Принципы стабилизации показателей качества печенья для детского питания в условиях кавитационных воздействий

Благополучное развитие детского организма связано со здоровым и безопасным питанием. В России разработаны рационы питания дошкольников и школьников, в которые включена группа кондитерских изделий. [1, 2] В соответствии с концепцией «Стратегия повышения качества пищевой продукции в РФ до 2030 года» осуществляется выпуск продукции здорового питания.

С целью получения в условиях кавитационных воздействий печенья для детского питания с заданным составом поставлена задача – разработать принципы стабилизации технологического потока.

Научные исследования института прошлых лет легли в основу разработки печенья детского ассортимента: «Научные основы управления модификацией частиц твердой фазы при переходе коагуляционной структуры в коагуляционно-кристаллизационную в процессе структурообразования МКИ»; «Научные основы получения мучных кондитерских изделий с использованием фруктов, овощей и продуктов их переработки – естественных носителей витаминов и микроэлементов» [3–5].

Материалы и методы

Определение структуры и размеров частиц дисперсных систем производили с помощью микроскопирования на инвертированном металлографическом микроскопе Nikon Eclipse МА100 (с разрешающей способностью ×100, ×500 в отраженном свете) с устройством управления DS-L2 головкой камеры DS (Nikon, Япония).

Анализ дисперсности осуществляли по МВИ 68–00334675–2018 «Методика определения количества частиц в объектах оптической микроскопии» [6].

Принцип совмещения гидродинамических и акустических кавитационных воздействий применен на лабораторной установке с ультразвуковым преобразователем мощностью 250 Вт, обеспечивающим частоту колебаний 21–24 Гц (Москва). [7]

Результаты и обсуждение

Для создания сахарного печенья детского питания разработана специальная технология, в основу которой заложен подбор сырьевых компонентов согласно ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции», ТР ТС 022/2011 «Пищевая продукция в части ее маркировки», ТР ТС 029/2012 «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств», ТР ТС 005/2011 «О безопасности упаковки». В принципиальной схеме получения печенья представлен комплекс технологических приемов с применением электрофизических методов, в том числе обработка жидких полуфабрикатов в условиях совмещения гидродинамической и акустической кавитации (рисунок 1) [3, 8–10].

alt extract, etc кавитационная обработка ca citation tr eatment

Пол уч в н и в су с п 6 нз и и

SI urry pr ер arat от

Получ вн не змуль сии Ernulsion preparati on

Получение теста Doughs preparation

Swollen egg

Набухший в воде яичный порошок powder in water Раствор солодового экстр'акта и др. The solution of

Характеристики сырья в каждом компоненте по ГОСТу Raw material characteristics in each component to GOST

Инвертный сироп Invert syrup

Дез агр er ир ов ан- аэрированная мука

Disaggregated and aerated flour

Подбор сырьевых компонентов для сахарного печенья Selection of raw materials for sugar cookies

Создание двухфазных систем из р е це птурных ко мп о не нтов The creation of a twо-phase system of pre scripti on i ngre di ent s fat

^lecithin

Композиция пластициро-ванного жира с лецитином Composition of plasticized кавитационная обработка cavitation treatin ait

i

Получение печенья Co okie s prepar ati on

Рисунок 1. Принципиальная схема получения печенья детского питания с кавитационной обработкой

• Figure 1. Schematic diagram of obtaining baby food cookies with cavitation treatment

Комплекс технологических приемов подготовки двухфазных систем из используемых основных видов сырья: муки, жирового компонента, яичного порошка, солодового экстракта для стабилизации показателей их качества путем дезагрегирования сыпучих компонентов, растворения в воде и пластикации.

Технологический приём дезагрегирования муки. Мука в процессе хранения в силосах слеживается с образованием агрегатов, поэтому возникла необходимость её дезагрегирования в бункере в условиях аэрирования воздухом (рисунок 2).

Рисунок 2. Изменение плотности муки в процессе аэрирования

Figure 2. Change in the density of flour in the process of aeration

Стабилизация свойств муки происходит за счет разделения агрегатов на отдельные частицы. Увеличение количества частиц и уменьшение их размера в воздушно-мучной смеси обеспечивает снижение её плотности почти в 2 раза и вязкости на 47%. Создаются условия для образования вокруг максимального количества частиц муки оболочек из адсорбционно-связанной влаги и их равномерного набу- хания при получении теста.

Следующий технологический прием – пластицирование твердого жира. В существующих технологиях обычно жир применяется в расплавленном состоянии с температурой 43–45 °С. С целью сохранения первоначального твердого состояния жира и отказа от его тепловой обработки жир пластицируется в месильной машине до однородно-пластичной массы. Стабилизация свойств жира происходит за счет насыщения воздухом при температуре 20–25 °С. При этом плотность жира снижается с 950–980 до 720–800 кг/м ³ и повышается на 20% удельная поверхность.

Вторым стабилизирующим фактором структуры пластицированного жира является использование ПАВ (лецитина) в количестве 1–2% к массе жира. Для введения лецитина готовится композиция с жиром в соотношении 1:1. Использование композиции обеспечивает удержание диспергированного жира на поверхности частиц твёрдой фазы и от коалесценции, что позволяет стабилизировать эмульсию от расслоения и повысить равномерность распределения компонентов в тесте.

Технологический прием набухания яичного порошка. Для использования яичного порошка в суспензии он «восстанавливается»

до состояния меланжа в течение 120–180 мин при достаточном объеме воды. Оптимальное соотношение яичного порошка и воды 1,0:2,0–2,5.

Увеличение удельной поверхности и равновесного распределения влаги в яичном порошке обеспечивает стабилизацию процесса приготовления теста за счет разделения процессов набухания порошка и пшеничной муки.

Технологический прием подготовки солодового экстракта. Солодовый экстракт обладает высокой вязкостью, что создает трудности при его дозировании и распределении в суспензии. При смешивании с дополнительным количеством воды наблюдается изменение вязкости раствора солодового экстракта (рисунок 3).

Water content of malt extract. %

Рисунок 3. Изменение вязкости раствора солодового экстракта

Figure 3. Change of viscosity of malt extract fluid

При увеличении воды до 38% получается удобная консистенция солодового экстракта для распределения в суспензии, однако часть продукта остается на стенках емкости, т. е. полностью не растворяется, что нарушает точность дозирования. С увеличением количества воды в растворе до 50% удается устранить данный недостаток и стабилизировать процесс введения в суспензию солодового экстракта.

Технологический прием приготовление инвертного сиропа. Одним из приемов подготовки сахара-песка является его перевод в растворенное состояние с инверсией на глюкозу и фруктозу. В существующих технологиях инверсия осуществляется длительный процесс уваривания при температуре кипения. Предложен способ инверсии в условиях совмещения гидродинамического и акустического воздействия в кавитационной установке, в течение 30–45 мин при температуре 95-100 °С и с частотой колебаний волновода порядка 21 кГц до достижения количества редуцирующих веществ 80%. Это позволяет стабилизировать свойства инвертного сиропа, исключив перегрев и понижение уровня образования продуктов разложения моносахаров – кетонов и альдегидов, в т. ч. оксиметилфурфурола. Кроме того, в сиропе уменьшается дисперсность частиц кристаллизации сахаров с 2–3 до 0,1–0,4 мкм и повышается его стойкость в хранении.

Применение комплекса технологических приемов подготовки двухфазных систем из основных видов сырья позволило подойти к разработке приготовления суспензии, выделенной в отдельную технологическую стадию, в которой подача сахара осуществлялась в два приёма: на стадии приготовления суспензии от 40 до 60% его рецептурного количества, и оставшейся части при приготовлении эмульсии (рисунок 4).

Рисунок 4. Технологическая схема получения суспензии

Figure 4. Technological scheme of suspension production

Введение только части сахара, отсутствие жира и смешивание в течение 15 мин позволяет увеличить влажность суспензии с 32 до 40–46% и повысить растворимость сахара и тем самым обеспечить условия для полного его растворения. С целью достижения максимального количества частиц твёрдой фазы предложен способ получения суспензии в условиях кавитационного воздействия. Предварительно смешанные при комнатной температуре сырьевые компоненты суспензии в течение 1–2 мин обрабатывались в лабораторной кави- тационной установке в течение 4–5 мин при температуре 36–38 °С с частотой колебаний волновода 21–24 кГц.

Проанализировали результаты микроскопирования суспензий, полученных различными способами (на существующем оборудовании предприятий отрасли в условиях механической обработки и в условиях кавитационного воздействия, рисунок 5).

а) размер частиц 25 мкм 6) размер частиц 6 мкм a) size of particles 25 pm           b) size of particles 6 pm

Рисунок 5. Микрофотографии (×500) суспензий полученных при механической обработке ( а ) и кавитационном воздействии ( б )

Figure 5. Micrographs (×500) of suspensions obtained by mechanical treatment ( a ) and cavitation ( b )

Применение интенсивного кавитационного воздействия характеризовалось снижением среднего размера частицы твердой фазы с 25 до 6 мкм и увеличением их количество в 65 раз при сохранении массы. Это повлекло за собой стабилизацию свойств суспензии за счет увеличения адсорбционно-связанной влаги дисперсионной среды, что обеспечило наибольшую взаимную подвижность компонентов при перемешивании и повысило равномерность их распределения в её объеме.

На следующей стадии технологического процесса готовится эмульсия. Осуществляется предварительное смешивание пластицирован-ного жира и лецитина с оставшейся частью сахара-песка. Полученная смесь смешивается с суспензией (рисунок 6).

Пластицированный жир слецитином Plasticized tat with *

lecithin

Оставшаяся часть сахара-пест t he remaining part^ of sugar

Суспензия Suspension Натуральный ароматизатор Natural flavor Раствор раз рыхли тапе й Fluid leavening agent

Пере mb шиваиив 4-6 мин

Mixing 4-6 min

Перемешивание 4-6 мин

Mixing 300-350 rptn 4-6 min

Эмульсия Emulsion

Рисунок 6. Технологическая схема приготовления эмульсии

Figure 6. Technological scheme of the preparation of the emulsion

Стабилизация свойств эмульсии с заданной дисперсностью обеспечивается за счет образования оболочки жира вокруг частиц сахара и, как следствие, ограничения растворения второй порции сахара.

Стадия приготовления теста. Тестообразо-вание происходит путем взаимодействия муки с дисперсионной средой эмульсии, которое сопровождается значительным увеличением объема мицелл муки, т. е. набуханием низкомолекулярной фракции (глиадина) за счет односторонней диффузии и поступления влаги внутрь мицелл с последующей упругой деформацией (растяжением) высокомолекулярной фракции (глютенина) [3].

Процесс диффузии обусловлен осмотическим давлением, в котором частичная концентрация и радиус частиц твёрдой фазы –факторы, определяющие количество осмотически связанной влаги для двух систем с одинаковыми размерами частиц при разном их количестве. Отношение осмотического давления π 1 /π 2 определяется соотношением частичных концентраций ν 1 /ν 2 при отличающихся друг от друга по размерам частиц с одинаковой частичной концентрацией. Отношение осмотического давления π 1 /π 2 определяется r 2³ / r 1³ [3], т. е. изменяя размеры частиц, можно управлять степенью набухания муки. Это обеспечивает стабилизацию свойств теста и равномерность распределения компонентов в нем. В результате происходит увеличение объёма и высоты в 1,5 раза, пористости, прочности, высокой рассыпчатости, стабилизируется качество готового печенья.

Учитывая перечисленные выше предпосылки в соответствии с ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции», были разработаны рецептуры детского ассортимента сахарного печенья с содержанием общего сахара не более 22% и жира не более 18%, что соответствует желтой цветовой индикации, и с содержанием соли 0,3 г / 100 г – соответствует зеленой индикации согласно МР 2.3.0122–18 «Цветовая индикация на маркировке пищевой продукции в целях информирования потребителей».

Заключение

Обоснованы технологические приёмы, обеспечивающие стабилизацию стадий предварительной подготовки сырья и основных операций технологии печенья. Стабилизация свойств двухфазных систем, полуфабрикатов обеспечивается за счет увеличения дисперсности, повышения удельной поверхности и равномерного распределения компонентов. Это позволяет управлять степенью набухания муки в процессе приготовления теста и создает условия приготовления печенья для детского питания с заданными показателями качества, полученного в условиях кавитационных воздействий.

Авторы выражают признательность Та-лейснику М.А., всем коллегам по работе за консультации и помощь в выполнении исследований.