Chelyabinsk, Russian Federation
Chelyabinsk, Chelyabinsk, Russian Federation
The purpose of the study is to experimentally substantiate the formulations of beverage concentrates based on vegetable protein for sports nutrition. The objects of the study were beverage concentrates based on hemp protein; drinks prepared for consumption. The following stages of scientific research were carried out, namely selection of components of beverage concentrate formulations was conducted; the organoleptic and physico-chemical indicators of the quality of concentrates and drinks obtained from them were analyzed; the stability of the quality and safety of beverage concentrates during the recommended shelf life was studied. As a result of research, the compositions of beverage concentrate formulations were substantiated, including vegetable protein, antioxidant, thickener, flavoring agent and flavoring food additives. The high nutritional value of the resulting drinks, the high content of protein and digestible carbohydrates have been experimentally confirmed. Accordingly, the drinks obtained from these concentrates can be classified as protein-carbohydrate products for sports nutrition. It has been established that the quality and safety of the developed beverage concentrates comply with the regulated requirements, as well as the high preservation of their properties throughout the regulated storage period. An increase in the moisture content in the samples of concentrates (up to 8.8 %) and an increase in titratable acidity (up to 3 degrees) were established, the obtained values were within the regulated values. During the storage period of 4 months at elevated temperatures, the processes of oxidative deterioration proceeded to a small extent, the increase in acid and peroxide number was no more than 30 % relative to the initial value. The results of scientific research are recommended for implementation at enterprises specializing in the production of food products from industrial hemp seeds.
beverage concentrates, sports nutrition products, hemp protein, organoleptic indicators, physical and chemical indicators, oxidative spoilage, nutritional value
Введение. Востребованность концентратов напитков обусловлена легкостью транспортирования и приготовления, длительным сроком хранения данных видов продуктов. Компоненты, вводимые в состав концентратов, должны характеризоваться низкой влажностью и устойчивостью к бактериальной и окислительной порче [1].
Таким условиям удовлетворяет белок из семян технической конопли. Данный продукт, получаемый из жмыха семян, после измельчения и многоэтапного просеивания характеризуется высоким содержанием белка – около 50 %, остаточным количеством растительного жира – до 10 %, значительным количеством клетчатки, витаминов, макро- и микроэлементов. Согласно многочисленным исследованиям, установлено, что белок конопли не уступает по биологической ценности белкам бобовых культур, характеризуется сбалансированным соотношением незаменимых аминокислот. Кроме того, в липидной фракции семян конопли содержится 70–80 % полиненасыщенных жирных кислот, отмечено оптимальное соотношение эссенциальных жирных кислот: омега-3 : омега-6 – 1:3, что отвечает нормам рационального питания. Антиоксидантные соединения семян конопли способствуют длительной сохранности получаемых продуктов, а также благоприятно влияют на устойчивость организма к стрессовым состояниям [2, 3]. Установлено, что продукты переработки семян конопли богаты фитохимическими соединениями (кофеоилтирамин, каннабизин; фосфолипиды, терпенофенольные соединения), которые обладают in vitro и ex vivo антиоксидантной и антимутагенной активностью [4].
В глобальном масштабе площади посевов для выращивания технической конопли ежегодно возрастают, что связано с перспективами переработки семян для разных отраслей промышленности. Следует отметить, что в Канаде, США и европейских странах официально разрешены для выращивания сорта Cannabis Sativa, аккумулирующие менее 0,2–0,3 % дельта-9-тетрагидроканнабинола (ТГК) [5]. В РФ в промышленных целях разрешено возделывать сорта технической конопли, содержащие в сухой массе листьев и соцветий растения не более 0,1 % ТГК [6].
Концентраты напитков, получаемые на основе белка конопли, могут быть отнесены к группе продуктов спортивного питания. При высокой физической активности питание должно полностью возмещать расходуемое спортсменом количество энергии и пищевых веществ; способствовать повышению спортивной работоспособности; ускорять восстановительные процессы после соревнований [7, 8]. Это достигается введением в суточный пищевой рацион спортсмена относительно больших количеств белка и углеводов и некоторым ограничением жира. Повышенная потребность в белке (до 2,5–3,0 г/кг массы тела) объясняется необходимостью развития мускулатуры спортсмена, а также интенсивным метаболизмом белков в мышцах в период физической работы [9].
Регламентация производства продуктов для спортивного питания осуществляется согласно нормативным документам: ТР ТС 027/2012; ТР ТС 021/2011; ГОСТ 34006 [10, 11]. Согласно НТД, к белково-углеводным продуктам для питания спортсменов относят продукты, содержащие в составе белковые и углеводные компоненты, с преобладанием белковых, применение которых способствует увеличению показателей мышечной массы и восстановлению энергетических ресурсов организма. Для разработки и обоснования рецептуры концентратов напитков необходимо предусмотреть введение технологических добавок с целью формирования приемлемых вкусоароматических свойств, структуры, хранимоспособности продукта: подсластителей, загустителей, антиокислителей и ароматизаторов.
Цель исследования – экспериментальное обоснование рецептур концентратов напитков с высокими потребительскими свойствами, рекомендованных для спортивного питания.
Задачи: подбор рецептур концентратов напитков; анализ органолептических показателей, дегустационная оценка восстановленных напитков; исследование физико-химических свойств и нутриентного состава продукта; исследование хранимоспособности концентратов напитков.
Объекты и методы. Объекты исследования: образцы концентратов напитков на основе белка конопли, приготовленные в условиях лаборатории кафедры «Пищевые и биотехнологии» ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» по разработанным рецептурам (табл. 1); подготовленные к употреблению восстановленные напитки; компоненты рецептуры концентратов напитков: концентрат белка из семян конопли сорта Надежда (массовая дола белка – 48,1 %; жира – 14,4 %; углеводов – 27,4 %); концентрат белка из семян льна (массовая дола белка – 45,5 %; жира – 18,5 %; углеводов – 25,4 %); высокоинтенсивный подсластитель сукралоза (Е 955); загуститель камедь ксантановая (Е 418); антиокислитель винная кислота (Е 334); антислеживающий агент Неосил (Е 551); ароматизаторы.
В результате комплексной дегустационной оценки на промежуточном этапе было выделено 3 композиции концентратов для дальнейших исследований. Для каждой рецептуры было изготовлено по 12 образцов концентратов напитков, в которых проводили комплексные исследования: органолептических показателей сухих концентратов и восстановленных напитков, физико-химических характеристик, микробиологических показателей и показателей окислительной порчи.
Дегустационную оценку напитков осуществляли после приготовления: на 30 г напитка – 240 г воды (температура 20–50 °С), тщательно перемешать, употреблять в течение 20 минут. Оценку напитков проводили по показателям: запах и вкус, консистенция (вязкость и плотность), цвет, однородность, вкусовое тело напитка (наполненность). Дегустационный анализ напитков проводили комиссионно – с привлечением экспертов кафедры.
Проведено исследование хранимоспособности концентратов напитков. Для этого по 3 образца от каждой рецептуры были помещены на хранение при агрессивных условиях: при высокой температуре (40 °С) в течение 4 месяцев в условиях аггравации (повышения) температур хранения. По методу ускоренного тестирования срока хранения, с повышением рекомендуемой температуры на 10 °С скорость химической реакции увеличивается в 1,5–2 раза [12, 13]. Значение показателей стабильности качества и безопасности продукта в течение 4 месяцев при температуре 40 °С можно экстраполировать на стабильность продукта при (20±4) °С в течение 8 месяцев.
По окончании установленного срока хранения напитки исследовали по органолептическим, физико-химическим, микробиологическим показателям, показателям окислительной порчи. Исследование показателей проводили по методикам: органолептические показатели – ГОСТ 6687.5; влажность – ГОСТ 15113.4; кислотность – ГОСТ 6687.4; pH – ГОСТ 26188; массовую долю сухих веществ – ГОСТ 6687.2; кислотное число – ГОСТ 31933; перекисное число –ГОСТ 26593; массовую долю белка – ГОСТ 13496.4; массовую долю жира – ГОСТ 13496.15; количество бактерий группы кишечных палочек – ГОСТ 30712; количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов – ГОСТ 30712; количество плесеней и дрожжей – ГОСТ 30712.
Таблица 1
Утвержденные рецептуры концентратов напитков
|
Сырье |
Расход сырья на 100 г сухого концентрата, г |
||
|
Образец № 1 «Ваниль слив» |
Образец № 2 «Малина» |
Образец № 3 «Шоколад батончик Сникерс» |
|
|
Белок конопли |
82,3 |
81,3 |
70,3 |
|
Белок льна |
14,0 |
15,0 |
14,0 |
|
Какао-порошок |
– |
– |
12,0 |
|
Ароматизатор «Ваниль слив» |
1,0 |
– |
– |
|
Ароматизатор «Малина» |
– |
1,0 |
– |
|
Ароматизатор «Шоколад бат. Сникерс» |
– |
– |
1,0 |
|
Комплексная добавка |
2,7 |
2,7 |
2,7 |
|
Итого |
100 |
100 |
100 |
Результаты и их обсуждение. По результатам дегустационной оценки утверждены 3 варианта рецептур концентратов напитков, содержащие белок конопли и белок льна; ароматизаторы; комплексную добавку (ксантановая камедь, сукралоза, винная кислота, антислеживающий компонент) (см. табл. 1).
В лаборатории кафедры «Пищевые и биотехнологии» проведен анализ показателей качества концентратов напитков. По органолептическим показателям не выявлено существенных различий между образцами концентратов: по внешнему виду представляли собой однородный порошкообразный продукт без комочков, однородного зеленоватого или светло-коричневого цвета, со вкусом и ароматом, свойственным семенам конопли и виду ароматизатора (ванили, малины или шоколада), без посторонних привкуса и запаха. Установлено, что исследуемые образцы концентратов напитков соответствовали требованиям ГОСТ 34144 [14] по регламентируемым органолептическим и физико-химическим показателям. Характеризовались слабокислой реакцией среды (рН 6,1–6,4); вязкостью в пределах 30,7–34,7 mPa·s при температуре (24±2) °С. Низкая влажность концентратов обуславливала их пригодность к длительному хранению (табл. 2).
Таблица 2
Результаты исследований физико-химических показателей концентратов напитков
|
Показатель |
Требования ГОСТ 34144 |
Образец № 1 «Ваниль слив» |
Образец № 2 «Малина» |
Образец № 3 «Шоколад батончик Сникерс» |
|
Массовая доля влаги, % |
Согласно рецептуре |
7,83±0,06 |
7,59±0,05 |
7,62±0,05 |
|
Титруемая кислотность, град |
Не более 10 |
1,2±0,01 |
1,2±0,01 |
1,2±0,01 |
|
Уровень рН |
н/н |
6,4±0,03 |
6,1±0,02 |
6,2±0,03 |
|
Вязкость напитка, mPa·s |
н/н |
34,7±0,10 |
31,8±0,20 |
30,7±0,10 |
Приготовленные согласно инструкции, готовые к употреблению напитки были проанализированы по органолептическим показателям, а также оценены дегустационной комиссией с применением 5-балльной шкалы, при этом установлен отличный уровень качества для тестируемых образцов (табл. 3, 4).
Таблица 3
Результаты дегустационного анализа восстановленных напитков, балл
|
Номер образца |
Оценка напитка по 5-балльной шкале |
||||||
|
Вкус |
Запах |
Консистенция |
Цвет |
Однородность |
Вкусовое тело напитка |
Средняя оценка |
|
|
1 |
4,3 |
4,3 |
4,6 |
5,0 |
5,0 |
4,6 |
4.63 |
|
2 |
4,6 |
4,6 |
4,6 |
5,0 |
5,0 |
4,6 |
4.73 |
|
3 |
4,6 |
4,6 |
4,6 |
5,0 |
5,0 |
4,6 |
4.73 |
Таблица 4
Результаты исследований органолептических показателей
восстановленных напитков
|
Показатель |
Образец № 1 «Ваниль слив» |
Образец № 2 «Малина» |
Образец № 3 «Шоколад батончик Сникерс» |
|
|
Внешний вид |
Однородный слабовязкий напиток, без комочков и осадка |
|||
|
Цвет |
Зеленоватый однородный, интенсивный |
Коричневый, однородный |
||
|
Консистенция (вязкость и плотность) |
Слабовязкая, однородная, без крупинок, комочков и осадка, достаточно плотная структура |
|||
|
Вкусовое тело напитка |
Тело напитка хорошо выражено, гармоничное сочетание слабокислого и сладковатого вкусов |
Тело напитка выражено, гармоничное сочетание слабокислого, шоколадного и сладковатого вкусов |
||
|
Вкус и аромат |
Вкус и аромат приятные, сладковатые, свойственные семенам конопли, в зависимости от вида ароматизатора, без посторонних привкусов |
Вкус и аромат приятные, слегка сладковатые, свойственные семенам конопли, с нотами какао и шоколада, без посторонних привкуса и запаха |
||
В результате анализа пищевой ценности концентратов напитков установлено высокое содержание белка (42,46–45,18 г/100г напитка), количество жировой фракции составило около 12 %, а содержание усваиваемых углеводов не превышало 27,5 %. Соответственно, получаемые напитки из данных концентратов могут быть отнесены к белково-углеводным продуктам для спортивного питания (табл. 5).
Таблица 5
Результаты исследований пищевой ценности концентратов напитков
|
Показатель |
Образец № 1 |
Образец № 2 |
Образец № 3 |
|
Массовая доля белка, % |
45,18 |
44,98 |
42,46 |
|
Массовая доля белка в С.В., % |
49,02 |
48,68 |
45,96 |
|
Массовая доля жира, % |
12,00 |
11,89 |
12,06 |
|
Массовая доля жира в С.В., % |
13,02 |
12,87 |
13,06 |
|
Массовая доля углеводов, % |
24,82 |
25,13 |
27,48 |
|
Энерг.ценность, ккал/100 г |
388 |
387,5 |
388,5 |
Пищевые продукты – это многокомпонентные, активные системы, в которых одновременно происходят микробиологические, ферментативные и физико-химические реакции. Сохранность продуктов зависит от способов ингибирования микробиологических и ферментативных процессов в пищевой системе. Срок годности может рассматриваться как период, в течение которого пищевой продукт хранится и реализуется без существенных потерь качества или функциональных свойств. При длительном хранении концентратов необходима экспресс-оценка ожидаемого срока годности. В этом случае прибегают к методу ускоренного тестирования срока хранения – ASLT (Accelerated Shelf Life Testing) [10]. Проведен анализ хранимоспособности концентратов напитков при агрессивных условиях хранения (температура (40±4) °С и влажность (70±4) %) в течение 4 месяцев. Значение показателей стабильности качества продукта в течение 4 месяцев можно экстраполировать на стабильность продукта при (20±4) °C в течение 8 месяцев. Через 1 месяц и через 4 месяца хранения напитки исследовали по органолептическим, физико-химическим, микробиологическим показателям, индикаторам окислительной порчи (табл. 6).
Таблица 6
Динамика физико-химических показателей концентратов напитков в процессе хранения
|
Показатель |
Требования ГОСТ 34144 |
Образец № 1 |
Образец № 2 |
Образец № 3 |
|
Через 1 месяц хранения (t = (40±4) °С, W = (70±4) %) |
||||
|
Массовая доля влаги, % |
Согласно рецептуре |
8,23±0,06 |
8,45±0,05 |
8,62±0,05 |
|
Титруемая кислотность, град. |
Не более 10 |
2,2±0,01 |
2,0±0,01 |
2,4±0,01 |
|
Через 4 месяца хранения (t = (40±4) °С, W = (70±4) %) |
||||
|
Массовая доля влаги, % |
Согласно рецептуре |
8,85±0,06 |
8,70±0,05 |
8,80±0,05 |
|
Титруемая кислотность, град |
Не более 10 |
2,8±0,01 |
2,8±0,01 |
3,0±0,01 |
Через 1 месяц хранения не наблюдалось существенных изменений органолептических и физико-химических свойств концентратов напитков. Через 4 месяца хранения в условиях высоких температур отмечено снижение степени выраженности вкуса и аромата, дефектов и пороков органолептических показателей не обнаружено. Установлено возрастание содержания влаги в образцах концентратов (до 8,8 %) и титруемой кислотности (до 3 град), полученные значения находились в пределах регламентируемых значений.
В связи с тем, что содержание липидной фракции в продукте составляет около 12 %, изучаемые концентраты напитков подвержены окислительной порче в процессе хранения. С целью ингибирования окислительных и гидролитических процессов в рецептуру продукта включен антиокислитель – винную кислоту. В результате исследований установлено, что за период хранения в течение 4 месяцев в условиях повышенных температур процессы окислительной порчи липидов протекают в незначительной степени. Доказано, что возрастание кислотного и перекисного числа составило не более 30 % относительно начального значения (рис.).
Динамика кислотного и перекисного числа для концентратов напитков в период хранения
В результате исследований микробиологических показателей концентратов напитков через 4 месяца хранения в условиях повышенной температуры и влажности установлено, что по показателям количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов; содержание бактерий группы кишечная палочка, количество плесеней и дрожжей продукты соответствуют требованиям ТР ТС 021/2011.
Заключение. В результате исследований обоснованы составы рецептур концентратов напитков, включающие растительный белок, антиокислитель, загуститель, ароматизатор и вкусообразющие добавки. Экспериментально подтверждена высокая пищевая ценность получаемых напитков, высокое содержание белка (до 6 г/100 мл готового напитка) и усваиваемых углеводов (до 3,5 г/100 мл напитка). Соответственно напитки, получаемые из данных концентратов, отнесены к белково-углеводным продуктам для спортивного питания. Установлено соответствие качества и безопасности разработанных концентратов напитков регламентируемым требованиям, а также высокая сохранность их свойств на протяжении установленного срока хранения.
1. Gavrilova N.B., Konovalov S.A. Tehnologiya produktov iz rastitel'nogo syr'ya dlya specializirovannogo pitaniya: ucheb. posobie. Omsk: Omskiy GAU, 2018.
2. Andre C.M., Hausman J.F., Guerriero G. Cannabis sativa: The plant of the thousand and one molecules // Frontiersin Plant Science. 2016. № 7. P. 1–17.
3. Merenkova S.P., Grinval'd S.A., Hudyakova A.M. Razrabotka tehnologii bulochnyh izdeliy, obogaschennyh netradicionnymi vidami muki // Vestnik KrasGAU. 2021. № 8. S. 154–161.
4. Flores-Sanchez I.J., Verpoorte R. PKS Activities and Biosynthesis of Cannabinoids and Flavonoids in Cannabis sativa L. Plants // Plant and Cell Physiology. 2008. № 49 (12). P. 1767–82.
5. Perspektivy ispol'zovaniya novyh bezgashishnyh odnodomnyh sortov konopli dlya organizacii proizvodstva bio- i nanoproduktov / L.G. Shashkarov [i dr.] // Vestnik Kazanskogo GAU. 2016. № 3 (41). S. 57–61.
6. Zelenina O.N. Galiahmetova I.A., Serkov V.A. Perspektiva ispol'zovaniya tehnicheskoy konopli v farmakologicheskih celyah // Innovacionnaya tehnika i tehnologiya. 2016. № 4. S. 11–13.
7. Lyusin A.V. Rol' sportivnogo pitaniya i v profilaktike, i ukreplenii zdorov'ya sportsmenov // ModernScience. 2020. № 2-1. S. 253–256.
8. Evsyukova A.O. Analiz nauchnyh razrabotok v oblasti funkcional'nyh napitkov dlya sportivnogo pitaniya na osnove patentnyh baz dannyh // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Pischevaya tehnologiya. 2020. № 5-6. (377-378). S. 20–24.
9. Gavrilova N.B., Schetini M.P., Moliboga E.A. Sovremennoe sostoyanie i perspektivy razvitiya i proizvodstva specializirovannyh produktov dlya pitaniya sportsmenov // Voprosy pitaniya. 2017. T. 87, № 2. S. 100–106.
10. TR TS 027/2012. O bezopasnosti otdel'nyh vidov specializirovannoy pischevoy produkcii, v tom chisle dieticheskogo lechebnogo i dieticheskogo profilakticheskogo pitaniya. Prinyat resheniem Soveta Evraziyskoy ekonomicheskoy komissii ot 15.06.2012. M., 2013.
11. GOST 34006-2016. Mezhgosudarstvennyy standart. Produkciya pischevaya specializirovannaya. Produkciya pischevaya dlya pitaniya sportsmenov. Terminy i opredeleniya. Vveden 01.07.2018. M., 2019.
12. Matveeva N.A., Hasanov A.R. Prognozirovanie sroka godnosti metodom uskorennogo testirovaniya v tehnologii napitkov funkcional'nogo naznacheniya // Nauchnyy zhurnal NIU ITMO. Ser. «Processy i apparaty pischevyh proizvodstv». 2016. № 4. S. 75–82.
13. Metodicheskie ukazaniya. Metody kontrolya. Biologicheskie i mikrobiologicheskie faktory. Sanitarno-epidemiologicheskaya ocenka obosnovaniya srokov godnosti i usloviy hraneniya pischevyh produktov (MUK 4.2.1847-04).
14. GOST 34144-2017. Mezhgosudarstvennyy standart. Koncentraty dlya bezalkogol'nyh napitkov. Obschie tehnicheskie usloviya. Vveden 01.17.2019. M., 2019.
