Взаимосвязь активности липазы и скорости влагопереноса в пряниках, глазированных кондитерской глазурью на основе жиров лауринового типа

Мучные кондитерские изделия в глазури пользуются большим спросом у потребителей. Глазурь не только продлевает сроки годности мучных изделий, но и придает им дополнительный яркий вкус и аромат какао-продуктов. Для производства глазированных мучных кондитерских изделий, как правило, используется глазурь на основе жиров – нетемперируемых заменителей масла какао лауринового типа, получаемых методом высокотехнологичного фракционирования. Данная группа жиров обладает рядом преимуществ – минимальное количество трансизомеров (до 1%), высокая скорость плавления и отсутствие салистости во вкусе, оптимальные параметры твердости и коэффициента усадки полуфабриката на их основе, высокая скорость кристаллизации, устойчивый блеск поверхности глазированных изделий.

Однако в процессе хранения глазированных мучных кондитерских изделий происходит ухудшение качества кондитерского полуфабриката (глазури) и готовой продукции по органолептическим показателям – вкусу и запаху. Органолептическая порча выражается в появлении постороннего запаха, мыльного привкуса, прогорклого вкуса и т. п. и вызывается гидролитическими процессами разложения жира, входящего в состав глазури, при участии фермента липазы.

Жирнокислотный состав глазури большей частью представлен кислотами с короткой и средней длиной цепи (С8–С14), которые, отщепляясь под действием липазы, обладают характерным «мыльным» вкусом [1, 2]. Он ощущается при очень низких концентрациях свободной лауриновой кислоты (С12) – от 0,1%. Накопление свободных жирных кислот, окисляющихся под воздействием различных факторов: липоокси-геназа, тепловая обработка, кислород воздуха, солнечный свет и др., в свою очередь, инициирует рост кислотного числа жира, прогоркание и сокращение срока годности пищевых продуктов [1, 3, 4].

На скорость реакции гидролиза, катализируемой липазой, влияет комплекс факторов: активность воды, температура, количество и качество фермента и др. [3]. Поскольку липаза является водорастворимым ферментом, а триглицериды нерастворимы в воде липаза действует только на поверхности жира при наличии свободной воды. Чем больше суммарная поверхность, то есть чем более эмульгирован жир, тем быстрее идет гидролиз. Активность липазы определяется уже при содержании влаги в субстрате от 3% и значительно вырастает при ее повышении. Липолитические процессы требуют учета всех аспектов, связанных с межфазным характером липолиза. Большое количество исследований посвящено окислению липидов или анализу липаз, в том числе определению липолитической активности [4–10], значительно меньше исследований по проблемам предотвращения липолиза в пищевых продуктах.

Обеспечение качества кондитерских изделий и контроля факторов, влияющих на изменение органолептических показателей в процессе хранения, требует изучения процессов, влияющих на активность липазы, один из которых – это процесс миграции влаги. Необходимо учитывать все эти факторы, прежде всего для многослойных кондитерских изделий с длительными сроками годности. В этой связи предотвращение липолитической порчи глазированных мучных кондитерских изделий является актуальной проблемой.

Цель работы – исследовать в процессе хранения пряников с фруктовой начинкой, глазированных кондитерской глазурью на основе жира лауринового типа, изменение активности липазы в разных слоях изделия, скорости и направления процессов влагопереноса для прогнозирования органолептической порчи.

Материалы и методы

Объектами исследования в качестве модельных образцов глазированных мучных кондитерских изделий, которые могут подвергаться липолитической порче с образованием неприятного «мыльного» привкуса, являлись пряники сырцовые с начинкой, глазированные кондитерской глазурью, изготовленной с использованием жира лауринового типа. Модельные образцы пряников изготавливались в лабораторных условиях с размерами: диаметр 6,5 см, высота 3 см.

Модельные образцы пряников хранились в контролируемых условиях в климатической камере «Climacell 404» при температуре 30 °С и относительной влажности окружающего воздуха 40%. Фруктовая начинка имела следующий состав: 40% яблочного пюре, 24% модифицированного крахмала гидроксипропил дикрахмал фосфат (Е1442) и 1% пектина. Готовые пряники упаковывались в полипропиленовую пленку толщиной 40 мкм.

Жирнокислотный состав определяли по ГОСТ Р 51483–99 на газовом хроматографе HP 4890D с пламенно-индукционным детектором (США). Массовую долю влаги определяли по ГОСТ 5900–2014; активность воды – на приборе AquaLab фирмы Decagon Devices (США).

Содержание липолитических ферментов проводили по методу, основанному на окислении индоксила ацетата после термостатирования в эксикаторе в термостате MIR-262 фирмы Sanyo (Япония). Индоксил ацетат закуплен в Acros Organics (США). Количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) определяли по ГОСТ 10444.15–94, количество плесеней и дрожжей – по ГОСТ 10444.12–2013, количество спорообразующих мезофильные анаэробные бактерий – по ГОСТ 32012–2012.

Математический анализ проводили в MS EXCEL 2010.

Результаты и обсуждение

В лабораторных условиях изготавливали сырцовые пряники по классической рецептуре

(таблица 1). Для глазирования использовали кондитерскую глазурь (с массовой долей жира 36%), полученную в лабораторной шариковой мельнице, в соответствии с рецептурой (таблица 2). Исследование жирнокислотного состава жира, входящего в рецептуру кондитерской глазури, позволило установить содержание лауриновой кислоты в полуфабрикате –53,2% (таблица 3).

Таблица 1.

Рецептура полуфабриката сырцового пряника

Recipe semiproduct gingerbread

Table 1.

Наименование сырья и полуфабрикатов Name of raw materials and semi-finished products	Содержание сухих веществ, % Solids content, %	Расход сырья на 1 кг готовой продукции, г Raw material consumption per 1 kg of finished product, g
		в натуре actually	в сухих веществах in solids
Мука пшеничная в/с | Premium wheat flour	85,50	624,14	533,64
Сахар белый кристаллический White crystalline sugar	99,85	144,11	143,90
Инвертный сироп | Invert syrup	80,00	116,10	92,88
Патока | Syrup	78,00	98,75	77,03
Масло подсолнечное | Sunflower oil	100,00	43,75	43,75
Карбонат аммония | Ammonium carbonate	0,00	4,33	0,00
Гидрокарбонат натрия | Sodium bicarbonate	50,00	1,80	0,90
Корица | Cinnamon	100,00	3,13	3,13
Итого | Total	-	1036,10	895,21
Выход | Exit	88,00	1000,00	880,00

Таблица 2.

Рецептура полуфабриката кондитерская глазурь

Recipe of confectionery glaze

Table 2.

Наименование сырья Name of raw materials	Содержание сухих веществ, % Solids content, %	Расход сырья на 1 кг полуфабриката, г Raw material consumption per 1 kg of finished product, g
		в натуре actually	в сухих веществах in solids
Сахарная пудра | Powdered sugar	99,85	499,78	499,03
Какао порошок | Cocoa powder	95,00	163,21	155,05
Жир-ЗМК лауринового типа | Fat-CBR lauric type	99,00	345,25	344,90
Лецитин | Lecithin	97,00	4,19	4,06
Ванилин | Vanillin	100,00	1,01	1,01
Итого | Total	-	1013,44	1004,05
Выход | Exit	98,90	1000,00	989,00

Таблица 3.

Жирнокислотный состав жировой фракции глазури

Fatty acid composition of the fat fraction of the glaze

Table 3.

Жирная кислота | Fatty acid	Обозначение | Designation	Жирнокислотный состав, % | Fatty acid composition, %
Каприловая | Caprylic	С8:0	1,8
Каприновая | Capric	С10:0	2,7
Лауриновая | Lauric	С12:0	53,2
Миристиновая | Myristic	С14:0	19,7
Пальмитиновая | Palmitic	С16:0	10,3
Стеариновая | Stearic	С18:0	8,4
Олеиновая | Oleic	С18:1	2,5
Линолевая | Linoleic	С18:2	0,8
Арахиновая | Arachidic	С20:0	0,1

Поскольку для таких жиров характерно появление «мыльного» привкуса в процессе липолитической порчи, изучали процесс влаго-переноса в различных частях пряника в средней пробе по слоям: верхний слой с глазурью, начинка, выпеченный полуфабрикат (рисунок 1).

Активность воды снижалась, но не достигала по истечении 12 недель хранения порогового значения 0,6, при котором не может размножаться ни один из видов микроорганизмов [4]. При таких показателях сохраняется риск микробиологической порчи. На 6–8-й неделях хранения происходит повышение активности воды в выпеченном полуфабрикате, что свидетельствует о высвобождении свободной влаги (рисунок 2). Это связано, очевидно, с процессами ретроградации крахмала.

Рисунок 1. Сырцовый пряник с фруктовой начинкой, глазированный кондитерской глазурью, изготовленной с использованием жира лауринового типа: а – верхний слой с глазурью; б – начинка; в – выпеченный полуфабрикат

Figure 1. Gingerbread with fruit filling, glazed with confectionery glaze, made using lauric fat type: a – top layer with glaze; b – filling; с – baked semi-finished product

Рисунок 2. Изменение активности воды и массовой доли влаги в процессе хранения сырцового пряника с фруктовой начинкой

• Figure 2.    Change in the activity of water and the mass fraction of moisture in gingerbread with fruit filling in storage

При хранении в процессе влагопереноса происходит миграция влаги из начинки в выпеченный полуфабрикат и далее к верхнему слою с глазурью. Массовая доля влаги в начинке снизилась с 26,2 до 16,6%, при этом в выпеченном полуфабрикате с 15,5 до 12,1%, и в верхнем слое стабильно оставалась выше 5%, что выше значения, при котором сохраняется активность липазы.

Скорость влагопереноса F определяется количеством влаги q , перемещаемой через единицу поверхности А за время t ,

F = -9— A * t , где q – количество влаги; A – единица поверхности; t – время.

Площадь поверхности рассчитывали по формуле для шарового сегмента:

S = 2nRh

, где π – математическая постоянная; R – радиус шарового сегмента; h – высота шарового сегмента.

С учетом геометрических размеров сырцовых пряников с фруктовой начинкой рассчитали среднюю скорость влагопереноса (таблица 4).

Таблица 4. Скорость влагопереноса в сырцовых пряниках с фруктовой начинкой в течение 12 недель хранения по слоям

Table 4.

The rate of moisture transfer in gingerbread with fruit filling in layers for 12 weeks of storage

Слой | Layer	Скорость влагопереноса, г/м2·с(·10-4) | Moisture transfer rate g/m2·s(·10-4)
Верхний слой с глазурью | Top layer with glaze	1,12
Выпеченный полуфабрикат | Baked semi-finished product	1,34
Начинка | Filling	7,03

При прогнозе процесса липолитической порчи необходим комплексный анализ процесса влагопереноса в изделии. Более высокая скорость в начинке и полуфабрикате по сравнению со скорость влагопереноса в поверхностном слое с глазурью провоцирует порчу в глазури.

Исследование активности липазы в отдельных частях пряников проводили при хранении их при температуре 30о С в течение 12 недель с периодичностью 2 недели. Оценка липолитической активности проводилась визуально по степени окраски по десятибалльной шкале (рисунок 3).

■ Начинка

Filling

■ Выпеченный полуфабрикат Baked semi-finished product

■ Верхний слой с глазурью Top layer with glaze

Сроки хранения, нед.

Shelf life, weeks

Рисунок 3. Изменение активности липазы в частях пряников

• Figure 3.    The change in the activity of lipase in gingerbread

Активность липазы при хранении увеличивалась. В исходной глазури активность липазы отсутствовала, увеличение активности липазы наблюдалось на 8-й неделе хранения. При этом рост активности липазы наблюдался и в выпеченном полуфабрикате, но с меньшей интенсивностью. На 12-й неделе хранения активность липазы в глазури составила 4 балла, в выпеченном полуфабрикате – 3 балла.

Органолептический анализ выявил «мыльный» привкус, начиная с 8-й недели хранения, который коррелирует с ростом активности воды.

Предположили, что выявленную корреляцию между активностью воды и ростом активности липазы можно объяснить ростом в пряниках микробиоты, обладающей липолитической активностью, связанной с наличием свободной влаги.

Поскольку ранее была выявлена математическая зависимость изменения показателей качества образцов какаосодержащих кондитерских изделий в хранении от их степени обсеме-ненности [11], были проведены исследования микробиологических показателей используемого сырья и полуфабрикатов (таблица 5).

Таблица 5.

Микробиологические показатели сырья для сырцового пряника

Table 5.

Microbiological indicators in raw materials for gingerbread

Наименование образца сырья Name of sample of raw materials	КМАФАнМ, КОЕ/г QMAFAnM, CFU/g		СМАнБ*, КОЕ/г SMAnB*, CFU/g		Дрожжи, КОЕ/г Yeast, CFU/g		Плесени, КОЕ/г Mold, CFU/g
	Экспериментально Experimentally	Норма** Standardized**	Экспериментально Experimentally	Норма** Standardized**	Экспериментально Experimentally	Норма** Standardized**	Экспериментально Experimentally	Норма** Standardized**
Мука Flour	8·102	Не норм Not standardized	1,5 ·102	Не норм Not standardized	0	Не норм Not standardized	5,0 ·102	Не норм Not standardized
Корица Cinnamon	1,1·104	2·106	1,8 ·102	Не норм Not standardized	0	Не норм Not standardized	6,4 ·102	104
Сахар Sugar	7·10	1·103	0	Не норм Not standardized	0	10	0	10
Начинка (крахмал Е1442) Filling (starch E1442)	1·10	5·103	0	Не норм Not standardized	0	50	0	50
Глазурь Glaze	1,7·102	Не норм Not standardized	50	Не норм Not standardized	0	Не норм Not standardized	0	Не норм Not standardized

* Спорообразующие мезофильные анаэробные бактерии. | Spore-forming mesophilic anaerobic bacteria.

** Норма по ТР ТС 021/2011. | TR TS 021/2011 standard.

В муке содержание микроорганизмов не нормируется. В то же время в исследованных образцах муки и корицы было значительное количество спорообразующей микробиоты, что может являться одним из источников липолитической порчи. В процессе выпечки происходит термическая инактивация ферментов [3]. В то же время при термической обработке при выпечке мучных кондитерских изделий погибают только вегетативные клетки большинства бактерий и грибов. Для уничтожения спор некоторых видов бактерий, отличающихся чрезвычайной термоустойчивостью, необходимы более жесткие условия [12].

Исследование количества мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов в пряниках показало значительное увеличение их содержания с 8-й недели хранения (рисунок 4).

8 = X о

Срок хранения, нед.

Shelf life, weeks

Рисунок 4. Динамика роста количества мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов в пряниках

Figure 4. Dynamics of growth of mesophilic aerobic and facultative anaerobic microorganisms in gingerbread

На 10-й неделе хранения содержание КМАФАнМ выросло до 8·102-8,6·102 КОЕ/г в верхнем слое с глазурью и в выпеченном полуфабрикате, но при этом не превышало нормы ТР ТС 021/2011 (Технический регламент Таможенного союза "О безопасности пищевой продукции").

При достаточном содержании массовой доли влаги происходит прорастание спор

Таблица 6.

Исследования спорообразующей микробиоты в пряниках в течение 12 недель хранения

бактерий и плесеней, вегетативные клетки которых обладают липолитической активностью. Исследование спорообразующей микробиоты, спорообразующих мезофильных анаэробных бактерий и плесеней выявило их резкий рост до показателей, превышающих нормы ТР ТС 021/2011 на 8–10-й неделях хранения (таблица 6).

Table 6.

Dynamics of spore-forming microbiota growth in gingerbread during 12 weeks of storage

Слой | Layer	Срок хранения, недели Shelf life, weeks	СМАнБ*, КОЕ/г SMAnB*, CFU/g	Дрожжи и плесени, КОЕ/г Yeast and mold, CFU/g
1	2	3	4
Верхний слой с глазурью Top layer with glaze	0	1,0·10	10
	2	1,0·10	40
	4	3,0·10	30
	6	2,0·10	10
	8	2,0·10	10
	10	4,1·102	0
	12	3,0·10	10
Выпеченный полуфабрикат Baked semi-finished product	0	0,0	0
	2	2,0·10	10
	4	4,0·10	10
	6	4,0·10	10
	8	2,0·10	10
	10	0,0	0
	12	2,0·10	10

Продолжение табл. 6 | Continuation of table 6

1	2	3	4
Начинка Filling	0	0,0	10
	2	0,0	0
	4	3,0·10	0
	6	1,0·10	20
	8	7,0·10	0
	10	0,0	10
	12	1,0·10	30

* Спорообразующие мезофильные анаэробные бактерии. | Spore-forming mesophilic anaerobic bacteria.

На 8-й неделе в начинке увеличился рост спорообразующих мезофильных анаэробных бактерий, на 10-й неделе хранения наблюдался рост плесени до 410 КОЕ/г, что значительно превышает требования ТР ТС 021/2011.

Заключение

Ухудшение органолептических показателей из-за появления «мыльного» привкуса в результате липолитической порчи мучных кондитерских изделий, глазированных кондитерской глазурью на основе жиров лауринового типа, связано с процессами влагопереноса.

При хранении в процессе влагопереноса происходит миграция влаги из начинки в выпеченный полуфабрикат и далее к верхнему слою с глазурью. Массовая доля влаги в начинке снизилась с 26,2 до 16,6%, при этом в выпеченном полуфабрикате с 15,5 до 12,1%, и в верхнем слое стабильно оставалась выше 5%, что выше значения, при котором сохраняется активность липазы. Скорость влагопереноса составила в верхнем слое 1,12, в выпеченном полуфабрикате – 1,34 и в начинке – 7,03 г/м2·с(·10-4).

Миграция влаги повышает риск липолитической порчи. Рост активности липазы коррелировался с ростом активности воды в выпеченном полуфабрикате. В исходной глазури активность липазы была нулевой, наблюдался рост активности липазы во всех слоях, кроме начинки. «Мыльный» привкус ощущался, начиная с 8-й недели хранения. Содержание мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов в пряниках значительно увеличилось также, начиная с 8-й недели хранения, на 10-й неделе хранения содержание КМАФАнМ составило 8·102-8,6·102 КОЕ/г в верхнем слое с глазурью и в выпеченном полуфабрикате. На 10-й неделе хранения наблюдался рост плесени до 410 КОЕ/г, что значительно превышало требования безопасности в соответствии с нормами ТР ТС 021/2011. Исследования показали корреляцию активности липазы с процессами влагопереноса и ростом микробиоты, что требует более жесткого контроля качества сырья и условий хранения для предотвращения липолитической порчи мучных кондитерских изделий, глазированных кондитерской глазурью на основе жиров лауринового типа.

Дальнейшие исследования будут направлены на разработку способов контроля и предотвращения процессов липолитической порчи в многослойных кондитерских изделиях длительного хранения с учетом всех аспектов, касающихся межфазного характера липолиза.

Авторы выражают признательность коллегам: М.В. Осипову, М.А. Лаврухину, Н.А. Петровой, Е.В. Казанцеву, И.А. Беловой, Н.А. Щербакову за консультации и помощь в выполнении исследований.