Разработка рецептуры базовой композиции сухого напитка из сырья Байкальской природной территории

Необходимость профилактики возрастающего количества заболеваний алиментарной природы, а также оптимизации рациона питания человека в условиях повышенного физического и психоэмоционального напряжения обусловливает увеличение спроса на функциональные продукты питания. Использование дикорастущего сырья Байкальской природной территории в разработке сухих растворимых напитков представляет собой перспективное направление в создании продуктов здорового питания. Уникальный состав и адаптогенные свойства растений, такие как высокое содержание витаминов, микроэлементов, антиоксидан- тов и других биологически активных веществ, делают их ценным компонентом для обогащения рациона и повышения устойчивости организма к стрессовым факторам [1 -4]. Разработка рецептур сухих растворимых напитков на основе байкальского сырья требует тщательного исследования и отбора наиболее перспективных видов растений [5, 6]. Необходимо учитывать их питательную ценность, совместимость, органолептические свойства и технологические особенности переработки. Важным этапом является разработка оптимальных методов экстракции и сушки для сохранения максимального количества полезных веществ и обеспечения хорошей растворимости готового продукта. При производстве сухих растворимых напитков необходимо соблюдать строгие требования к качеству и безопасности сырья и готовой продукции. Важно использовать экологически чистые методы заготовки и переработки дикорастущих растений, а также контролировать содержание вредных веществ, таких как пестициды, тяжелые металлы и радионуклиды. Внедрение инновационных технологий позволяет улучшить свойства сухих растворимых напитков, повысить их стабильность при хранении, улучшить растворимость и сохранить максимальное количество биологически активных веществ. Создание широкого ассортимента сухих растворимых напитков на основе байкальского сырья, учитывающего различные вкусовые предпочтения и потребности потребителей, может способствовать популяризации здорового питания и повышению качества получаемой продукции. Высокое содержание в дикоросах биологически активных веществ определяет перспективность их использования в технологиях продуктов функционального питания, направленных на укрепление иммунитета и адаптацию организма к экстремальным условиям [7-9].

Перспективно использование в качестве компонента напитка сухого концентрата сывороточных белков, полученного из молочной сыворотки - побочного продукта при получении сыра и творога. Сывороточные белки характеризуются высоким содержанием незаменимых аминокислот и высокой усвояемостью. Благодаря своим функциональным свойствам молочная сыворотка может улучшать текстуру, вкус и срок годности продуктов питания, расширяя возможности для разработки инновационных и полезных продуктов для различных категорий потребителей [10-13].

Сочетание ингредиентов растительного и животного происхождения позволяет получить функциональный продукт со сбалансированным составом и высокой биологической ценностью. Таким образом, разработка напитков на основе местного сырья соответствует актуальным запросам рынка здорового питания.

В связи с вышеизложенным целью настоящего исследования была разработка рецептуры базовой композиции для получения сухого растворимого напитка.

Для достижения цели были поставлены задачи:

• -    провести подбор перспективного растительного сырья Байкальской природной территории на основе анализа компонентов функциональной направленности;

• -    разработать рецептуру базовой композиции для получения сухого напитка из сырья растительного и животного происхождения;

• -    получить опытные образцы напитка и определить показатели их качества и безопасности.

Материалы и методы исследования

Объектами исследования служили опытные образцы базовой основы для сухих напитков, полученные в научно-исследовательской лаборатории кафедры «Технологические машины и оборудование. Агроинженерия» Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления. В качестве растительных компонентов использовали сухие экстракты, полученные из плодов и листьев облепихи крушиновидной ( Hippóphaë rhamnoides ), плодов и листьев черной смородины ( R^bes mgrum) , листьев иван-чая (или кипрея узколистного - Chamaenerion angustifolium) , цветков, листьев, стеблей, корней и корневищ чабреца ( Thymus vulgaris ). Сбор растительного сырья был осуществлен в июле-августе 2024 г.

Сухие экстракты из ягод облепихи и черной смородины были получены путем измельчения сырья, последующего экстрагирования водой, концентрирования и сушки с применением вакуумно-импульсных режимов. Экстракты из листьев облепихи, листьев черной смородины, травы чабреца и листьев иван-чая получены из измельченного растительного сырья, которое экстрагировали водой в экстракторе с применением вакуумно-импульсных режимов с получением сухого экстракта, содержащего водорастворимые компоненты [14].

В качестве белкового компонента в напитке был использован сухой ферментированный концентрат сывороточных белков (КСБ-Mg), полученный методом термомагниевой коагуляции с последующим ферментированием белковой массы многоштаммовой пробиотической закваской молочнокислых микроорганизмов и сушкой микроволновым вакуумным методом при температуре 35 °С, давлении (–0,93) Бар, удельной СВЧ-мощности 300 Вт/кг в течение 135 мин.

Экспериментальные образцы компонентов базовой композиции для сухого напитка: сухие ягодные экстракты, сухие экстракты из листьев облепихи, черной смородины, иван-чая и травы чабреца, а также сухой концентрат сывороточных белков (КСБ-Mg) вырабатывались в ООО «МИП «БайкалЭкоПродукт». Жидкий концентрат сывороточных белков (КСБ-Mg) был получен в ООО «МИП «Бифивит» и научно-исследовательской лаборатории кафедры «Технология продуктов животного происхождения. Товароведение» Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления.

Сухие рецептурные компоненты дозировали на весах ВК-1500 с дискретностью измерения 0,02 г, затем измельчали на мельнице при скорости вращения 1200 об/мин в течение 2 мин и пропускали через сито с размерами отверстий 50 мкм, оснащенное магнитоуловителем.

Для исследования показателей качества опытных образцов использовали стандартные методики, применяемые в пищевой промышленности: органолептические показатели - по ГОСТ 15113.3; свинец - по ГОСТ 30178; мышьяк - по ГОСТ 26930; кадмий – по ГОСТ 30178; ртуть - по ГОСТ 26927; бактерии группы кишечной палочки – по ГОСТ 31747; дрожжи, плесени – по ГОСТ 10444.12; количество мезофильных аэробных и факультативноанаэробных микроорганизмов – по ГОСТ 10444.15.

Оптимальное соотношение компонентов базовой композиции сухого напитка установили с использованием методов математического компьютерного моделирования путем составления и решения балансовых линейных алгебраических уравнений по химическому составу разрабатываемого напитка.

Суммарное содержание антиоксидантов определяли амперометрическим методом на хроматографе «Цвет-Яуза-01-АА»; содержание органических кислот – с использованием системы капиллярного электрофореза Капель-105М.

Обработку результатов исследований проводили c использованием программных пакетов Statistica и Excel. Данные представлены в виде М±т, где М - выборочное среднее измеряемых величин, т - стандартная ошибка, n = 5.

Результаты исследования и их обсуждение

В процессе создания рецептуры сухого напитка ключевым условием являлось применение местного регионального сырья растительного и животного происхождения, обладающего функциональной эффективностью. В связи с этим был выполнен детальный анализ химического состава дикорастущих растений, широко представленных на территории Республики Бурятия и характеризующихся выраженными функциональными свойствами. Результаты исследования растительного сырья продемонстрировали его потенциал в качестве источника биологически активных веществ, оказывающих комплексное благотворное воздействие на организм. Базис биологически активных компонентов составили витамины (C-, E-, B-группы), такие минералы, как магний, железо и цинк, а также флавоноиды, ω-жирные кисло- ты и дубильные вещества. Эти компоненты обеспечивают многостороннее антиоксидантное и иммуномодулирующее действие на организм. Особый научный интерес вызывают соединения с узконаправленным действием. В частности, ш-7 жирные кислоты, содержащиеся в плодах облепихи, серотонин, выделенный из экстракта листьев облепихи, и тимол, обнаруженный в чабреце, перспективны для целенаправленной коррекции метаболических процессов, нейропротекции и антимикробной защиты. Оценка воздействия функциональных ингредиентов подтверждает рациональность применения данного сырья при разработке специализированных продуктов питания. На основании результатов анализа растительного сырья, богатого функциональными нутриентами и обладающего высоким антиоксидантным потенциалом, для дальнейшей разработки были отобраны два вида ягод: облепиха и черная смородина. Ресурсный потенциал выбранных видов растительного сырья достаточен для обеспечения работы предприятий по выпуску функциональных продуктов. Облепиха является промышленной культурой в Республике Бурятия, ежегодный прирост плантаций которой достигает 15-25 га. Черная смородина выращивается в хозяйствах республики и широко доступна в регионе. Наряду с этим подтверждены научными данными ценные свойства облепихи и черной смородины, сохранность которых обеспечивается путем применения в технологическом процессе щадящих методов обработки (вакуумно-импульсная, СО2 микроволновая сушка и экстракция). Эти технологии позволяют минимизировать потери витаминов, антиоксидантов и других биологически активных веществ, обеспечивая максимальную пользу продукта для потребителя [4-8]. В качестве белкового компонента использовали сухой ферментированный концентрат сывороточных белков с Mg (КСБ-Mg), включение которого в компонентный состав разрабатываемой базовой композиции напитка было обусловлено его потенциальными преимуществами, включающими улучшенную усвояемость белка и повышенное содержание магния, важного микроэлемента, участвующего во множестве метаболических процессов. Ферментация сывороточных протеинов приводила к расщеплению сложных белковых молекул на более простые пептиды и аминокислоты, что теоретически облегчало их всасывание в желудочно-кишечном тракте. Магний, входящий в состав КСБ, выполняет роль кофактора во многих ферментативных реакциях, включая энергетический обмен, синтез белка и регуляцию нервно-мышечной проводимости. Дефицит магния в организме может приводить к различным нарушениям, таким как мышечные судороги, усталость и сердечная аритмия.

Кроме того, при разработке рецептуры учитывались особенности взаимодействия ингредиентов между собой. Были проведены исследования для определения оптимальных пропорций облепихи, черной смородины и других компонентов, таких как листья облепихи крушиновидной, листья черной смородины, листья иван-чая, травы чабреца, ферментированного концентрата сывороточных белков с Mg (КСБ-Mg) для достижения максимального синергического эффекта и улучшения биологической ценности напитка.

Таким образом, рецептура сухого напитка на основе местного растительного и животного сырья представляет собой научно обоснованную и тщательно разработанную комбинацию ингредиентов, направленную на обеспечение организма необходимыми биологически активными веществами и поддержание его здоровья и функциональной активности.

Функциональные пищевые ингредиенты, входящие в состав сырья, используемого при разработке рецептуры сухого напитка, представлены в таблице 1.

Таблица 1

Функциональные пищевые ингредиенты сырья

Наименование сырья	Наименование функционального пищевого ингредиента	Источник
1	2	3
Ягоды облепихи	Витамины C, E, А, К, Д, группы В, каротиноиды, флавоноиды; ш-3, ш-6, ш-7, ш-9 жирные кислоты	[5, 8]
Ягоды черной смородины	Витамины C, A, арбутин, органические кислоты	151
Листья облепихи	Витамины С, Р, группы В, дубильные вещества, флавоноиды, серотонин, тритерпеновые кислоты	[8, 9]

Продолжение таблицы 1

1	2	3
Листья черной смородины	Витамины С, Р, группы В, флавоноиды, эфирные масла, фитонциды, органические кислоты	[5]
Листья иван-чая	Флавоноиды, дубильные вещества, пектины, витамины С и группы В, минералы (железо, марганец)	[5]
Цветки, листья, стебли, корни и корневища чабреца	Эфирные масла (тимол, карвакрол), флавоноиды, дубильные вещества, органические кислоты, витамины С и группы В	[5]
Молочная сыворотка	Белки, лактоза, жиры, витамины группы B, E, K, минералы (К, Na, Ca, Mg, Fe, Zn)	[4, 11]

В рецептуру базовой композиции напитка включили функциональные компоненты, полученные из сырья растительного и животного происхождения Байкальского региона (рис. 1), указанные в таблице 1.

С использованием методов математического и компьютерного моделирования на основе принципов пищевой комбинаторики было подобрано оптимальное соотношение компонентов базовой композиции сухого напитка. При определении оптимального состава функциональных ингредиентов учитывался ряд аспектов, критически влияющих на характеристики напитка. В частности, принимались во внимание технологические особенности компонентов, соответствие нормам физиологических потребностей в питательных веществах, а также воздействие этих веществ на физиологические процессы в организме. Для достижения синергетического эффекта и максимизации полезных свойств напитка проводился тщательный анализ совместимости и взаимодействия между компонентами. Оценивалось влияние каждого ингредиента на стабильность, вкус и аромат готового продукта, а также на его усвояемость организмом. Особое внимание уделялось сведению к минимуму нежелательных реакций и формированию оптимального баланса питательных веществ. В контексте удовлетворения физиологических потребностей, состав функциональных ингредиентов разрабатывался с учетом рекомендаций и нормативов, установленных в области диетологии и нутрициологии [15-16]. Обеспечивалось соответствие суточной потребности в витаминах, минералах и других эссенциальных веществах, необходимых для поддержания здоровья и нормального функционирования организма. Дозировка каждого компонента строго контролировалась, чтобы избежать избыточного потребления и потенциальных негативных последствий.

д                           е

ж

Рисунок 1 – Функциональные компоненты для сухого напитка из сырья растительного и животного происхождения Байкальского региона: а - экстракт из листьев облепихи; б - экстракт из листьев черной смородины; в - экстракт из листьев иван-чая; г - экстракт из травы чабреца; д - экстракт из ягод облепихи; е - концентрат сывороточных белков (КСБ-Mg);

ж - экстракт из ягод черной смородины

Кроме того, учитывались наличие доступных источников сырья и экономическая обоснованность их применения, с акцентом на использовании местных ресурсов. Особое внимание уделялось взаимодействию между отдельными компонентами, а также их антиоксидантным свойствам. При выборе источников сырья приоритет отдавался местным производителям, способствуя развитию региональной экономики и снижению транспортных издержек. Оценивались экологическая устойчивость и доступность сырья, а также соответствие стандартам безопасности. Учитывались сезонность и колебания цен на сырьевые компоненты, чтобы обеспечить стабильность производства и ценовую доступность готового продукта.

Для усиления антиоксидантного действия напитка в состав включались компоненты, обладающие выраженными антиоксидантными свойствами, обусловленными входящими в их состав витаминами С и Е, полифенолами, каротиноидами и т. д. Оценивалась способность этих веществ нейтрализовать свободные радикалы и защищать организм от окислительного стресса, тем самым снижая риск развития хронических заболеваний и замедляя процессы старения.

В результате моделирования была получена рецептура базовой композиции для сухого напитка при следующем соотношении, масс. %: экстракт листьев облепихи – 1,14, экстракт листьев черной смородины – 1,16, экстракт листьев иван-чая – 2,9, экстракт цветков, листьев, стеблей, корней и корневищ чабреца – 1,08, экстракт из ягод облепихи – 1,12, экстракт из ягод черной смородины – 1,62, концентрат сывороточных белков – 0,98.

Согласно разработанной рецептуре, были получены опытные образцы сухого напитка и проведены их испытания по показателям качества (органолептический анализ, оценка безопасности в соответствии с действующими стандартами, а также содержание органических кислот и антиоксидантная активность).

Данные органолептической оценки представлены в таблице 2.

Таблица 2

Органолептические показатели базовой композиции сухого напитка

Показатель	Характеристика
Аромат	Натуральный, ягодно-травяной, хорошо выраженный, с легкой кислинкой, без постороннего запаха
Цвет	Светлый бурый с оранжевым и розовым оттенком и вкраплениями молочного цвета
Вкус	Натуральный травяной, с послевкусием ягод, слегка кисловатый, горький, без постороннего вкуса
Внешний вид	Сыпучий однородный мелкодисперсный порошок

Из таблицы 2 видно, что разработанная базовая композиция для сухого напитка представляла собой однородный порошок и обладала выраженными натуральными вкусоароматическими характеристиками, соответствующими используемому сырью. Однако следует отметить наличие горького вкуса. Показатели безопасности приведены в таблице 3.

Таблица 3

Показатели безопасности базовой композиции сухого напитка

Наименование показателя	Допустимые уровни по ТР ТС 021/2011	Результаты испытаний
1	2	3
Микробиологические показатели
КМАФАнМ*, КОЕ/г, не более	5 x 105	3,1 x 103
Плесени, КОЕ/г, не более	100	не обнаружены
Дрожжи, КОЕ/г, не более	100	не обнаружены
БГКП** (колиформы), не допускаются в массе продукта, г /см3	1,0	не обнаружены в 1,0 г

Продолжение таблицы 3

1                                                                   1	2                                1	3
Токсичные элементы
Свинец, мг/кг, не более	10,0	0,29 ±0,03
Мышьяк, мг/кг, не более	1,0	<0,026
Кадмий, мг/кг, не более	1,0	0,073 ±0,007
Ртуть, мг/кг, не более	0,1	<0,003
Микотоксины
Афлатоксин В1	0,005	<0,001

*КМАФАнМ – количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов

**БГКП – бактерии группы кишечной палочки

По результатам исследования показателей безопасности было установлено, что разработанная базовая композиция для получения сухого напитка полностью соответствовала нормативным требованиям. Соответствие микробиологических показателей нормативным значениям, вероятно, было связано с применением вакуумно-импульсных режимов при получении сухих ягодных и травяных экстрактов, а также использованием микроволновой вакуумной сушки при получении концентрата сывороточных белков (КСБ-Mg). Также это было обусловлено низкой влажностью полученного продукта, не превышающей 10 %.

Одним из важных показателей качества напитков, полученных из натурального сырья, является наличие и количественное содержание в них органических кислот. Информация о качественном и количественном составе органических кислот, а также их соотношении свидетельствует об особенностях технологических процессов. Органические кислоты определяют бактерицидные, вкусовые и ароматические свойства напитков.

Содержание органических кислот в разработанной базовой композиции для получения сухого напитка представлено на рисунке 2.

Как показали результаты исследований, состав органических кислот представлен в большей степени яблочной, лимонной, молочной и муравьиной кислотами. Они формируют кисловатый вкус напитка и способствуют его усвоению.

Также было определено суммарное содержание антиоксидантов (ССА) в сухом напитке, которое составило 43,59±1,13 мг/г.

(О ю

ю

0г

о 5

к ф Ф СО

.£0.

о о

л

ф

о

0       2       4       6       8       10      12      14      16      18      20

Время, мин

Рисунок 2 – Хроматограмма содержания органических кислот в базовой композиции сухого напитка

Таким образом, исследования показали, что базовая композиция сухого напитка соответствовала показателям качества и безопасности в соответствии с требованиями ТР ТС 021/11 «О безопасности пищевой продукции».

Результаты проведенных исследований будут учтены при разработке проекта технических условий и технологической инструкции по производству сухих напитков.

В ходе дальнейших аналитических работ будет проведено исследование влияния параметров процесса на показатели качества получаемого продукта. Будет подобрана упаковка, обеспечивающая хранимоспособность разработанных сухих напитков, а также проведена корректировка рецептуры для улучшения потребительских характеристик. Разработка новых видов продукции с учетом региональных особенностей и предпочтений потребителей станет важным направлением развития предлагаемых решений. Особое внимание будет уделено экологической безопасности производства и использованию устойчивых источников сырья. Минимизация отходов производства и внедрение технологий переработки вторичного сырья позволят снизить негативное воздействие на окружающую среду.

Проведенные исследования подтвердили возможность разработки базовой композиции для получения сухих напитков из сырья растительного и животного происхождения Байкальской природной территории, которую можно дополнять и другими функциональными ингредиентами.

Заключение

Осуществлен отбор перспективных видов растительного сырья, произрастающего в пределах Байкальской природной территории и характеризующегося функциональными свойствами. В состав базовой композиции для сухого напитка включено сырье растительного и животного происхождения: сухие экстракты из ягод облепихи и черной смородины, экстракты листьев облепихи, листьев черной смородины, цветков, листьев, стеблей, корней и корневищ чабреца и листьев иван-чая, полученные с применением вакуумно-импульсных режимов, а также сухой ферментированный концентрат сывороточных белков (КСБ-Mg), полученный ферментированием белковой массы многоштаммовой пробиотической закваской молочнокислых микроорганизмов и сушкой микроволновым вакуумным методом.

Разработана рецептура базовой композиции для получения сухого напитка на основе использования методов математического и компьютерного моделирования и с учетом специфичных факторов и предпочтением регионального сырья, включающая следующее соотношение масс.%: экстракт листьев облепихи – 1,14, экстракт листьев черной смородины – 1,16, экстракт листьев иван-чая – 2,9, экстракт цветков, листьев, стеблей, корней и корневищ чабреца – 1,08, экстракт из ягод облепихи – 1,12, экстракт из ягод черной смородины – 1,62, концентрат сывороточных белков – 0,98.

Согласно разработанной рецептуре, были получены опытные образцы сухого напитка и проведены их испытания по показателям качества и безопасности: органолептическим, микробиологическим, содержанию токсичных элементов и органических кислот, которые показали соответствие напитка требованиям ТР ТС 021/11 «О безопасности пищевой продукции». Также напиток характеризовался высокой антиоксидантной активностью. Суммарный показатель (ССА) напитка составил 43,59 мг/г.

Проведенные исследования способствуют эффективному использованию дикорастущего растительного сырья и побочных продуктов молочного производства Республики Бурятия благодаря выпуску уникальной продукции, получаемой с применением инновационных технологий. Результаты работы могут быть использованы для развития инновационных технологий в области пищевой промышленности, а также для сохранения и рационального использования природного потенциала Байкальского региона.

Финансирование: исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-26-20042,