автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Разработка биологически активных модулей для продуктов и рационов питания спортсменов

На правах рукописи

005004134

ХАСАНОВ АДАМ АЛИЕВИЧ

г//А'^/

РАЗРАБОТКА БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ МОДУЛЕЙ ДЛЯ ПРОДУКТОВ И РАЦИОНОВ ПИТАНИЯ СПОРТСМЕНОВ

Специальность 05.18.07 - Биотехнология пищсзых продуктов и биологических активных веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 1 ДЕК 2011

Воронеж 2011

005004134

Работа выполнена на кафедре «Технология продуктов детского, функционального и спортивного питания» ГОУ ВПО «Московский государственный университет прикладной биотехнологии»

Научный руководитель: Лауреат Государственных премий СССР и РФ»

доктор технических наук, профессор Токаев Энвер Саидович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Корнеева Ольга Сергеевна

кандидат медицинских наук Городецкий Виктор Давидович

Ведущая организация:

ФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт физической культуры и спорта»

Защита состоится «21» декабря 2011 г. в 13:30 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.035.04 при ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» по адресу: 394036, г. Воронеж, пр-т Революции, д. 19, ауд. 035.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные гербовой печатью учреждения, просим присылать в адрес совета университета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета инженерных технологий.

Автореферат размещен на сайтах Высшей аттестационной комиссии при Министерстве образования и науки Российской Федерации www.vak.ed.gov.ru и ВГУИТ www.vgta.vm.ru «17» ноября 2011 г.

Автореферат разослан «17» ноября 2011 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Построение рациона питания спортсмена с полным восполнением потребности в энергии, всех пищевых компонентах и поддержанием водного баланса организма - важное требование при организации тренировочного процесса. Особые физиологические условия, в которых находятся профессиональные спортсмены, приводят к появлению у них дополнительных потребностей в тех или иных пищевых веществах. Особенности питания характерны для каждого зида спорта и связаны со спецификой физических нагрузок. Более того каждый спортсмен имеет персональные особенности метаболизма и физических нагрузок, что делает необходимым индивидуализацию питания. В последние годы з области индивидуализации питания российских спортсменов наметилось развитие, однако, практическое применение систем индивидуализированного питания в нашей стране крайне ограничено. В связи с этим, одним из решений данной проблемы является разработка методологии создания индивидуализированных рационов питания.

Для обоснования основных рекомендаций по питанию в конкретном виде спорта необходимы знания величин энергетических затрат на физическую активность, понимание роли основных энергетических субстратов и представление о субстратах, влияющих на мышечную деятельность. Учитывая, что использование только традиционных блюд и продуктов в рационах питания не позволяет полностью обеспечить потребности спортсменов во всех пищевых веществах, включение в рацион питания спортсменов специализированных продуктов и биологически активных добавок к пище является необходимой мерой для поддержания нужного метаболического фона.

В связи с вышеизложенным разработка и практическая реализация технологии производства продуктов специализированного питания на основе биологически активных модулей, учитывающих особенности метаболических изменений, происходящих в организме спортсмена при физических и психоэмоциональных нагрузках, характерных для определенного вида спорта и поддерживающих нутритивный статус спортсмена и создание с их использованием индивидуализированных рационов питания является актуальной задачей.

Решение задач, поставленных в работе, основано на трудах таких отечественных и зарубежных ученых как: Арансон М.В., Волгарев М.Н., Борисова О.О., Виноградова O.JI., Гольберг Н.Д., Лаптев А.П., Лидов П.И., Макарова Г.А., Насолодин В .В., Никиткж Д.Б., Олейник С.А., Полиевский С.А., Покровский A.A., Поляев Б.А., Португалов С.Н., Пшендин А.И., Рогозкин В.А., Рогов И.А, Сейфулла Р.Д.,Смульский В.М., Суздальский P.C., Токаев Э.С., Тутельян В.А., Coleman El., Lemon PW., Wilmore J., Williams M.H. и др.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка продуктов специализированного питания на основе биологически активных модулей и рационов питания с их применением, учитывающих комплекс метаболических изменений и их последствий, происходящих у спортсменов различных групп видов спорта при интенсивных физических нагрузках, а также

разработка методологии создания индивидуализированных рационов питания спортсменов.

В соответствии с поставленной целью в работе реш&иись следующие задачи:

1. Обобщение и систематизация данных об основных метаболических изменениях и их последствиях, происходящих в организме спортсмена при интенсивных физических нагрузках и определение физиологических потребностей спортсменов в макро-, микронутриентах и биологически активных веществах в зависимости от специфики физических нагрузок и вида спорта.

2. Разработка методологии создания индивидуализированных рационов питания на основе анализа нутриентного состава фактических рационов питания спортсменов.

3. Обоснование и подбор компонентов для рецептурных композиций биологически активных модулей и определение рациональных режимов производства продуктов специализированного питания на основе биологически активных модулей методом сухого смешивания.

4. Разработка технологии производства специализированных продуктов, выработка опытной партии продуктов и проведение комплексных исследований физико-химических и микробиологических показателей.

5. Создание рационов питания спортсменов с применением разработанных специализированных продуктов.

6. Разработка технической документации на продукты и рекомендаций по их применению.

7. Апробация методологии создания индивидуализированных рационов питания и оценка эффективности применения разработанных биологически активных модулей.

Научная новизна. На основе экспериментальных исследований фактических рационов питания гимнастов и пловцов сборной России выявлено, что потребление полиненасыщенных жирных кислот, пищевых волокон, железа и витаминов группы В составляет 40-70 % от рекомендуемой суточной потребности.

Обоснован и подобран состав биологически активных модулей двух типов, позволяющих балансировать и обогащать рацион спортсменов данных групп видов спорта необходимыми пищевыми веществами.

Разработана методология создания индивидуализированных рационов питания спортсменов.

Определены закономерности изменения качества и динамики процесса смешивания от значимых технологических и конструктивных параметров смесителя. Определены рациональные режимы производства: частота вращения -50 об/мин; коэффициент загрузки - 0,6; время смешения - 50 мин.

Оценка эффективности разработанного антианемического модуля показала, что его применение повышает содержание сывороточного железа и ферритина в крови у спортсменов сборной России по спортивной гимнастике в среднем на 20,3 % и на 61,8 % соответственно.

Практическая значимость работы. На основании результатов проведенных исследований разработаны рецептуры и технология продуктов

специализированного питания на основе биологически активных модулей, адекватно восполняющих потребности спортсменов в биологически активных веществах.

Разработана компьютерная программа «Расчет рационов питания спортсменов», позволяющая создавать индивидуализированные рационы и программы питания для спортсменов.

С помощью компьютерной программы «Расчет рационов питания спортсменов», разработаны сбалансированные рационы питания для гимнастов.

Выработана опытная партия продуктов. Разработана и подана иа утверждение техническая документация на специализированные продукты на основе хондропротекторного модуля «СУСТАМИН» (ТУ 9197-017-29303017-11) и антианемического модуля «ГЕМОТОН» (ТУ 9197-016-29303017-11).

Оценка эффективности антианемического биологически активного модуля на ФГУП «Тренировочный центр сборных команд России "Озеро Круглое"» показала положительное влияние модуля, выраженное в нормализации уровня железа и ферритина в сыворотке крови спортсменов, повышении физической работоспособности и скорости восстановления.

Техническая новизна предложенных решений отражена в двух заявках на патент № 2010112819/13(018047) от 05.04.2010 «Биологически активный модуль», № 2011116907(025076) от 28.04.2011 «Специализированный продует для питания спортсменов».

Результаты работы включены в учебное пособие «Технология продуктов спортивного питания» и внедрены в учебный процесс для студентов различных форм обучения по специальности 260505 - технология детского и функционального питания.

Работа выполнена в рамках Гранта Президента Российской Федерации «Комплексное исследование свойств биологически активных композиций и разработка продуктов для людей с повышенными физическими и нервно-эмоциональными нагрузками».

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований обсуждены и доложены на ГУ-ой Международной научной конференции по вопросам состояния и перспективам развития медицины в спорте высших достижений «Спортмед-2009» (Москва, 2009), УШ-ой Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2010), У1-ом Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2011), Х1У-ом Международном конгрессе «Парентеральное и энтеральное питание» (Москва, 2011), УШ-ой Международной научно-технической конференции «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, 2011), Международной научно-технической конференции «Современные достижения биотехнологии» (Ставрополь, 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах рецензируемых ВАК РФ и поданы две заявки на патент.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы, содержащего 177 наименования литературных источников, в том числе 84 иностранных. Основная часть работы изложена на 164 страницах машинописного текста, содержит 23 таблицы, 12 рисунков и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы.

Глава 1. Обзор литературы Представлен обзор научной, технической и патентной литературы по основным принципам и особенностям питания спортсменов, представляющих различные виды спорта. Проведен анализ основных изменений обмена веществ, происходящих в организме спортсменов под воздействием интенсивных физических нагрузок различной направленности. Приведены особенности питания представителей различных видов спорта и основные принципы создания индивидуализированных рационов питания спортсменов, с учетом пола, возраста, вида спорта и периода подготовки. Представлен обзор форм и технологий производства специализированных продуктов. На основании анализа и обобщения информации литературного обзора сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Глава 2. Организация эксперимента, материалы и методы исследования

Исследования проводили на кафедре «Технология продуктов детского, функционального и спортивного питания», в ПНИЛЭФМОПП и в аккредитованном испытательном лабораторном центре «Биотест» Московского государственного университета прикладной биотехнологии. Оценку эффективности применения антианемического биологически активного модуля проводили на ФГУП «Тренировочный центр сборных команд России "Озеро Круглое"» в рамках учебно-тренировочного сбора сборной команды России по спортивной гимнастике.

Общая схема эксперимента представлена на рис. 1.

В соответствии с целью и задачами работы объектами исследований являлись: фактические рационы питания спортсменов, компоненты, входящие в состав разработанных продуктов и готовые продукты на основе биологически активных модулей.

При оценке состава и свойств исследуемых объектов определяли следующие показатели: массовую долю влаги [I] - по ГОСТ 29246-91, белка[2] - по «Руководство по методам контроля качества и безопасности биологически активных добавок к пище Р 4.1.1672-03, жира [3] - по ГОСТ 29247-91, золы [4] -по ГОСТ 15113, растворимых пищевых волокон [5] - по Р4.1.1672-03, коэффициент неоднородности смеси [6] - по содержанию аскорбиновой кислоты в пробах, анализ состава рационов питания проводили с помощью компьютерной программы «Расчет рационов питания спортсменов» с использованием данных о химическом составе блюд и продуктов питания по справочнику Скурихина И.М. [7], насыпную плотность - по ГОСТ 514б2-99[8], гранулометрический анализ [9]

Рис.1 Схема проведения исследований проводили с помощью бинокулярного микроскопа для светлого поля Olympus СХ-31 с использованием системы анализа изображений «ImageScope Coior» (Германия), микробиологические показатели [10] - по ГОСТ 10444.2-94, ГОСТ 10444.12-88, ГОСТ 10444.15-88, ГОСТ 30518-97, ГОСТ Р 50480-93, ГОСТ 3072601, ГОСТ 28805-90.

Для обработки экспериментальных данных и построения графических зависимостей использовали программу Microsoft Excel 2007 для Windows ХР. Применяли методы статистической обработки экспериментальных данных и методы математического моделирования.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 3.1 Анализ нутриентного состава фактических рационов питания спортсменов, представляющих различные виды спорта Анализ нутриентного состава фактических рационов питания спортсменов проводили на ФГУП «Тренировочный центр сборных команд России "Озеро Круглое"». Целью данного этапа исследования являлось определение содержания компонентов питания в рационах спортсменов и анализ соответствия фактических рационов питания потребностям данной группы спортсменов.

Анализ фактических рационов питания спортсменов, показал, что у гимнастов количество энергии, поступающей с пищей, меньше величин, рекомендованных для их возраста и уровня активности. В изучаемых рационах гимнастов дефицит калорийности составил 13,4±2,1 %. Более глубокая аналитическая оценка химического состава изучаемых суточных рационов представлена на рис. 2, 3, 4.

0 Гимнасты О Пловцы

200,00 § 150,00

С ш 2

и

р а

я з

£ 100,00

£ 3 з

50,00 0,00 --

мнжк

4 Белок Жир

Рис. 2 Содержание основных пищевых компонентов в суточном рационе питания спортсменов.

а Гимнасты О Пловцы

| 200,00 р к 150,00

| 5 юо.оо

1 50,00 0,00

К. Са Мв Р Ре

Рис. 3 Содержание минеральных веществ в суточном рационе питания спортсменов.

в Гимнасты а Плогцы

200,00

5 «

^ § 150,00 С ш Я О о 100,00 и о

50,00

о к

0,00

Рис. 4 Содержание витаминов в суточном рационе питания спортсменов. Из приведенных гистограмм видно, что при существующей системе питания рацион спортсменов рзабалансирован по содержанию макронутриентов, что

выражается в повышенном содержании жира, в частности насыщенных жирных кислот и остром дефиците полиненасыщенных жирных 1сислот. В рационах питания гимнастов выявлен дефицит углеводов, что является существенным фактором, ограничивающим работоспособность спортсменов, так как углеводы являются наилучшим источником энергии дня поддержания мышечной активности с учетом специфики физических нагрузок у гимнастов. Также в рационах питания наблюдается дефицит пищевых волокон, который составил у гимнастов 38,1±5,9 %, у пловцов 19,8±4,9 %.

Данные по содержанию минеральных веществ в рационах питания спортсменов позволяют сделать вывод, что наблюдается дефицит железа в рационах питания спортсменов у гимнастов - 38,2±3,1 %, а у пловцов - 20,1±2,9 %. Также анализ рационов питания спортсменов показывает, данные рационы не содержат з достаточном количестве витаминов группы В.

3.2 Разработка методологии создания индивидуализированных рационов

питания спортсменов

Анализ фактических рационов питания спортсменов, занимающихся различными видами спорта, показал, что нутриентный состав рациона разбапансирован, в связи с чем целью данного этапа являлась разработка методологии создания индивидуализированных рационов питания для спортсменов.

Основные этапы разработки индивидуализированных рационов и программ питания сводятся к следующему:

1. Анализ индивидуальных данных для конкретного спортсмена

• Антропометрические данные

• Данные о виде и объеме физических нагрузок

» Индивидуальные данные

На данном этапе создается база индивидуальных данных спортсменов, которая позволяет рассчитывать потребности спортсменов в энергии и всех пищевых веществах.

2. Определение физиологических потребностей в макро- и микронутриентах, а также биологически активных веществах.

Этап включает:

Определение потребностей конкретного спортсмена в энергии

Общее количество необходимой энергии рассчитывается по формуле:

Е ~ Е осн.об. Е физ.кагр. Е Сддп. Е терм., * Де

Еш<щ. - энергия, поступающая в организм из пищи (суточная калорийность питания);

Еося об. ~ энергия, которую организм расходует на основной обмен;

Ефиз наф - энергия, затрачиваемые на физическую активность;

Есддп. - специфическое динамическое действие пищи - затраты энергии на переваривание, всасывание, транспорт и ассимиляцию нутриентов на уровне клетки;

Етерм. - термогенез - получение тепла для поддержания термостабильности в условиях меняющейся температуры окружающей среды.

Определение потребности спортсмена в макронутриентах

Согласно данным таких авторов как Арансон М.В., Борисова О.О., Кулиненков О.С., Олейник С.А., Полиевский С.А., Розенблюм А. формула сбалансированного питания для спортсменов специфична для каждого вида спорта (табл. 1).

Зная суточные энерготраты и энергетический вклад каждого из макронутриентов, вытекающий из формулы сбалансированного питания для данного вида спорта, рассчитывают энергетические доли белков, жиров и углеводов в рационе и их содержание по массе в суточном рационе питания.

Таблица 1

Формула сбалансированного питания для спортсменов_

Виды спорта Массовое соотношение макронутриентов в рационе питания Доля макронутриентов в рационе питания, % от суточной калорийности

Белки Жиры Углеводы Белки Жиры Углеводы

Игровые 1 0,8-0,9 5-5,5 11-13 21-25 60-65

Сложнокоординацион-иые:

• Спортивная и художественная гимнастика 1 0,75 4,5 12-15 21-25 60-65

• Остальные сложнокоордина-ционные виды 1 0,8-0,9 4-4,5 13-15 25-30 55-60

Циклические:

• Спринтерские 1 0,75-0,85 4-4,5 13-15 23-26 60-63

• Стайерские 1 1 5 11-13 25-30 60-63

Силовые и скоростно-силовые 1 0,7-0,8 4 15-17 24-28 57-60

Единоборства 1 0,7-0,9 3,7-4,4 13-17 25-30 55-60

Опрееление потребности спортсмена в витаминах и минеральных веществах.

Потребность в микронутриентах определются для каждого вида спорта согласно данным о физиологических потребностях спортсменов определенных видов спорта в витаминах и минеральных веществах (таблица 2).

Определение потребности спортсмена в биологически активных веществах, необходимых для развития специальной работоспособности.

Каждый вид спорта имеет свои особенности питания, связанные со спецификой физических нагрузок, соревновательным и тренировочным циклом. Использование биологически активных веществ, адекватно отражающих особенности метаболизма представителя определенного вида спорта позволит регулировать специализированные функции, характерные для адаптации к околопредельным нагрузкам, будет способствовать оптимизации и ускорению процессов восстановления и оказывают лечебно-профилактическое действие.

Таблица 2

Потребности в витаминах и минеральных веществах для различных видов __спорта ____

Витамины, минералы Игровые Сложнокоордипационные Циклические Силовые Единоборства

Гимнастика Остальные Спринтеры Стайеры

С, нг 150-230 130-175 180-250 150-250 200-350 140-220 175-250

В,, мг 2.8-4,2 2,7-3,0 3,04,0 3,54,0 3,2-5,0 2,84,0 _2,44,0

В2, мг 3,2-4,8 3,0-3,5 3,64,8 4,04,6 4,6-5,8 3,5-5,0 3,8-5,2

В?, мг 18 15 17 17 19 18 20

Вг.. мг 5-8 5-7 6-9 6-7 7-10 5-8 6,0-10,0

В«, мкг 400-550 400450 500-600 400-500 500-600 400-500 450-600

В,., мкг 4-8 3-6 5-10 5-10 5-10 4-8 4-9

РР, мг 28-42 24-30 3242 2340 3245 3040 25-45

А, мг 2,5-3,7 2,0-2,7 3,0-3,8 2,8-3,6 3,0-3,8 2,5-3,5 3,04,2

Е, мг 20-30 20-30 2540 28-35 30-15 21-29 25-30

Кальций, г 1,2-1,9 1,05-1,4 1,6-2,3 1,3-2,3 1,8-2,7 1,3-2,1 2,0-2,4

Фосфор, г 1,5-2,25 1,25-1,75 2,0-2,8 1,6-2,8 2,2-3,4 1,8-2,5 2,5-3,0

Желгзо, иг 25-40 25-30 3040 25-30 3040 2540 20-35

Магний, г 0,45-0.65 0,4-0,6 0,5-0,8 0,5-0,7 0,6-0,8 0,5-0,7 0,5-0.7

Калий,г 4,0-6,0 4,0-5.0 5,0-6,5 4,5-6,0 5,0-7,0 4,5-5,5 5,0-6,0

Учитывая то, что большинство профессиональных спортсменов имеют проблемы со сниженным иммунным статусом, патологией гастродуоденальной зоны, дисфункцией и заболеваниями желудочно-кишечного тракта, функционированием сердечно-сосудистой системы и другими патологиями, создание и системное применение биологически активных веществ имеет особую важность, так как заметно сказывается на результативности и состоянии здоровья спортсменов.

3. Подбор традиционных блюд, продуктов и специализированных продуктов, необходимых для восполнения потребностей организма конкретного спортсмена.

На данном этапе для подбора необходимых блюд и продуктов используется технологическая база готовых блюд, с их названиями, химическим составом и калорийностью и сведениями о технологии приготовления блюд. Технологическая база блюд и продуктов позволяет быстро составить рационы, произвести замену блюд, подсчитать продукты, составить мешо-раскладку, технологически правильно приготовить блюдо. Та!сже подбираются специализированные продукты, с помощью которых балансируется рацион по содержанию макро- и микронутриентов, а также биологически активных веществ.

4. Составление программы питания, согласно тану тренировочного процесса.

На данном этапе производится составление из подобранных блюд программы питания, соответствующей режиму тренировок спортсмена на данном периоде подготовки. Практической реализацией данной методологии стала компьютерная программа «Расчет рационов питания спортсменов».

Схема разработки индивидуализированной программы питания

представлена на£ис. 5.

У

Аыгрояомеграчсскш; данные: Масса тела Рост Пол

Данные о составе тела

Данные о виде и вбьзде фтическах нагрукне: -Вид спорта

•* Шан тренировочного процесса ^ Вид и длительность нагрузок в день

"Л

¿-Пищевая непереноскмость - Пид5езые:рредш>чте1!ия

' Дййкые УМО

РАСЧ( Г НО П'ЕЬНОГ та (■погчмии В ЭДШПЙ Я ВШДГВЫХ ВЕЩЕСТВА!

ВАЗаДАЙВЫХПООСОККННОСТЯМ ЭттГОПОГРЕБЛЕНИЯДЯЯ Д>|ФФГГ£НШ1РОСЛКНЫХ0КДО1!СП(>РТЛвР\<11МГПГ,Р;<(иЫ'ПОДГиГиЕКН

БАЗАДлННЬШ ВО 0СОЕ£НКОСТШИПИХАКНЙ СйОРТСМЕЙОВ РЛШ(ЧЙМХ НЙШ'/В СПОРТА

И» 1

ФОРМУЛИРОВАНИЕ МЕДИКО-БЯШОГИЧЕСКЯХ ТРЕБОВАНИЙ К НУТРПЕНТНОМУ СОСТАВУ. СУТОЧНОГО РАЦИОНА (ШТАНИЯ

Г ТТ ТТ ¡1 БЕЛКИ ) | ЖИРЫ ) | УГЛЕВОДЫ ] . ВИТАМИНЫ | 1 { БИОЛОГИТЧЕОШ 1 ВЕЩЕСТВА 1 1 АЗШШШЕ ВЕЩЕСТВА 1

______ » \ *

БАЗА ЛАКНЫХ Ст.ША.Пи $И РВАННЫХ ПРО ЛУП 03 ШТАНЙЯ ДЛЯ СПОРТСМЕНОВ -

ПРОГРАММА ПИТАНИЯ, СООТВЕТСТВУЮЩАЯ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИМ ТРЕБОВАНИЯМ ДЛЯ КОНКРЕТНОГО СПОРТСМЕНА НА ОПРЕДЕЛЕННЫЙ ПЕРИОД ВРЕМЕНИ

Рис. 5 Схема разработки индивидуализированной программы питания

3.3 Обоснование применения биологически активных модулей в рационах

питания спортсменов

Анализ нутриентного состава фактических рационов питания спортсменов, а также анализ сбалансированных рационов питания, созданных с использованием разработанной методологии показал, что за счет традиционных продуктов и блюд практически невозможно обеспечить организм в полной мере некоторыми витаминами, минеральными и биологически активными веществами, необходимыми дня питания спортсменов определенных видов спорта.

Одним из примеров может служить низкое содержание железа, витаминов группы В и полиненасыщенных жирных кислот в рационах питания спортсменов на ФГУП «Тренировочный центр сборных команд России "Озеро Круглое"».

Известно (Насолодина В.В., 2004), что у спортсменов высокой квалификации при значительной нагрузке экскреция железа через кишечник и почки превышает его поступление с пищей на 65 % таким образом дефицит составляет 10 мг в день. Выведение меди на 56 % превышает ее поступление в организм (дефицит составляет 0,9 мг), Потери марганца превышают его поступление на 24 % (дефицит составил 0,66 мг). В течение последующих 3 дней после нагрузки баланс этих минеральных веществ остается отрицательным. Учитывая, что именно эти минеральные вещества оказывают наибольшее влияние на синтез гемоглобина, железо непосредственно является частью тема, а медь и марганец катализируют процесс включения железа в порфирин, дефицит данных минеральных веществ может привести к анемии, которая широко распространена

среди профессиональных спортсменов, в частности, у женщин. Кроме того, истощение запасов железа при отсутствии железодефицитной анемии может привести к ухудшению показателей выносливости и медленному восстановлению после тренировочных занятий. В связи с этим включение в рацион питания спортсменов данных минеральных Ееществ и витаминов является необходимой мерой поддержки нутритивного статуса спортсменов.

Также известно, что интенсивные тренировки, свойственные для большинства видов спорта, оказывают значительную нагрузку на опорно-двигательный аппарат и могут негативно сказаться на состоянии суставов. При этом частота различных заболеваний опорно-двигательного аппарата среди спортсменов намного выше, чем среди населения в целом. Главная причина -постоянное увеличение физических нагрузок, работа на пределе возможностей организма, сложные технические упражнения, что приводит к травмам. Вследствие перенесенных травм, недостаточно излеченных или повторных, а также регулярных повышенных нагрузок на суставы наблюдаются случаи развития хронических воспалительных процессов, которые обостряются и выводят спортсмена из строя на весьма длительный срок.

В этой связи, в комплексе предупредительных мероприятий по профилактике болезни суставов важное значение должно быть отведено включению в рацион спортсменов микронутриентов и биологически активных веществ, способствующих восстановлению поврежденной структуры и функции хрящеБОй ткани, улучшающих питание суставов и обменные процессы в хрящевой ткани, обладающих противовоспалительным действием.

3.4 Обоснование состава специализированных продуктов

На основании вышеприведенных аналитических исследований о дефиците микронутриентов и биологически активных веществ в рационах питания и данных об изменениях в метаболизме и существующих хронических заболеваниях у спортсменов, связанных с недостаточным нутритивным обеспечением необходимо включение в рацион питания спортсменов специализированных продуктов на основе биологически активных модулей. Продукты должны оказывать гемопоэтическое, эригропоэтическое и противоанемическое действие, восполнять дефицит железа в организме, предупреждать возникновение и корректировать железодефицитные состояния, ускорять восстановление после физических нагрузок, укреплять суставно-связочный аппарат, снижать риск возникновения травм и воспалительных заболеваний суставов, ингибировать действие протеолитическнх ферментов, вызывающих поражение хрящевой ткани и деградацию суставного хряща, нормализовать влагонасыщенность хряща и его механико-эластические свойства. Решением данного спектра задач является разработка антианемического и хондропротекторного биологически активных модулей.

Основным компонентом антианемического модуля является источник железа, при выборе которого основным критерием является усвояемость железа. Для более полного усвоения железа и участия его в синтезе гемоглобина необходимо достаточное поступление в организм аскорбиновой кислоты, меди и марганца, так как они улучшают всасывание железа в желудочно-кишечном

тракте и являются катализаторами синтеза гемоглобина. Помимо этих компонентов для синтеза гемоглобина и созревания эритроцитов необходимы вшамины В2,В6, В12 и фолиевая кислота.

Выбор ингредиентов при создании хондропротекторного модуля обоснован ролью питательных веществ в метаболизме соединительной ткани. Основными структурными элементами хрящевой ткани являются коллагеновые волокна, протеогликаны и глюкозаминогликаны. Таким образом, для синтеза и регенерации соединительнотканных элементов опорно-двигательного аппарата необходимо адекватное поступление в организм источника аминокислот для синтеза физиологического коллагена, глюкозамина для синтеза глюкозаминогликанов, а также хондроитина, который помимо пластической функции способствует угнетению действия специфических ферментов, разрушающих соединительную ткань, в том числе лизосомальных ферментов. Для укрепления костной ткани необходимо поступление в организм достаточного количества кальция и магния. Помимо структурных компонентов необходимы вещества, играющие кофакторную роль в синтезе коллагена и образовании поперечных связей в коллагеновых волокнах, такие как витамины С, В6, биотин.

3.5 Разработка рецептур специализированных продуктов на основе биологически активных модулей

Основываясь на современных научных данных о рекомендуемых нормах потребления нутриентов в условиях физической нагрузки, а также на результатах собственных исследований и рекомендаций НИИ питания РАМН сформулированы медико-биологические и технологические требования к составу и качеству разрабатываемого продукта, характеризующие его нутриентную адекватность и безопасность:

- форма производства продукта - сухой порошок, расфасованный в капсулы, что обеспечивает длительное сохранение пищевой ценности и делает возможным варьирование количества поступающих питательных веществ при его употреблении;

- для восполнения недостаточного поступления с обычным рационом микронутриентов в состав разрабатываемых продуктов включены витамины, макро- и микроэлементы в количествах, обеспечивающих удовлетворение ежедневной порцией продукта от 40 до 70% суточной потребности спортсмена в них;

- в качестве источников кальция и железа выбраны препараты, произведенные с использованием технологии микрокапсулирования и покрытые лецитином и крахмалом, обладающие высокой степенью усвоения;

- биологически активные белки молока Остеол использованы в качестве средства, усиливающего хондропротекторное действие модуля, так как совместное использование Остеола с глюкозамйном и хондроитнном улучшает сохранность хрящевого матрикса;

- по показателям безопасности (содержанию токсичных веществ, пестицидов, антибиотиков, радионуклидов), а также микробиологическим показателям, продукт должен удовлетворять требованиям, предъявляемым к пищевым продуктам, и соответствовать "Гигиеническим требованиям

безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов" (СанПиН 2.3.4.1078-2001, п. 1.9.2., п. 1.9.2.3., п. 1.10.5.1., «Единым санитарно-эпидемиологическим и гигиеническим требованиям к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)» (ЕврАзЭС) (гл.П, раздел 1, инд.10.8)).

В соответствии с вышеизложенными требованиями и на основе химического состава ингредиентов разработаны рецептуры специализированных продуктов на основе биологически активных модулей (табл. 3,4):

Таблица 3

Рецептура хондропротекторного

Наименование Содержание г/100 г

Коллагена гидролизах 33,37

Глюкозамина сульфат 19,47

Хондроитина сульфат 8,34

Остеол 16,69

Кальций (Липокал) 15,45

Меди сульфат 0,03

Марганца ацетат 0,09

Магния оксид 4,64

Витамин С 1,67

Витамин Е 0,21

Витамин В6 0,033

Витамин Н 0,0008

Витамин Б 0,0002

Таблица 4 Рецептура антианемического модуля

Наименование Содержание г/100 г

Железо (Липофер) 41,6

Меди сульфат 0,50

Марганца ацетат 1,78

Витамин С 20,00

Витамин А 0,20

Витамин В2 0,50

Витамин Вб 0,60

Витамин В9 0,10

Витамин В)2 0,0007

Гуммиарабик 34,70

3.6 Определение рациональных режимов процесса сухого смешивания

Вопросы оптимизации режимов производства сухих продуктов обусловлены целым радом специфических особенностей. Так как речь идет о биосистемах, режимы смешивания компонентов при определенных условиях могут оказывать существенное влияние на их качество.

На качество смешения влияет большое количество факторов:

- параметры настройки смесителя (частота вращения, коэффициент загрузки смесителя, время смешения);

- параметры смешиваемых компонентов (насыпная масса, массовая доля влаги, гранулометрический состав, парозность и др.).

Исходя из этого, была предложена обобщенная параметрическая модель смешения (рис.6)

При проведении эксперимента получены зависимости воздействия основных параметров работы смесителя Fia качество готовой смеси. Затем в ходе компьютерного моделирования определены наиболее рациональные режимы работы смесителя.

В ходе проведения экспериментальных исследований использовали барабанный смеситель периодического действия «Турбула» C-2.G.

В качестве объектов исследований выбрана модельная 2-х компонентная смесь, состоящая из гидролизата коллагена и аскорбиновой кислоты в соотношение 1:6-10"J.

Качество смешивания оценивали по коэффициенту неоднородности распределения ключевого компонента, Для этого в полученных образцах при ( различных временных интервалах смешения определяется его содержание. По полученным значениям коэффициентов неоднородности находили оптимальную длительность процесса смешивания, исходя из принципа принятия минимально I допустимого времени, в течение которого обеспечивается получение заданного значения коэффициента неоднородности (это обстоятельство диктуется необходимостью обеспечения наиболее высоких технико-экономических | показателей работы оборудования).

Основные свойства смешиваемых компонентов:

Гранулометрический состав dcp, мкм___

Массовая доля влаги ¡а, %--

Насыпная масса р, kt/mj__

Порозность в___

Параметры работы смесителя:

Частота вращения о, об/мин---*■

{30; 40; 50; 60}

Коэффициент загрузки Кзаг ->

{0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0.8}

Время смешивания т, с _^

{5;10;15;20;25;30;35;40;45;50;55;60}

Коэффициент ■fr-

неоднородности Vc

Рис. 6 Обобщенная параметрическая модель процесса смешивания. Влияние качества и динамики смешивания от коэффициента загрузки смесительной камеры показано на рисунке 7. 80

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Время смешивания, мин —■—ОД -♦-0,3 -»-0,4 0,5 ~К—0,6 -#-0,7 --#-0,8 Рис. 7 Влияние коэффициента загрузки (Кза1.) рабочей камеры смесителя на коэффициент неоднородности смеси при частоте вращения 50 об/мин

Анализ результатов экспериментов показал, что Кзаг является достаточно значимым параметром, оказывающим влияние на эффективность смешивания. При этом наилучшие показатели коэффициента неоднородности при работе смесителя наблюдалось при К38Г=0,6.

Повышение Кзаг до уровня 0,7-0,8 приводило к резкому ухудшению значения коэффициента неоднородности. Это объясняется тем, что процесс смешивания при Кзаг=0,7-0,8 осуществлялся в стесненных условиях, т.е. процесс перемешивания порошка был ограничен недостаточным объемом смесительный камеры.

Результаты исследований влияния частоты вращения чаши смесителя (и) и времени смешивания (т) на коэффициент неоднородности смеси (\'с) при коэффициенте загрузки Кзаг=0,6 приведены на рисунке 8.

Время смешивая™, мин —#~"30 об/мин -Ш-40 об/мин

Рис. 8 Зависимость коэффициента неоднородности смеси (Ус) от времени (г) и частоты вращения (и) при коэффициенте загрузки рабочей камеры 0,6 Из данных видно, что наилучшие показатели коэффициента неоднородности | смеси (У5=3,98) достигаются при частоте вращении чаши 50 об/мин и времени работы смесителя 50 мин. Увеличение частоты вращения чаши смесителя до 60 об/мин, приводило к увеличению толщины скатывающего слоя, что существенно затрудняло проникновение частиц ключевого компонента между частиц | основного компонента смеси. А при частоте вращения чаши в 30 - 40 об/мин не обеспечивалось достаточного ускорения для протекания диффузионных процессов, что также значительно ухудшало перемешивание смеси.

С целью выбора рациональных режимов работы смесителя была проведена математическая обработка экспериментальных данных, в ходе которой получены уравнения регрессии, адекватно описывающие изменения коэффициента неоднородности смеси от времени смешивания, частоты вращения и коэффициента загрузки рабочей камеры смесителя:

- зависимость коэффициента неоднородности смеси от времени смешивания:

у = -0,2Ц3 + 25Д5х, -61,12 Я2 = 0,995

- зависимость коэффициента неоднородности смеси от частоты вращения рабочей камеры:

у = -0,432*,*+46,852*, -93,34 Л2 = 1

- зависимость коэффициента неоднородности смеси от коэффициента загрузки рабочей камеры и времени перемешивания:

у = -18,6385 + 698,8976*3 -2,6524х2 + 1,б743х,л:2 -1361,3934л,2 +0,0062х2 +813,3565x5' + + 0,0001*3' -1,801 2Х2Л:2 +0,0094жз.х2, Л2 =0,991

где у - коэффициент неоднородности смеси;

XI - время смешивания в интервале 5-60 мин с шагом 5 мин; х2 - частота вращения рабочей камеры в интервале 30 - 60 об/мин с шагом 10 об/мин

Хз - коэффициент загрузки рабочей камеры в интервале 0,2 - 0,8 с шагом

0,1;

Я - достоверность аппроксимации.

Решение данных уравнений позволило определить наиболее рациональные параметры настройки для смесителя «Турбула»: частота вращения - 50 об/мин, коэффициент загрузки смесительной камеры - 0,6, время смешивания - 50 мин.

3.7 Разработка технологии специализированных продуктов на основе биологически активных модулей На основании проведенных исследований и выбора рациональных режимов смешения разработаны схемы технологического процесса производства сухих продуктов для питания спортсменов на основе биологически активных модулей (рис. 9,10).

В соответствии с разработанной технологией на кафедре технологии продуктов детского, функционального и спортивного питания МГУГТБ выработаны и исследованы опытные партии продукта. Определены основные физико-химические и микробиологические показатели характеристики продукта.

Установлено, что микробиологические характеристики полностью соответствуют требованиям и нормам СанПиН 2.3.2.1078 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов» и «Единым санитарно-эпидемиологическим и гигиеническим требованиям к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)» (ЕврАзЭС).

Анализ основных физико-химических показателей продукта, представленных в таблице 5, свидетельствует о соответствии предъявленным к продукту медико-биологических и технологических требований.

Таблица 5

Основные физико-химические показатели разработанных продуктов

Массовая доля, % ГЕМОТОН СУСТАМИН

Влаги 6,02±0,2 5,51±0,2

Белка 1,73±0,1 57,05±1,3

Жира 8,34±0,19 0,42±0,15

Золы 10,81±0,13 8,82±0,20

Углеводов 68,51±0,13 25,51±0,15

в т.ч. неусвояемых 34,7±0,37 -

Рис. 9 Технологическая схема производства специализированного продукта хоадропротекторного действия «СУ СТАМИН» (ТУ 9197-017-29303017-11)

Рис. 10 Технологическая схема производства специализированного продукта антианемического действия «ГЕМОТОН» (ТУ 9197-016-29303017-11)

На основании проведенных исследований разработаны техническая документация на специализированный продукт хондропротекторного действия «СУСТАМИН» и специализированный продукт антианемического действия «ГЕМОТОН». В соответствии с рецептурой и физиологическими потребностями разработаны рекомендации по применению специализированных продуктов.

3.8 Разработка рационов питания спортсменов

На основании сформулированных медико-биологических требований к рационам питания спортсменов различных видов спорта, на базе программы «Расчет рационов питания спортсменов» разработаны 2-х недельные сбалансированные рационы, включающие специализированные продукты на основе биологически активных модулей для гимнастов, пловцов. Также разработана модельная индивидуализированная программа питания для лыжников, апробирована на члене сборной России по лыжным гонкам.

В рационах обед, завтрак и ужин состоят из основного набора блюд и дополнительного витаминно-энергетического питания. Такое разделение позволяет не перегружать основные приемы пищи дополнительным объемом и энергией.

Отличительной особенностью рационов является содержание в них макро- и микронутриентов, в том числе и биологически активных веществ, адекватно отражающих специфические потребности спортсменов данных групп видов спорта.

3.9 Апробация методологии и оценка эффективности биологически активных модулей в практике спортивной медицины

Апробацию сбалансированных рационов с включением антианемического биологически активного модуля проводили в рамках действующего учебно-тренировочного сбора на ФГУП «Тренировочный центр сборных команд России «Озеро Круглое» со 2 по 15 декабря 2009 года. Контингент обследуемых -спортсмены основной и молодежной сборных России по спортивной гимнастике.

Общее число обследуемых спортсменов составляло 38 человек (20 юношей и 18 девушек), в возрасте от 12 до 22 лет. Специализация обследуемых -многоборье.

В соответствии с условиями проведения апробации у обследуемых спортсменов в первый и последний дни были проведены оценка содержания сывороточного железа и ферритина в крови.

Исходно клинический анализ выявил у 32 % спортсменов дефицитное или близкое к дефицитному содержание железа и ферритина в сыворотке крови. После применения рационов питания, обогащенных антианемическим модулем, содержание сывороточного железа и ферритина в крови у спортсменов увеличилось в среднем на 20,3 % и на 61,8 % соответственно. • Употребление спортсменами рационов, обогащенных биологически активным модулем, позволяет ликвидировать дефицит железа в крови спортсменов, тем самым, снижая возможное развитие железодефицита и железодефицитной анемии.

Проведенная апробация разработанных рационов, обогащенных антианемическим модулем, показала, что у 14 % гимнастов после приема данных рационов наблюдалось повышение работоспособности и выносливости, 41%

отметили улучшение сна, у 48% обследуемых наблюдалось ускорение восстановления после тренировок и у 10 % усилилось желания тренироваться, 45 % гимнастов отметили, что предложенные рационы повлияли на улучшение спортивных результатов.

Таким образом, перевод спортсменов на предложенную систему питания позволит создать условия, при которых происходит оптимальное возмещение расходуемых при систематических тренировках энергетических и пластических ресурсов организма. Это будет способствовать выполнению околопредельной работы при относительном сохранении постоянства биохимических констант внутренней среды организма спортсмена, что в свою очередь даст возможность перейти на более высокий уровень функционирования и выполнять упражнения большей мощности, интенсивности и длительности.

ВЫВОДЫ

1. Разработана технология производства специализированных продуктов на основе хондропротекторного и антианемического модулей и рационы питания с их применением, полностью обеспечивающие специфические потребности спортсменов в пищевых веществах.

2. Систематизированы данные об основных метаболических изменениях и их последствиях, происходящих в организме спортсмена при интенсивных физических нагрузках в зависимости от направленности нагрузок и вида спорта.

3. Проанализирован химический состав фактических рационов питания спортсменов, тренирующихся в на ФГУП «Тренировочный центр сборных команд России «Озеро Круглое», и выявлено, что калорийность рационов на 13,4±2,1 % ниже нормы, содержание жира в рационах превышает рекомендуемые величины на 23,3±8,5 %, при этом содержание полиненасыщенных жирных кислот составляет для о-З - 31,3±10,9 %, для со-6 - 73,4±]8,7 % от нормы, дефицит пищевых волокон составил у гимнастов 38,1±5,9 %, у пловцов 19,8±4,9 %, дефицит железа в рационах питания у гимнастов - 38,2±3,1 %, у пловцов -20,1±2,9 %.

4. Разработана методология создания индивидуализированных рационов питания спортсменов, с помощью которой созданы сбалансированные рационы питания для спортсменов с включением в них специализированных продуктов и индивидуальная программа питания для лыжника.

5. Обоснован состав хондропротекторного модуля, включающий в себя гидролизат коллагена, глюкозамина сульфат, биологически активные белки сыворотки молока «Остеол», хондроитина сульфат, кальция фосфат «Липокап», магния оксид, марганца ацетата тетрагидрат, меди сульфат и витамины С, Б, Е, В6, Н и актианемического модуля, состоящего из железа пирофосфата «Липофер», марганца ацетата тетрагидрата, меди сульфата и витаминов С, А, В2, В6, В9, В12 и гуммиарабика.

6. Выявлены корреляционные зависимости между показателями коэффициента неоднородности смеси, времени смешивания, частоты вращения и коэффициента загрузки рабочей камеры смесителя и определены наиболее

рациональные режимы работы барабанного смесителя «Турбула»: частота вращения - 50 об/мин; коэффициент загрузки - 0,6; время смешения - 50 мин.

7. Выработана опытная партия продуктов и определена биологическая ценность продуктов и показатели безопасности.

8. Разработана техническая документация на специализированный продукт для питания спортсменов «СУСТАМИН» (ТУ 9197-017-29303017-11) и специализированный продукт для питания спортсменов антианемического действия «ГЕМОТОН» (ТУ 9197-016-29303017-11) и рекомендации по их применению. Техническая новизна предложенных решений отражена в заявках на патент № 2010112819/13(018047) от 05.04.2010 «Биологически активный модуль», № 2011116907(025076) от 28.04.2011 «Специализированный продукт для питания спортсменов».

9. В результате проведенной апробации антианемнческого модуля показано, что применение антианемическсго модуля б рационах питания позволило увеличить содержание сывороточного железа и ферритииа в крови у спортсменов в среднем на 20,3 % и на 61,8 % соответственно.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах Публикации в изданиях, рекомендованных ВМС РФ

1. Токаев, Э.С. Методология создания индивидуализированных рационов питания спортсменов / Э.С. Токаев, A.A. Хасанов И Вестник спортивной науки. -20П.-№4.-С. 38-43.

2. Токаев, Э.С. Разработка биологически активного модуля для рациона питания спортсменов в сложнокоордииационных видах спорта / Э.С. Токаез, A.A. Хасанов // Известия вузов. Пищевая технология. - 2011. - № 4. - С.57 - 59.

Учебные пособия

1. Токаев, Э.С. Технология продуктов спортивного питания / Э.С. Токаев, Р.Ю. Мироедов, Е.А. Некрасов, A.A. Хасанов - М.: МГУПБ, 2010. - 109 с.

Материалы конференций

1. Хасанов, A.A. Создание сбалансированных, оздоровительных рационов питания для спортсменов - представителей игровых видов спорта / A.A. Хасанов Н Спортмед-2009: материалы IV-ой Международной научной конференции по вопросам состояния и перспективам развития медицины в спорте высших достижений - М., - 2010. - С. 258.

2. Хасанов, A.A. Обоснование и подбор компонентов для создания биологически активного модуля для продуктов и рационов питания спортсменов сложнокоординацкоиных видов спорта / A.A. Хасанов // Живые системы и биологическая безопасность населения: материалы VIll-ой Международной научной конференции студентов и молодых ученых - М.: МГУПБ,- 2010. - С.66 -68.

3. Хасанов, A.A. Оценка статуса питания людей с повышенными физическими нагрузками / A.A. Хасанов // Парентеральное и энтеральное питание: материалы XIV Международного конгресса - М., 2011. - С. 52.

4. Токаев, Э.С. Подбор и обоснование состава биологически активного модуля для продуктов и рационов питания спортсменов сложнокоордикационных видов спорта / Э.С. Токаев, A.A. Хасанов // Биотехнология: состояние и перспективы развития: материалы VI-ого Международного конгресса. - М., 2011. - С.178-179.

5. Краснова, И.С. Состав специализированного продукта для профилактики заболеваний опорно-двигательного аппарата у спортсменов / И.С. Краснова, A.A. Хасанов // Современные достижения биотехнологии: материалы Международной научно-технической конференции - Ставрополь: СЕВКАВГТУ, - 2011. - С.84 -86.

6. Краснова, И.С. Оценка осмомсляльности напитков с хлоридом натрия и морской солью / И.С. Краснова, A.A. Хасанов, Э.С. Токаев // Техника и технология пищевых производств: материалы VHI-ой Международной научно-технической конференции - Могилев: МГУП, - 2011. - С. 105.

Сокращения, принятые п автореферате

МНЖК - мононенасыщенные жирные кислоты

НЖК - насыщенные жирные кислоты ПВ - пищевые волокна

РСП - рекомендуемое суточное потребление У В - углеводы

УМО- углубленное медицинское обследование

Подписано в печать 16.11.2011. Формат 60 x 84 1/16 Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 296

ФГБОУВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУВПО «ВГУИТ») Отдел полиграфии ФГ'ВОУВПО «ВГУИТ» Адрес университета и отдела полиграфии: 394036, Воронеж, пр. Революции, 19

61 12-5/1257

ГОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ»

На правах рукописи

ХАСАНОВ АДАМ АЛИЕВИЧ

РАЗРАБОТКА БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ МОДУЛЕЙ ДЛЯ ПРОДУКТОВ И РАЦИОНОВ ПИТАНИЯ СПОРТСМЕНОВ

05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и биологических

активных веществ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Токаев Э.С.

Москва-2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.........................................................................6

1.1 Изменения метаболизма, происходящие у спортсменов в зависимости от вида спорта при интенсивных физических нагрузках..............................6

1.2 Особенности питания представителей различных видов спорта.........12

1.2.1 Игровые виды спорта.......................................................................15

1.2.2 Циклические виды спорта...............................................................17

1.2.3 Сложнокоординационные виды спорта.........................................19

1.2.4 Скоростно-силовые виды спорта....................................................20

1.2.5 Единоборства....................................................................................22

1.3 Использование специализированных продуктов для питания спортсменов.....................................................................................................24

1.4 Способы производства специализированных продуктов......................26

1.5 Аппаратурное оформление процесса сухого смешивания....................31

1.6 Заключение по обзору литературы. Цели и задачи исследования.......35

ГЛАВА 2. ОРГ АНИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ................................................................................................38

2.1 Организация экспериментальных исследований...................................38

2.2 Материалы и объекты исследования.......................................................40

2.3 Методы исследования...............................................................................43

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ...................................................50

3.1 Анализ нутриентного состава фактических рационов питания спортсменов, представляющих различные виды спорта.............................50

3.2 Разработка методологии создания индивидуализированных рационов питания спортсменов......................................................................................53

3.3 Обоснование применения биологически активных модулей в рационах питания спортсменов......................................................................................61

3.4 Обоснование состава биологически активных модулей.......................63

3.5 Определение рецептур биологически активных модулей....................70

3.6 Определение рациональных режимов процесса сухого смешивания..72

3.6.1 Планирование эксперимента...........................................................72

3.6.2 Влияние параметров работы смесителя на качество и динамику смешивания компонентов.........................................................................75

3.6.3 Определение рациональных режимов процесса сухого смешивания методом математического моделирования.......................78

3.6.4 Исследование изменения физико-химических характеристик продуктов в процессе сухого смешивания.............................................85

3.7 Разработка технологии специализированных продуктов на основе биологически активных модулей...................................................................86

3.7.1 Технология производства специализированных продуктов на основе биологически активных модулей для питания спортсменов ...86

3.7.2 Микробиологические исследования специализированных продуктов в процессе хранения..............................................................94

3.7.3 Исследование физико-химических характеристик специализированных продуктов для питания спортсменов.................95

3.7.4 Разработка рекомендаций по применению специализированных продуктов на основе биологически активных модулей........................96

3.7.5 Разработка нормативной документации на специализированные продукты для питания спортсменов........................................................96

3.8 Разработка рационов питания спортсменов...........................................97

3.9 Апробация методологии и оценка эффективности биологически активных модулей в практике спортивной медицины................................97

ВЫВОДЫ.............................................................................................................101

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК................................................................103

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................................................................125

ВВЕДЕНИЕ

Проблема питания в современном спорте занимает одно из главных мест в общей системе подготовки профессиональных спортсменов. Особые физиологические условия, в которых находятся профессиональные спортсмены, приводят к появлению у них дополнительных потребностей в тех или иных пищевых веществах, в частности в белках, углеводах, липидах, основных микронутриентах и биологически активных веществах. [4,31,46,60,89].

Особенности питания характерны для каждого вида спорта и связаны со спецификой физических нагрузок. Более того каждый спортсмен имеет специфические особенности метаболизма и физических нагрузок, что делает необходимым индивидуализацию питания. В последние годы в области индивидуализации питания российских спортсменов наметилось развитие. Однако практическое применение систем индивидуализированного питания в нашей стране весьма ограничено. Существующая система организации питания не обеспечивает физиологические потребности организма спортсменов в поддержании метаболического фона в процессе развития специальной выносливости [3, 4,30,46,60].

Составление суточного рациона питания спортсменов исключительно из традиционных блюд и продуктов питания не позволяет адекватно обеспечить потребности спортсменов во всех пищевых веществах, в связи с этим в последние годы уделяется все большее внимание вопросам разработки специализированных продуктов питания различной направленности. Целесообразность использования данной группы продуктов в питании спортсменов убедительно подтверждается результатами многочисленных исследований, выполненных специалистами СПбНИИФК, ВНИИФК, НИИ Питания РАМН и ряда зарубежных лабораторий [5,24,33,54].

Все более расширяющееся отечественное производство и использование функциональных и специализированных продуктов в

питании спортсменов требует объективного научного обоснования принципов их создания.

Научные представления и практические основы в вышеизложенных направлениях заложены в трудах таких ученых как Арансон М.В., Вол гарев М.Н., Борисова О.О., Виноградова O.JL, Гольберг Н.Д., Еделев Д.А., Лаптев А.П., Лидов П.И., Макарова Г.А., Насолодин В.В., Никитюк Д.Б., Олейник С.А., Полиевский С.А., Покровский A.A., Поляев Б.А., Португалов С.Н., Пшендин А.И., Рогозкин В.А., Рогов И.А, Сейфулла Р.Д.,Смульский В.М., Суздальский P.C., Токаев Э.С., Тутельян В.A., Coleman El., Lemon PW., Wilmore J., Williams M.H. и др.

В связи с вышеизложенным разработка биологически активных модулей для питания спортсменов, адекватно отражающих особенности метаболизма спортсменов каждой группы видов спорта и поддерживающих его нутритивный статус, является актуальной задачей.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Изменения метаболизма, происходящие у спортсменов в зависимости от вида спорта при интенсивных физических нагрузках.

Любая физическая нагрузка сопровождается изменением скорости обменных процессов в организме, появлением биохимических сдвигов в работающих мышцах, во внутренних органах и тканях.

В основе всех биохимических изменений, возникающих при физической нагрузке, лежит изменение направленности метаболизма. При выполнении физической нагрузки в организме повышается скорость катаболических процессов, при одновременном снижении скорости анаболизма [2,8,59,78, 89].

Необходимая перестройка метаболизма во время мышечной деятельности происходит под воздействием нервно-гормональной регуляции, что приводит к усиленной секреции стрессорных гормонов: катехоламинов (адреналина и норадреналина), адренокортикотропного гормона, глюкокортикоидов (кортизол, кортизон и кортикостерон), соматотропного гормона, глюкагона, а также к снижению секреции инсулина [46,82,86].

Гормоны, попадая в кровь, значительно ускоряют катаболические процессы, приводящие к адаптивным сдвигам белкового, углеводного обменов и одновременно к повышению активности гормоночувствительной липазы жировой ткани.

Катехоламины и глюкокортикоиды усиливают процессы гликогенолиза и глюконеогенеза. Кроме того, повышают мобилизацию жира и окисление свободных жирных кислот, а также снижается клеточное потребление глюкозы, тем самым, обеспечивая организм важными источниками энергии при выполнении длительной физической работы и вызывая дополнительные потребности в расходуемых веществах [46,80].

В обширном комплексе изменений метаболических реакций одно из центральных мест принадлежит обменным процессам мышечной ткани [9].

При рассмотрении метаболизма в условиях мышечной деятельности роль белков и аминокислот часто игнорируют по причине незначительного вклада белков в энергетику мышечной деятельности (белки обеспечивают 10-15 % общего энергопотребления организма). Однако даже такой незначительный вклад в энергообеспечение имеет немаловажное значение в условиях высоких энергозатрат, происходящих в результате физической нагрузки, в течение продолжительного периода. Кроме того, белки играют важную роль в обеспечении сократительной функции скелетных мышц и сердца, в формировании долговременной адаптации к физическим нагрузкам, создании определенного композиционного состава тела.

Стимулируемый мышечной деятельностью распад белков в печени и мышцах обусловливает выход значительного количества аминокислот. Их количество в тканях во время выполнения длительной физической работы может увеличиваться в 20 - 25 раз. Большинство аминокислот окисляются и восполняют АТФ либо вовлекаются в процесс новообразования глюкозы и способствуют поддержанию её уровня в крови, а также уровня гликогена в печени и скелетных мышцах. Известно, что не все аминокислоты имеют одинаковый метаболический потенциал. В частности оказалось, что в мышцах преобладает окисление аминокислот с разветвленной цепью (АКРЦ) [9,80,105,106,111,124,149,163].

Таким образом, в условиях высокого катаболизма эндогенного белка при недостаточности поступления в организм энергопластического материала, превалирующее использование аминокислот, принимающих участие в глюконеогенезе, приводит к аминокислотному дисбалансу в крови и других тканях. В итоге одним из суммарных результатов нервно-гормональных сдвигов метаболизма является резкое повышение энергетического обмена, другим - отрицательный азотистый баланс.

Так как при каждом виде, характере и режиме физической нагрузки истощаются лишь определенные структуры и субстраты энергетических процессов и наиболее интенсивно функционируют лишь определенные

стороны энергетического метаболизма, то катаболические процессы в каждом случае сопровождаются накоплением метаболитов (лактат, аммиак, кетокислоты и др.) в определенных количественных соотношениях [64, 65].

При выполнении интенсивных физических нагрузок в мышцах наблюдается быстрое истощение запасов гликогена и одновременное образование и накопление молочной кислоты (лактата). Высокие концентрации лактата в крови являются отражением развития ацидоза (закисления) как внутри самих мышечных клеток (внутриклеточный ацидоз), так и в межклеточных пространствах, их окружающих (внеклеточный ацидоз). Развитие ацидоза приводит к серьезным метаболическим изменениям, сопровождающимся одновременным нарушением координации движений. Нарушается функционирование многих ферментных систем, в том числе аэробного энергообеспечения. Длительное сохранение внутри- и внеклеточного ацидоза сопровождается повреждением клеточных оболочек скелетных мышц, что приводит к их микронадрывам, нарушаются процессы сокращения и расслабления скелетной мускулатуры, что в итоге приводит к мышечной усталости и неспособности спортсмена поддерживать высокую работоспособность [6,28,33,35,43,61,108,113].

Основным метаболитом белков и аминокислот является аммиак. Уровень аммиака особенно возрастает в случае, когда не устанавливается устойчивое состояние метаболизма, а также при длительной утомительной мышечной нагрузке. Свободный аммиак токсичен для организма человека. Он проникает в головной мозг, где оказывает нейротоксический эффект: снижается синтез основного источника энергии клеток - АТФ (аденозинтрифосфат), нарушается нормальный баланс аминокислот и нейромедиаторов. Аминокислотный дисбаланс характеризуется увеличением содержания в крови ароматических аминокислот. Это обусловливает значительное поступление ароматических аминокислот в головной мозг и синтез так называемых "ложных" нейротрансмиттеров - существенно менее активных веществ, чем физиологичные норадреналин и дофамин. Возрастает

также концентрация тормозного нейротрансмиттера гамма-аминомасляной кислоты. Подобные изменения вызывают нервно-психические нарушения и заметное снижение интеллектуальных способностей спортсмена [86,89,99].

Интенсивные физические нагрузки также сказываются на уровне гемоглобина крови. При мышечной активности резко увеличивается потребность организма в кислороде, что удовлетворяется более полным его извлечением из крови, увеличением скорости кровотока, а также постепенным увеличением количества гемоглобина в крови за счет изменения общей массы крови. Однако при интенсивных тренировках, особенно у женщин, а также при нерациональном питании происходит разрушение эритроцитов крови и снижение концентрации гемоглобина, что зачастую приводит к железодефицитной анемии [4, 29,50,134].

Интенсивные тренировки, свойственные для большинства современных видов спорта оказывают значительную нагрузку на опорно-двигательный аппарат и могут негативно сказаться на состоянии суставов. При этом частота различных заболеваний опорно-двигательного аппарата среди спортсменов намного выше, чем среди населения в целом. У профессиональных спортсменов часто возникает такое заболевание как остеоартроз или остеохондроз, при котором происходит разрушение суставного хряща.

Глюкокортикоидные гормоны угнетают анаболические реакции в хондроцитах, ингибируют синтез коллагена и протеогликанов, вызывают дефицит гилауроновой кислоты в синовиальной жидкости и в хрящевом матриксе. И это угнетающее действие глюкокортикоидов более выражено, если оно сочетается с компрессией хряща, характерной для спортсменов. Таким образом, регенерация хрящевой ткани как физиологическая, так и репаративная напрямую зависит от гормонального фона и модулирующего действия тех или иных гормонов [4,7,53,113].

Биохимические и физиологические исследования свидетельствуют, что интенсивные физические нагрузки способствуют значительному сдвигу

адаптационно-приспособительных механизмов, проявляющихся в повышении уровня инфекционной заболеваемости на фоне ослабления как гуморального, так и клеточного звеньев иммунитета. В процессе тренировок и особенно после соревнований у спортсменов отмечается снижение иммуноглобулинов класса 1§А, 1§М, лизоцима и общего белка,

приводящих к выраженному угнетению иммунной системы и развитию инфекционных заболеваний. Негативная динамика изменений иммунологического статуса у спортсменов в целом отрицательно влияет на спортивные результаты из-за снижения работоспособности и выносливости в связи с необходимостью организма спортсмена расходовать энергию на сопротивление заболеваниям [34,36,38,67,81,112,137,150,155,156].

Многочисленными исследованиями последних лет было доказано наличие взаимообусловленных зависимостей между состоянием микрофлоры кишечника и иммунной системы организма. Здоровая микрофлора выступает индикатором физиологического состояния спортсмена и является первичным неспецифическим барьером, который инициирует все последующие неспецифические и специфические механизмы защиты организма. Интенсивные физические нагрузки, повышенный уровень аммиака оказывает губительное воздействие на полезную микрофлору толстого кишечника. Кроме того, сильное напряжение брюшных мышц довольно часто приводит к стрессовому нарушению его моторно-эвакуаторной функции. В конечном итоге дисфункция желудочно-кишечного тракта приводит к ограничению ассимиляции эссенциальных нутриентов, необходимых для поддержания высокой физической работоспособности в ходе физической нагрузки [4,109,122,130,142,147,161,164,168,176,177].

Интенсивные физические нагрузки приводят к ускоренному распаду и выведению микронутриентов (витаминов, макро- и микроэлементов) из организма. Повышенная экскреция микронутриентов из организма спортсмена под воздействием мышечной нагрузки связана не только с высоким уровнем окислительно-восстановительных реакций, но и с

угнетением процессов всасывания в кишечнике. Очень часто совокупность этих двух факторов (усиление обмена и ингибирование всасывания) на ф�