Медико-биологическое обоснование рецептуры регидрационного напитка с использованием молочной сыворотки для спортсменов

РезюмеВ статье по результатам проведенных физико-химических исследований представлен компонентный состав нового изотонического регидрационного напитка, рассчитана его пищевая и энергетическая ценность. В отличие от других спортивных напитков такой направленности третья часть воды в новом продукте заменена сывороткой молока. С физико-химической точки зрения молочная сыворотка является сложной полидисперсной системой, в которой гидратированные белки находятся в состоянии коллоидного раствора, липиды представляют тонко эмульгированные липопротеиновые частицы, углеводный и минеральный компоненты приближены к составу в цельном молоке. Естественный комплекс макро- и микроэлементов (фосфора, кальция, магния, железа, йода, цинка, меди, селена и др.) сыворотки молока, причем большинство из них находится в хелатной форме, по своему широкому спектру и биодоступности оптимален для человека. Содержание витаминов, минеральных веществ, свободных незаменимых аминокислот сыворотки повышает пищевую ценность напитка. Для придания вкуса напитку были использованы натуральные сиропы брусники, клюквы и шиповника, содержащие сахар. Осмоляльность нового напитка находится в пределах 280-350 ммоль/кг H2O, что позволяет классифицировать его как изотонический спортивный напиток. Натуральные компоненты, а также умеренное содержание углеводов, липидов и относительно невысокая энергетическая ценность позволяют рекомендовать напиток спортсменам любой специализации без каких-либо ограничений.

Ключевые слова:регидратация, спортивные напитки, углеводы, электролиты, аминокислоты, молочная сыворотка

Вопр. питания. - 2013. - № 6. - С. 71-74.

Спортивный успех складывается из множества составляющих. Одна из них - нутритивная поддержка. При этом в первую очередь учитывается поступление макро- и микронутриентов за счет пищевых продуктов [4, 10, 11, 13]. Гораздо меньше внимания уделяется спортивным напиткам, судя по их удельному весу в общей массе продуктов для питания спортсменов [8, 12]. Тем не менее спортивные напитки поставляют жидкость и различные субстраты в хорошо усвояемой растворимой форме, они необходимы во все периоды тренировочного макроцикла.

Анализ литературы показывает, что базовая рецептура спортивных напитков включает воду, сахар и соль. Это легко объяснимо с точки зрения биохимических изменений, происходящих в организме во время физических нагрузок. В результате мышечной работы в первую очередь расходуется гликоген, расщепляющийся до глюкозы. Начальный этап распада глюкозы - гликолиз - обеспечивает работающие мышцы энергией в анаэробных условиях. При этом часть энергии рассеивается в виде тепла и мышцы разогреваются до 41-42 °С.

Это критическая температура для белков организма, поэтому срабатывает защитный механизм терморегуляции - потоотделение. Подсчитано, что при потере 1 г пота в окружающую среду рассеивается 0,58 ккал тепла [17]. В результате температура мышц и тела снижаются до нормы. Однако с уменьшением содержания жидкости в организме терморегуляция затрудняется. При восстановлении запасов жидкости с помощью питьевой воды достигается кратковременная регидратация организма, так как срабатывает механизм осморегуляции, который, в свою очередь, стимулирует мочеотделение.

Кроме жидкости в процессе потоотделения организм теряет разные минеральные элементы.

Наибольшими влагоудерживающими свойствами обладает натрий, который участвует в поддержании водно-солевого равновесия. Исследования показали, что положительный баланс жидкости удается сохранить при концентрации натрия в напитке не менее 50 ммоль/л. Большее содержание соли может ухудшать его вкус. В обычных безалкогольных напитках и соках натрий практически отсутствует, поэтому они не эффективны для регидратации организма [14].

Для полного восстановления после нагрузки необходимы углеводы, содержание которых в напитке не должно превышать 8%, так как при большей концентрации замедляется опорожнение желудка и снижается количество жидкости, доступной для всасывания. Суммарное содержание углеводов и электролитов влияет на осмотическую концентрацию спортивных напитков.

Регидрационными свойствами обладают гипотонические и изотонические напитки, имеющие осмоляльность ниже или близкую к осмоляльности крови - 270-340 ммоль/кг H 2 O [5, 14].

Одновременно с расходом углеводов, минеральных веществ и воды во время мышечной работы разрушаются белковые молекулы. Это вызвано обновлением белков, необходимых для сокращения мышц, а также микроповреждениями белков мышечных волокон. Самым эффективным и быстрым способом введения белковых компонентов являются свободные аминокислоты, пептиды и сывороточные белки. Однако добавление этих нутриентов резко повышает осмоляльность растворов, в результате чего они не могут претендовать на категорию регидрационных.

В своих исследованиях мы поставили цель устранить это противоречие. В качестве основы регидрационного напитка было решено использовать молочную сыворотку, в которую переходит около 50% всех сухих веществ молока. Более 70% сухого вещества сыворотки составляет молочный сахар, усвояемость которого достигает 98-99,7%, а медленное расщепление способствует поддержанию жизнедеятельности молочнокислых микроорганизмов в кишечнике [11, 15]. Сывороточный белок обладает высокой биодоступностью по отношению к другим белкам, что объясняется набором его аминокислот. Естественный комплекс макрои микроэлементов (фосфора, кальция, магния, железа, йода, цинка, меди, селена и др.) молочной сыворотки, причем большинство из них находится в хелатной форме, по своему широкому спектру и доступности для организма с биологической точки зрения оптимален для человека. Кроме минеральных веществ в сыворотку почти полностью переходят водорастворимые витамины.

Такая высокая плотность макро- и микронутриентов молочной сыворотки не позволяет использовать ее в цельном виде как регидрационный напиток. Однако весьма заманчиво найти применение нативным углеводам, электролитам и витаминам сыворотки, включив их в состав спортивного напитка. В работе была поставлена цель - разработать рецептуру регидрационного напитка с использованием молочной сыворотки для спортсменов.

Материал и методы

Объектом исследования служила творожная сыворотка, содержание углеводов, белка и жира в которой определяли с помощью утвержденных в РФ методик, минеральный состав изучали ионоселективным методом [1-3, 7]. Осмоляльность определяли криоскопическим методом, используя миллиосмометр-криоскоп [6].

Результаты и обсуждение

В результате исследований установлено, что осмоляльность творожной сыворотки подвержена значительным колебаниям и находится в пределах 340-400 ммоль/кг H 2 O [9]. Это основной лимитирующий показатель, который не позволяет использовать цельную сыворотку в качестве регидрационного напитка. В связи с этим было принято решение заменить часть сыворотки в напитке водой. При соотношении воды и сыворотки 1:1 осмоляльность смеси составляет 170-200 ммоль/кгH 2 O, что не позволяет обогащать ее электролитами и углеводами. В случае замены воды на треть сывороткой осмоляльность смеси колеблется от 100 до 120 ммоль/кг H 2 O. Такое значение осмоляльности допускает дополнительное введение соли и углеводов.

Поскольку концентрация натрия в исходной сыворотке по меньшей мере в 2,0-2,5 раза ниже, чем рекомендуется для регидрационного напитка, было решено вносить хлорид натрия до концентрации 50-55 ммоль/л в готовом продукте.

Важной особенностью нового напитка является его вкус. Традиционные напитки для регидратации организма не имеют вкуса или обладают оттенком вкуса, присущим некоторым солям. Как известно, вкус напитка имеет большое значение в желании пить или отказе от него. В связи с этим для придания вкуса напитку были использованы натуральные сиропы брусники, клюквы и шиповника, содержащие сахар. Таким образом, углеводный компонент напитка представляет смесь лактозы и сахарозы. Лактоза обладает невысоким гликемическим индексом, равным 46, а гликемический индекс сахарозы - 68. Это значит, что поступление глюкозы в кровь не будет сопровождаться одномоментным выбросом, что является несомненным преимуществом для пищеварительной системы и организма в целом. К тому же, по последним данным, при сочетании различных экзогенных углеводов усиливается их окисление, т.е. наблюдается более быстрое вовлечение в энергетический обмен [16].

В результате проведенных исследований был выбран компонентный набор напитка и рассчитана его пищевая и энергетическая ценность.

В таблице показаны минимально и максимально допустимые концентрации компонентов, которые зависят от их содержания в исходной сыворотке.

Как видно из представленных в таблице данных, в отличие от традиционных регидрационных напитков новый продукт содержит жиры и белок - дополнительный энергетический и пластический материал. Липиды сыворотки легко усваиваются по сравнению с другими липидами, поскольку, вопервых, тонко диспергированы, а во-вторых, содержат коротко- и среднецепочечные жирные кислоты. Зная о наличии липидов в составе напитка, их количество легко учитывать в общем рационе.

Например, максимальное содержание жира в 2 л напитка составляет 2,0 г. Это не более 1,0-2,5% рекомендуемого количества липидов в суточном рационе. Максимальное содержание белка в таком количестве напитка составляет 4,0 г, причем часть белка гидролизована до пептидов и свободных аминокислот, что значительно повышает его усвояемость. Напиток отличается невысокой энергетической ценностью относительно большинства углеводно-электролитных продуктов, в которых этот показатель, как правило, в 2-2,5 раза больше.

Таким образом, в результате экспериментальных исследований разработана рецептура нового напитка, обладающего регидрационными свойствами, изготовленного с использованием творожной сыворотки. Осмоляльность напитка находится в пределах 280-350 ммоль/кгH 2 O, что позволяет классифицировать его как изотонический напиток для спортсменов. Дополнительное введение натрия способствует всасыванию глюкозы и воды в пищеварительном тракте, а в сочетании с осмоляльностью раствора обусловливает его регидрационные свойства. Исключительно натуральные компоненты, а также умеренное содержание углеводов, липидов и относительно невысокая энергетическая ценность позволяют рекомендовать напиток спортсменам любой специализации в соревновательный во все периоды тренировочного макроцикла без ограничений.

Литература

1. ГОСТ 23327-98. Молоко и молочные продукты. Метод измерения массовой доли общего азота по Кьельдалю и определение массовой доли белка.

2. ГОСТ 3626-73. Молоко и молочные продукты. Методы определения влаги и сухого вещества.

3. ГОСТ 5867-90. Молоко и молочные продукты. Методы определения жира.

4. Воробьева В.М. и др. // Вопр. питания. - 2010. - Т. 79, № 6. - С. 64-68.

5. Колеман Э. Питание для выносливости: Пер. с англ. - Мурманск: Тулома, 2005. - 192 с.

6. Методика выполнения измерений. Миллиосмометр-криоскоп термоэлектрический МТ-5. Руководство по эксплуатации.

7. Методика выполнения измерений № 04-2006. Методика выполнения измерений массовой доли лактозы в молоке и молочных продуктах.

8. Никитюк Д.Б. и др. // Вопр. питания. - 2012. - Т. 81, № 4. - С. 72-76.

9. Новокшанова А.Л., Ожиганова Е.В. // Науч. обозрение. - 2012. - № 6. - С. 14-17.

10. Новокшанова А.Л., Никитюк Д.Б., Поздняков А.Л. // Вопр. питания. - 2013. - Т. 82, № 1. - С. 79-83.

11. Новокшанова А.Л., Елагина Н.Л. Особенности рационального питания занимающихся физической культурой и спортом. Молоко и молочные продукты: Учебное пособие / Мин-во образов. и науки РФ; Вологод. гос. пед. ун-т. - Вологда: ВГПУ, 2011. - 104 с.

12. Новокшанова А.Л., Ожиганова Е.В. // Мол. пром-сть. - 2012. - № 6. - С. 82-83.

13. Новокшанова А.Л., Ожиганова Е.В. // Мол. пром-сть. - 2012. - № 12. - С. 82-83.

14. Функциональные напитки и напитки специального назначения: Пер. с англ. / П. Пакен. (ред.-сост.). - СПб.: Профессия, 2010. - 496 с. (Серия: Научные основы и технологии).

15. Храмцов А.Г. Феномен молочной сыворотки.- СПб.: Профессия, 2011. - 804 с.

16. Maughan R.J., Murray R. Fundamentals of sports nutrition: application to sports drink // Sports Drinks: Basic Science and Practical Aspects. - Boca Raton, Florida: CRC Press, 2001. - P. 1-28.

17. Maughan R.J., Murray R. Sports Drinks. - Boca Raton, FL: CRC Press, 2001.