Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Перспективы использования в хлебобулочных изделиях серебряных нанобиокомпозитов 9
1.1. Роль минеральных сорбентов в обогащении продовольственных товаров 9
1.2. Препараты серебра, их антимикробная активность и применение 20
1.3. Нанокомпозиты и перспективы их применения 29
1.4. Пути обогащения хлебобулочных изделий и сохранения их качества 33
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования. организация работы 45
2.1, Объекты исследования и организация работы 45
2.2, Методы исследования ацетата серебра и серебряного нанобиокомпозита 50
2.3, Методы исследования технологических свойств муки
и качества готовых изделий 58
ГЛАВА 3. Синтез и физико-химическое исследование свойств серебряного нанобиокомпозита 65
3.1. Физико-химическое исследование реакции термического разложения ацетата серебра 65
3.2. Приготовление и исследование свойств серебряного нанобиокомпозита 74
3.3. Исследование антимикробной активности серебряного нанобиокомпозита 82
ГЛАВА 4. Разработка рецептуры и товароведная оценка хлеба с серебряным нанобиокомпозитом 94
4.1. Влияние серебряного нанобиокомпозита на хлебопекарные свойства муки и ее минеральный состав 94
4.2. Разработка рецептуры, технологии и товароведная оценка хлеба с серебряным нанобиокомпозитом 102
4.3. Пищевая ценность хлеба с серебряным нанобиокомпозитом.. 114
Выводы 118
Библиографический список
- Препараты серебра, их антимикробная активность и применение
- Методы исследования ацетата серебра и серебряного нанобиокомпозита
- Приготовление и исследование свойств серебряного нанобиокомпозита
- Разработка рецептуры, технологии и товароведная оценка хлеба с серебряным нанобиокомпозитом
Введение к работе
Актуальность темы диссертационного исследования.
В настоящее время наметилась устойчивая тенденция к использованию продуктов здорового питания для профилактики болезней и оздоровления населения.
Особый дефицит наблюдается в производстве изделий для специального питания. Эти изделия могли бы обеспечить суточную потребность организма человека в необходимых химических элементах. К числу таких изделий можно отнести хлеб и хлебобулочные изделия специального назначения, ассортимент которых в России явно недостаточен. Спектр действия продуктов, обогащенных необходимыми химическими элементами, может быть и гораздо шире: это борьба с болезнетворными микроорганизмами, увеличение сроков хранения продуктов питания и др.
Поэтому, во-первых, несомненный интерес представляет использование в пищевой промышленности природных минералов - цеолитов, биологические свойства которых широко известны. Они применяются с 90-х годов XX века для получения пищевых добавок в лечебно-профилактическом питании, животноводстве, птицеводстве, рыболовстве, для сушки влажного зерна, повышения сохранности овощей и в других областях практики (Благитко Е.М., Бгатов В.И., Новоселова Т.И., 2000). Но применение цеолитов в пищевой промышленности находится на начальном этапе и главным образом на стадии подготовки сырья (Хорунжина СИ., 1994), однако из патентной литературы уже известны отдельные успешные попытки введения цеолитов непосредственно в тесто для хлеба. Поэтому потенциал цеолитов, как биокорректоров состава электролитных сред организма и энтеросорбентов, используется не в полной мере.
Во-вторых, в последнее время резко усилился интерес к природному антисептику - серебру, во многом превосходящему синтетические антибиотики. Это объясняется широким антибактериальным спектром его действия в отношении патогенной микрофлоры, наличием вирулоцидной и фунгицидной активности, относительно низкой стоимостью. Применение серебряной воды получило широкое распространение в пищевой промышленности как консервирующего препарата в производстве молока, сливочного масла в кондитерском производстве при подготовке фруктового сырья. В том числе в патентной литературе приведены примеры его успешного применения в хлебопечении для изготовления хлебобулочных изделий с антимикробными и целебными свойствами (Короткое Ю.А., Коваль И.В., Коваль Д.И., 1996).
В-третьих, в настоящее время в мире наблюдается резкий всплеск интереса к нанотехнологиям и наноматериалам. Так, частицы металлов в нанодисперсном состоянии (на уровне 10 м) обладают рядом уникальных характеристик, поскольку изменяются их фундаментальные свойства.
Все указанное выше и определило область наших исследований: создание специального продукта питания в виде хлеба с добавкой цеолита и наночастиц серебра на его поверхности.
Этот подход к производству специальных продуктов питания является новым и отвечает современным тенденциям в научных и практических исследованиях.
Цель и задачи исследования.
Целью исследования явилась разработка рецептуры хлеба для профилактического питания с добавкой биокомпозита в виде наночастиц серебра на поверхности минерального сорбента и его товароведная оценка.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
• выполнить физико-химическое исследование реакции термического разложения ацетата серебра в качестве прекурсора для получения наноразмерных частиц серебра;
• синтезировать биокомпозит в виде наночастиц серебра на поверхности природного минерального сорбента цеолита;
• определить растворимость стабилизированных цеолитами наночастиц серебра в жидких средах различного состава;
• исследовать антимикробную активность стабилизированных цеолитом наночастиц серебра в сравнении с известными препаратами серебра;
• разработать рецептуры хлеба с добавкой серебряного нанобиокомпозита, обеспечивающего восполнение суточной потребности организма человека в микроэлементе серебре и увеличении срока их хранения;
• изучить технологические свойства и пищевую ценность хлеба с серебряным нанобиокомпозитом;
• разработать техническую документацию для производства хлебобулочных изделий с добавкой серебряного нанобиокомпозита.
Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательской работы Сибирского университета потребительской кооперации по теме «Физико-химическое материаловедение товаров народного потребления».
Научная новизна. Разработана рецептура хлеба для профилактического питания с добавкой серебряного нанобиокомпозита и выполнена его товароведная оценка. Достижение этой цели оказалось возможным в результате получения следующих новых результатов:
• Комплексом физико-химических методов получены новые данные по реакции термического разложения ацетата серебра. Установлен состав твердого и газообразных продуктов его разложения, определены кинетические параметры реакции, выявлены режимы проведения реакции с целью получения металлического серебра в нанодисперсном состоянии.
• Синтезирован с применением реакции термического разложения ацетата серебра серебряный нанобиокомпозит из частиц серебра на поверхности минерального сорбента-цеолита для пищевых продуктов.
• Определены растворимость и динамика растворения в растворах различного состава серебряных наночастиц, стабилизированных цеолитом.
• Выполнено сравнительное исследование антимикробной активности наночастиц серебра на поверхности цеолита и его известных препаратов. Выявлена повышенная, в сравнимых по содержанию серебра в растворе, активность серебра в нанодисперсном состоянии.
• Подтверждена антимикробная активность серебряного нанобиокомпозита в составе исходного сырья для производства хлеба.
• Обоснована возможность использования серебряного нанобиокомпозита в производстве специальных хлебобулочных изделий.
Практическая значимость и реализация работы.
Разработанный серебряный нанобиокомпозит защищен патентом РФ 2245151 и реализован в практике в качестве антисептического средства.
По результатам исследований разработаны рецептура хлеба РЦ8РФ № 1 и технические условия ТУ 9115-054-01597951-07 «Хлеб из пшеничной муки I сорта «Аргоцеол». На технологический процесс изготовления хлеба с серебряным нанобиокомпозитом разработана технологическая инструкция.
Разработанная технология проверена в производственных условиях хлебопекарни Мукомольного ОАО «Авангард» г. Новосибирска (акт о внедрении от 19 апреля 2007 г., №95/1).
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе по специальностям: 080401.65 «Товароведение и экспертиза товаров»; 110305.65 «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции»; 260501.65 «Технология продуктов общественного питания» Сибирского университета потребительской кооперации (справка о внедрении от 15 июня 2007 г., №30-626).
Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты диссертации представлены и обсуждены на Научно-практической конференции с международным участием «Товароведение в XXI веке» (Новосибирск, 2002); IX Международной конференции «Физико-химические процессы в неорганических материалах» (Кемерово, 2004); Научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы коммерции и маркетинга в потребительской кооперации» (Новосибирск, 2004); Международной научно-практической конференции «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг» (Орел, 2004); Научно-практической конференции с международным участием «Серебро и висмут в медицине» (Новосибирск, 2005); Всероссийских научно-практических конференциях «Региональные аспекты развития рынка потребительских товаров» (Хабаровск, 2005) и «Товарный консалтинг и аудит потребительского рынка» (Бийск, 2006); 13th International Conference of Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materials (Tomsk, 2006); 8-ой Межрегиональной научно-практической конференции «Современное хлебопекарное производство, перспективы его развития» (Екатеринбург, 2007); Второй Всероссийской конференции по наноматериалам «НАНО-2007» (Новосибирск, 2007), Международной научно-практической конференции «Роль инноваций в современном обществе» (Петропавловск-Камчатский, 2007).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ, отражающих ее основное содержание, в том числе одна в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК РФ. Общий объем публикаций составляет 4,1 п.л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, двух экспериментальных глав, результатов и выводов, библиографического списка, включающего 220 наименований (из них 27 на иностранных языках) и приложений. Текст работы изложен на 141 страницах, содержит 26 таблиц и 23 рисунка.
Работа выполнена на кафедрах естественных наук и экспертизы товаров Сибирского университета потребительской кооперации (г. Новосибирск). Автор выражает глубокую признательность научному руководителю д.х.н., профессору Михайлову Ю.И., д.х.н. Логвиненко В.А. (ИНХ СО РАН), к.х.н. Покровскому Л.М. (НИОХ СОРАН), к.х.н. Скворцовой Л.И., д.х.н. Бохонову Б.Б. (ИХТТМ СО РАН), Сурниной В.П. (НПФ «НОВЬ»), Хазеевой Г.П. (Центр оздоровительного питания), д.т.н., профессору Цапаловой И.Э., к.т.н. Плотниковой Т.В., к.т.н. Плотникову Д.А., Шмаковой Л.М. (СибУПК), к.т.н. Скрябину В.А., Сухаревой В.П. (ВНИИЗ), всем соавторам публикаций, сотрудникам кафедр естественных наук и экспертизы товаров СибУПК за неоценимую помощь в выполнении данной работы.
Препараты серебра, их антимикробная активность и применение
По данным Американского института серебра [64], который отслеживает технологии использования серебра в 37 странах мира, только в последнее время разработано порядка 90 медицинских препаратов серебра, что убедительно свидетельствует о вновь повышенном интересе человечества к серебру как природному антисептику. Это объясняется ценными терапевтическими свойствами препаратов серебра: широкий антибактериальный спектр действия в отношении патогенной микрофлоры, в том числе устойчивой к антибиотикам; наличие вирулоцидной и фунгицидной активности; хорошо выраженное ранозаживляющее действие и относительно низкая стоимость препаратов.
Анализ литературы [64-85] позволяет разделить все серебросодержащие препараты на группы по составу и технологии их приготовления: водные растворы коллоидного серебра (серебряная вода); композиты коллоидного серебра, стабилизированного полимерами, и биокомпозиты на основе минеральных сорбентов.
Данные литературных источников [72, 83, 84] указывают на использование водных растворов коллоидного серебра для обеззараживания воды, заживления и очищения ран еще в персидской и китайской цивилизации. Например, древние персы для длительного хранения воды применяли серебряные кувшины. Антимикробные свойства этой воды позже объясняли переходом серебра в воду из кристаллической решетки массивного металла в виде коллоидных частиц [86].
Серебряную воду использовали в качестве антибактериального средства при лечении инфицированных ран. Такую воду получили методом настаивания дистиллированной воды с посеребренным песком. При этом максимальная концентрация серебра в воде не превышала 4-5 мг/л [65]. Электролитический метод серебрения воды [65], предложенный Л.А. Кульским в 1930 г., позволил получить серебряную воду с концентрацией серебра до 50 мг/л и использовать ее в качестве дешевого нетоксичного антибактериального средства. По мнению авторов работ [65, 87, 88] именно ионы серебра обладают бактерицидной активностью, причем степень активности серебра увеличивается с увеличением концентрации их ионов. Считают, что ион серебра связывается с азотистыми основаниями дезоксирибонуклеиновой кислоты бактерий, что приводит к нарушению стабильности ДНК бактерий и соответственно их жизнеспособности. Кроме того, проникновение ионов серебра в цитоплазматическую мембрану клетки нарушает функции клеточной оболочки и блокирует множество бактериальных ферментов, что ведет к гибели микроорганизмов [64, 65, 85, 87, 88]. По данным Л.А Кульского антибактериальный эффект серебряной воды в 1750 раз сильнее действия карболовой кислоты в той же концентрации и в 3,5 раза сильнее действия сулемы [65]. Установлено, что серебряная вода обладает более мощным антимикробным действием, чем пинициллин, биомицин и другие антибиотики и оказывает губительное действие на антибиотикоустойчивые штаммы бактерий [72].
В работах [65, 72, 73] имеются данные об избирательном действии серебра на патогенные и непатогенные организмы. Выявлено, что патогенная микрофлора более чувствительна к ионам серебра, чем непатогенная. По эффективности действия ионизированного серебра на микробные клетки их можно расположить в последовательности: стрептококк - бактерии Эберта -бактерии Флекснера - эшерихии коли [72]. Достаточно быстро погибают от ионов серебра возбудители тифа и дифтерии, сальмонеллы [65]. Грамотрицательные бактерии более чувствительны к препаратам серебра, чем грамположительные, в то же время дрожжи и дрожжеподобные грибы достаточно устойчивы к препаратам серебра, на плесневые грибы ионы серебра практически не действуют [65].
Анализ работ [64, 66-71, 85] показал, что в настоящее время серебряную воду можно получать с помощью ионаторов коллоидного серебра: ЛК-31, Рем-1м, «Георгий», БИС-1, «Невотон ИС-112» и других приборов, поступающих на отечественный рынок. Генераторы серебряной воды снабжены подробными инструкциями и предназначены для применения в медицине и быту.
Ионатор ЛК-31 [66] выпускается для получения медно-серебряной воды, которая служит основой для препарата «Циаркум». Доказана [67] нетоксичность препарата, отсутствие аллергического действия на организм. Для препарата характерен широкий спектр антибактериального действия на микрофлору ран.
Ионатор «РЕМ-1м» разработан для получения воды, обогащенной ионами меди и серебра [68, 69]. Концентрация серебра может варьировать от 0,2 - 0,6 до 1,5-2,3 мг/л, что зависит от времени ионизации, объема жидкости, температуры, кислотности и минерального состава воды. Вода, полученная с помощью «РЕМ-1м» прошла испытания на антимикробную активность по отношению к следующим микроорганизмам: кишечная палочка, синегнойная палочка, золотистый стафилококк и др. Она обладает бактерицидным и фунгицидным действием, а при добавлении ацетилсалициловой кислоты приобретает и вирулоцидные свойства [69, 70].
Генератор коллоидных ионов серебра «Георгий» [71] позволяет получать растворы с более высоким содержанием серебра 50 - 20000 мкг/л, которые рекомендуется использовать с целью профилактики и лечения различных заболеваний, а также для обеззараживания питьевой воды, консервирования соков, дезинфекции овощей и фруктов, замачивания семян перед посадкой с целью их обеззараживания [71].
Методы исследования ацетата серебра и серебряного нанобиокомпозита
При исследовании ацетата серебра, реакции его термического разложения и свойств серебряного нанобиокомпозита использовали следующие методы: - рентгенофазовый анализ (РФА) [176]; - сканирующая (SEM) и просвечивающая (ТЕМ) электронная микроскопия [177]; - термический анализ [178]; - дифференциальная сканирующая микрокалориметрия [179]; - кинетический анализ [179,180]; - масс-спектрометрия [181]. - текстурный анализ [182,183]; - атомно-абсорбционный метод [179, 184-187]; - инверсионная вольтамперометрия [179, 188]; - микробиологический анализ [77, 189,190].
Синтез ацетата серебра проводили по методике «капля в каплю», описанной в работе [191]. Реакцию проводили путем смешивания раствора нитрата серебра и избыточного раствора ацетата натрия. Полученный осадок ацетата серебра промывали от примесей дистиллированной водой методом декантации, фильтровали и высушивали в сушильном шкафу при температуре 50-60 С. Содержание серебра в синтезированном ацетате серебра определяли методом роданометрии [191].
Исследование исходных образцов синтезированного ацетата серебра и продуктов его термического разложения осуществляли методом рентгенофазового анализа (РФА) на дифрактометре ДРОН-3 с использованием
Си (а) - излучения. Скорость вращения счетчика составляла 0,5 град-мин-1. Дифрактограммы анализировали методами, описанными в работе [176]. Идентификацию фаз проводили с использованием картотеки [192]. Межплоскостные расстояния определяли по таблицам [193].
Морфологию исходных кристаллов ацетата серебра изучали методами сканирующей (SEM) и просвечивающей (ТЕМ) электронной микроскопии.
SEM и ТЕМ исследования кристаллов исходных и разложенных кристаллов ацетата серебра проводили с использованием микроскопа (JEM-2000 FXII) с разрешающей способностью 200 А, оборудованного AS1D-20 механизмом при ускоряющем напряжении 200 кВ.
Для приготовления анализируемых образцов кристаллы ацетата серебра диспергировали в водно-спиртовом растворе. Каплю полученной дисперсии помещали на медную ТЕМ сетку, предварительно покрытую углеродной пленкой. После выпаривания раствора ТЕМ сетку помещали на охлаждающийся жидкоазотный держатель, работающий в условиях минимально возможных температур (-160 С).
С целью изучения структурных и морфологических изменений в кристаллах ацетата серебра во время его термического разложения in situ использовали небольшую массу кристаллов соли, которую на вольфрамовой ТЕМ сетке, помещали на нагревающийся держатель EM-SHH 4. Нагрев проводили в диапазоне температур 180-350 С. Температуру измеряли с точностью до ± 1 С. Для SEM исследований на поверхность кристаллов ацетата серебра осаждали в вакууме тонкую золотую пленку [177].
Изучение термического разложения ацетата серебра осуществляли в неизотермическом режиме с использованием методов термогравиметрии (ТГ), дифференциально-термического (ДТА) анализа. Кривые ТГ, ДТГ и ДТА исследуемых образцов ацетата серебра снимали на дериватографе Q-1500-D венгерской фирмы MOM в атмосфере гелия при линейном нагреве со скоростью 5 град.-мин"1. Масса навески анализируемых образцов составляла мг. Исследуемые образцы нагревали на открытом стандартном тигле в интервале температур 20-500 С, измеряемых с точностью до ± 5 С.
Тепловые потоки из образца в процессе термического разложения измеряли методом дифференциальной сканирующей микрокалориметрии (ДСК) на приборе «Mettler DSC 822е/700».
Для кинетических исследований использовали неизотермический режим нагрева. Для кинетического исследования реакции термического разложения ацетата серебра применяли линейный нагрев со скоростями 5 и 10 град.-мин-1 в атмосфере гелия, скорость протока которого составляла 120 см /мин. Масса навески исследуемых образцов составляла 50 мг, а в качестве держателя образца использовали тарелочный держатель. Данные кинетического анализа обрабатывали с помощью компьютерной программы «NETZSCH Thermokinetics 2» (версия 2001.9d) и программного модуля «Model free», который обрабатывает совместно несколько термогравиметрических кривых, полученных при разных скоростях нагрева и без использования топохимического уравнения. При этом программа «OZAWA-FLYN-Analysis» по зависимости логарифма скорости нагрева от величины обратной температуры рассчитывала энергии активации (Еа) для каждой экспериментальной точки в интервале степени превращения (а) равной 0,02-0,98. Затем, опираясь на рассчитанные энергии активации, подбирали из 16 топохимических уравнений, имеющихся в программе «Netzsch Advanced Software», кинетические уравнения, достаточно точно описывающие процесс термического разложения ацетата серебра и по ним рассчитывали величины кинетических параметров [180].
Приготовление и исследование свойств серебряного нанобиокомпозита
Следующий этап работы заключался в приготовлении серебряного нанобиокомпозита на матрице из природного цеолита.
Металлсодержащие цеолиты широко исследуются и применяются в катализе [217]. Поскольку входные окна в структуре цеолитов имеют молекулярные размеры, это позволяет получать более дисперсное распределение активных агентов. Основным способом их введения является ионный обмен с последующим восстановлением катионов, например, водородом. Наилучшее распределение металла в контактах достигается в тех случаях, когда перед стадией восстановления из цеолита удаляется практически вся вода. В меньшей степени зарядку цеолитов металлами осуществляют путем сорбции летучих или растворимых органических или неорганических соединений металлов в обезвоженные цеолиты с последующим термическим или химическим разложением этих соединений. В качестве таких соединений используют карбонилы или гидрокарбонилы, ацетилацетонаты, галогениды, алкильные производные [217]. Поскольку в цеолитных системах вследствие сильно развитой поверхности эффективно протекают процессы миграции металлов из объема кристаллов цеолитов на их внешнюю поверхность и агрегации частиц металлов, это приводит к образованию массивных металлов, что снижает их каталитическую активность. И в этом одна из сложных проблем получения цеолитов, содержащих высокодисперсные металлы.
Использованный способ приготовления серебряного нанобиокомпозита [218] заключался в получении водного раствора ацетата серебра, смачивании им порошка цеолита, термической обработки образца в воздушной атмосфере при температуре 250-280 С в течение 30-40 мин. Концентрацию раствора ацетата серебра подбирали таким образом, чтобы содержание металлического серебра в образце было в интервале 0,0015-0,5 %, а количество раствора было минимальным для полного смачивания порошка цеолита. Принципиальная особенность такого подхода состоит в следующем. Раствор ацетата серебра заполняет поры матрицы, при нагревании в процессе удаления растворителя вначале происходит кристаллизация ацетата серебра в порах. Затем кристаллы термически разлагаются, но поскольку химическая реакция сопровождается фазовой перестройкой, то фаза продукта с иными параметрами структуры размещается в тех же порах. Возникает своего рода якорный эффект, который препятствует агрегации частиц серебра. Сама же пористая структура цеолита задает размер частиц серебра. Заметим, что описанные процессы происходят на фоне удаления воды из пористой структуры цеолита. Значительный эндотермический эффект при нагревании образца цеолита с нанесенным ацетатом серебра (рис. 3.13) является характерным для процессов дегидратации, и он же маскирует слабый, из-за небольшого содержания ацетата серебра, экзотермический эффект в реакции его термического разложения.
Результаты электронной микроскопии показывают, что действительно при приготовлении серебряного нанобиокомпозита нашим методом в структуре природного цеолита образуются частицы металлического серебра размером до 10 нм.
Изотермы адсорбции и десорбции азота на поверхности исходного цеолита
Далее представляло интерес выяснить, что происходит с удельной поверхностью и пористостью цеолита в результате нанесения на него наночастиц серебра в реакции термического разложения ацетата серебра. Данные текаурных исследований образцов исходного цеолита и цеолита с наночастицами серебра представлены на рис.3.15,3.16 и в табл. 3.1.
Из этих данных следует, что использованный порошок цеолита в виде гранул обладает не очень высокой удельной поверхностью, средний размер пор позволяет фиксировать в матрице цеолита частицы серебра наноразмерного масштаба, а сам процесс нанесения небольшого количества серебра сколь-нибудь существенно на удельной поверхности и пористости образца цеолита не сказывается, что положительно отражается на его сорбционных и ионно-обменных свойствах.
Результаты исследования растворимости и динамики растворения металлических частиц серебра, находящихся на поверхности нанобиокомпозита, представлены в табл. 3.2.
Растворимость микрокристаллов в общем случае обратно пропорциональна их размеру. Увеличение растворимости Sr микрокристаллов вызвано поверхностными силами, возникающими на границе твердого тела с жидкостью. Согласно уравнению (3.1) между Sr для микрокристаллов и Sx для крупных кристаллов существует соотношение ln(S /S ) = 2-M-y/R-p-r, (3.2) Г Л. где М - молярная масса; р - плотность; у - коэффициент поверхностного натяжения.
Следует, однако, заметить из термодинамических соображений, что применение этого уравнения к очень малым частицам наноразмерного масштаба может встретить немалые трудности из-за появления иных сил, также зависящих от размера частиц. В частности, потребуется учет заряда и наличия двойного слоя на поверхности частиц, диэлектрической проницаемости растворителя и др. [219].
Физико-химические исследования реакции термического разложения ацетата серебра подтверждают образование наноразмерных частиц металлического серебра. Металлическое серебро в наноразмерном состоянии, согласно уравнению 3.1, приобретает повышенную способность растворяться в различных водных растворах.
Данные проведенного исследования показывают также прочную связь металлических частиц серебра с поверхностью минерального сорбента и малую скорость их растворения. Динамика перехода ионов серебра с поверхности композита в дистиллированную воду и дрожжевой раствор практически одинакова.
Разработка рецептуры, технологии и товароведная оценка хлеба с серебряным нанобиокомпозитом
Целью работы было создание рецептуры хлеба с серебряным нанокомпозитом, предназначенного для восполнения суточной потребности организма человека в микроэлементе серебре и коррекции минерального баланса его пищевого рациона.
В ежедневном рационе человека адекватный (эссенциальный) уровень потребления микроэлемента серебра должен составлять 0,030 мг [173], тогда в суточном потреблении хлеба (300 г) должно содержаться в свободном виде не более 0,015 мг серебра. Следовательно, для выработки хлеба профилактического назначения из 1 кг муки должен использоваться серебряный нанокомпозит содержащий в своем составе с учетом данных растворимости серебра не более 0,45 мг серебра. Лечебная суточная доза серебра по данным литературы [74] составляет 20 мг и в суточном потреблении хлеба лечебного назначения должно содержаться не более 10 мг серебра. Для производства хлеба лечебного назначения из 1 кг муки должен использоваться серебряный нанокомпозит, содержащий в своем составе с учетом данных растворимости серебра не более 15 мг серебра.
По данным литературных источников, для получения хлеба с достаточно хорошими потребительскими свойствами, минеральную добавку «Литовит-М» рекомендуется вносить не более 3% от массы муки [61]. При большем количестве внесения цеолитсодержащей добавки органолептические показатели качества хлеба заметно снижаются.
На основании выше приведенных данных были составлены три рецептуры хлеба профилактического назначения с содержанием серебра мг/ЮОг хлеба соответственно 0,0012; 0,0023; 0,0035 и три рецептуры хлеба лечебного назначения с содержанием серебра мг/ЮОг хлеба соответственно 0,0385; 0,077; 0,1155 (табл. 4.5).
При разработке рецептуры экспериментальные образцы хлеба были подвергнуты органолептическому и физико-химическому анализам, которые позволили определить оптимальное соотношение компонентов, входящих в рецептуру, и оценить качество выпеченного хлеба (табл. 4.6 и 4.7).
Органолептическая оценка качества выпеченных образцов хлеба с добавкой серебряного нанобиокомпозита показала ровную поверхность корки. Введение в рецептуру хлеба серебряного нанобиокомпозита придало цвету корок характерный беловатый налет. Цвет мякиша хлеба у образцов хлеба профилактического назначения практически не отличался от контрольного образца, а у образцов хлеба лечебного назначения имел сероватый оттенок за счет повышенного содержания микроэлемента серебра. Образцы хлеба профилактического и лечебного (содержание серебра 0,077 мг/100 г хлеба) назначения имели хорошую эластичность мякиша, более развитую, узорчатую структуру пористости мякиша с порами средней величины. Образцы хлеба с 3% добавкой имели более плотный, не крошащийся мякиш. Вкус и запах выпеченных образцов был свойственным пшеничному хлебу. Однако при разжевывании мякиша хлеба с 3% добавкой ощущалось присутствие минеральной добавки.
Образцы хлеба лечебного назначения за счет повышенного содержания серебра имели меньший объем, более плотный с сероватым оттенком мякиш, что отразилось на их комплексной оценке по органолептическим показателям. Лучшим по органолептической оценке из этих образцов был хлеб с 2% серебряного нанобиокомпозита от массы муки.
Образцы хлеба профилактического назначения с 1 и 2% добавкой по органолептическим показателям получили комплексную оценку несколько выше, чем образцы с 3% добавкой биокомпозита.
Таким образом, по органолептической оценке качества выпеченных образцов хлеба лучшую комплексную оценку качества показал хлеб для профилактического питания с 2% серебряного нанобиокомпозита, содержащий серебра 0,0023 мг/100 г хлеба - 92,5 балла. Из образцов хлеба лечебного назначения лучшим по органолептической оценке был хлеб с 2% серебряного нанобиокомпозита, содержащий серебра 0, 077 мг/100 г хлеба - 87,3 балла.
Данные табл. 4.7 показывают, что введение в рецептуру образца профилактического назначения серебряного нанобиокомпозита снижает, по сравнению с хлебом без добавки, объем хлеба на 21...27%. Для образцов лечебного назначения введение добавки биокомпозита снижает объем хлеба, в сравнении с хлебом без добавки, на 22...40%. Пористость образцов хлеба с добавлением серебряного нанобиокомпозита, в отличие от образца без добавки, снижается на 2,6...11%. Таким образом, объем образцов хлеба с добавлением серебряного нанобиокомпозита зависит от содержания в нем серебра, влияющего на белково-протеиназный комплекс муки. В образцах с серебряным нанобиокомпозитом отмечается небольшое повышение кислотности на 0,1..0,2 град., по сравнению с контрольным образцом, что связано с кислотностью цеолита, входящего в состав биокомпозита. Содержание влаги в образцах хлеба с добавкой, также зависит от содержания в биокомпозите цеолита и его сорбционных свойств. Однако значения физико-химических показателей всех образцов хлеба с серебряным нанобиокомпозитом соответствуют требованиям ГОСТ Р 52462.
Оценка качества опытных образцов хлеба с добавкой серебряного нанобиокомпозита и содержание серебра в среднесуточном потреблении хлеба (300 г) позволили определить оптимальные рецептуры хлеба с серебряным нанобиокомпозитом для профилактического и лечебного назначения (табл. 4.8).
Приведенные рецептуры хлеба с серебряным нанобиокомпозитом позволяют обогатить пищевой рацион человека такими биоэлементами как серебро, кальций, железо, магний, марганец, калий и дополнительно ввести природный энтеросорбент - цеолит для коррекции минерального обмена и сорбции радионуклидов в организме человека.
Поскольку продукты лечебного назначения требуют специальных клинических испытаний, то дальнейшие исследования проводились на образцах хлеба профилактического назначения.
