Разработка и оценка потребительских свойств основ для кислородных коктейлей
На правах рукописи
ЯСЮК Олег Валентинович
РАЗРАБОТКА И ОЦЕНКА ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ
ОСНОВ ДЛЯ КИСЛОРОДНЫХ КОКТЕЙЛЕЙ
Специальность 05.18.15 – Товароведение пищевых продуктов и
технология продуктов общественного
питания
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Краснодар - 2009
Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом
университете
| Научный руководитель: | доктор технических наук, профессор Бутина Елена Александровна |
| Официальные оппоненты: | доктор технических наук, профессор Зайко Галина Михайловна |
| доктор биологических наук, профессор Позняковский Валерий Михайлович |
Ведущая организация: ГУ «Краснодарский научно-исследовательский
институт хранения и переработки
сельскохозяйственной продукции»
Россельхозакадемии
Защита состоится 1 июля 2009 года в 15оо часов на заседании
диссертационного совета Д 212.100.03 при Кубанском государственном
технологическом университете по адресу: 350072, г.Краснодар,
ул. Московская, 2, Г-251
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского
государственного технологического университета
Автореферат разослан 1 июня 2009 г.
| Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент | М.В.Жарко |
1 Общая характеристика работы
1.1 Актуальность темы. Обеспечение здоровья нации составляет одну из важнейших задач государственной политики развитых стран. Одним из основных факторов, определяющих состояние здоровья, является структура и качество потребляемой человеком пищи.
В настоящее время в питании наблюдается хронический дефицит микронутриентов: витаминов, минеральных и биологически активных веществ, который носит всесезонный характер и охватывает подавляющее большинство населения России. Наряду с микронутриентной недостаточностью, актуальной проблемой жителей крупных городов и мегаполисов становится кислородная недостаточность – гипоксия.
Среди средств кислородной терапии наиболее доступными и экономически выгодными являются кислородные коктейли. Анализ научной литературы и патентной информации показал, что в настоящее время кислородные коктейли находят широкое применение, как для лечения пациентов с различными заболеваниями, так и у здоровых людей для нормализации и повышения иммунитета, повышения работоспособности, эффективности косметологических процедур, спортивных тренировок и др.
Современные тенденции создания кислородных коктейлей предусматривают использование в составе их основ различных настоев, экстрактов из трав и растений, а также витаминно-минеральных комплексов, что обеспечивает нормализующее физиологическое воздействие на организм и оптимизацию микронутриентного статуса.
Основные проблемы при создании кислородных коктейлей связаны с заменой традиционной пенообразующей основы – яичного белка на эпидемически и аллергически безопасные пенообразователи, а также с разработкой сбалансированных и физиологически обоснованных микронутриентных комплексов, сохраняющих свои свойства при контакте с кислородом.
Учитывая изложенное, актуальным является обоснование выбора кислородных коктейлей в качестве перспективных продуктов нормализации пищевого статуса, повышения иммунитета и профилактики заболеваний, а также разработка основ кислородных коктейлей, включающих комплексы дефицитных нутриентов, позволяющих обеспечить заданные функциональные и диетические свойства.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с НТП Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», № Госрегистрации 01200109253 и планом НИР КубГТУ.
1.2 Цель работы. Целью работы является разработка и оценка потребительских свойств основ кислородных коктейлей функционального назначения.
1.3 Основные задачи исследования.
- анализ и систематизация научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования;
- обоснование выбора кислородных коктейлей, как перспективных продуктов функционального и диетического питания;
- обеспечение заданной физиологически функциональной направленности кислородных коктейлей;
- разработка рецептур микронутриентных комплексов для обогащения основ кислородных коктейлей;
- создание инкапсулированной формы микронутриентных комплексов;
- разработка рецептур основ для кислородных коктейлей с заданными потребительскими свойствами;
- разработка технологии получения основ кислородных коктейлей;
- выработка опытных партий и оценка потребительских свойств разработанных основ кислородных коктейлей;
- оценка пищевой ценности и физиологически функциональных свойств кислородных коктейлей, полученных с использованием разработанных основ;
- разработка технической документации на основы кислородных коктейлей;
- оценка экономической эффективности разработанных технологических решений.
1.4 Научная новизна. Впервые проведены маркетинговые исследования популярности у населения кислородных коктейлей, результаты которых показали, что данный вид продукции является перспективным средством ликвидации микронутриентной недостаточности, усугубляющейся в условиях стресса, умственных и физических нагрузок, а также при воздействии неблагоприятных факторов окружающей среды. Физиологически обоснованы составы микронутриентных комплексов для обогащения основ кислородных коктейлей функционального и диетического назначения. Установлено, что фракционированные фосфолипиды «Витол-Холин» являются эффективным инкапсулирующим агентом, образующим сферические многослойные липосомы, размеры которых распределяются в интервале от 96 до 204 нм. Выявлены оптимальные соотношения фракционированных фосфолипидов «Витол-Холин», микронутриентных комплексов, этилового спирта и деминерализованной воды для получения стабильных липосомальных субстанций. Экспериментально показано, что инкапсуляция лабильных микронутриентов: витаминов С, Е и -каротина в липосомы, образованные фракционированными фосфолипидами «Витол-Холин», обеспечивает их стабилизацию на заданном уровне в течение гарантированного срока хранения продукта.
Выявлена зависимость стабильности и кратности образуемых кислородных пен от концентрации пенообразователя – сухого экстракта корня солодки.
Установлено, что физиологическая ценность инкапсулированных по разработанному способу микронутриентов сохраняется в готовых кислородных коктейлях и обеспечивает заданные физиологически функциональны свойства.
Новизна отдельных технологических решений и выявленных физиологически функциональных свойств защищена 9 патентами РФ на изобретения.
1.5 Практическая значимость. По результатам маркетинговых исследований и мониторинга пищевого статуса населения Краснодарского края выявлены предпочтения и потребительские мотивации, положенные в основу при разработке рецептур основ кислородных коктейлей.
Разработаны рецептуры и технология получения основ кислородных коктейлей, обеспечивающие высокие потребительские свойства и заданную физиологически функциональную направленность готовых продуктов. Разработаны комплекты технической документации на основы для кислородных коктейлей «Окситель витаминный каркаде» и «Окситель антиоксидантный шиповник», включающие технические условия, рецептуры и технологическую инструкцию.
Оценка пищевой ценности и физиологически функциональных свойств кислородных коктейлей при клинической апробации показала высокую эффективность их применения в рационах функционального и диетического питания.
Установлена перспективность использования разработанных кислородных коктейлей при формировании рационов функционального и диетического питания в организованных коллективах – столовых и буфетах промышленных предприятий, учебных заведений, а также в санаторно-курортных учреждениях Краснодарского края.
1.6 Реализация результатов исследования. Рецептуры и технология получения разработанных основ кислородных коктейлей приняты к внедрению в III квартале 2009г в условиях Научно-производственной фирмы «Росма-Плюс» Университетского комплекса КубГТУ.
Ожидаемый экономический эффект от реализации разработанных технологических решений составит более 1 млн. руб. в год.
1.7 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: Международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания», г. Москва, 2007 г.; 7 Международной научно-практической конференции «Масложировая индустрия 2007», г.С-Петербург, 2007 г.; Всероссийской конференции аспирантов и студентов «Пищевые продукты и здоровье человека», г. Кемерово,.2008г.; I Межведомственной научно-практической конференции «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров», г. Москва, 2008 г.
1.8 Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 3 научных статьи, из них 2 статьи в журнале, рекомендованном ВАК, 5 материалов докладов и получено 3 патента РФ на изобретения.
1.9 Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической и экспериментальной части, заключения, списка литературы и 5 приложений. Основная часть работы изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 15 рисунков и 17 таблиц. Список литературы включает 125 наименований на русском и иностранных языках.
2 экспериментальная часть
2.1 Методы исследования. При проведении экспериментальных исследований использовали современные методы физико-химического анализа: Ик-, Уф- и атомно-абсорбционную спектроскопию, фотоколориметрию, тонкослойную, газожидкостную и высокоэффективную жидкостную хроматографии.
Минеральный состав премиксов и основ кислородных коктейлей определяли методом атомно- абсорбционной спектроскопии на ААС КВАНТ-Z.ЭТА. Определение массовой доли витаминов в премиксах и обогащенных продуктах проводили колориметрическим и титриметрическим методами, а также методом инверсионной вольтамперометрии.
Размер липосом с инкапсулированными микронутриентными премиксами исследовали микроскопическим методом дифференциального анализа на сверхразрешающем видеомикроскопе на базе оптики Номарского при увеличении в 7000 раз.
Безопасность сырья и разработанных продуктов определяли с использованием современных методов и оценивали по содержанию токсичных элементов, микробиологическим и радиологическим показателям.
Медико-биологические и клинические исследования проводили совместно со специалистами Кубанского государственного медицинского университета.
При проведении маркетинговых исследований использовали такие методы получения информации, как анализ вторичной информации, наблюдения в местах продаж пищевых функциональных продуктов, опрос экспертов в области функционального питания и опрос потребителей одномоментного анкетирования.
Оценку результатов и их статистической достоверности проводили с использованием современных методов расчета статистической достоверности результатов измерений и с применением программных пакетов «Statistica 6,0» и «Microsoft Exel». Достоверность данных достигалась планированием количества экспериментов, необходимых и достаточных для достижения надежности в технологических разработках Р=0,85-0,90 при доверительном интервале =(+10%).
На рисунке 1 приведена структурная схема исследования.
2.2 Обоснование выбора кислородных коктейлей, как перспективных продуктов функционального и диетического питания. На первом этапе исследования изучали потребительские мотивации при выборе продуктов питания, а также представления потребителей о качестве и полезности продуктов (рисунок 2). Показано, что при выборе продуктов питания основное внимание потребитель уделяет качеству и ингредиентному составу продукта. Цена является менее значимым фактором, важность которого находится практически на одном уровне с репутацией производителя и полезным советом знакомых или специалистов. Понятие качества более, чем у 60% опрошенных олицетворяет полезность продукта для здоровья, при этом 48% опрошенных критерием полезности считает природное происхождение продукта и отсутствие в нем каких-либо искусственных добавок.
Около 70% респондентов считает себя в той или иной степени информированными о пользе функциональных пищевых продуктов. Изменения предпочтений потребителей в выборе способа удовлетворения потребности организма в физиологически активных веществах и микронутриентах представлены на рисунке 3.
Следует отметить увеличение популярности обогащенных пищевых продуктов при существенной (более, чем в 2 раза) снижении популярности БАД. Особый интерес представляет значительное возрастание доли респондентов, предпочитающих вводить в свой рацион специально разработанные нетрадиционные продукты, содержащие комплекс физиологически необходимых нутриентов, имеющие подтвержденные антиоксидантный, иммуномоделирующий, общеукрепляющий и другие необходимые эффекты. В качестве таких продуктов наиболее популярны фиточаи, порошкообразные концентраты плодов и фруктов для приготовления напитков и коктейлей, а также кислородные коктейли. Кислородные коктейли потребители предпочитают покупать в готовом виде в фитобарах и барах кислородных коктейлей, расположенных в санаторно-курортных учреждениях, фитнесс-центрах, развлекательных комплексах, а также в других местах культуры и отдыха. При этом, определенная часть потребителей периодически употребляет
кислородные коктейли и в домашних условиях, используя специальные наборы, включающие порошкообразную основу для коктейля и баллончик с кислородом.
Таким образом, результаты маркетинговых исследований показали, что при создании функциональных продуктов питания, наряду с обогащением традиционных продуктов ежедневного рациона, следует разрабатывать новые виды пищевых продуктов, обладающие выраженными физиологически функциональными свойствами. Указанные продукты должны быть предназначены для периодического использования в целях эффективной ликвидации микронутриентной недостаточности, усугубляющейся в условиях стресса, умственных и физических нагрузок, а также при воздействии неблагоприятных факторов окружающей среды.
Опрос экспертов в области функционального и диетического питания подтвердил, что кислородные коктейли являются перспективными базовыми продуктами для создания на их основе диетических и функциональных пищевых продуктов, направленность физиологического воздействия которых определяется составом микронутриентов используемой основы. Особо отмечается перспективность и высокая эффективность использования кислородных коктейлей при формировании рационов функционального и диетического питания в организованных коллективах - столовых и буфетах промышленных предприятий, учебных заведениях, а также в санаторно-курортных учреждениях.
2.3 Обеспечение заданной физиологически функциональной направленности кислородных коктейлей. Физиологически функциональные свойства кислородных коктейлей, прежде всего, определяются высоким содержанием чистого кислорода, который, попадая в желудок, интенсивно всасывается через слизистую и, поступая в кровь, обеспечивает интенсивную оксигенацию тканей, тем самым, улучшая клеточный метаболизм, активируя кровообращение, нормализуя обменные, рефлекторные и регенеративные процессы. В результате активации обменных процессов значительно повышается усвоение физиологически ценных микронутриентов, что позволяет существенно повысить их активность и обеспечивает высокую эффективность суммарного с кислородом физиологического воздействия.
Однако, заданный физиологически функциональный эффект при употреблении кислородных коктейлей может быть обеспечен при условии отсутствия инактивирующих взаимодействий между микронутриентами, а также при исключении их окисления под воздействием кислорода.
2.3.1 Разработка рецептур микронутриентных комплексов для обогащения основ кислородных коктейлей. Благодаря повышенному потреблению кислорода в виде кислородных коктейлей, создаются комфортные условия для функционирования сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, нормализуются обменные процессы, повышается иммунитет и др. Однако, избыточное попадание в организм человека кислорода через желудочно-кишечный тракт при нарушениях в системе антиоксидантной защиты организма может вызвать ряд негативных побочных реакций.
Учитывая это, а также выявленный недостаток в пищевом статусе населения природных антиоксидантов, в состав основ кислородных коктейлей, наряду с дефицитными микронутриентами, целесообразно включать комплекс микронутриентов с антиоксидантными свойствами.
Разработку рецептур микронутриентных комплексов для обогащения основ кислородных коктейлей функционального назначения осуществляли, основываясь на данных мониторинга пищевого статуса населения Краснодарского края (рисунок 4). При этом руководствовались принципами обеспечения синергизма микронутриентов при исключении химического и фармакологического антагонизмов.
Разработанные рецептуры микронутриентных комплексов представлены в таблице 1.
Как видно из представленных данных, микронутриентные комплексы включают физиологически сочетаемые наборы наиболее дефицитных микронутриентов, содержание которых в суточной дозе составляет от 20 до 100% от рекомендуемого адекватного уровня потребления. Из дефицитных микроэлементов в состав рецептур микронутриентных комплексов включено железо в виде сульфата железа, как микроэлемент, входящий в состав гемоглобина, а также в состав антиоксидантных ферментов.
Учитывая это, обеспечивали оптимальное сочетание витаминов с железом, при этом исходили из следующего: аскорбиновая кислота поддерживает железо в хорошо усваиваемой двухвалентной форме; витамин В6 необходим для синтеза гемоглобина, а витамины В12 и фолиевая кислота обеспечивают доставку связанного гемоглобином кислорода от места его поступления в организм к другим тканям.
Таблица 1 – Рецептуры микронутриентных комплексов
| Наименование компонента | Содержание компонента в суточной дозе: | Рекомендованные адекватные уровни потребления, мг/сутки | |
| 142,6 мг поливитаминного комплекса | 118,0 мг антиоксидантного комплекса | ||
| 1. Витаминный премикс 961 фирмы «Хоффманн-Ля Рош», мг, в том числе: витамины, мг/100 мг премикса: | 100,0 | отсутствие | - |
| Е (dl--токоферола ацетат) | 8,200 | - | 15,0 |
| В1 (тиамина мононитрат) | 1,128 | - | 1,7 |
| В2 (рибофлавин) | 1,050 | - | 2,0 |
| В6 (пиридоксина гидрохлорид) | 1,464 | - | 2,0 |
| В12 (цианокобаламин) | 0,0006 | - | 0,003 |
| Фолиевая кислота | 0,220 | - | 0,4 |
| Пантотенат (D-пантотенат кальция) | 0,633 | - | 5,0 |
| РР (никотинамид) | 0,980 | - | 20,0 |
| Биотин | 0,082 | - | 0,05 |
| С (аскорбиновая кислота) | 33,000 | - | 70,0 |
| сахароза, мг/100мг премикса | 53,0 | - | - |
| 2. Витамин С (аскорбат натрия), мг | 40,0 | 70,0 | 70,0 |
| 3. –каротин, мг | 1,6 | 5,0 | 5,0 |
| 4. Сульфат железа, мг | 1,0 | 3,0 | 10,0м |
| 5. Витамин Е (dl--токоферола ацетат) | отсутствие | 15,0 | 15 |
| 6. Флавоноиды (флавонолы в пересчете на рутин), мг | отсутствие | 25,0 | 30,0 |
| Примечание: м - значение соответствует адекватному уровню потребления железа у мужчин, для женщин адекватный уровень потребления железа составляет 15 мг/сутки | |||
2.3.2 Создание инкапсулированной формы микронутриентных комплексов. При обогащении продуктов питания микронутриентными комплексами одной из основных задач является сохранение их физиологической активности в готовом продукте. Это особенно актуально при введении микронутриентных комплексов в состав основ для кислородных коктейлей. Эффективным решением указанной задачи является создание микронутриентных комплексов в инкапсулированной форме.
Одним из способов инкапсуляции является включение микронутриентов в состав липосом – сферических микроструктур с размерами 50-500 нм. Уникальным липосомобразующим агентом являются природные фосфолипиды с преобладающим содержанием в их составе фосфатидилхолиновой фракции. Липосомы, образованные фосфолипидами, способны инкапсулировать как гидрофильные, так и липофильные ингредиенты, при этом гидрофильные, растворенные в воде, составляют ядро липосом, а липофильные включаются в фосфолипидный бислой.
Для создания инкапсулированных форм микронутриентных комплексов в виде липосом, образованных фосфолипидами, проводили сравнительные исследования инкапсулирующих свойств отечественных фракционированных фосфолипидных продуктов «Витол-Холин» и «Холин», выпускаемых НПФ «Росма-Плюс», г.Краснодар. В качестве контроля использовали известный липосомобразующий агент – соевый фракционированный лецитин Ultralec PC40, производимый фирмой ADM-Lecithin, Голландия. Характеристика указанных продуктов представлена в таблице 2.
Таблица 2 – Характеристика фракционированных фосфолипидов
| Наименование показателя | Значение показателя | ||
| Витол-Холин | Холин | Ultralec PC40 | |
| Массовая доля, %: | |||
| фосфолипидов, | 97,40 | 71,35 | 97,50 |
| в том числе фосфатидилхолинов | 70,00 | 35,00 | 40,00 |
| нейтральных липидов | 1,25 | 27,25 | 1,73 |
| влаги и летучих веществ | 1,35 | 1,40 | 0,77 |
| Перекисное число, ммоль активного кислорода / кг | 0,10 | 2,05 | 0,90 |
| Кислотное число (все титруемые вещества), мг КОН/г | 5,15 | 6,40 | 7,95 |
Получение липосомальных субстанций с использованием фракционированных фосфолипидов и микронутриентов осуществляли по известной технологии, которая предусматривает гомогенизацию двух предварительно подготовленных фаз: раствора фракционированных фосфолипидов и жирорастворимых компонентов ( –каротина и витамина Е) в спирте и раствора водорастворимых компонентов (поливитаминного комплекса, витамина С и флавоноидов) в деминерализованной воде. Для получения липосомальных субстанций использовали модернизированную пилотную установку LABOR-PILOT фирмы IKA-Werke GmbH, Корея, включающую в качестве гомогенизатора коллоидную мельницу.
С целью обеззараживания липосомальной субстанции, а также упорядочения размеров липосом полученную гомогенную смесь подвергали микрофильтрации через керамический мембранный фильтр с размером пор 0,2 мкм. Отделение сформировавшихся липосом осуществляли в поле центробежных сил на центрифуге, обеспечивающей фактор разделения 2500 в течение 10 минут.
Липосомальные субстанции получали с использованием каждого из исследуемых образцов фракционированных фосфолипидов для каждого из двух разработанных микронутриентных комплексов. В процессе экспериментов варьировали соотношение фракционированных фосфолипидов и микронутриентных комплексов в диапазоне от 1:10 до 1:1.
Составы компонентов трех образцов липосомальных субстанций, содержащих фосфолипиды и микронутриентные комплексы в соотношениях, соответствующих граничным и средним значениям диапазона варьирования, представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Состав компонентов для получения липосомальных субстанций
| Наименование компонента | Содержание компонента, % | ||
| Образец 1 | Образец 2 | Образец 3 | |
| Фракционированные фосфолипиды | 1,0 | 3,0 | 10,0 |
| Микронутриентный комплекс | 10,0 | 10,0 | 10,0 |
| Этиловый спирт | 10,0 | 15,0 | 20,0 |
| Вода деминерализованная | 79,0 | 72,0 | 60,0 |
Для примера на рисунке 5 представлены результаты исследования содержания фосфолипидов в полученных липосомальных субстанциях с инкапсулированным поливитаминным комплексом по отношению к исходному содержанию фосфолипидов в составе компонентов.
Показано, что «Холин» не обеспечивает получение стабильных липосом, что объясняется более низким содержанием в нем собственно фосфолипидов, в том числе фосфатидилхолинов, а также высоким содержанием нейтральных липидов. Липосомообразующая способность фракционированных фосфолипидов «Витол-Холин» в среднем на 15% выше, чем Ultralec PC40.
Учитывая это, а также тот факт, что «Витол-Холин» является отечественным продуктом и его стоимость более, чем в 3 раз ниже стоимости импортного
продукта Ultralec PC40, для дальнейших исследований был выбран «Витол-Холин».
Установлено, что фракционированные фосфолипиды «Витол-Холин» образуют сферические многослойные липосомы, размеры которых распределяются в интервале от 96 до 204 нм. При хранении липосомальных субстанций в течении 15 дней значимой динамики изменения размеров липосом не выявлено.
Для обеспечения максимальной степени инкапсуляции микронутриентов определяли эффективное соотношение «Витол-Холина» и микронутриентных комплексов.
Учитывая, что целью инкапсуляции является стабилизация микронутриентов путем их защиты от внешних воздействий, в качестве критерия степени инкапсуляции использовали стабильность одного из наиболее лабильных компонентов микронутриентных комплексов – витамина С.
Эксперименты проводили по известной методике, образцы хранили в герметичных флаконах из темного стекла без доступа света при температуре 5оС.
Методом математического планирования эксперимента установлено оптимальное соотношение компонентов для получения липосомальных субстанций: «Витол-Холин» - 5,0; микронутриентный комплекс – 10,0; этиловый спирт – 15,0; деминерализованная вода – 70,0.
Результаты исследования стабильности витамина С в липосомальных субстанциях, полученных при оптимальных соотношениях компонентов, представлены на рисунке 6.
Для сравнения представлены данные по стабильности витамина С в водных растворах микронутриентных комплексов без их предварительной инкапсуляции.
Показано, что стабильность витамина С в составе инкапсулированных микронутриентных комплексов существенно выше, чем для неинкапсулированных образцов: более 50% витамина С в инкапсулированном поливитаминном комплексе и более 60% в инкапсулированном антиоксидантном комплексе сохраняет стабильность после 25 суток хранения. Витамин С в водных растворах комплексов за аналогичный период практически полностью разрушается в поливитаминном комплексе и на 80% - в антиоксидантном комплексе. Полученные данные свидетельствуют о высокой инкапсулирующей способности липосом, образованных «Витол-Холином».
2.4 Разработка рецептур основ для кислородных коктейлей с заданными потребительскими свойствами. Потребительские свойства кислородных коктейлей определяются не только составом физиологически активных микронутриентов, содержащихся во вспениваемой основе, но и объемом кислорода, удерживаемого пеной, ее стабильностью и органолептическими показателями.
Основными технологическими характеристиками кислородных коктейлей, обеспечивающими такие потребительские свойства, как объем кислорода, удерживаемого пеной, и стабильность пены, являются кратность пены и отношение объема пены через регламентированный промежуток времени к первоначальному объему пены. Указанные технологические характеристики обеспечиваются пенообразователем.
Традиционным пенообразователем кислородных коктейлей является яичный белок, к основным недостаткам которого относятся риск микробиологической обсемененности, высокая аллергенность, а также недостаточно высокие стабильность и кратность получаемой пены. В качестве альтернативных яичному белку пенообразователей целесообразно использовать коллоидные высокомолекулярные поверхностно-активные вещества, которые обеспечивают высокую механическую прочность пленок жидкой дисперсионной среды и, следовательно, высокую стабильность кислородной пены.
Учитывая, что кислородные коктейли должны обладать функциональными и диетическими свойствами необходимо отдавать предпочтение пенообразователям природного происхождения, инертным к обогащающим компонентам, не оказывающим побочного негативного воздействия на организм и обладающим самостоятельной физиологической ценностью.
Принимая во внимание эти требования, в качестве пенообразователя был выбраны сухой экстракт корня солодки голой (Glucurrhiza glabra). Сухой экстракт корня солодки (Extractum Glycyrrhizae siccum), наряду с пенообразующими свойствами, содержит физиологически активные вещества, состав которых представлен в таблице 4.
Таблица 4 –Химический состав сухого экстракта корня солодки голой
| Наименование компонента | Содержание компонента |
| 1 | 2 |
| Глицерризиновая кислота, % | 19,5-23,0 |
| Углеводы, % | 53,3-59,3 |
| в том числе: | |
| полисахариды | 3,0-6,0 |
| моно-и дисахариды | 17,0-19,0 |
| крахмал | 25,5-32,3 |
| пектин | 4,0-5,8 |
| Дубильные вещества, % | 10,4-11,4 |
| Флавоноиды, % | 3,0-4,0 |
| Органические кислоты (винная, лимонная, яблочная, фумаровая) | 4,0-5,2 |
| Эфирное масло, % | 0,02-0,03 |
| Витамин С, мг% | 25,0-30,0 |
| Зола, % | 7,0-7,9 |
| Макроэлементы, мг/г: | |
| калий | 14,0-14,5 |
| кальций | 11,0-11,5 |
| марганец | 2,2-2,4 |
| Микроэлементы, мг/г: | |
| железо | 0,65-0,70 |
| магний | 0,15-0,17 |
| медь | 0,27-0,31 |
Продолжение таблицы 4
| 1 | 2 |
| цинк | 0,30-0,33 |
| селен | 12,14-13,20 |
Как видно из представленных данных, пенообразующие свойства сухого экстракта корня солодки обусловлены высоким содержанием в его составе глицерризиновой кислоты. Наряду с этим, экстракт корня солодки включает широкий спектр дефицитных физиологически функциональных ингредиентов, что определяет его использование в качестве регулятора водно-солевого обмена организма, иммуномоделирующего средства в комплексной терапии заболеваний органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, системы кровообращения, нервной системы, сахарного диабета и др. Особенно следует отметить высокое содержание микроэлемента селена, который аккумулируется корнем солодки и превращается в биоусвояемые соединения.
При изучении эффективности пенообразования сухого экстракта корня солодки готовили его растворы в воде с варьированием концентрации от 1,0 до 6,0 %.
В качестве контроля использовали водные растворы сухого яичного белка аналогичных концентраций. Исследуемый раствор в количестве 30 см3 помещали в стандартный коктейлер «АРМЕД», после чего осуществляли барботаж медицинского кислорода до прекращения роста столба пены.
Результаты экспериментов представлены на рисунке 7.
Показано, что экстракт корня солодки обеспечивает образование более устойчивых с большей кратностью кислородных пен при меньших концентрациях.
При оценке органолептических показателей установлено, что кислородные пены, полученные из пенообразующего раствора, содержащего более 3,0 % сухого экстракта корня солодки, обладают неприемлемым приторно сладким вкусом. Учитывая это, была выбрана концентрация сухого экстракта корня солодки в водном растворе, равная 3%. Установлено, что такое количество сухого экстракта корня солодки в водном растворе обеспечивает получение монодисперсной кислородной пены с объемом пузырьков 1-2 мм3.
На основании проведенных исследований разработаны рецептуры основ кислородных коктейлей, представленные в таблице 5.
Таблица 5- Рецептуры основ кислородных коктейлей
| Наименование компонента | Содержание компонента, % на абсолютно сухое вещество | |
| Поливитаминный коктейль | Антиоксидантный коктейль | |
| Инкапсулированный микронутриентный комплекс, | 11,00 | 9,00 |
| в том числе: | ||
| Витол-Холин | 3,70 | 3,00 |
| витаминный премикс 961 фирмы «Хоффманн-Ля Рош» | 5,12 | отсутствие |
| витамин С (аскорбат натрия) | 2,05 | 3,50 |
| -Каротин | 0,08 | 0,25 |
| сульфат железа | 0,05 | 0,15 |
| витамин Е (dl--токоферола ацетат) | отсутствие | 0,75 |
| флавоноиды (флавонолы в пересчете на рутин) | отсутствие | 1,35 |
| Экстракт корня солодки (Glucurrhiza glabra) | 45,00 | 45,00 |
| Экстракт шиповника (Rosa canina) | 44,5 | отсутствие |
| Экстракт каркаде (Hibiscus) | отсутствие | 46,00 |
Как видно из представленных данных, наряду с микронутриентными комплексами и пенообразователем, в состав основ кислородных коктейлей были включены порошкообразные водорастворимые растительные экстракты шиповника и каркаде, выпускаемые компанией «Артлайф» по ТУ 9379-129-12424308-04. В рецептуре основ кислородных коктейлей указанные растительные экстракты выполняют роль вкусоароматической добавки, а также дополнительного источника физиологически ценных микронутриентов, а именно: экстракт шиповника – витаминов С, РР, калия, кальция и железа; экстракт каркаде – флавоноидов - антоцианов.
Следует отметить, что отсутствие сахарозы в рецептуре основы антиоксидантного коктейля позволяет позиционировать его, как диетический продукт, и рекомендовать для употребления лицам, страдающим сахарным диабетом.
2.5 Разработка технологии получения основ кислородных коктейлей. На основании проведенных исследований была разработана технология получения основ кислородных коктейлей. Структурная схема получения основ кислородных коктейлей приведена на рисунке 8.
Распылительную сушку осуществляли в псевдоожиженном слое на пилотной сушильно-грануляционной установке фирмы BWI Huttlin GmbH, Германия. Особенностью установки является возможность совмещения процессов сушки, гранулирования и эффективного перемешивания.
Установлено, что сушка осуществляемая в течение 15 минут с использованием в качестве теплоносителя осушенного воздуха, имеющего температуру 65-70оС, позволяет обеспечить влажность продукта не более 1,0%.
Фасовку продукта осуществляли в пакетики по 2 г (разовая доза) из комбинированного металлизированного полиэтилентерефталата и полипропилена «Комбитен».
2.6 Выработка опытных партий и оценка потребительских свойств разработанных основ для кислородных коктейлей. На пилотной установке в условиях экспериментального цеха Научно-производственного предприятия «Форт» были выработаны опытные партии основ кислородных коктейлей «Окситель витаминный шиповник» и «Окситель антиоксидантный каркаде». Оценку потребительских свойств опытных партий основ кислородных коктейлей проводили непосредственно после получения, а также в процессе хранения. Хранение осуществляли при температуре 20+2оС и относительной влажности воздуха не более 75 %.
Разработанные основы кислородных коктейлей представляли собой однородные мелкодисперсные порошки светло-коричневого цвета с красноватым оттенком для основы коктейля «Окситель антиоксидантный каркаде», характеризующиеся высокой растворимостью в холодной воде.
Динамика изменения стабильности наиболее лабильных компонентов микронутриентных комплексов в процессе хранения представлена на рисунке 9.
Показано, что лабильные компоненты микронутриентных комплексов сохраняют высокую стабильность в процессе хранения. Так, например, в течение 12 месяцев хранения основ кислородных коктейлей потери витамина С составили менее 12%, -каротина не более– 15% и витамина Е – менее 7%.
Установлено, что кратность, как свежевыработанных, так и после 12 месяцев хранения, пен кислородных коктейлей, полученных из сухих основ разработанных рецептур, составляла 15-20 единиц при стабильности пен, равной 0,8-0,9.
По показателям безопасности разработанные основы кислородных коктейлей соответствовали требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01.
Для проведения оценки органолептических показателей из сухих основ готовили кислородные коктейли следующим образом. Основу из пакетика (2,0 г) растворяли в 30 мл воды при температуре 20-25оС, после чего при помощи коктейлера «АРМЕД» получали кислородный коктейль в количестве 600 мл.
Органолептические и физико-химические показатели образцов кислородных коктейлей представлены в таблице 6.
Таблица 6 – Органолептические и физико-химические показатели
кислородных коктейлей
| Наименование показателя | Характеристика показателя | |
| «Окситель витаминный шиповник » | «Окситель антиоксидантный каркаде» | |
| Вкус | Приятный умеренно сладкий с выраженными нотами шиповника и оттенком лакрицы | Приятный освежающий кисло-сладкий с ягодно-лакричными нотами |
| Запах | Нежный, свежий с оттенком шиповника | Нежный, свежий с оттенком ягод |
| Консистенция | Нежная, упругая, однородная пена без отделения жидкости | Нежная, упругая, однородная пена без отделения жидкости |
| Цвет | Белый с желтовато-кремовым оттенком | Белый с розовато-кремовым оттенком |
| Кратность пены | 20 | 20 |
| Стабильность пены | 0,9 | 0,9 |
Показано, что кислородные коктейли имели нежную, упругую, однородную пену, остающуюся стабильной в течение всего приема коктейля без отделения жидкости. Вкус и запах были легкими и приятными с фруктово-ягодными нотами, соответствующими используемому растительному экстракту.
Следует отметить, что органолептические и физико-химические показатели кислородных коктейлей оставались стабильными при хранении основ кислородных коктейлей в течение 12 месяцев.
2.7 Оценка пищевой ценности и физиологически функциональных свойств кислородных коктейлей. Оценку пищевой ценности разработанных основ кислородных коктейлей осуществляли, определяя фактическое содержание физиологически функциональных микронутриентов после 12 месяцев хранения. Результаты исследований представлены в таблице 7.
Таблица 7 – Пищевая ценность основ кислородных коктейлей
| Наименование компонента | Содержание компонента, мг в суточной дозе (2 г) | Степень удовлетворения суточной потребности, % | ||
| «Окситель витаминный каркаде» | «Окситель антиоксидантный шиповник» | «Окситель витаминный каркаде» | «Окситель антиоксидантный шиповник» | |
| Витамины,: | ||||
| Е | 7,62 | 13,50 | 50,8 | 90,0 |
| В1 | 1,07 | отсутствие | 63,0 | - |
| В2 | 0,98 | отсутствие | 49,0 | - |
| В6 | 1,42 | отсутствие | 71,0 | - |
| В12 | 0,0005 | отсутствие | 17,0 | - |
| Фолиевая кислота | 0,209 | отсутствие | 52,3 | - |
| Пантотенат | 0,598 | отсутствие | 12,0 | - |
| РР | 0,96 | отсутствие | 4,8 | - |
| Биотин | 0,05 | отсутствие | 100,0 | - |
| С | 65,60 | 67,70 | 93,7 | 96,7 |
| –каротин | 1,40 | 4,23 | 28,0 | 84,5 |
| Сульфат железа | 0,98 | 2,85 | 9,8м/6,5ж | 28,5м/19,0ж |
| Флавоноиды (флавонолы в пересчете на рутин) | 12,0 | 30,0 | 40,0 | 100,0 |
| Фосфолипиды | 73,0 | 60,0 | ||
| Примечание: м - значение для мужчин; ж – значение для женщин | ||||
Показано, что потребление кислородных коктейлей, приготовленных с использованием разработанных основ, взятых в количестве 2,0 г, позволяет удовлетворить суточную потребность в основных дефицитных микронутриентах на 25-90%, при этом в организм поступает около 350 см3 чистого кислорода, всасывание которого через слизистую желудка происходит в среднем в 10 раз эффективнее, чем при его вдыхании через легкие.
Оценку физиологически функциональных свойств разработанных кислородных коктейлей осуществляли совместно со специалистами Кубанского государственного медицинского университета, а также специалистами санаторно- курортных учреждений Краснодарского края, а именно, санаториев «Горячий ключ», г.Горячий Ключ; «Голубая волна», г. Геленджик и «Заполярье», г.Сочи.
Установлено, что после регулярного приема разработанных кислородных коктейлей в течение 10 дней субъективно отмечалось улучшение самочувствия, снижение уровня шума в ушах, повышалась выносливость к физическим нагрузкам, а также исчезали ощущения слабости и сонливости. Лица, употреблявшие коктейль, отмечали нормализацию аппетита и здоровый сон.
Объективно к концу курса приема разработанных кислородных коктейлей установлено достоверное исчезновение симптомов гипоксии, нормализация периодов сна и бодрствования, повышение физической выносливости.
Биохимические исследования показали нарастание эскреции с мочой большинства из входящих в состав основ кислородных коктейлей витаминов, что является доказательством существенного улучшения обеспеченности организма этими витаминами.
В контрольной группе, принимавшей кислородные коктейли с использованием в качестве основ сухого белка куриного яйца, эскреция витаминов с мочой практически не изменялась по сравнению с начальным уровнем.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что употребление разработанных кислородных коктейлей является эффективным средством нормализации пищевого статуса и общего оздоровления организма человека.
На основы кислородных коктейлей «Окситель витаминный каркаде» и «Окситель антиоксидантный шиповник», а также на технологию их получения разработаны и утверждены комплекты технической документации, включающие технические условия, рецептуры и технологическую инструкцию.
Рецептуры и технология получения разработанных основ кислородных коктейлей приняты к внедрению Научно-производственной фирмой «Росма- Плюс» Университетского комплекса КубГТУ в III кв. 2009г.
Ожидаемый экономический эффект от реализации разработанных технологических решений составит более 1 млн. руб. в год.
ВЫВОДЫ
1. На основании результатов маркетинговых исследований установлено, что кислородные коктейли являются перспективным средством ликвидации микронутриентной недостаточности, усугубляющейся в условиях стресса, умственных и физических нагрузок, а также при воздействии неблагоприятных факторов окружающей среды.
2. Показана целесообразность введения в состав основ кислородных коктейлей микронутриентов с антиоксидантными свойствами. Физиологически обоснованы составы микронутриентных комплексов для обогащения основ кислородных коктейлей функционального и диетического назначения.
3. Фракционированные фосфолипиды «Витол-Холин» являются эффективным инкапсулирующим агентом. Выявлены оптимальные соотношения фракционированных фосфолипидов «Витол-Холин», микронутриентных комплексов, этилового спирта и деминерализованной воды для получения стабильных липосомальных субстанций. Экспериментально показано, что инкапсуляция лабильных микронутриентов, например, витаминов С, Е, -каротин в липосомы, образованные фракционированными фосфолипидами «Витол-Холин», обеспечивает их стабилизацию на заданном уровне в течение гарантированного срока хранения продукта.
4. Использование в качестве пенообразователя сухого экстракта корня солодки при его концентрации в водном растворе 3,0 % обеспечивает получение стабильной монодиспесной кислородной пены с объемом пузырьков 1-2 мм3, кратность которой составляет 20-25%.
5. Разработаны рецептуры и технология получения основ кислородных коктейлей «Окситель витаминный шиповник» и «Окситель антиоксидантный каркаде», обеспечивающие высокие потребительские свойства и заданную физиологически функциональную направленность готовых кислородных коктейлей.
6. При оценке потребительских свойств опытных партий основ кислородных коктейлей установлено, что по показателям безопасности они соответствуют требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01. Лабильные компоненты микронутриентных комплексов сохраняют высокую стабильность в процессе производства и хранения. Кратность, как свежеполученных, так и после 12 месяцев хранения, пен кислородных коктейлей, получаемых из сухих основ разработанных рецептур, составляла 15-20 единиц при стабильности, равной 0,8-0,9. Кислородные коктейли имели нежную, упругую пену, остающуюся стабильной в течение всего приема коктейля без отделения жидкости. Вкус и запах легкие и приятные с фруктово-ягодными нотами, соответствующими используемому растительному экстракту.
7. Оценка пищевой ценности и физиологически функциональных свойств кислородных коктейлей при клинической апробации показала высокую эффективность их применения в рационах функционального и диетического питания. Установлена перспективность использования разработанных кислородных коктейлей при формировании рационов функционального и диетического питания в организованных коллективах – столовых и буфетах промышленных предприятий, учебных заведениях, а также в санаторно-курортных учреждениях Краснодарского края.
8. Разработаны комплекты технической документации на основы для кислородных коктейлей «Окситель витаминный шиповник» и «Окситель антиоксидантный каркаде», включающие технические условия, рецептуры и технологическую инструкцию.
Рецептуры и технология получения разработанных основ кислородных коктейлей приняты к внедрению Научно-производственной фирмой «Росма- Плюс» Университетского комплекса КубГТУ в III кв. 2009г.
Ожидаемый экономический эффект от реализации разработанных технологических решений составит более 1 млн. руб. в год.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Ясюк О.В. Экспериментальное обоснование создания функциональных пищевых продуктов и БАД на основе растительного сырья [Текст]/ Ясюк О.В., Пахомов А.Н., Марковский Ю.И., Рудась П.Г. // Известия Вузов. Пищевая технология – Краснодар: 2006. - № 2 -3. – С.
2. Ясюк О.В. Технологические свойства растительных БАД, полученных из вторичных ресурсов [Текст]/ Ясюк О.В., Прибытко А.П., Щипанова А.А., Хворостина Е.Н. // Известия Вузов. Пищевая технология – Краснодар: 2007. - № 2. - С. 95-96.
3. Ясюк О.В. Пищевые добавки комплексного назначения в составе функциональных эмульсионных продуктов [Текст]/ Ясюк О.В., Бутина Е.А., Трофимова С.А., Абаева И.Н., // Специализированный журнал «Масла и жиры», №6. –2008. - С. 14-18.
4. Ясюк О.В. Фосфолипидная биологическая добавка к пище, обладающая антитоксическими свойствами / Патент № 2302127 по заявке № 2005134914 Опубл. 10.07.2007 Бюл № 19// Ясюк О.В., Бутина Е.А., Корнена Е.П. и др.
5. Ясюк О.В. Фосфолипидная биологическая добавка к пище, обладающая гепатопротекторными свойствами / Патент № 2302128 по заявке № 2005134916 Опубл. 10.07.2007 Бюл № 19// Ясюк О.В., Бутина Е.А., Корнена Е.П. и др.
6. Ясюк О.В. Фосфолипидная биологическая добавка к пище, обладающая антиоксидантными свойствами / Патент № 2302129 по заявке № 2005134917Опубл. 10.07.2007 Бюл № 19// Ясюк О.В., Бутина Е.А., Корнена Е.П. и др.
7. Ясюк О.В. Функциональные напитки для школьного питания [Текст] / Ясюк О.В., Трофимова С.А., Бутина Е.А., Шергина М.В.// Международная научно-практическая конференция «Технологии и продукты здорового питания», г. Москва, МГУПП, 4-5 июня 2007г.
8. Ясюк О.В. Использование растительных фосфолипидов в функциональных продуктах для школьного питании [Текст] / Ясюк О.В., Трофимова С.А., Клиндухов В.П., Бутина Э.А., Абаева И.Н.// 7 Международная научно-практическая конференция «Масложировая индустрия 2007», г. С-Петербург, 23-25 октября 2007 г.
9. Ясюк О.В. Разработка рецептур коктейлей для диабетиков [Текст]/ Ясюк О.В., Бутина Е.А., Бутина Э.А.// Всероссийская конференция аспирантов и студентов «Пищевые продукты и здоровье человека», КемТИПП, 23.04.2008г.
10. Ясюк О.В. Разработка технологии коктейлей функционального назначения для санаторно-курортных учреждений [Текст]/ Ясюк О.В., Бутина Е.А., Бутина Э.А. // I Межведомственная научно-практическая конференция «товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров», МГУПП, 24-25.04.2008г.
11. Ясюк О.В. Разработка кислородных коктейлей функционального назначения [Текст]/ Ясюк О.В., Бутина Е.А., Пахомов А.Н. // VI Международная научно-практическая конференция и выставка «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты», МГУПП, г. Москва, 7-10 октября 2008г.
