В последние годы российский рынок продуктов питания достаточно широко представлен мучными кондитерскими изделиями, которые пользуются высоким спросом у населения различных возрастных групп. Основным направлением развития перерабатывающей индустрии на современном этапе является обеспечение населения качественно новыми функциональными пищевыми продуктами [1]. Кондитерские изделия не относятся к продукции первой необходимости, однако они пользуются постоянно растущим спросом населения.
С учетом мировых тенденций развития пищевой промышленности с ориентацией на функциональные пищевые продукты следует констатировать, что кондитерские изделия нуждаются в существенной коррекции их химического состава в направлении увеличения содержания минеральных элементов и пищевых волокон при одновременном снижении энергетической ценности [3, 4]. Оценка применяемого сырья свидетельствует о необходимости научно обоснованного выбора рецептурных компонентов, обеспечивающих формирование дополнительных функциональных свойств продуктов и их обогащение пищевыми волокнами и минеральными веществами [5].
При исследовании влияния полной замены сахара-песка на стевиозид и свекловичные пищевые волокна необходимо было, прежде всего, определить, насколько адекватными по органолептическим показателям получаются разрабатываемые пряничные изделия аналогичным изделиям с сахарозой [2]. В связи с этим были определены изменения органолептических показателей качества пряничных изделий при внесении различных дозировок стевиозида и свекловичных пищевых волокон. Результаты этих исследований приведены в табл. 1.
Таблица 1
Органолептические показатели качества пряников
Как видно из данных табл. 1, исключение из рецептуры опытных образцов сахара и замена их стевиозидом и свекловичными пищевыми волокнами не повлияло на структуру и форму готовых изделий. Внесение стевиозида и свекловичных пищевых волокон придало пряничным изделиям более выраженный вкус и аромат сухих духов, золотистый цвет; стабилизировало форму и поверхность за счет структурообразующей, водо-и жиросвязывающей способности свекловичных пищевых волокон.
Таким образом, можно отметить положительное влияние стевиозида и свекловичных пищевых волокон на органолептические показатели качества пряничных изделий.
С целью определения органолептических показателей, характеризующих потребительскую привлекательность продукта, к готовым пряничным изделиям был применён системный подход. Так как в опытных образцах пряничных изделий полностью заменяли сахар стевиозидом, необходимо было определить адекватность вкуса опытных образцов пряничных изделий аналогичным изделиям с сахаром, поэтому объектом исследования был признан вкус изделия. Для дегустации были приготовлены пряничные изделия с различным содержанием стевиозида, при этом свекловичные пищевые волокна вносили в количестве 10 % к массе муки.
Рис. 1. Профилограмма вкуса пряников
На основании результатов дегустаций строили диаграммы вкуса изделий. При построении диаграмм придерживались следующего порядка: в верхней ее части располагали интегрированное положительное впечатление от оцениваемого продукта (общее впечатление), в нижней части – отрицательное (отрицательное ощущение); единичные признаки по мере значимости их вклада во вкус объекта откладывали справа (положительные) и слева (отрицательные) от линии «общее впечатление – отрицательные ощущения». Интенсивность признака характеризовали по пятибалльной шкале.
На рис. 1 приведены профилограммы вкуса разработанных пряничных изделий.
Для всех разработанных изделий характерна высокая оценка по показателям «сладкий», «сдобный» и «пряный». Во всех изделиях отсутствуют отрицательные признаки.
Физико-химические показатели разработанных видов пряничных изделий приведены в табл. 2.
Данные, приведенные в табл. 2, показывают, что опытные образцы пряников отличаются большим объемом, меньшей плотностью и большей намокаемостью. Равномерная пористая структура изделий обусловлена уменьшением вязкости теста для пряников, и в связи с этим в процессе замеса частицы добавок лучше распределяются по всему объему.
Для исследования взаимодействия различных факторов, определяющих органолептические и физико-химические показатели заварных пряничных изделий, применены математические методы планирования эксперимента. Математическая модель имеет вид уравнения регрессии, найденного статистическими методами на основе экспериментов. В качестве основных факторов были выбраны: X1 – массовая доля свекловичных пищевых волокон (% к массе муки); X2 – массовая доля стевиозида, (% к массе муки). Все эти факторы совместимы и некоррелированы между собой. Критерием оценки влияния различных факторов на органолептические и физико-химические показатели пряничных изделий были выбраны: Y1 – намокаемость, %; Y2 – комплексный показатель качества.
Программа исследований была заложена в матрицу планирования экспериментов. Для исследований выбран полный факторный эксперимент. В этом случае применено центральное композиционное рототабельное униформпланирование. Порядок опытов рандомизировали посредством таблицы случайных чисел, что исключает влияние неконтролируемых параметров на результаты эксперимента. Опыты в каждой точке матрицы выполняли два раза.
При этом были рассчитаны регрессионные коэффициенты, определена значимость каждого из них. Установлено, что в соответствии с критерием Стьюдента все коэффициенты являются значимыми. По критерию Фишера установлено, что уравнения регрессии адекватно описывают результаты эксперимента.
Полученные уравнения регрессии имеют вид
(1)
(2)
Таблица 2
Физико-химические и показатели качества пряников
|
Наименование показателя |
«Северные» (контроль) |
Дозировка стевиозида, % |
|||||||||||
|
0,23 |
0,25 |
0,27 |
|||||||||||
|
Дозировка пищевых волокон, % |
|||||||||||||
|
5 |
10 |
15 |
20 |
5 |
10 |
15 |
20 |
5 |
10 |
15 |
20 |
||
|
Влажность, % |
12,6 |
13,9 |
15,2 |
16 |
16,8 |
14,1 |
15,0 |
15,9 |
16,9 |
13,8 |
15,1 |
16,0 |
16,8 |
|
Плотность, кг/м3 |
478 |
470 |
460 |
452 |
463 |
470 |
459 |
450 |
461 |
472 |
461 |
455 |
462 |
|
Щелочность, град. |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
|
Намокаемость, % |
235 |
239 |
241 |
245 |
243 |
240 |
243 |
250 |
247 |
240 |
242 |
248 |
244 |
|
Комплексный показатель качества |
85 |
85 |
88 |
90 |
87 |
87 |
90 |
92 |
89 |
86 |
89 |
91 |
88 |
Анализ уравнений регрессии (1) и (2) позволяет выделить факторы, наиболее влияющие на рассматриваемый процесс. На намокаемость и комплексный показатель качества пряничных изделий наибольшее влияние оказывает дозировка свекловичных пищевых волокон, содержание стевиозида также изменяет физико-химические свойства пряников, но в меньшей степени. Знак плюс перед коэффициентом при линейных членах указывает на то, что при увеличении этого параметра значение выходного параметра возрастает.
Уравнения регрессии (1) и (2) позволяют не только предсказать значения намокаемости Y1 и комплексного показателя качества пряников Y2, но и дают информацию о поверхности отклика.
Окончательно уравнение регрессии в канонической форме примет вид
(3)
Изобразим полученную поверхность на рис. 1.
Подставляя в последние выражения значения величин X1, X2 (∠p = 0), получим окончательно соотношения
X1 = Z1 + 1,53; (4)
X2 = Z2 + 0,7. (5)
Графический анализ показал, что поверхность отклика является экстремальной и имеет вид «вершины» (коэффициенты канонического уравнения (3) имеют отрицательные знаки). Линии равного уровня поверхности отклика представляют собой эллипсы, вытянутые вдоль оси X2; это подтверждается также тем, что значение коэффициента B11, входящего в каноническое уравнение (3), незначительно отличается от значения коэффициента B22.
Решая систему уравнений относительно X1 и X2, определим координаты центра поверхности: X1S = –1,1 и X2S = 0,5.
Подставляя найденные значения в уравнение регрессии (2), определим значение функции отклика в центре поверхности Y2 = 0,76.
Окончательно уравнение регрессии в канонической форме примет вид
(6)
Получили поверхность, представленную на рис. 2.
Подставляя значения величин X1, X2 (∠p = 0), получим окончательно соотношения между координатами:
X1 = Z1 – 1,1; (7)
X2 = Z2 + 0,5. (8)
Графический анализ показал, что поверхность отклика является экстремальной и имеет вид «впадины» (коэффициенты канонического уравнения имеют положительные знаки). Линии равного уровня поверхности отклика представляют собой эллипсы, вытянутые вдоль X2, что подтверждается также тем, что значение коэффициента B11, входящего в каноническое уравнение, превышает значение коэффициента B22.
Рис. 2. Поверхность отклика намокаемости
Следующий этап заключается в выборе оптимального соотношения рецептурных компонентов (факторы X1 и X2) для приготовления пряников функционального назначения со свекловичными пищевыми волокнами и стевиозидом.
При этом графически была рассмотрена «компромиссная» задача, сформулированная следующим образом. Располагая математическими моделями в виде уравнений регрессии или каноническими формами уравнений регрессии, требуется определить такие значения факторов X1 и X2, которые обеспечивали бы заданную намокаемость (Y1) и комплексный показатель качества (Y2) пряников. При этом на факторы накладываются ограничения 2,95 < X1 < 17,05 (%); 8,13 < X2 < 27,87 (%).
Рассматривая задачу графически, оптимальным следует считать режим, которому соответствуют точки на факторной плоскости, полученные пересечением линий равного уровня намокаемости и комплексного показателя качества пряников заданных значений. Для достижения заданных значений Y1 и Y2 возможна реализация нескольких режимов, например, а, б, ..., ж (табл. 3).
Фактор Х1 изменяется в диапазоне: 0,38–0,98 (в натуральном виде от 10,9 % до 15,9 %); фактор Х2 изменяется в диапазоне: – 1,1–0,9 (в натуральном виде от 0,23 % до 0,25 %). На факторной плоскости область изменения значений факторов представляет собой прямоугольник с координатами (0,38; 0,9); (0,98; 0,9); (0,38; –1,1); (0,98; –1,1). Переходя от кодированных значений к натуральным значениям, получим следующие оптимальные соотношения рецептурных компонентов для приготовления пряников (табл. 4).
Рис. 3. Поверхность отклика комплексного показателя качества пряников
Таблица 3
Зависимость намокаемости и комплексного показателя качества от массовой доли свекловичных пищевых волокон и стевиозида
|
Параметр |
Обозначение |
Значение |
|
Массовая доля свекловичных пищевых волокон, % к массе муки |
Х1 |
10,9–15,9 |
|
Массовая доля стевиозида, % к массе муки |
Х2 |
0,23–0,25 |
|
Намокаемость, % |
Y1 |
240–246 |
|
Комплексный показатель качества |
Y2 |
85–92 |
Таким образом, на основании проведенных исследований установлено, что замена сахара свекловичными пищевыми волокнами и стевиозидом улучшает органолептические и физико-химические показатели качества пряничных изделий, при этом на 5–10 % снижается плотность готовых изделий и на 10–12 % увеличивается их намокаемость. С использованием методов математического планирования эксперимента установлено, что внесение свекловичных пищевых волокон в количестве 10,9–15,9 % и стевиозида – 0,23–0,25 % к массе муки обеспечивает наиболее высокие показатели качества пряничных изделий.
Рецензенты:
Тимофеенко Т.И., д.т.н., профессор кафедры технологии зерновых, хлебных, пищевкусовых и субтропических продуктов, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», г. Краснодар;
Илларионова В.В., д.т.н., профессор кафедры технологии жиров, косметики, товароведения, процессов и аппаратов, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», г. Краснодар.