Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 13
1.1 Актуальность развития спортивного питания. Основные задачи, виды и технологии специализированного питания спортсменов 13
1.2 Развитие современного рынка спортивного питания 20
1.3 Продукты пчеловодства в поликомпонентных апикомпозициях с фармакологическими свойствами для питания спортсменов 24
1.4 Современные тенденции максимального использования биопотенциала вторичного сырья гидробионтов в технологии продуктов нового поколения 29
1.5 Коллаген в спорте. Рыбная чешуя как нетрадиционное коллагенсодержащее сырье для производства спортивного питания 37
1.6 Заключение по обзору литературы 45
2 Организация эксперимента и методы исследования 47
2.1 Схема проведения исследования 47
2.2 Объекты исследования 48
2.3 Методы исследования 51
2.3.1 Метод планирования эксперимента по моделированию и оптимизации процессов 59
2.3.2 Оценка эффективности предлагаемого биопродукта в спорте 62
2.3.3 Оценка экономической эффективности технологии 64
2.3.4 Статистическая обработка данных 64
3 Результаты исследований и их обсуждение 65
3.1 Маркетинговые исследования рынка спортивного питания Калининграда .65
3.2 Обоснование выбора сырья для изготовления продукции спортивного питания и оценка его биопотенциала 69
3.3 Обоснование технологии пищевых технологических добавок для создания продукции спортивного питания 81
3.3.1 Исследования различных способов гидролиза коллагенсодержащего рыбного сырья для изготовления пищевых технологических добавок 82
3.3.2 Технология пищевых технологических добавок з
3.3.3 Оценка качества пищевых технологических добавок из чешуи рыб 99
3.4 Обоснование технологии биопродукта для спортивного питания с
применением пищевых технологических добавок и апикомпозиции 113
3.4.1 Моделирование рецептуры биопродукта для спортивного питания 115
3.4.2 Технология биопродукта для спортивного питания 119
3.5 Оценка качества и безопасности готовой биопродукции 122
3.6 Оценка эффективности биопродукта «АпиколлТонус» в спорте 132
3.7 Оценка экономической эффективности технологии 135
3.8 Промышленная апробация технологии 136
Заключение 138
Список сокращений 141
- Развитие современного рынка спортивного питания
- Коллаген в спорте. Рыбная чешуя как нетрадиционное коллагенсодержащее сырье для производства спортивного питания
- Оценка эффективности предлагаемого биопродукта в спорте
- Исследования различных способов гидролиза коллагенсодержащего рыбного сырья для изготовления пищевых технологических добавок
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В питании спортсменов стремительно развивается эргогенная диетика, направленная на ключевые реакции обмена веществ для повышения физической работоспособности организма. Как правило, спортивное питание (СП) производят на основе белков молока, яиц, мяса, сои (Токаев, 2011). Рациональным, но недоиспользуемым источником белка является вторичное рыбное сырье (ВРС), прежде всего, коллагенсодержащее (чешуя, кожа, кости, головы), богатое ценными биологически активными веществами (БАВ), количество видов которых может превышать 10 тысяч (Биотехнология: Состояние…, 2013). Мировая биотехнологическая практика сегодня сосредоточена на выделении из тканей ВРС биологически активных пептидов (тканеспецифичных низкомолекулярных «осколков» белковых молекул), поскольку доказана выраженная фармакологическая активность пептидов морского происхождения с молекулярной массой (ММ) менее 10 кДа (Kim, 2013).
Согласно «Комплексной программе развития биотехнологии в РФ на период до 2020 года» основными приоритетами пищевой биотехнологии должны стать глубокая переработка пищевого сырья, производство специализированных и функциональных пищевых продуктов. В Калининградской области по данным государственной ветеринарной инспекции количество учтенных отходов от рыбопереработки на 1 января 2016 г. составило 3,5 тыс. тонн. Такие масштабы и современные достижения биотехнологии подтверждают актуальность получения активных пептидов из ВРС и их последующего использования в специализированном питании спортсменов.
Крупнейшим открытием биохимии XX века является расшифровка строения и функций морского коллагена (ихтиоколлагена). Установлено, что его употребление позволяет стимулировать фибропласты организма, ответственные за механизм выработки собственного коллагена (Sugiura, 2009). Богатейшим источником ихтиоколла-гена из ВРС является чешуя рыб. В ней в органической форме также содержатся ценные минеральные вещества (кальций, фосфор, калий, сера, хлор) (Курамшина, 2014), необходимые для укрепления опорно-двигательного аппарата организма. В Калининградской области только на рыбоконсервном комплексе ООО «РосКон» ежесуточно скапливается 400-700 кг чешуи сардины и сардинеллы (Воробьев, 2016). С учетом всех рыбоперерабатывающих предприятий региона этот объем может достигнуть 1 т/сутки. Однако чешуя рыб сегодня не используется даже на кормовые цели по причине трудного переваривания пищеварительными ферментами животных.
Особые физиологические условия, в которых находятся спортсмены скоростно-силовых видов спорта, обусловливают необходимость в постоянном обеспечении организма не только легкоусвояемыми пептидами и аминокислотами, макро- и микроэлементами, но «быстрыми» углеводами (Бастриков, 2009). В питании спортсменов еще с античных времен используются продукты жизнедеятельности медоносных пчел (мед, пыльца, перга, воск и др.), содержащие колоссальное количество различных БАВ (моно- и дисахара, витамины, минералы, белки, фитогормоны, фитостерины, флавоноиды, фенилпропаноиды, бифидус-фактор, ферменты, эфирные масла и др.) (Хисматуллина, 2004; Хомутов, 2014). Уникальность происхождения и богатый химический состав продуктов пчеловодства позволяют отнести их к нескольким груп-
пам СП эргогенного действия (анаболизаторы, адаптагены, антиоксиданты, активаторы и ингибиторы обмена веществ) (Волков, 2012). Комбинирование продуктов пчеловодства (апикомпозиции) усиливает фармакологические свойства БАВ (Узбекова, 2009), обеспечивая мощное влияние на работоспособность и иммунитет организма.
В производстве СП перспективно создание поликомпонентных препаратов, содержащих БАВы морского происхождения, продукты пчеловодства, адаптогены, витамины (Сейфулла, 2011). В этой связи актуально комбинирование активных пептидов ихтиоколлагена и минеральных веществ чешуи рыб, получаемых ее биомодификацией, с продуктами пчеловодства, сочетание фармакологических свойств которых способно обеспечить синергический эргогенный эффект, необходимый в СП.
Степень разработанности темы. Вопросы использования биопотенциала ВРС изучали многие отечественные и зарубежные ученые: Л.В. Антипова, Л.С. Байдали-нова, Н.Н. Беседнова, В.Н. Дацун, С.Н. Максимова, О.Я. Мезенова, Т.Н. Пивненко, В.Х. Хавинсон, М.Е. Цибизова, Л.М. Эпштейн, О.С. Якубова, А.П. Ярочкин, S.A. Batieczko, S.K. Kim, J.B. Luten, F. Shahidi и др. Применение продуктов пчеловодства в специализированных продуктах для питания спортсменов предлагали М.В. Арансон, Н.И. Волков, В.А. Курашвили, В.М. Позняковский, С.Н. Португалов, Р.Д. Сейфулла, А.В. Смоленский, Р.С. Суздальницкий, Э.С Токаев, В.А. Тутельян, И.П. Хисматулли-на, С.В. Штерман и др. Однако вопросы комбинированного использования активных пептидов чешуи рыб с апикомпозициями в технологии СП не изучены.
Цель и задачи работы. Цель диссертационной работы заключалась в научном обосновании технологии и состава поликомпонентной композиции на основе биомо-дифицированной чешуи рыб и продуктов пчеловодства, предназначенной для эффективного питания спортсменов скоростно-силовых видов спорта.
Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Провести маркетинговые исследования рынка СП Калининграда;
-
Обосновать выбор коллагенсодержащего ВРС для получения активных пептидов, оценить биотехнологический потенциал чешуи сардины и сардинеллы;
-
Оценить биопотенциал продуктов пчеловодства для использования в СП;
-
Исследовать различные способы биомодификации тканей коллагенсодержа-щего ВРС в зависимости от характеристик получаемой пептидной фракции;
-
Оптимизировать процессы ферментолиза чешуи рыб с применением различных протеолитических ферментов;
-
Оптическими методами изучить дисперсность и физико-технологические свойства низкомолекулярных пептидных фракций ихтиоколлагена из чешуи;
-
Предложить технологии пищевых технологических добавок из чешуи сардины и сардинеллы, содержащих активные пептиды и ценные минералы;
-
Обосновать рецептуру желейного биопродукта для СП с использованием пищевых технологических добавок из чешуи совместно с апикомпозицией;
-
Разработать технологическую схему изготовления биопродукта;
-
Оценить пищевую ценность, безопасность и хранимоспособность нового СП.
-
Исследовать биологическую эффективность биопродукта;
-
Провести промышленную апробацию, обосновать экономическую эффектив-
ность технологий и разработать техническую документацию.
Научная новизна работы. Впервые научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования биопотенциала чешуи сардины и сардинеллы в качестве источника биологически активных компонентов для целей СП. Исследованы аминокислотный (АК) состав белков, жирнокислотный (ЖК) состав ли-пидов и минеральный состав чешуи, АК состав белков пчелиной пыльцы, элементный состав пыльцы и перги, а также общий химический состав используемого биологического сырья. Обоснован способ получения низкомолекулярной пептидной фракции с активными свойствами из чешуи. Изучены параметры биомодификации коллагенсо-держащего сырья в процессе ферментолиза различными способами. Исследованы физические и технологические свойства пищевых добавок, содержащих активные пептиды; определены форма и размер частиц, сыпучесть, угол естественного откоса, истинная, насыпная и относительная плотности, активность воды. С применением метода математического моделирования обоснована дозировка пищевых добавок в рецептуре специализированного биопродукта для СП. Определена форма готового биопродукта в виде жевательного мармелада, не имеющая аналогов на рынке СП. Определены общий химический состав, АК состав белков, ЖК состав липидов и минеральный состав готовой продукции, рассчитаны показатели ее биологической ценности (БЦ). Исследованы показатели безопасности, особенности изменения органолептических и микробиологических характеристик биопродукта в процессе хранения. Новизна технологических решений подтверждена Патентом РФ № 2552444 «Композиция продукта с биологически активными свойствами» (в соавторстве).
Теоретическая и практическая значимость работы. Разработанная технология способствует решению приоритетной задачи пищевой биотехнологии - комплексной переработке ВРС с получением пищевого белка и функциональных продуктов питания. Практическая значимость работы заключается в повышении рентабельности рыбообрабатывающих предприятий, расширении ассортимента СП, повышении уровня подготовки спортсменов за счет питания. Разработана техническая документация ТУ 9283-004-00471544-2016 «Сырье рыбное коллагенсодержащее мороженое и охлажденное», ТУ 9283-005-00471544-2016 «Добавка пищевая технологическая «Их-тиоколлагеновый ферментолизат», ТУ 9283-006-00471544-2016 «Добавка пищевая технологическая «Белково-минеральный ихтиокомплекс» и ТУ 9889-007-00471544-2016 «Биопродукт для спортивного питания «АпиколлТонус», а также соответствующие ТИ к ТУ. Технология положительно апробирована в производственных условиях предприятий ООО «РосКон» (Калининградская обл., г. Пионерский) и «ANiMOX» (Германия, г. Берлин). Показана экономическая целесообразность внедрения в производство новых разработок. Результаты исследования внедрены в образовательный процесс ФГБОУ ВО «КГТУ» при подготовке студентов бакалавриата и магистратуры по направлениям 19.03.01 и 19.04.01 «Биотехнология».
Методология и методы исследований основаны на системном подходе, использовании современных аналитических методов (стандартных, общепринятых и модифицированных), компьютерного и математического моделирования и оптимизации параметров процессов.
Положения, выносимые на защиту:
– оценка биопотенциала чешуи рыб как источника активных пептидов и ценных минеральных веществ и продуктов пчеловодства как композиции эргогенных БАВ;
– параметры процесса биомодификации чешуи при получении пищевых технологических добавок как концентратов активных пептидов и минералов;
– рецептура и технология продукта спортивного питания на основе компонентов биомодифицированной чешуи и апикомпозиции в желированной форме;
– качественные показатели, биологическая ценность, безопасность, эффективность производства и использования биопродукта для спортивного питания.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов исследования подтверждается трехкратной повторностью опытов, воспроизводимостью экспериментальных данных, их статистической обработкой, апробацией биотехнологического решения в производственных условиях, проверкой биологической эффективности продукта. Основные результаты исследований обсуждены на конференциях различного уровня (в т. ч. иностранных на иностранном языке): X-XII МНК «Инновации в науке, образовании и бизнесе – 2012-2014» (г. Калининград, 2012-2014); 8th, 9th International Scientific Conference «Students on their way to science» (г. Елгава, Латвия, 2013, 2014), IX, X МНК АтлантНИРО «Производство рыбной продукции: проблемы, новые технологии, качество» (г. Светлогорск, 2013, 2015), МНТК им. Леонардо да Винчи (г. Берлин, Германия, 2013); МНТК «Инновационные и современные технологии пищевых производств» (г. Владивосток, 2013); III МНПК молодих вчених, аспирантів і студентів «Наукові забудки молоді у вирішенні актуальних проблем виробництва та переробки сировини, стандартизації і безпеки продовольства» (г. Киев, Украина, 2013); V МНПК «Научно-техническое творчество молодежи – путь к обществу, основанному на знаниях» (г. Москва, 2013); РНПК «Химия биологически активных веществ морских гидробионтов» (г. Владивосток, 2013); I НПК «Инновации в технологии продуктов здорового питания» (г. Калининград, 2014); МНТК «Наука и образование-2014» (г. Мурманск, 2014); МНТК «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана» (г. Владивосток, 2014); XIII МНК «Инновации в науке, образовании и предпринимательстве-2015» (г. Светлогорск, 2015); МНПК «Современные эколого-биологические и химические исследования, техника и технология производств» (г. Мурманск, 2015); ВНПК с международным участием «Фундаментальные и прикладные аспекты биотехнологии» (г. Иркутск, 2015); VI, VII МНК «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (г. Санкт-Петербург, 2013, 2015); РНК «Сектор морской биоэкономики в Калининградской области: новые подходы и практики» (г. Калининград, 2016); V МНПК «Пищевая и морская биотехнологии» (г. Калининград, 2016).
Личное участие автора в 2013-2016 гг. состояло в формулировании цели и задач научной работы, разработке схемы исследований, участии в аналитических испытаниях, анализе полученных данных и интерпретации результатов работы.
Научные публикации по теме работы. Всего опубликовано 26 печатных научных работ, в т.ч. 1 монография (в соавторстве), 9 статей в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, 1 патент РФ (в соавторстве).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, результатов и их обсуждения, заключения, списка использованных источников (208 источников, в т. ч. 68 иностранных). Работа изложена на 223 страницах, содержит 47 таблиц, 27 рисунков, 23 приложения.
Развитие современного рынка спортивного питания
Биологически активные ингредиенты в составе СППС могут быть извлечены из натурального сырья растительного или животного происхождения, а также синтезированы микробиологическим путем. Наиболее предпочтительной сырьевой базой являются экологически безопасные природные источники БАВ, из которых последние выделяют различными способами, максимально сохраняющими пищевую ценность исходного сырья и обеспечивающими получение целевого продукта с заданными свойствами [14, 16]. К основным способам извлечения функциональных БАВ относятся экстрагирование (жидкостное, ультразвуковое, электродинамическое, электрохимическое, CO2-экстракция), гидролиз (ферментативный, кислотный, щелочной, термический, термоферментативный), криоизмельчение и другие способы с последующей очисткой, концентрированием и консервированием [12, 26, 113].
Основными технологическими схемами производства сухих СППС, независимо от способа производства, считаются: смешивание компонентов в жидком виде с последующей сушкой; сухое смешивание компонентов и комбинированный способ (часть компонентов смешивается в сухом виде, а часть – в жидком). Полученные сухие концентраты БАВ в форме сыпучего порошкообразного биопродукта могут использоваться как самостоятельная БАД для растворения в жидкости (напитки), как обогащающая добавка при дальнейшем производстве продуктов интенсивного спортивного питания, например, батончиков, или как полуфабрикат для производства формованных БАД на их основе. В последнем случае чаще всего прибегают к таблетированию или капсулированию. Таблетки (однокомпонентные или многокомпонентные; каркасные, однослойные или многослойные, с покрытием или без) по способу получения делятся на прессованные или формованные. В настоящее время известно два основных метода получения таблеток: 1) путем прямого прессования веществ и 2) через гранулирование (влажное или сухое). Капсулы по технологическому принципу и в зависимости от содержания пластификаторов классифицируются на твердые и бесшовные мягкие. В зависимости от локализации активного вещества капсулы различают сублингвальные, желудочнорастворимые и кишечнорастворимые желатиновые капсулы. Используемые в мировой практике методы наполнения капсул классифицируются на ручные (процесс идет вручную), полуавтоматические (на специальных машинах) и автоматические (на высокоскоростных автоматах) [123].
При производстве эргогенных средств СП необходимо руководствоваться основными медико-биологическими принципами, учитывающими энергетическую сбалансированность; системность и адекватность питания; взаимодействие и функционирование питательных элементов наилучшим образом между собой; динамику образа жизни и подбор адекватных форм питания в зависимости от образа жизни, характера тренировок и места их проведения [123]. Также важен вопрос подтверждения эффективности СППС в клинических испытаниях в специализированных лабораториях с последующей апробацией на спортсменах [6].
Градация потребителей СППС в зависимости от поставленных целей может быть оценена следующим образом: 1) культуристы; 2) активные спортсмены, которые, в свою очередь, делятся, в зависимости от степени интенсивности нагрузок, на спортсменов экстра-класса (чемпионы Олимпийских игр, мира, континента, страны), мастеров спорта международного класса, мастеров спорта, разрядников; 3) рекреационные потребители (люди, рассматривающие спорт в качестве хобби); 4) последователи здорового образа жизни (люди, стремящиеся приобщаться к спорту за счет физкультуры и здорового питания) [109].
Отличительная особенность скоростно-силовых видов спорта (спринт, прыжки, метания, тяжелая атлетика, пауэрлифтинг, бокс и другие, включающие скоростно-силовые элементы) – это взрывная, кратковременная и очень интенсивная физическая деятельность (характеризуется алактатным анаэробным механизмом энергообеспечения) [21, 153]. Результативность спортсменов во многом зависит от индивидуальных генетических предрасположенностей и развития их нервно-мышечного аппарата. Поскольку развитие природной скорости мало и весьма затруднительно поддается тренировке, основной упор традиционно делается на развитие комплекса скоростно-силовых качеств и силы спортсмена [11].
Однако недавними исследованиями обнаружено, что включение в рацион эргогенных СППС способствует не только преодолению индивидуального адаптационного барьера, но и оказывает влияние на определенные гены. Сегодня принято считать, что спортсмены скоростно-силовой направленности обладают потенциалом к приобретению генов и амплификации измененных генов путем регулярного потребления определенных нутриентов, влияющих на мышечную массу, силу, и «гены мощности» для дальнейшего повышения резервных возможностей организма [141, 153].
Особые физиологические условия, в которых находятся спортсмены данной направленности, обусловливают необходимость в постоянном обеспечении организма, прежде всего, легкоусвояемыми протеинами (пептиды, АК) и углеводами с различной длиной цепи [125, 153]. Протеины, выполняя функцию строительного материала для мышц, совместно с источником энергетического обмена - углеводами, способствуют более длительному и эффективному тренировочному процессу [154, 157, 158]. Многие производители СП уделяют большое внимание содержанию в специализированных белково-углеводных продуктах витаминов и минеральных веществ, антиоксидантов, пищевых иммуномодуляторов, добавляя их в заведомо большем количестве [11].
В целом доля белков, жиров и углеводов в энергообеспечении рациона спортсменов, специализирующихся в скоростно-силовой направленности, составляет 17–18 %, 30 % и 52–53 % соответственно. В подготовительном периоде применяются, как правило, анаболизирующие средства (в том числе креатиновые продукты); белково-аминокислотные субстратные продукты; хондропротекторы; им-муномодуляторы; антиоксиданты; адаптогены. В соревновательном периоде рекомендуют применять продукты, стимулирующие процессы анаэробного обмена (ан-тигипоксанты); минералы (в том числе, препараты магния и фосфора); термогени-ки; адаптогены [123].
Труды многих ученых указывают на необходимость повышения потребления спортсменами белка коллагена - обязательного нутриента питания спортсменов скоростно-силовых видов спорта. При приеме коллагеновых пищевых добавок, направленных на повышение предела прочности и эластичности ОДА (кости, суставы, хрящи, связки, межпозвоночные диски и т.п.), мышцы спортсмена дольше остаются в тонусе при длительных нагрузках, следствием чего является повышение скоростно-силовых показателей спортсменов и их рост на более высокий уровень [104].
Коллаген в спорте. Рыбная чешуя как нетрадиционное коллагенсодержащее сырье для производства спортивного питания
Выделение БАП осуществляли путем гидролиза исследуемого мороженого ВРС (головы, чешуя, кости сардины и сардинеллы) тремя способами – термическим (Т), ферментативным (Ф) и ферментативно-термическим (ФТ) (комбинированным). Полученные образцы гидролизатов сублимационно высушивали. Предварительно сырье подвергалось грубому измельчению на универсальной роторной ножевой лабораторной мельнице ЛМ 202 (ООО «Плаунс», Россия) с целью повышения удельной поверхности контакта сырья с факторами гидролиза для роста эффективности процесса [40, 101].
Т-гидролиз измельченного сырья осуществляли при температуре 130 С, давлении 0,25 МПа, pН 7,0 в течение 60 мин. Материал предварительно гомогенизировали с водой при гидромодуле 1:1. После гидролиза смесь разделяли на центрифуге при скорости вращения 3500 оборотов / мин в течение 10 мин. Далее систему охлаждали и разделяли на три фракции: жировую – сверху, протеиновую – среднюю и минерально-белковую (соапсток) – нижнюю [40, 101].
Для осуществления Ф-гидролиза применяли протеолитический ФП Alcalase 2,5L (Novozymes, Дания) - коммерческий вид фермента субтилизина, получаемого методом глубинной ферментации генномодифицированного микроорганизма Bacillus subtilis (сам белок фермента не является генномодифицированным) [162]. Наибольшую активность 2,5 AU / г (единицы Ансона) ФП проявляет в диапазоне температур от 55 до 70 С, рН – от 6,5 до 8,5. При осуществлении гидролиза также мороженое сырье предварительно гомогенизировали с горячей водой при гидромодуле 1:1, выдерживали смесь при температуре 50 С и pН 7,0 в течение 6 ч при постоянном перемешивании. Последующее разделение фракций проводили аналогично описанному выше способу
Комбинированный ФТ-гидролиз осуществляли при сочетании первоначально проводимого Ф-гидролиза с последующим Т-гидролизом при описанных выше параметрах [40, 101].
Ф-гидролиз сухой чешуи (без высушивания протеиновой фракции фермен-толизата) проводили в термостате воздушном ТСвЛ-80-«Касимов» (Россия) при pН 7,0 и температуре 50 С под действием ФП Alcalase 2,5L и при температуре 37 С под действием ФП «Коллагеназа» (ЗАО «Биопрогресс», пос. Биокомбинат, г. Щелково), получаемого из гепатопанкреаса дальневосточного краба. Сравнительно оценивалось действие кислой и нейтральной протеаз микробиального происхождения с активностью 600 ед / мл [55]. По показателям качества ФП соответствовал ТУ 9154-032-11734126-10 «Коллагеназа», активность составляла 172 ед / мг. При использовании коллагеназы ферментолиз чешуи осуществляли в водно-спиртовой среде. Для этого в систему вводили этиловый спирт по ГОСТ 5962-2013 в количестве 10 % к массе ее жидкой части.
При апробации полученных БАП в составе биопродукта для СП основными материалами для исследований являлись продукты пчеловодства Калининградской области, включаемые в апикомпозицию: мед цветочный (донниковый, г. Красно-знаменск; липовый, г. Правдинск; полевой (разнотравье), г. Полеск; гречишный, г. Озерск) по ГОСТ Р 54644-2011 «Мед натуральный. Технические условия»; пыльца пчелиная по ГОСТ 28887-90 «Пыльца цветочная (обножка). Технические условия»; перга пчелиная по ГОСТ 31776-2012 «Перга. Технические условия»; прополис пчелиный по ГОСТ 28886-90 «Прополис. Технические условия».
Для придания готовой продукции заданной консистенции в разработанной рецептуре в качестве вспомогательного сырья использовались: молоко сгущенное с сахаром по ГОСТ 31688-2012 «Консервы молочные. Молоко и сливки сгущенные с сахаром. Технические условия», пектин по ГОСТ 29186-91 «Пектин. Технические условия», глицерин по ГОСТ 6824-96 «Глицерин дистиллированный. Технические условия», соль поваренная пищевая по ГОСТ Р 51574 «Соль поваренная пищевая. Технические условия».
В работе в качестве структурообразователя использовался желатин пищевой (ЗАО «СОЮЗСНАБ», г. Красногорск, Московская область), представляющий собой частично гидролизованный белок коллаген. За счет эффективных желирующих и барьерных свойств желатин способствует формированию прочной структуры в технологии желированного биопродукта «АпиколлТонус», предназначенного для СП. Положительным эффектом действия желатина является изолирование запаха (что важно для рыбных компонентов) и физической фиксации БАВ апикомпози-ции. По показателям качества желатин соответствовал требованиям ГОСТ 11293-89 «Желатин. Технические условия». Для замачивания желатина использовали воду, соответствующую требованиям ГОСТ Р 51232-98 «Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества» и СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».
Объекты исследований оценивали по необходимой и достаточной для решения поставленной цели и задач совокупности органолептических, физико-химических, математических, биохимических и микробиологических показателей по стандартным и общепринятым, а также по оригинальным методикам. Отбор средних проб ВРС, подготовка их к анализу проводилась в соответствии с ГОСТ 31339-2006 и ГОСТ 7631-2008, продуктов пчеловодства - по ГОСТ 19792, ГОСТ 28886, ГОСТ 28887, ГОСТ 31776, готовой продукции - по ГОСТ 5904-82, ГОСТ 26669-85, ГОСТ 31904-2012, ГОСТ 26929-94.
Согласно разработанным техническим условиям (ТУ 9283-004-00471544-2016 «Сырье рыбное коллагенсодержащее мороженое и охлажденное») (Приложение Б) органолептические показатели в работе мороженого ВРС должны соответствовать требованиям, изложенным в таблице 2.1.
Оценка эффективности предлагаемого биопродукта в спорте
Выбранные для проектирования поликомпонентного натурального СППС продукты пчеловодства (пчелиная пыльца, перга, мед, прополис) являются ценными источниками функциональных компонентов, не только дополняющих биопотенциал чешуи рыб, но и рекомендуемых специалистами для обогащения рациона спортсменов. Это – АК, витамины, макро- и микроэлементы, ПНЖК, гормоны и гормоноподобные соединения, ферменты, антисептические и антибиотические вещества и другие БАВ [3, 144, 151, 164, 169]. При их выборе принимали во внимание, что в соответствии с приложением 5а СанПиН 2.3.2.1078-01 прополис, пыльца и перга относятся к «БАВ, компонентам пищи и продуктам, являющимся их источниками, не оказывающими вредного воздействия на здоровье человека при использовании для изготовления БАД к пище».
Особенно важным является высокое содержание в продуктах пчеловодства важнейшего компонента физиологического обмена веществ – аскорбиновой кислоты, значительно влияющей как на физическую работоспособность, так и на синтез коллагена в реакции гидроксилирования остатков АК пролина и лизина в препро-коллагене. Фундаментальными и клиническими исследованиями установлено, что синтез/секрецию коллагена клетками внеклеточного матрикса соединительной ткани стимулирует повышение уровня кальция во внеклеточной среде [39, 100], что в настоящей работе достигается комбинированием продуктов пчеловодства с биологически активными компонентами пищевых технологических добавок из чешуи рыб.
В таблице 3.6 представлены усредненные результаты количественной оценки общего химического состава исследуемых продуктов пчеловодства на территории Калининградской области.
Из данных таблицы 3.6 видно, что из исследуемого сырья главным энергетическим апипродуктом является мед за счет значительного количества глюцидов. Его терапевтическая ценность объясняется воздействием антибиотика из пчелиного тела, природой сахаров и наличием пыльцы с маточным молочком [3, 169]. Выбор вида цветочного меда был основан на анализе общего химического состава и литературных данных об изученных свойствах исследуемых сортов (таблица 3.7). При этом учитывали органолептическую оценку и степень гармонизации вкусовых оттенков, формирующихся в результате комбинирования состава апикомпозиции. Всего было исследовано 4 вида меда и 4 апикомпозиции каждого вида меда с пергой, пыльцой и прополисом (рисунок 3.4), предназначенных для последующего объединения с протеиновой и белково-минеральной составляющими биомодифи-цированной чешуи в матрице желированной продукции.
Донниковый Эффективен как общеукрепляющее средство, повышает систолическое артериальное давление, увеличивает минутный объем сердца и количество лейкоцитов в крови, улучшает мозговое, периферическое и коронарное кровоснабжения, эффективен при растяжениях связок, сухожилий, как антистрессовое средство и др.
Липовый Обладает антибактериальными и антисептическими свойствами. Оказывает отхаркивающее, противовоспалительное и слегка слабительное действие. Эффективен при лечении ангины, насморка, ларингита, бронхита, трахеита, бронхиальной астмы, как сердечно - укрепляющее средство, при воспалении ЖКТ, почечных и желчных заболеваниях и др.
Гречишный Восполняет дефицит железа, фолиевой кислоты. Эффективен при малокровии, заболеваниях органов пищеварения, печени и почек, способствует профилактике атеросклероза и укреплению сердечной мышцы и др.
Полевой Эффективен при головной боли, тахикардии, бессоннице, успокаивает нервную систему, способствует профилактике нервного перевозбуждения и др. Вкусовые характеристики апикомпозиций (мед с пергой, пыльцой и прополисом), приготовленных на основе различных видов меда: а) донникового; б) липового; в) гречишного; г) полевого Учитывая высокие функциональные и приятные вкусовые качества донникового меда, а также его гармонизированные органолептические характеристики в комбинировании с другими продуктами пчеловодства (рисунок 3.4.), в дальнейших исследованиях использовали только его. Важно также, что донник является лекарственным растением [143], поэтому донниковый мёд обладает целым набором специфических целебных свойств, ценных для функционирования организма спортсмена в различных аномальных условиях. Использование других сортов натурального меда не исключается.
Повышенная необходимость в потреблении эссенциальных минеральных веществ в СП связана с постоянной их потерей в организме спортсмена, прямо пропорциональной физическим нагрузкам [47]. В связи с необходимостью компенсации потерь минерального состава спортсмена особый интерес представляют данные по качественному и количественному составу химических элементов пыльцы и перги (таблица 3.8), анализ которых выявил их уникальный потенциал. В повышенных количествах в них присутствуют макроэлементы сера, калий, кальций, хлор, значительны концентрации микроэлементов (марганец, цинк, железо, медь, хром и др.), незаменимых при синтезе и метаболизме белков, жиров, углеводов, а также необходимых для интенсификации ферментной активности белков, синтеза гемоглобина, активации иммунных клеток [17, 24].
Исследования различных способов гидролиза коллагенсодержащего рыбного сырья для изготовления пищевых технологических добавок
Проведенные исследования оценки качества полученных пищевых технологических добавок на основе гидролиза чешуи сардины и сардинеллы позволяют сделать следующие выводы по способам его осуществления. Т-гидролиз чешуи можно считать приемлемым, но не достаточно эффективным при получении обоих видов пищевых технологических добавок для целей СП в сравнении с Ф- или ФТ-способами гидролиза. Возможность применения Т-гидролиза на практике не исключается. Он рекомендуется в случае отсутствия специального оборудования для проведения ферментативного процесса. Сочетание ферментолиза с термогидролизом в технологии добавок из чешуи исследуемых видов рыб является наиболее целесообразным, поскольку позволяет получать высокие технологические показатели процесса: выход протеинов от СВ исходного сырья (мороженого) составляет 49,7-57,2 %, от исходного содержания протеинов в сырье 83,9-85,2 %; выход фракции пептидов с ММ менее 10кДа равен 89,6-91,7 %, при этом размеры агрегированных частиц добавки в порошкообразной форме имеют следующие параметры: длина 113-146 мкм, ширина 92-132 мкм.
С целью получения наиболее биологически активных пептидов (БАП) из чешуи приоритетной может считаться ферментативная обработка сырья, обеспечивающая выход низкомолекулярной фракции пептидов с ММ менее 10кДа на уровне 97,7-98,1 %. При этом частицы получаются более мелких размеров: длина 109-118 мкм и ширина 87-89 мкм, что является более эффективным для физиологического усвоения в организме и проявления ожидаемого терапевтического эффекта. Однако в данном случае выход протеинов от абсолютно СВ исходного сырья (мороженого) ниже, чем при ФТ-гидролизе чешуи и составляет 37,44-41,5 %, что составляет 55,9-65,0 % от исходного содержания протеинов.
В заключение следует отметить, что по органолептическим свойствам, общему составу и физико-технологическим показателям пищевые добавки «Ихтиоколлагеновый ферментолизат» и «Белково-минеральный ихтиокомплекс», получаемые Ф- и ФТ-способами, лишь незначительно отличаются друг от друга, в связи с чем в равной степени могут быть рекомендованы для производства формованных жели-рованных биопродуктов СП (раздел 3.4) в качестве источников активных протеинов и функциональных минеральных веществ. Потенциально они могут быть использованы также в составе других БАД с протеиновой и минеральными составляющими в капсулированной или таблетированной форме. Для этого потребуется проведение дополнительных исследований по способу гранулирования частиц, а также подбору вспомогательных компонентов. Однако названные направления не являлись предметом исследований в настоящей работе.
В настоящей работе предложена технология биопродукта для СП, разработанная по типу жевательного мармелада, сущность которой сводится к получению формованных желированных изделий с равномерным распределением внутри желатиновой матрицы функциональных ингредиентов пищевых технологических добавок «Ихтиоколлагеновый ферментолизат» и «Белково-минеральный ихтиоком-плекс». Такая форма продукта СП предлагается впервые, данные изделия можно отнести к типу «правильных» СППС, предпочитающих концентрированные сладкие биопродуты (батончики, драже, коктейли и др.).
Поскольку ОДА спортсменов ежедневно испытывает огромную механическую нагрузку во время двигательной активности, при подборе компонентов рецептуры СП ориентировались, прежде всего, на профилактику и укрепление ОДА, ускорение восстановления его после перенесенных нагрузок и/или травм. Известно, что для стимуляции генной активности и усиления пластического обеспечения активно регенерирующих структур в составе пищевых добавок и СППС, предназначенных для обозначенной выше цели, должны входить как анаболизирующие субстанции, инициирующие генную активность, так и белковые продукты с полноценным белком [24].
Нутриентами проектируемого СП, рекомендованными для укрепления ОДА, являются: коллаген, желатин, глюкозамин, хондроитин, гидроксиапатит, незаменимые АК, ЖК класса -3 и -6, кальций, фосфор. При усвоении названных функциональных ингредиентов значительную роль играют минеральные вещества -цинк, медь, бор, кремний, а также витамин D3 и экстракты лекарственных растений, как поставщики минорных компонентов и фитоконсервантов. В результате установления тесной зависимости между повышенной концентрацией свободных радикалов в суставах спортсменов и скоростью разрушения хрящей рекомендуется включать в питание спортсменов дополнительные источники антиоксидантов (витамины С, Е, каротиноиды и др.) [24].
БАП ихтиоколлагена из биодеградированной чешуи в составе желированных изделий могут служить строительным материалом для биосинтеза матрикса новых соединительных тканей, а минеральные вещества – источником, прежде всего, кальция и гидроксиапатита, стимулирующих остеогенез и обладающих биосовместимостью с тканями человека, которые не вызывают реакций отторжения, а так же фосфора. Кроме того, корпоративное действие пептидов и АК обеспечивает антиоксидантную активность «Ихтиоколлагенового ферментолизата» в прямых реакциях прерывания свободно радикальной цепочки и препятствует накоплению в организме человека продуктов окисления [95].
Основным рецептурным компонентом традиционно изготавливаемого в кондитерской промышлености жевательного мармелада является желирующий агент, в качестве которого применяются биополимеры желатин, пектин или агар-агар. Для спортсменов более предпочтительным является желатин, как частично гидролизо-ванный структурный белок коллаген. Используются другие компоненты «желати-нок», формирующие их вкусовые свойства – концентраты фруктовых соков, сахарный песок (или заменители сахарозы); загустители и стабилизаторы – патока, крахмал, воск, камеди, а также пектин. Некоторые производители включают в рецептуру витамины. В современные желированные изделия также нередко добавляют искусственные консерванты, красители и ароматизаторы, вкусовые добавки, воскожировые смеси, в результате чего натуральность и полезность таких кондитерских изделий ставятся под сомнение.
В настоящей работе для формирования структуры жевательного мармелада в дополнение к основному структурообразователю – желатину – предложено использовать биополимер углеводной природы – пектин. Это эффективный водорастворимый комплексообразователь, обладающий многими биологическими эффектами, в том числе способностью детоксицировать, выводить шлаки, что важно для спортсмена, организм которого постоянно требует очищения. Пектин – БАВ, способствующее профилактике отравлений организма продуктами обмена, канцерогенными веществами, токсичными элементами (свинец, ртуть, кадмий, мышьяк, молибден, марганец) [32].
На этапе формирования рецептуры новых желированных изделий для СП предложено внесение в желатиновый раствор установленных количеств функциональных продуктов пчеловодства (мед, пыльца, перга, прополис), зарекомендовавших себя в практике профилактики ОДА как средства с антиоксидантной и противовоспалительной активностями [5].
При проектировании рецептуры биопродукта для СП необходимо было в дополнение к белково-минеральным составляющим (пищевые технологические добавки) обосновать состав апикомпозиции, а именно, установить массовое соотношению в ней основных продуктов жизнедеятельности медоносных пчел.