Разработка технологии функциональных помадных конфет пребиотического действия с использованием порошка из жома топинамбура

Выпускаемый ассортимент помадных конфет перенасыщен содержанием рафинированных сахаров, и в большей степени сахаром белым, который по химическому составу состоит из 99,75% сахарозы. Содержание в рецептуре помадных конфет сахара белого составляет от 60 до 90% [1]. Большое содержание сахарозы обуславливает высокую сахароёмкость и калорийность помадных конфет, в них практически отсутствуют полезные эссенциально важные пищевые вещества. Кроме того, недостатком помадных конфет из-за значительного количества сахарозы является быстрый процесс их высыхания и черствения при хранении за счет кристаллизации сахарозы и удаления свободной влаги [2].

Актуальным направлением повышения качества и пищевой ценности помадных конфет является снижение в их рецептуре содержания сахара белого и использования в виде альтернативной замены натурального недорогого обогатителя – порошка из жома топинамбура, богатого полезными растворимыми и нерастворимыми пищевыми волокнами (инулином, пектином, протопектином, гемицеллюлозой и др.), оказывающими пребиотическое действие, а также полноценным белком, минеральными веществами, нативными сахарами и витаминами (группы В, С) [3-6]. Кроме того, порошок из жома топинамбура имеет высокую влагоудерживающую способность, что позволит не только улучшить качество помадных конфет, но и продлить их свежесть, за счет повышения содержания в жидкой фазе связанной влаги и снижения свободной влаги [7].

Жом из топинамбура, как свекловичный жом, используется в России и за рубежом в основном для приготовления кормов в виде ценного кормового компонента из-за содержания полисахарида – инулина. Активными потребителями инулина в чистом виде являются российские производители пищевых продуктов, которые используют его в изделиях для здорового, диетического, специализированного и детского питания [8]. Инулин, содержащийся в порошке из жома топинамбура, как и пектиновые вещества, является важным структурным элементом, участвующим в развитии полезной микрофлоры пищеварительной системы, что поддерживает в норме работу кишечника и не дает развиваться патогенной микрофлоре, улучшает состав микробиоты, препятствует возникновению воспалительного процесса и снижает риск развития ряда заболеваний [9]. Кроме того, растворимые пищевые волокна проявляют пребиотический эффект, способствуют бактериальному синтезу витаминов В 2 , B 6 , РР, снижают уровень холестерина в крови, очищают организм от токсинов и

Цель исследования – изучить возможность использования порошка из жома топинамбура (ПЖТ) в рецептуре помадных конфет взамен сахара и проанализировать его влияние на процесс структурообразования помадной массы, качество конфет после изготовления и в процессе хранения.

Объекты и методы

Объектами исследований являлся обогатитель в виде ПЖТ, который получали в научнопроизводственной лаборатории кафедры ТХКМЗП на базе «ВГУИТ». Технологический процесс получения ПЖТ состоит из следующих основных стадий подготовки и переработки клубней топинамбура отечественного сорта «Скороспелка», выращенного в Каширском районе Воронежской области, в порошкообразный полуфабрикат: мойка корнеплодов топинамбура и очистка их от кожицы, измельчение очищенных корнеплодов на кусочки размером 20–50 мм, получение сока и жома с помощью соковыжималки центробежного типа, высушивание влажного жома на конвективной сушилке при температуре 55–65 °С до влажности 4–5%, измельчение высушенного жома на лабораторной мельнице до размера частиц 5…30 мкм. Анализ показателей качества ПЖТ осуществляли в аналитическом центре «ВГУИТ» по следующим методикам: содержание сухого вещества по ГОСТ 31640–2012 методом высушивания до постоянной массы при температуре 105 °C; содержание белка по ГОСТ 10846–91; содержание жира по ГОСТ 29033–91; количественный и качественный состав углеводов – методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ); микроэлементы – методом абсорбционной спектрометрии. В опытных образцах помадных масс и готовых конфет с различным содержанием ПЖТ, которые также являлись объектами исследования, оценивали структурно-механические и нормативные показатели качества. Эффективную вязкость помадных масс определяли на ротационном вискозиметре Воларовича марки РВ-8; соотношение твердой и жидкой фазы оценивали путем прессования помадной массы с помощью гидравлического пресса (ПГПР) при давлении 0,75–0,78 кПа до выделения из нее жидкой фазы, в которой определяли массовую долю влаги с помощью рефрактометра; пластическую прочность помадных масс после их отливки в бюксы оценивали в процессе выстойки на cтруктурометре марки С-1; дисперсный состав помадных корпусов определяли с помощью микроскопа марки БИОМЕД-2 (оптическая система которого смонтирована на базе цифровой фотокамеры CANON).

На первом этапе исследований определяли общий химический состав ПЖТ, результаты исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Химический состав ПЖТ

Chemical composition of PZT

Table 1.

Наименование Name	Содержание в 100 г продукта Content per 100 g of product
Вода, г Water, g	4,8
Белки, г Proteins, g	16,9
Жиры, г Fats, g	0,27
Углеводы, г, в том числе: Carbohydrates, g, including:	73,1
моносахариды: Monosaharid:	3,5
фруктоза fructose	2,8
глюкоза glucose	0,7
пищевые волокна: Fibre:	69,6
пектин pectin	4,1
протопектин Protopectin	23,8
целлюлоза cellulose	10,2
гемицеллюлоза hemicellulose	14,3
инулин inulin	17,2
Минеральные вещества, г, из них: Minerals, g, of which:	4,9
Калий, мг Potassium, mg	310,42
Кальций, мг Calcium, mg	210,64
Натрий, мг Sodium, mg	84,13
Магний, мг Magnesium, mg	212,73
Фосфор, мг Phosphorus, mg	387,49
Железо, мг Iron, mg	10,12
Витамины, мг	| Vitamins, mg:
В 1	0,065
В 2	0,082
С	9,47

В состав ПЖТ входит значительное количество растворимых и нерастворимых полисахаридов, из которых 40% пектина и протопектина, 24,7% инулина и 35,2% целлюлозы и гемицеллюлозы. Растительные белки топинамбура являются полноценными и в них содержатся все незаменимые аминокислоты.

Органолептические и физико-химические показатели ПЖТ представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Показатели качества ПЖТ

Table 2.

Quality indicators of railway transport

Показатель Indicator	Характеристика и полученные данные Characterisation and data obtained
Внешний вид Appearance	Порошок белого цвета White coloured powder
Вкус и запах Taste and smell	Свойственные топинамбуру, слегка сладковатый, без постороннего привкуса и запаха Typical topinambour, slightly sweet, no extraneous taste or odour
Цвет Color	Светло-коричневый Light brown
Консистенция Consistency	Сыпучая, сухая, на ощупь не липкая Bulky, dry, not sticky to the touch
Дисперсность частиц, мкм Particle dispersion, μm	5–30
Объемная масса, кг/м3 Volumetric weight, kg/m3	490–520
Угол естественного откоса, град. Angle of natural slope, deg.	46–52
Кислотность, град, не более Acidity, hail, not more than	10
Водоудерживающая способность, г воды/г сухого вещества Water retention capacity, g water/g dry matter	6,1–6,5

На следующем этапе работы готовили контрольный образец сахарной помадной массы по унифицированной технологии при соотношении рецептурного количества сахара белого и патоки крахмальной карамельной – 1:0,2. Опытные образцы помадных конфет с использованием ПЖТ получали при замене сахара белого на обогатитель в количестве от 5 до 9% (по сухому веществу). Для этого вначале готовили сахаро-паточный сироп по рецептурам, представленным в таблице 3.

Таблица 3.

Рецептуры опытных образцов помадных конфет

Table 3.

Recipes for experimental samples of fondant candies

s X л 5 * X X а й X к	хС ^ n ® а “ °Йя g в ^^ О И и 3 u м и и X Й . s^	Расход сырья на 100 г. продукции, г
			Образцы с содержанием ПЖТ Samples containing RRT
			5%	6%	7%	8%	9%
Сахар белый White sugar	99,85	82,89	78,02	77,07	76,12	75,17	74,22
Патока Treacle	78,00	9,01	9,01	9,01	9,01	9,01	9,01
ПЖТ PZT	95,20	–	5,0	6,0	7,0	8,0	9,0
Итого Total	–	91,90	92,46	92,59	92,62	92,65	92,78
Выход Output	90,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0

Для этого сахар белый смешивали с водой (1/4 часть от массы сахара) и нагревали до полного растворения кристаллов сахарозы, после чего вносили предварительно подогретую до t = 55 ± 5 °C патоку, полученную рецептурную смесь уваривали до t = 111–112 °C, что соответствует содержанию сухих веществ в помадном сиропе 88 ± 1%. Полученные образцы помадного сиропа далее выгружали в помадосбивальную ячейку, охлаждали до t = 80 ± 2 °С и вносили определенное количество ПЖТ, после чего помадный сироп с обогатителем взбивали до получения помадной массы. В процессе взбивания помадного сиропа раствор из насыщенного переходит в пересыщенное состояние, при этом начинается процесс зарождения кристаллов сахарозы и их рост до более крупных размеров. В результате кристаллизации сахарозы образуется мелкокристаллическая помадная масса вязкопластичной консистенции, которую после охлаждения до t = 60–55 °C можно формовать различными способами: либо отливкой в жесткие формы, либо методом выпрессовывания через фильеру матрицы в жгуты определенного сечения, либо размазкой (или раскаткой) в пласт с последующей поперечной и продольной резкой после выстойки на отдельные корпуса.

Результаты и их обсуждение

Опытные образцы помадных конфет с различным содержанием ПЖТ имели разный вкус и запах, цвет – от светло-кремового до светло-кофейного. Органолептические и физико-химические показатели качества полученных опытных образцов помадных конфет в сравнении с контрольным образцом представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Органолептические и физико-химические показатели качества помадных конфет Table 4.

Organoleptic and physicochemical quality indicators of fondant candies

Показатель качества	Контроль Control	Образцы | Samples
		5%     \	6%	7%     \	8%     \	9%
Вкус и запах Taste and smell	Сладкий, без постороннего вкуса и запаха Sweet, tasteless and odorless			Умеренно сладкий, с приятным тонким вкусом и запахом топинамбура Moderately sweet, with a pleasant delicate taste and smell of Jerusalem artichoke
Цвет Color	Белый со светлобежевым оттенком White with a light beige tint	Светло-кремовый Light cream		Кремовый Cream	Светло-кофейный Light Coffee
Форма Form	Соответствует данному наименованию конфет, без деформаций Corresponds to the given name of candies, without deformations
Поверхность Surface	Сухая, не липкая Dry, not sticky
Массовая доля сухих веществ, % Mass fraction of dry substances, %	88,0	88,4	88,5	88,5	88,5	88,6
Массовая доля редуцирующих веществ, % Mass fraction of reducing substances, %	7,4	7,6	7,7	7,9	8,0	8,3
Соотношение твердой и жидкой фазы (Т/Ж), % Solid-liquid phase ratio (T/F), %	46,1/ 53,9	48,6/ 51,4	53,8/ 46,2	57,1/ 42,9	60,7/ 39,3	62,1/ 37,9

Введение в состав помадных конфет ПЖТ способствует изменению ее реологических свойств. С увеличением содержания ПЖТ эффективная вязкость помадных масс повышается от 5,2 до 37,4 Па×с (при скорости сдвига 30с-1, температуре 60 ± 0,1 °С) (рисунок 1). Это объясняется большим внесением с обогатителем пищевых волокон, которые связывают влагу из-за своей высокой влагоудерживающей способности. В результате связывания влаги, толщина жидких прослоек и, соответственно, расстояние между молекулами частиц уменьшаются, при этом их взаимное притяжение возрастает, что способствует усилению межмолекулярного взаимодействия и обусловливает повышение эффективной вязкости помадных масс [15]. По зависимости изменения скорости сдвига от напряжения сдвига помадную массы можно отнести к категории упруго-вязко-пластичных тел Шведова-Бингама, для которых характерно сочетание упругой и пластической деформации (рисунок 2).

Рисунок 1. Зависимость изменения эффективной вязкости от скорости сдвига помадных масс (при t = 60 ± 0,1 °С) с массовой долей ПЖТ, %: 1 – 0 (контроль); 2 – 5; 3 – 6; 4 – 7; 5 – 8; 6 – 9

Figure 1. Dependence of the change in effective viscosity on the shear rate of fondant masses (at t = 60 ± 0.1 °C) with the mass fraction of RRT, %: 1 – 0 (control); 2 – 5; 3 – 6; 4 – 7; 5 – 8; 6 – 9

0  50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Напряжение сдвига, Па | Shear stress, Pa

Рисунок 2. Зависимость изменения напряжения сдвига от скорости сдвига помадных масс (при t = 60 ± 0,1 °С) с массовой долей ПЖТ, %: 1 – 0 (контроль); 2 – 5;

3 – 6; 4 – 7; 5 – 8; 6 – 9

Figure 2. Dependence of shear stress change on the shear rate of fondant masses (at t = 60 ± 0.1 °C) with the mass fraction of PRT, %: 1 – 0 (control); 2 – 5; 3 – 6; 4 – 7;

5 – 8; 6 – 9

При внесении в помадный сироп ПЖТ параллельно происходят процессы адсорбции влаги и набухания высокомолекулярных соединений, при этом растет степень пересыщения раствора. В связи с этим, величина критического размера зародышей новой фазы уменьшается, центры кристаллизации образуются более легко и в большем количестве, следовательно, возрастает скорость образования центров новой фазы, в результате чего увеличивается суммарная поверхность кристаллов, на которых откладываются молекулы растворенной сахарозы.

Минеральные вещества, входящие в состав ПЖТ, снижают устойчивость пересыщенного раствора, что наряду с повышением концентрации сахарозы в растворе, сокращается величина латентного периода процесса кристаллизации и повышается его суммарную скорость. Все это способствует образованию более мелких кристаллов сахарозы, улучшению дисперсного состава и качества помады (рисунки 3, 4).

Рисунок 3. Дифференциальные кривые распределения кристаллов сахарозы по размерам в помадных конфетах с массовой долей ПЖТ, %: 1 – 0 (контроль); 2 – 5; 3 – 6; 4 – 7; 5 – 8; 6 – 9

Figure 3. Differential size distribution curves of sucrose crystals in fondant candies with a mass fraction of PJT, %: 1 – 0 (control); 2 – 5; 3 – 6; 4 – 7; 5 – 8; 6 – 9

Рисунок 4. Интегральные кривые распределения кристаллов сахарозы по размерам в помадных конфетах с массовой долей ПЖТ, %: 1 – 0 (контроль); 2 – 5; 3 – 6; 4 – 7; 5 – 8; 6 – 9

Figure 4. Integral size distribution curves of sucrose crystals in fondant candies with a mass fraction of PJT, %: 1 – 0 (control); 2 – 5; 3 – 6; 4 – 7; 5 – 8; 6 – 9

В ходе исследований установлено, что добавление ПЖТ в количестве от 5% до 9%, доля кристаллов сахарозы размером менее 20 мкм в помадной массе относительно контрольного образца увеличивается на 9–16%.

В результате кристаллизации освобождается влага, участвовавшая ранее в образовании гидратных оболочек молекул сахарозы. Однако она связывается молекулами полисахаридов ПЖТ, что вместе со снижением влажности конфет приводит к увеличению массовой доли сухих веществ в жидкой фазе и снижению их до 36,4% в образце с массовой долей ПЖТ – 9% (рисунок 5).

Образец | Sample

□ жидкая фаза | liquid phase □ твердая фаза | solid phase

Рисунок 5. Соотношение твердой и жидкой фаз в помадных конфетах с массовой долей ПЖТ, %: 1 – 0 (контроль); 2 – 5; 3 – 6; 4 – 7; 5 – 8; 6 – 9

Figure 5. Ratio of solid and liquid phases in fondant sweets with a mass fraction of RRT, %: 1 – 0 (control); 2 – 5; 3 – 6; 4 – 7; 5 – 8; 6 – 9

Так как количество и состав межкристального раствора влияют на структурномеханические свойства помадной массы, то в работе исследовали зависимость изменения пластической прочности помадных корпусов конфет с различным добавлением ПЖТ от продолжительности их выстойки (рисунок 6). Определения проводили на структурометре марки С-1.

Рисунок 6. Зависимость изменения пластической прочности от продолжительности выстойки помадных корпусов конфет с массовой долей ПЖТ, %: 1 – 0 (контроль); 2 – 5; 3 – 6; 4 – 7; 5 – 8; 6 – 9

Figure 6. Dependence of the change in plastic strength on the duration of standing of fondant bodies of sweets with a mass fraction of PZT, %: 1 – 0 (control); 2 – 5; 3 – 6; 4 – 7; 5 – 8; 6 – 9

С увеличением массовой доли ПЖТ пластическая прочность образцов помадных корпусов возрастает, что объясняется снижением в них количества жидкой фазы, так как именно она обеспечивает пластичные свойства помаде. При этом структурообразование помадных корпусов конфет интенсифицируется. Образцы конфет с добавлением ПЖТ после 45 мин выстойки имеют большую пластическую прочность (145–183 кПа) по сравнению с контрольным образцом (123 кПа). Необходимая прочность для резки конфетного пласта на отдельные корпуса конфет без деформации составляет около 120 кПа, что достигается в исследуемых образцах уже через 10–15 мин выстойки.

С точки зрения повышения пищевой ценности конфет установлена рациональная дозировка ПЖТ – 9%. Введение ПЖТ более 9% затрудняет процесс перемешивания и равномерного распределения частиц порошка в помадной массе, при этом процесс кристаллизации помады происходит очень быстро, а из-за повышения вязкости формование помадной массы затрудняется.

Известно, что в процессе хранения помадные конфеты подвержены быстрому высыханию, особенно это свойственно неглазированным корпусам конфет. Помадные массы являются дисперсными системами, которые обладают избытком свободной энергии, термодинамически неустойчивы и стремятся уменьшить дисперсность частиц путем рекристаллизации. Кристаллы сахарозы образуются в пересыщенном растворе неодновременно, поэтому твердая фаза помады полидисперсна, и ее частицы имеют разную растворимость. Различие растворимостей кристаллов приводит к тому, что дисперсионная среда оказывается пересыщенной относительно более крупных частиц и ненасыщенной относительно самых мелких. В результате при хранении помадных конфет происходит рекристаллизация, при которой одна часть кристаллов растворяется, а другая – растет. При этом на поверхности и в изломе можно наблюдать проявление белых пятен, которые являются скоплением кристаллов сахарозы, после чего наступает полное отвердевание конфет за счет интенсивного процесса кристаллизации сахарозы. Высыхание помадных конфет продолжается до установления в них равновесной влажности.

Срок хранения помадных конфет зависит от их качественного и количественного состава рецептурных компонентов, технологических параметров производства, используемого оборудования, санитарного состояния производства, вида упаковки и условий хранения. Скорость высыхания конфет зависит от многих факторов, основными из которых являются: начальная влажность конфетных корпусов, температура и относительная влажность воздуха, химический состав жидкой фазы, размер кристаллов твердой фазы, соотношение между твердой и жидкой фазой помады. Чем больше содержание жидкой фазы, тем быстрее процесс высыхания корпусов конфет. Чем выше содержание сухих веществ в помадных конфетах, тем меньше тенденция к их высыханию. Повышение температуры и снижение относительной влажности воздуха ускоряют процесс высыхания конфет [16–20].

Проводили исследования влияние содержания ПЖТ на процесс высыхания и рекристаллизацию помады в процессе хранения конфет. Конфеты хранили в сухом проветриваемом помещении при температуре 20 ± 3 °С и относительной влажности воздуха 73–87%. Установлено, что скорость высыхания обратно пропорциональна массовой доле ПЖТ в изделиях. С повышением содержания ПЖТ в помадных конфетах потеря влаги через 57 сут хранения составила: для контрольного образца – 8,7%; для опытных образцов с содержанием ПЖТ – 5%, 6%, 7%, 8% и 9% соответственно 8,0%, 7,8%, 7,4%, 7,2% и 6,8% (рисунок 7). Следовательно, повышение содержания ПЖТ препятствует процессу высыхания конфет при хранении.

ΔW,% 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

0  5  10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

τ, сут

Рисунок 7. Изменение потери влаги в процессе хранения помадных конфет с массовой долей ПЖТ, %: 1 – 0 (контроль); 2 – 5; 3 – 6; 4 – 7; 5 – 8; 6 – 9

Figure 7. Change in moisture loss during storage of fondant candies with a mass fraction of PZT, %: 1 – 0 (control); 2 – 5; 3 – 6; 4 – 7; 5 – 8; 6 – 9

Проводили расчет пищевой ценности и степени удовлетворения суточной потребности в пищевых веществах при потреблении 100 г. помадных конфет с добавлением ПЖТ – 9% (таблица 5).

Как видно из представленной выше таблицы, степень удовлетворения в пищевых волокнах при потреблении 100 г помадных конфет с добавлением ПЖТ – 9% составила 31,5%, следовательно, разработанный образец конфет можно отнести к группе функциональных продуктов по содержанию пищевых волокон. Кроме того, по сравнению с контрольным образцом, в опытном образце снизилось содержание углеводов – на 8,1%, понизилась калорийность – на 27 ккал, содержание калия повысилось в 42,9 раза, кальция – в 3,5 раза, магния – в 4 раза, фосфора – в 12 раз, железа – в 8 раз.

Таблица 5.

Пищевая ценность и степень удовлетворения в пищевых веществах при потреблении помадных конфет

Table 5.

Nutritional value and degree of satisfaction in nutrients from the consumption of fondant candies

Пищевые вещества	Суточная потребность в пищевых в-вах Daily requirement for nutrients	Контроль | Control		Помадные конфеты с добавлением ПЖТ – 9%
		содержание в 100 г content in 100 g	степень удовлетворения суточной потребности, % Degree of satisfaction of daily demand, %	содержание в 100 г content in 100 g	степень удовлетворения суточной потребности, % Degree of satisfaction of daily demand, %
Белки, г Proteins, g	80		–	0,12	0,15
Углеводы, г Carbohydrates, g	400	89,8	22,4	82,5	20,6
Жиры, г Fats, g	80	–	–	–	–
Органические кислоты, г Organic acids, g	2	–	–	0,05	2,5
Пищевые волокна, г Dietary fiber, g	20	–	–	6,3	31,5
Минеральные вещества, мг | Minerals, mg
K	3500	4,25	0,1	182,23	5,2
Na	2400	8,03	0,3	7,33	0,3
Ca	1000	3,08	0,3	10,8	1,1
Mg	400	1,17	0,3	4,64	1,2
P	800	4,32	0,5	52,0	6,5
Fe	15	0,18	1,2	1,44	9,6
Энергетическая ценность, ккал/кДж Energy value, kcal/kJ	250 / 1045	337 / 1409	13,5	310 / 1298	12,4

Заключение

Таким образом, использование в помадных конфетах взамен сахара порошка из жома топинамбура в количестве от 5 до 9% способствует: ускорению структурообразования помадной массы за счет интенсификации процесса кристаллизации сахарозы; изменению реологических свойств помадной массы, а именно увеличению ее вязкости и пластической прочности; повышению дисперсности помадной массы, при этом доля кристаллов сахарозы размером менее 20 мкм в помадной массе увеличивается на 9–16%; сокращению процесса высыхания конфет при хранении; снижению сахароемкости, калорийности и повышению пищевой ценности за счет увеличения содержания пищевых волокон и минеральных веществ. При использовании порошка из жома топинамбура в количестве 9% взамен сахара позволило получить помадные конфеты функционального назначения по содержанию растворимых пищевых волокон, которые оказывают пребиотический эффект. Следовательно, использование данного обогатителя является целесообразным и перспективным с точки зрения улучшения качества и повышения пищевой ценности изделия, разработанную технологию помадных конфет с использованием порошка из жома топинамбура можно рекомендовать для внедрения на кондитерских предприятиях.