Коллагенсодержащие напитки для функционального питания

В процессе жизнедеятельности организма непрерывно расходуются питательные вещества, выполняющие пластическую и энергетическую функции. Источником питательных веществ являются различные продукты питания, состоящие из комплекса сложных белков, жиров и углеводов, которые в процессе пищеварения превращаются в более простые вещества, усвояемые организмом.

На данный момент существует нехватка пищевого белка. Эта проблема является не только экономической, но и социально-медицинской проблемой современного мира, поскольку наличие или отсутствие сбалансированного по белку

рациона не даёт нормально развиваться биологическому организму. Следовательно, белок – это одно из мощных средств воздействия на популяцию человека на планете, на формирование умственно и физически развитого индивидуума. Трудно переоценить роль белков соединительных тканей, которые не сбалансированы по аминокислотному составу, но выполняют важнейшие пластические функции.

Так например, в последнее время роль коллагеновых белков в питании пересмотрена и его причисляют к белкам молодости, красоты и здоровья [2]. Однако для его достаточного биосинтеза необходим витамин С в требуемом количестве для преобразования пролина в оксипролин, либо пополнение оксипролина за счет перевариваемых форм коллагена.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) в своих докладах сообщает, что у современного человека идёт процесс постоянного «сверхпланового» распада белка, что связано с наличием и ростом масштабов различных заболеваний. Это происходит в результате пагубного состояния экологии, неправильного питания, стресса, а также генетического наследования черт, сформировавшихся нездоровым образом жизни. Сложившаяся ситуация требует обоснования новых комплексных подходов для разработки коллагеновых субстанций и препаратов, полезных и безопасных в поддержании и коррекции состояний человеческого организма.

В соответствии с современной теорией питания соединительным белком была причислена функция в пищеварении, аналогичная пищевым волокнам полисахаридной природы, в связи с этим появились новые сведениями по поиску и использованию коллагенсодержащего сырья, которое представляет большой интерес и открывает перспективы в создании экологически чистых, безопасных и улучшающих функционирование желудочно-кишечного тракта продуктов и напитков, т. е. продуктов функционального назначения. Установлено также положительное влияние ингредиентов соединительной ткани на процесс пищеварения, состояние и функцию полезной кишечной микрофлоры [1].

Источники коллагена разделяютна животного и водного происхождения.

Ткани животных служат источниками коллагена, среди которых наибольшую популярность и распространение для производства коллагеновых субстанций получили шкуры (спилок) крупного рогатого скота.

Первичная структура α-цепей коллагена необычна, так как каждая третья аминокислота в полипептидной цепи представлена глицином, около 1/4 аминокислотных остатков составляют пролин или 4-гидроксипролин, около 11% – аланин. В коллагене такие аминокислоты, как цистеин и триптофан, α гистидин, метионин и тирозин находятся лишь в очень небольшом количестве. В составе первичной структуры α-цепи коллагена содержится также необычная аминокислота – гидроксилизин. Каждая из этих аминокислот имеет большое значение для формирования коллагеновых фибрилл.

Аминокислотная последовательность определяет пространственную структуру белков, а та в свою очередь – биологические и технологические функции. Все аминокислоты можно разделить на три группы в зависимости от строения боковой цепи. Первую группу представляют глицин (0,330), валин (0,320), аланин (0,133), изолейцин (0,025), фенилаланин (0,034) и пролин (0,175) – это неполярные аминокислоты, характеризующиеся химической инертностью. Ко второй группе можно отнести серин (0,043), треонин (0,078), тирозин (0,012), метионин (0,030), оксипролин (0,161) – кислоты, имеющиеся в составе активные реакционно-способные группы. К третьей группе относят полярные аминокислоты, диссоциирующие как основания (лизин (0,039), аргинин (0,119), гистидин (0,009)) и как кислоты (глутаминовая (0,148) и аспарагиновая (0,099)). Наличие полярных аминокислот обусловливает высокую реакционную способность коллагена [1, 4].

В последние годы XX века было сделано до сих пор ещё недооцененное открытие о возможности получения коллагеновых белков из кожи рыбы, которые отличаются более простой пространственной структурой и способны к растворению в нативном виде. Такие белки сохраняют молекулярную структуру и биологическую активность вне живогоорганизма после извлечения из рыбы, что отличает их от животного коллагена, технология получения которого базируется на обязательной деструкции (гидролизе) для получения растворимых форм путем перехода из высокомолекулярной формы исходной волокнистой молекулы вещества в более низкомолекулярную.

Первый опыт получения раствора коллагена из рыб принадлежит польским химикам, который в последствии усовершенствован. В 2003 году впервые получен водный раствор ихтиоколлагена в виде дермокосметологического препарата. Это был первый в мире препарат нативного коллагена, продукты диссимиляции которого способны проникать в глубокие дермальные слои кожи человека, а, следовательно, вызывать мощное воздействие на биосинтез собственного коллагена [3].

Коллаген получают в виде уникальной склеивающей субстанции, которая выполняет и множество функций в организме:

─ является основой соединительной ткани и скрепляет клетки, тем самым создавая каркас всего организма;

─ предотвращает разрывы и повреждения тканей при нагрузках. От крепости коллагено-выхволокон зависит крепость связок, мышц, сухожилий, костей;

─ является основой кожного покрова: гладкость, отсутствие морщин и упругость которого напрямую зависят от коллагена и его достаточности;

─ удерживает влагу в клетках;

─ от коллагена зависят возрастные изменения кожи. Достаточное количество и качество коллагена помогает предотвращать и дольше сохранять упругость и гладкость кожи, предотвращает обвисание тканей.

Уникальные биологические функции коллагена вызывают огромный интерес ученых и практиков, в связи с чем информационные данные о его применимости в практической деятельности человека постоянно обновляются.

Коллаген используют как систему доставки лекарственных препаратов, получают защитные контактные линзы в офтальмологии, разнообразные губки от ожогов и ран, матрицы для клеточных культур. Он также используется в операциях при трансплантации кожи на поврежденные участки, производстве имплантатов, искусственных сосудов и клапанов.

Причиной огромного количества заболеваний является нарушение процесса синтеза коллагена в организме. Такие нарушения ведут к слабости соединительной ткани и коллагеновых волокон в ней, страдает качество коллагена [3].

Организм получает коллаген с пищей в естественной форме в виде кожи, связок, хрящей, и т. п.При заболевании ЖКТ, пониженной кислотности, заболеваниях поджелудочной железы, недостатке ферментов и других проблемах с пищеварением, такой коллаген не сможет усвоиться организмом.Для усвоения необходимо разрушить достаточно прочные связи в молекулах коллагена, чтобы получить отдельные элементы, способные усвоиться, не переваренные фрагменты не усваиваются организмом и выводятся из него. Именно поэтому труднопереваривать хрящи, связки и сухожилия. А такой вид коллагена как кости, ногти, содержащие ещё и кератин, вообще не способны перевариться ферментами желудочно-кишечного тракта животного организма.

Гидролизованный коллаген – это самая лучшая форма для усвоения организмом. С помощью различных кислот и щелочей в промышленных условиях коллагеновые волокна расщепляются на самые мелкие составляющие (аминокислоты и пептиды), кроме того, удаляются лишние балластные вещества, не имеющие отношения к коллагену. Имеется положительный опыт применения ферментов в получении растворимых форм коллагена, который нашел применение в косметологии, медицине и пищевой промышленности. Отсюда можно сделать вывод, что при заболевании желудочно-кишечного тракта растворимый коллагена вполне может служить доступным источником оксипролина, необходимого для биосинтеза собственного коллагена. Такую форму можно получить любым способом, безопасным для человека.

На базе Воронежского государственного университета инженерных технологий уже разработан, получен и запатентован, как альтернативный, результат по получению коллагена рыбного происхождения. Изобретение относится к рыбоперерабатывающей, косметической и пищевой промышленности, а именно к способам получения коллагена. В настоящее время доказана эффективность и перспективность получения различных субстанций из шкур прудовых рыб. Получение водорастворимого коллагена, как способа реализации рационального использования кожи рыб – вторичного сырья, позволяет реализовать безотходную технологию основного производства [1, 2].

Основное достоинство такого вида коллагена – природная растворимая форма, т. е. при извлечении из ткани его получают в виде гидрата, а негидролизата. Это значительно упрощает технологию и повышает статус безопасности.

В последнее время набирает все большую популярность применение коллагена в производстве продуктов функционального назначения, разнообразных БАДов для спортивного, профилактического и повседневного употребления. Коллаген, используемый в качестве добавок, имеет нейтральный вкус и запах поэтому может использоваться во многих блюдах, например, таких как кисель, лапша или кофе, т. е. применительно к технологии жидких продуктов питания. Жидкие продукты питания особенно полезны при разработке специального и лечебного питания.

Коллаген и его технологические качества позволяют разрабатывать усовершенствованные и новые рецептуры коллагенсодержащих продуктов и напитков.

В виду регенеративных свойств на коллагеновой основе для заживления слизистых желудочно-кишечного тракта предлагаетсяки-селеобразный напиток с дополнительным использованием отвара с мякотью из облепихи, настойки из порошка сушеного корня цикория и отвара с мякотью из топинамбура, для придания органолептических свойств и обогащения.

Такие напитки способны удовлетворять полностью или частично определенным требованиям:

─ обладать антидотным свойством;

─ ускорять или замедлять метаболизм;

─ – ускорять выведение вредных веществ из организма;

─ повышать общую устойчивость организма;

─ воздействовать с помощью отдельных пищевых веществ на состояние наиболее поражаемых органов;

─ компенсировать повышенные затраты пищевых и биологически активных веществ, связанных с учетом рациона питания.

Материалы и методы

Гидрат коллагеновых белков из кожи толстолобика получали в виде дисперсии по схеме (рисунок 1) , разработанной авторами патента [6]:

То л сто лобик	Silver carp
V
Сортиров ка	Sort
Удаление плавников, головы, чешуи	Removal of fins, head, scales
Снятие кожи	Removal of a skin Rinsing in running water
Промывка в проточной воде
V	Grinding Extraction      of
Измельчение
	ballast      water-
Экстрагирование балластных водорастворимых белковых фракции	soluble     protein fractions Enzyme treatment Rinsing in running
Обработка ферментом
W	water Treatment    with
Промывка в проточной воде
Обработка раствором уксусной кислоты	acetic acid solution Washing in running water, removal of ballast substances and
Промывка в проточной воде, удаление балластных веществ
и остаточной кислоты	residual acid
Тонкое измельчение.	Fine grinding
Охлаждение	Cooling
	Storage
Хранение

Рисунок 1. Экспериментальная ссылка на патент получение коллагеновой дисперсии

Figure 1. Experimental reference to the patent of collagen dispersion

Химический состав коллагеновых дисперсий определяли:

• •    массовую долю влаги составляющую 96,9% по ГОСТ 151113.4-77;

• •    массовую долю золы равную 0,8% по ГОСТ 151113.8-77;

• •    содержание коллагена по методу Воловинской В.П. от сухого вещества имеет значение 0,87% по ГОСТ 23401;

• •    величина рН 3,9 по ГОСТ 29188.2-91;

• •    количество белка составляет 3,12% по ГОСТ 31795-2012;

• •    органолептические показатели определяли по ГОСТ 7631-2008. Установлено что дисперсия полупрозрачная, гелеобразная, имеет цвет от светло-желто до белого, запах нейтральный (допускается слабо выраженный, характерный для данного вида сырья), вкус не нормируется.

Химический состав коллагеновой основы показывает достаточное содержание пролина и оксипролина [1, 3] и содержание в предварительно приготовленных отварах и настойки содержание незаменимых элементов, в том числе и витамина С, что в свою очередь доказывает бесценные свойства предлагаемой разработки функциональных напитков.

Коллагеновую основу (дисперсию) смешивали с отваром с мякотью из облепихи, настойкой с порошком из сушеного корня цикория и отваром с мякотью из топинамбура.

Для приготовления отвара с мякотью облепихи использовалось 400 г облепихи быстрозамороженной СТО 23099662-001-2015, на которую приходилось 2 л дистиллированной воды для нужной консистенции, т. е. пропорция приготовления отвара 1:5. На медленном огне было доведено до кипения предварительно выжатую облепиху, проварить в течение 10–15 мин и измельчить полученный отвар блендером. Полученную основу процедить. Влить в отвар выжатый сок облепихи, который сохранил большее количество полезных веществ. Добавить измельченные листья стевии ГОСТ Р 53904-2010 в количестве10 г, для придания сладости напитку. Затем уже в охлажденный отвар с мякотью облепихи добавить дисперсию рыбьего коллагена, перемешать с помощью блендера, охладить и хранить при температуре не выше 4 °С.

Для приготовления отвара с мякотью из топинамбура использовалось 200 г предварительно отваренного и измельченного блендером топинамбура, на который приходилось 400 мл дистиллированной воды. Добавить измельченные листья стевии ГОСТ Р 53904–2010 в количестве 4 г, для придания сладости напитку. Для придания вкуса напитку добавить 20 мл свежевыжатого сока лимона или апельсина. Затем уже в охлажденный отвар с мякотью топинамбура добавить дисперсию рыбьего коллагена, перемешать с помощью блендера, охладить и хранить при температуре не выше 4 °С.

Для приготовлениянастойки с порошком из сушеного корня цикория ГОСТ Р 55512-2013 в соответствии с источником [5] приходитсяна 1 чайную ложку 250 мл кипятка. Данный раствор настаивается в течение 30 мин. В настоявшуюся и охлажденную основу добавить 1 г измельченных листьев стевии ГОСТ Р 53904-2010, для придания напитку сладости. Для придания вкуса напитку добавить 5 мл свежевыжатого сока лимона или апельсина. Затем уже в настой порошка из сушеного корня цикория добавить дисперсию рыбьего коллагена, перемешать с помощью блендера, охладить и хранить при температуре не выше 4 °С.

В ходе экспериментальных исследований по подбору компонентного состава киселя на коллагеновой основе с мякотью из облепихи, настойки с порошком из сушеного корня цикория и отвара с мякотью из топинамбура варьировали соотношение коллагеновой дисперсии и готовых основ при контролировании вязкости. Определение вязкости проводили на вискозиметре вибрационном SV-10 в ЦКП КУЭП ВГУИТ в соответствии с инструкцией к прибору. Исследования проводили с учетом знаний химического состава коллагеновых дисперсий [4], облепихи [7], топинамбура [8] и цикория [5].

Цель работы – обоснование компонентного состава и рецептуры напитков функционального назначения на основе растворимого коллагена рыбного происхождения.

Результаты и обсуждение

Результаты определения вязкости гидрата коллагена (исходного образца) и киселяпри температуре 22–25 °С представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Влияние соотношения компонентов в составе киселя

Table 1.

Effect of the ratio of components in the composition of the kissel

Гидромодуль Hydromodule	Вязкость дисперсии коллагена, мПа/с The viscosity of a dispersion of collagen, MPa/s	Вязкость киселя, мПа/с Viscosity of kissel, MPa/s
Образец Sample	10040	15,29
1:1	1230
1:2	494
1:3	20,72
1:4	19,00
1:5	18,34
1:6	17,12
1:7	10,31
1:8	8,56
1:9	6,75
1:10	5,07

Исходя из данных таблицы 1 можно заключить, что соотношение компонентов, отвечающее требованиям к киселям ГОСТ 18488-2000, следует принять как 1:6.

Исходя из вышесказанного, были проведены исследования и опыты с коллагенсодержащими напитками, результаты которых представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Сравнительная характеристика и органолептические свойства коллагенсодержащих напитков

Table 2.

Comparative characteristics and organoleptic properties of collagen-containing beverages

Наименование показателя | Name of indicator	Значение показателя | Value of indicator
	Облепиха | Sea-buckthorn	Топинамбур | Topinambur	Цикорий | Chicory
рН, t=24,2 о С	3,44	3,63	3,72
Вязкость | Viscosity, мПа/с	41,3	44,7	49,5
Органолептические показатели (до и после добавления коллагеновой дисперсии) Organoleptic characteristics (before and after the addition of collagen dispersion)
Внешний вид | Appearance	От жидкого до тягучего, киселеобразного состояния | From liquid to viscous, jelly-like state	От пюре образного до тягучего, киселеобразного состояния | From paste to a viscous, jelly-like state	От жидкого до тягучего, киселеобразного состояния | From liquid to viscous, jelly-like state
Цвет | Color	Изменение цвета от яркого оранжевого до оранжево-матового цвета | Сolor change from bright orange to orange-matte	Изменение цвета от коричневатого до бежевоматового цвета | Color change from brownish to beige-matte	Изменение цвета от бледножелтого до молочно-белого цвета | Color change from pale yellow to milky white
Консистенция | Consistency	Изменение от жидкого до вязкого состояния | Change from liquid to viscous state	Изменение от пюре образного до вязкого состояния | The change from paste to a viscous state	Изменение от жидкого до вязкого состояния | Change from liquid to viscous state
Запах | Smell	Сохраняет запах облепихи | Keeps the smell of sea buckthorn	Сохраняет легкий запах лимона | Retains the faint smell of lemon	Сохраняетзапахцикориясапельс ином | Keeps the smell of chicory with orange
Прозрачность | Transparency	Непрозрачный | Opaque	Непрозрачный | Opaque	Полупрозрачный Translucent
Вкус | Taste	Сохраняет вкусовые значения облепихи Preserves the taste values of sea buckthorn	Сохраняет вкусовые значения топинамбура с добавлением лимона Retains the taste of Jerusalem artichoke with lemon	Сохраняет вкусовые значения цикория с апельсином | Preserves the taste values of chicory with orange
Пенообразование | Foamgeneration	Наблюдается процесс вспенивания. Пенообразование имеет не стабильный характер, в течение 4-5 секунд пропадает | There is a process of foaming. Foam has an unstable character, within 4-5 seconds disappears.

Заключение

Основываясь на результатах исследований, авторами разработаны и предлагаются коллагенсодержащие напитки ОблиКолл (с отваром с мякотью из облепихи), ЦикоКолл (с настойкой с порошком из сушеного корня