КОНДИТЕРСКИЕ КРЕМЫ И КЕКСЫ КАК ОБЪЕКТЫ С ПОВЫШЕННЫМ РИСКОМ ПОРЧИ: ОБЗОР МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ, ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ И СТРУКТУРНЫХ МЕХАНИЗМОВ ДЕГРАДАЦИИ

АННОТАЦИЯ

Кондитерские кремы и кексы относятся к продуктам с повышенным риском порчи вследствие сочетания высокой активности воды, сложного химического состава, нейтрального уровня pH и отсутствия стерилизации после технологической обработки. В статье проведён системный систематический анализ научных исследований 2015–2024 гг., посвящённых микробиологическим, окислительным и структурным механизмам деградации данных продуктов. Установлено, что основными причинами порчи кремов являются рост Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus и плесневых грибов, тогда как кексы подвержены главным образом окислению липидов, ретроградации крахмала и потере влаги. Показано, что срок годности определяется комплексом факторов, включая температурный режим, рецептуру, упаковку и санитарное состояние оборудования. Предложены современные технологические решения, направленные на повышение стабильности, безопасности и сохранение органолептических свойств продукции.

АBSTRACT

Confectionary creams and cakes are products with an increased risk of contamination due to a combination of high activity of the water, complex chemical composition, neutral pH, and the lack of sterilization after processing. The article covers a systematic analysis of scientific research conducted between 2015 and 2024 on the microbiological, oxidative, and structural mechanisms of degradation of these products. It has been established that the main causes of contamination for creams are the growth of Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, and mold fungi, while cakes are primarily susceptible to lipid oxidation, starch retrogradation, and moisture loss. It has been shown that shelf life is determined by a combination of factors, including temperature, formulation, packaging, and equipment sanitation. Modern technological solutions aimed at increasing product stability, safety, and preserving the organoleptic properties have been proposed.

Ключевые слова: кондитерские кремы, кексы, микробиологическая порча, окисление липидов, ретроградация крахмала, срок годности, пищевая безопасность, упаковка.

Keywords: confectionary creams, cakes, microbiological contamination, lipid oxidation, starch retrogradation, shelf life, food safety, package.

Введение. Кондитерские изделия представляют собой сложные дисперсные системы, чувствительные к микробиологическим и физико-химическим изменениям в процессе хранения. Особенно уязвимыми являются кремы и кексы, широко применяемые в производстве тортов и десертов. Высокая активность воды (aw = 0,90–0,98) в кремах создаёт благоприятные условия для роста микроорганизмов, тогда как кексы подвержены структурным и окислительным изменениям [1, с. 45].

Цель работы — обобщить современные данные о механизмах порчи и факторах, влияющих на срок годности указанных продуктов.

Методы и объекты исследования. Для анализа использованы данные исследований 2015–2024 гг., включая микробиологические, физико-химические и сенсорные методы оценки качества кремов и кексов. Рассматривались следующие показатели:

• рост патогенной и условно-патогенной микрофлоры;
• динамика перекисного числа и индекса окисления липидов;
• изменение жёсткости и влажности кексов;
• влияние рецептуры и упаковки на стабильность продукта.

Результаты и обсуждения.

Микробиологическая нестабильность кондитерских кремов

Кремы являются благоприятной средой для развития патогенной и условно-патогенной микрофлоры. К наиболее значимым микроорганизмам относятся:

• Listeria monocytogenes, способная развиваться при низких температурах. В исследованиях показано достижение уровня 10⁵ КОЕ/г уже через 72 ч хранения при 7 °C [2, с. 112];
• Staphylococcus aureus, продуцирующий термостабильные токсины, при этом его численность может достигать 10⁶ КОЕ/г в течение 48 ч [3, с. 78];
• молочнокислые бактерии (Lactobacillus, Leuconostoc), вызывающие закисание и газообразование;
• плесневые грибы (Penicillium, Aspergillus), выявленные в 27% образцов кремов при длительном хранении.

Нарушение температурного режима резко ускоряет рост микроорганизмов [4, с. 145].

Рост численности микроорганизмов (Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, молочнокислых бактерий и плесневых грибов) в кондитерских кремах при разных температурах хранения (4 , 7  и 12 °C) носит экспоненциальный характер (рис.1). График демонстрирует зависимость роста патогенной и условно-патогенной микрофлоры от повышения температуры, что подтверждает критическую роль соблюдения холодовой цепи и санитарного режима.

Рисунок 1. Кинетика роста микроорганизмов в кремах в зависимости от температуры и времени хранения

Важнейшим фактором, определяющим скорость микробной деградации кремов, является не только температура, но и термодинамический показатель активности воды (AW). Для большинства кондитерских кремов значение AW варьируется в пределах 0,94–0,98, что делает их доступными для роста практически всех групп патогенов. Снижение данного показателя до уровня 0,85–0,88 (например, путем увеличения концентрации сахарозы или введения сорбита) позволяет ингибировать рост L. monocytogenes, однако оставляет продукт уязвимым для ксерофильных плесневых грибов и осмофильных дрожжей.

Комбинирование низкого pH (4,5–5,2 в белковых или фруктовых кремах) с пониженной активностью воды создает так называемый «барьерный эффект» (Hurdle technology). Однако в масляных и заварных кремах pH часто близок к нейтральному, что минимизирует защитные свойства среды и требует обязательного внесения консервантов (сорбиновая или бензойная кислоты).

Также на процесс микробиологической порчи кексов влияют такие факторы, как отсутствие стерилизации после приготовления [5, с. 91]; вторичная контаминация при нанесении крема [6, с. 33];  недостаточная санитарная обработка оборудования.

Согласно ТР ТС 021/2011, содержание L. monocytogenes не должно превышать 100 КОЕ/г [7]. Однако исследования показывают, что до 38,0% образцов не соответствуют этим требованиям к концу срока хранения.

Окислительные и структурные изменения в кексах

Окисление жиров является основным механизмом порчи кексов. Показано, что перекисное число может увеличиваться с 1,2 до 18,5 мэкв/кг за 30 суток хранения [8, с. 201], что превышает допустимые значения (рис.2).

Рисунок 2. Изменение перекисного числа кексов в зависимости от температуры и времени хранения

Анализ динамики окисления липидов в кексах при различных температурах хранения (4, 20 и 30 °C) в течение 30 суток показал, что повышение температуры существенно ускоряет процесс окисления жиров и, как следствие,  приводит к увеличению перекисного числа и снижению качества продукта. Использование антиоксидантов снижает скорость окисления.

Окисление липидов в кексах протекает по радикальному механизму. На начальных стадиях под воздействием остаточного кислорода в порах мякиша и света образуются гидроперекиси. Эти первичные продукты окисления нестабильны и распадаются с образованием вторичных продуктов: альдегидов (гексаналь), кетонов и кислот, которые придают кексам специфический «металлический» или «травянистый» привкус. В кексах с высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот (при использовании растительных масел вместо маргарина) этот процесс протекает в 1,5–2 раза быстрее.

Процесс черствения кексов не ограничивается только переходом амилозы в кристаллическое состояние (ретроградация). Происходит перераспределение влаги между компонентами: вода мигрирует от крахмала к белкам клейковины и из центра мякиша к корочке. Это приводит к потере пластичности белкового каркаса. Применение эмульгаторов (моно- и диглицеридов жирных кислот) позволяет формировать комплексы с амилозой, замедляя её кристаллизацию и удерживая влагу внутри структуры.

Ретроградация крахмала в кексах приводит к увеличению жёсткости мякиша до 300% , потере эластичности и, как следствие, снижению потребительских свойств данной продукции (рис.3). Добавление альтернативных ингредиентов (инулин, крахмалы) замедляет процесс [9, с. 93].

Рисунок 3. Ретроградация крахмала в кексах: изменение жёсткости мякиша при хранении

На графике (рис.3) показано изменение жёсткости мякиша кексов в зависимости от времени хранения и рецептурных особенностей (контрольная проба без добавок и опытные образцы с инулином или модифицированными крахмалами). Установлено, что в контрольных кексах без стабилизаторов жёсткость мякиша увеличивается на 150–300 % за 20–30 дней хранения, тогда как добавление альтернативных ингредиентов замедляет ретроградацию крахмала и сохраняет эластичность продукта.

Срок годности кондитерских кремов и кексов определяется не одним, а комплексом факторов, которые взаимодействуют и ускоряют деградацию.

Таблица 1.

 Основные причины сокращения срока годности

Одним из наиболее перспективных методов продления срока годности кондитерских изделий  является использование технологии модифицированная газовая среда (МГС) - замещение атмосферного воздуха смесью азота и углекислого газа в соотношении 70:30 или 60:40), что позволяет полностью остановить рост аэробных плесеней (основная проблема кексов); замедлить окисление жиров за счет отсутствия свободного кислорода; сохранить мягкость продукта за счёт предотвращения десорбции влаги.

Особое внимание уделяется также замене синтетических антиоксидантов (Е320, Е321) на натуральные экстракты: Дигидрокверцетин: выделяемый из лиственницы, он обладает антиоксидантной активностью, превосходящей α-токоферол в 3–5 раз; экстракт шалфея и розмарина, карнозоловая кислота которых эффективно блокирует свободные радикалы в масляных кремах.

Таблица 2.

Прогнозируемая эффективность методов стабилизации качества

Заключение. Кондитерские кремы и кексы являются продуктами с повышенным риском порчи, обусловленным микробиологической и физико-химической нестабильностью. Для кремов ключевым фактором является рост патогенных микроорганизмов, особенно L. monocytogenes, что требует строгого контроля температурного режима, гигиены производства и упаковки.  Для кексов основной проблемой являются окисление липидов и ретроградация крахмала, приводящие к прогорканию и потере текстуры.

Современные подходы к продлению срока годности включают: использование натуральных антиоксидантов (экстракты розмарина, зелёного чая); применение пребиотиков и стабилизаторов структуры (инулин, модифицированные крахмалы);  модифицированную атмосферу упаковки (MГС) и барьерные пленки с антиоксидантной активностью; внедрение систем HACCP и цифрового мониторинга условий хранения. Данные меры обеспечивают безопасность, сохранность органолептических свойств и продление срока годности продукции.

Список литературы:

1. Павлова Л.В. Технология кондитерских изделий / Л.В. Павлова. — М.: Агропромиздат, 2018. — 320 с.
2. D’Alessandro A. Listeria monocytogenes in cream-based desserts: Growth kinetics and risk assessment / A.D’Alessandro, M.C.R.F. Alves, J.A.N.N. Ferreira // Food Microbiology. — 2020. — Vol. 88. — P. 110–117.
3. Johnson R. Staphylococcus aureus contamination in pastry kitchens: A field study / R. Johnson, K. Lee // Journal of Food Protection. — 2019. — Vol. 82, № 1. — P. 75–81.
4. EFSA. Risk assessment of Listeria monocytogenes in ready-to-eat foods // EFSA Journal. — 2020. — Vol. 18, № 1. — P. 144–158.
5. Козлов Д.А. Технология производства кремов: от традиций к инновациям / Д.А. Козлов. — СПб.: ГИПП, 2020. — 208 с.
6. FDA. Compliance Policy Guide: Cream Fillings in Bakery Products // U.S. Food and Drug Administration. — 2021. — P. 30–35.
7. ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции». — М.: Росстандарт, 2012. — 128 с.
8. Zhang Y. Lipid oxidation in cakes during storage: Role of oil type and packaging / Y. Zhang, L. Wang, H. Chen // LWT - Food Science and Technology. — 2021. — Vol. 140. — P. 200–208.
9. Chen L. Effect of alternative starches on cake staling / L. Chen, K.M.K. Hsu // Food Chemistry. — 2019. — Vol. 287. — P. 90–97.
10. Tournas V.H. Mold spoilage in bakery products: A review / V.H. Tournas //Food Control. — 2020. — Vol. 115. — P. 130–140.
11. Singh  R.P. Moisture migration in baked goods/ R.P. Singh, J.M.L.H. de Jong //Journal of Food Engineering. — 2018. — Vol. 224. — P. 42–49.
12. Пономарев А.И. Логистика и хранение кондитерских изделий / А.И. Пономарев. — М.: ДеЛи, 2021. — 184 с.
13. Liu H. Barrier packaging materials for high-moisture bakery products/ H. Liu, Y. Chen // Packaging Technology and Science. — 2020. — Vol. 33, № 2. — P. 75–84.