Влияние биоактивной пленки на хранимоспособность хлеба
Хлебобулочные изделия занимают важное место в питании человека, являясь источником основных нутриентов. На нынешнем этапе развития пищевой промышленности уделяется большое внимание созданию продуктов питания с заданными характеристиками и потребительскими требованиями, оказывающих положительное влияние на здоровье человека. Однако, подвергаясь быстрой микробиологической порче, как и многие другие виды пищевой продукции, нуждаются в дополнительной защите при хранении для предотвращения быстрого плесневения и потенциальной возможности отравления потребителей продуктами жизнедеятельности микроорганизмов — микотоксинами, продуцируемыми токсинообразующими грибами.
Упаковочные материалы являются одним из распространенных способов создания барьера между продуктом и окружающей средой, помогающих увеличить сроки хранения биологических объектов.
В условиях ухудшения экологической ситуации с переработкой пластиковых материалов возникла необходимость широкого применения биоразлагаемых пленок и покрытий, которые не только способны быстро разлагаться в почве до биогумуса, но и дополнительно содержат активные компоненты для замедления микробиологической и окислительной порчи продуктов.
В качестве активных компонентов в состав биоразлагаемых пленок включают натуральные антиоксиданты, эфирные масла, наночастицы металлов и другие биоактивные вещества. Известным антимикробным, в том числе противогрибковым, свойством обладают белковые гидролизаты с входящими в их состав биоактивными пептидами.
При выборе тех или иных материалов для упаковки хлебобулочных изделий обращают внимание на эстетический вид продукта, сохранность свежести и органолептических свойств, обеспечение стабильности пищевой ценности и микробиологических показателей в процессе хранения. Из синтетических плеенок по совокупности свойств предпочтение для упаковки хлебобулочных изделий отдают полипропиленовым (ПП) или полиолефиновым (ПО) пленкам.
Биоразлагаемые пленки могут обеспечить комплекс необходимых свойств продукта при хранении, однако во многом эти свойства будут зависеть не только от активного компонента, но и от выбранной матрицы для его введения.
Наиболее распространены матрицы на основе крахмалов, альгината натрия, коллагена, хитозана и других биополимеров, обладающих не только хорошей биоразлагаемостью, но и отличными пленкообразующими свойствами.
Хлебобулочные изделия наиболее подвержены такому виду микробиологической порчи, как плесневение, возникающему в результате развития плесеней родов Penicillium и Aspergillus spp..
Афлатоксины, охратоксины, зеараленон, патулин и другие продуцируемые грибами микотоксины оказывают отрицательное влияние на здоровье человека и в целом на формирование продовольственных потерь.
Таким образом, актуальны разработки биоактивных пленок для упаковки продуктов питания. Однако следует учитывать существенные отличия свойств упаковочных материалов из природных биополимеров по сравнению с синтетическими. Перспективы применения тех или иных биоразлагаемых материалов применительно к разным видам продуктов питания следует подтверждать результатами исследований конкретных видов продукции, упакованной в данные материалы, так как свойства биоразлагаемых пленок, установленные экспериментально, как самостоятельного объекта исследований часто не оказывают ожидаемого результата при упаковке в них определенных видов продуктов питания.
Цель работы — исследование влияния биоактивных альгинатных пленок на свойства хлеба пшеничного при хранении.
Методы и материалы
Исследования проводили в лабораториях кафедры пищевых и биотехнологий ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» (Челябинск, Россия) с февраля по апрель 2024 года.
Объекты исследования — образцы хлеба пшеничного, упакованного в альгинатные пленки с добавлением в качестве активного компонента гидролизата белка, полученного микробной ферментацией желудков цыплят-бройлеров в творожной сыворотке в присутствии пропионовокислых бактерий.
Хлеб пшеничный изготавливали по традиционной технологии опарным способом по следующей рецептуре: мука хлебопекарная высшего сорта — 500 г, дрожжи прессованные — 8 г, соль пищевая — 7 г, вода — 300 г.
Для проведения исследований получены 9 булок массой по 100 г.
Пленки получали следующим образом: в нагретую до 40 °С воду добавляли 1,5% альгината натрия (ООО «Ингредико», Россия) при постоянном перемешивании на магнитной мешалке. После 20-минутного перемешивания добавляли 3%-ный раствор глицерина (ООО «Йодные технологии и маркетинг», Россия) и 1%-ный раствор гидролизата белка (изготовленный по технологии, описанной в работе), затем разливали на противни и сушили при температуре 30 °С до полного высыхания.
В качестве контрольного образца пленки использовали аналогично приготовленную пленку без добавления белкового гидролизата.
Готовые образцы хлеба (рис. 1), охлажденные до комнатной температуры, упаковывали в пленки и хранили при комнатной температуре.
У образцов хлеба сразу (через 1 и 3 суток хранения) определяли органолептические показатели, массовую долю влаги — высушиванием, кислотность — титрованием, цветовые характеристики — с помощью колориметра NR60CP (Shenzhen Threenh Technology Co, LTD, Китай), общее микробное число и количество плесневых грибов и дрожжей — с использованием микробиологических экспресс-тестов «Петритест» (НПО «Альтернатива», Россия).
Посевы на Петритесты, термостатирование и обработку результатов выполняли в соответствии с рекомендациями производителя, изложенными в Методических рекомендациях 4.2-022-2016.
Перед использованием колориметра NR60CP проводилась калибровка прибора с использованием белой стандартной пластинки (L* = 96,77, a* = 0,11, b* = -0,71), которую также применяли в качестве фона при измерении цветовых характеристик пленок (светлота (L*), краснота (зеленоватость) (а*) и желтизна (голубоватость) (b*).
Суммарное цветовое различие (ΔE) и цветность рассчитывали по формулам (1) и (2):
где: L*, a*, b* — стандартные значения параметров цвета белой пластины; L, a, b — значения параметров цвета пленок.
Потери массы (усушку) определяли гравиметрически как разницу масс продукта до и после хранения.
Исследования органолептических свойств проводили в соответствии с ГОСТ 5667. Количество привлекаемых экспертов ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет» — 10.
Оборудование и средства измерения, используемые в исследованиях, были поверены ФБУ «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Челябинской области» (Челябинск, Россия).
Материалы исследований были обработаны по методу вариационной статистики на ПК с использованием программного обеспечения Microsoft Office (США). Средние значения трех измерений приняты за достоверные при p ≤ 0,05.
Результаты исследования
При хранении хлеба происходит ухудшение его качества, обусловленное процессами черствения и усыхания. Интенсивность данных процессов зависит от уровня паропроницаемости упаковочного материала. С одной стороны, пленки с высокой паропроницаемостью позволяют избежать сохранения в продукте излишней влаги сразу после выпечки, но с другой — хлеб быстро усыхает из-за поступления через поры воздуха и интенсивного газообмена с внешней средой. В связи с этим хлебобулочные изделия в упаковке с высокой паропроницаемостью рекомендуется хранить не более суток.
Результаты оценки потерь массы хлеба в разных видах пленок представлены на рисунке 2.
Усушка продукта наиболее интенсивно происходила в альгинатных пленках без белкового гидролизата, что согласуется с полученными ранее данными о паропроницаемости данных пленок. При этом начальная влажность в образцах хлеба составила 38,12 ± 0,61 (p ≤ 0,05), что соответствует требованиям ГОСТ Р 58233. Близкие значения потерь массы при хранении хлеба в желатиновых пленках в течение 3 суток установлены зарубежными учеными — от 20 до 28%.
Кислотность в образцах хлеба значительно не изменилась в течение 3 суток хранения — увеличилась с 1,2 до 1,5° в контрольном образце и осталась на том же уровне у образцов хлеба в альгинатных пленках.
В таблице 1 приведены результаты определения цветовых характеристик хлеба при хранении.
Следует отметить, что в процессе хранения форма и состояние поверхности булок хлеба не изменились, форма оставалась выпуклой, поверхность гладкая без трещин и подрывов. Визуально цвет корки не изменился, в отличие от цвета мякиша, который во всех образцах оказался более темным по сравнению с его цветом сразу после выпечки. Запах у образцов хлеба в альгинатных пленках сохранился — характерный для данного продукта, а в полимерной пленке на 3-и сутки хранения появился едва уловимый запах плесени.
В таблице 2 приведены результаты определения микробиологических показателей хлеба при хранении.
Результаты микробиологических исследований показали, что рост плесени в образцах хлеба, хранившихся в биоактивных пленках, происходил медленнее по сравнению с образцами в полимерной пленке и альгинатной пленке, что подтверждают данные литературных источников об антимикробных свойствах белковых гидролизатов. При этом во всех образцах на 3-и сутки хранения количество плесени не превысило регламентируемых значений (50 КОЕ/г).
Результаты исследований упакованного в биоактивные пленки мяса показали аналогичный эффект: введение белкового гидролизата в состав хитозановой пленки способствовало снижению количества мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов, что привело авторов к выводу о возможности применения биоактивного упаковочного материала с антимикробным свойством для хранения пищевой продукции.
Авторы отметили, что ингибирование роста микроорганизмов вызвано и снижением активности воды вследствие испарения влаги из мяса из-за высокой пористости хитозановых пленок.
Результаты исследований другой группы ученых показали, что хлеб не рекомендуется хранить в целлюлозной пищевой бумаге, пергаменте и подпергаменте в связи с высокой усушкой продукта в процессе хранения, а также в биоразлагаемых пленках на основе полимолочной кислоты из-за ухудшения органолептических свойств уже через сутки хранения.
Выводы
Результаты работы показали, что биоактивные пленки, изготовленные на основе альгината натрия, оказывают положительное влияние на микробиологическую стабильность хлеба при хранении. Однако это может быть связано не только с антимикробной активностью белкового гидролизата, используемого как активный компонент в составе пленки, но и вследствие снижения активности воды из-за интенсивного влагообмена с окружающей средой.
Полученные результаты согласуются с результатами многих авторов, показывающих аналогичный эффект при упаковке хлеба в биоразлагаемые и биоактивные пленки. Для снижения паропроницаемости пленок необходимо совершенствовать состав композиции.
Об авторах
Оксана Владимировна Зинина1; доцент кафедры пищевых и биотехнологий, доктор технических наук
https://orcid.org/0000-0003-4817-16458 zininaov@susu.ru
Елена Александровна Вишнякова1; лаборант-исследователь управления научной и инновационной деятельности, магистрант
https://orcid.org/0000-0002-8557-9239; l_vishny@mail.ru
Максим Борисович Ребезов2, 3; главный научный сотрудник, доктор сельскохозяйственных наук, профессор2;профессор кафедры биотехнологии
и пищевых продуктов, доктор сельскохозяйственных наук3
rebezov @ya.ru; https://orcid.org/0000-0003-0857-5143
1Южно-Уральский государственный университет, пр-т им. Ленина, 76, Челябинск, 454080, Россия
2Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова Российской академии наук, ул. им. Талалихина, 26, Москва, 109316, Россия
3Уральский государственный аграрный университет, ул. им. Карла Либкнехта, 42, Екатеринбург, 620075, Россия
УДК 664.66
DOI: 10.32634/0869-8155-2024-385-8-182-187