Наукове обгрунтування технологій напівфабрикатів збивних для кулінарної та кондитерської продукції з поліфазною дисперсною структурою: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня д-ра техн. наук: 05.18.16 – технологія харчової продукції

Abstract

В дисертації викладено теоретичне та експериментальне обгрунтування принципів забезпечення технологічної стійкості кулінарної та кондитерської продукції з поліфазною дисперсною структурою шляхом створення науково обгрунтованих технологій напівфабрикатів збивних, використання яких дозволяє скоротити технологічний процес виробництва продукції на їх основі та зменшити енергозатрати, за одночасного виробництва продукції з високими показниками якості та безпечності. На підставі теоретичних та експериментальних досліджень сформульовано та доведено наукову концепцію, яка полягає у реалізації в харчових технологіях керованих процесів забезпечення мінімального росту вільної енергії шляхом створення потенційного бар’єру протидії коалесценції дисперсних частинок, що дозволяє одержати за фізичним станом, структурою, харчовою цінністю широкий асортимент напівфабрикатів для виробництва технологічно стійкої кулінарної і кондитерської продукції з поліфазною дисперсною структурою, розширити її асортимент, сформувати нові споживні властивості. В дисертації викладено теоретичне та експериментальне обгрунтування принципів забезпечення технологічної стійкості кулінарної та кондитерської продукції з поліфазною дисперсною структурою шляхом створення науково обгрунтованих технологій напівфабрикатів збивних, використання яких дозволяє скоротити технологічний процес виробництва продукції на їх основі та зменшити енергозатрати, за одночасного виробництва продукції з високими показниками якості та безпечності. На підставі теоретичних та експериментальних досліджень сформульовано та доведено наукову концепцію, яка полягає у реалізації в харчових технологіях керованих процесів забезпечення мінімального росту вільної енергії шляхом створення потенційного бар’єру протидії коалесценції дисперсних частинок, що дозволяє одержати за фізичним станом, структурою, харчовою цінністю широкий асортимент напівфабрикатів для виробництва технологічно стійкої кулінарної і кондитерської продукції з поліфазною дисперсною структурою, розширити її асортимент, сформувати нові споживні властивості. It is theoretically and experimentally confirmed that the development of scientific and practical direction for the production of culinary and confectionery products with polyphase dispersed structure based on the creation of whipped semi-finished products through the implementation of technological principles that provide the control of development processes of the interface phases to form specified verified and validated food with developed interphase. This is subject to minimum free energy growth, which requires the introduction of organizational and technological measures to create special enterprises (sections), involvement in the technological cycle of production resources, methods and equipment with target characteristics. Based on theoretical and experimental researches the scientific concept has been formulated and proved. The concept base is ensuring of minimal growth of free energy during controlled processes within the food technology implementation through creation of potential barrier of resistance to coalescence of dispersed particles. This process is giving the wide range of semi-finished products by physical condition, structure and nutritional value for production of technologically sustainable culinary and confectionery products with polyphase dispersed structure, expand its product range and form new nutritional properties. It is theoretically shown that the dispersion of individual phases in the system of polyphase dispersed structure depends on the interfacial tension of the water-air and water-oil, which are different in size. It is also proved the sequential necessity for dispersion of individual phases (air, fat, solid particles). Under these conditions the provision of technological stability of systems with polyphase disperse structure is realized by reducing the interfacial tension of water-air and water-oil through the usage of reasonable kinds and amount of surfactant, reducing the area of the interface phases due to agglomeration of solid fat particles and their adhesion to air bubbles, creation of interfacial adsorption layers of high strength. For the first time it is theoretically predicted and experimentally determined the rational parameters of functioning of theoretical models of getting of technologically stable systems with polyphase disperse structure – Pickering stabilization (whipped semi-finished product using cocoa butter), Pickering-steric stabilization (dry whipped fat-containing semi-finished product), steric stabilization (whipped semi-finished product using a mixture of sunflower and palm kernel oil, dry whipped nutty semi finished product) by ensuring conditions for minimal growth of free energy in the system through creation of potential barrier of resistance to coalescence of dispersed particles, the implementation of which allows to obtain products with different textural properties. It is theoretically and experimentally proved that Pickering stabilization of systems with polyphase dispersed structure is provided with destabilization, agglomeration, flotation and adhesion of solid fat particles in the air bubbles to form protective fat liquid barrier by capillary forces between the fat particles. The mechanisms to ensure Pickering stabilization in the technological process are realized through formation of direct oil-based emulsion with low-liquid triglycerides, renewed skim milk and E472e. Destabilization of fat particles in the foaming process is granted by homogenization of emulsion to the size of the fat particles of (0,2±0,01)×10-6 m using E322. Flotation is provided with NaCMC and agglomeration – by using Е472b during the process. Adhesion of fat particles in air bubbles is provided under low value conditions of limit tension of shear of interfacial adsorption layers. The model of steric stabilization of systems with polyphase dispersed structure involves the formation of interfacial adsorption layers with a high limit tension of shear in fat particles and air bubbles by using milk proteins and iota-carrageenan which create complexes due to ions of calcium interaction. This approach is implemented in technology of whipped semi-finished product using the mixture of sunflower and palm kernel oil. The model of steric stabilization in dry whipped nutty semi-finished product technology is implemented through the formation of interfacial adsorption layers in fat particles during grinding process of nuts in contact with white sugar, mixing with dry egg protein and interacting with E471 in case of its full melting during renewal and whipping of semi-finished product. This process ensures close and high values of limit tension of shear of interfacial adsorption layers at the interface of water-air and water oil phases. The technological stability of food with polyphase dispersed structure through Pickering steric stabilization is implemented by creation of potential barrier of resistance to coalescence of air bubbles based on destabilization, agglomeration, flotation and adhesion of fat particles on the air bubbles in case of incomplete coverage subsequently providing of high limit tension of shear of interfacial adsorption layers. This model is implemented in technology of dry whipped fat-containing semi-finished product achieved through the formation of interfacial adsorption layers on fat particles and their crystallization during dispersion of sunflower oil in the dry mix by introducing E471 and E322 providing the contact of oil with hydrophilic condensed surface (sugar white). The recommendations on use of whipped semi-finished product in culinary and confectionery producing technology for restaurant industry establishments were devised. It was implemented the package of introduction of new technologies both in restaurant industry establishments of Spain and Ukraine and educational process. The estimated total economic benefit of whipped semi-finished product producing is about 0,5…4,0 thousand UAH per 1 ton of product. It is defined that for the project implementation 11…12 million of UAH investment is needed. In this case the payback period is 1,8…1,9 years, which proves the feasibility of the project and its attractiveness to investors.