффективной вязкости в зависимости от температуры начинки имело нелинейную зависимость (рисунок 4) – с охлаждением начинки до ( 5-6) °С повышается вязко-упругое состояние до возможного структурирования системы, при повышении температуры структура начинки с добавлением КС постепенно переходит в вязко-пластичное состояние, и при значениях менее 1000 Пас и t = (15–17) °С.

Рисунок 3 - Изменение напряжения сдвига (А) и эффективной вязкости (Б) в зависимости от скорости деформации сдвига для начинок сбивных при температуре:

1 – (5–6) °С; 2 – (9–10) °С; 3 – (15–17) °С; 4 – (22–23) °С; 5 – (30–31) °С; а – без добавления КС, б – с добавлением КС Рисунок 4 - Изменение эффективной вязкости от температуры начинки, при скорости деформации сдвига, c–1 :

- 0,33; - 0,6; - 1,0; х – 1,8; ж – 3,0; - 5,4; + - 9,0;

а – без добавления КС, б – с добавлением КС Реологическое изменение исследуемых композиций может быть представлено уравнением Гершеля-Балкли:

где 0 – предел текучести (статический), Па; K – консистентная переменная, значение которой пропорционально эффективной вязкости при единичном градиенте скорости, Пасn;

– скорость деформации сдвига, с–1; n – индекс течения.

Реологические кривые = f( ) могут быть представлены в виде уравнения:

где В – коэффициент, численно равный эффективной вязкости при градиенте скорости = c ; 1 – единичная скорость деформации сдвига, c ; m – темп разрушения структуры (m = n–1). Константы уравнений Гершеля-Балкли и (2) представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Значение реологических констант модельной композиции начинки сбивной Модельные композиции *R2 - коэффициент корреляции.

На основе полученных результатов определена зависимость высоты формосохраняемости пласта начинки (h кр) от температуры в интервале (5–31) °С с добавлением и без добавления КС (таблица 4):

где ст – статический предел текучести, Па; – плотность начинки, кг/ м3;

g – ускорение свободного падения, м/с2.

В результате проведенных исследований установлено, что при охлаждении начинки и повышении ее эффективной вязкости имеет место структурирование многокомпонентной системы, такое реологическое состояние затрудняет непрерывный процесс подачи начинки по трубопроводам в технологическом потоке. С добавлением в начинку КС это состояние усиливается, и решить данную задачу возможно путем повышения температуры начинки до (15–17) °С, при этом эффективная вязкость и формосохраняемость начинки (h кр = 4,6 мм) обеспечивают непрерывное функционирование системы подачи и отсадки начинки в бисквит.

Таблица 4 - Влияние температуры на изменение высоты формосохраняемости пласта 3.2.2. Влияние компонентов композитной смеси на показатели качества начинки Определяли влияние смеси сорбита и КМЦ на влагоудерживающие свойства начинки и ее органолептические показатели в процессе хранения при температуре (20±2) °С (таблица 5).

Таблица 5 - Показатели качества начинки сбивной торта «Чародейка» без добавления Показатели качества Массовая доля влаги,%:

Внешний вид после 10 суток Начинка плотная желтого цвета, на Начинка соответствует стандарту, Характеристика запаха Запах окислившегося жира Запах не ощущается.

Можно предположить, что значительное снижение содержания массовой доли влаги при хранении начинки без добавления КС является следствием неустойчивости ее гетерогенной системы (твердой и жидкой фазы), вызванной влиянием внешних и внутренних факторов (параметров воздуха, высокого содержания влаги в полуфабрикате), способствующих повышению десорбции влаги и образованию кристаллов сахарозы на подсушенной поверхности начинки. Добавление сорбита и КМЦ повышает влагоудерживающие свойства начинки, стабилизирует систему до равновесного состояния, обеспечивает повышение упругости пара над жидкой фазой начинки, сдерживает испарение влаги и не вызывает выделения сахара и формирования кристаллов сахарозы при хранении.

В качестве консервирующей пищевой добавки в составе КС, не имеющей специфического вкуса, препятствующей окислению и разложению жировой основы начинки сбивной и обеспечивающей микробиологическую безопасность продукта, была выбрана сорбиновая кислота. В сопоставимых условиях проведены исследования влияния сорбиновой кислоты в количестве (0,04–0,1)% на микробиологические показатели начинки и установлено, что использовать сорбиновую кислоту в составе начинки необходимо в количестве 0,1% (таблица 6).

Таблица 6 - Микробиологические показатели начинки сбивной с добавлением сорбиновой кислоты на 10-е сутки хранения На основании исследований влияния влагоудерживающих, структурообразующих и консервирующих свойств пищевых добавок на сохранность показателей качества полуфабрикатов торта было установлено их наиболее приемлемое соотношение в композитной смеси: сорбит – 77,8%; КМЦ – 7,4%; сорбиновая кислота – 14,8%.

Результаты положены в основу разработанной рецептуры начинки бисквитного торта «Чародейка» для применения в производственных условиях (таблица 7).

Таблица 7 - Состав и количество ингредиентов в рецептуре начинки торта Унифицированный состав разработанной КС позволяет использовать ее в равной степени и для других видов БИ с начинкой сбивной (торты, пирожные и др.) в соответствии с ГОСТ 10-060-95.

3.3. Совершенствование условий хранения торта Установлено, что наиболее эффективным методом, обеспечивающим длительную сохранность бисквитных изделий с заданными показателями качества, является использование пищевых добавок в рецептуре продукта и создание оптимальных условий хранения включающих упаковку продукта в смеси газов: азота и диоксида углерода. Защитные свойства упаковки изолируют продукт от влияния внешних факторов. Бактериостатические свойства газов блокируют развитие и размножение аэробных бактерий, окислительной порчи и замедляют рост плесени. Далее определяли физико-химические свойства полимерных упаковочных материалов и оптимальный состав МГС.

3.3.1. Определение физико-химических свойств полимерных упаковочных Из применяемых в мировой практике кондитерского производства и в современных однослойных и многослойных полимерных материалов были исследованы две группы пленок на основе полиамида: №1 и №2 – однослойные полипропиленовые пленки (ПП); №3 и №4 – трехслойные с дополнительным функциональным слоем на основе этиленвинилового спирта (ЕVОН) толщиной 40 мкм, заключенным между двумя слоями полипропилена. Толщина материала варьировалась в пределах 400– 500 мкм. Проведена сравнительная оценка основных физико-химических свойств выбранных материалов стандартными методами (таблица 8).

Таблица 8 - Физико-химические свойства полимерных упаковочных материалов ПП и EVOH Наименование показателей Паропроницаемость см/м за сут. при 25 °С Газопроницаемость по О см/м за сут. при 25 °С Полученные результаты дают основание сделать вывод, что образцы однослойных полипропиленовых пленок №1 и №2 имеют значительно более высокие показатели по газо- и паропроницаемости по сравнению с трехслойными пленками №3 и №4 с промежуточным слоем EVOH.

По результатам исследований физико-химических свойств однослойных и трехслойных пленок и сравнительной оценки себестоимости упаковок, полученных из данных материалов, определена целесообразность использования трехслойной пленки №3 толщиной 400 мкм для упаковки торта «Чародейка» (таблица 9).

Таблица 9 - Себестоимость упаковки торта «Чародейка» из ПП и EVOH Наименование изделия 3.3.2. Определение состава газовой среды в упаковке и изменение В качестве газовой среды для хранения торта в упаковке применяли промышленно апробированные газовые смеси: МГС-1 (СО2/N2 = 20/80) и МГС-2 (СО2/N2 = 30/70).

Выбор наиболее рационального соотношения состава газов в МГС проводили по органолептическим показателям качества упакованного торта. Результаты представлены в виде диаграммы (рисунок 5). На начальном этапе хранения изделий (до 10 суток) при температуре 20 °С состав газовых смесей не оказывает влияния на органолептические показатели упакованной продукции. Незначительное ухудшение отмечено после указанного срока с появлением привкуса в торте, упакованном в МГС-2; в дальнейшем при хранении это свойство продукта незначительно усилилось (2 балла). В процессе хранения изделия в газовой смеси МГС-1 привкус, не свойственный данному продукту, не отмечен. Можно предположить, что при хранении, увеличение концентрации диоксида углерода в газовой смеси при взаимодействии с влагой продукта может образовывать низкую концентрацию угольной кислоты, которая стимулирует образование специфического привкуса торта. На основе полученных результатов определена концентрация диоксида углерода в МГС-1 для дальнейших исследований.

Составлена характеристика упаковки торта «Чародейка» из трехслойной пленки и определены условия хранения (таблица 10).

Таблица 10 - Характеристика упаковки из трехслойной пленки (ПП+EVOH+ПП), условия среды в атмосфере и внутри упаковки при хранении торта «Чародейка»

Содержание газовой смеси в атмосфере, %: О2; N2; CO2 20,9; 78,8; 0, Начальное содержание газовой смеси в В соответствии с методикой программы «Pack-Sim», общая проницаемость компонентов газовой смеси через отдельные элементы упаковки (контейнер, крышка, шов и суммарно) составляет:

где Pj – удельная проницаемость j-го конструкционного элемента упаковки, см3P /cут.м2; Sj – площадь j-го элемента упаковки, м2; Pш – удельная проницаемость сварных швов упаковки, см3P/cут.м2; Lш – длина шва упаковки, м; bш – ширина шва упаковки, мм; – разность парциальных давлений газов между внешней атмосферой и атмосферой внутри упаковки, Па.

Изменение первоначальной концентрации газов в составе МГС-1 в упаковках за период хранения торта при температурах (6±2) и (20±2) °С представлено на рисунке 6.

Полученные результаты свидетельствуют об изменении концентрации азота в упаковке от первоначального уровня (80%) до атмосферного значения (78,8%). Отмечено снижение концентрации диоксида углерода от 20% до 2,1% при (20±2) °С, а при (6±2) °С – всего до 14,3%, концентрация кислорода в упаковке от начального нулевого значения повысилась соответственно до 3,5 и 0,9%. Установлена линейная зависимость изменения концентрации газов и снижение защитных свойств упаковки от температурных условий хранения торта.

3.4. Исследование влияния условий хранения торта, упакованного в МГС-1, Изучили влияние условий хранения торта «Чародейка» при температурах (4±2) и (20±2) °С, упакованного в МГС-1, на органолептические, физико-химические и микробиологические показатели. Контроль показателей качества продукта проводили параллельными опытами каждые 10 суток и прекращали после появления существенных признаков порчи, явно выраженного постороннего запаха, вкуса и ухудшения внешнего вида.

Органолептические показатели торта определяли методом сенсорного анализа с использованием дифференцированной балльной оценки. В исследованиях принимали участие 10 респондентов, которые оценивали качество образцов торта, упакованного в МГС-1 при температуре хранения (4±2) °С, в сравнении с контрольным образцом, упакованным в традиционную упаковку. Оценивали качество торта по пятибалльной шкале, по наиболее определяющим показателям, таким как запах и вкус продукта.

Результаты анализа представлены в виде профилограмм на рисунке 7.

Рисунок 7 - Профилограмма запаха (а) и вкуса (б) бисквитного торта «Чародейка»

При температуре хранения (4±2) °С в МГС-1 запах торта оставался стабильным – ярко выраженным ванильным в процессе всего периода хранения (60 суток) по сравнению с контрольным образцом, в котором после 30 дней хранения запах становился слабо выраженным, не свойственным данному продукту. То же самое наблюдалосьсь при оценке вкуса торта: в течение 60 суток вкус изделия имел стабильно высокий показатель, свойственный первоначальному периоду. В контрольном образце положительная характеристика вкуса сохранялась до 30 суток, затем резко ухудшалась до прогорклого. Результаты исследований позволили оценить консервирующие факторы газовой смеси и их влияние на органолептическую стабильность качества бисквитного торта при хранении.

Изучено влияние температуры хранения на изменение массовой доли влаги в бисквите, активность воды и перекисное число в начинке. Анализ полученных данных дает основание сделать вывод о непосредственной зависимости динамики изменения показателей влажности продукта от защитных свойств упаковочного материала (таблица 11).

Таблица 11 - Изменение массовой доли влаги (W, %) и активности воды (аw) в период хранения торта «Чародейка»при разных температурных режимах Полуфабрикат верхний слой Бисквит, нижний слой Незначительное снижение массовой доли влаги верхнего (–0,5%) и повышение нижнего (+0,4%) слоев бисквита по сравнению с первоначальным уровнем 21,6%, за суток хранения торта с температурой 4±2 °С связано с высокими защитными свойствами упаковки из трехслойной пленки и минимальной паропроницаемостью 0,0075 г/сут.

(программа «Pak-Sim»). Отсюда следует, что пониженная температура хранения обеспечивает условия постоянного равновесного влагосодержания и равенство парциальных давлений между внешней (атмосферной) и внутренней средой в упаковке и замедляет процесс массопереноса влаги между начинкой и бисквитом и ее испарение.

Повышение температуры хранения торта до (20±2) °С увеличивает паропроницаемость материала упаковки в 2,5 раза (до 0,0187 г/сут.), при этом нарушается состояние динамического равновесия сред, возрастает скорость влагоотдачи из продукта, верхний слой бисквита интенсивнее теряет влагу (–1,2%) и подвергается черствению, нижний, наоборот, увлажняется за счет разницы концентраций и диффузии слабосвязанной влаги из начинки.

Установлено, что изменение активности воды начинки и бисквита зависит от температуры хранения продукта. При (4±2) °С показатель aw начинки от первоначального значения 0,856 изменялся незначительно (–0,011) и разница показателей aw слоев бисквита составляла 0,029. Вероятно, основная причина сбалансированной стабильности aw в период хранения обусловлена условиями равновесного влагосодержания и равенством парциальных давлений сред при низких температурах, такие условия оказывают блокирующее действие на скорость роста и жизнеспособность микроорганизмов и определяют сохранность продукта. С повышением температуры хранения до (20±2) °С уровень aw в начинке снижается (–0,025), однако в нижнем слое бисквита значительно повышается до 0,876, несмотря на наличие газовой среды в упаковке. В данных условиях высокая влажность (более 22–23%) и высокое значение aw создают условия для микробиологической порчи торта до упаковывания, скорость которой зависит от исходных факторов, снижающих стойкость при хранении, таких как наличие в полуфабрикатах ингибиторов микробиологической порчи, значение pH, соотношение влажности в начинке в бисквите и контаминация микроорганизмами.

Проведены исследования степени окисления липидов в начинке по перекисному числу (ПЧ) при хранении торта в МГС-1, результаты представлены в таблице 12.

Полученные результаты свидетельствуют, что в образцах начинки сбивной через 60 суток при температуре (4±2) °С значения ПЧ не превысили нормативного уровня (1,627 ммоль активного О2). При температуре хранения торта (20±2) °С отмечена высокая динамика увеличения (4,085 ммоль активного О2) за 30 дней. Зависимость степени окисления липидов объясняется увеличением газопроницаемости трехслойной пленки при повышенной температуре хранения торта и, как следствие, увеличением концентрации кислорода в упаковке до 3,5%, создающим условия для повышения скорости окислительных процессов и образования свободных радикалов при взаимодействии с ненасыщенными жирными кислотами в составе жиров начинки.

Таблица 12 - Зависимость степени окисления липидов в начинке торта «Чародейка» от срока Срок хранения, температура хранения (4±2) °С температура хранения (20±2) °С сутки концентрация О2 в перекисное число, концентрация О2 в перекисное число, Микробиологические исследования особо показательны на начинке сбивной торта «Чародейка», имеющей жировую основу и наиболее подверженной микробиологическим изменениям, а также с учетом возможной контаминации микроорганизмами в производственном процессе, вызывающими порчу продукта при хранении.

Таблица 13 - Зависимость микробиологических показателей начинки сбивной торта Результаты исследований (таблица 13) свидетельствуют, что при хранении торта упакованного в модифицированной газовой среде, (t = 4±2 °С), незначительные микробиологические изменения по КМАФАнМ в начинке отмечены на 60 сутки, не было обнаружено появления плесени, дрожжей и стафилококка. В образцах начинки, хранившейся при температуре (20±2) °С, на 10 сутки отмечено появление и дальнейший рост микроорганизмов КМАФАнМ и плесени, количество которых достигло критического значения на 30 сутки; наличие дрожжевых клеток не обнаружено.

В процессе исследований был установлен положительный технологический эффект влияния условий хранения торта в МГС-1. Можно предположить, что диоксид углерода в составе смеси газов, обладая бактериостатическими свойствами, замедляет рост аэробных бактерий и плесени, вызывающих порчу продуктов, и такой эффект увеличивается при низких температурах. Повышение температуры хранения до (20±2) С снижает защитные свойства упаковки по газо- и паропроницаемости соответственно в 2,5 и 3,2 раза, создавая условия для появления кислорода и влаги, вызывая сложные ферментативные и гидролитические окислительные процессы углеводов, приводящие к микробиологической порче изделий в относительно короткий промежуток времени после 10 суток хранения.

3.5. Разработка нормативной документации. Экономическое обоснование эффективности технологических приемов Разработан проект нормативной документации (ТУ) на бисквитное изделие – торт «Чародейка» длительного хранения.

На ОАО КБК «Черемушки» проведены опытно-производственные испытания, которые показали, что разработанный состав рецептуры начинки, бисквита и упаковка для хранения торта в МГС -1 позволяют получить изделие в соответствии с требованиями стандарта по показателям качества и безопасности, представленными в технических условиях.

Согласно расчету экономической эффективности, при производстве 12000 тортов в смену на линии «Эр-Индустри» себестоимость разработанных композитной смеси и упаковки торта в МГС составляет 1,8 тыс. руб. и 94,56 тыс. руб. соответственно. Ожидаемый годовой экономический эффект внедрения технологии длительного хранения бисквитного изделия «Чародейка» составит 3,72 млн. руб.

Применение пищевых добавок в рецептуре торта и обеспечение условий его сохранности в упаковке с МГС-1 в перспективе позволит увеличить объем производства тортов за счет расширения границ торговли и сферы их потребления.

3.6. Опытно-промышленная апробация результатов исследования Опытно-промышленная апробация комплексной технологии производства ассортимента бисквитных изделий с применением пищевых добавок и хранением в МГС проведена на: ОАО КБК «Черемушки» (г. Москва); ОАО «ФИС пищевые технологии» (Московская обл.); ОАО «АКМАЛЬКО-ПИЩЕМАШ» (г. Москва); КБОЮ «Баракат» (г. Махачкала).

ВЫВОДЫ

1. Научно обоснован выбор пищевых добавок растительного происхождения (сорбит, КМЦ, сорбиновая кислота), способствующих формированию дополнительных влагоудерживающих, стабилизирующих и антиокислительных свойств бисквитных изделий с целью увеличения периода их сохранности.

2. Определена зависимость напряжения сдвига и эффективной вязкости от скорости деформации начинки без добавления и с добавлением КС в диапазоне температур (5-31) С и установлена оптимальная температура (15–17) С, при которой вязкопластичное состояние структуры обеспечивает формосохраняемость и непрерывную подачу начинки по дозирующей системе на осадку в бисквит торта.

3. Разработано соотношение пищевых добавок в КС: сорбит – 77,8 %; КМЦ – 7,4%; сорбиновая кислота – 14,8%. Унифицированный состав смеси позволяет ее использовать в равной степени как для начинки, так и для бисквита.

4. Разработана упаковка для торта из трехслойной пленки (ПП+ЕVОН+ПП) толщиной 400 мкм с высокими защитными свойствами по газо- и паропроницаемости.

5. Определено начальное соотношение диоксида углерода и азота в составе модифицированной газовой смеси МГС-1 (20% СО2+ 80% N2) в упаковке торта и изменения их концентрации в период хранения торта при температурах (4±2) и (20±2)°С.

6. На основании сравнительного анализа органолептических, физико-химических и микробиологических показателей качества бисквитного торта «Чародейка» в период хранения в упакованном виде с применением МГС-1, разработан рациональный технологический режим длительного хранения торта: при пониженной температуре (4±2 °С) до 60 суток и не более 10 суток в обычных условиях (20±2 °С).

7. Проведена опытно-промышленная апробация разработанных технологических приемов по производству и хранению бисквитных изделий.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Магомедова, А.Д. Влияние упаковки и условий среды на сохранность мучных кондитерских изделий / А.Д. Магомедова // Хлебопродукты. – 2011. – №1. – С. 42–43.

2. Магомедова, А.Д. Исследование защитных свойств упаковки для мучных кондитерских изделий / А.Д. Магомедова, М.Е. Чернов, Ch. Phuenmpipob //Хлебопродукты. – 2011. – №11. – С. 54–55.

3. Магомедова, А.Д. Влияние функциональных свойств пищевых добавок на сохранность бисквитных изделий / А.Д. Магомедова, М.Е. Чернов // Хлебопродукты. – 2012. – №9. – С. 36–37.

4. Чернов, М.Е. Разработка и внедрение инновационных достижений в производство кондитерских изделий / М.Е. Чернов, А.Д. Магомедова // Труды науч.-практ. конф.

«Информационные и инновационные технологии в образовании, науке и производстве», Волоколамск. – 2008. – С. 153–154.

5. Чернов, М.Е. Построение многофункциональной технологической модели производства кондитерских изделий методом компьютерного моделирования / М.Е.

Чернов, А.Д. Магомедова // Матер. I межд. науч.-практ. конф. «Инновационные технологии в пищевой промышленности», Пятигорск. – 2008. – С. 101–103.

6. Чернов, М.Е. Современные технологии упаковывания мучных изделий / М.Е.

Чернов, А.Д. Магомедова // Матер. науч.-практ. конф. с межд. участием «Тара и упаковка пищевых продуктов. Коммуникативные технологии пищевых производств»,10–11 ноября 2009 г. – М.: Изд. комплекс МГУПП. – 2009. – С. 35–37.

7.Чернов, М.Е. Совершенствование условий хранения продуктов питания в различных упаковочных материалов / М.Е. Чернов, А.Д. Магомедова // В рамках деловой программы «Инновационные технологии контроля в упаковочной индустрии», Москва. – 2009. – С. 78–80.

8.Чернов, М.Е. Влияние барьерных свойств упаковочных материалов на показатели качества торта «Чародейка» при хранении упаковывания мучных изделий/ М.Е.

Чернов, А.Д. Магомедова // Матер. науч.-практ. конф. с межд. участием «Качество упакованной продукции – гарантия успешных продаж. Пути повышения качества в упаковочной индустрии», Москва. – 2010. – С. 45–47.

9.Чернов, М.Е. Влияние материала упаковки на качество мучных кондитерских изделий / М.Е. Чернов, А.Д. Магомедова // Труды межд. науч.-практ. конф.

«Инженерные инновационные технологии автоматизации и управления в агропромышленном комплексе», Москва. – 2011. – С. 328–329.

10.Чернов, М.Е. Влияние РГС – регулируемой газовой среды на качество торта «Чародейка» / М.Е. Чернов, А.Д. Магомедова // Труды межд. науч.-практ. конф.

«Инженерные инновационные технологии автоматизации и управления в агропромышленном комплексе», Москва – 2011. – С. 329–330.

11.Чернов, М.Е. Изменение плотности начинки от вносимых пищевых добавок бисквитного торта «Чародейка» / М.Е. Чернов, А.Д. Магомедова // Труды межд.

науч.-практ. конф.: «Инженерные инновационные технологии автоматизации и управления в агропромышленном комплексе», Москва. – 2012. – С. 334–336.

12.Магомедова, А.Д. Оптимизация условий хранения торта «Чародейка» / А.Д.

Магомедова, М.Е. Чернов // Сборник трудов Межд. науч.-практ. конф.: «Актуальные проблемы развития пищевой промышленности и инновационные технологии пищевых производств», Углич. – 2011. – С. 232–238.

13.Магомедова, А.Д. Разработка технологии бисквитного торта «Чародейка»

длительного хранения с заданными функциональными свойствами / А.Д. Магомедова, М.Е. Чернов // Сборник трудов Межд. науч.-практ. конф.: «Актуальные проблемы техносферной и продовольственной безопасности», Москва. – 2012. – С. 147–149.