CC BY
30
УДК 637.146:796/799
Подготовка теоретической и экспериментальной базы для создания спортивного напитка с регидрационным и хондропротекторным действием
Новокшанова Алла Львовна, кандидат технических наук, доцент
e-mail: alnovokshanova@gmail.com
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Никитюк Дмитрий Борисович, член-корреспондент РАН, доктор медицинских наук, профессор, заведующий лабораторией спортивной антропологии и нутрици-ологии, директор
e-mail: nikitjuk@ion.ru
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи»
Топникова Елена Васильевна, кандидат технических наук, временно исполняющая обязанности директора
e-mail: mail@vniims.info
Всероссийский научно-исследовательский институт маслоделия и сыроделия - филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН
Аннотация. В экспериментальном исследовании созданы теоретические и практические предпосылки для разработки рецептуры спортивного напитка, обладающего регидрационными и хондропротекторными свойствами. Объектами исследования служили два вида молочного сырья: творожная сыворотка и пермеат, получаемый при промышленной ультрафильтрации обезжиренного молока, а также водные растворы хондроитинсульфата.
Ключевые слова: регидрационный напиток, хондроитинсульфат, творожная сыворотка, пермеат, осмотическая концентрация.
Потери жидкости организмом в ходе физических нагрузок, в жаркий период года, на производстве в горячих цехах могут повлечь ухудшение самочувствия. Оптимальным вариантом устранения обезвоживания организма в таких случаях является регидрационный напиток.
Как известно к напиткам для устранения обезвоживания предъявляются особые требования в плане физико-химического состава и свойств. Регидрационными свойствами обладают только жидкости, имеющие осмоляльность ниже или близкую к осмоляльности крови 270-340 ммоль/кг Н20 [1, 4, 8]. В таком случае они не задерживаются в кишечнике, а быстро усваиваются и поступают в кровяное русло вместе с растворенными ингредиентами. Формулы традиционных регидра-ционных напитков обязательно включают воду, сахар и соль. Причем углеводная составляющая должна быть представлена моно- и дисахаридами, обладающими наибольшей скоростью всасывания, а общее их содержание не должно превышать 6-8 %, так как при большей концентрации замедляется опорожнение желудка и снижается количество жидкости, доступной для всасывания. Пищевая соль в составе регидрационных напитков используется, поскольку именно натрий обладает наилучшей влагоудерживающей способностью и участвует в транспорте глюкозы через кишечную стенку. Доказано, что стойкий регидрационный эффект имеют напитки с содержанием натрия не менее 50 ммоль/л [4, 8].
Другая сторона занятий спортом или тяжелым физическим трудом - большие нагрузки на суставы. В составе соединительной ткани, хрящей, костей, связок, сухожилий, суставных поверхностей есть разные хондропротекторы. По своему строению - это гетерополисахариды. Важнейшим представителем гетерополисахари-дов является хондроитинсульфат, образованный остатками глюкуроновой кислоты и ^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 [3].
Проблемы, связанные с разрушением суставного аппарата, в отличие от ре-гидратации организма, проявляются у спортсменов не в ходе соревнований или тренировок, а в более отдаленный период и решаются медикаментозными методами. Перечень натуральных продуктов, содержащих хондропротекторы в нужном количестве, достаточно ограничен [3], поэтому разработка специализированных продуктов с хондропротекторным действием представляется перспективным направлением.
Цель данного исследования - подготовка теоретической и экспериментальной базы для разработки рецептуры спортивного напитка, обладающего регидрационными и хондропротекторными свойствами. В таком случае используется отличительная особенность регидрационных напитков - периодичность использования. В сравнении с другими пищевыми продуктами напитки для устранения обезвоживания рекомендуется употреблять не от случая к случаю, не в отдельные периоды тренировочного макроцикла, а регулярно в ходе обычных тренировок. Причем количество регидрационного напитка составляет в среднем 1,0-1,5 л в сутки, в зависимости от интенсивности и продолжительности нагрузки и массы спортсмена [4, 5, 6, 7].
Основные ингредиенты напитков для устранения обезвоживания, углеводный и солевой, являются низкомолекулярными соединениями, и вносят самый большой
вклад в показатель осмотической концентрации. Следовательно, ключевая задача при расширении и улучшении формулы традиционных регидрационных напитков
- повышение пищевой ценности и придание функциональных свойств, не выходя за рекомендуемые пределы осмоляльности.
В предыдущих исследованиях нами установлено, что до 1/3 основы регидра-ционного напитка может составлять молочная сыворотка, которая значительно улучшает общую пищевую и биологическую ценность продукта [7].
Материалы и методы
В данной работе кроме сыворотки использовали другой вид молочного сырья
- пермеат, получаемый при промышленной ультрафильтрации обезжиренного молока. Также объектами исследования служили водные растворы хондроитинсуль-фата.
Физико-химические характеристики пермеата и сыворотки изучали общепринятыми стандартными методами. Для исследования минеральной составляющей использовали спектрофотометрический метод. Осмотическую концентрацию пермеата определяли с помощью криоскопа-осмометра [2].
Результаты и обсуждение
Показатели, характеризующие пищевую ценность сыворотки и пермеата, отличаются незначительно, за исключением содержания лактозы. Как видно из таблицы, массовая доля молочного сахара в пермеате (4,93-4,95 %) выше, чем в сыворотке - 3,99-4,23 %. Такая разница объясняется техологией получения этих видов вторичного молочного сырья.
Творожная сыворотка - фильтрат, получаемый при термо-кислотной коагуляции казеина, содержащий не только низкомолекулярные растворимые соединения молока, но и сывороточные белки, находящиеся в коллоидной форме. Цель ультрафильтрации - концентрирование белка молока баромембранными методами. В этом случае достигается более полное разделение компонентов и пермеат содержит вещества преимущественно находящиеся в виде истинного раствора.
Таблица 1. Физико-химические показатели молочного сырья
Показатели Молочное сырье
сыворотка пермеат
Массовая доля жира, % 0,01-0,22 0,01-0,03
Массовая доля белка, % 0,35-0,51 0,1-0,13
Массовая доля сухих веществ, % 5,70-6,24 5,78-5,87
Массовая доля сухих обезжиренных веществ, % 5,70-6,18 5,55-5,61
Массовая доля лактозы, % 3,99-4,23 4,93-4,95
Плотность, кг/м3 1021-1024 1024-1025
Кислотность, °Т 51-72 8-10
Содержание калия, мг/100 г 126,57-128,91 97,8-106,6
Содержание натрия, мг/100 г 40,34-48,39 158,2-167,6
Содержание кальция, мг/100 г 52,02-55,86 0,1-0,5
Содержание магния, мг/100 г 5,36-6,74 3,76-3,88
Осмотическая концентрация, ммоль/кг Н2О 350-389 540-550
По полученным данным выявлена существенная разница в содержании минеральных элементов в пермеате и творожной сыворотке, что также вызвано отличием технологии их получения. При этом результаты исследований минерального состава пермеата и творожной сыворотки хорошо согласуются с литературными данными о различных формах присутствия минеральных элементов в молочном сырье [9, 10]. Такие комплексообразователи, как кальций и магний, на 66 и 33 %, соответственно, связаны с белками молока и преимущественно остаются в их составе при разделении фаз. В тоже время калий и натрий максимально концентрируются в пермеате, поскольку более 90 % их общего количества находится в ионизированной форме и в виде истинно растворимых соединений.
С одной стороны, это сказывается на повышенной осмотической концентрации пермеата по сравнению с сывороткой. С другой стороны, повышенное содержание натрия в пермеате дает основание достигать нужной концентрации натрия в реги-драционном напитке при меньшем введении соли.
Установлено, что осмотическая концентрация и сывортки, и пермеата равная, соответственно 350-389 и 540-550 ммоль/кг Н2О, слишком высока и не позволит использовать их в качестве готовых напитков для устранения обезвоживания. Однако введением этих видов молочного сырья можно значительно улучшить пищевую ценность регидрационных напитков.
Исследование водных растворов хондроитинсульфата показало, что даже в количествах, соответствующих верхнему допустимому уровню потребления - 1,2 г, их осмотические концентрации менее 40 ммоль/л Н2О. На основании полученных данных с вероятностью не менее 95 % получена математическая модель зависимости осмоляльности раствора хондроитинсульфата от его концентрации, которая является функциональной прямолинейной зависимостью с коэффициентом корреляции 0,998. Графическое изображение модели представлено на рисунке.
Рисунок. Зависимость осмотической концентрации от содержания хондроитинсульфата в водном растворе
Как следует из полученных данных, хондроитинсульфат, являясь биополимером, вносит незначительный вклад в показатель осмоляльности. Это хорошее основание использования хондроитинсульфата в совокупности с другими необходимыми ингредиентами рецептуры, не выходя за рекомендуемые пределы осмоляльности.
Таким образом, в данной работе подготовлены теоретические и экспериментальные предпосылки для разработки рецептуры и технологии функционального пищевого продукта для спортсменов с регидрационным и хондропротекторным действием.
Литература:
1. Воробьева, И.С. Стандартизация метода определения осмоляльности специализированных пищевых продуктов [Текст] / И.С. Воробьева, А.А. Кочет-кова, В.М. Воробьева // Вопросы питания. - 2015. - № 2. - С. 68-75. - ISBN 0042-8833.
2. ГОСТ Р 55578-2013. Продукты пищевые специализированные. Метод определения осмоляльности [Текст]. - Введ. 2015-01-01. - М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2014. - 8 с.
3. Единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к продукции (товарам), подлежащей санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю) [Текст]: утв. решением Комиссии Таможенного союза 28.05.2010 г. № 299.
4. Колеман, Э. Питание для выносливости [Текст]: пер. с англ. / Э. Колеман. -Мурманск: Тулома, 2005. - 192 с. - 3000 экз. - ISBN 5-9900301-2-6 (рус.).
- ISBN 0-923521-75-5 (англ.).
5. Новокшанова, А.Л. Регидратация и востребованность спортивных напитков [Текст] / А.Л. Новокшанова, Е.В. Ожиганова, Н.Б. Балашов // Актуальные вопросы профессионального образования сферы физической культуры и спорта: сб. науч. трудов Волог. гос. пед. ун-та. - Вып. 3 / Министерство образования и науки РФ. - Вологда: ВГПУ, 2013. - С. 46-49.
6. Новокшанова, А.Л. Спортивные напитки: регидратация организма как жизненно важный аспект [Текст] / А.Л. Новокшанова, Е.В. Ожиганова // Вопросы питания. - 2013. - Т. 82, № 6. - С. 67-70. - ISBN 0042-8833.
7. Новокшанова, А.Л. Спортивный напиток с молочной сывороткой [Текст] / А.Л.Новокшанова, Е.В.Ожиганова // Молочная промышленность. - 2014. -№ 8. - С. 56-58. - ISBN 1019-8946
8. Пакен, П. (ред.-сост.) Функциональные напитки и напитки специального назначения [Текст]: пер. с англ. / П. Пакен. (ред.-сост.). — СПб.: Профессия, 2010. - 496 с., ил. табл. - (Серия: Научные основы и технологии). -1000 экз. - ISBN 978-5-904757-08-3. - ISBN 978-1-84569-342-8.
9. Тепел, А. Химия и физика молока [Текст] / А. Тепел; пер. с нем. под ред. С.А. Фильчаковой. - СПб.: Профессия, 2012. - 832 с., табл., ил. - 1000 экз.
- ISBN 978-5-904757-34-3 (рус.). - ISBN 3-89947-131-8 (Behr,s Verlag).
10. Храмцов, А.Г. Феномен молочной сыворотки / А. Г. Храмцов. - Санкт-Петербург: Профессия, 2011. - 802 с.: рис., табл. - Библиогр. в конце глав.
- 1000 экз. - ISBN 978-5-904757-18-2.
References:
1. Vorobyeva I.S. Standardization of the method for determining the osmolality of specialized food products. Voprosy pitaniya. [Questions of Nutrition], 2015, no. 2, pp. 68-75.
2. GOST R 55578-2013. Produkty pishchevye specializirovannye. Metod opredeleniya osmolyalnosti. [Specialized food products. Method for determining osmolality]. Enter. 2015-01-01. Moscow: Gosstandart of Russia: Publishing Standards, 2014, 8 p.
3. Edinye sanitarno ehpidemiologicheskie i gigienicheskie trebovaniya k produkcii (tovaram), podlezhashchej sanitarno ehpidemiologicheskomu nadzoru (kontrolyu). [Uniform sanitary and epidemiological and hygienic requirements for products (goods) subject to sanitary and epidemiological supervision (control)]: Approved by the Decision of the Commission of the Customs Union on May 28, 2010, No. 299.
4. Coleman E. Pitanie dlya vynoslivosti. [Food for endurance], Murmansk: Tuloma, 2005, 192 p.
5. Novokshanova A.L. Rehydration and the demand for sports drinks. Aktualnye voprosy professionalnogo obrazovaniya sfery fizicheskoj kultury i sporta: Sbornik nauchnyh trudov Volog. Gos. Ped. un-t. [Actual issues of professional education in the sphere of physical culture and sports: Collection of scientific works Vologda State Pedagogical university]. Vol. 3. Ministry of Education and Science of the Russian Federation, Vologda: VSPU, 2013, pp. 46-49.
6. Novokshanova A.L. Sports drinks: rehydration of the body as a vital aspect Voprosy pitaniya. [Questions of Nutrition], 2013, vol. 82, no. 6, pp. 67-70.
7. Novokshanova A.L. Sports drink with milk whey. Molochnaya promyshlennost. [Dairy industry], 2014, no. 8, pp. 56-58.
8. Paken P. Funkcionalnye napitki i napitki specialnogo naznacheniya. [Functional drinks and special-purpose drinks], SPb.: The profession, 2010, 496 p.
9. Tepel A. Himiya i fizika moloka. [Chemistry and the physics of milk], SPb.: The profession, 2012, 832 p.
10. Khramtsov A.G. Fenomen molochnoj syvorotki. [The phenomenon of whey], St. Petersburg: Profession, 2011, 802 p.
Theoretical and experimental base preparation for creating a sports beverage with rehydration and hondropro-
tective action
Novokshanova Alla Lvovna, Candidate of Sciences (Technology), Associate Professor
e-mail: alnovokshanova@gmail.com
Federal state budgetary educational institution of higher professional education Vologda State Dairy Farming Academy named after N. V. Vereschagin
Nikityuk Dmitry Borisovich, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Doctor of Medical Sciences, Professor, Head of Sports Anthropology and Nutrition Laboratory, Director
e-mail: nikitjuk@ion.ru
Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Research Centre of Nutrition, Biotechnology and Food Safety"
Topnikova Elena Vasil'evna, Candidate of Sciences (Technology), Acting Director
e-mail: mail@vniims.info
All-Russian Scientific Research Institute of Butter and Cheese-making - a branch of the Federal Research Center for Food Systems named after V. M. Gorbatov RAS
Abstract. The paper shows theoretical and practical prerequisites for the formulation of a sports beverage recipe that has rehydration and chondroprotective properties. For this purpose, two types of dairy raw materials were chosen for the objects of research: curd whey and permeate, obtained with industrial skim milk ultrafiltration, as well as aqueous solutions of chondroitin sulfate.
Keywords: rehydration beverage, chondroitin sulfate, curd whey, permeate, osmotic concentration.
