Recipe and application of new oxygen cocktail with high protein content in nutrition of cardiological patients

AbstractThe aims of this study was to develop recipe composition and to evaluate the use of new oxygen cocktail with high protein content in the dietary therapy of cardiological patients. Objects of the study were: the control sample - an oxygen-containing product prepared using dairy whey, fruit and berry juice, highly esterified pectin; experimental samples - oxygen-containing products, which differed from the control sample by additional introduction of whey protein hydrolysate. Experimental samples have been modified by adding to them whey protein hydrolysate in the amount of 1-3% from the total weight of composition. Technological scheme to produce protein-carbohydrate basis with high content of protein 3% has been developed, parameters of the production process were worked out. Analysis of product chemical composition has shown that 100 g contained 3.4-3.6 g of protein, 0.2-0.3 g of fat, 6.0-8.0 g of carbohydrates. Food value of the product made up 34-46 kcal (162-196 kJ). Assessment of effectiveness of new oxygen-containing product in the diet in conditions of cardiological hospital was carried out. 30 patients aged 60-75 years were included in local open prospective study, meeting the following criteria: patients with chronic heart failure I-IIA stage I-II functional classes, were hospitalized in the cardiology department, not having contraindications to enteral oxygen therapy and signed an informed consent form. In combination with standard therapy patients received new oxygenated product with high content of protein in the dose 250 ml (from 100 g of the basis) daily for 10 days during the second breakfast. By the end of the observation period, according to results of the survey, the psycho-emotional state of patients improved. It has been found that the developed oxygen-containing product with high protein content in combination with a standard diet and drug therapy of the disease was well tolerated by patients.

Keywords:enteral oxygen therapy, cardiovascular diseases, dairy whey, whey protein hydrolysate

Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2018; 87 (2): 94-102. doi: 10.24411/0042-8833-2018-10023.

Вектор исследований в области разработки новых видов специализированной пищевой продукции, в том числе диетического профилактического питания, в настоящее время является все более актуальным, учитывая их значение в коррекции питания и здоро­вья, а также необходимость развития отечественного рынка продуктов здорового питания [1-3]. Кроме того, особую актуальность приобретают вопросы профилак­тики и комплексной диетотерапии сердечно-сосудис­тых заболеваний, занимающих превалирующие пози­ции среди распространенных патологий современного человека [4-7].

Диетотерапия заболеваний сердечно-сосудистой сис­темы, являющаяся важным и эффективным методом комплексной терапии, составляется с учетом основ­ных патогенетических механизмов отдельных заболе­ваний и направлена на корригирование метаболических нарушений, максимальную разгрузку сердечной де­ятельности, потенцирование действия лекарственных препаратов (мочегонных, сердечных гликозидов и др.) и предупреждение их побочных влияний на организм.

Общим для всех заболеваний сердечно-сосудистой сис­темы является необходимость ограничения в рационе солей натрия и жидкости, обогащения солями калия и витаминами. Питание должно быть дробным и частым с последним приемом пищи за 3-4 ч до сна с тем, чтобы не затруднять работу органов сердечно-сосудистой сис­темы и пищеварения [8, 9].

Проведенными клиническими исследованиями дока­зано, что энтеральная оксигенотерапия в виде приема кислородных коктейлей может успешно применяться в лечении и профилактике пациентов с различными заболеваниями [10-13], в том числе с хронической сердечной недостаточностью с целью повышения умс­твенной и физической работоспособности, коррекции психоэмоциональных нарушений, уменьшения проявле­ний синдрома хронической интоксикации, достижения иммуномодулирующего эффекта и в качестве дополни­тельной диетотерапии [14].

Однако применяемые в лечебной практике кислород­содержащие продукты несбалансированы по белковому модулю, поскольку изготовлены прежде всего на одном сырьевом компоненте или содержат в составе основы недостаточное количество биологически полноценного белка, поэтому для улучшения состава таких продук­тов необходима фортификация белково-углеводных основ молочными белками, обладающими широким комплексом функционально-технологических свойств [15-17].

Цели исследования - разработка рецептурного со­става основы продукта и оценка возможности приме­нения нового кислородного коктейля с повышенным содержанием белка в поддерживающей диетотерапии кардиологических пациентов.

Материали методы

В качестве основных рецептурных компонентов для производства белково-углеводных основ кислородных коктейлей были выбраны: жидкая молочная сыворотка (ГОСТ Р 53438-2009) с кислотностью не более 18 °Т, пло­дово-ягодные соки (нектар), соответствующие требова­ниям нормативной документации, высокоэтерифицированный пектин (ВЭП) ("Danisco", Франция) и гидролизат белков подсырной сыворотки (ГБПС) (ВНИИМС - фи­лиал ФГБНУ "ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова" РАН, Углич) с содержанием общего азота 11,7±0,2%, в том числе белкового - 2,8±0,1%, аминного - 6,1±0,2%, азотистых веществ - 79,7±1,6%, лактозы - 6,8±0,5%.

Объектами исследования в работе являлись: контроль­ный образец - кислородный коктейль, приготовленный с использованием подсырной молочной сыворотки, фруктово-ягодного сока, ВЭП; экспериментальные образцы -кислородные коктейли, отличающиеся от контрольного образца дополнительным внесением ГБПС. Эксперимен­тальные образцы кислородсодержащих продуктов моди­фицировали, добавляя в подготовленные образцы ГБПС в количестве 1-3% от массы продукта.

Разработка новой формулы белково-углеводной основы кислородсодержащих продуктов предполагает использо­вание в рецептуре ГБПС, который отличается значитель­ной глубиной гидролиза - около 60%; его применение для лечения и реабилитации больных с различной степенью белково-энергетической недостаточности прошло клини­ческие испытания в медицинских учреждениях, и он может быть использован при комплексном лечении хронического гепатита, ишемической болезни сердца, гипертонической болезни, сахарного диабета, дисбактериоза и синдрома раздраженного кишечника [18, 19].

При разработке продукта использовали 2 вида ВЭП - цитрусовый и яблочный, проявляющие стабили­зирующие свойства при получении кислородных пен. При этом различия в молекулярной массе и химическом составе цитрусового и яблочного пектинов не принци­пиальны, поскольку ВЭП не формируют студни с солями двух- и одновалентных катионов молочной, винной, лимонной или фосфорной кислот, содержащихся в со­ставе белково-углеводной основы продукта в отличие от низкоэтерифицированного пектина.

Химический состав и физико-химические показатели белково-углеводных основ для производства кислород­ных коктейлей исследовали в Центре коллективного пользования научным оборудованием в области физико-химической биологии и нанобиотехнологии "Симбиоз" ФГБУН "Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов" РАН. Массовую долю сухих ве­ществ определяли по ГОСТ 3626-73; количество общего белка - по ГОСТ 26889-86; массовую долю жира -по ГОСТ 5860-90; массовую долю углеводов - на реф­рактометре ИРФ-464 (Россия), идентификацию ами­нокислот проводили с помощью обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии с использованием хроматографа Dionex Ultimate 3000 ("Thermo Scientific", США), колонки Nucleodur HTec С18. Химический состав основ определяли спектрометричес­ким методом с использованием анализатора молока, молочных продуктов и соков модели MilkoScan FT 120 ("FOSS", Дания).

Переносимость продукта кардиологическими паци­ентами оценивали по отсутствию развития у них не­желательных и побочных явлений, оценки общего со­стояния и самочувствия ежедневно в течение 10 дней приема данного продукта. Пациенты в комплексе со стандартной терапией принимали по 250 мл кислород­содержащего продукта с повышенным содержанием белка утром в период активной деятельности, во время второго завтрака.

Исследование проведено на лечебной базе НИИ кар­диологии ФГБОУ ВО "Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского" Мин­здрава России. В локальное открытое проспективное исследование были включены 30 пациентов (17 мужчин и 13 женщин) в возрасте 60-75 лет, удовлетворяющих следующим критериям: пациенты с ХСН I-IIА стадии I-II функциональных классов, находящихся на стаци­онарном лечении в кардиологическом отделении, не имеющие противопоказаний к энтеральной оксигенотерапии и подписавшие информированное согласие на исследование. Исследование одобрено Этическим комитетом ФГБОУ ВО "Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского" Мин­здрава России. До начала исследований всем паци­ентам было проведено стандартное клиническое об­следование, включавшее физикальный осмотр, лабо­раторные исследования (общий анализ крови, мочи, уровень глюкозы в крови), оценку качества жизни по Миннесотскому опроснику. Стандартная терапия с уче­том клинического статуса пациента включала кардиопротективные препараты, диуретики и сопутствую­щую терапию (ферментные препараты). В качестве диетотерапии пациенты получали основной вариант диеты со сниженным содержанием поваренной соли (диета № 10).

При назначении пациентам кислородного коктейля учитывали стадию заболевания, степень выраженности нарушений кровообращения, состояние пищеварения, наличие сопутствующих заболеваний и осложнений.

Статистическую обработку данных проводили с ис­пользованием программ Microsoft Excel 2010. Статис­тически значимыми по двустороннему критерию Стьюдента считали отличия при р<0,05.

Результаты и обсуждение

Несмотря на высокие достоинства ГБПС, они находят ограниченное применение в пищевой промышленности из-за неприятного вкуса и запаха альбумина, которые проявляются при внесении ГБПС в продукты. Органолептические пороки возникают из-за присутствия пептидов разной длины цепи, некоторые из которых обладают горьким вкусом [18, 20]. В связи с этим пред­варительно были проведены исследования влияния включения ГБПС на органолептические показатели белково-углеводных основ. Основная задача на данном этапе - установление максимальных количеств ГБПС, при внесении которых в основу органолептические по­казатели не будут ухудшаться.

Для органолептической оценки была создана комис­сия из 5 экспертов-дегустаторов. Все образцы были зашифрованы в соответствии с действующим стандар­том случайным трехцифровым номером, чтобы скрыть происхождение пробы [21, 22].

На первом этапе было подготовлено несколько серий образцов из разных партий сыворотки. В опыт­ные образцы сыворотки вносили ГБПС в количестве от 1 до 5% с шагом 1%. В качестве контроля использо­вали сыворотку без ГБПС.

Поскольку действующий стандарт органолептической оценки [21] не предусматривает показатели вкуса и аромата для продуктов из сыворотки и для разраба­тываемого продукта еще не установлены требования по органолептическим показателям, эксперты детально описывали особенности вкуса, запаха, внешнего вида и консистенции и предлагали органолептические откло­нения, при наличии которых оценка за качество может снижаться.

Результаты первого этапа показали, что даже 1% ГБПС ощущается на вкус, а внесение ГБПС >3% непри­емлемо. Характеристика вкуса молочной сыворотки, содержащей разные количества ГБПС, представлена в табл. 1.

Как выяснилось, ГБПС придает молочной сыворотке определенный оттенок от серого до выраженного желто-коричневого цвета. Причем интенсивность цвета пропорциональна количеству внесенного ГБПС. Следо­вательно, без внесения вкусоароматических наполни­телей использование ГБПС может быть минимальным -не выше 1%. Однако такая дозировка ГБПС не может улучшить белковый состав белково-углеводных основ.

В связи с этим на втором этапе исследования для улучшения органолептических показателей белково-углеводной основы, обогащенной ГБПС, решено было сочетать молочную сыворотку с фруктово-ягодными со­ками (апельсиновый, мультифруктовый и виноградный сок и смородиновый нектар). Создан ряд модельных образцов, содержащих сыворотку, сок и ГБПС. Объем­ные соотношения сыворотка/сок варьировали: 3:1, 2:1 и 1:1. Дозы ГБПС в каждом варианте составляли 1, 2 и 3%. Опытные пробы сравнивали с контрольными ва­риантами, содержащими соответствующие количества сыворотки и сока, но без ГБПС.

Методом ранжирования экспертами рассчитаны ве­совые коэффициенты значимости этих показателей [23]. Наименее важный, на взгляд дегустаторов, по­казатель получал 1 балл, следующий по значимости показатель - 2 балла и наиболее весомый - 3 балла. Распределение коэффициентов по итогам анкетирова­ния приведено в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что наиболее значимым оказался вкус, так как его весовой коэффициент наибольший -0,43, наименее значимый показатель - цвет.

Органолептическую оценку фиксировали по каждому критерию и суммировали в виде итоговой оценки в бал­лах в дегустационной карте. Каждый эксперт проводил анализ проб независимо от других экспертов и исполь­зовал для оценки дискретную 5-балльную шкалу. При этом качество показателя считалось отличным, если оценивалось на 5 баллов, хорошим, если на 4 балла, удовлетворительным и неудовлетворительным, соот­ветственно, на 3 и 2 балла. Если каждый эксперт ставил балл 3,0 или ниже, то оценку дополняли общими терми­нами, которые описывают характер органолептического отклонения. Таким образом, результат метода представ­ляет собой средние значения по группе, дополненные общепринятыми терминами, в случае, если эти средние значения ниже 3,6.

При этом выяснено, что приемлемым по органолептическим показателям для создания белково-углеводной основы является соотношение молочной сыворотки и сока 1:1 для мультифруктового сока, 2:1 для виноград­ного сока и смородинового нектара и 3:1 для апельси­нового сока. В этом случае даже при дозе ГБПС 3% вкусоароматические характеристики основы оценивались достаточно высоко. Лишь при использовании смороди­нового нектара общая органолептическая оценка снижа­лась из-за низких показателей за цвет. Однако и в этом случае показатели вкуса и запаха имели высокие баллы. В целом основа имеет выраженный фруктово-ягодный вкус при внесении апельсинового и мультифруктового соков и смородинового нектара. При использовании ви­ноградного сока фруктово-ягодный вкус менее выражен, но устраняется вкус и запах молочной сыворотки, кото­рые часто являются ограничивающими в производстве напитков из данного вида молочного сырья.

Разработанные белково-углеводные основы с ГБПС по органолептическим показателям соответствовали следующим требованиям:

- вкус и запах: приятные, умеренно сладкие, с выра­женными нотами используемого сока;

- консистенция: однородная жидкость, без хлопьев белка;

- цвет: обусловленный видом используемого сока.

В табл. 3 в качестве примера представлены анали­тические данные пищевой и энергетической ценности разработанной белково-углеводной основы с использо­ванием мультифруктового сока в сравнении с контроль­ным образцом.

По показателям безопасности все разработанные белково-углеводные основы с ГБПС полностью соот­ветствовали требованиям ТР ТС 021/2011 "О безопас­ности пищевой продукции".

В результате проведенных исследований разработана технология и рецептуры (табл. 4) белково-углеводных основ для производства кислородных коктейлей с повы­шенным содержанием белка.

Технологический процесс приготовления кислород­ного коктейля заключается в следующем: молочную сыворотку совместно с подготовленными гидрокол­лоидами пастеризуют при температуре 72-74 °С в те­чение 15-20 с, охлаждают до 18-20 оС и соединяют с осветленным фруктово-ягодным соком в установлен­ных соотношениях. Подготовку гидроколлоидов (ГБПС и ВЭП) предварительно проводят путем набухания в части молочной сыворотки совместно в виде смеси в течение 20-30 мин при температуре 18-20 °С, раство­рения при температуре 50-60 °С в течение 10-15 мин и охлаждения до 18-20 оС.

Кислородный коктейль готовят с использованием ком­плекта кислородного оборудования (коктейлера и кис­лородного концентратора или баллона с кислородом). При производстве кислородного коктейля белково-углеводную основу при температуре 18-20 °С насыщают в течение 20±10 с кислородом при подаче 52,5-60,5 см3 кислорода/с. Объем кислорода, содержащийся в пене, составляет 85-90% и определен расчетным методом согласно изложенной методике [24].

В предлагаемом способе при решении поставленных задач достигаются следующие технические результаты:

- повышение пищевой ценности продукта за счет использования белоксодержащих компонентов мо­лочного сырья;

- снижение себестоимости продукта за счет исполь­зования в качестве основного компонента молочной сыворотки;

- расширение ассортимента продуктов функциональ­ного и диетического профилактического питания.

Разработанная технология белково-углеводной ос­новы с ГБПС применима при производстве различных кислородсодержащих продуктов. Одним из таких про­дуктов является кислородный коктейль с пониженной аллергенностью и с повышенной массовой долей белка животного происхождения (патент РФ № 2612317).

Нутриентный состав белково-углеводной основы для приготовления кислородного коктейля представлен в табл. 5.

Применение в ежедневном рационе 250 мл разрабо­танного кислородного коктейля, приготовленного из 100 г белково-углеводной основы, обеспечивает пос­тупление 4,5% от рекомендуемого уровня суточного потребления белка, около 9% - моно- и дисахаридов, 0,2% - жиров.

Углеводный компонент продукта представлен моно- и дисахаридами фруктово-ягодных соков и углеводом молочной сыворотки - лактозой, обладающей невы­соким гликемическим индексом (46). Часть содержа­щегося в продукте белка гидролизована до пептидов и свободных аминокислот, что будет повышать его усвояемость. Жира в составе продукта содержится не­значительное количество, что не будет способствовать повышению уровня холестерина. Содержание натрия в продукте минимально, при этом калия содержится в 3 раза больше.

В данной работе оценивали возможность применения нового кислородного коктейля с повышенным содержа­нием белка в качестве нутритивной поддержки кардио­логических пациентов.

Ежедневные осмотр и опрос пациентов не выявили побочных реакций при потреблении продукта. Паци­енты высоко оценили качества кислородного коктейля. Переносимость продукта была хорошая, пациенты не отмечали побочных реакций со стороны желудочно-ки­шечного тракта, прием продукта не вызывал симптомы раздраженного желудка (явлений метеоризма, вздутия живота, изжоги), при этом досрочного прекращения при­ема продукта наблюдаемыми пациентами не отмечено.

У 90% пациентов было отмечено снижение утомляе­мости, уменьшение отеков, одышки и эмоциональной лабильности, увеличение физической работоспособ­ности, повышение настроения, что отмечалось уже после 4 дней приема коктейля. У 3 пациентов данные изменения были достоверно менее выражены и разви­вались позднее, в среднем через 7 дней <0,05).

При применении многокомпонентной медикаментоз­ной терапии (до 4-5 препаратов ежедневно) на фоне приема кислородного коктейля у больных ХСН отмечено уменьшение побочных явлений и реакций от приема медикаментозной терапии, улучшение метаболических процессов, а также нормализация процесса пищеваре­ния, что подтверждалось уменьшением приема фермен­тных препаратов.

Прием кислородсодержащего продукта способство­вал улучшению аппетита, не приводил к возникнове­нию симптомов аллергических реакций на молочный белок и повышению уровня глюкозы в крови, альбуми­нурии.

К концу периода наблюдения, согласно результа­там опроса, психоэмоциональное состояние пациентов улучшилось (см. рисунок).

Заключение

В результате проведенного исследования можно прийти к выводу, что разработанный кислородный кок­тейль с повышенным содержанием белка в комплексе со стандартной диетой и медикаментозной терапией, обусловленной родом заболевания, хорошо переносится пациентами с ХСН I-II А стадии I-II функцио­нальных классов в возрасте от 60 до 75 лет. Побочных действий продукта и нежелательных явлений за период приема продукта в течение 10 дней не отмечено. При­менение кислородного коктейля на фоне диетотерапии в комплексе с медикаментозной терапией может ис­пользоваться при реабилитации пациентов с сердечно­сосудистыми заболеваниями в медицинских организа­циях (стационары, поликлиники, санатории).

Работа выполнена при финансовой поддержке Президента РФ (грант № МД-2464.2018.8).

Литература

1. Покровский В.И., Романенко Г.А., Княжев В.А. и др. Политика здорового питания. Федеральный и региональный уровни: монография. Новосибирск : Сибир. унив. изд-во, 2002. 344 с.

2. Челнакова Н.Г., Позняковский В.М. Питание и здоровье современного человека: монография. Ростов н/Д : Старые русские, 2015. 224 с.

3. Тутельян В.А., Киселева Т.Л., Кочеткова А.А. и др. Перспективные источники фитонутриентов для специализированных пищевых продуктов с модифицированным углеводным профилем: опыт традиционной медицины // Вопр. питания. 2016. № 4. С. 46-61.

4. Здоровье России : атлас. 8-е изд. / под ред. Л.А. Бокерия. М. : НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН, 2012. 408 с.

5. Синявский Ю.А., КрайсманВ.А., Сулейменова Ж.М.Использование специализированного кисломолочного продукта на основе бобов сои в кардиологической практике // Вопр. питания. 2013. Т. 82, № 5. С. 51-57.

6. Oganov R.G., Maslennikova G.Ya. Demographic trends in the Russian Federation: the impact of cardiovascular disease // Int. Heart Vasc. Dis. J. 2013. Vol. 1, N 1. P. 3-9.

7. Кубышкин А.В., Авидзба А.М., Фомочкина И.И. и др. Эффек­тивность использования насыщенных полифенолами продуктов переработки винограда для профилактики метаболичес­ких нарушений в эксперименте // Вопр. питания. 2017. № 1. С. 100-107.

8. Губергриц А.Я., Линевский Ю.В. Лечебное питание : справочное пособие. 3-е изд. перераб. и доп. Киев : Выща шк., 1989. 398 с.

9. Лейдерман И.Н., Хачатуров С.А., Левит А.Л. Особенности нутритивной поддержки в кардиологии и кардиохирургии: современное состояние проблемы // Тихоокеан. мед. журн. 2007. № 2. С. 28-33.

10. Сиротинин Н.Н. Влияние на организм перорального введения кислородной пены // Энтеральная оксигенотерапия. Киев, 1968. С. 6-11.

11. Боровик Т.Э., Семенова Н.Н., Давыдова Е.В. и др. Эффективность кислородных коктейлей при заболеваниях органов пищеварения и дыхания у детей // Вопр. соврем. педиатрии. 2007. № 2. С. 97-101.

12. Борукаева И.Х. Энтеральная оксигенотерапия в комплексном лечении бронхиальной астмы // Фундаментальные исследования. 2011. № 6. С. 36-41.

13. Дмитриенко Е.Г. Энтеральная оксигенотерапия в комплексном восстановительном лечении детей с хроническими болезнями органов дыхания : автореф. дис. ... канд. мед. наук. М., 2011.

14. Неповинных Н.В., Лямина Н.П., Птичкина Н.М. Оценка эффек­тивности применения функционального питания в основном варианте диеты в условиях кардиологического стационара // Вопр. питания. 2015. № 1. С. 38-43.

15. Foegeding E.A., Davis J.P., Doucet D., McGuffey M.K. Advances in modifying and understanding whey protein functionality // Trends Food Sci. Technol. 2002. Vol. 13. P. 151-159.

16. Трухачев В.И., Молочников В.В., Орлова Т.А., Раманаускас Р.И. Концентраты белков молока: выделение и применение: монография. Ставрополь : АГРУС, 2009. 152 с.

17. Wilde P.J. Protein functional properties // Gums and Stabilisers for the Food Industry 17 / eds P.A. Williams, G.O. Phillips. Cambridge, UK : the Royal Society of Chemistry, 2014. P. 3-10.

18. Королева О.В., Агаркова Е.Ю., Ботина С.Г., Николаев И.В. и др. Перспективы использования гидролизатов сывороточных белков в технологии кисломолочных продуктов // Мол. пром-сть. 2013. № 7. С. 66-68.

19. Харитонов В.Д., Агаркова Е.Ю., Кручинин А.Г., Рязанцева К.А. и др. Влияние нового кисломолочного продукта с гидролизатом сывороточных белков на переносимость и динамику проявлений атопического дерматита у детей с аллергией на белки коровьего молока // Вопр. питания. 2015. № 5. С. 56-63.

20. Новокшанова А.Л., Абабкова А.А., Иванова С.В. Определение дозы внесения гидролизата сывороточных белков в кисло­молочный продукт методом органолептической оценки // Молочнохозяйственный вестн. 2015. № 1 (17). С. 79-86.

21. ГОСТ Р ИСО 22935-2-2011. Рекомендуемые методы органолептической оценки. Органолептический анализ.

22. ГОСТ Р 53701-2009. Руководство по применению ГОСТ Р ИСО/ МЭК 17025 в лабораториях, применяющих органолептический анализ.

23. Шарапова С.М. Исследование нетранзитивных подмножеств в результатах экспертных измерений : автореф. дис. . канд. техн. наук. Улан-Удэ, 2014.

24. Кругляков П.М., Хаскова Т.Н. Физическая и коллоидная химия : учебное пособие. 2-е изд., испр. М. : Высшая школа, 2007. 319 с.