Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения кислородного коктейля с пониженной аллергенностью и с повышенной массовой долей белка животного происхождения

Изобретение относится к пищевой промышленности и медицине, а именно к способам получения кислородных коктейлей функционального и специализированного назначения, которые могут быть использованы в качестве дополнительной диетологической составляющей лечебно-профилактического и функционального питания. Изобретение направлено на решение задачи создания эффективного способа приготовления кислородных коктейлей с пониженной аллергенностью и с повышенной массовой долей белка животного происхождения, обладающих функциональными, лечебно-профилактическими и высокими органолептическими свойствами за счет обогащения основы гидролизатом сывороточных белков с глубокой степенью гидролиза (около 60%).

Известен способ получения кислородного коктейля, предусматривающий приготовление жидкой основы, введение в нее пенообразующей добавки, микширование полученной смеси и барботирование газового потока, обогащенного кислородом, через слой жидкой основы [Патент РФ №2422051 «Способ производства кислородных коктейлей», опубл. 27.06.2011]. Кислородный коктейль содержит в качестве жидкой основы зеленый чай с медом или кофе с лимоном и пенообразующую добавку - сухой белковый полуфабрикат (СБП).

Недостатком данного способа получения кислородного коктейля, во-первых, является трудоемкость, поскольку для приготовления жидкой основы требуется заваривать зеленый чай или кофе, что приводит к значительным затратам времени. Во-вторых, ряд компонентов имеют ограничения в применении. В частности, мед может вызывать аллергию, крапивницу, зуд, насморк, головные боли, желудочно-кишечные расстройства. Зеленый чай противопоказан в пожилом возрасте, при заболевании почек, ревматоидном артрите, подагре, глаукоме, камнях в почках и желчном пузыре, обострении гастрита, язве, эрозии желудка и двенадцатиперстной кишки, высокой температуре, приступе высокого давления, нервной возбудимости. Кофе противопоказан пожилым людям и детям, также людям, страдающим гипертонией, атеросклерозом, заболеваниями почек, ишемической болезнью сердца, глаукомой, бессонницей. Этот продукт имеет сильное мочегонное действие. А нефильтрованный кофе может спровоцировать скачок холестерина в плазме крови.

В известном способе получения кислородного коктейля [Патент РФ №2150856 «Смесь для кислородного коктейля и способ приготовления кислородного коктейля», опубл. 20.06.2000], в качестве пенообразователя используется водный раствор желатина, что значительно увеличивает трудоемкость процесса, поскольку подготовка желатина увеличивает время приготовления кислородного коктейля на 1 час. Кроме этого желатин нежелательно употреблять людям при гиперволемии, тяжелой хронической сердечной недостаточности, нарушении водно-солевого обмена и при мочекаменной болезни.

Также известен способ получения кислородного коктейля [Заявка на изобретение РФ 2010124368/13), опубл. 20.12.2011]. Недостатком данного способа приготовления кислородного коктейля также является трудоемкость, поскольку подготовка стабилизатора пены увеличивает время приготовления кислородного коктейля на 40-70 минут, а подготовка жидкой основы - водного настоя лекарственных трав - тоже приводит к значительным затратам времени. Кроме этого используемый пенообразователь - сироп корня солодки - придает готовому продукту неприятный горький привкус, обусловленный составляющими пенообразователя. Сироп корня солодки имеет в своем составе активные вещества - сапонины - природные соединения (гликозиды), молекулы которых образованы моносахаридами и стероидами, соответственно данный компонент является гормональным и противопоказан ряду людей. Также сироп корня солодки содержит в своем составе глицирризин, который может вызывать у человека артериальную гипертензию и отеки.

Наиболее близким к заявленному является способ получения кислородного коктейля [Патент РФ №2539843 «Способ получения кислородного коктейля», опубл. 27.01.2015].

Недостатком этого способа является несбалансированный состав кислородного коктейля, а именно значительное превышение массовой доли углеводов по отношению к массовой доле белков. Это имеет принципиально важное значение, поскольку в современных условиях в рационах населения диетологи повсеместно отмечают избыточное содержание углеводов, особенно низкомолекулярных, и недостаточное содержание белков, преимущественно животного происхождения.

Задачей нашего изобретения является создание способа получения кислородного коктейля с пониженной аллергенностью и с повышенной массовой долей белка животного происхождения путем внесения гидролизата сывороточных белков с глубокой степенью гидролиза.

Для решения поставленной задачи в способе получения кислородного коктейля, заключающемся в приготовлении основы коктейля, введении стабилизатора пены, смешивании его с основой коктейля, насыщении кислородом, согласно изобретению, в качестве пенообразователя используют молочную сыворотку, обогащенную гидролизатом сывороточных белков с глубокой степенью гидролиза (около 60%) в количестве 2-6% от объема сыворотки с, по крайней мере, одним полисахаридом растительного происхождения, в качестве стабилизатора полученной пены, при соотношении полисахарида к общему объему смеси молочной сыворотки, фруктово-ягодного сока и гидролизата сывороточных белков 1:100-500, при этом предварительно перед смешиванием стабилизатора с основой коктейля осуществляют внесение гидролизата сывороточных белков в количестве 2-6%, совместное набухание полисахарида и гидролизата сывороточных белков в белково-углеводной основе в виде смеси в течение 20-30 минут, нагрев полученной смеси до 50-90°C и охлаждение до 23-25°C, после чего осуществляют барботаж медицинского кислорода до получения устойчивой кислородной пены.

Гидролизат сывороточных белков (ГСБ) - натуральный продукт, отличающийся высоким содержанием свободных незаменимых аминокислот, биологически активных низкомолекулярных пептидов и пониженной аллергенностью на молочные белки. Использование данного гидролизата сывороточных белков актуально для решения такой проблемы, как дефицит биологически полноценных белков животного происхождения в рационе населения большинства стран, включая Россию. По данным ВОЗ, состав молочных белков и, особенно, сывороточных белков, максимально приближен по аминокислотному набору к идеальному белку. Это служит основанием для использования гидролизатов в производстве функциональных продуктов питания [Королёва О.В. Перспективы использования гидролизатов сывороточных белков в технологии кисломолочных продуктов].

Белки молочной сыворотки обладают наиболее высокой биологической ценностью в плане аминокислотного состава, но могут стать причиной аллергических реакций у некоторых лиц. Доказано, что при расщеплении молекул белков до пептидов с размерами 2,5-3,0 кДа, аллергенность утрачивается. В данном гидролизате методом ферментативного гидролиза расщеплено более 60% всех пептидных связей, что существенно улучшает функциональные свойства сывороточных белков. Методом гель-фильтрации высокого разрешения в данном гидролизате сывороточных белков выявлено три области белковых веществ с молекулярными массами более 4,5 (31,1±7,8%), от 1,7 до 4,5 (21,48±5,46%) и менее 1,7 (50,4±6,4%) кДа. Следовательно, около 70% всех белков данного гидролизата становятся гипоаллергенными. По данным НИИ питания остаточная антигенность гидролизата в 17000 раз ниже нативных сывороточных белков [Абрамов Д.В. Разработка ферментативных гидролизатов сывороточных белков молока - технологии, свойства и применение].

Содержание свободных аминокислот, в том числе незаменимых, в данном гидролизате сывороточных белков достигает 33%. Свободные аминокислоты легко всасываются через кишечную стенку и активно используются организмом на свои нужды. Следовательно, данный компонент является не только хорошим источником незаменимых аминокислот, но и отличается их повышенной биодоступностью в пищеварительном канале. Это имеет принципиальное значение не только для спортсменов, организм которых требует усиленного белкового питания, но и при различных нарушениях пищеварения, которые могут вызываться как заболеваниями желудочно-кишечного канала, так и возрастными особенностями организма человека. В составе гидролизата сывороточных белков преобладают разветвленные незаменимые аминокислоты - валин, лейцин и изолейцин. Они являются источниками энергии для мышечных клеток в период восстановления и напрямую воздействуют на синтез белка в мышцах.

Гидролизат сывороточных белков прошел клинические испытания в медицинских учреждениях для лечения и реабилитации больных с различной степенью белково-энергетической недостаточности. Установлено его положительное влияние при комплексном лечении хронического гепатита, ишемической болезни сердца, гипертонической болезни, сахарного диабета, дисбактериоза и синдрома раздраженного кишечника [Абрамов Д.В. Разработка ферментативных гидролизатов сывороточных белков молока - технологии, свойства и применение].

Несмотря на такие достоинства гидролизатов сывороточных белков, они находят ограниченное применение в молочной промышленности из-за неприятного вкуса и альбуминного запаха, которые проявляются при внесении гидролизата в продукты. Органолептические пороки возникают из-за присутствия пептидов разной длины цепи, некоторые из которых обладают горьким вкусом [Королева О.В. Функциональные свойства кисломолочных продуктов с гидролизатами сывороточных белков].

В связи с этим авторами предварительно проведены исследования влияния гидролизата сывороточных белков на органолептические показатели основы и стабилизатора кислородного коктейля. В результате установлено, что доза гидролизата сывороточных белков не должна превышать 1-3% общего объема жидкой смеси (молочной сыворотки и фруктового сока) для приготовления кислородного коктейля. Также установлено, что наивысшую оценку получили образцы кислородного коктейля, жидкая смесь которых получена соединением молочной сыворотки и фруктово-ягодного сока в соотношении 1:1.

Поскольку гидролизат сывороточных белков представляет собой концентрат поверхностно-активных веществ - высокомолекулярных и низкомолекулярных пептидов и свободных аминокислот, а также имеет богатый минеральный состав, что может существенно влиять на механизмы пенообразования, авторами изучены особенности формирования пены в жидкой смеси, обогащенной гидролизатом сывороточных белков. В результате авторами экспериментальным путем были подобраны температурные и временные режимы способа получения кислородного коктейля, а также соотношения между полисахаридами и молочной сывороткой, между основой коктейля и стабилизатором пены в присутствии гидролизата сывороточных белков.

В результате выполненных исследований получены достоверные данные, что соединение гидролизата сывороточных белков с полисахаридами и белками молочной сыворотки при других режимах и соотношениях не приводит к получению однородной системы вязкой консистенции без разделения системы на фазы.

Эти сведения позволяют сделать вывод о наличии в заявленном решении «изобретательского уровня».

Технический результат получения кислородного коктейля с пониженной аллергенностью и с повышенной массовой долей белка животного происхождения заключается в обогащении основы и стабилизатора коктейля - молочной сыворотки гидролизатом сывороточных белков с глубокой степенью гидролиза (около 60%).

Технический результат получения кислородного коктейля с пониженной аллергенностью и с повышенной массовой долей белка животного происхождения достигается тем, что в приготовленную основу коктейля вводится стабилизатор пены, смешивается с основой коктейля, приготовленная основа пастеризуется, охлаждается и насыщается кислородом. Согласно изобретению, в качестве пенообразователя используют молочную сыворотку, обогащенную гидролизатом сывороточных белков с глубокой степенью гидролиза (около 60%) в количестве 2-6% от объема сыворотки с, по крайней мере, одним полисахаридом растительного происхождения, в качестве стабилизатора пены, при соотношении полисахарида к молочной сыворотке 1:100-500. При этом предварительно перед смешиванием стабилизатора с основой коктейля осуществляют набухание гидролизата сывороточных белков с глубокой степенью гидролиза (около 60%) и полисахарида в основе совместно в виде смеси в течение 20-30 минут, нагрев полученной смеси до 50-90°C и охлаждение до 23-25°C.

В способе получения кислородного коктейля в качестве стабилизатора пены, т.е. смеси растительного полисахарида и молочной сыворотки, кислородный коктейль может содержать высокоэтерифицированный пектин (ВЭП) и белково-углеводную основу (молочная сыворотка, обогащенная гидролизатом сывороточных белков с глубокой степенью гидролиза (около 60%) в количестве 2-6% от объема сыворотки и фруктово-ягодный сок) в соотношении 1:100-500, также галактоманнаны (а именно камедь рожкового дерева) и белково-углеводную основу в соотношении 1:100-167 или смесь галактоманнана и ВЭП и белково-углеводную основу в соотношении 1:167-250, соответственно, в частности смесь камеди рожкового дерева с ВЭП в соотношении 1:1-2 соответственно.

В известных авторам источниках патентной и научно-технической информации не описано эффективного, экономичного и нетрудоемкого способа получения кислородного коктейля на основе стабилизатора пены из смеси молочной сыворотки, обогащенной гидролизатом сывороточных белков с глубокой степенью гидролиза (около 60%), фруктово-ягодного сока и полисахаридов растительной природы, позволяющего создать продукт, обладающий функциональными, лечебно-профилактическими, высокими физико-химическими и органолептическими свойствами. Способ позволяет впервые создать однородные коллоидные системы без разделения их на фазы. Именно поэтому способ не предусматривает, в отличие от существующих аналогов, отдельное внесение пенообразователя, что удешевляет способ и уменьшает трудозатраты. При этом белки молочной сыворотки и гидролизат сывороточных белков являются пенообразователем. Это связано с наличием на поверхности пенных пленок заряженных функциональных групп с определенным гидрофильно-липофильным балансом. Сывороточные белки и гидролизат сывороточных белков при насыщении сыворотки кислородом более интенсивно флотируют в межфазную поверхность и удерживаются пленками, что связано с их поверхностно-активными свойствами. Сывороточные белки характеризуются ассиметрично-полярной структурой молекул, способных концентрироваться на межфазных пограничных слоях, уменьшая поверхностное натяжение жидкости. Сывороточные белки в сочетании с полисахаридами образуют адсорбционные - вязкие и прочные пленки, обеспечивающие высокую кратность и прочность пены. Это объясняется тем, что при формировании пены на основе смеси молочной сыворотки и полисахаридов происходит активация процесса образования устойчивой кислородной пены за счет образования так называемых интербиополимерных комплексов на основе сывороточных белков и полисахаридов.

Авторами экспериментальным путем были подобраны температурные и временные режимы способа получения кислородного коктейля, а также соотношения между полисахаридами, ГСБ и молочной сывороткой, между основой коктейля и стабилизатором пены. Соединение полисахаридов с белками молочной сыворотки при других режимах и соотношениях не приводит к получению однородной системы с однофазной вязкой консистенцией, поскольку сыворотка молочная содержит в своем составе белки, аминокислоты, ряд макро- и микроэлементов, т.е. компоненты, которые не всегда и не при любых соотношениях могут быть совместимы с полисахаридами без разделения системы на фазы.

Сказанное позволяет сделать вывод о наличии в заявленном решении «изобретательского уровня».

В качестве растительных полисахаридов (ПС) используются высокоэтерифицированный пектин и галактоманнаны, а именно камедь рожкового дерева (locust bean gum, LBG).

Пектин - его основной представитель - полигалактуроновая кислота. Ее молекулярная цепь построена из остатков D-галактуроновой кислоты, соединенных α-(1-4)-гликозидными связями. Остатки галактуроновой кислоты могут, как правило, быть этерифицированы метанолом. Доля этерифицированных остатков, выраженная в процентах, называется степенью этерификации (СЭ). Различают высокоэтерифицированные пектины (СЭ>50%) и низкоэтерифицированные (СЭ<50%).

Высокоэтерифицированный пектин - это пектин, в котором степень этерификации галактуроновой кислоты выше 50%.

Галактоманнаны - природные полисахариды, представляют собой нейтральные полисахариды, состоящие из остатков β-D-маннозы и α-D-галактозы. Маннозные остатки посредством β-(1-4)-гликозидных связей образуют основную цепь, а боковая цепь состоит из галактозных остатков с α-(1-6)-соединением.

Молочная сыворотка - по ГОСТ P 53438-2009 побочный продукт переработки молока, получаемый при производстве сыра, творога и казеина. Сыворотка не оказывает побочных отрицательных воздействий на организм, практически не имеет противопоказаний к использованию. Она оказывает активное стимулирующее влияние на секреторную функцию пищеварительных органов: желудка, кишечника, поджелудочной железы, печени - и может применяться с лечебной целью. Химический состав сыворотки богат и разнообразен. Он включает более 200 компонентов.

Способ получения кислородного коктейля с использованием молочной сыворотки и гидролизата сывороточных белков - одно из наиболее перспективных направлений использования сыворотки для пищевых целей. Это обусловлено рядом факторов: свойствами и составом молочной сыворотки; ее относительной дешевизной и доступностью; решением экологической проблемы использования компонентов молока, служащих побочными продуктами при изготовлении творога и сыра; целесообразностью использования натуральной жидкой сыворотки в лечебно-профилактическом питании.

Способ приготовления кислородного коктейля осуществляется следующим образом.

Полисахарид - камедь рожкового дерева, или ВЭП, или смесь камедь рожкового дерева с ВЭП соединяют с гидролизатом сывороточного белка в определенных соотношениях и при непрерывном помешивании вносят в подготовленную основу творожной сыворотки и фруктово-ягодного сока, оставляют набухать при температуре 23-25°C в течение 20-30 минут. Подготовленную смесь нагревают до температуры 50-90°C до полного растворения полисахарида. Затем основу охлаждают до 23-25°C и осуществляют барботаж медицинского кислорода до прекращения роста высоты столба пены. Скорость барботирования кислорода изменяют в диапазоне 0,5-5 л/мин. В результате, получается однородная, устойчивая кислородная пена.

Пример 1.

Берут 0,5 г ВЭП, 2-6 г гидролизата сывороточных белков с глубокой степенью гидролиза (около 60%) и вносят в 100 г белково-углеводной основы, т.е. в соотношении 1:100 соответственно, и оставляют набухать при температуре 23°C в течение 20-30 минут. Нагревают белково-углеводную основу при температуре 60-90°C для полного растворения полисахарида и ГСБ.

Затем полученную основу охлаждают до 23-25°C и осуществляют барботаж медицинского кислорода до прекращения роста высоты столба пены. В результате, получается однородная, устойчивая пена.

Пример 2.

Берут 0,1 г камеди рожкового дерева, 2-6 г гидролизата сывороточных белков с глубокой степенью гидролиза (около 60%) и вносят в 100 г белково-углеводной основы, т.е. в соотношении 1:500 соответственно, оставляют набухать при температуре 23°C в течение 20-30 минут. Нагревают белково-углеводную основу при температуре 60-90°C для полного растворения полисахарида и ГСБ.

Затем полученную основу охлаждают до 23-25°C и осуществляют барботаж медицинского кислорода до прекращения роста высоты столба пены. В результате, получается однородная, устойчивая пена.

Пример 3.

Берут смесь ВЭП и камеди рожкового дерева в количестве 0,2 г и 0,1 г соответственно, 2-6 г гидролизата сывороточных белков с глубокой степенью гидролиза (около 60%) и вносят в 100 г белково-углеводной основы в соотношении 1:200, оставляют набухать при температуре 23°C в течение 20-30 минут. Нагревают белково-углеводную основу при температуре 60-90°C для полного растворения полисахарида и гидролизата сывороточных белков.

Затем полученную основу охлаждают до 23-25°C и осуществляют барботаж медицинского кислорода до прекращения роста высоты столба пены. В результате, получается однородная, устойчивая пена.

Соотношения молочной сыворотки, гидролизата сывороточных белков и полисахаридов были подобраны экспериментальным путем. При использовании полисахаридов с белково-углеводной основой в соотношении менее 1:100 и более 1:500 соответственно не образуется устойчивая белковая пена.

При соотношении смеси молочной сыворотки и гидролизата сывороточных белков с натуральным фруктово-ягодным соком в соотношении менее 1:1 и более 1,5:1 соответственно у готового продукта появляется специфический кисло-соленый привкус.

В таблице 1 представлены органолептические показатели пен кислородного коктейля функционального назначения на основе молочной сыворотки и клубничного сока в соотношении 1:1.

Данные таблицы 1 показывают, что кислородный коктейль, приготовленный предложенным способом, обладает высокими органолептическими характеристиками.

В таблице 2 представлены результаты исследований по влиянию способа приготовления кислородного коктейля на стабильность и кратность белковой кислородной пены.

Как видно из таблицы 2, кратность пен кислородных коктейлей, образованных молочной сывороткой, обогащенной гидролизатом сывороточных белков с глубокой степенью гидролиза (около 60%) и ПС высокая. Кроме того, стабильность пен кислородных коктейлей также высокая, пены остаются неизменными по структуре в течение длительного времени (30-40 мин). Этот процесс объясняется тем, что предложенный способ приготовления кислородного коктейля позволяет формировать пены на основе молочной сыворотки, обогащенной гидролизатом сывороточных белков с глубокой степенью гидролиза (около 60%) и ПС, активирует процессы образования устойчивой кислородной пены за счет образования так называемых интербиополимерных комплексов на основе сывороточных белков и ПС.

В таблице 3 представлены данные пищевой и энергетической ценности кислородных коктейлей с повышенной массовой долей белка животного происхождения в сравнении с кислородным коктейлем без гидролизата сывороточных белков.

Как видно из таблицы 3, энергетическая ценность кислородных коктейлей, обогащенных гидролизатом сывороточных белков, меняется незначительно, а содержание белка увеличивается от двух до четырех раз, по сравнению с кислородным коктейлем без гидролизата сывороточных белков. Это объясняется, во-первых, невысокой калорийностью белков. А, во-вторых, тем, что содержание наиболее емкой энергетической составляющей пищевой ценности - жира не меняется в аналоге (прототипе) и новом продукте.

Источники информации

1. Абрамов Д.В. Разработка ферментативных гидролизатов сывороточных белков молока - технологии, свойства и применение / Д.В. Абрамов, Ю.Я. Свириденко, Д.С. Мягконосов, Е.Г. Овчинникова, М.П. Кангин, Н.В. Кокарева // ГНУ ВНИИ маслоделия и сыроделия Россельхозакадемии [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.dairynews.ru/news/razrabotka-fermentativnvkh-gidrolizatov-syvorotoch.html

2. Королева О. В. Перспективы использования гидролизатов сывороточных белков в технологии кисломолочных продуктов / О.В. Королева, Е. Ю. Агаркова, С.Г. Ботина, И.В. Николаев, Н.В. Пономарева, Е.И. Мельникова, В.Д. Харитонов, А.Ю. Просеков, М.В. Крохмаль, И.В. Рожкова // Молочная промышленность. - 2013. - №7. - С. 66-68.

3. Королева, О. В. Функциональные свойства кисломолочных продуктов с гидролизатами сывороточных белков / О.В. Королева [и др.] // Молочная промышленность. - 2013. - №11. - С. 52-55.

4. Патент «Способ производства кислородных коктейлей» (РФ, №2422051), опубл. 27.06.2011, A23L 2/00.

5. «Патент Смесь для кислородного коктейля и способ приготовления кислородного коктейля» (РФ, №2150856) A23L 2/00, A23L 2/02, A23L 2/52, А61М 16/00.

6. Заявка на изобретение «Способ приготовления кислородного коктейля» (РФ №2010124368/13), опубл. 20.12.2011, A23L 2/00.

7. Патент «Способ получения кислородного коктейля» (РФ, №2539843), опубл. 27.01.2015 A23L 2/00.