CC BY
1
УДК 664.681.2:685.2 DOI 10.24412/2311-6447-2024-4-32-39
Использование мультисенсорной системы «электронный нос» для определения аромата безглютенового
бисквита с добавлением кэроба
Using the «electronic nose» multisensory system to determine the arom of gluten-free biscuit with the added carob
Студент С.С. Зюзина, аспирант М.Д. Щелкова, доцент Г.Е. Рысмухамбетова, Саратовский государственный университет генетики, биотехнологии и инженерии им. Н.И. Вавилова, кафедра технологии продуктов питания, тел. 8-906-314-48-99 Sonzyuzina@yandex. ru
профессор Т.А. Кучменко, доцент Р.У. Умарханов Воронежский государственный университет инженерных технологий, кафедра физической и аналитической химии, тел. 8 (473)255-07-62 [email protected]
Student S.S Zyuzina, Undergraduate student M.D. Shchelkova, Associate Professor G.E. Rysmukhambetova,
Saratov State University of Genetics, Biotechnology and Engineering named after N.I. Vavilov, chair of
Food Technology, tel. 8-906-314-48-99
Professor T.A. Kuchmenko, Associate Professor R.U. Umarkhanov Voronezh State University of Engineering Technologies, chair of Physical and Analytical Chemistry, tel. 8 (473)255-07-62 [email protected]
Аннотация. Приводятся данные по сравнению ароматов выпеченных безглютеновых бисквитов с контрольным образцом из пшеничной муки. Опытные образцы из безглютеновой композитной смеси кукурузной, кокосовой муки и порошка рожкового дерева (образец 4 - в соотношении 60:22:18; образец 1 - 60:10:30). Инструментальная оценка запаха изделий была проведена в лаборатории современных методов анализа ВГУИТ и ООО «СНТ» на лабораторном анализаторе запахов «МАГ-8» с методологией «электронный нос» в режиме инжекторного ввода равновесной газовой фазы (РГФ). Установлено, что наибольшее содержание в РГФ над пробами бисквитов имеют полярные органические соединения, среди которых влага, спирты, кетоны, амины. Согласно проведенным исследованиям, контроль по химическому составу и содержанию отдельных фракций соединений отличается от образца 4 и 1. Максимально идентичны РГФ над пробами контроль и образец 1. По сочетанию разных классов соединений в РГФ образец 1 наиболее отличим по сравнению с контролем. Таким образом, изменение рецептуры изменяет качественный состав проб запаха бисквитов, в большей степени для образца 1. Летучие фракции опытных образцов пробы 4 и 1 совпадали на 98,7 и 91,6 % относительно контрольного образца соответственно и незначительно отклонялись. По совокупности всех данных можно сделать вывод о том, что наиболее оптимальным сочетанием композитной смеси по сформированному аромату является образец 4 с соотношением 60:22:18.
Abstract. This article provides data on the comparison of flavors of baked gluten-free biscuits with wheat flour control. Prototypes from a gluten-free composite mixture of corn, coconut flour and carob powder (sample 4 - in a ratio of 60:22:18; sample № 1 -60:10:30). The instrumental assessment of the smell of the products was carried out in the laboratory of modern methods of analysis of VGUIT and LLC "SNT" on the laboratory odor analyzer "MAG-8" with the methodology "electronic nose" in the mode of injection of the equilibrium gas phase (RGF). It was found that polar organic compounds, including moisture, alcohols, ketones, and amines, have the highest content in RGF above biscuit samples. According to the conducted studies, the control of the chemical composition and content of individual fractions of compounds differs from samples 4 and 1. The control and sample 1 are as identical as possible to the RGF over the samples. According to the
© С.С. Зюзина, М.Д. Щелкова, Г.Е. Рысмухамбетова, Т.А. Кучменко, Р.У. Умарханов, 2024
combination of different classes of compounds in the RGF, sample 1 is the most distinguishable compared to the control. Thus, a change in the formulation changes the qualitative composition of the biscuit odor samples, to a greater extent for sample 1. The volatile fractions of the prototypes of samples 4 and 1 coincided by 98,7 and 91,6 % relative to the control sample, respectively, and were slightly deviated. Based on the totality of all the data, it can be concluded that the most optimal combination of the composite mixture for the formed flavor is sample 4 with a ratio of 60:22:18.
Ключевые слова: ароматобразующие вещества, летучие органические соединения, «электронный нос», целиакия, диетическое питание, кокосовая мука, порошок рожкового дерева (кэроб), кукурузная мука, бисквит, глютеновая энтеропатия
Keywords: flavoring agents, volatile organic compounds, electronic nose, celiac disease, diet food, coconut flour, buckwheat flour, corn flour, biscuit, gluten enteropathy
Запах формируется комплексом летучих органических соединений и является одним из основных показателей качества пищевых продуктов. Например, около 70 % потребителей оценивают по запаху такие качества, как свежесть [5, 6]. Известно, что аромат изделия подразумевает дополнительную эмоциональную характеристику, а проблемой существующих безглютеновых изделий является отличие по ор-ганолептическим показателям от продуктов из пшеничной муки [4]. В России традиционно употребляют продукцию из глютен-содержащих злаковых (пшеница, рожь, ячмень, овес). У населения сформировались определенные обонятельные предпочтения, от которых человеку сложно абстрагироваться. Согласно литературным данным, многие легколетучие вещества имеют малую молекулярную массу и не различимы для восприятия человеческим носом. При этом необходимо учитывать, что способность человека обнаруживать запахи зависит от таких факторов, как обонятельная усталость, восприимчивость и условия окружающей среды [5]. Поэтому актуальным является при выборе безглютеновых компонентов оценивать аромат готовых изделий, опираясь не только на органолептические показатели, но и на существующие инструментальные, т.к. первые являются субъективными, а вторые объективными и демонстрируют степень приближенности к контрольному изделию из пшеничной муки.
Для людей с диагнозом «целиакия» создают продукты, не содержащие глютен, но в последнее время существуют и другие заболевания, связанные с непереносимостью пшеничной муки или пищевой и респираторной аллергией и чувствительностью к глютену. Несмотря на то, что количество продуктов с надписью «gluten free» занимает все больше места в торговопроводящих сетях, лишь часть из них соответствует критериям качества и безопасности [10].
Цель работы - изучить ароматы исследуемых образцов безглютенового бисквита с добавлением кэроба с помощью мультисенсорной системы «электронный нос». Задачи исследования:
- определение откликов сенсоров (Гц) и площади поверхности «визуального отпечатка» сигналов сенсоров в РГФ над пробой контрольного образца из пшеничной муки;
- определение откликов сенсоров (Гц) и площади поверхности «визуального отпечатка» сигналов сенсоров в РГФ над пробой опытного образца 4;
- определение откликов сенсоров (Гц) и площади поверхности «визуального отпечатка» сигналов сенсоров в РГФ над пробой опытного образца 1;
- сравнение «визуальных отпечатков» максимальных сигналов сенсоров в РГФ над пробами опытных образцов с контролем.
В качестве контроля был взят бисквит, приготовленный по технологии бисквита «Прага» [9]. Отбор проб для органолептического анализа проводили по ГОСТ 31986-2012 Услуги общественного питания. Метод органолептической оценки качества продукции общественного питания [2]. Исследование проводилось в лаборатории современных методов анализа ВГУИТ и ООО «СНТ» на лабораторном анализаторе запахов «МАГ-8» с методологией «электронный нос» (производство Россия) [7, 8].
Ранее был разработан полуфабрикат бисквитного изделия для безглютеновой диеты, содержащий растительный жир и состоящий из кокосовой, гречневой и кукурузной муки в соотношении 8:25:67 с добавлением кокосового масла [11]. В ходе исследований были внесены изменения с целью улучшения органолептических характеристик продукта [3]. Гречневую муку заменили порошком рожкового дерева для более насыщенного вкуса и цвета, корректировали соотношение композитной смеси и уменьшили количество кокосового масла. Подбор соотношения композитных смесей производили с учетом содержания кэроба и кокосовой муки. Кэроб как загуститель обладает способностью связывать воду и разбухать из-за наличия в нем полисахарида галактоманнана, что при добавлении в тесто в больших количествах может привести к сильному загущению [1, 12]. Кроме того, в результате проведенной работы было отмечено, что кокосовая мука имеет ярко выраженный вкус и аромат, который может доминировать в бисквите, если использовать ее в излишне больших количествах. Поэтому при разработке рецептуры следует учитывать это и добавлять кокосовую муку в ограниченном количестве, чтобы сохранить баланс вкуса и аромата готового изделия.
(60:10:30) (60:14:26) (60:18:22) (60:22:18) (60:26:14)
Рис. 1. Органолептическая оценка исследуемъх образцов бисквита
Как видно из данных рис. 1, образцы 1 и 2 имели низкие баллы, поскольку обладали плотной консистенцией и горьковатым вкусом. Также отмечается, что форма бисквитов не восстанавливалась после нажатия. Это связано с особенностями вкусовых и текстурных характеристик муки рожкового дерева (кэроба), а именно его связующих свойств. В то же время образец 3 обладал низкими баллами из-за незначительных неровностей на поверхности, а запах и вкус изделий оставался горьковатым.
Образец 4 был наилучшим, поскольку обладал мягким, умеренно сладким вкусом и приятным ароматом, свойственным бисквиту, с легким привкусом входящих компонентов. Также готовый бисквит при нажатии восстанавливал форму. Образец 5 отличался рыхлой консистенцией, с крупинками кокосовой муки и склонностью к крошению из-за большого содержания кокосовой муки.
В результате внесенных компонентных изменений, а именно кэроба улучшились органолептические характеристики бисквита, придав приятный шоколадный цвет, вкус и аромат. Кэроб по своим свойствам напоминает шоколад, что может быть привлекательным для потребителей. Кокосовая мука, в свою очередь, добавляет свой характерный вкус и аромат, что также способствует улучшению вкусовых качеств продукта.
В ходе эксперимента были применены сенсоры на основе пьезокварцевых резонаторов ОАВ-типа с базовой частотой колебаний 10,0-14,0 МГц с различными пленочными и наноструктурированными сорбентами на электродах для анализа легколетучих соединений (ЛЛС) в газовой фазе над изделиями [8]. Это инновационный подход, который позволяет установить различия в составе и содержании легколетучих
34
соединений. Анализ первичной информации от сенсоров и количественного интегрального сигнала «электронного носа» является полезным инструментом для контроля качества и безопасности продукции. Эксперименты и исследования такого рода помогают не только улучшить продукт, но и обеспечить его соответствие стандартам качества и безопасности, что важно для производства пищевых продуктов.
Для установления различий в составе и содержании ЛЛС в РГФ над мучными кондитерскими изделиями сравнили площади поверхности «визуального отпечатка» максимальных откликов (табл. 1).
Таблица 1
Отклики сенсоров (Гц) и площадь поверхности «визуального отпечатка» сигналов сенсоров в РГФ над пробами
Проба Б1 -ПВП Б2 -ПДЭГС Б3 -18К6 Б4 -ПЭГ-2000 Б5 -ТХ100 Б6 -ПЭГА Б7 -Тшп Б8 -ТОФО SE, Гц.с
Контроль «Прага» 102 3 17 14 34 17 12 28 1783
Образец 4 94 1 16 13 24 18 10 22 1566
Образец 1 95 2 22 14 28 18 18 28 1741
Примечание: S1 - поливинилпирролидон (ПВП), S2 - полиэтиленгликоль сукцинат (ПДЭГС), Б3 - дициклогексан (18-Краун-6, ДЦГ18К6)^4 - полиэтиленгликоль (ПЭГ-2000, ПЭГ-2000), Б5 - тритон (Х-100, ТХ100), S6 - полиэтиленгликоль адипинат (ПЭГА), S7 - твин-40 (Т"^ееп), Б8 - триоктилфосфиноксид (ТОФО).
Для установления различий в составе легколетучей фракции запаха был использован анализ общего содержания легколетучих компонентов в РГФ над пробами. На рис. 2 по круговой оси указан номер сенсора в массиве, а по вертикали - максимальный отклик сенсоров при измерении (Д^шах, Гц). Форма фигуры «визуального отпечатка» откликов сенсоров позволила выявить различия в химическом составе равновесной газовой фазы над пробами в группах, изготовленных по измененной рецептуре и по стандарту.
Изменения в количественном составе воздуха над пробами всех видов были прослежены по относительному содержанию основных классов легколетучих соединений. Это позволяет более детально изучить химический состав проб и сравнить их между собой. Метод нормировки, примененный для оценки относительного содержания основных классов легколетучих соединений, предоставляет количественные данные о различиях между пробами (табл. 2). Такой подход позволяет более точно определить, какие конкретные классы соединений преобладают в каждой из проб и какие изменения произошли в результате изменения рецептуры.
Таблица 2
Относительное содержание компонентов в пробах _
Проба Б1 - ПВП Б2 -ПДЭГС Б3 -18К6 Б4 - ПЭГ 2000 Б5 -ТХ100 Б6 -ПЭГА Б7 -Тшп Б8 -ТОФО
Вода свободная, полярные соед. Амины О-со-держащие со-единения Спирты, кетоны Полярные Кислоты, кетоны Кислоты Ароматические соединения
Контроль «Прага» 44,93 1,32 7,49 6,17 14,98 7,49 5,29 12,33
Образец 4 (лучший) 47,47 0,51 8,08 6,57 12,12 9,09 5,05 11,11
Образец 1 42,22 0,89 9,78 6,22 12,44 8,00 8,00 12,44
Рис. 2. «Визуальные отпечатки» максимальных сигналов сенсоров в РГФ над пробами
Установлено, что наибольшее содержание в РГФ над пробами бисквитов имеют полярные органические соединения, среди которых влага, спирты, кетоны, амины. Согласно проведенным исследованиям, контроль по химическому составу и содержанию отдельных фракций соединений отличается от образца 4 и 1. Среди проб экспериментальных образцов бисквитов различия больше. Идентичны максимально РГФ над пробами контроль и образец 1. Различия в количественном составе контроля и образца 1 незначительны, поэтому можно предполагать близкие сенсорные ощущения дегустаторов для этих проб. Образец 4 имеет иные оценки выраженности дескрипторов при органолептической оценке. Технологические свойства готовых изделий с высокой вероятностью различаться не будут.
Для оценки близости качественного состава РГФ над изделием были использованы кольцевые диаграммы их параметров. На рис. 3 виден набор качественных параметров для проб, где сравнивалась их идентичность с контролем из пшеничной муки. От стрелки вправо отмечены параметры из табл. 2 и 3.
Рис. 3. Кольцевая диаграмма качественных параметров «электронного носа» для проб бисквитов: кольцо контроль «Прага»> - 1; с добавлением порошка рожкового дерева, кокосовой и кукурузной муки 30:10:60 (кольцо 2) и 18:22:60 (кольцо 3).
Таблица 3
Проба Показатель стабильности аромата
ПЭГС/П ВП ДЦГ 18К6/ ПВП ПЭГ-2000/ ПЭГС ПЭГС/П ЭГСб ПЭГСб/Д ЦГ 18 К6 ТХ-100/ ПВП ДЦГ18 К6/ ПЭГС ПЭГСб/ПЭ Г-2000
I II III IV V VI VII VIII
Контроль «Прага» 0,12 0,17 0,33 0,71 1,0 0,27 1,4 0,5
Образец 4 0,11 0,17 0,26 0,56 1,13 0,23 1,60 0,75
Образец 1 0,19* 0,23 0,29 1,00 0,82 0,29 1,22 0,64
Значимыми являются различия между параметрами в 0,03 ед, заметными - в 3х0,03 = = 0,1 ед. *Выделены параметры, значимо отличающиеся для проб по сравнению с пробой-контролем.
Из представленных данных табл. 3 образец 1 наиболее отличим по сочетанию разных классов соединений РГФ по сравнению с контролем. В образце 1 больше аминов, кислот, их соотношение в образце отличается от контроля и образца 4. При этом в образце 4 меньше спиртов, аминов, специфических соединений, также отличаются несколько соотношения других классов соединений. Общее содержание 50 % соединений в образце 4 занижено.
По совокупности всех данных можно сделать вывод о том, что изменение рецептуры сказывается на качественном составе проб запаха бисквитов в большей степени для образца 1. Но по интенсивности запах обеднен для образца 1. В заключение отметим, что образцы 4 и 1 незначительно отличаются от контроля.
Таким образом, в результате проведенных анализов выяснили, что наиболее оптимальным сочетанием многокомпонентной муки по сформированному аромату является образец 4 с соотношением 60:22:18 с добавлением смеси порошка рожкового дерева, кокосовой и кукурузной муки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Азимова, Л.Б. Выделение и изучение физико-химических свойств галакто-маннанов из растительного сырья / Л.Б. Азимова, Н.С. Нормахаматов, С.Б. Хайтме-това [и др.] - Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/vydelenie-i-izuchenie-fiziko-himicheskih-svoystv-galaktomannanov-iz-rastitelnogo-syrya/viewer. - Текст: электронный.
2. ГОСТ 31986-2012 Услуги общественного питания. Метод органолептической оценки качества продукции общественного питания. - Москва, 2012. - Текст: непосредственный.
3. Патент РФ 2792091 Безглютеновый бисквит с добавлением кэроба / Дома-хина, М.Д., Зюзина С.С., Рысмухамбетова Г.Е. [и др.]; заявл. 21.04.2022 : опубл. 16.03.2023. - Текст: непосредственный.
4. Иванова, С.В. Влияние запаха на физиологические, эмоциональные и когнитивные аспекты здоровья человека в экспериментальных условиях (обзор литературы) / С.В. Иванова, С.А. Сковронская, М.Е. Гошин [и др.]. - Текст: непосредственный // Гигиена и санитария. - 2020. Т. 99. - № 12. - С. 1370-1375.
5. Козырев, И.А. Мультисенсорная система «Электронный нос» для определения качества мясных продуктов в процессе хранения / И.А. Козырев, Д.С. Батаева, В.В. Насонова. - Текст: непосредственный // Пищевые системы. - 2021. Т. 4. -№ 3S. - С. 142-147.
6. Кузнецова, Н. Ароматное преимущество - Режим доступа: https://www.retail.ru/articles/aromatnoe-preimushchestvo. - Текст: электронный.
7. Кучменко, Т.А. Взгляд на последние достижения в области пьезоэлектрических химических сенсоров для мониторинга окружающей среды и анализа пищевых продуктов / Т.А. Кучменко, Л.Б. Львова. - Текст: непосредственный / / Хемосенсоры. - 2019. - С. 39-45.
8. Кучменко, Т.А. Пример решения идентификационных задач в методе пье-зокварцевого микровзвешивания смесей некоторых органических соединений / Т.А. Кучменко, А.А. Шуба, Н.В. Бельских. - Текст: непосредственный / / Аналитика и контроль. - 2012. Т. 16. - № 2. - С. 151-161.
9. Павлов, А.В. Сборник рецептур мучных кондитерских и булочных изделий для предприятий общественного питания / А.В. Павлов. - Санкт-Петербург: Профи-информ, 2004. - 296 с. - Текст: непосредственный.
10. Рынок безглютеновых продуктов в мире и России. - Режим доступа: https:/ /stopgluten.info/spetsialistam / dlya_proizvoditelei/rynok_bezglutenovyh_produkt ov. - Текст: электронный.
11. Патент РФ 2748592. Бисквитный полуфабрикат с добавлением растительного жира для аглютеновой диеты / Ушакова, Ю.В., Рысмухамбетова Г.Е., Домахина М.Д., Мамина С.Е.; аявл. 09.01.2020 : опубл. 27.05.2021. - Текст: непосредственный.
12. ChemicalPortal. Галактоманнаны. - Режим доступа: https:/ /chemicalportal.ru/compounds/galaktomannany/. - Текст: электронный.
REFERENCES
1. Azimova, L.B. Isolation and study of physicochemical properties of galactoman-nans from plant raw materials / L.B. Azimova, N.S. Normakhamatov, S.B. Khaitmetova [et al.] - Access mode: https://cyberleninka.ru/article/n/vydelenie-i-izuchenie-fiziko-himicheskih-svoystv-galaktomannanov-iz-rastitelnogo-syrya/viewer. - Text: electronic.
2. GOST 31986-2012 Catering services. Method of organoleptic assessment of the quality of catering products. - Moscow, 2012. - Text: direct.
3. Russian Federation Patent 2792091 Gluten-free biscuit with added carob /
Doma-khina, M.D., Zyuzina S.S., Rysmukhambetova G.E. [et al.]; declared 21.04.2022 : published 16.03.2023. - Text: direct.
4. Ivanova, S.V. The influence of odor on the physiological, emotional and cognitive aspects of human health under experimental conditions (literature review) / S.V. Ivanova, S.A. Skovronskaya, M.E. Goshin [et al.]. - Text: direct // Hygiene and Sanitation. - 2020. Vol. 99. - No. 12. - P. 1370-1375.
5. Kozyrev, I.A. Multisensor system "Electronic nose" for determining the quality of meat products during storage / I.A. Kozyrev, D.S. Bataeva, V.V. Nasonova. -Text: direct // Food systems. - 2021. Vol. 4. - No. 3S. - P. 142-147.
6. Kuznetsova, N. Aromatic advantage - Access mode: https://www.retail.ru/arti-cles/aromatnoe-preimushchestvo. - Text: electronic.
7. Kuchmenko, T.A. A look at the latest achievements in the field of piezoelectric chemical sensors for environmental monitoring and food analysis / T.A. Kuchmenko, L.B. Lvova. - Text: direct // Chemosensors. - 2019. - P. 39-45.
8. Kuchmenko, T.A. An example of solving identification problems in the method of piezoelectric microweighing of mixtures of some organic compounds / T. A. Kuchmenko, A. A. Shuba, N. V. Belskikh. - Text: direct // Analytics and control. - 2012. Vol. 16. -No. 2. - Pp. 151-161.
9. Pavlov, A. V. Collection of recipes for flour confectionery and bakery products for catering establishments / A. V. Pavlov. - St. Petersburg: Profi-inform, 2004. - 296 p. -Text: direct.
10. The market of gluten-free products in the world and in Russia. - Access mode: https: / /stopgluten.info /spetsialistam / dlya_proizvoditelei/rynok_bezglutenovyh_produk-tov. - Text: electronic.
11. Russian Federation Patent 2748592. Semi-finished biscuit product with added vegetable fat for a gluten-free diet / Ushakova, Yu.V., Rysmukhambetova G.E., Doma-khina M.D., Mamma S.E.; announced 09.01.2020: published 27.05.2021. - Text: direct.
12. ChemicalPortal. Galactomannans. - Access mode: https://chemicalpor-tal.ru/compounds/galaktomannany/. - Text: electronic.
