DEVELOPMENT OF PROTEIN FOAMER TECHNOLOGY FOR USE IN SPORTS NUTRITION
Rubrics: FOOD PRODUCTION TECHNOLOGY
Authors:
1.
Kemerovo Institute of Food Science and Technology (University)
2.
Kemerovo State University
3.
Fundacion Technova, Avda. de la Innovación
4.
Kemerovo Institute of Food Science and Technology (University)
Type:
Article
Pages:
from 16
to 21
Status:
Published
Received:
30.06.2015
Accepted:
30.06.2015
Published:
30.06.2015
Subject area:
UDK [637.66:636.4]:66.094.941
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
Language:
Russian
Keywords:
Sports nutrition, protein, foamer, secondary raw material resources
Abstract (English):
In this paper, on the basis of the conducted research, the technology of foaming agent for sports nutrition from pig blood has beendeveloped. The formulae of presented options of products are given. Physico-chemical properties and microbiological characteris-tics have been studied. The process of obtaining a foaming agent consists of the following operations: blood collection, stabilization of blood, cooling of stabilized blood, and separation of plasma and eritrocitarnae mass, collection of plasma, freeze-drying, packag-ing, storage. To stabilize whole blood, it is advisable to use a 0.75% solution of Na3PO4 and 4% solution of Na3C6 H5O7 in the ratio of 1:1 or a 0.75% solution of Na3PO4 and 4% solution of Na3C6 H5O7, in the ratio of 2:3. The stabilizer to blood ratio is 1:10. The separation of stabilized blood is made when the separation factor Fr =2000. Blood plasma drying is carried out using a sublimation method. The total process lasts for 240 minutes at the temperature of 40C. The developed technology allows obtaining a finished product that meets the requirements of SanRaN for microbiological characteristics and the content of toxic elements. The product has a high content of essential amino acids and can be recommended as a protein component of the protein cocktails for sports nu-trition. Production of protein foam concentrates with a high content of protein from secondary raw materials (pig blood plasma) is a good way to improve the quality of functional foods using a low cost process.
In this paper, on the basis of the conducted research, the technology of foaming agent for sports nutrition from pig blood has beendeveloped. The formulae of presented options of products are given. Physico-chemical properties and microbiological characteris-tics have been studied. The process of obtaining a foaming agent consists of the following operations: blood collection, stabilization of blood, cooling of stabilized blood, and separation of plasma and eritrocitarnae mass, collection of plasma, freeze-drying, packag-ing, storage. To stabilize whole blood, it is advisable to use a 0.75% solution of Na3PO4 and 4% solution of Na3C6 H5O7 in the ratio of 1:1 or a 0.75% solution of Na3PO4 and 4% solution of Na3C6 H5O7, in the ratio of 2:3. The stabilizer to blood ratio is 1:10. The separation of stabilized blood is made when the separation factor Fr =2000. Blood plasma drying is carried out using a sublimation method. The total process lasts for 240 minutes at the temperature of 40C. The developed technology allows obtaining a finished product that meets the requirements of SanRaN for microbiological characteristics and the content of toxic elements. The product has a high content of essential amino acids and can be recommended as a protein component of the protein cocktails for sports nu-trition. Production of protein foam concentrates with a high content of protein from secondary raw materials (pig blood plasma) is a good way to improve the quality of functional foods using a low cost process.
Keywords:
Sports nutrition, protein, foamer, secondary raw material resources
Sports nutrition, protein, foamer, secondary raw material resources
Введение Современные продукты питания, употребляемые человеком, должны максимально соответство- вать естественным процессам усвоения пищевых веществ. Физическая и умственная способность, работоспособность человека снижаются из-за недо- статочного потребления витаминов и жизненно необходимых минеральных веществ и микроэлементов. Нехватка этих веществ также снижает сопротивляемость организма различным заболевани- ям и приводит к тому, что организм изнашивается «раньше срока» [1]. Высококалорийная пища без достаточного со- держания белка приводит к отложению жира в ор- ганах и тканях и одряхлению мышечных структур, вследствие чего возникает белковое истощение и сильное снижение выносливости, быстроты и силы человека. Профилактика и лечение белковой недо- статочности заключаются в первую очередь в кор- рекции диеты с целью включения в ежедневный рацион белковых продуктов, причем желательно с полноценным белком, который содержится в до- статочном количестве в спортивном питании. По сравнению с обычной едой, на переварива- ние которой могут уходить часы, спортивные до- бавки требуют минимальных затрат времени и уси- лий пищеварения на расщепление и всасывание, при этом многие виды спортивного питания обла- дают высокой энергетической ценностью [2]. Хорошо известно, что потребители зачастую отдают предпочтение аэрируемым продуктам, так как их объем и консистенция являются более при- влекательными. Помимо этого, они сразу готовы к употреблению, то есть не требуют предварительной обработки, а также отлично усваиваются организ- мом [3, 4]. Основные вещества, используемые в качестве пенообразователей, имеют ряд недостатков, кото- рые уменьшают функциональную значимость гото- вого продукта. В природе есть несколько эффек- тивных пенообразователей, в числе которых нахо- дятся мыльный корень и агар-агар. Но пены, име- ющие наилучшие характеристики, получаются из белковых пенообразователей, либо состоящих по- чти на 100 % из белка, либо содержащих его в больших количествах. Одним из наиболее перспективных видов сырья, используемого для пенообразования, является плазма крови убойных животных, поскольку она богата высокомолекулярными белковыми соедине- ниями и ее потенциал пенообразования также ве- лик. Белки плазмы свиной крови незаменимы по аминокислотному составу. Функциональная значи- мость продуктов может существенно улучшиться благодаря применению этих белков. Также зача- стую готовый продукт имеет своеобразный желези- стый привкус, которого можно избежать, используя не цельную кровь, а именно плазму [5]. 16 ISSN 2074-9414. Food Processing: Techniques and Technology. 2015. Vol. 37. № 2 Все эти факты указывают на высокий потенциал и актуальность технологии получения белкового пенообразователя именно из плазмы крови убой- ных животных. Целью данной работы является разработка тех- нологии белкового пенообразователя из вторичных сырьевых ресурсов мясоперерабатывающей про- мышленности для использования в спортивном питании. Объект и методы исследования Объектом исследования являлась цельная кровь свиней породы Ландрас, полученная в соответствии с СанПиН 2.3.2.1078-01. На различных этапах полу- чения пенообразователя использовали натрий фос- фат трехзамещенный по ГОСТ 201-76; натрий ли- моннокислый трехзамещенный 5,5%-ный водный пищевой (цитрат натрия) по ГОСТ 31227-2004. Разделение крови проводили на центрифуге модели СМ-50. Высушивание продукта производили на сублимационной установке с соблюдением всех норм безопасности. Содержание белка определяли на анализаторе общего азота (белка) RAPID N ELEMENTAR, рабо- тающего по методу Дюма - сжигание пробы с ре- гистрацией общего азота на детекторе теплопро- водности. Для определения белка на анализаторе пробу капсулировали, при этом точность анализа составила 0,5 %. Содержание общего белка рассчиты- вали умножением общего азота на пересчетный коэф- фициент для белков крови, составляющий 6,36. Опре- деление содержания сухих веществ производили на рефрактометре ИРФ-454Б2М. Пробу предваритель- но разбавляли водой. Результат умножали на коэф- фициент разведения. Массовую долю влаги опре- деляли по ГОСТ Р 51479-99. Для определения по- казателя активности воды использовали стендовую установку. В установке реализован косвенный ме- тод определения активности воды, который осно- ван на предварительном установлении равновесной относительной влажности воздуха в рабочем про- странстве установки. Массовая доля жира опреде- лялась кислотным методом в соответствии с ГОСТ 29247-91, массовая доля общей золы - в со- ответствии с ГОСТ Р 53642-2009 (ИСО 936:1998) «Мясо и мясные продукты. Метод определения массовой доли общей золы». ГОСТ 5698-51. «Определение массовой доли поваренной соли». Микробиологические показатели определяли путем подсчета колоний, выросших на агаризован- ных питательных средах в чашках Петри или с ис- пользованием накопительных питательных сред. Метод определения общей бактериальной обсеме- ненности основан на подсчете колоний мезофиль- ных аэробных и факультативно-анаэробных микро- организмов, вырастающих на твердой питательной среде КМАФАнМ при температуре (30±1) °С в те- чение 72 ч. Определение общего количества дрожжей и плесневых грибов проводили в соответ- ствии с ГОСТ 10444.12-88 путем посева в чашки Пет- ри на сусло-агар. Для определения бактерий группы кишечной палочки использовали метод накопления путем посева в среду Кесслер с последующей идентификацией на среде Эндо согласно ГОСТ 9225-84. Определение сальмонелл проводили по ГОСТ Р 50480-93 путем посева на накопительную среду Кауфмана с последующим посевом в среду Эндо. Определение содержания токсичных элементов осуществляли в соответствии с ГОСТ Р 51301 «Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрические методы определения содержания токсичных элементов (кадмия, свинца, меди и цинка)», ГОСТ Р 51766 «Сырье и продукты пищевые. Атомноабсорбционный метод определения мышьяка», ГОСТ 26927 «Сырье и продукты пищевые. Методы опре- деления ртути». Содержание свободных аминокис- лот определяли на аминокислотном анализаторе ARACUS. Результаты и их обсуждение Спортивное питание разрабатывается и изготав- ливается на основе научных исследований в различных областях и представляет собой тщательно подобранные по составу концентрированные смеси основных пищевых элементов, специально обрабо- танных для наилучшего усвоения организмом человека. Современная индустрия спортивного питания предлагает огромное разнообразие протеинов. В зависимости от вида используемого сырья разли- чают сывороточный, казеиновый, соевый, яичный, молочный, пшеничный, мясной протеины. В дан- ной работе представлена технология протеинового пенообразователя из вторичных сырьевых ресурсов мясоперерабатывающей промышленности. Технология получения пенообразователя из плазмы свиной крови состоит из нескольких взаи- мосвязанных этапов (рис. 1). Необходимым являет- ся этап подготовки животных к убою. Все убойные животные подвергаются тщательному ветеринар- ному осмотру. Здоровые животные попадают в цех предубойной подготовки, где они находятся вплоть до подачи их на убой. В этом цехе животным пере- стают давать пищу вплоть до 12 ч перед убоем. Но при этом их прекращают поить только за 3 ч до подачи на убой. Поение должно быть обильным. После самого убоя начинается непрерывное отка- чивание крови. При выполнении этой операции должен быть исключен контакт с атмосферным воздухом. Для этого сбор крови осуществляется бесконтактно, с помощью полых ножей, чтобы из- бежать процесса свертывания крови. Откачанная кровь поступает в емкость для стабилизации, где перемешивается с одним из стабилизаторов в необ- ходимых пропорциях. На основании ранее проведенных исследований по изучению влияния состава применяемого стаби- лизатора на фракционный состав белков плазмы крови рекомендованы следующие стабилизаторы: 0,75 %-ный раствор Na3PO4 и 4%-ный раствор Na3C6H5O7, соотношение 1:1, либо 0,75 %-ный рас- твор Na3PO4 и 4 %-ный раствор Na3C6H5O7 соотно- шение 2:3 [6]. После стабилизации кровь охлаждается до тем- пературы 18 °С в пластинчатом охладителе, темпе- ратура которого составляет 4 °С. 17 ISSN 2074-9414. Техника и технология пищевых производств. 2015. Т. 37. № 2 Сепарирование крови осуществляется при стан- дартных общепринятых условиях. Частота враще- ния выбирается исходя из паспорта сепаратора при условии, что фактор разделения не будет превы- шать Fr = 2000. После сепарирования плазма соби- рается в специальных емкостях (сборочный резер- вуар), откуда направляется по системе трубопрово- дов в цех сушки. Сушка проводится сублимационным способом на сублимационно-сушильном агрегате. Сублима- ционный аппарат сначала выводится на рабочий режим по давлению и температуре испарителя. Принято применять давление, которое будет ниже значения «тройной точки воды», но при этом мак- симально близко к нему. Рис. 1. Технологическая схема производства пенообразователя из плазмы свиной крови С целью уменьшения технической нагрузки на сушильный агрегат, и как следствие, снижения экономических затрат температура теплопередаю- щей поверхности испарителя должна быть минус (35±3) °С. Таким образом, при достижении рабочих параметров начинается активная фаза сушки, т.е. включается теплоподвод. При этом, важным явля- ется контроль значения температуры, которое должно быть на уровне 40 °С. Общая продолжи- тельность процесса 240 мин. Заключительным этапом является упаковка го- тового продукта в отдельном цехе, где обязательно условие соблюдения стерильности процесса. Про- дукт упаковывается в пакеты, являющиеся поли- мерным материалом, а затем поставляется на склад хранения, в котором поддерживаются следующие параметры хранения: температура (20±2) °С, отно- сительная влажность воздуха не более 75 %. Далее готовая продукция поступает на реализацию. Срок годности для сухого протеинового пенообразователя составляет 29 суток. Полученная сухая плазма представляет собой мелко гранулированный сыпучий порошок, без пылевидных включений, имеющий солоноватый вкус, нейтральный запах, свойственный продуктам переработки пищевой плазмы крови. Цвет порошка от слабо-кремового до темно-кремового. Рецептуры представленных вариантов продук- тов, получаемых по разработанной технологии, зависят от вариантов применения стабилизатора (табл. 1). Таблица 1 Рецептуры для получения 1 т готового продукта Компонент Количество, кг Компонент № 1 № 2 Свиная кровь 19 575,00 19 575,00 Na3C6H5O7 45,29 54,38 Na3PO4 8,218 6,57 Вода 2175,00 2175,00 Первый вариант рецептуры: продукт, получен- ный фракционированием крови свиньи после ста- билизации стабилизатором № 1 (смесь двух раство- ров в соотношении 1:1:0,75 %-ный раствор Na3PO4 и 4 %-ный раствор Na3C6H5O7). Второй вариант рецептуры: продукт, полученный фракционирова- нием крови свиньи после стабилизации стабилиза- тором № 2 (смесь двух растворов в соотношении 2: 3 0,75 %-ный раствор Na3PO4 и 4 %-ный раствор Na3C6H5O7). В табл. 2 представлены физико-химические показатели пенообразователей, полученных с приме- нением одного из видов стабилизаторов. Основным составным компонентом полученно- го протеинового пенообразователя является белок, массовое содержание которого находится на уровне (84,0±0,45) % для образца № 1 и (83,0±0,45) % для образца № 2, продукт характеризуется малым со- держанием влаги и малой величиной активности воды. 18 ISSN 2074-9414. Food Processing: Techniques and Technology. 2015. Vol. 37. № 2 Основными свойствами пищевых и профилак- тических продуктов, обусловливающих хорошие потребительские показатели качества и высокий спрос на готовый продукт, являются микробиоло- гические показатели, а также содержание токсич- ных элементов. Поэтому следующим этапом иссле- дований стало изучение показателей безопасности готовых продуктов. Таблица 2 Физико-химические показатели пенообразователей Таблица 4 Содержание токсичных элементов в сухом продукте Главным источником белка в спортивном пита- нии является сывороточный протеин, который лег- ко усваивается организмом и обеспечивает его до- полнительной энергией. Помимо этого он содержит высокую концентрацию незаменимых аминокислот с боковой разветвлённой цепочкой ВСАА: лейцин, изолейцин и валин, также цистеин и метионин, не- обходимые для поддержания антиоксидантной си- стемы организма [7]. Изучение аминокислотного состава протеинового пенообразователя из плазмы крови показало, что продукт содержит весь ком- плекс незаменимых аминокислот, в том числе вы- сокую концентрацию аминокислот с разветвленной цепочкой (табл. 5). Микробиологические показатели позволяют контролировать технологический процесс и сани- тарно-гигиенические условия производства. Ре- зультаты микробиологических исследований пред- ставлены в табл. 3. Результаты исследований пока- зали, что разработанная технология позволяет по- лучать готовый продукт, удовлетворяющий всем требованиям микробиологических показателей СанПиН. Помимо микробиологических исследований, также были проведены исследования на содержа- ние токсичных элементов в продуктах после выра- ботки. Полученные данные представлены в табл. 4. Результаты исследований свидетельствуют о том, что миграции токсичных элементов в продукт не отмечается, контролируемые потенциально опас- ные химические вещества содержатся в продукте в концентрациях, более чем на порядок не превыша- ющих установленных нормативов. Таблица 5 Профиль незаменимых аминокислот в белках плазмы крови и сывороточного концентрата Таблица 3 Микробиологические показатели сухого продукта Сывороточный концентрат содержит в себе вы- сокий уровень незаменимых аминокислот ВСАА (приблизительно 26 %). Среднее значение этого показателя для плазмы крови составляет 24 % (табл. 6). Важным отличием данных аминокислот 19 ISSN 2074-9414. Техника и технология пищевых производств. 2015. Т. 37. № 2 является тот факт, что в период повышенных нагрузок, когда организму они особенно нужны, ВСАА, попадая в наш организм, метаболизируются непосредственно в мышцах, а не в печени, как большинство аминокислот. Таблица 6 Содержание ВСАА в различных протеинах Источник протеина ВСАА (г/100 г белка) Изолят сывороточного протеина 26 Плазма крови 24 Яичный белок 22 Изолят молочного белка 20 Изолят соевого белка 17 ВСАА, по мнению большинства учёных, уменьшают мышечное разрушение в период трени- ровок, позволяя спортсменам проводить более интенсивные и продолжительные тренинги. Доказано, что дополнительный приём ВСАА способствует восстановлению организма спортсменов после ин- тенсивных тренировок. Было высказано предполо- жение, что приём с пищей незаменимых аминокис- лот ВСАА поможет организму отдалить момент усталости в период длительных аэробных упраж- нений, задерживая утомление центральной нервной системы. Таким образом, можно сделать вывод, что по- требление продуктов функционального назначения, в частности, высокобелкового спортивного пита- ния, способствует улучшению иммунитета челове- ка, его физиологических кондиций и здоровья. По- лучение белковых пенообразователей с большим содержанием белка из вторичного сырья (плазмы свиной крови) является хорошим способом улуч- шения качества продуктов функционального назначения при низкой себестоимости процесса.
1. Popov, V.G. Razrabotka novyh vidov funkcional'nyh pischevyh produktov s zadannymi fiziologicheski aktiv- nymi svoystvami / V.G. Popov, E.A. Butina, E.O. Gerasimenko // Novye tehnologii, 2009. - № 4. - S. 25-32.
2. Izgarysheva, N.V. Issledovanie i razrabotka tehnologii penoobrazovatelya iz plazmy svinoy krovi: dis.. kand. tehn. nauk: 05.18.04 / Izgarysheva Natal'ya Vladimirovna. - Kemerovo, 2013. - 131 s.
3. Kriger, O.V. Preimuschestva ispol'zovaniya vtorichnogo syr'ya myasnoy promyshlennosti v tehnologii kislorodnyh kokteyley / O.V. Kriger, N.V. Izgarysheva, V.A. Zhdanov // Tehnika i tehnologiya pischevyh proizvodstv. - 2011. - № 1. - S. 27 - 31.
4. Rodionova, N.S. Svoystva razlichnyh penoobrazovateley v tehnologii kislorodnyh kokteyley / N.S. Rodionova, L.P. Paschenko, E.A. Klimova // Pivo i napitki. - 2009. - № 5. - S. 20-21.
5. Antipova, L.V. Nekotorye aspekty pererabotki pischevoy krovi uboynyh zhivotnyh / L.V. Antipova, A.S. Peshkov, A.E. Toporkova // Fundamental'nye issledovaniya. - 2008. - № 6. - S. 123.
6. Kriger, O.V. Vliyanie sposoba predvaritel'noy obrabotki na vyhod i frakcionnyy sostav belkov plazmy krovi / O.V. Kriger, A.V. Izgaryshev, A.P. Lapin // Tehnika i tehnologiya pischevyh proizvodstv. - 2012. - № 2. - S. 57-61.
7. Koleman, E. Pitanie dlya vynoslivosti / per. s angl. Murmansk: Izd-vo «Tuloma», 2005. - 192 s.
