Moscow, Moscow, Russian Federation
Shokoladnye konfety otnosyatsya k dorogostoyaschim konditerskim izdeliyam s vysokimi organolepticheskimi pokazatelyami. Assortiment konfet rasshiryaetsya blagodarya ispol'zovaniyu nachinok na osnove fruktovogo syr'ya. V processe hraneniya takie izdeliya podverzheny processam vlagoperenosa, kotorye obuslovleny sostavom nachinki, usloviyami hraneniya i upakovochnyh materialov. Cel' issledovaniy – vyyavlenie zakonomernostey processov vlagoperenosa shokoladnyh konfet s fruktovoy nachinkoy. Dostizhenie postavlennoy celi vozmozhno pri obosnovanii matematicheskogo opisaniya processov vlagoperenosa, chto pozvolyaet prognozirovat' sohrannost' izdeliy. Ob'ekty issledovaniya – obrazcy shokoladnyh konfet s fruktovymi nachinkami na osnove pyure iz yablok, soderzhaschie modificirovannye krahmaly. Konfety byli upakovany v biaksial'no-orientirovannye polimernye plenki (BORR) razlichnoy tolschiny i pomeschalis' na hranenie pri temperature 18 i 28 °S. Obosnovany matematicheskie uravneniya izmeneniya massovoy doli vlagi obrazcov shokoladnyh konfet s fruktovoy nachinkoy ot prodolzhitel'nosti hraneniya pri razlichnyh temperaturah. Takie plenki naibolee chasto ispol'zuyutsya dlya upakovki obrazcov shokoladnyh konfet s fruktovoy nachinkoy, izgotovlennoy s ispol'zovaniem eterificirovannogo kartofel'nogo krahmala E1412, upakovannyh v BORR plenku tolschinoy 40 mkm. Posle 14 nedel' hraneniya pri temperature 28 °S ustanovleno naimen'shee snizhenie massovoy doli vlagi. Eto obuslovleno naibol'shey vlagouderzhivayuschey sposobnost'yu dannogo krahmala v sostave fruktovyh nachinok otnositel'no drugih modifikaciy. Naibol'shie poteri vlagi vyyavleny dlya obrazcov konfet, upakovannyh v BORR plenku tolschinoy 20 mkm. Obosnovannye matematicheskie zavisimosti pozvolyayut prognozirovat' poteri vlagi konfet v processe hraneniya pri razlichnyh temperaturah dlya obosnovaniya sroka godnosti.
packaging materials, polypropylene, chocolate products, fruit fillings, modified starches, moisture transfer processes, storage
Введение. Пищевая упаковка является важнейшей составляющей современной кондитерской промышленности, обеспечивающей сохранение высоких органолептических показателей качества шоколадных кондитерских изделий, включая конфеты с фруктовыми начинками, и гарантирует их безопасность в течение всего срока годности [1].
Влияние свойств упаковочных материалов на качество пищевой продукции при хранении отражено в исследованиях российских ученых [2–4].
Упаковочные материалы для шоколадных кондитерских изделий выполняют четыре основные задачи: защиту и сохранение, обеспечение формы, удобство использования, а также визуальную коммуникацию и маркетинг [5]. Так, барьерные свойства упаковочных материалов позволяют оградить конфеты с фруктовыми начинками от паров влаги, микробиологической порчи, источников прямого света, избыточного тепла, прямого воздействия кислорода воздуха, посторонних запахов, пыли и т. д. [6, 7].
С целью повышения эффективности использования и оптимизации логистики упаковочным материалам придают заданные форму и размеры для обеспечения упаковывания и дальнейшего хранения конфет в торговой сети [8].
Производители кондитерской продукции могут получать обратную реакцию от потребителей с помощью вынесенной информации о перечне ингредиентов, пищевой ценности изделий, инструкции по сочетанию с другими продуктами и логотипа бренда.
Особенности современной упаковочных материалов адаптированы к образу жизни потребителя; экономят время, облегчают многоразовое использование (легкое открывание, повторное закрывание) [9–11].
Определяющими факторами использования упаковочных материалов являются барьерные свойства, механическая прочность на боковой разрыв, способность к термосварке. Например, применение фольги из алюминия толщиной от 2 до 100 мкм ограничено вследствие высокого риска процесса диффузии молекул воды, газа и других летучих веществ в корпус и начинку конфет через области перекрытия и зазоры [12]. Производители также применяют упаковочные материалы на основе целлюлозы [13].
В настоящее время востребованы следующие виды полимерных пленок: высокобарьерные, с низкими адгезионными свойствами, термоусадочные и др. Достоинства полипропиленовых пленок – в экономичности, функциональности, универсальности, малом весе, пластичности, гибкости (табл.) [14, 15].
Свойства упаковочных полимерных материалов,
используемых для упаковки шоколадных кондитерских изделий
|
Наименование, химическая формула |
Барьерная защита |
Физико-химические свойства |
Примене-ние |
||
|
Кислород |
Влага |
Свет |
|||
|
Полипропилен (BOPP, CPP, SF) / (C3H6)n |
Низкая |
Высокая |
Низкая |
Прочен, устойчив к жирам и химическим веществам, средней жесткости, стоек от –0 до +120 °C |
Коррексы, подложки, пакеты, пленки |
|
Полиэтилен низкой плотности (LDPE) / (C2Н4)n |
Очень низкая |
Высокая |
Низкая |
Прочен, гибок, устойчив к жирам и химическим веществам, стоек от –50 до +80 °C |
Подложки, пакеты, пленки |
|
Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) / (C2Н4)n |
Очень низкая |
Высокая |
Низкая |
Прочен, обладает растяжимостью, устойчив к жирам и химическим веществам, средней жесткости, стоек от –30 до +100 °C |
Подложки, пакеты, пленки |
|
Полиэтилен высокой плотности (НDPE) / (C2Н4)n |
Очень низкая |
Очень высокая |
Низкая |
Прочен, высокой жесткости, устойчив к жирам и химическим веществам, прост в обработке и формовке от –40 до +120 °C |
Коррексы, подложки, пакеты, пленки |
|
Полиэтилентерефталат (РЕТ) / (C10H8O4)n |
Высокая |
Высокая |
Низкая |
Прочен, высокой жесткости, устойчив к жирам и химическим веществам от −60 до +200 °C |
Коррексы, блистеры, пленки, пакеты и обертка |
Использование полипропиленовых пленок c различной проницаемостью паров воды позволило заменить другие традиционные упаковочные материалы, такие как стекло, алюминий, жесть, которые составляли более 35 % упаковочных материалов для пищевых продуктов. Экономическая эффективность использования полимерной упаковки повысилась благодаря развитию технологий переработки для повторного и многоразового использования. Так, для РЕТ, НDPE, LDPE/LLDPE, полипропилена индекс переработки (количество раз переработки) равен 1, 2, 4, 5 соответственно [15].
Шоколадные конфеты с фруктовой начинкой относятся к сложным кондитерским изделиям, состоящим из двух полуфабрикатов; шоколадного корпуса и начинки на основе структурообразователя и продуктов переработки фруктов. Фруктовые начинки перед использованием подвергают пастеризации при температуре менее 100 °С [16]. Шоколадный корпус содержит более 30 % жира и менее подвержен процессам поглощения или потери влаги по сравнению с фруктовой начинкой. При этом в хранении поверхность конфет может изменять цвет от бледновато-серого до серого в результате перепадов влажности окружающей среды, ускорения процессов миграции влаги, ее конденсации на поверхности, что может приводить к появлению браковочного признака [17, 18].
Ранее исследовано влияние температуры и длительности хранения на текстуру и органолептические характеристики плиток темного и молочного шоколада с начинкой. Установлено, что температуры 6 и 12 °С наиболее целесообразны для стабильного хранения шоколада. Выдерживание образцов шоколада при 24 °С в течение 24 ч сразу после его производства позволило повысить устойчивость образцов к жировому поседению, несмотря на снижение органолептических характеристик в начале периода хранения [19].
Таким образом, исследования сохранности шоколадных конфет с начинками, упакованных в полимерные пленки (BOРР) различной толщины, являются актуальными.
Цель исследования – выявление закономерностей процессов влагопереноса шоколадных конфет с фруктовой начинкой.
Объекты и методы. Объектами исследования являлись образцы шоколадных конфет с фруктовыми начинками, выработанными в условиях лаборатории на основе пюре из яблок с использованием модифицированных крахмалов, полученных методом «сшивания» молекул нативного крахмала с последующей этерификацией: Е1412 (дикрахмалфосфат этерифицированный триметафосфатом натрия) кукурузного и картофельного; Е1442 (гидроксипропилдикрахмалфосфат этерифицированный пропиленоксидом) кукурузного и контрольного образца без крахмала (рис. 1).
Рис. 1. Выработанные шоколадные конфеты с фруктовыми начинками
Соотношение шоколада и начинки по массе составило 46 : 54. Массовая доля сухого остатка какао в шоколадной массе составила 19,7 %, масла какао – 34,4 %. В качестве упаковочных материалов исследовали образцы биаксиально-ориентированной полипропиленовой пленки (BOРР) плотностью 0,91 г/см3 с толщиной 20, 30, 40 мкм, проницаемостью паров воды 340 см3·см/м2·сут·атм и энергией активации проницаемости 41–42 кДж/моль, в которые были упакованы образцы шоколадных конфет с фруктовой начинкой.
Образцы помещали на хранение в климатическую камеру Climacell 404 (Чехия) при температурах 18 и 28 ºС и относительной влажности воздуха 40 %.
Массовая доля влаги определена по ГОСТ 5900-2014 «Изделия кондитерские. Методы определения массовой доли влаги и сухих веществ».
Математическая обработка экспериментальных данных проведена с помощью программы MS Excel.
Результаты и их обсуждение. Достижение поставленной цели возможно при обосновании математического описания процессов влагопереноса, что позволяет прогнозировать сохранность изделий. Для этого проведены исследования содержания массовой доли влаги контрольных образцов шоколадных конфет с фруктовой начинкой, изготовленных на основе яблочного пюре, упакованных в полипропиленовую пленку толщиной 20, 30 и 40 мкм, в процессе хранения при температуре 18 ºС (рис. 2).
Рис. 2. Потери массовой доли влаги шоколадными конфетами с фруктовой начинкой,
не содержащей крахмал, в процессе хранения
Установлено, что использование BOРР пленки толщиной 30 мкм позволяет удерживать 91,4 % общей влаги в исследуемых образцах на протяжении 14 недель хранения.
Обоснованы математические уравнения изменения массовой доли влаги, %, контрольных образцов шоколадных конфет с фруктовой начинкой от продолжительности хранения (τ, нед.): 20 мкм – W = –0,09 τ2 + 14,2; 30 мкм – W = –0,06 τ2 + 13,6; 40 мкм – W = –0,05 τ2 + 13,2.
Показано, что оптимальные потери массовой доли влаги шоколадных конфет на протяжении всего исследованного периода хранения обеспечивались применением BOРР пленки толщиной 30 мкм и температурой хранения 18 °С.
При повышении температуры скорость процессов влагопереноса увеличивается, что приводит к уменьшению срока годности изделий. Для уменьшения скорости процессов влагопереноса используют различные пищевые влагоудерживающие добавки, в том числе модифицированные крахмалы.
Нами изучено влияние таких крахмалов в составе фруктовых начинок на сохранность шоколадных конфет, упакованных в BOРР пленку с различной толщиной. Ранее показан процесс влагопереноса в образцах конфет с начинками, содержащими модифицированные крахмалы, в процессе хранения при температуре 18 °С [20]. Поэтому следующим этапом исследований была оценка качества конфет с начинками, содержащих модифицированные крахмалы и упакованных в BOРР пленку с различной толщиной, при температуре 28 °С (рис. 3–5).
Рис. 3. Потери массовой доли влаги шоколадными конфетами с фруктовой начинкой,
упакованных в BOРР пленку толщиной 20 мкм
Обоснованы математические уравнения изменения массовой доли влаги, %, образцов шоколадных конфет с фруктовой начинкой от продолжительности хранения (τ, нед.):
Контроль: W = –0,49 τ + 14,9;
Е1412 (кукурузный): W = –0,99 τ + 13,8;
Е1442 (кукурузный): W = –0,53 τ + 13,8;
Е1412 (картофельный): W = –0,16 τ + 12,1.
Выявленные закономерности согласуются с ранее полученными результатами [21]. Таким образом, возможен прогноз массовой доли влаги изделий при хранении.
Исследованы свойства крахмалов на скорость процессов влагопереноса в условиях хранения конфет, упакованных в пленку 30 мкм (рис. 4).
Рис. 4. Потери массовой доли влаги шоколадными конфетами с фруктовой начинкой
Обоснованы математические уравнения изменения массовой доли влаги (%) образцов шоколадных конфет с фруктовой начинкой от продолжительности хранения (τ, нед.):
Контроль: W = –0,30 τ + 14,6;
Е1412 (кукурузный): W = –0,12 τ + 14,0;
Е1442 (кукурузный): W = –0,36 τ + 13,4;
Е1412 (картофельный): W = –0,09 τ + 11,9.
При увеличении толщины упаковочной пленки до 40 мкм скорость процессов влагопереноса существенно уменьшается (рис. 5).
Рис. 5. Потери массовой доли влаги шоколадными конфетами с фруктовой начинкой
на основе модифицированных крахмалов, упакованных в РР пленку 40 мкм
Обоснованы математические уравнения зависимости массовой доли влаги образцов шоколадных конфет с фруктовой начинкой от длительности хранения (τ, нед.):
Контроль: W = –0,11 τ + 13,3;
Е1412 (кукурузный): W = –0,07 τ + 12,8;
Е1442 (кукурузный): W = –0,16 τ + 13,1;
Е1412 (картофельный): W = –0,01 τ + 12,1.
Для образцов шоколадных конфет с фруктовой начинкой, изготовленных с использованием модифицированного картофельного крахмала Е1412 и упакованных в РР пленку толщиной 40 мкм, установлено наименьшее снижение массовой доли влаги – 5,8 %. Коэффициенты уравнений характеризуют угол наклона графиков.
Наименьший угол наклона на рисунке 5
выявлен для конфет с фруктовой начинкой с Е1412 (картофельный), что обусловлено наибольшей влагоудерживающей способностью среди исследованных образцов. Для образцов, упакованных в пленку толщиной 20 и 30 мкм, потери влаги составили 9,6 и 9,9 % соответственно.
Заключение. Показано, что использование модифицированных крахмалов в составе шоколадных конфет с фруктовыми начинками, а также увеличение толщины упаковочных BOPP пленок от 20 до 40 мкм позволяют существенно уменьшить скорость процессов влагопереноса при хранении, в том числе в условиях повышенной температуры, в результате чего срок годности таких изделий увеличивается в 2–3 раза.
Обоснованные математические зависимости позволяют прогнозировать потери влаги в процессе хранения изделий при повышенных температурах для установления их срока годности.
1. An overview of the intelligent packaging technologies in the food sector / M. Ghaani [et al.] // Trends Food Sci. Technol. 2016. Vol. 51. P. 1–11. DOI:https://doi.org/10.1016/j.tifs.2016.02.008.
2. Davydov I.B. Osobennosti upakovki razlichnyh vidov shtuchnyh pischevyh produktov // Izvestiya TulGU. Tehnicheskie nauki. 2018. № 9. S. 438–446.
3. Vas'kina V.A., Babarykina S.V., Panchen-ko Yu.Yu. Uvelichenie sroka godnosti i kachestva konfet s fruktovo-gril'yazhnym korpusom // Konditerskoe i hlebopekarnoe proizvodstvo. 2018. № 3-4. S. 19–22.
4. Myalenko D.M. Sovremennye biorazlagaemye materialy s uskorennoj degradaciej dlya molochnoj i pischevoj produkcii (predmetnyj obzor) // Pischevye sistemy. 2023. № 6 (1). S. 11–21. DOI:https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-1-11-21.
5. Smart packaging systems for food applications: a review / K.B. Biji [et al.] // J. Food Sci. Technol. 2015. Vol. 52. P. 6125–6135. DOI:https://doi.org/10.1007/s13197-015-1766-7.
6. Intelligent food packaging: the next generation / M. Vanderroost [et al.] // Trends Food Sci. Technol. 2014. Vol. 39. P. 47–62. DOI:https://doi.org/10.1016/j.tifs.2014.06.009.
7. Gaikwad K.K., Singh S., Ajji A. Moisture absorbers for food packaging applications // Environ. Chem. Lett. 2019. Vol. 17. P. 609–628. DOI:https://doi.org/10.1007/s10311-018-0810-z.
8. Yam K.L., Lee D.S. Emerging Food Packaging Technologies: Principles and Practice. Cambridge: Elsevier, 2012. 482 p.
9. Intelligent packaging systems: sensors and nanosensors to monitor food quality and safety / G. Fuertes [et al.] // Journal of Sensors. 2016. P. 1–8. DOI:https://doi.org/10.1155/2016/4046061.
10. Current topics in active and intelligent food packaging for preservation of fresh foods / S.Y. Lee [et al.] // J. Sci. Food Agric. 2015. Vol. 95. P. 2799–2810. DOI:https://doi.org/10.1002/jsfa.72188.
11. Lee S.J., Rahman A.T.M. “Intelligent packa-ging for food products”, in Innovations in Food Packaging. London: Elsevier, 2014. P. 171–209.
12. Robertson G.L. Food Packaging: Principles and Practice, 3rd ed. Florida, CRC Press: Boca Raton, 2013. 736 p.
13. Soroka W. Fundamentals of Packaging Technology, 5th ed.; Institute of Packaging Professional. Herndon, WV: 2014. 600 p.
14. Recyclability and Redesign Challenges in Multilayer Flexible Food Packaging – A Review / A.S. Bauer [et al.] // Foods. 2021. Vol. 10. P. 2702. DOI:https://doi.org/10.3390/foods10112702.
15. Improvement of Water Vapor Permeability in Polypropylene Composite Films by the Sy-nergy of Carbon Nanotubes and β-Nucleating Agents / G.A. Visvini [et al.] // Polymers. 2023. Vol. 15(22). P. 4432. DOI:https://doi.org/10.3390/polym 15224432.
16. Pokudina G.P., Trishkaneva M.V., Volkova R.A. Development of pasterization modes for high-sugar cans in continuous acting pasteurizers // Food systems. 2019. 2(4). P. 48–52. DOI:https://doi.org/10.21323/2618-9771-2019-2-4-48-52.
17. Stability of milk chocolate with hygroscopic fibers during storage / A.B. Verde [et al.] // LWT. 2020. Vol. 137. P. 110477. DOI:https://doi.org/10.1016/j.lwt. 2020.110477.
18. Subramaniam P., Wareing P. The Stability and Shelf Life of Confectionery Products. In Stability and Shelf Life of Food, 2nd ed. Cambridge: Elsevier Science & Technology, 2016. 612 p.
19. Texture, color, and sensory changes occurring in chocolate bars with filling during storage / L. Hřivna [et al.] // Food Science & Nutrition. 2021. Vol. 9(9). P. 4863–4873. DOI: 10.1002/ fsn3.2434.
20. Kondrat'ev N.B., Kazancev E.V. Sohrannost' shokoladnyh konditerskih izdelij s fruktovoj nachinkoj s modificirovannymi krahmalami // Pischevaya promyshlennost'. 2023. № 9. S. 34–38. DOI: 10.52653/ PPI.2023.9.9.005.
21. Kondrat'ev N.B., Kazancev E.V. Izmenenie kachestva konditerskih izdelij s fruktovoj nachinkoj v processe hraneniya // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Pischevaya teh-nologiya. 2023. № 5-6 (394). S. 77–81. DOI:https://doi.org/10.26297/0579-3009.2023.5-6.12.
