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.
