Использование кавитации в технологии кондитерских полуфабрикатов на основе плодоовощного сырья

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License

Питание человека существенно влияет на его здоровье и жизнь. Государственной политикой Российской Федерации были поставлены задачи разработки и обеспечения рационального потребления пищевых продуктов, поддерживающих и укрепляющих здоровья населения [1].

Одним из направлений разработок инновационных кондитерских изделий является создание продуктов с использованием сырьевых компонентов с критическими значимыми веществами для укрепления здоровья населения [2–4].

В производстве кондитерских изделий, в том числе мучных, для повышения содержания витаминов, микроэлементов и пищевых волокон допускается использование полуфабрикатов на основе плодоовощного сырья. Однако при бланшировании и уваривании в процессе производства данных полуфабрикатов температурные воздействия свыше 100 °C приводят к значительному снижению количества нативных витаминов.

Создание кондитерских полуфабрикатов на основе свежих овощей и фруктов с минимальным температурным воздействием для обеспечения сохранности нативных микронутриентов является актуальной задачей обогащения кондитерских изделий. Широко распространенное в Российской Федерации овощное сырье – морковь содержит большое количество нативных нутриентов [12].

Кавитация – это способ физического воздействия при производстве кондитерских изделий и полуфабрикатов, способствующий повышению сохранности витаминов благодаря уменьшению длительности температурного воздействия и достижении заданных свойств полуфабриката. Акустическая кавитация, возникающая в результате генерируемых колебаний ультразвуковым преобразователем с частотой 18–24 кГц, обеспечивает турбулентное движение твердых частиц дисперсной системы в направлении движения потока [5–10].

Это вызывает максимальное диспергирование агрегатов из частиц твердой фазы и их равномерное распределение в дисперсионной среде. Такое селективное воздействие способно инициировать различные кинетические реакции, меняющие структуру среды с образованием новых видов материалов [11].

При хранении мучных кондитерских изделий с фруктовыми начинками происходит миграция влаги из начинки в выпеченный полуфабрикат. Это может приводить к негативным изменениям в качестве продукта, таким как черствение или отмокание, микробиологическая порча [13].

Таблица 1.

Рецептура морковного полуфабриката с инвертным сиропом

Table 1.

Recipe for carrot semi-finished product with invert syrup

Сырье Raw materials	Содержание сухих веществ, % Dry matter content, %	Расход сырья на 1 т. продукции, кг. Raw material per 1 ton of products, kg
		в натуре actually	в СВ in solids
Сок моркови Carrot juice	7,50	84,00	6,30
Мякоть моркови Pulp of carrots	12,30	335,85	41,31
Инвертный сироп Invert syrup	80,00	782,00	625,60
Агар | Agar	91,00	17,99	16,37
Итого | Total	-	1219,84	689,52
Выход | Exit	680,00	1000,00	680,00

Цель работы – изучение влияния кавитационных воздействий на структурно механические и физико-химические показатели полуфабрикатов из свежих овощей для производства кондитерских изделий.

Материалы и методы

Модельные образцы полуфабриката были изготовлены в лабораторных условиях из свежей моркови, инвертного сиропа и агара. Морковь предварительно была фракционирована на сок и мякоть. Инвертный сироп был получен путем кавитационной обработки в течение 45 мин. Полуфабрикаты были изготовлены с использованием кавитационных воздействий с длительностью 0, 4 и 6 мин. (соответственно, образцы 1, 2, 3). В контрольном образце полуфабриката (контроль) инвертный сироп не подвергался кавитационным воздействиям.

Кавитационная обработка проводилась на лабораторной ультразвуковой установке «Сиринкс 250К» (Россия) с использованием гидродинамических (ГДК) и акустических (АК) воздействий по ИЭ 02–00334675–11.

Реологические показатели полуфабриката измеряли на Структурометре СТ-2 (Россия). Показатели активности воды – на приборе AquaLab фирмы Decagon Devices (США).

Исследование химического состава полуфабриката проводили методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектором. Пробу экстрагировали этилацетатом.

Анализ данных осуществляли в MS EXCEL 2007.

Руденко О.С. и др. Вестник ВГУИТ, 2020, Т. 82, №. 4, С. Результаты и обсуждение

Модельные образцы полуфабриката из моркови изготовлены в соответствии с разработанной рецептурой (таблица 1). Массовая доли влаги составляла 32%.

Была разработана технологическая схема приготовления кондитерского полуфабриката на основе моркови, в которой исключена стадия уваривания и добавлена стадия с кавитационной обработкой, чтобы плодоовощное сырье не подвергалось двойной тепловой об работке. При этом полуфабрикат также подвергался минимальному температурному воздействию. Инвертный сироп и морковная масса обработаны с использованием кавитации с различной длительностью 0, 4 и 6 минут (рисунок 1).

Полученные образцы сравнивали с контрольным образцом полуфабриката из моркови с добавлением инвертного сиропа без кавитационной обработки.

Исследовано влияние кавитационной обработки на прочность полуфабриката, изготовленного с применением свежего овощного сырья, агара и инвертного сиропа (рисунок 2).

Рисунок 1. Технологическая схема приготовления кондитерского полуфабриката на основе моркови с кавитационной обработкой

Figure 1. Technological scheme of preparation of semi-finished confectionery based on carrots with cavitation treatment

Рисунок 2. Влияние кавитационных воздействий на прочность полуфабриката

Рисунок 3. Изменение активности воды в процессе хранения полуфабриката на основе моркови

• Figure 2.    Effect of cavitation effects on the durability of the semi-finished product

• Figure 3.    Changes in the activity of water during storage of carrot-based semi-finished products

Использование кавитационных воздействий на стадии получения инвертного сиропа и обработки морковной массы позволило увеличить прочность кондитерского полуфабриката, изготовленного на основе морковного сырья, на 19% до 640 г./см3. Таким образом, при увеличении длительности кавитационной обработки прочность полуфабриката увеличивается.

Для оценки риска микробиологических изменений исследовали активность в образцах полуфабриката в процессе хранения в течение 8 недель с периодичностью 2 недели (рисунок 3).

Полученные результаты показывают длительности кавитационной обработки на активность воды образцов мармелада. Исходная активность воды контрольного образца составляла – 0,852, что свидетельствует о высоком риске микробиологических изменений при хранении. Кавитационная обработка способствует минимальному изменению активность воды полуфабриката на основе моркови.

Определяли редуцирующие вещества в образцах морковного полуфабриката (рисунок 4).

Рисунок 4. Содержание редуцирующих веществ в полуфабрикатах на основе моркови

Figure 4. Content of reducing substances in carrot-based semi-finished products

При увеличении длительности кавитационной обработки морковной массы в образцах морковного полуфабриката увеличивается количество редуцирующих веществ, в контрольном образце – 6,3%, в образце 1–40,4%, в образце 2– 44,1%, в образце 3–47,3%.

Исследовали химический состав полуфабриката методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектором (рисунок 5).

Рисунок 5. Хроматограмма химических соединений в полуфабрикате на основе моркови

Figure 5. Chromatography of chemical compounds in carrot-based semi-finished products

Выявлено существенное влияние кавитационных воздействий на химический состав. В результате кавитационных воздействий выявлено снижение содержания эфиров фумаровой кислоты в образце 2 от 2,91% до 1,72% и в образце 3 до 1,2% по сравнению с контрольным образцом. При этом органолептические характеристики вкуса и запах полуфабриката улучшились.

Для выявления закономерностей требуется продолжение исследований.

Заключение

Разработана технология изготовления морковного полуфабриката с использованием кавитационной обработки.

Использование кавитационных воздействий в течение 6 минут при изготовлении полуфабриката позволило увеличить его прочность на 19% до 640 г./см3.

Содержание редуцирующих веществ в полуфабрикате увеличивалось в зависимости от длительности кавитационной обработки морковной массы до 44,1% при обработке в течение 4 минут, до 47,3% при обработке в течение 6 минут.

Исследование полуфабриката методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектором выявило существенное влияние кавитационных воздействий на химический состав.

Авторы выражают признательность коллегам: Куликовскому А.В., Осипову М.В., Казанцеву Е.В. и Акимову А.И. за консультации и помощь в выполнении исследований.