Подбор ингредиентов рецептуры белково-углеводного геля для питания спортсменов на основе концентрата творожной сыворотки, полученного нанофильтрацией

Новокшанова Алла Львовна; Шохалов Владимир Алексеевич; Матвеева Наталия Олеговна; Абабкова Анна Александровна; Родионов Владимир Николаевич

УДК 637.344.8

Подбор ингредиентов рецептуры белково-углеводного геля для питания спортсменов на основе концентрата творожной сыворотки, полученного

нанофильтрацией

Новокшанова Алла Львовна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии молока и молочных продуктов e-mail:alnovokshanova@gmail.com

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»

Шохалов Владимир Алексеевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологического оборудования e-mail:v_shohalov@mail.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»,

Матвеева Наталия Олеговна, аспирант кафедры технологии молока и молочных продуктов

e-mail:natalia.natashonok@yandex.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»

Абабкова Анна Александровна,аспирант кафедры технологии молока и молочных продуктов

e-mail:primadonna.88@yandex.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»

Родионов Владимир Николаевич, магистрант кафедры технологии молока и молочных продуктов

e-mail:vladmirrod@mail.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»

Аннотация. Обоснована целесообразность использования НФ-концентрата в производстве спортивных продуктов углеводно-белкового профиля, востребованных в большинстве видов спорта. Выполнен подбор ингредиентов рецептуры белково-углеводного геля для питания спортсменов на основе НФ-концентрата. Установлено, что в качестве загустителя и стабилизатора целесообразно использовать к-каррагинан в количестве 1 %, как источник белков животного происхождения - КСБ-УФ80 в количестве от 5 до 15 %, как источник немолочных углеводов и ингредиент для улучшения и усиления вкуса продукта - сиропы «Шиповник» и «Шиповник и черная смородина» в количестве не более 10 %.

Ключевые слова: НФ-концентрат, спортивное питание, творожная сыворотка, к-каррагинан, концентрат сывороточных белков, ягодный сироп, белково-углеводный гель.

По оценкам маркетингового агентства «Discovery Research Group», выполненным в 2014 году, рынок спортивного питания в России преимущественно составляют товары, ввезенные в страну [1]. Эта ситуация сохраняется, несмотря на введение эмбарго на ввоз продукции из США, ЕС, Австралии, Канады, Украины и ряда других стран, вступившего в силу в середине 2014 года. Прогноз, выполненный Busines Stat до 2023 года, свидетельствует, что в структуре предложения спортивного питания, по-прежнему, будут преобладать импортные продукты. По данным этих же агенств установлено, что расширение «потребления спортивного питания непосредственно зависит от укоренения здорового образа жизни и усиления значимости спорта для населения» [1, 2].

Хотя в России доля населения, регулярно занимающегося спортом, значительно меньше, чем в развитых странах, к 2024, благодаря популяризации здорового образа жизни и спорта, ожидается увеличение охвата населения, систематически занимающегося физической культурой и спортом, до 55,0 % по сравнению с 29,0% в 2014-м. Следовательно, развитие данного сегмента специализированной пищевой продукции особенно перспективно.

Как показал обзор рынка, из молочного сырья в спортивных продуктах, главным образом, используются концентраты молочных белков, концентраты сывороточных белков, полученные методом ультрафильтрации (КСБУФ), казеин и казеинаты, и концентраты частично гидролизованных (ферментатированно-моди-фицированных) казеина и сывороточных белков (КФМСБ) или их различные сочетания и смеси, и просто сухая молочная сыворотка или сухое обезжиренное молоко [3-5].

Дефицит сырья, имеющийся в молокоперерабатывающей отрасли, подталкивает к поиску новых форм комплексной переработки всех побочных продуктов. Критической точкой в молочной промышленности является сыворотка, которая несмотря на уникальный состав, не используется в производстве в полном объеме большинством молокоперерабатывающих предприятий, что связано с большими затратами на ее переработку [6-10]. Поэтому расширение возможностей использования молочной сыворотки на пищевые цели - вклад в сбережение сырьевых ресурсов молочной отрасли.

В ФГБОУ ВО Вологодская ГМХА при финансировании Департамента Вологодской области осваивается технология получения концентрата творожной сыворотки методом нанофильтрации. Обработка творожной сыворотки нанофильтрацией

(НФ-обработка) позволяет концентрировать лактозу, небелковые азотистые соединения, отдельные минеральные и белковые вещества. Все эти составные части молока являются легко усваиваемыми компонентами пищевых продуктов, что чрезвычайно важно в питании спортсменов разных специализаций. Полученные при НФ-обработке сывороточные концентраты (НФ-концентраты), благодаря повышенному содержанию белков и углеводов, целесообразно использовать в производстве спортивных продуктов углеводного и белкового профиля, которые востребованы практически во всех видах спорта.

В связи с изложенным, на кафедре технологии молока и молочных продуктов начаты исследования по подбору необходимых пищевых ингредиентов, созданию рецептур и оптимальных технологических решений при использовании НФ-концентрата творожной сыворотки в производстве специализированных продуктов питания для спортсменов и лиц с повышенной физической активностью.

Для получения НФ-концентрата использовали сыворотку с титруемой кислотностью (68±2)оТ и рН (4,65±0,05), полученную от производства творога на непрерывно-поточной линии. Сыворотку подвергали обработке при постоянной скорости до давления 27 бар на пилотной нанофильтрационной установке, оснащенной полимерной мембраной с молекулярной массой отсечки 300 Да. Состав полученных концентратов приведён в таблице 1 [11, 12].

Таблица 1 - Состав НФ-концентрата творожной сыворотки

Показатели Содержание

Массовая доля, % - сухих веществ - белка - углеводов 18,0±1,0 1,8±0,5 13,0±0,8

В дальнейшем НФ-концентрат использовали в составе молочного геля, поскольку такая форма является удобным потребительским решением спортивного продукта, который готов к употреблению без предварительной кулинарной подготовки.

Для получения продукта с присущей гелю консистенцией в качестве стабилизирующей добавки использовали каррагинаны, получаемые из морских водорослей. Эти гидроколлоиды имеют линейную форму молекулы и отличаются положением и числом замещающих сульфогрупп. Технологические свойства каррагинанов зависят от пищевой основы. В исследовании использованы к- и 1-каррагинаны, растворимые в горячем молоке, но нерастворимые в холодном молоке. Поскольку технологическая обработка молочного сырья предполагает температурный нагрев, изучена возможность использования данных некрахмальных полисахаридов для загущения НФ-концентрата.

Для установления рациональной дозы гидроколлоида в рецептуре, опираясь на данные других авторов [13], проведена серия опытов с различной концентрацией к-- и 1-каррагинана. Интервал варьирования добавки некрахмальных полисахаридов составил 1-3 %. Наполнители растворяли в НФ-концентрате при комнатной температуре и непрерывном помешивании и пастеризовали при (90±2) оС в течение 5 минут. Далее образцы охлаждали, выдерживали при температуре (4±2) оС в течение 10 суток и оценивали по органолептическим показателям с исполь-

зованием разработанной условной балльной оценки. Результаты представлены в таблице 2. Максимальную оценку получали образцы с хорошим, чистым, кисломолочным вкусом и желеобразной вязкой консистенцией. Все образцы с использованием 1-каррагинана обладали неприятным привкусом водорослей, поэтому несмотря на полученную по заданным показателям консистенцию продукта, от данного стабилизатора было решено отказаться. В образцах с к-каррагинаном выраженность кисломолочного вкуса уменьшалась с увеличением его массовой доли. В результате установлено, что лучшие органолептические показатели имели образцы с добавкой к-каррагинана в количестве 1 %.

Таблица 2 - Влияние каррагинана на органолептические показатели НФ-концентрата творожной сыворотки

Массовая доля к-каррагинана, % Органолептические показатели, балл Общая

вкус цвет консистенция

к-каррагинан

1 5 5 5 15

2 4 5 3 12

3 3 5 2 10

|-каррагинан

1 2 5 3 10

2 1 5 5 11

3 1 5 5 11

Для увеличения содержания сухих веществ в продукте, что способствует лучшему загущению и гелеобразованию, а также с целью повышения пищевой плотности и биологической ценности молочной основы использован концентрат сывороточного белка (КСБ) КСБ-УФ80 отечественногопроизводства. Данный концентрат отличается высоким аминокислотным скором, антиоксидантной активностью, легкой усвояемостью и высоким содержанием кальция (500-600 мг/100г) [14]. Как показали опыты, количество вносимого КСБ-УФ80 оказывает влияние на органолептические показатели НФ-концентрата (рисунок).

&

Массовая доля КСБУФ-30, %

■ Вкус ■ Запах Консистенция

Влияние массовой доли КСБ-УФ80 на органолептические показатели НФ-концентрата

При массовой доле КСБ-УФ80 5 % образцы НФ-концентрата имели максимальную оценку, поскольку отличались чистым неинтенсивным кисломолочным вкусом, не имели белкового осадка. С увеличением содержания КСБ оценка за органолеп-тические показатели незначительно снижалась: при массовой доле КСБ-УФ80 10 % - из-за меньшей выраженности кисломолочного вкуса и появления мутности в образцах, при массовой доле КСБ-УФ80 15 % кроме этого идентифицировали привкус сухого молока и повышение мутности смесей.

Указанные недостатки вкуса возможно устранить путем внесения фруктово-ягодных сиропов, которые также служат источником немолочных углеводов. Как известно, в спортивных продуктах приветствуется сочетание разных углеводных источников, что способствует лучшему восстановлению углеводных запасов при мышечной нагрузке [15-17]. В работе использованы ягодные сиропы «Клюква», «Брусника», «Шиповник» и «Шиповник и черная смородина». Результаты органо-лептической оценки образцов с НФ-концентратом представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Результаты органолептической оценки образцов с НФ-концентратом

Сироп Массовая доля сиропа, % Вкус и запах Цвет

Клюква 5 Выраженный вкус и запах НФ-концентрата Вкус и запах сиропа не идентифицируется Изменения цвета не наблюдается

10 Выраженный вкус и запах НФ-концентрата, с умеренно сладкий привкусом сиропа Наблюдается изменения цвета, не характерного для данного наполнителя

15 Выраженный вкус и запах НФ-концентрата, излишне сладкий вкус сиропа Более выраженный оттенок сиропа с серым оттенком

20 Выраженный вкус и запах НФ-концентрата, излишне сладкий вкус сиропа Неприятный серый оттенок продукта

Брусника 5 Выраженный вкус и запах НФ-концентрата. Вкус и запах сиропа не идентифицируется Изменения цвета не наблюдается

10 Выраженный вкус и запах НФ-концентрата. Вкус и запах сиропа не идентифицируется, щиплющий вкус брусники Наблюдается изменения цвета, не характерного для данного наполнителя

15 Выраженный вкус и запах НФ-концентрата, излишне сладкий вкус сиропа с одновременной горчинкой Более выраженный оттенок сиропа с серым оттенком

20 Выраженный вкус и запах НФ-концентрата, излишне сладкий вкус сиропа с одновременной горчинкой Неприятный серый оттенок продукта

Сироп Массовая доля сиропа, % Вкус и запах Цвет

Шиповник 5 Выраженный вкус и запах НФ-концентрата. Вкус и запах сиропа не идентифицируется Светло-коричневый, карамельный, равномерный по всей массе

10 Выраженный сывороточный, творожный, умеренно сладкий с кисловатым привкусом Светло-коричневый, кара-мельный,равномерный по всей массе

15 Выраженный вкус и запах НФ-концентрата, излишне сладкий вкус сиропа Цвет, характерный наполнителю

20 Выраженный вкус и запах НФ-концентрата, излишне сладкий вкус сиропа Цвет, характерный наполнителю

Шиповник и черная смородина 5 Выраженный вкус и запах НФ-концентрата. Вкус и запах сиропа не идентифицируется Изменения цвета не наблюдается

10 Выраженный вкус и запах НФ-концентрата, с умеренно сладкий привкусом сиропа Более интенсивный цвет НФ-концентрата со светло-коричневым оттенком

15 Выраженный вкус и запах НФ-концентрата, излишне сладкий вкус сиропа Светло-коричневый, карамельный, равномерный по всей массе

20 Выраженный вкус и запах НФ-концентрата, излишне сладкий вкус сиропа Более выраженный карамельный,равномер-ный по всей массе

Из данных таблицы видно, что при содержании сиропов 5 % их вкус и запах не идентифицируются, а преобладает выраженный вкус НФ-концентрата. Также очевидно, что внесение 15 % и 20 % сиропов сопровождается излишне сладким вкусом. Кроме этого, при такой концентрации сиропов «Клюква» и «Брусника» появляется неприятный серый оттенок продукта, не свойственный НФ-концентрату. Наиболее приемлемые изменения цвета наблюдались при использовании сиропов «Шиповник» и «Шиповник и черная смородина».

Таким образом, на основании выполненных исследований по проектированию рецептуры белково-углеводного геля для питания спортсменов впервые предложено использовать в качестве основы НФ-концентрат творожной сыворотки и выбраны следующие технологические и функциональные ингредиенты:

- в качестве загустителя и стабилизатора - к-каррагинан в количестве 1 %;

- источник белков животного происхождения - КСБ-УФ80 в количестве от 5 % до 15 %;

- источник немолочных углеводов и ингредиент для улучшения и усиления вкуса продукта - сиропы «Шиповник» и «Шиповник и черная смородина» в количестве не более 10 %.

Благодарность

Работа выполнена в рамках проекта «Исследование электро- и баромембран-ных способов переработки молочной сыворотки и разработка на основе ее фракционных компонентов специализированных молочных продуктов»при финансовой поддержке Правительства Вологодской области.

Список литературы:

1. Худяков, М.С. Рынок спортивного питания / М.С. Худяков // Сибирский тор-говоэкономический журнал. - 2015. - №2. - С. 89-91.

2. Анализ рынка спортивного питания в России в 2014-2018 гг., прогноз на 2019-2023 гг. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://marketing. rbc.ru/research/41694/.

3. Калория - Спортивное питание [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://shop.kaloria.pro/ свободный. - Загл. с экрана. - (Дата обращения: 10.10.2018).

4. Минеральный состав углеводно-электролитных напитков, витаминно-мине-ральных комплексов и биологически активных добавок для спортсменов / Д.Б. Никитюк, А.Л. Новокшанова, С.В. Абросимова, К.М. Гаппарова, А.Л. Поздняков // Вопросы питания. - 2012. - № 4 (81). - С. 72-76.

5. Новокшанова, А.Л. Продукты спортивного питания / А.Л. Новокшанова, Е.В. Ожиганова // Молочная промышленность. - 2012. - № 6. - С. 82-83.

6. Гаврилов, Г.Б. Пути рационального использования молочной сыворотки / Г.Б. Гаврилов, Э.Ф. Кравченко // Сыроделие и маслоделие. - 2013. - № 2.

- С. 10-13.

7. Евдокимов, И.А. Современное состояние и перспективы переработки сыворотки / И.А. Евдокимов, Д.Н. Володин // Переработка молока. - 2016. - №8.

- С. 10-13.

8. Мельникова, Е.И. Применение гидролизата ß-лактоглобулина для снижения аллергенности продуктов для спортивного питания / Е.И. Мельникова, Е.В. Богданова // Экономика. Инновации. Управление качеством. -2018. - № 1 (22). - С. 35-36.

9. Мельникова, Е.И. Применение молочной сыворотки в технологии продуктов для спортивного питания / Е.И. Мельникова, Е.В. Богданова, М.А. Добрынина // Сборник материалов V Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности: наука, образование и производство», 2018. - С. 650-653.

10. Остроумов, Л.А. Разработка технологии продуктов спортивного питания на основе молочной сыворотки / Л.А. Остроумов, Д.В. Позняковский, А.Г. Храмцов // Ползуновский вестник. - 2012. - № 2. - С. 181-186.

11. Нанофильтрация творожной сыворотки: теоретические и практические аспекты / В.Н. Шохалова, А.А. Кузин, Н.Я. Дыкало, В.А. Шохалов, Д.М. Костюков // Молочная промышленность. - 2014. - № 11. - С. 65-66.

12. Деминерализация и нейтрализация творожной сыворотки в процессе нанофильтрации / В.Н. Шохалова, А.А. Кузин., Н.Я. Дыкало, Е.Ю. Нероно-ва, В.А. Шохалов // Молочнохозяйственный вестник [Электронный ресурс]: электронный период. теорет. и науч.-практ. журнал. - 2016. - №1 (21). - С. 98-104. - Режим доступа^Нр://то1о^пое.ш^оита1

13. Неповинных, Н.В. Теоретическое обоснование и практические аспекты использования пищевых волокон в технологиях молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания: дис. ... д-ра техн. наук: 05:18:04 / Н.В. Неповинных. - Саратов, 2016. - 448 с.

14. Использование сывороточных ингредиентов в производстве продуктов питания / М.С. Золотарева, А.В. Костюк, В.К. Тюльпанов, И.А. Евдокимов,

Б.В. Чаблин, А.С. Гридин // Молочная промышленность. - 2017. - Вып. 2. - С. 65-67.

15. Fairchild TJ, Fletcher S, Steele P, Goodman C, Dawson B, Fournier PA. Rapid carbohydrate loading after a short bout of near maximal-intensity exercise. Med.Sci.SportsExerc - 2002. №34 - Р. 980 - 986.

16. Gao X, Qi L, Qiao N, Choi HK, Curhan G, Tucker KL, et al. Intake of added sugar and sugarsweetened drink and serum uric acid concentration in US men and women. Hypertension - 2007. №50(2) - P. 306 - 312.

17. Gastin PB. Energy system interaction and relative contribution during maximal exercise. Sports Med - 2001. №31 - P. 725 - 741.

References:

1. Khudyakov M. S. Sports nutrition market. Sibirskiy torgovoehkonomicheskiy zhurnal [Siberian trade and economic journal], 2015, no. 2, pp. 89-91. (In Russian)

2. Analysis of sports nutrition market in Russia in 2014-2018. Forecast for 2019-2023. Available at: https://marketing.rbc.ru/research/41694/.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Calorie - sports nutrition. Available at: http://shop.kaloria.pro/(Date of accessed 10 October 2018).

4. Nikityuk D.B. et al. Mineral composition of carbohydrate-electrolyte beverages, vitamin-mineral complexes and biologically active additives for athletes. Voprosy pitaniya [Questions of nutrition], 2012, no. 4 (81), pp. 72-76. (In Russian)

5. Novokshanova A. L. Sports nutrition products. Molochnaya promyshlennost [Dairy industry], 2012, no. 6, pp. 82-83. (In Russian)

6. Gavrilov G. B. Efficient use of milk whey. Syrodelie i maslodelie [Cheesemaking and buttermaking], 2013, no. 2, pp. 10-13. (In Russian)

7. Evdokimov I. A. Current state and prospects of whey processing. Pererabotka moloka [Milk processing], 2016, no. 8, pp. 10-13. (In Russian)

8. Melnikova E. I. Application of hydrolysate p-lactoglobulin to reduce allergenicity of products for sports nutrition. Ehkonomika. Innovatsii. Upravlenie kachestvom [Economics. Innovations. Quality management], 2018, no. 1 (22), pp. 3536. (In Russian)

9. Melnikova E. I. The use of whey in the technology of products for sports nutrition. Sbornik materialov V Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Innovatsionnye tekhnologii v pishchevoy promyshlennosti: nauka, obrazovanie i proizvodstvo» [Proceedings of the V International scientific and technical conference «Innovative technologies in the food industry: science, education and production»], 2018, pp. 650-653. (In Russian)

10. Ostroumov L. A. Development of technology for sports nutrition products based on milk whey. Polzunovskiy vestnik [Polzunovskii herald], 2012, no. 2, pp. 181186. (In Russian)

11. Sokolova V. N. Nanofiltration of cottage cheese whey: theoretical and practical aspects. Molochnaya promyshlennost [Dairy industry], 2014, no. 11, pp. 6566. (In Russian)

12. Sokolova V. N. Demineralization and neutralization of cottage cheese whey in the process of nanofiltration. Available at: http://molochnoe.ru/journal

13. Nepovinnykh N.V. Teoreticheskoe obosnovanie i prakticheskie aspekty ispol'zovaniya pishchevykh volokon v tekhnologiyakh molokosoderzhashchikh produktov

dieticheskogo profilakticheskogo pitaniya. Dokt. Diss. [Theoretical justification and practical aspects of the use of dietary fibers in the technology of milk-containing products of dietary preventive nutrition. Doct.Diss.].Saratov, 2016. 448 p.

14. Volodin D. N. The use of whey ingredients in food production. Molochnaya promyshlennost [Dairy industry], 2017, Issue 2, pp. 65-67. (In Russian)

15. Fairchild TJ, Fletcher S, Steele P, Goodman C, Dawson B, Fournier PA. Rapid carbohydrate loading after a short bout of near maximal-intensity exercise. Med.Sci. SportsExerc - 2002. №34 - P. 980 - 986.

16. Gao X, Qi L, Qiao N, Choi HK, Curhan G, Tucker KL, et al. Intake of added sugar and sugarsweetened drink and serum uric acid concentration in US men and women. Hypertension - 2007. №50(2) - P. 306 - 312.

17. Gastin PB. Energy system interaction and relative contribution during maximal exercise. Sports Med - 2001. №31 - P. 725 - 741.

Selecting ingredients of protein-carbohydrate gel formulation for athletes nutrition on the basis of curd whey concentrate obtained by nanofiltration

Novokshanova Alla L'vovna, Candidate of Science (Technics), Associate Professor, department of milk and dairy products technology e-mail:alnovokshanova@gmail.com