Композиция регидрационного напитка с хондропротекторным действием

Изобретение относиться к пищевой промышленности, в частности к молочной. Композиция напитка содержит сыворотку творожную, соль пищевую, воду минеральную с общей минерализацией до 1 г/дм³ включительно, хондроитинсульфат и наполнитель фруктово-ягодный. Напиток имеет осмоляльность 280-350 ммоль/кг H₂O. Исходные компоненты используют при следующем соотношении, мас. %: вода минеральная с общей минерализацией до 1 г/дм³ включительно 67,5; сыворотка творожная 28,5; соль пищевая 0,15; хондроитинсульфат 0,12; наполнитель фруктово-ягодный остальное до 100. Изобретение позволяет повысить пищевую и биологическую ценность, расширить аминокислотный состав напитка и придать ему хондропротекторные и регидрационные свойства. 4 табл.

 

Изобретение относится к молочной промышленности и касается производства специализированных напитков для спортивного питания с использованием творожной сыворотки, а именно к пищевым продуктам функционального назначения, необходимым для питания спортсменов любой специализации. Преимуществом изобретения являются регидрационные и хондропротекторные свойства, а также повышенная пищевая и биологическая ценность напитка.

При любой мышечной работе организм не только теряет влагу, минеральные вещества, но и другие соединения. В частности, во время занятий спортом или тяжелым физическим трудом большим нагрузкам подвергаются суставы. В составе соединительной ткани, хрящей, костей, связок, сухожилий, суставных поверхностей есть разные хондропротекторы. По своему строению - это гетерополисахариды. Важнейшим представителем гетерополисахаридов является хондроитинсульфат, образованный остатками глюкуроновой кислоты и N-ацетилгалактозамина. Положительное действие хондропротекторов на функциональную активность опорно-двигательного аппарата доказано в клинических исследованиях, в связи с чем в составе специализированных пищевых продуктов для спортсменов рекомендуемый уровень потребления хондроитинсульфата для взрослых составляет 600 мг/сутки [4].

Формулы традиционных регидрационных напитков обязательно включают воду, сахар и соль в определенных концентрациях. Другие ингредиенты могут отличаться, но регидрационными свойствами обладают только напитки, имеющие осмоляльность ниже или близкую к осмоляльности крови 270-350 ммоль/кг Н₂O [5, 11, 15]. В таком случае они не задерживаются в кишечнике, а быстро усваиваются и поступают в кровяное русло вместе с растворенными ингредиентами.

Известный аналог - специализированный напиток «Лидер-изоминерал». Данный продукт представляет собой композицию на основе воды и различных ингредиентов, таких как мальтодекстрин, аспартам, винная кислота, лимонная кислота, ортофосфат натрия, цитрат натрия, натуральный ароматизатор, хлорид натрия, витаминная формула, растительное масло, лактат кальция, хлорид калия, цитрат калия, сульфат магния, карбонат магния, углекислота [6]. Несмотря на заявленную изотоническую формулу, т.е. способность к быстрому всасыванию в организме воды с растворенными в ней веществами, по своему составу «Лидер-изоминерал» не может претендовать на статус регидрационного напитка, так как содержит большое количество низкомолекулярных ингредиентов, но не предусматривает контроль осмотической концентрации растворенных веществ. В составе напитка «Лидер-изоминерал» полностью отсутствуют белки, что снижает его пищевую ценность, а так же незаменимые аминокислоты, что снижает его биологическую ценность. В составе напитка «Лидер-изоминерал» из минеральных веществ присутствуют только макроэлементы (К, Са, Na, Mg) и полностью отсутствуют рекомендуемые Минздравом РФ микроэлементы (Fe, Zn, I, Си, Mn, Se, Cr, Mo, F, Co, Si), что недостаточно для восстановления водно-солевого баланса организма.

Большой популярностью в Швейцарии пользуется безалкогольный газированный напиток Rivella, созданный Робертом Бартом (Robert Barth) в 1952 году. Напиток изготавливается из смеси воды, молочной сыворотки, экстрактов трав, сахара, содержит молочную кислоту, как регулятор кислотности [11]. Напиток позиционируется как прохладительный, но не регидрационный.

Известен способ производства напитка, включающий внесение ферментированной молочной сыворотки с содержанием сухих веществ 6-50% в количестве 3-40% в питьевую воду, или в минеральную воду, или в мясной, или в рыбный, или в куриный бульон, или во фруктовый сироп, или в молоко, или в кисломолочные продукты [14]. Отличительным признаком таких напитков являются лечебно-профилактические, а не регидрационные и хондропротекторные свойства.

Известен белковый восстанавливающий напиток [12]. Недостатком данного продукта является большое число химически синтезированных ингредиентов (лимонная, фосфорная, яблочная кислоты, ацесульфам калия), введение красителя и ароматизатора, что может ограничивать потребление данного продукта у некоторых потребителей. Также недостатком является контроль только показателя кислотности - рН, что не гарантирует осмоляльность напитка близкую к осмоляльности крови.

Наиболее близкой по технической сущности к предложенному является композиция напитка [13], получаемая при соединении ингредиентов, включающих смесь белков, углеводов и солей, а также допускающая включение консервантов (сорбат калия или бензоат натрия), антиокислителей, ароматизирующих и вкусовых веществ. Недостатком данной композиции, во-первых, является возможность использования химически синтезированных консервантов, антиокислителей, ароматизирующих и вкусовых веществ, которые могут быть противопоказаны ряду потребителей. Во-вторых, недостатком является использование сухой формы белка. Сухие препараты белков имеют высокую стоимость, что в дальнейшем значительно повышает цену готового продукта. Многочисленные опросы, проведенные среди лиц, занимающихся физической культурой, и среди профессиональных спортсменов, показывают, что преимущественное большинство из них для устранения обезвоживания употребляют питьевую воду. Отчасти, это объясняется высокой стоимостью регидрационных напитков 35-70 рублей за 0,5 л [7, 8, 16].

Задачей нашего изобретения является создание композиции конкурентно способного напитка, обладающего регидрационными и хондропротекторными свойствами с использованием вторичного молочного сырья - творожной сыворотки без добавления компонентов, которые могут ограничивать потребление продукта.

Задача решается использованием сыворотки по ГОСТ Р 53438-2009, полученной при производстве творога [3].

Использование сыворотки в производстве спортивных напитков - одно из наиболее перспективных направлений применения сыворотки для пищевых целей. Это обусловлено рядом факторов: ее относительной дешевизной и доступностью; решением экологической проблемы использования компонентов молока, служащих побочными продуктами при изготовлении творога; свойствами и составом молочной сыворотки; целесообразностью использования натуральной жидкой сыворотки в спортивном питании.

Сыворотка не оказывает побочных отрицательных воздействий на организм, практически не имеет противопоказаний к использованию. Она оказывает активное стимулирующее влияние на секреторную функцию пищеварительных органов: желудка, кишечника, поджелудочной железы, печени, и может применяться с лечебной целью.

Химический состав сыворотки весьма разнообразен. Он включает более 200 компонентов.

Белок сыворотки благодаря уникальному набору незаменимых аминокислот максимально усваивается в организме человека. Нами исследован аминокислотный состав композиции напитка и установлено присутствие преимущественного большинства протеиногенных аминокислот, что обеспечивает значительное улучшение биологической ценности в сравнении с традиционными регидрационными напитками без использования творожной сыворотки. В таблице 2 представлен аминокислотный состав композиции напитка.

Сыворотка является хорошим источником такого углевода, как лактоза, содержание которого составляет более 70% сухого вещества сыворотки.

Усвояемость лактозы достигает 98,0-99,7%, а медленное ее расщепление в организме способствует поддержанию жизнедеятельности молочнокислых микроорганизмов в кишечнике человека, тем самым, нормализуя его работу.

Творожная сыворотка отличается большой концентрацией минеральных солей. Естественный комплекс макро- и микроэлементов (фосфора, кальция, магния, калия, натрия, железа, йода, цинка, меди, селена и др.) сыворотки молока по своему широкому спектру и доступности для организма является оптимальным для человека. Кроме минеральных веществ в сыворотку почти полностью переходят водорастворимые витамины. Качественный состав творожной сыворотки аналогичен составу внутриклеточной и межклеточной жидкости организма человека.

Для изучения возможности использования творожной сыворотки в производстве регидрационного напитка авторами исследована осмотическая концентрация (осмоляльность) творожной сыворотки получаемой при промышленном производстве творога из молока различных сельхозпроизводителей. Осмоляльность определяли криоскопическим методом, используя миллиосмометр-криоскоп [2].

В результате установлено, что с учетом сезонных колебаний, способа производства и массовой доли жира в твороге, диапазон осмоляльности творожной сыворотки находится в пределах от 340 до 400 ммоль/кг Н₂O [9]. Такие значения осмотической концентрации не позволяют использовать сыворотку в натуральном виде для производства регидрационного напитка и требуется заменить часть сыворотки в спортивном напитке питьевой водой.

Важнейшим минеральным компонентом репарационных напитков является натрий. Этот катион обладает наибольшими влагоудерживающими свойствами и участвует во всасывании глюкозы через кишечную стенку. Стойким эффектом, обеспечивающим восстановление жидкости в организме, обладают напитки с содержанием натрия не менее 50 ммоль/л [5, 11]. Также спортивные напитки могут содержать различные комбинации солей К, Mg и Са в небольших концентрациях. В связи с чем, нами исследовано содержание этих макроэлементов в сыворотке. Результаты исследований представлены в таблице 2.

Результаты показали, что натуральная сыворотка, не содержит необходимой концентрации Na, чтобы обеспечить сохранение жидкости в организме. При замене части сыворотки водой содержание всех минеральных элементов уменьшится пропорционально количеству добавленной воды. Поэтому недостаток Na необходимо компенсировать внесением хлорида натрия. Уменьшение концентрации других минеральных элементов в данном случае гарантирует безопасный уровень их содержания при употреблении 1,0-1,5 л напитка в сутки, необходимых для устранения обезвоживания организма.

Для усиления минеральной составляющей напитка авторами проведено исследование осмотической концентрации ряда минеральных вод с общей минерализацией до 1 г/дм включительно [1]. В результате установлено, что осмотическая концентрация минеральных вод с общей минерализацией до 1 г/дм включительно не превышает 10 ммоль/кг Н₂O, что позволяет использовать их в составе регидрационных напитков с использованием сыворотки.

Также авторами исследованы осмотические концентрации растворов хондроитинсульфата. При этом установлено, что растворы, содержащие хондроитинсульфат в количестве не превышающем верхний допустимый уровень потребления в сутки имеют осмотическую концентрацию менее 10 ммоль/кг Н₂O.

Учитывая тот факт, что желание употреблять напиток связано не только с наличием репарационных свойств, но обосновано определенными органолептическими качествами, нами проведены исследования направленные, на получение информации об оптимальном вкусе продукта среди лиц, занимающихся физической культурой и спортом. Установлено, что в разных сочетаниях воды, сыворотки, сахара и соли привкус молочной сыворотки признается как нежелательный и вызывает отказ от продукта. Для коррекции вкуса напитка использованы различные фруктово-ягодные сиропы на основе сахарозы. Наибольшее одобрение среди спортсменов получили напитки со вкусами «брусника» и «клюква». По итогам тестирования 85% опрошенных респондентов сделали свой выбор в пользу вновь разработанного продукта с такими вкусами [10].

Таким образом, углеводный компонент напитка представляет собой смесь лактозы и сахарозы. Лактоза обладает невысоким гликемическим индексом, равным 46, а гликемический индекс сахарозы - 68. Это значит, что поступление глюкозы в кровь не будет сопровождаться одномоментным выбросом, что является несомненным преимуществом для пищеварительной системы и организма в целом. К тому же, есть сведения, что при сочетании различных экзогенных углеводов усиливается их окисление, то есть наблюдается более быстрое вовлечение в энергетический обмен [15].

Все составляющие, используемые в качестве сырья для производства напитка, имеют низкую стоимость. Расчет экономической эффективности показал, что с учетом стоимости сырья, упаковочных материалов, необходимых ресурсов, логистики и маркетинга, рентабельность при производстве рассматриваемого продукта будет не менее 25%. Следовательно, производство рассматриваемого регидрационного напитка предполагает высокую конкурентоспособность на рынке.

Технический результат заключается в совершенствовании композиции напитка для поддержания и/или восстановления жидкостного баланса во время спортивного соревнования или тренировки путем повышения пищевой и биологической ценности, расширения аминокислотного состава и придания напитку хондропротекторных свойств.

Технический результат получения композиции регидрационного напитка повышенной пищевой и биологической ценности с хондропротекторными свойствами достигается соединением воды минеральной с общей минерализацией до 1 г/дм³ включительно, сыворотки творожной, соли пищевой, хондроитинсульфата и наполнителя фруктово-ягодного. Согласно изобретению, заявленные регидрационные свойства обеспечиваются только, если напиток содержит указанные ингредиенты в определенном соотношении (табл.3).

В результате выполненных исследований осмоляльности творожной сыворотки, смесей сыворотки, воды минеральной с общей минерализацией до 1 г/дм³ включительно, наполнителя фруктово-ягодного, соли пищевой и хондроитинсульфата получены достоверные данные, что соединение творожной сыворотки с перечисленными ингредиентами при других соотношениях не приводит к получению напитка, способного поддерживать и/или восстанавливать жидкостной баланс во время спортивного соревнования или тренировки.

В таблице 4 показаны минимальные и максимальные допускаемые концентрации макронутриентов, которые зависят от их содержания в

исходной сыворотке, рассчитана пищевая и энергетическая ценность сывороточного напитка.

В известных авторам источниках патентной и научно-технической информации не описано композиции напитка сывороточного для спортивного питания, обладающего функциональным регидрационным и хондропротекторным действием одновременно.

Сказанное позволяет сделать вывод о наличии в заявленном решении «изобретательского уровня».

Напиток сывороточный имеет осмоляльность в пределах 280-350 ммоль/кгН₂O, что позволяет классифицировать его как регидрационный для спортивного питания. Невысокая энергетическая ценность позволяет рекомендовать напиток спортсменам любой специализации в соревновательный и все периоды тренировочного макроцикла без каких-либо ограничений.

Источники информации:

1. ГОСТ Р 54316-2011. Воды минеральные природные питьевые. Общие технические условия. - Введ. 2012-07-01. - М.: Стандартинформ, 2011. -48 с.

2. ГОСТ Р 55578-2013 Продукты пищевые специализированные. Метод определения осмоляльности. - Введ. 2015-01-01. - М.: Стандартинформ, 2014. - 11 с.

3. ГОСТ Р 53438-2009 Сыворотка молочная. Технические условия. -Введ. 2011-01-01.-М.: Стандартинформ, 2010.- 12 с.

4. Единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к продукции (товарам), подлежащей санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю) (с изменениями на 10 ноября 2015 года): Утверждено Решением Комиссии таможенного союза от 28 мая 2010 года N 299.

5. Колеман Э. Питание для выносливости.: пер. с англ. / Э. Колеман -Мурманск: Тулома, 2005. - 192 с.

6. Лидер Изоминерал [электронный ресурс] / Режим доступа: http://ironman.ru/description.php?product_id=461

7. Напитки IRONMAN [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.transferfaktory.ru/ironman-6.

8. Напиток Изотонический (ананас) [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.transferfaktory.ru/napitok-izotonicheskiy-(ananas)-500-ml.

9. Новокшанова А.Л. Изучение осмоляльности творожной сыворотки при разработке рецептуры регидрационного напитка / А.Л. Новокшанова, Е. В. Ожиганова // Научное обозрение. - 2012. - N 6. - С.14-17.

10. Новокшанова А. Л. Органолептическая оценка спортсменами нового регидрационного напитка на основе молочной сыворотки / А. Л. Новокшанова, Е. В. Ожиганова, Н. Л. Елагина // Актуальные вопросы профессионального образования сферы физической культуры и спорта: Сборник научных трудов. Вып. 2.- Вологда: ВГПУ, 2012. - 67-70.

11. Пакен. П. (ред.-сост.) Функциональные напитки и напитки специального назначения: пер. с англ. / П. Пакен. (ред.-сост.). - СПб.: Профессия, 2010. - 496 с, ил. табл.- (Серия: Научные основы и технологии).

12. Патент. Белковый восстанавливающий напиток (РФ №2500301), опубликован 10.12.2013 A23L2/52, A23L2/66, A23L2/68.

13. Патент. Композиция напитка (РФ №2528495), опубликован 20.09.2014 A23L2/38.

14. Патент. Способ производства лечебно-профилактического напитка (РФ 2151515), опубликован 27.06.2000 А23С 21/00, А23С 21/08, А23С 21/02, А23С 21/10

15. Maughan R.J. Fundamentals of sports nutrition: application to sports drink. In, Maughan R.J. & R. Murray. Sports Drinks: Basic Science and Practical Aspects. Boca Raton, Florida: CRC Press, 2001, 1-28.

16. NB IsoPure ZERO SUGAR (Нечурес Бест Изопур) [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.transferfaktory.ru/nb-isopure-zero-sugar-470-ml].

Композиция напитка для поддержания и/или восстановления жидкостного баланса во время спортивного соревнования или тренировки, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит сыворотку творожную, воду минеральную с общей минерализацией до 1 г/дм³ включительно, хондроитинсульфат и имеет осмоляльность 280-350 ммоль/кг H₂O при следующем соотношении исходных компонентов, мас. %: