Потребительский продукт для улучшения умственной деятельности
Изобретение относится к напиткам. Предложен напиток, способный доставлять от 80 до 500 мг теанина и от 30 до 400 мг кофеина человеку через рот. При этом напиток имеет вес менее 500 г. Изобретение позволяет получить композицию напитка, проявляющую синергетическое воздействие на умственную деятельность. 3 з.п. ф-лы, 7 табл., 2 пр.
Настоящее изобретение относится к напитку, который содержит определенное количество теанина и кофеина для улучшения умственной деятельности.
Становятся очень популярными пищевые продукты или напитки, которые могут усиливать умственные или физические функции организма человека. В частности, особенно ценными с коммерческой точки зрения являются продукты, которые обеспечивают состояние повышенной умственной активности.
Напитки, которые содержат ингредиенты, активизирующие умственную деятельность, известны очень давно. В наши дни едва ли не самыми известными напитками являются чай и кофе. Традиционно считается, что в этих двух напитках присутствует кофеин ("теин"), который и оказывает усиливающее воздействие на умственную деятельность. Однако было установлено, что чай кроме кофеина также содержит и другие натуральные ингредиенты, оказывающие влияние на умственную деятельность.
Чай содержит сложную комбинацию ферментов, биохимических посредников и структурных элементов, в норме связанных с ростом растения и фотосинтезом. Существует также множество натуральных веществ, которые придают чаю его уникальный вкус, терпкость, аромат и цвет. Многие из них получают с помощью окислительных реакций, которые имеют место во время так называемой стадии ферментации при производстве черного чая. Длительное время производство чая осуществляли традиционными способами обработки с пониманием вовлеченных туда базовых химических реакций. Кроме того, чай содержит натуральный источник аминокислоты - теанина. Было установлено, что теанин оказывает положительное воздействие на тело человека и умственную деятельность. Однако на данный момент теанин в больших количествах доступен только в форме теанина, синтезируемого на солнце. Фактически теанин натурального происхождения составляет только около 1% от экстрагируемых сухих веществ растительного материала чая.
В ЕР 1393726 (Taiyo, 2001) описана композиция (пищевая или фармацевтическая) для улучшения умственной концентрации, которая содержит теанин. Описаны композиции, содержащие от 0,00025 до 100 вес.%, от 0,005 до 100 вес.% и от 0,05 до 100 вес.% теанина.
В патенте США 5505866 (Into EN, 1995) описана композиция, содержащая кофеин и теанин, в которой соотношение теанина к кофеину составляет от 10:1 до 500:1.
В патенте США 5780086 (P&G, 1996) описан напиток - зеленый чай, который содержит теанин и кофеин.
В патенте США 6268009 (P&G, 1999) описан экстракт зеленого чая, содержащий теанин и кофеин, и описывается один экстракт, содержащий 200 м.д. (ppm, миллионных долей) теанина и 992 м.д. кофеина.
Чашка черного заваренного чая содержит до около 20 мг/100 г теанина и 40 мг/100 г кофеина, что в пересчете составляет 0,02 и 0,04 вес.% от напитка или 200 и 400 м.д.
Авторы настоящего изобретения установили, что определенные количества кофеина и теанина оказывают неожиданное и синергетическое воздействие на умственную деятельность.
Композиция
Композиция пригодна для непосредственного потребления человеком. Таким образом, это может быть как пищевой продукт, так и напиток. Предпочтительным является напиток, более предпочтительно, напиток на основе чая. Однако, возможны другие формы продукта, такие как кондитерские изделия, закуски в виде батончиков, жевательная резинка, мороженое и т.п.
Напитки по настоящему изобретению могут быть негазированными или газированными. Содержание углекислоты обеспечивает консервирующий эффект, и таким образом, состав продукта, содержащего углекислоту, не обязательно должен быть таким же, что и у продукта, не содержащего ее. Частично растворенная двуокись углерода может ослабить рост клеточной стенки.
Напитки по изобретению имеют традиционную рецептуру, за исключением содержания кофеина и теанина. Используемый здесь термин «напиток на основе чая» относится к напитку, который содержит экстракты сухих веществ листового материала Camellia sinensis, Camelia assamica или Aspalathus linearis. Листья могут быть обработаны так называемой стадией ферментации, на которой они окисляются определенными эндогенными ферментами, которые выделяются на предыдущих стадиях получения «черного чая». Окисление может быть даже дополнено воздействием экзогенных ферментов, таких как оксидазы, лактазы и пироксидазы. В качестве альтернативы, листья могут быть частично ферментированы (чай «оолонг») или по существу не ферментированы («зеленый чай»). Чай может быть введен в напиток в различных формах, включая экстракт, концентрат, порошкообразную или гранулированную.
Введение чая в среду часто повышает риск микробной порчи. Вероятно, это происходит из-за того, что чай обеспечивает питательные вещества для роста микробов. Большинство микробов, которые, как правило, могут расти в напитках на основе чая, растут на сахаре, источнике азота, кислорода, цинка, магния, калия, фосфора и витаминов. Поэтому предпочтительно ограничить содержание сахара до плотности от 8 до 10 градусов Брикса, однако может быть использовано содержание сахара до 60 градусов Брикса в тех случаях, когда продукт является чайной смесью. Содержание кислорода может быть минимизировано предварительной пастеризацией или какой-либо тепловой обработкой или барботированием азота. Содержание минеральных веществ в напитке на основе чая может быть минимизировано использованием EDTA, цитрата или вещества, смягчающего воду. Например, микробы могут расти в чае, если концентрация ионов магния превосходит 0,2 м.д., и они нуждаются только в следовых количествах цинка. Необходима осторожность при использовании в этих целях цитрата, поскольку он может оказывать воздействие на вкус.
При низких концентрациях, таких как от 0,1 до 3% чай действует, как питательная среда, которая усиливает потенциальную возможность микробиальной порчи. Это является неожиданным, принимая во внимание известные антибактериальные и антивирусные свойства чая. Это происходит до тех пор, пока концентрация не превысит 3%, при которой чай начинает подавлять рост дрожжей и плесеней. Качество воды может серьезно нарушить стабильность напитка. Это является важным фактором при производстве напитка на основе чая для хранения его охлажденным. В этих целях часто очень важно минимизировать содержание дрожжей в воде, используемой на всех этапах производства. Способы, известные из уровня техники, включают хлорирование/дехлорирование и УФ-облучение.
Подкислители на основе слабых кислот, если и оказывают какое-нибудь консервирующее воздействие, то оно является небольшим в следствие их неспособности проникать в микробные клетки. Их концентрация, как правило, определяется их титруемой кислотностью в пересчете на лимонную кислоту (в г/л). Напитки на основе чая, как правило, имеют от 1 до 4 г/л титруемой кислотности. рН таких напитков составляет от 2 до 4,2. Рост вредных дрожжей может прекратиться при рН 2,0, в то время как рост спор плесеней, как правило, прекращается при рН 1,6.
При таком рН, как 3,0, когда нет антимикробного воздействия как такового, вводят 100 частей коричной кислоты на миллион во избежание порчи дрожжами или плесенями и для полного прекращения их роста. Это количество коричной кислоты при нейтральном рН не оказывает никакого воздействия, демонстрируя, таким образом, по существу синергизм между коричной кислотой и низким рН.
Консервирующая и ароматизирующая системы по изобретению оптимально могут включать другие консерванты. Для этой цели предпочтительными являются консерванты на основе слабых кислот. В качестве альтернативы может быть предусмотрено использование при низком рН коричной кислоты, в качестве добавки к присутствующим консервантам на основе слабых кислот. Любой из этих традиционно используемых консервантов на основе слабых кислот функционирует, подкисляя клетки микроорганизмов, т.е. понижая внутренний рН,-рНi. В растворе недиссоциированные, слабые кислоты способны растворять мембраны микроорганизмов и проходить внутрь клеток. Измененные диссоциированные ионы не могут проникать в клетки, потому что их изменение не дает им возможность растворять липидную мембрану. Как только молекулы слабой недиссоциированной кислоты проникают внутрь клетки в область со значительно более высоким рН (6,5-7,0), то немедленно вновь переходят в диссоциированную ионную форму. При этом также высвобождаются протоны, (Н+), и таким образом снижается внутренний рН.
Непрерывный процесс высвобождения протонов повышает концентрацию ионов Н+ и приводит к тому, что внутренний рН постепенно достигает таких значений, при которых клеточные ферменты прекращают действовать. Движение слабых кислот внутрь клеток также извлекает протоны из среды, что является причиной повышения внешнего рН. В итоге внутренний рН и внешний рН становятся одинаковыми и проникновение слабой кислоты в клетку прекращается.
Консерванты на основе слабых кислот действуют с обеспечением максимального эффекта наилучшим образом в кислой среде, где присутствует значительно большее количество недиссоциированной кислоты, способной проникать внутрь клеток, что позволяет внутреннему рН клеток опуститься ниже после остановки транспортировки слабых кислот.
Консерванты на основе слабых кислот включают сорбиновую кислоту, бензойную кислоту, сульфит, уксусную кислоту, пропионовую кислоту и парабены. При низких концентрациях они, как правило, оказывают легкое, если вообще оказывают, воздействие в качестве подкислителей рН напитка, но могут оказывать сильное антимикробное воздействие. Различные слабые кислоты имеют тенденцию к тому, чтобы иметь различные показатели рКа, например, сорбиновая кислота имеет рКа 4,76, а сульфит имеет рКа 1,88. Это значит, что при рН 4,76 присутствует 50% сорбиновой кислоты и 50% ионов сорбата. При более высоком рН, чем указанный, будет присутствовать больше сорбата и меньше недиссоциированной кислоты, например, при рН 6,5 будет присутствовать 2% сорбиновой кислоты и 98% сорбата.
В консервирующей и ароматизирующей системе по изобретению выбор приемлемого консерванта на основе слабой кислоты и его концентрация зависят от рКа слабой кислоты и рН конечного продукта. Комбинация коричной кислоты и бензойной кислоты является предпочтительной при рН напитка на основе чая ниже 3,0. В то время как комбинация коричной кислоты и сорбиновой кислоты является предпочтительной при рН напитка на основе чая ниже 3,4.
Стабильность консервирующей и ароматизирующей системы зависит от ее способности поддерживать рН напитка ниже 4,5. Говоря в общем, для регулирования и поддержания рН напитка на основе чая могут быть использованы любые средства, известные из уровня техники.
Содержание теанина и кофеина
Продукт по изобретению содержит от 300 до 3000 м.д. теанина и от 200 до 2000 м.д. кофеина, при этом соотношение теанина к кофеину составляет от 5:1 до 1:15.
Авторы изобретения обнаружили, что введение такой композиции человеку может привести в результате к значительному улучшению концентрации, бодрости и/или умственной активности человека. Это происходит даже в тех случаях, когда перед введением люди не были умственно и/или физически утомлены. Таким образом, хотя композиция необязательно может содержать дополнительные агенты (такие как аминокислота аргинин), известные для облегчения умственного или физического стресса у утомленных людей, в предпочтительном варианте изобретения композиция по существу свободна от таких агентов. В частности, предпочтительно, чтобы композиция включала менее 100 м.д., более предпочтительно менее 50 м.д., даже более предпочтительно менее 10 м.д., оптимально менее 1 м.д. аргинина.
Предпочтительно, соотношение теанина к кофеину составляет от 4:1 до 1:15, более предпочтительно от 3:1 до 1:1.
Содержание теанина может составлять от 400 до 2000 м.д., предпочтительно от 600 до 1500 м.д. Содержание кофеина может составлять от 300 до 1500 м.д., предпочтительно от 400 до 1000 м.д.
Очень важной является относительная концентрация теанина и кофеина. Однако также очень важно, чтобы определенное количество теанина и кофеина было доставлено потребителю, чтобы реализовать положительное воздействие по изобретению. В этом отношении является подходящей композиция, которая способна доставлять (а) от 40 до 500 мг теанина, (b) от 30 до 400 мг кофеина человеку при пероральном приеме и имеет вес менее 500 г. Предпочтительно, она доставляет от 80 до 400 мг теанина. Предпочтительно, она доставляет от 60 до 300 мг кофеина.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Напитки
Был приготовлен плацебо-напиток с композицией, идентичной коммерчески доступному, готовому к употреблению напитку на основе чая без сахара (LiptonTM Peach Lite Ice Tea), за исключением того, что сухие вещества чая были исключены из рецептуры. Теанин (SuntheanineTM, который является на 99% L-теанином и доступен от Taiyo Corporation) и/или кофеин (фармацевтической степени очистки) был введен в инертный плацебо для получения трех тестовых напитков, содержащих (на порцию 250 мл) каждый 150 мг кофеина, 250 мг теанина или 150 мг кофеина и 250 мг теанина. Эти количества соответствуют концентрациям около 600 м.д. кофеина, 1000 м.д. теанина или 600 м.д. кофеина и 1000 м.д. теанина соответственно.
Тест на узнавание слов
В тесте на узнавание слов участвовала группа людей. Тест проводили в течение четырех дней, каждый день тестировались разные напитки, описанные выше. Каждому субъекту показывали серии из 15 слов, по одному слову за один раз на экране компьютера. Через 20 минут субъекту вновь показывали серию этих слов, беспорядочно смешанных с 15 новыми словами. Субъект должен был нажимать клавишу «да» или «нет» на клавиатуре, чтобы указать, какие слова он узнал из первого списка. Тест проводили после того, как напиток был принят внутрь (t=0), и вновь через 30 и 90 минут после приема. Средний показатель времени для ответа всех субъектов (Δ t) относительно времени = 0 показан в таблице 1.
| Таблица 1 | |||
| Напиток | Δ t (мс) | ||
| Время = 0 | Время = 30 мин | Время = 90 мин | |
| Плацебо | 0 | +2,8 | -6,5 |
| 150 мг кофеина | 0 | +0,4 | -13,1 |
| 250 мг теанина | 0 | +9,0 | +20,7 |
| 150 мг кофеина + 250 мг теанина |
0 | -69,7 | -77,1 |
Можно видеть, что комбинация более высокого количества теанина и кофеина в соотношении около 1,7:1 оказывает длительное благоприятное синергетическое воздействие в сравнении с использованием каждого по отдельности.
Умственная активность
Умственную активность измеряли с использованием опросника настроения Бонд-Ладера. Опросник содержит 16 визуальных аналоговых шкал, которые соотнесены следующим образом, что на одном конце одно слово из пары антонимов, на другом конце другое, таких как тревога-сонливость, спокойствие-возбуждение. Оценки индивидуальных перечней скомбинированы с использованием формулы получения оценок по 3 факторам настроения: тревога, спокойствие и удовлетворенность. Тест проводили перед приемом напитка (время = 0) и снова через 30 и 90 минут после приема. Средний показатель различия в ответах всех субъектов (Δ s) относительно времени = 0 показан в таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| Напиток | Δ s | ||
| Время = 0 | Время = 30 мин | Время = 90 мин | |
| Плацебо | 0 | -4,6 | -5,8 |
| 150 мг кофеина | 0 | -0,2 | -0,5 |
| 250 мг теанина | 0 | -3,6 | -3,8 |
| 150 мг кофеина + 250 мг теанина |
0 | +5,9 | +3,7 |
Можно видеть, что комбинация более высокого количества теанина и кофеина в соотношении около 1,7:1 оказывает неожиданно благоприятное синергетическое воздействие.
Пример 2.
Напитки
Был приготовлен плацебо-напиток с композицией, идентичной коммерчески доступному, готовому к употреблению напитку на основе чая без сахара (LiptonTM Peach Lite Ice Tea) за исключением того, что сухие вещества чая были исключены из рецептуры. Теанин (SuntheanineTM, который является на 99% L-теанином и доступен от Taiyo Corporation) и/или кофеин (фармацевтической степени очистки) был введен в инертный плацебо для получения трех тестовых напитков, содержащих (на порцию 250 мл) каждый 50 мг кофеина, 50 мг теанина, 50 мг кофеина и 50 мг теанина, 250 мг кофеина, 250 мг теанина или 250 мг теанина и 250 мг кофеина. Эти количества соответствуют концентрациям около 200 м.д. кофеина, 200 м.д. теанина, 200 м.д. кофеина и 200 м.д. теанина, 1000 м.д. кофеина, 1000 м.д. теанина или 1000 м.д. кофеина и 1000 м.д. теанина соответственно.
Каждый напиток был протестирован на время очевидной реакции, на время реакции выбора и на скорость обработки визуальной информации.
Время простой реакции (SRT)
Субъект нажимал на клавишу «пробел» каждый раз, когда на экране компьютера появлялась звездочка. Интервал между ее появлениями был произвольным. Средний показатель изменения времени ответов для всех субъектов (Δ SRT) для каждого напитка был высчитан по изменению времени ответов через 48 минут после приема напитка и немедленно после приема напитка.
Время реакции выбора (CRT)
Произвольные серии букв красным или зеленым шрифтом (G или В) появлялись на экране компьютера. Субъект должен был реагировать только на красную В (нажимая клавишу «пробел»). Средний показатель изменения времени ответов для всех субъектов (Δ СRT) для каждого напитка был высчитан по изменению времени ответов через 38 минут после приема напитка и немедленно после приема напитка.
Скорость обработки визуальной информации (RVIP)
Спустя 43 минуты после приема напитка каждый субъект отслеживал непрерывный поток цифр с целью выявить три последовательных нечетных или четных числа. Цифры представляли со скоростью 100 единиц в минуту, и задание длилось в течение 5 минут по 8 правильных рядов каждые 60 секунд. Средний показатель правильных ответов всех субъектов (RVIP) был рассчитан для каждого напитка.
Результаты
В таблице 3 представлены результаты вышеприведенных исследований.
| Таблица 3 | ||||||
| Напитки | Δ SRT (мс) | Δ СRT (мс) | RVIP (правильный ответ) | |||
| Среднее | SE | Среднее | SE | Среднее | SE | |
| Плацебо | 33,0 | 7,0 | 4,6 | 4,3 | 5,77 | 0,22 |
| 50 мг кофеина | 24,0 | 7,6 | 4,4 | 5,6 | 6,15 | 0,22 |
| 50 мг теанина | 33,7 | 7,6 | 14,1 | 5,3 | 5,83 | 0,23 |
| 50 мг кофеина + 50 мг теанина |
18,3* | 6,9 | 0,5 | 4,3 | 6,14 | 0,25 |
| 250 мг кофеина | 17,3* | 7,0 | -0,7 | 4,7 | 6,18* | 0,20 |
| 250 мг теанина | 32,2 | 5,2 | -0,2 | 5,8 | 5,78 | 0,28 |
| 250 мг кофеина + 250 мг теанина |
9,9* | 4,2 | -12,9* | 4,1 | 6,25* | 0,20 |
| * значительное отличие от плацебо. |
Как видно из таблицы, соотношение теанина к кофеину 1:1 вызывает значительное улучшение SRT по сравнению с плацебо при обоих уровнях - низком (50 мг) и высоком (250 мг), только напитки, имеющие высокое содержание (250 мг) и теанина и кофеина, вызывают значительное улучшение всех трех показателей (SRT, CRT, RVIP).
Пример 3
Напитки
В соответствии с рецептурами, приведенными в таблице 4, были получены плацебо и два тестируемых напитка. Тестируемые напитки содержали по 50 мг кофеина или по 50 мг кофеина и 100 мг теанина на порцию 250 мл.
| Таблица 4 | |||
| Ингредиент | Плацебо | 50 мг кофеина | 50 мг кофеина + 100 мг теанина |
| Яблочная кислота (г/л) | 1,60 | --- | --- |
| Ароматизатор (г/л) | 1,40 | 1,40 | 1,40 |
| Аспартам (г/л) | 0,22 | --- | --- |
| Тринатрий цитрат (г/л) | 0,20 | 0,20 | 0,20 |
| Аскорбиновая кислота (г/л) | 0,20 | 0,20 | 0,20 |
| Ацесульфам-K (г/л) | 0,07 | --- | --- |
| Сахароза (г/л) | --- | 58,00 | 58,00 |
| Мальтодекстрин (г/л) | --- | 5,00 | 5,00 |
| Лимонная кислота (г/л) | --- | 1,60 | 1,60 |
| Экстракт зеленого чая (г/л) | --- | 0,95 | 0,95 |
| Экстракт черного чая (г/л) | --- | 0,45 | 0,45 |
| Кофеин - фармацевтической степени очистки (г/л) | --- | 0,14 | 0,14 |
| SuntheanineTM (г/л) | --- | --- | 0,40 |
| Вода | баланс | баланс | баланс |
| Общий теанин* (м.д.) | 0 | 0 | 400 |
| Общий кофеин* (м.д.) | 0 | 200 | 200 |
| * включая содержащийся в чайных экстрактах. |
Каждый напиток был протестирован на распознавание слов и переключение внимания.
Распознавание слов
Каждому из группы в 27 человек было показано 15 слов на экране компьютера по одному за раз в течение 1 секунды. Спустя 20 минут были представлены в произвольном порядке эти оригинальные слова (старые слова) плюс 15 отвлекающих слов (новых слов) по одному за раз. Участник должен был указать каждое слово, если оно было из оригинального списка, нажимая на заданную клавишу как можно быстрее. Длительность показа слов составляла 30 секунд, а длительность теста распознавания составляла 1 минуту. Тест был проведен после того, как каждый напиток был принят (t = 0) и снова через 60 и 90 минут после принятия. Средний показатель правильных ответов всех субъектов (Δ w) относительно времени=0 приведен в таблице 5.
| Таблица 5 | ||
| Напиток | Δ w (правильных ответов) Среднее (SE) |
|
| Время = 60 минут | Время = 90 минут | |
| Плацебо | -1,31 (0,43) | -1,09 (0,45) |
| Кофеин (50 мг) | -1,08 (0,43) | -1,12 (0,44) |
| Теанин (100 мг) + Кофеин (50 мг) |
-0,12* (0,43) | +0.12* (0,45) |
| * значительное отличие от плацебо. |
Как видно из таблицы, только напитки, содержащие теанин и кофеин, демонстрируют значительное улучшение по сравнению с плацебо.
Переключение внимания
В задании на исследование длительной внимательности и реакции приняли участие 27 человек. Участникам были представлены на экране одновременно буквы и числа, красные или фиолетовые. Когда появлялись красные символы, субъект обращал внимание на букву и нажимал на клавишу «пробел», только если буква была гласной. Когда появлялись фиолетовые символы, то субъект отвечал подобным образом, только если число было четным. Цвет изменялся при каждом 4-м входном сигнале. Тест длился 5 минут. Среднее время ответа (Δt) для правильных ответов относительно времени = 0, число правильных ответов (Δn) относительно времени = 0 показано в таблицах 6 и 7.
| Таблица 6 | ||
| Напиток | Δ t (мс) Среднее (SE) |
|
| Время = 60 минут | Время = 90 минут | |
| Плацебо | -13,5 (8,02) | -26,9 (8,40) |
| Кофеин (50 мг) | -25,3 (7,98) | -26,2 (8,36) |
| Теанин (100 мг) + Кофеин (50 мг) |
-34,1* (7,94) | -33,4 (8,32) |
| * значительное отличие от плацебо. |
| Таблица 7 | ||
| Напиток | Δ n (правильных ответов) Среднее (SE) |
|
| Время = 60 минут | Время = 90 минут | |
| Плацебо | 3,8 (0,85) | 0,2 (0,83) |
| Кофеин (50 мг) | 1,1 (0,85) | 6,5* (0,83) |
| Теанин (100 мг) + Кофеин (50 мг) |
7,7* (0,83) | 2,8 (0,81) |
| * значительное отличие от плацебо. |
Как можно видеть из таблиц, только напитки, содержащие теанин и кофеин, демонстрируют значительное улучшение по сравнению с плацебо через 60 минут после приема. Через 90 минут однако только напитки, содержащие кофеин, превосходили плацебо, но только по числу правильных ответов, но не по времени реакции.
1. Напиток, способный доставлять от 80 до 500 мг теанина и от 30 до 400 мг кофеина человеку через рот и при этом имеющий вес менее 500 г.
2. Напиток по п.1, который является напитком на основе чая.
3. Напиток по п.1 или 2, способный доставлять от 80 до 400 мг теанина.
4. Напиток по п.1 или 2, способный доставлять от 60 до 300 мг кофеина.
