Наукове обґрунтування технологій харчових продуктів із поліфазною структурою з використанням наночастинок оксидів заліза: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня д-ра техн. наук: 05.18.16 – Технологія харчової продукції

Abstract

Дисертаційна робота присвячена обґрунтуванню наукових засад і розробленню практичних рішень щодо використання функціонально технологічного потенціалу наночастинок мінерального походження у харчової продукції з поліфазною структурою, що дасть змогу покращити споживні властивості готової продукції. Із цією метою запропоновано концепцію роботи: сформований у ході виробництва функціонально-технологічний потенціал наночастинок мінерального походження, зокрема оксидів заліза, зумовлений фізико-хімічними показниками і колоїдними властивостями, є основою для вдосконалення і розроблення наукоємних харчових нанотехнологій, 45 адаптованих для різних умов виробництва (підприємств харчової галузі, закладів ресторанного господарства і т.п.), покращення показників якості, подовження термінів зберігання харчової продукції та отримання доданої вартості. Теоретично обгрунтовано та експериментально доведено раціональні технологічні параметри виробництва харчової добавки «Магнетофуд» на основі оксидів заліза, що зумовлюють потрібні фізико-хімічні показники, показники якості й безпечності цієї добавки. Розроблено технології хлібобулочної, кондитерської, кулінарної продукції з використанням харчової добавки «Магнетофуд».

The dissertation is devoted to the substantiation of scientific bases and development of practical decisions concerning the use of functional and technological potential of mineral nanoparticles in food products with polyphase dispersed structure, which will allow to improve consumer properties of finished products. For this purpose, the concept of work is proposed: functional and technological potential of mineral nanoparticles, (iron oxides, in particular) formed in the course of production, caused by physico-chemical parameters and colloidal properties, is the basis for the improvement and development of knowledge-intensive food nanotechnologies adapted to various manufacturing conditions (food industry enterprises, restaurants, etc.), improvement of quality indicators, extension of the shelf life of foodstuffs and obtaining added cost. To evaluate the effectiveness of achieving this purpose, it is proposed to use modern methods of investigating functional and technological properties, quality and safety indicators of food raw materials, semi-finished products and foodstuffs. Rational technological parameters for the manufacture of "Magnetofood" dietary supplement based on iron oxides are theoretically substantiated and experimentally proved: - the model of «close contact», which ensures steady distribution of components in the solvent during the dissolution of salts Fe (II) and Fe (III) (10% solution) (τ=(3…5)×60s, t=45…50оС n=1,6…1,7 s-1) and in the dispersion medium; - alkaline coprecipitation of Fe salts with the effect of solubilization (pH=10…11; t=45…55°C; mixing rate n=24,9…25,1 s-1; 1,7…1,8 times the excess salt of Fe ( II); 10…10.5 times the excess of NH3⋅Н2О; in the ratio Fe3+/Fe2+=2:1,75; use of FeSO4⋅7H2O, FeCl3⋅6H2O and NH3⋅Н2О as raw material components, which determine the required quality indicators of the additive. Organoleptic, microbiological and physico-chemical parameters of «Magnetofood» dietary supplement are determined that confirms its safety, purity and ability to obtain stable suspensions. The regularities are determined, water and fat suspensions as a technological medium for the introduction of «Magnetofood» dietary supplement in foods with emulsion, emulsion-suspension, foam and gel structures are obtained based on a comprehensive study of the surface-active properties of «Magnetofood» dietary supplement (surface tension in polar and non-polar solvents, edge angles of wetting with water and sunflower oil, ξ-potential, TG-analysis, IR-spectroscopy and electron microscopy),. The regularities of LF «Magnetofood» dietary supplement interaction with water, proteins, polysaccharides and fats by the types are determined: «solvate complex», «cluster», «clathrate», «cavitate», «complex sandwich», implemented in the proposed physico-chemical models with water and fat-holding ability of a food additive: «cluster-looped» (in the systems simultaneously containing proteins and carbohydrates, in particular starch), «cluster-capillary» (in carbohydrate solutions) and «two-layer coordination» (based on electrostatic and coordination relationships of the nanoparticles with polar groups of fats – «the first adsorption layer» with subsequent electrostatic interactions of its hydrophobic centers with acyl residues of triglycerides – «the second adsorption layer»). It is proved that the proposed mechanism of water-holding ability, which a nutritional supplement possesses, changes the ratio of free and chemically bound moisture towards the physico-chemical form, which relates to «clustrophilicity» and the ability of nanoparticles to create aqua associates. This fact stipulates improvement of consumer properties of rye-wheat bread and flour confectionery (custard gingerbread, oatmeal cookies) with «Magnetofood» dietary supplement during all period of regulated storage. Rational mass fraction of «Magnetofood» dietary supplement (which is 0.15% (or 0.10% for meat chopped products) by the weight of the recipe mixture) for the introduction into food products with the polyphase structure (in particular, bakery, culinary, confectionery). The technology of rye-wheat bread «Kharkiv Springlet», custard gingerbread «Kharkiv», oatmeal cookies «Kozak», minced meat products (cutlet «Nourishing», beefsteaks from beef «Slobozhansky»), cheese dessert «Elephant», whipped fruit berry desserts («Raspberry» mousse, «Berry» sambuca), molded jelly marmalade «Morning» on agar and «Rainbow» on pectin, white-pink marshmallow «Spring» on agar and Summer» with the use of «Magnetofood» dietary supplement. The complex of data characterizing organoleptic, physico-chemical, functional-technological, structural-mechanical, microbiological and toxicological parameters of new products is obtained. Regulatory and technological documentation is developed and approved, thirty patents of Ukraine for utility models are obtained, and practical value is confirmed by the results of production tests and implementation of the developed products at the enterprises of the industry and in the educational process.