Технологія кремово-збивних цукерок з використанням насіння чіа: дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: 05.18.01 – Технологія хлібопекарських продуктів, кондитерських виробів та харчових концентратів

Abstract

Дисертаційну роботу присвячено розробці та науковому обґрунтуванню технології кремово-збивних цукерок, виготовлених з частковим зменшенням сухого яєчного альбуміну, маргарину та драглеутворювача за рахунок використання насіння чіа (Salvia hispanica) у цілому та подрібненому стані. Насіння чіа використовували врожаю 2016 та 2018 р. (країна походження Болівія), постачальник ТОВ Науково-виробничий центр «Сігма». Проведено аналітичний огляд інформаційних джерел вітчизняних та іноземних авторів стосовно досвіду й перспектив удосконалення технології цукерок, проаналізовано принципи структуроутворення кремово-збивних цукеркових мас, розглянуто перспективи використання насіння чіа у технологіях харчової промисловості. Згідно з аналітичними дослідженнями встановлено, що в якості основних структуроутворювачів під час виготовлення кремово-збивних цукеркових мас використовують агар, пектин та желювальний крохмаль, що зумовило вибір цих драглеутворювачів для проведення експериментів. Дослідження показали, що до складу насіння чіа входить близько 22% біологічно-цінних білків, 33% жирів та 40% вуглеводів. Вуглеводи насіння на 67,0% представлені некрохмальними полісахаридами, розчинна фракція яких складається з розчинних геміцелюлоз, пектинових та слизових речовин. Особливістю жирнокислотного складу насіння чіа є високий вміст ПНЖК – близько 80% всіх жирів, у тому числі 63,3% кислот родини ω-3. Для насіння чіа властивий також високий вміст деяких мінеральних речовин. Зокрема, 100 г насіння містить 21% добової норми калію, 59,4% кальцію, 47,3% заліза, 38,3% цинку, 74,1% магнію, 90% фосфору, 109% – міді. Також до складу добавки входить низка вітамінів у значимій для організму людини кількості. Зокрема, споживання 100 г чіа задовольнить добову потребу людини в вітаміні Е на 20%, у тіаміні – більше ніж на 40%, фолацині – на 75%, ніацині – на 40%. Основні показники хімічного складу досліджуваного зразку добавки корелюють з результатами інших дослідників, що свідчить про стабільність складу насіння чіа різних років врожаю та різних регіонів вирощування. Встановлено, що фенольний комплекс насіння чіа представлений флавонолами (кверцетин, кверцетин-3-галактозид, рутин, кемпферол), флавонами (лютеол, лютеол-7-глюкозид), гідроксикоричними кислотами (кавова, хлорогенова, ізохлорогенові, хінна, розмаринова), гідроксибензойними кислотами (галова). Загальний вміст поліфенольних сполук в насінні чіа становить 142,2 мг/100 г в еквіваленті галової кислоти, що зумовлює його високі антиоксидантні властивості – антиоксидантна ємність добавки складає 18,06 ± 0,02 мг на 1 г сухої речовини в еквіваленті галової кислоти. Отримані дані свідчать про можливість використання насіння чіа у технологіях жировмісних виробів для пригнічення процесів псування жирів. Дослідження ферментного комплексу показало, що кисла ліпаза насіння чіа не активна, а лужна проявляє незначну активність. Активність ліпоксигенази насіння чіа знаходиться на рівні інших видів олійного насіння і становить 2,06 ммоль1 /2О/кг. Насіння чіа характеризується невисокою мікробіологічною обнасіненістю та має виражений антимікробний ефект по відношенню до плісняв, дріжджів та золотистого стафілококу. Ступінь набухання насіння чіа залежить від виду середовища (вода, розчин альбуміну, жир) та стану насіння (ціле або подрібнене). У цілого насіння чіа здатність до утримування води вище, ніж здатність до утримування розчину альбуміну або жиру в 1,87 та 17,28 рази, а у подрібненого – в 1,75 та 17,49 рази відповідно. У разі подрібнення насіння його здатність до набухання покращується незалежно від виду середовища. Також подрібненому насінню притаманна краща жироемульгувальна спроможність, але піноутворювальними властивостями воно не володіє. Зазначене дає підставу рекомендувати внесення подрібненого насіння до жировмісних харчових систем. Ціле насіння чіа покращує піноутворювальну здатність розчину сухого яєчного альбуміну та підвищує стійкість збитих білкових мас, при цьому його дозування не повинне перевищувати 50 % від маси білка. Внесення цілого насіння чіа має здійснюватися після попередньої гідратації впродовж 600 с за гідромодуля 1 : 10. За результатами проведених досліджень рекомендовано використання насіння чіа в технології кремово-збивних цукеркових мас в цілому та подрібненому стані. На стадії отримання жирового напівфабрикату доцільно використовувати подрібнене насіння чіа. При цьому рекомендовано спочатку змішувати його з маргарином, а потім емульгувати з вологовмісною сировиною. Такий спосіб внесення дозволяє максимально використовувати жироемульгувальні та жироутримувальні властивості добавки. Ціле насіння чіа доцільно вносити на стадії збивання білкової маси після попередньої гідратації. Дослідження впливу насіння чіа на якість напівфабрикатів для виготовлення кремово-збивних цукеркових мас, виготовлених на різних структуроутворювачах (агарі, пектині, модифікованому крохмалі), показали наступне. Використання цілого насіння чіа: – має зміцнювальний ефект на структуровані клейові сиропи, що є підставою для зменшення рецептурного дозування драглеутворювача; – сприяє покращенню піноутворення білкових мас під час збивання; – забезпечує зменшення усадки збитих білкових мас під час структурування; – сприяє інтенсифікації процесу структуроутворення – його тривалість у зразках з максимально досліджуваним вмістом добавки порівняно з контролем скорочується на 12,7…22,6%. Сумісне використання цілого та подрібненого насіння чіа призводить до: – несуттєвої зміни в’язкості неструктурованих кремово-збивних цукеркових мас (формування таких мас буде здійснюватися без зміни апаратурного оформлення); – незначного підвищення адгезійної міцності неструктурованих кремово збивних цукеркових мас (на 7,2…8,5% залежно від виду використаного драглеутворювача), що не є визначальним для реалізації технології; – підвищення адгезійної міцності структурованих кремово-збивних цукеркових мас, що при глазуруванні сприятиме більш ціпкому з’єднанню корпусу та глазурі; – підвищення щільності та міцності кремово-збивних цукеркових мас. Визначено оптимальне співвідношення рецептурних компонентів кремово збивних цукеркових мас на різних драглеутворювачах з додаванням цілого та подрібненого насіння чіа. Встановлено, що для мас на агарі дозування цілого насіння чіа має становити 42,8% від маси сухого яєчного альбуміну, дозування подрібненого насіння – 48,3% від маси жиру, вміст драглеутворювача – 91,0% від його рецептурної кількості у контрольному зразку. Для мас на пектині дозування зазначених компонентів має становити відповідно 44,3%; 49,5% та 95,8%, а для мас на модифікованому крохмалі – 44,9%; 53,7 та 96,2%. Розроблено три рецептури кремово-збивних цукерок з таким вмістом добавки та технологію їх виготовлення, згідно з якою ціле насіння чіа вноситься після попередньої гідратації під час збивання розчину альбуміну, а подрібнене – під час збивання маргарину зі згущеним молоком. Нові види кремово-збивних цукерок порівняно з традиційними виробами характеризуються вищим вмістом білка (у 1,6…1,9 рази), некрохмальних полісахаридів (в 3,3…6,3 рази), поліненасичених жирних кислот (на 18,2…20,8%), поліфенолів (у 21,5…23,6 рази), деяких мінеральних речовин (калію, кальцію, магнію, заліза, цинку) та вітамінів (С, Е, групи В). У кремово-збивних цукерках з насінням чіа порівняно з контрольними зразками під час зберігання суттєво уповільнюється розвиток мікроорганізмів, гальмується перебіг окиснювальних процесів та втрати вологи. За значенням комплексного показника якості кремово-збивні цукерки з насінням чіа (на агарі, пектині та модифікованому крохмалі) перевищують відповідні контрольні зразки на 26,5; 35,7 та 38,6%, що доводить соціальну ефективність нової розробки. Ціна на кремово-збивні цукерки з насінням чіа становитиме 94,5…116,55 тис. грн за 1000 кг (залежно від виду драглеутворювача), що на 10,0…53,0% нижче порівняно з аналогічними цукерками, представленими на ринку. Прибуток, що отримає підприємство при впровадженні розробленої технології, становитиме 10,87…13,44 тис. грн на 1 т. За результатами зіставлення сильних і слабких сторін розробки, загроз і можливостей ринкового середовища зроблено висновок про перспективність впровадження нової продукції у виробництво. Розроблено та затверджено у встановленому порядку технічні умови ТУ У 10.7-01566330-332:2019 «Кремово-збивні кондитерські вироби (кремово збивні цукерки з насінням чіа). Технічні умови», відповідну технологічну інструкцію та рецептури (затверджено ТОВ «Суперлакомка»). Розроблені технології впроваджено у виробничий процес підприємств м. Харкова: ТОВ «Суперлакомка», ФО-П Левенцова А. В., ФО-П Печенюк О.В., ФО-П Жирко С.О., ТОВ «Кондитерська фабрика «Солодкий світ».

The dissertation is devoted to the development and scientific substantiation of the technology of cream-whipped candies, made with partial reduction of dry egg albumin, margarine and jelly-forming agent due to the use of chia seeds (Salvia hispanica) in whole and crushed state. Chia seeds of the harvest 2016 and 2018 (country of origin Bolivia) were used, the supplier is Sigma Research and Production Center LLC. An analytical review of information sources of domestic and foreign authors regarding the experience and prospects of improving the technology of sweets is carried out. The principles of structure formation of cream-whipped candy masses are analyzed, the prospects for the use of chia seeds in food industry technologies are considered. According to analytical studies, it has been found that agar, pectin and gelling starch are used as the main structure-forming agents in the manufacture of cream-whipped candy masses. This was the reason for the choice of these gelling agents for the experiments. Studies have shown that chia seeds contain about 22% of biologically valuable proteins, 33% of fats and 40% of carbohydrates. Chia seeds carbohydrates are 67.0% represented by non-starch polysaccharides, the soluble fraction of which consists of soluble hemicelluloses, pectin and mucous substances. A feature of the fatty acid composition of chia seeds is the high content of polyunsaturated fatty acids - about 80% of all fats, including 63.3% of acids of the ω-3 family. Chia seeds also have a high content of certain minerals. In particular, 100 g of seeds contains 21% of the daily value of potassium, 59.4% calcium, 47.3% iron, 38.3% zinc, 74.1% magnesium, 90% phosphorus, 109% copper. Also, the supplement contains a number of vitamins in an amount that is significant for the human body. In particular, the consumption of 100 g of chia will satisfy the daily human need for vitamin E by 20%, in thiamine by more than 40%, folacin by 75%, and niacin by 40%. The main indicators of the chemical composition of the studied sample of the additive correlate with the results of other researchers, indicating the stability of the composition of chia seeds in different years of harvest and in different regions of cultivation. It was found that the phenolic complex of chia seeds is represented by flavonols (quercetin, quercetin-3-galactoside, rutin, kaempferol), flavones (luteol, luteol 7-glucoside), hydroxycinnamic acids (caffeic, chlorogenic, isochlorogenic, quinna, rosemary), and hydroxybenzoic acids (gallic). The total content of polyphenolic compounds in chia seeds is 142.2 mg / 100 g in gallic acid equivalent, which determines their high antioxidant properties – the antioxidant capacity of the additive is 18.06 ± 0.02 mg per 1 g of dry matter in gallic acid equivalent. The data obtained indicate the possibility of using chia seeds in technologies of fat-containing products to suppress the processes of fat deterioration. The study of the enzyme complex showed that the acidic lipase of chia seeds is inactive, while the alkaline lipase exhibits insignificant activity. The lipoxygenase activity of chia seeds is at the level of other types of oil seeds and is 2.06 mmol 1 /2О/ kg. Chia seeds are characterized by low microbiological contamination and have a significant antimicrobial effect against mold, yeast and Staphylococcus aureus. The degree of swelling of chia seeds depends on the type of medium (water, albumin solution, fat) and the condition of the seeds (whole or crushed). Whole chia seeds have a higher water retention capacity than albumin or fat solution by 1.87 and 17.28 times. In crushed seeds – by 1.75 and 17.49 times, respectively. When seeds are ground, their swelling capacity is improved regardless of the type of medium. Also, crushed seeds have a better fat emulsifying ability, but it does not have foaming properties. All of the above gives reason to recommend the introduction of crushed seeds into fat-containing food systems. Whole chia seeds improve the foaming ability of a solution of dry egg albumin and increase the stability of whipped protein masses, while its dosage should not exceed 50% by weight of protein. The application of whole chia seeds should be carried out after preliminary hydration for 600 s at a hydraulic modulus of 1 : 10. According to the results of the research, it is recommended to use chia seeds in the technology of creamy whipped candies in whole and crushed state. At the stage of obtaining a fatty semi-finished product, it is advisable to use crushed chia seeds. It is recommended to first mix it with margarine, and then emulsify with moisture containing raw materials. This method of application allows you to maximize the use of fat-emulsifying and fat-retaining properties of the additive. Whole chia seeds should be added at the stage of whipping the protein mass after pre-hydration. The study of the influence of chia seeds on the quality of semi-finished products for the manufacture of cream-whipped candy masses, made using different structure-forming agents (agar, pectin, modified starch), showed the following. Uses of whole chia seeds: - has a strengthening effect on structured adhesive syrups, this is the basis for reducing the prescription dosage of the gelling agent; - helps to improve the foaming of protein masses during whipping; - provides a reduction in shrinkage of whipped protein masses during structuring; - contributes to the intensification of the process of structure formation – its duration in the samples with the maximum investigated content of the additive compared to the control is reduced by 12.7… 22.6%. The combined use of whole and crushed chia seeds leads to: - insignificant change in the viscosity of unstructured creamy whipped candy masses (ie, the formation of such masses will be carried out without changing the hardware design); - a slight increase in the adhesive strength of unstructured cream-whipped candy masses (by 7.2…8.5% depending on the type of gelling agent used), which is not decisive for the implementation of the technology; - increase the adhesive strength of structured cream-whipped candy masses, which when glazed will contribute to a more sticky connection between the body and the glaze; - increasing the density and strength of cream-whipped candy masses. The optimal ratio of prescription components of creamy whipped candies with different gelling agents with the addition of whole and crushed chia seeds was determined. It was found that for agar masses the dosage of whole chia seeds should be 42.8% by weight of dry egg albumin, the dosage of crushed seeds – 48.3% by weight of fat, the content of gelling agent – 91.0% of its prescription amount in the control sample. For masses on pectin, the dosage of these components should be 44.3%, 49.5% and 95.8% respectively; and for masses on modified starch – 44.9%; 53.7 and 96.2%. Three formulations of cream-whipped candies with such additive content and technology of their production have been developed, according to which whole chia seeds are added after preliminary hydration during whipping of albumin solution, and crushed – during whipping of margarine with condensed milk. New types of whipped-cream candies in comparison with traditional products are characterized by a higher content of protein (1.6…1.9 times), non-starch polysaccharides (3.3…6.3 times), polyunsaturated fatty acids (18.2…20.8%), polyphenols (21.5…23.6 times), some minerals (potassium, calcium, magnesium, iron, zinc) and vitamins (C, E, group B). In cream-whipped candies with chia seeds, the development of microorganisms is significantly slowed down during storage compared to control samples. The course of oxidative processes and moisture loss is also inhibited. According to the value of the complex quality indicator, cream-whipped candies with chia seeds (with agar, pectin and modified starch) exceed the corresponding control samples by 26.5; 35.7 and 38.6%. This proves the social effectiveness of the new development. The price for cream-whipped candies with chia seeds will be 94.5…116.55 thousand UAH per 1000 kg (depending on the type of gemstone), which is 10.0…53.0% lower compared to similar candies on the market. The profit that the company will receive from the implementation of the developed technology will amount to 10.87…13.44 thousand UAH per 1 ton. Based on the results of comparing the strengths and weaknesses of development, threats and opportunities of the market environment, a conclusion was made about the prospects of introducing new products into production. Developed and approved in the prescribed manner the technical conditions of TU U 10.7-01566330-332:2019 "Cream-whipped confectionery (cream-whipped candies with chia seeds). Technical conditions", relevant technological instructions and recipes (approved by LLC" Superlakomka"). The developed technologies are introduced into the production process of Kharkiv enterprises: LLC "Superlakomka", FOP Leventsova A.V., FOP Pechenyuk O.V., FOP Zhirko S.O., LLC "Confectionery factory" Sweet World ».