Формирование функциональных свойств печенья при использовании в рецептуре микроцеллюлозы и пищевых волокон

Дефицит пищевых волокон (ПВ) в рационе человека получил распространение вследствие принципов глубокой переработки и рафинирования сырья. В последние десятилетия актуальным направлением пищевой промышленности является разработка продуктов питания, обогащенных пищевыми волокнами, что обусловлено возрастающим интересом населения к поддержанию здоровья, профилактики глобальных заболеваний и увеличению потребления продуктов питания, содержащих клетчатку. При создании таких продуктов необходимо учитывать технологические аспекты применения разных типов пищевых волокон и целлюлозы в зависимости от требований к качеству конечного продукта [1].

Пищевые волокна – это многофункциональные, широко применяемые пищевые ингредиенты, которые используют как технологические добавки, изменяющие структуру и химические свойства пищевых продуктов. Кроме того, ПВ являются функциональными ингредиентами, которые оказывают положительное воздействие на пищеварительную, сердечно-сосудистую систему, а также на уровень метаболизма организма [2-4]. Установлено, что при применении пищевых волокон в качестве обогащающей добавки корректируются потребительские свойства, пролонгируются сроки хранения пищевых продуктов [5, 6].

Целлюлоза является распространенным и возобновляемым природным полукристаллическим полисахаридом. Этот биополимер является ценным сырьем для производства натуральных волокон (НВ), микрокристаллической (МКЦ) и порошкообразной целлюлозы (ПК), которые широко используются в биомедицине, производстве пищевых добавок, пластмасс и других материалов [7, 8]. МКЦ характеризуется химической стойкостью, нерастворимостью в воде и органических растворителях, отсутствием вкуса, запаха и цвета, что позволяет использовать ее в качестве наполнителя, стабилизатора и эмульгатора в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности, а также при производстве строительных и полимерных композитов [9, 10]. Микрокристаллическую целлюлозу получают путем обработки целлюлозы избыточным количеством минеральных кислот для разрушения аморфных областей и уменьшения размера целлюлозного волокна до микронного уровня. МКЦ является перспективным природным материалом, который можно эффективно извлекать из различных типов источников, таких как древесина, трава, хлопок, сельскохозяйственные отходы, бактерии, водоросли и т. д. [11, 12].

Подходы к получению целлюлозы различны, такие как механический, термомеханический, химический, высаждение целлюлозы из растворов, радиационно-химический и др. Независимо от способа получения целлюлозы все образующиеся порошки различаются морфологической структурой, степенью кристалличности, степенью полимеризации, химическим и гранулометрическим составом [13].

Высокие функционально-технологические свойства в сочетании с биологической ценностью позволяют отнести пищевые волокна к полифункциональным соединениям, которые могут быть использованы в различных отраслях промышленности. Различают несколько направлений применения препаратов пищевых волокон - в производстве продуктов питания и напитков, получение пищевых добавок и фармацевтических препаратов [14, 15]. Доказано, что использование клетчатки в рецептурах из- делий способствует стабилизации реологических показателей, снижает потери при термообработке и замедляет черствение при хранении, благодаря высокой влаго- и жиросвязывающей способности [16-18].

Учитывая вышеизложенное, целью настоящего исследования являлось технологическое обоснование использования микроцеллюлозы и пищевых волокон для формирования функциональных свойств кондитерских изделий.

Объекты и методы исследования

Объектом исследования являлись рецептура и технология печенья сдобного «Овсяное» и «Благодатное»; контрольные и опытные образцы печенья с введением в рецептуру микроцеллюлозы (5 %) и пищевых волокон (3 %).

Материалами для исследований являлись: микрокристаллическая целлюлоза и пищевые волокна. Добавки были куплены у дистрибьютора.

Пищевые растительные волокна «РУЗАЦЕЛЬ F 200. Страна производства: Россия, ООО «МК Рузский». Продукт соответствует: ТР ТС 021/2011, ТР ТС 022/2011.

Целлюлоза микрокристаллическая (МКЦ) - P-2019/USP-41 с размером частиц 200 mesh (70-80 microns) (Silverline chemicals, Индия).

Исследования проводили в лабораториях: кафедры «Пищевые и биотехнологии» ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)»; Центра гигиены и эпидемиологии Челябинской области. Сенсорный анализ экспериментальных изделий проводили согласно ГОСТ 24901 по 30-балльной шкале. Определение массовой доли влаги в изделиях проводили по ГОСТ 21094; структурномеханических показателей - с использованием СТ-2. Содержание пищевых волокон определяли по ГОСТ Р 54014.

По методу параметрической статистики определили наличие линейной связи между двумя количественными показателями, оценили ее тесноту и статистическую значимость. Критерий корреляции Пирсона позволяет определить, изменяется ли один показатель в ответ на изменения другого.

Исследования показателей качества и безопасности печенья устанавливали для свежих образцов и для изделий через 45 суток хранения.

Результаты исследования и обсуждение

Технология производства печенья сдобно-овсяного и овсяного включает следующие параметры: влажность теста 20–25 %, продолжительность замеса – 11 минут. Формование заготовок отсадкой, масса тестовых заготовок 50,0–57,0 г. Температура выпечки изделий 210–212 °C, продолжительность выпечки ‒ 12 минут. Микроцеллюлозу или пищевые волокна при введении в тесто предварительно растворяют в небольшом объеме воды, гомогенизируют при 2800 об/мин в течение 5 минут.

Физико-химические показатели кондитерских изделий зависят от соблюдения параметров технологического процесса. В эксперименте установлено возрастание массовой доли влаги для образцов, содержащих микроцеллюлозу и пищевые волокна, что может быть связано с влагоудерживающими свойствами данных компонентов. В связи с тем, что пищевые волокна клетчатки имеют капиллярную структуру, удержание воды происходит поверхностью волокон, а также внутри капиллярных каналов в трехмерном каркасе. Это способствует тому, что влага равномерно распределяет- ся и прочно удерживается, улучшается структура готового изделия [5]. При анализе содержания влаги для обоих наименований печенья через 45 дней хранения отмечено снижение показателя на 5–12 % для всех образцов, наименьшие потери влаги отмечены для образцов, содержащих ПВ и МКЦ (рис. 1).

В результате физико-химического исследования можно заключить, что препараты пищевых волокон и микроцеллюлозы способствуют повышению намокаемости и удельного объема изделий, за счет гидроколлоидных свойств данных компонентов, что в итоге положительно влияет на органолептические свойства печенья.

Образцы печенья с добавлением ПВ м МКЦ характеризуется наилучшими органолептическими характеристиками, так как получили максимальные оценки при дегустационном анализе, – отличались хорошим подъемом, наиболее мягкой и пластичной структурой (рис. 2).

■ Массовая доля влаги в свежем печенье

Массовая доля влаги в печенье через 45 дней хранения

Рис. 1. Динамика содержания влаги в образцах печенья в процессе хранения

Внешний вид

Вку

оверхность

Запах

—♦— Овсяное контроль

Цвет

Вид на изломе

—■— Овсяное ПВ 3 %  —*— Овсяное МКЦ 5 %

Внешний вид

Вкус

Запах

оверхность ид на изломе

Цвет

—♦— Благодатное контроль —■— Благодатное ПВ 3 % —*— Благодатное МКЦ 5 %

Рис. 2. Результаты балльной оценки органолептических показателей образцов печенья

В результате анализа структурно-механических свойств установлено, что печенье «Благодатное» характеризуется более мягкой структурой и менее упругими свойствами, по сравнению с печеньем «Овсяное». Изделия, содержащие МКЦ, отличаются наибольшей общей и пластической деформацией. Для наименования печенья «Овсяное» наиболее мягкой и пластичной структурой отличаются образцы, содержащие микроцеллюлозу (5 %); а также образцы с ПВ (3 %) (деформация 5,13–

6,65 мм). Образцы № 1 (контроль) характеризуются плотной структурой, невысокой общей и пластической деформацией (табл. 1, 2).

Доказано, что при хранении пластические свойства мучных кондитерских изделий уменьшаются в 2,0–2,8 раз, что связано с процессами ретроградации крахмала и потерей гидрофильных свойств белков и полисахаридов. Наиболее выражены признаки черствения в контроле. Для наименования печенья «Овсяное» наибольшая пластическая дефор-

Таблица 1

Результаты анализа структурно-механических свойств печенья «Овсяное»

Номер образца	Наименование образца	Значение показателя
		Общая деформа-ция н общ , мм	Пластическая деформация н пл , мм	Упругая деформация Н упр , мм	Модуль упругости ∆ h
Образец 1	Контроль	4,32 ± 0,31	2,74 ± 0,22	2,02 ± 0,15	0,634
Образец 2	К + ПВ 3 %	5,13 ± 0,44	2,93 ± 0,19	2,20 ± 0,17	0,571
Образец 3	К + МКЦ 5 %	6,65 ± 0,17	3,62 ± 0,25	3,04 ± 0,26	0,544

Таблица 2

Результаты анализа структурно-механических свойств печенья «Благодатное»

Номер образца Наименование образца Значение показателя Общая деформация нобщ, мм Пластическая деформация, нпл, мм Упругая деформация нупр, мм Модуль упругости ∆h Образец 1 Контроль 4,53± 0,37 2,69 ± 0,31 1,84 ± 0,21 0,594 Образец 2 К + ПВ 3 % 5,12 ± 0,35 2,61 ± 0,30 2,50 ± 0,07 0,519 Образец 3 К +МКЦ 5 % 6,75 ± 0,31 3,35 ± 0,25 3,35 ± 0,21 0,496 мация отмечена для образцов, содержащих микроцеллюлозу в количестве 5 %. Это связано с водоудерживающими свойствами микроцеллюлозы и свидетельствует о способности МКЦ ингибировать процессы высыхания. Для образцов печенья «Благодатное» в целом отмечены лучшие пластические свойства, а наибольшая мягкость и пластичность через 45 суток сохранилась в образце 2 (ПВ 3 %).

Так как разработанный вид сдобного и овсяно-сдобного печенья позиционируется как продукт функционального назначения, определено содержание ПВ в готовых изделиях (рис. 3).

Установлено увеличение количества пищевых волокон для образцов, содержащих микроцеллюлозу и пищевые волокна в обоих наименованиях печенья. Порция печенья с пищевыми волокнами в количестве 50 грамм сможет удовлетворять суточную потребность в ПВ на 17 %, а с добавлением микроцеллюлозы – на 26 %, следовательно, разработанные наименования печенья можно отнести к категории «функциональный» продукт.

Одним из важных потребительских свойств пищевых продуктов является способность поддерживать исходные количествен- ные и качественные характеристики без значительных потерь в течение установленного срока хранения. Важным критерием для оценки срока годности пищевых продуктов является безопасность, за которой следует качество, включая физические, химические и органолептические свойства.

Образцы печенья закладывали на хранение в течение 45 суток, проводили исследования микробиологических свойств согласно МУК 4.2.1847-04. 4.2. и ГОСТ 10444.15-94. Было установлено что все исследуемые образцы печенья по окончании срока хранения соответствовали требованиям ТР ТС 021 по показателям: КМАФАнМ, содержание БГКП, количество плесеней и дрожжей. Для образцов, содержащих микроцеллюлозу и ПВ, значение КМАФАнМ было в 1,3–1,5 раза ниже относительно контрольных образцов, количество плесеней было меньше в 2 раза.

С целью анализа взаимосвязи, а также прогнозирования динамики изменения технологических свойств сложносоставных пищевых систем применяют математические методы прогноза и анализа полученных результатов, при этом рассчитывают коэффициент корреляции Пирсона, уравнение парной ли-

Содержание пищевых волокон, г/100 г

Овсяное + ПВ 3 %

Овсяное + МКЦ 5 % Контроль овсяное

• ■    Благодатное + ПВ 3 %

• ■    Благодатное + МКЦ 5 %

• ■    Контроль благодатное

Рис. 3. Содержание пищевых волокон в образцах печенья нейной регрессии и коэффициент аппроксимации.

Был проведен математический анализ корреляции экспериментальных данных, характеризующих технологические свойства печенья «Овсяное» и «Благодатное». В результате решения алгоритмов установлена высокая взаимозависимость между следующими парами показателей (табл. 3).

По результатам расчета критерия Пирсона теснота корреляционной связи между анализируемыми показателями: влажность изделий ‒ общая деформация; содержание ПВ ‒ общая деформация, – весьма высокая для обоих наименований печенья, так как абсолютное значение критерия (rxy) более 0,9. Данная корреляционная связь является статистически значимой, так как рассчитанное значение больше tкрит (4,303). В результате математического анализа установлено, что значения показателей: общая деформация и содержание в них пищевых волокон – нахо- дятся в тесной взаимосвязи с показателями общая деформация и влажность печенья (рис. 4).

Заключение

Полученные результаты исследования позволили обосновать, что применение пищевых волокон и микроцеллюлозы способствует сохранению высоких потребительских свойств мучных кондитерских изделий, снижает микробную обсемененность и стабилизирует физико-химические и органолептические показатели качества изделий в процессе хранения. Употребление кондитерских изделий с внесением в рецептуру МКЦ в количестве 5 % и ПВ в количестве 3 % удовлетворяет суточную потребность в пищевых волокнах на 17–26 %. Рецептуры и технологии, предложенные при выполнении научноисследовательской работы, внедрены в производственный цикл овсяной и сдобной группы печенья на кондитерской фабрике ООО «Триумф».

Таблица 3

Результаты расчета критерия Пирсона для образцов печенья

Взаимосвязь показателей	Коэффициент корреляции (r)	Значение	Степень достоверности t крит = 4,303	Система уравнений парной линейной регрессии
Влажность и деформация «Овсяное»	0,973	8,46	p ≤ 0,05**	3a + 36,94b = 16,1 36,94a + 455,08b = 198,98
Влажность и деформации «Благодатное»	0,950	6,09	p ≤ 0,05**	3a + 37,72b = 16,4 37,72a + 479,6b = 209,4
Содержание ПВ и деформация «Овсяное»	0,997	19,11	p ≤ 0,01***	3a + 26,5b = 16,1 26,5a + 251,37b = 149,15
Содержание ПВ и общая деформация «Благодатное»	1,00	65,5	p ≤ 0,001***	3a + 27b = 16,4 27a + 259,64b = 154,23

** средняя степень достоверности; *** высокая степень достоверности

♦ Множество точек

---Линейная (Множество точек)

— Полиномиальная (Множество точек}

* Множество точек

--Линейная (Множество точек)

—Полиномиальная (Множество точек)

Рис. 4. Графики парной линейной и полиномиальной регрессии показателей образцов печенья Овсяное»