Коллагенсодержащий концентрат в производстве молочных продуктов для спортивного питания

Введение

Одним из инновационных и перспективных направлений развития индустрии спортивного питания является разработка и внедрение в производство новых молочных продуктов для спортсменов, обогащенных функциональными ингредиентами [1,2]. Обогащенные биологически активными добавками продукты питания для спортсменов способствуют укреплению мышц, снятию усталости, повышению иммунитета, то есть восстановлению функциональных показателей организма после высоких физических нагрузок [3, 4]. 

Среди пищевых продуктов для спортивного питания особое место занимают молочные продукты. Молоко и молочные продукты являются хорошими источниками белка, минеральных веществ, витамина D, жира и углеводов, которые оказывают благотворное влияние на самочувствие спортсменов [5-8]. Применение коллагенсодержащего концентрата при разработке рецептуры и технологии молочных продуктов для спортивного питания с направленной эффективностью является одним из актуальных направлений. Включение в состав рациона питания спортсменов молочных продуктов с высоким содержанием коллагена способствует укреплению хрящевой ткани суставов, улучшению восстановления соединительной ткани связочного аппарата и снижению болевого порога за счет увеличения выработки коллагена. Вместе с тем, исследования зарубежных ученых за последние 12-18 месяцев подтверждают, что пищевые продукты, содержащие коллаген, активизируют метаболические пути, связанные с ростом мышц и сухожилий, а также они необходимы для укрепления опорно-двигательного аппарата после полученных травм в период реабилитации. Такие специализированные молочные продукты будут востребованы не только среди спортсменов, но и среди населения, занимающихся активно физической культурой и спортом. Производство творожных продуктов, содержащих коллагенсодержащие концентраты, будут являться альтернативой дорогостоящим биологически активным добавкам необходимых для спортивного питания [9-12]. 

Коллаген благодаря специфическим структурным, био- и физико-химическим свойством находят широкое применение в пищевой промышленности. Для получения коллагенсодержащего концентрата применяют вторичные продукты мясной, рыбной и птицеперерабатывающей промышленности. Особый акцент в последние годы учеными сделан на вторичное белковое сырье птицеперерабатывающей промышленности (куриные лапки, перья, гребешки, кости и кожа). Коллаген, полученный из вторичных продуктов птицеперерабатывающей промышленности, содержит наибольшее количество пролина и оксипролина (около 20%), и кожа курицы практически не содержит ароматических, гетероциклических и серосодержащих аминокислот [12-15]. 

Отличительная особенность проводимого исследования заключается в применении коллагенсодержащего концентрата из вторичного сырья птицеперерабатывающей промышленности в производстве творожных продуктов. Как показывает анализ литературных источников, коллаген применяется в молочной промышленности при производстве напитков. За 2023 год опубликованы результаты научных исследований, направленные на изучение влияния коллагена на структурно-механические свойства сметанных продуктов и плавленого сыра [16, 17]. 

Таким образом, разработка специализированных творожных продуктов для адаптивного питания спортсменов является актуальным и перспективным направлением. Применение же коллагенсодержащего концентрата позволит получить творожный продукт для укрепления опорно-двигательного аппарата спортсменов в период высоких физических нагрузок, а также быстрого их восстановления после полученных травм. 

На основании вышеизложенного в работе поставлена цель – разработка способа получения коллагенсодержащего концентрата для его применения в производстве творожных продуктов.

Методы исследования 

Для проведения экспериментальных исследований применены следующие методы. 

1) Определение массовой доли коллагена в объектах исследования. Для проведения исследования в коническую колбу вместимостью 250 см3 вносят 1 г пробы и добавляют 100 мл соляной кислоты с дальнейшим проведением гидролиза в течение 8 часов. Полученный гидролизат подвергают фильтрации и помещают в мерную колбу вместимостью 250 см3 . Содержимое колбы охлаждают, доводят до метки дистиллированной водой с дальнейшим перемешиванием. В мерную колбу вместимостью 100 см3 вносят 1 мл гидролизата и 60 мл дистиллированной воды, нейтрализуют раствором NaOH до значения рН 6,0 по индикаторной бумаге. Содержимое колбы доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают. 4 мл раствора гидролизата переливают в пробирку и добавляют 2 мл приготовленного реактива для окисления с дальнейшим перемешиванием и выдержкой в течение 20 минут при комнатной температуре. 2 мл приготовленного цветного реактива добавляют в пробирку с раствором гидролизата, закрывают пробирку алюминиевой фольгой с последующей выдержкой в водяной бане при температуре 60 ºС в течение 15 минут. Одновременно готовят два контрольных раствора на дистиллированной воде вместо гидролизата. Пробирки с опытным и контрольными образцами подвергают охлаждению и через 30 минут измеряют оптическую плотность на спектрофотометре. По построенному градуировочному графику определяют концентрацию оксипролина.

2) Определение массовой доли влаги, жира, белка в сырье птицеперерабатывающей промышленности по ГОСТ 33692-2015 «Белки животные соединительнотканные. Общие технические условия».

Результаты исследования 

На основе анализа литературных источников для получения коллагенсодержащего концентрата подобраны такие, части курицы, как кожа, костная ткань и лапки. Подобранные вторичные продукты птицеперерабатывающей промышленности характеризуются наибольшим содержанием коллагена. Куриная кожа практически не содержат ароматических, гетероциклических и серосодержащих аминокислот в сравнении с другими частыми курицы, используемые для получения коллагена [13-15]. Полученный коллагенсодержащий концентрат будет применен при разработке рецептуры и технологии творожных продуктов для спортивного питания. 

На первом этапе исследований установлено содержание коллагена, массовая доля влаги, белка и жира в исследуемых объектах (кожа, костная ткань и лапки).

Результаты исследования представлены на рисунке 1.

На следующем этапе исследований разработан способ получения сухого коллагенсодержащего концентрата. На основе анализа литературных источников для получения коллагенсодержащего концентрата выбран способ, основанный на ферментативном процессе с применением фермента папаина для гидролиза сырья. Данный метод позволяет сохранить биологическую ценность коллагена за счет мягкой обработки сырья. 

Учитывая, физико-химические свойства подобранных для исследования вторичных продуктов птицеперерабатывающей промышленности на первом этапе из куриной кожи получают гель, из смеси костной ткани и лапок получают пастообразный коллагенсодержащий концентрат. На втором этапе гель из куриной кожи и пастообразный коллагенсодержащий концентрат из смеси костной ткани и лапок тщательно перемешивают и направляют на сушку. 

Способ переработки куриной кожи состоит из следующих стадий: разрезание куриной кожи размером 2-3 см; варка куриной кожи при температуре 65ºС в течение 3 часов; охлаждение смеси с куриной кожей до температуры 36ºС; внесение фермента папаина в смесь с куриной кожей в соотношение 1:10, соответственно; термостатирование смеси при температуре 36ºС в течение 24 часов; охлаждение смеси до температуры 20-25ºС; отстаивание смеси при температуре 20-25 ºС в течение 60 минут; отделение твердой фазы от гели; центрифугирование для отделения жира от гели при 1000 об/мин; охлаждение гели из куриной кожи до 5-6ºС. 

Способ переработки куриной костной ткани и лапок состоит из следующих стадий: тепловая обработка исходного сырья в течение 3-4 часа при температуре 65ºС; охлаждение смеси куриной костной ткани и лапок (соотношение 40:60 соответственно) до температуры 25ºС; тонкое измельчение смеси; внесение фермента папаина в смесь куриной костной ткани и лапок в соотношение 1:10, соответственно; термостатирование смеси при температуре 36ºС в течение 24 часов; охлаждение полученного коллагенсодержащего концентрата до 5-6ºС. 

Гель из куриной кожи и коллагенсодержащий концентрат из смеси костной ткани и лапок смешивают в соотношении 1:1. Тщательно перемешивают до получения композиции равномерно распределенного коллагенсодержащего концентрата. Полученную композицию сушат в аппарате сублимационной сушки при температуре минус 44°С до влажности не более 8-10%. 

На основании проведенных исследований установлено, что полученный коллагенсодержащий концентрат можно хранить не более 48 часов при температуре не выше 8ºС и относительной влажности не более 70%. 

Пищевая и биологическая ценность коллагенсодержащего концентрата исследована в испытательной лаборатории ТОО «Нутритест» (г. Алматы, Казахстан). Результаты исследования представлены в таблице 1.

Обсуждение результатов исследования 

На основании экспериментальных исследований химического состава вторичных продуктов птицеперерабатывающей промышленности наибольшее содержание коллагена обнаружено в лапках (21,2%), в костной же ткани 15% коллагена, в куриной коже – 9,9%. Учитывая высокое содержание коллагена и белка, для получения коллагенсодержащего концентрата использованы все три части курицы: лапки, костная ткань и кожа. 

Как видно из рисунка 1 куриная кожа содержит наибольшее количество жира (29,6%) и влаги (53,9%) в сравнении с другими частями курицы. В связи с этим, из куриной кожи коллагенсодержащий концентрат получают в виде геля. При разработке способа получения коллагенсодержащего концентрата в виде геля, предусмотрено разрезание куриной кожи на кусочки размером 2-3 см с последующим отвариванием в течение 3 часов при температуре 65ºС для понижения массовой доли жира. После отделения твердой фазы от геля проводится также центрифугирование при 1000 об/мин для отделения жира от геля. 

При разработке способа получения коллагенсодержащего концентрата предусмотрен процесс ферментации. Фермент папаин вносят в смесь костной ткани и лапок, а также в полученную смесь куриной кожи в соотношении 1:10, соответственно. Внесение фермента папаина в процессе ферментации в меньшем количестве снижает выход коллагенсодержащего концентрата. 

Полученный коллагенсодержащий концентрат вносят в творожный продукт в сухом виде для того, чтобы сохранить потребительские свойства и качество готового продукта. 

Как видно из таблицы 1 коллагенсодержащий концентрат содержит полиненасыщенные жирные кислоты омега-3, омега-6 и омега-9, обладающие антиоксидантными свойствами. Исследования последних лет показывают, что для понижения избыточного количества свободных радикалов необходимо наличие в организме антиоксидантов. Использование же в рационе питания спортсменов творожных продуктов, содержащих антиоксиданты, способствует понижению уровня повреждения тканей и ускорению их восстановления после высоких физических нагрузок в период тренировок и соревнований необходимо отметить, что полиненасыщенные жирные кислоты омега-3 не синтезируется организмом человека и поступает только с пищей [18, 19]. Вместе с тем, коллагенсодержащий концентрат характеризуется содержанием всех незаменимых аминокислот. 

Заключение 

На основании проведенных исследований разработан способ получения сухого коллагенсодержащего концентрата для дальнейшего его применения при разработке рецептуры и технологии творожного продукта для спортивного питания. Результат исследования пищевой и биологической ценности подтверждает обоснованность использования коллагенсодержащего концентрата в производстве творожного продукта для спортивного питания. Творожный продукт, обогащенный коллагеном, может быть предназначен не только для спортсменов, но и для лиц, которые занимаются спортом в оздоровительных целях. 

Статья подготовлена в рамках научного проекта грантового финансирования ИРН AP19679638 «Научно-практические основы применения коллагенсодержащего концентрата в производстве специализированных творожных продуктов для питания спортсменов».

Источник: Вестник Университета Шакарима. Серия технические науки. – 2024. – №. 1 (13). – С. 115-124.