Исследование структурных и физико-химических свойств маршмеллоу без желатина Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 60:664:664.144/149

DOI 10.29141/2500-1922-2018-3-4-4

Исследование структурных и физико-химических свойств маршмеллоу без желатина

Н.В. Неповинных1*, Ю.А. Кодацкий1, О.Н. Клюкина1, Н.М. Птичкина1, С. Еганехзад2

Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, г. Саратов, Российская Федерация, *e-mail: nnepovinnykh@yandex.ru

2Научно-исследовательский институт пищевых наук и технологий, г. Мешхед, Иран

Ключевые слова: Реферат

Желатин - уникальный гидроколлоид, играющий ключевую роль в производстве ряда кондитерских изделий. Его специфика состоит в способности одновременно давать эластичный гель и устойчивую пену. Тем не менее использование желатина часто ограничивается вследствие его животного происхождения, что может быть неприемлемым по религиозным причинам или диетическим предпочтениям. В свете изложенного для замены желатина предпринимались попытки использовать некрахмальные полисахариды. В настоящей статье представлены результаты изучения возможности получения экономически эффективных заменителей желатина в маршмеллоу путем использования бинарных систем, состоящих из полисахаридов растительного и микробного происхождения. Маршмеллоу - популярное аэрированное кондитерское изделие, имеющее характерную мягкую, упругую текстуру. В качестве структурообразующих полисахаридов в данном исследовании использовались гуа-ровая, ксантановая камеди и камедь рожкового дерева в сочетании с достаточным количеством протеина для получения пены при взбивании. Экспериментальные образцы были подвергнуты органолептической оценке; наиболее перспективные сравнивали с традиционным маршмеллоу путем инструментального анализа текстуры и измерения физико-химических показателей. Наилучшие результаты были получены при использовании синергетических комбинаций: 0,8 % ксантановой с 0,7 % гуаровой камеди и 0,64 % сывороточного либо яичного белка. Конечные продукты сравнимы по качеству и текстуре с традиционным маршмеллоу на основе желатина; их можно использовать в вегетарианских системах питания, а также в диетах кошер и халяль.

Для цитирования: Н.В. Неповинных, Ю.А. Кодацкий, О.Н. Клюкина, Н.М. Птичкина, С. Еганехзад. Исследование структурных и физико-химических свойств маршмеллоу без желатина // Индустрия питания|Food Industry. 2018. Т. 3. № 4. С. 39-44. DOI 10.29141/2500-1922-2018-3-4-4

Study of Structural, Physical and Chemical Characteristics of Marshmallow Without Gelatin

Nataliia V. Nepovinnykh1*, Yuri A. Kodatsky1, Oksana N. Klyukina1, Nataliia M. Ptichkina1, Samira Yeganehzad2

1Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Saratov State Agrarian University, Saratov, Russian Federation, *e-mail: nnepovinnykh@yandex.ru

2Research Institute of Food Science and Technology, Mashhad, Iran

Abstract

Gelatin is a unique hydrocolloid playing a crucial role in the production of many kinds of confectionery. Its distinctive feature is that it can simultaneously form elastic gels and stable foam. However, the gelatin use is often limited by its animal origin, which can be unacceptable for religious reasons or dietary preferences. Therefore, scientists attempted to

маршмеллоу; желатин;

ксантановая камедь;

гуаровая камедь;

камедь рожкового дерева

Keywords:

marshmallow; gelatin; xanthan gum;

guar gum; locust bean gum

use non-starch polysaccharides to replace gelatin. In this work authors explored the possibility of obtaining economically effective substitutes for gelatin in marshmallow, by using binary mixtures of plant and bacterial polysaccharides. Marshmallow is popular aerated confectionery product, and has a characteristic soft, and springy texture. The structuring agent polysaccharides in the research were guar gum, xanthan and locust bean gum, in combination with sufficient protein to produce foams on whipping. Experimental samples were screened by organoleptic assessment and the most promising were compares to the traditional marshmallow by instrumental measurements of texture, moisture content and water activity. Best results were in samples consisting of synergistic mixtures of 0.8% xanthan and 0.7% guar gum, with 0.64% of either whey protein or egg albumen. The final products were comparable in quality and texture to conventional gelatin-based marshmallow. It can be recommended in vegetarian, kosher and halal diets.

For citation: Nataliia V. Nepovinnykh, Yuri A. Kodatsky, Oksana N. Klyukina, Nataliia M. Ptichkina, Samira Yeganehzad. Study of Structural, Physical and Chemical Characteristics of Marshmallow Without Gelatin. Индустрия питaния|Food Industry. 2018. Vol. 3, No. 4. P. 39-44. DO110.29141/2500-1922-2018-3-4-4

Актуальность

В настоящее время одной из основных тенденций развития кондитерского производства является увеличение выпуска изделий функционального и специализированного назначения, что, в свою очередь, требует поиска новых ингредиентов для их изготовления [1; 2].

Желейное кондитерское изделие «маршмел-лоу» - жевательное суфле - получило широкое распространение в странах Европейского союза. В настоящее время маршмеллоу все чаще можно встретить на полках и российских магазинов. Секрет популярности данного продукта кроется в уникальном сочетании его текстурных характеристик - воздушности, мягкости и упругости [3], достигаемых за счет включения в его состав желатина. Желатин, будучи белком животного происхождения, характеризуется способностью к образованию эластичных студней;в процессе приготовления маршмеллоу одновременно выполняет две функции - пенообразователя и эффективного загустителя [4]. При добавлении сахара и последующем интенсивном взбивании желатин образует пластичную воздушную массу, которая после застывания начинает проявлять ярко выраженные упругие свойства.

Однако, вопреки высоким технологическим достоинствам, использование желатина нередко ограничено - продукты на его основе не приветствуются во множестве различных диет, а санитарное состояние сырья часто оставляет желать много лучшего [5]. В этой связи замена желатина на пищевые полисахариды - желирующие агенты растительного и микробного происхождения, многие из которых широко используются в кондитерской промышленности, представляется актуальной задачей [6]. Для решения поставленной задачи необходимо провести качественный и количественный подбор структурообразую-

щих полисахаридов, продукция на основе которых по текстуре может быть сопоставима с оригинальным маршмеллоу. Выработка изделий данного типа позволит избежать ограничений на их дальнейшее распространение по религиозным и медицинским причинам и тем самым повысить объемы сбыта.

Цель настоящего исследования - проведение анализа структурных и физико-химических свойств маршмеллоу без желатина. Материалы и методы исследования

В качестве основных объектов исследования были выбраны: желатин пищевой;вода питье-вая;яичный альбумин;сахар-песок;компози-ция сиропов; пищевые полисахариды фирмы Danisco, Франция (ксантановая камедь, гуаровая камедь, камедь рожкового дерева).

Эксперименты проводились с помощью общепринятых и специальных методов анализа состава и свойств готовой продукции.

В качестве контрольного образца использовали маршмеллоу, полученный по традиционной рецептуре [7], в качестве экспериментальных -образцы маршмеллоу с использованием пищевых полисахаридов.

Качество готовых образцов оценивали по комплексу показателей качества желейных кондитерских изделий, которые учитывают орга-нолептические, физико-химические и структурно-механические показатели качества.

Для изучения структурных свойств контрольного и экспериментальных образцов маршмел-лоу был использован метод текстурного анализа, реализованный в аппаратурно-программном комплексе «TA.XT plus Texture Analyzer» фирмы «Stable Micro Systems» (Великобритания). Метод позволяет производить всестороннюю оценку образцов с точки зрения их восприятия

человеком. В процессе исследования образцы подвергались воздействию управляемых сил сжатия с использованием специально подобранного зонда. Контроль сопротивления материалов осуществляли с помощью калиброванного динамометрического датчика. Определенные в результате эксперимента нагрузки являются функциями свойств и режимов испытания образцов [8].

Активность воды - одна из важнейших физических характеристик, определяющих текстурные свойства продукта, а также скорость химических и биохимических реакций, протекающих в нем. Коэффициент активности воды оценивают как отношение давления водяных паров над исследуемым материалом к таковому над чистой водой при одной и той же температуре. Для нахождения данного показателя применяли прибор марки «HygгoPalmAw» ^о^отс, Швейцария), оснащенный диэлектрическим датчиком влажности. Работа датчика основана на учете изменений проводимости гигроскопичного полимера в зависимости от относительной влажности камеры. Измерения проводились в соответствии с общепринятой методикой. В дальнейшем, для достоверной интерпретации полученных данных1, дополнительно устанавливали влажность образцов методом высушивания до постоянной массы в сушильном шкафу при 112 °С [9-11]. Результаты исследования и их обсуждение

Традиционная рецептура маршмеллоу имеет следующий состав, %: желатин - 2,08; вода - 25,11; яичный альбумин - 0,69; сахар - 38,91; композиция сиропов - 33,21. Данные величины (кроме желатина) были приняты как базовые

ТОСТ 5900-73. Изделия кондитерские. Методы определения влаги и сухих веществ. М.: Стандартинформ, 2012. 10 с.

при разработке альтернативных безжелатиновых рецептур маршмеллоу.

В процессе разработки технологии безжелатиновых рецептур маршмеллоу проводились исследования по обоснованию подбора оптимальных концентраций гидроколлоидов.

Экспериментальные рецептуры маршмеллоу представлены в табл. 1.

Желирующие агенты подбирались с учетом как их индивидуального действия, так и синер-гетического эффекта, проявляющегося при взаимодействии с другим полисахаридом [12].

Концентрации исследуемых полисахаридов выбирались в диапазоне от 0,2 % (минимум, необходимый для проявления желирующего эффекта) до 1,0 % (величина, свыше которой использование полисахарида, как правило, нерентабельно).

Разрабатываемое желейное изделие по физико-химическим и структурно-механическим показателям должно быть приближено к прототипу - традиционному маршмеллоу. С этой целью был проведен сравнительный анализ экспериментальных образцов маршмеллоу с различным рецептурным составом и соотношением ингредиентов и контрольного образца. Результаты приведены в табл. 2.

Из проведенного текстурного анализа следует, что свойства образцов сильно разнятся в зависимости от рецептурного состава. Так, экспериментальные образцы № 3 и № 8 по всем параметрам значительно превосходили контрольный образец, приготовленный на основе желатина, тогда как в образцах № 2 и № 4 соответствующие характеристики были превышены незначительно. По совокупности свойств наиболее близок контрольному образцу образец № 1. Образец № 7

Таблица 1. Состав экспериментальных рецептур маршмеллоу Table 1. Experimental Samples Composition of Marshmallow

Ингредиенты Рецептурный состав экспериментальных образцов маршмеллоу, г/100 г

1 2 3 4 5 6 7 8

Гуаровая камедь 0,80 0,80 0,70 0,70 0,90 0,90 - -

Камедь рожкового дерева - - - - - - 1,00 1,00

Ксантановая камедь 0,70 0,70 0,80 0,80 0,60 0,60 1,00 1,00

Вода питьевая 31,56 31,56 31,56 31,56 31,56 31,53 35,47 35,47

Сывороточный белок 0,64 - 0,64 - 0,64 - 0,60 -

Яичный альбумин - 0,64 - 0,64 - 0,64 - 0,60

Сахар-песок 35,77 35,77 35,77 35,77 35,77 35,77 33,41 33,41

Инвертный сироп 30,53 30,53 30,53 30,53 30,53 30,53 28,52 28,52

Итого 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00

Таблица 2. Физико-химические и структурно-механические показатели контрольного и экспериментальных образцов маршмеллоу (средние значения) Table 2. Physical, Chemical, Structural and Mechanical Parameters of the Control and Experimental Marshmallow Samples (average values)

Образцы Активность Массовая Прочность, г Модуль Скорость восстановления, г/с

воды доля влаги, % Юнга, Па начальная конечная

Контрольный образец 0,6325 18,00 226,16 2534,71 26,27 0,80

1 0,6741 20,42 214,68 2406,05 24,47 3,65

2 0,6813 21,14 353,43 3961,10 43,40 1,78

3 0,6985 22,85 637,40 7143,72 51,15 3,71

4 0,6893 21,91 352,12 3946,72 42,43 0,78

5 0,7218 25,16 274,44 3075,81 25,80 2,03

6 0,7221 25,20 265,61 2976,85 27,40 2,03

7 0,7725 29,27 125,49 1406,44 10,74 1,00

8 0,7773 29,73 425,74 4771,52 48,96 4,24

по ряду свойств уступает контрольному. Образцы № 5 и № 6 превосходят контрольный по параметрам работы и жесткости, примерно равны ему по начальной скорости восстановления и упругости, но значительно опережают по конечной скорости восстановления и модулю Юнга. Таким образом, согласно результатам текстурного анализа наиболее качественной и упорядоченной структурой обладает образец № 3, что делает его наиболее перспективной альтернативой маршмеллоу на основе желатина.

Данные, полученные в ходе изучения вязко-упругих свойств, показывают, что по текстуре наиболее близким контрольному образцу является образец № 1. Образцы № 2-6 и № 8 по совокупности текстурных характеристик превосходят контрольный, тогда как образец № 7 уступает ему. Можно заключить, что желатин в жевательном суфле маршмеллоу может быть успешно заменен на комбинацию ксантана с гуа-ровой камедью или камедью рожкового дерева.

Как следует из табл. 2, все образцы маршмеллоу могут быть отнесены к группе пищевых продуктов с промежуточной влажностью, так как активность воды в них больше 0,6 и меньше 0,9. В то же время данные свидетельствуют о тесной корреляции между активностью воды и массовой долей влаги. Известно, что в водных растворах моносахаридов и дисахаридов наибольшее снижение активности воды обеспечивает фруктоза;менее выраженным действием обладают глюкоза и лактоза, а замыкает данный ряд сахароза. Следует отметить, что на характер зависимости активности воды от влажности в некоторой степени также влияет массовое соотношение сахарозы и компонентов инвертного

сахара. Это согласуется с данными о большей эффективности инвертного сахара по сравнению с сахарозой как компонентом, снижающим активность воды. Комбинация инвертного сахара и сахарозы обладает синергетическим эффектом и обеспечивает снижение активности воды примерно на 85 % по сравнению с использованием такого же количества только инвертного сахара при той же концентрации. Обратное отношение перечисленных компонентов при той же концентрации позволяет снизить активность воды примерно на 35 %. Внесение же различных количеств полисахаридов практически не влияет на активность воды в системе [13; 14]. Заключение

Работа выполнена в рамках совместного научно-исследовательского договора между научными группами ученых России и Ирана на тему «Исследование стабильности пены и вязкоупру-гости аэрированных кондитерских изделий под воздействием полисахарид-белковых комплексов: зефир без желатина».

Исследования поддержаны грантом президента Российской Федерации для молодых российских ученых МД-2464.2018.8 по теме «Проектирование состава и технологий сбалансированных продуктов питания, направленных на первичную и вторичную профилактику сердечно-сосудистых заболеваний и их осложнений».

На разработанные рецептуры и технологию маршмеллоу получены патент РФ № 2626580 и патент Ирана № 93555 «Белково-углеводная кондитерская основа и способ ее получения» (авторы: О.Н. Клюкина, Н.М. Птичкина, Ю.А. Кодацкий, Н.В. Неповинных, S. Yeganehzad и R. Kadkhodaee).

FOOD INDUSTRY

Библиографический список

1. Магомедов Г.О., Олейникова А.Я., Плотникова И.В., Лобосо-ва Л.А. Функциональные пищевые ингредиенты и добавки в производстве кондитерских изделий. СПб.: Изд-во ГИОРД, 2015. 440 с.

2. Санжаровская Н.С., Сокол Н.В. Использование растительного сырья в производстве сахарных кондитерских изделий // Техника и технология пищевых производств. 2016. Т. 42. № 3. С. 63-70.

3. Kaletunc G., Normand M.D., Johnson E.A., Peleg M. Instrumental determination of elasticity of marshmallow // Journal of Texture Studies. 1991. № 23. P. 47-56.

4. Schrieber R., Gareis H. Gelatine Handbook. Theory and Industrial Practice. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2007.

5. Shabani H., Mehdizadeh M., Mousavi S.M., et all. Halal authenticity of gelatin using species-specific PCR. Food Chemistry . 2015. № 184. Р. 203-206.

6. Milani J., Maleki, G. Hydrocolloids in Food Industry, Food Industrial Processes - Methods and Equipment / Dr. B. Valdez (ed.). Rijeca: InTech, 2012.

7. Minifie B.W. Chocolate, cocoa, and confectionery: science and technology. New York: Van Nostrand Reinhold, 1989.

8. Kaszab T., Csima G., Lambert-Meretei A., Fekete A. Food Texture Profile Analysis by Compression Test. CNEUCOOP: International Conference, 2011.

9. Rahman M.S. Handbook of food preservation. Boca Raton: CRC Press, 2007.

10. Алейников А.К., Фатьянов Е.В., Мокрецов И.В. Исследование активности воды криоскопическим и гигрометрическим методами // Разработка и широкая реализация современных технологий производства, переработки и создания пищевых продуктов: материалы Междунар. науч.-практ. конф. / (Волгоград, 24-26 июня 2009). Волгоград: Волгоградский государственный технический университет. 2009. С. 291-294.

11. Barbosa-Cánovas G.V., Fontana A.J., Schmidt S.J., Labuza T.P. Water activity in foods: fundamentals and applications. Oxford: Blackwell Publishing and the Institute of Food Technologists, 2007.

12. Phillips G.O., Williams P.A. Handbook of hydrocolloids. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2009.

13. Фатьянов Е.В., Евтеев А.В., Те Р.Е. Зависимость активности воды от концентрации соли и углеводов // Научное обозрение. 2011. № 5. С. 69-74.

14. Жаринов А.И., Митасева Л.Ф., Спасский К.Г., Юзов С.Г. Активность воды в водных гелях пищевых гидроколлоидов // Мясная индустрия. 2009. № 12. С. 27-29.

Bibliography

1. Magomedov, G.O.;Oleynikova, A.Ya.; Plotnikova, I.V.; Loboso-va, L.A. Functional food ingredients and additives in the confectionery production. SPb.: Publishing house GIORD, 2015. 440 p.

2. Sanzharovskaya, N.S; Sokol, N.V. The use of vegetable raw materials in the sugar confectionery production. Equipment and technology of food production. 2016. Vol. 42. № 3. P. 63-70.

3. Kaletunc G., Normand M.D., Johnson E.A., Peleg M. Instrumental determination of elasticity of marshmallow. Journal of Texture Studies. 1991. № 23. P. 47-56.

4. Schrieber R., Gareis H. Gelatine Handbook. Theory and Industrial Practice. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2007.

5. Shabani H., Mehdizadeh M., Mousavi S.M., et all. Halal authenticity of gelatin using species-specific PCR. Food Chemistry . 2015. № 184. P. 203-206.

6. Milani J., Maleki, G. Hydrocolloids in Food Industry, Food Industrial Processes - Methods and Equipment / Dr. B. Valdez (ed.). Rijeca: InTech, 2012.

7. Minifie B.W. Chocolate, cocoa, and confectionery: science and tech-nology. New York: Van Nostrand Reinhold, 1989.

8. Kaszab T., Csima G., Lambert-Meretei A., Fekete A. Food Texture Profile Analysis by Compression Test. CNEUCOOP: International Conference, 2011.

9. Rahman M.S. Handbook of food preservation. Boca Raton: CRC Press, 2007.

10. Aleynikov, A.K.; Fatyanov, E.V.; Mokrecov, I.V. Investigation of water activity by cryoscopic and hygrometric methods. Development and wide implementation of modern production technologies, processing and food production: materials of the Intern. scient.- pract. conf. (Volgograd, 24-26 June 2009). Volgograd: Volgograd State Technical University. 2009. P. 291-294.

11. Barbosa-Cánovas, G.V.; Fontana, A.J.; Schmidt, S.J.; Labuza, T.P. Water activity in foods: fundamentals and applications. Oxford: Blackwell Publishing and the Institute of Food Technologists, 2007.

12. Phillips, G.O.; Williams, P.A. Handbook of hydrocolloids. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2009.

13. Fatyanov, E.V.; Evteev, A.V.; Te R.E. Water activity dependence on the salt and carbohydrates concentration. Scientific Review. 2011. № 5. P. 69-74.

14. Zharinov, A.I.; Mitaseva, L.F.; Spasskiy, K.G.; Yuzov, S.G. Water activity in water gels of food hydrocolloids. Meat Industry. 2009. № 12. P. 27-29

Информация об авторах / Information about Authors

Неповинных Наталия Владимировна

Nepovinnykh, Nataliia Vladimirovna

Тел./Phone: +7 (845) 2-69-29-65 E-mail: nnepovinnykh@yandex.ru

Доктор технических наук, доцент, профессор кафедры технологии продуктов питания Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова 410012, Российская Федерация, г. Саратов, ул. Большая Садовая, 220

Doctor of Technical Science, Associate Professor, Professor of the Food Technology Department Saratov State Vavilov Agrarian University

410012, Russian Federation, Saratov, Bolshaya Sadovaya St., 220 ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2923-9202

Кодацкий Юрий Анатольевич

Kodatsky, Yuri Anatolyevich

Тел./Phone: +7 (845) 2-69-29-65 E-mail: yurykodatsky@yandex.ru

Кандидат сельскохозяйственных наук, ассистент кафедры технологии продуктов питания Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова 410012, Российская Федерация, г. Саратов, ул. Большая Садовая, 220

Candidate of Agricultural Science, Assistant of the Food Technology Department Saratov State Vavilov Agrarian University

410012, Russian Federation, Saratov, Bolshaya Sadovaya St., 220

Клюкина

Оксана Николаевна

Klyukina,

Oksana Nikolaevna

Тел./Phone: +7 (845) 2-69-29-65 E-mail: oksanaklukina@yandex.ru

Кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии продуктов питания Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова 410012, Российская Федерация, г. Саратов, ул. Большая Садовая, 220

Candidate of Technical Science, Associate Professor, Associate Professor of the Food Technology Department

Saratov State Vavilov Agrarian University

410012, Russian Federation, Saratov, Bolshaya Sadovaya St., 220 ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8700-9160

Птичкина

Наталия Михайловна

Ptichkina,

Nataliia Mikhailovna

Тел./Phone: +7 (845) 2-69-29-65 E-mail: oksanaklukina@yandex.ru

Доктор химических наук, профессор, профессор кафедры технологии продуктов питания Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова 410012, Российская Федерация, г. Саратов, ул. Большая Садовая, 220

Doctor of Chemical Science, Professor, Professor of the Food Technology Department Saratov State Vavilov Agrarian University

410012, Russian Federation, Saratov, Bolshaya Sadovaya St., 220 ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0204-6526

Еганехзад Самира

Yeganehzad, Samira

Тел./Phone: +98 (51) 354-25-338 E-mail: yeganehzad@yahoo.com

Доктор наук, заведующий кафедрой технологии производства продуктов питания Исследовательский институт пищевых наук и технологий 201301, Иран, г. Мешхед, шоссе Мешхед-Кучан, 12-й км

PhD, Head of the Food Processing Department Research Institute of Food Science and Technology 201301, Iran, Mashhad, Mashhad-Quchan Highway, Km 12

ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7467-4778