Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДНОГО КОКТЕЙЛЯ

Изобретение относится к пищевой промышленности и медицине, а именно к способам получения кислородных коктейлей функционального назначения, которые могут быть использованы в качестве биологически активных средств, влияющих на обменные процессы в организме и способствующих профилактике и устранению гипоксии (кислородного голодания).

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 (см. заявку на патент РФ №2009144652/13, по классу МПК A23L 2/00, 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).

Однако способ получения кислородного коктейля трудоемок, поскольку в качестве жидкой основы используются зеленый чай или кофе, заваривание которых приводит к значительным затратам времени. Кроме этого, 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 12-перстной 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.

Известен также способ получения кислородного коктейля, предусматривающий смешивание компонентов коктейля, добавление пенообразователя, водного раствора желатина, перемешивание смеси, насыщение полученной смеси кислородом путем вспенивания при пропускании через нее кислорода, при этом пенообразователь предварительно растворяют в воде при 70-90°С и перед насыщением кислородом смесь выдерживают 1 час (см. заявку на патент РФ №99120769/13, по классу МПК A23L 2/00, опубл. 20.06.2000). Кислородный коктейль, полученный данным способом, содержит в качестве жидкой основы фруктово-ягодный сок, воду или водный экстракт лекарственных трав и/или ягод, сироп шиповника, фруктово-ягодный сироп и пенообразователь в виде 6-7%-ного водного раствора желатина. В качестве фруктово-ягодного сока смесь содержит яблочный, или виноградный, или ананасовый сок или смесь разных соков. В качестве водного экстракта лекарственных трав и/или ягод смесь содержит их отвар или настой.

Однако способ получения кислородного коктейля трудоемок, поскольку подготовка и внесение используемого пенообразователя - 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.

Наиболее близким к заявленному является способ получения кислородного коктейля (см. заявку на патент РФ №2010124368/13, по классу МПК A23L 2/00, опубл. 20.12.2011), предусматривающий получение стабилизатора пены из сока смородины путем соединения его с сахаром в соотношении 1:0,5-1,5 при нагревании до t 80-90°С в течение 20-30 мин с последующим охлаждением полученного сиропа в течение 20-40 мин до t 25-35°С для проявления желирующих свойств, внесение ингредиентов основы коктейля, состоящих из натурального фруктово-ягодного сока, водного настоя лекарственных трав и пенообразователя (сиропа корня солодки), перемешивание и насыщение полученной смеси кислородом путем вспенивания ее при пропускании кислорода. Насыщение полученной смеси кислородом осуществляют сразу после перемешивания. Это обеспечивает увеличение времени сохранения пены то 50 до 60 мин и ее дисперсность. Кислородный коктейль содержит стабилизатор пены, полученный из сока смородины, и пенообразователь - сироп корня солодки. В качестве основы коктейля используют тонизирующий фитонастой лимонника китайского и/или элеутерококка колючего, натуральный фруктово-ягодный сок - сок виноградный, либо сливовый, либо яблочный, либо рябиновый или их смесь.

Однако способ приготовления кислородного коктейля трудоемок, поскольку подготовка стабилизатора пены увеличивает время приготовления кислородного коктейля на 40-70 минут и подготовка жидкой основы - водного настоя лекарственных трав - также 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.

Изобретение направлено на решение задачи создания эффективного, действенного и экономичного способа приготовления кислородных коктейлей, обладающих функциональными, лечебно-профилактическими и высокими органолептическими свойствами за счет сокращения времени приготовления и уменьшения затрат, в том числе и на используемое сырье для получения кислородного коктейля.

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 стабилизатора пены используют смесь молочной сыворотки с, по крайней мере, одним полисахаридом растительного происхождения при соотношении полисахарида к молочной сыворотке 1:100-500, при этом предварительно перед смешиванием стабилизатора с основой коктейля осуществляют набухание полисахарида в молочной сыворотке совместно в виде смеси в течение 20-30 минут, нагрев полученной смеси до 50-90°С и охлаждение до 23-25°С, а соотношение основы коктейля к стабилизатору пены выбирают из условия или 1:1, или 1:1,5.

В способе получения кислородного коктейля в качестве стабилизатора пены, т.е. смеси растительного полисахарида и молочной сыворотки, кислородный коктейль может содержать высокоэтерифицированный пектин (ВЭ пектин) и молочную сыворотку в соотношении 1:100-500, также галактоманнаны (а именно камедь рожкового дерева или гуаран различных молекулярных масс) и молочную сыворотку в соотношении 1:100-167 или смесь галактоманнана и растительного полисахаридов и молочную сыворотку в соотношении 1:167-250 соответственно, в частности смесь камеди рожкового дерева с высокоэтерифицированным пектином в соотношении 1:1-2 соответственно. В качестве галактоманнана используют гуаран с разной молекулярной массой и камедь рожкового дерева (LBG). Способ получения кислородного коктейля предусматривает использование в качестве основы кислородного коктейля натурального фруктово-ягодного сока.

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 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 являются пенообразователем. Это связано с наличием на поверхности пенных пленок заряженных функциональных групп с определенным гидрофильно-липофильным балансом. Сывороточные белки 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 адсорбционы - 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 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 гуаран с молекулярной массой 30 кДа (гуаран ММ 30 кДа) и 400 кДа (гуаран ММ 400 кДа) соответственно и камедь рожкового дерева (locustbeangum, 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 этерифицированны 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. Наиболее изученными галактоманнанами являются гуаран (guargum) и камедь рожкового дерева (locustbeangum), широко используемые в пищевой промышленности.

Молочная сыворотка - по ГОСТ Р 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 значительно богат и разнообразен. Он включает более 200 компонентов.

Способ получения кислородного коктейля с использованием молочной сыворотки - 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.

Экспериментальным путем подтверждено, что сыворотка молочная является полноценным по аминокислотному составу компонентом, т.к. содержит все незаменимые аминокислоты (таблица 1), что придает продукту, приготовленному предложенным способом, функциональные свойства.

Способ приготовления кислородного коктейля осуществляется следующим образом.

Полисахарид - гуаран с молекулярной массой 30 кДа (гуаран ММ 30 кДа) или гуаран 400 кДа (гуаран ММ 400 кДа), или LBG, или высокоэтерифицированный пектин (ВЭ пектин), или смесь LBG с высокоэтерифицированным пектином соединяют с молочной сывороткой в определенных соотношениях при непрерывном помешивании, оставляют набухать при температуре 23-25°C в течение 20-30 минут. Нагревают раствор полисахарида до температуры 50-90°C до полного растворения полисахарида. Затем раствор сыворотки и полисахаридов охлаждают до 23-25°С и соединяют его с необходимым количеством основы коктейля - натуральным фруктово-ягодным соком, тщательно перемешивают и охлаждают до оптимальной температуры 1-2°C, затем фасуют. После чего 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 система.

Пример 1.

Берут 0,5 г высокоэтерифицированного пектина и вносят в 50 г молочной сыворотки, т.е. в соотношении 1:100 соответственно, и оставляют набухать при температуре 23°C в течение 20 минут. Нагревают смесь сыворотки и полисахарида до полного растворения при температуре 60°С.

Затем полученный раствор охлаждают до 23-25°C и соединяют его с 50 г натурального фруктово-ягодного сока в соотношении 1:1, затем тщательно перемешивают и охлаждают до оптимальной температуры 1-2°C. Затем фасуют. После чего осуществляют барботаж медицинского кислорода до прекращения роста высоты столба пены. В результате, получается однородная, устойчивая система.

Пример 2.

Берут 0,1 г гуарана ММ 400 кДа и вносят в 50 г молочной сыворотки, т.е. в соотношении 1:500 соответственно, оставляют набухать при температуре 23°C в течение 30 минут. Нагревают смесь сыворотки и полисахарида до полного растворения при температуре 50°C.

Затем полученный раствор охлаждают до 23-25°C и соединяют его с 50 г натурального фруктово-ягодного сока в соотношении 1:1, затем тщательно перемешивают и охлаждают до оптимальной температуры 1-2°C. Затем фасуют. После чего осуществляют барботаж медицинского кислорода до прекращения роста высоты столба пены. В результате, получается однородная, устойчивая система.

Пример 3.

Берут смесь высокоэтерифицированного пектина и LBG в количестве 0,2 г и 0,1 г соответственно и вносят в 60 г молочной сыворотки в соотношении 1:200, оставляют набухать при температуре 23°C в течение 30 минут. Нагревают смесь сыворотки и полисахарида до полного растворения при температуре 90°C.

Затем полученный раствор охлаждают до 23-25°C и соединяют его с 40 г натурального фруктово-ягодного сока в соотношении 1,5:1, тщательно перемешивают и охлаждают до оптимальной температуры 1-2°C. Затем фасуют. После чего осуществляют барботаж медицинского кислорода до прекращения роста высоты столба пены. В результате, получается однородная, устойчивая система.

Аналогично проводят исследования с различными концентрациями основы коктейля и полисахаридов.

Соотношения молочной сыворотки с полисахаридами были подобраны экспериментальным путем. При использовании полисахаридов с молочной сывороткой в соотношении менее 1:100 и более 1:500 соответственно не образуется необходимая для кислородного коктейля текстура.

При соотношении смеси молочной сыворотки и ПС с натуральным фруктово-ягодным соком в соотношении менее 1:1 и более 1,5:1 соответственно у готового продукта появляется специфический кислый привкус.

Соотношения каждой группы полисахаридов с молочной сывороткой подобраны из следующих соображений: менее указанных соотношений (в частности, для смеси галактоманнана и молочной сыворотки менее 1:250, для смеси высокоэтерифицированного пектина и молочной сыворотки менее 1:500 соответственно) приводит к образованию неустойчивых коллоидных систем, разделению на фазы, малой жизни пены, а не кислородного коктейля.

Соотношения полисахаридов с молочной сывороткой вышеуказанных (в частности, для смеси высокоэтерифицированного пектина и молочной сыворотки более 1:100, для смеси галактоманнана и молочной сыворотки более 1:167 соответственно) приводит к образованию вязкой неустойчивой тяжелой системы, малой жизни пены, разделению на фазы, а не кислородного коктейля.

Из аналогичных соображений были подобраны соотношения смеси растительных полисахаридов с молочной сывороткой: для смеси высокоэтерифицированного пектина и галактоманнана с молочной сывороткой более 1:167 приводит к образованию неоднородной тяжелой вязкой системы, а менее 1:250 соответственно к образованию неустойчивой системы с разделением фаз и малой жизнью пены, а не кислородного коктейля.

В таблице 2 представлены органолептические показатели пен кислородного коктейля функционального назначения на основе молочной сыворотки и клубничного сока в соотношении 1:1.

Данные таблицы 2 показывают, что кислородный коктейль, приготовленный предложенным способом, обладает высокими органолептическими свойствами.

В таблице 3 представлены результаты исследований по влиянию способа приготовления кислородного коктейля на стабильность и кратность пены системы.

Как видно из таблицы 3, кратность пен кислородных коктейлей со смесью молочной сыворотки и ПС высока. Кроме того, стабильность пен кислородных коктейлей также высока, пены остаются неизменными по структуре в течение длительного времени (40 мин).

Этот процесс объясняется тем, что предложенный способ приготовления кислородного коктейля позволяет формировать пены на основе молочной сыворотки и ПС, активирует процессы образования устойчивой кислородной пены за счет образования так называемых интербиополимерных комплексов на основе сывороточных белков и ПС.

Совместно с сотрудниками Саратовского НИИ кардиологии проведены клинические исследования влияния разработанного способа получения кислородного коктейля на состояние здоровья больных хронической сердечной недостаточностью в стабильном состоянии. Больные, принимавшие кислородный коктейль в течение 10 дней, отмечали улучшение общего самочувствия (снижение шума в ушах, улучшение сна, прекращение головных болей), повышение работоспособности, снижение веса, у них наблюдались стабилизация артериального давления, улучшение электролитного состава крови.